История свайных фундаментов

Устройство свайных фундаментов известно с глубокой древно­сти. В ряде стран до сих пор сохранились остатки свайных фунда­ментов, сооруженных за много веков до нашей эры. Однако многие — века устройство свайных фундаментов было ограничено материалом свай и способом их погружения. До середины XIX в. сваи изготовляли исключительно из дерева. Это ограничивало область их применения, так как в условиях переменного увлажнения дере­вянные сваи быстро загнивают. Поэтому, как правило, деревянные сваи применяли и применяют только в тех случаях, когда они полностью погружены ниже самого низкого уровня грунтовых или поверхностных вод. Только в последнее время появились способы консервирования древесины, благодаря чему можно повысить срок службы деревянных свай в условиях переменного увлажнения их и высыхания.

Несовершенны были и методы погружения свай. Как правило, сваи забивали молотом, подвешенным на канате к треноге. Такой способ забивки был малопроизводителен и, кроме того, часто яв­лялся причиной производственного травматизма среди рабочих, забивавших сваи.
В 1828 г. русский военный специалист Маслов сконструировал первый механический копер для погружения свай. По существу с этого момента началась история широкого развития свайных фун­даментов.

В 1889 г. инж. С. А. Арциш изобрел паровой сваебойный молот одиночного действия, надолго вошедший в практику строительства. После окончания первой мировой войны появились сваебойные молоты двойного действия, весьма удобные как для погружения, так и для выдергивания свай.

Появление железобетона позволило устраивать из этого материала свайные фундаменты, независимо от уровня грунтовых или поверхностных вод. Для забивки железобетонных свай были созда­ны мощные сваебойные агрегаты — копры с паровыми молотами. Начиная с конца XIX в. свайные фундаменты завоевывают всё боль­шее признание.

Бетон на гидравлическом вяжущем стал основой развития дру­гого метода устройства бетонных свай — непосредственно в грунте, в заранее подготовленных скважинах. Впервые такой способ уст­ройства свайных фундаментов был применен А. Э. Страуссом в 1899 г. при постройке здания управления Юго-западных же­лезных дорог в Киеве. С этого времени наряду с применением за­бивных свай начинается развитие конструкций набивных свай, изготовляемых непосредственно в грунте.

Термины «забивные» и «набивные» сваи, ставшие общеприняты­ми, определяют основной принцип технологии и изготовления свай. Вместе с тем с развитием строительной техники такое деление не­которых видов свай провести затруднительно.

В дальнейшем начали внедрять новые способы погружения го­товых свай — вибропогружением, вдавливанием, вибровдавливанием и др. Появились металлические и железобетонные сваи, не за­биваемые, а завинчиваемые в грунт. В условиях вечной мерзлоты образуют бурением лидерные скважины и затем погружают в них готовые сваи.

К набивным сваям стали относить и так называемые песчаные или грунтовые сваи, поскольку технология их устройства анало­гична технологии устройства набивных бетонных свай. В действи­тельности, грунтовые сваи работают в грунте совершенно иначе, чем набивные бетонные.

Совершенствование технологии производства свайных работ и создание новых агрегатов для погружения готовых или устройства набивных свай приводят к созданию новых их видов.

В практике устройства свайных фундаментов все большее при­менение находят сваи с уширенной пятой. Уширение пяты повыша­ет несущую способность сваи за счет передачи давления на боль­шую площадь основания. Оказалось возможным устраивать уши­ренную пяту как у готовых, так и у набивных свай.

Армирование набивных свай с уширенной пятой позволяет ши­роко применять их в таких условиях, когда они работают на выдер­гивание.
В настоящее время свайные фундаменты по мере развития точ­ности их изготовления и погружения начинают вытеснять другие виды фундаментов.

Много нового внесено в методику определения несущей способ­ности свай. На основе известных в XIX в. закономерностей теории линейно-деформируемой среды и характеристик физических свойств грунтов были предложены теоретические формулы для определения несущей способности свай. За рубежом обычно приме­няется формула Дёрра. В Советском Союзе была принята формула В. К. Дмоховского.

В России и за рубежом было разработано много формул, осно­ванных на том или ином использовании общего уравнения работы падающего груза. В Советском Союзе и во многих зарубежных странах принята формула Н. М. Герсеванова, как наиболее полно отражающая все стороны работы по забивке сваи. С появлением способа вибропогружения свай формулу для определения их несу­щей способности предложил Б. П. Татарников.

В настоящее время Строительными нормами и правилами (СНиП II-Б. 5-67) рекомендованы формулы, достаточно полно учитывающие все факторы, влияющие на несущую способность свай.

На основе разработки Д. Д. Барканом вопросов воздействия на грунт динамических нагрузок были созданы различные типы вибро­погружателей. Участие в этой работе принимали А. Я. Луснин, О. А. Савинов, С. А. Цаплин и др.

В последние десятилетия разработаны такие эффективные мето­ды производства работ по погружению свай, как применение элек­троосмоса, различного рода обмазок из синтетических смол и глин и тиксотропных рубашек.

Использование электроосмоса для погружения свай впервые было предложено в 1938 г. инж. Б. Ф. Рельтовым и А. В. Новико­вым, а затем усовершенствовано коллективом сотрудников-кафед­ры «Основания и фундаменты» Ленинградского института инжене­ров железнодорожного транспорта. Погружение свай в тиксотропных рубашках разработано по предложению Б. М. Гуменского и начинает получать большое распространение.

Совершенствовали методы устройства и создавали новые виды набивных свай русские и советские ученые А. Э. Страусе, Г. Л. Мед­ведев, Н. М. Соколов, А. А. Луга, Е. В. Платонов, Е. Л. Хлебников, Г. Г. Шенайх, Ю. М. Абелев, Д. А. Романов и др. За рубежом эти­ми вопросами занимались Вольфсхольтц, Франк Шуман, Франки, Харлеи Эббота, Вильхельми и др.

Примерами развития новых способов устройства свай могут служить пустотелые сваи и сваи-оболочки длиной до 60 м, несущие в отдельных случаях нагрузки до 1000 т и более. Такие сваи успеш­но конкурируют с фундаментами глубокого заложения. В граждан­ском и особенно в жилищном строительстве обычные фундаменты неглубокого заложения, по предложению Л. М. Пешковского, все чаще заменяются фундаментами из коротких свай.

Короткие сваи (длиной 3-6 м) представляют большой интерес, так как применение их вместо ленточных фундаментов резко сокра­щает объем земляных работ, удешевляет строительство и позволяет без затруднений устраивать фундаменты в зимнее время.

Установлена закономерность, заключающаяся в том, что чем больше нагрузка, передаваемая на фундамент, тем эффективнее становится устройство свайных фундаментов по сравнению с лен­точными или столбовыми. Так, при нагрузке на колонну порядка 800-1000 т может потребоваться фундамент с площадью подошвы до 40-50 м2, т. е. свайный фундамент в таком случае будет гораздо экономичнее. Поэтому в настоящее время почти 20% всех промышленных и гражданских зданий возводят на свай­ных фундаментах.

Повысить тех­нико-экономическую эффективность таких фундаментов можно путем использования более современных конструкций свайных фун­даментов и методов их устройства с использованием высокопроизво­дительных сваепогружающих и специальных агрегатов для устройства набивных свай, прогрессивной организации произ­водства.