Основы рациональной забивки железобетонных свай в грунты

Научная мысль

Министерство образования и науки Республики Казахстан 

 

Таразский государственный университет имени М.Х. Дулати 

И.И. БЕКБАСАРОВ

ОСНОВЫ 

РАЦИОНАЛЬНОЙ ЗАБИВКИ 
ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ СВАЙ 

В ГРУНТЫ

Монография

Москва

ИНФРА-М

2021

УДК 624.155(075.4)
ББК 38.58

Б42

Рекомендовано к изданию решением Ученого совета Таразского 

государственного университета имени М.Х. Дулати 

(протокол № 3 от 28 ноября 2008 года)

Р е ц е н з е н т ы :   

Байтемиров М.Н., кандидат технических наук, директор ТОО 

«Информационный центр — Тараз»;

Укибаев Е.У., кандидат технических наук, доцент Таразского 

государственного университета имени М.Х. Дулати;

Пак С.В., директор ЮК ДГП КазНИИССА

Бекбасаров И.И.

Б42
Основы рациональной забивки железобетонных свай в грунты :

монография / И.И. Бекбасаров. — Москва : ИНФРА-М, 2021. —
166 с. — (Научная мысль).

ISBN 978-5-16-109402-0 (online)

В монографии изложены критерии и условия бездефектной, без
опасной и производительной забивки железобетонных свай сплошного 
поперечного сечения. Представлены методы, способы и рекомендации 
по определению параметров забивки свай современными дизельмолотами в различных грунтовых и стесненных условиях. Детально систематизированы потенциально возможные проектные и производственные ситуации и применительно к ним разработаны мероприятия 
по рациональной забивке свай под здания и сооружения.

Рекомендована для научных работников, специалистов проектных 

и строительных организаций, докторантов, аспирантов, магистрантов и 
студентов строительных специальностей.

УДК 624.155(075.4)

ББК 38.58

ISBN 978-5-16-109402-0 (online)
© Бекбасаров И.И., 2021

ФЗ 

№ 436-ФЗ

Издание не подлежит маркировке 
в соответствии с п. 1 ч. 2 ст. 1

ОБ АВТОРЕ

Автор монографии – доктор тех
нических наук, и.о. профессора кафедры «Строительные материалы и 
конструкции ТарГУ им. М.Х. Дулати
Бекбасаров Исабай Исакович. Работает 
директором департамента науки и новых технологий и одновременно является 
заведующим 
университетской 

НИЛ «Наноинженерные методы исследований». 

Активно проводит научные исследования по разработке методо
логии рационального проектирования и устройства прогрессивных 
фундаментов зданий и сооружений. Им разработаны и внедрены в Казахстане критерии, принципы и комплексные условия эффективной 
забивки железобетонных свай в различные грунтовые напластования. 
Предложены и апробированы новые и усовершенствованные методы 
расчета таких энергетических и  технологических параметров процесса 
забивки свай, как энергия удара и высота падения ударной части молота, производительность сваебойного агрегата, фактические и предельно допустимые динамические напряжений в сваях, безопасные расстояния по колебанию грунтов и уровню шума от работы молотов и др.

Результаты научных исследований опубликованы в России, Узбе
кистане, Таджикистане, на Украине. Имеет более 110 публикаций, из 
них 2 книги. 

Активно занимается разработкой республиканских нормативных до
кументов в области геотехнического строительства. Является автором первых строительных норм РК по технологии бездефектной, безопасной и 
производительной забивки свай. К ним относятся СН РК 5.01-12-2003
«Инструкция по технологии бездефектной забивки железобетонных 
свай в грунты» и РДС РК 5.01-19-2005 «Пособие по проектированию и 
производству забивки железобетонных свай».

В основу этих применяемых в отечественной строительной практике 

нормативных документов, положены результаты многолетних экспериментально- теоретических исследований Бекбасарова И.И. 

Редакционный совет

Наставник в науке не всегда может быть учителем жизни,
Но, если такое  случается, то это удел только великих людей. Таким был для меня, мой учитель - Адольф Александрович Бартоломей,  доброй памяти которого и посвящается 
эта книга.

Автор

ПРЕДИСЛОВИЕ

Современные здания и сооружения являются важнейшими жиз
необеспечивающими  объектами, без которых практически не обходится человеческое общество. 

В мировой практике немало примеров, когда из-за нарушений 

прочности и устойчивости оснований имели место крупные аварии и 
разрушения различных зданий и сооружений, повлекшие за собой 
большие материальные и людские потери. Следовательно, основания и 
фундаменты являются одними из основных факторов, от которых зависит безаварийная эксплуатация зданий и сооружений. Кроме того, 
основания и фундаменты, по стоимости устройства достигая 40-60% 
от общей стоимости  ряда зданий и сооружений, являются также серьезными факторами, определяющим экономичность их возведения. 

Поэтому обеспечение долговечности и эксплуатационной эффек
тивности зданий и сооружений следует непосредственно связывать с 
повышением надежности и экономичности устройства их оснований и 
фундаментов. Это, в свою очередь, требует широкого применения в 
строительстве надежных фундаментных конструкций с прогрессивными методами их устройства. К таким фундаментам, несомненно, относятся свайные фундаменты из забивных железобетонных свай. Повышенная несущая способность, низкая материалоемкость и сложившаяся технологичность этих фундаментов обеспечивают их успешное 
применение на многих строительных объектах. Так свайные фундаменты практически безальтернативны в сложных грунтовых условиях 
и при необходимости передачи на грунты значительных нагрузок.
Удельный вес применения свайных фундаментов в СНГ остается довольно высоким, особенно в России. Увеличиваются объемы их применения и в Казахстане. Практически все значимые и новые объекты 
Астаны построены и возводятся на свайных фундаментах. Несмотря на 
неоспоримые преимущества рассматриваемых фундаментов (по сравнению с ленточными и столбчатыми фундаментами), опыт их применения свидетельствует о наличии неиспользованных резервов в деле 

повышения эффективности их устройства. Эти резервы, прежде всего, 
связаны с рациональной забивкой свай в грунты, позволяющей
уменьшить (исключить) потери бетона и арматуры, снизить энергоемкость технологических операций, повысить производительность работ, 
обеспечить требуемую несущую способность свай, обеспечить безопасную эксплуатацию рядом расположенных объектов  и др. 

Необходимость 
реализации 
перечисленных 
резервов, 
про
диктованная доминированием в казахстанской экономике ресурсосберегающих тенденций, стало основной причиной создания методологических основ рациональной забивки свай в грунты для возведения 
свайных фундаментов зданий и сооружений. Ценность данной методологии особо значима в современных условиях активного возрождения  
строительства и строительной индустрии в нашей стране.

Автор признателен кандидату технических наук Джанузакову 

Б.Б. за ценные советы, предложения и помощь при проведении исследований. Слова благодарности автор адресует Саимбетовой Б.Т. и Ергалиевой Ж.К. за помощь в подготовке к изданию настоящей монографии.

Глава 1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМ ЗАБИВКИ 

ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ СВАЙ В СТРОИТЕЛЬСТВЕ

1.1. Дефекты свай при забивке, их причины и пути

предотвращения

Довольно частым явлением в строительстве при устройстве свай
ных фундаментов является разрушение железобетонных свай при забивке и их недопогружение до требуемых отметок (рис. 1.1). 

В большинстве случаев незабитая и разрушенная часть свай сре
зается и не используется, а если и используется, то - не по назначению. 
Это приводит к значительным материальным потерям, дополнительным трудовым затратам и к увеличению сроков строительства.

Значительные объемы разрушений и срубки свай имели место в 

гидротехническом строительстве [1], на стройках Башкирии [2], 
Санкт-Петербурга [3,4], при строительстве на вечномерзлых грунтах 
[5], в мостостроении [6]. Если потери железобетона от разрушений 
свай при забивке в промышленном и гражданском строительстве достигают 7-30% от объема всех применяемых свай [2-4,7], то в гидротехническом строительстве и в мостостроении эти потери доходят до 
35% и более [1]. Ежегодные материальные потери за счет недопогружения и разрушения свай при забивке по данным, представленным Гугниным А.А. [8], составляют: арматуры – 150 тыс. тонн; цемента – 400 тыс. тонн; щебня – 1 млн. тонн. 

Недобивка железобетонных свай до проектных отметок и их разру
шение характерны и для строек Казахстана [9]. Так, по данным Бейсекеевой С.З. и Шеметовой В.Н. [10] около 1/3 всех свай, предназначенных 
для забивки, остается недопогруженной до проектной отметки, а количество срубленного железобетона достигает 12,7% от объема всех 
свай.

Разрушению свай при забивке предшествует формирование и раз
витие в них дефектов от ударов молотов. По виду, характеру и размерам эти дефекты разнообразны и причины, вызывающие их, также неодинаковы. В целом, в сваях при забивке проявляются следующие дефекты (рис. 1.2) [11-14]:

- поперечные трещины на торцовой грани и боковой поверхности го
ловы сваи;

- продольные трещины и сколы бетона в голове сваи;
- раздробление и выкрашивание бетона в голове сваи;

1

2

3

4

5

6

Рис.1.1. Недопогружение и повреждение железобетонных свай 

при забивке

1 – бездефектное состояние сваи; 2 – поперечные микротрещины 

в бетоне;  3 - развивающиеся поперечные трещины со сколом бетона; 4

– раздробление и выкрашивание бетона с оголением арматуры; 5 –

оголение и смятие арматурных сеток; 6 - оголение продольной арматуры, ее выпучивание, разрыв поперечной арматуры и отрыв кусков бе
тона

Рис. 1.2. Характерные дефекты головы сваи при забивке

- продольные и поперечные трещины в верхней и средней частях 

сваи;

- наклонные трещины в верхней части сваи;
- оголение и смятие арматурных сеток в голове сваи;
- оголение продольной арматуры сваи, ее выпучивание, разрыв 

поперечной арматуры и отрыв кусков бетона.

Основные причины, вызывающие дефекты в сваях можно ус
ловно объединить в следующие группы:

- 1 группа - ошибки в назначении вида и состава компонентов бе
тона свай, нарушения технологий изготовления, складирования, хранения, погрузки и транспортировки свай;

- 2 группа - недостоверная или недостаточно полная оценка ин
женерно-геологических условий площадки;

- 3 группа - полное или частичное несоответствие параметров мо
лота, сваи, наголовника молота и амортизационного материала в наголовнике молота фактическим инженерно-геологическим условиям 
площадки, несоблюдение требований, предъявляемых к технологии 
забивки.

Непосредственно с процессом забивки свай связаны причины, 

входящие в состав 3 группы. Эти причины, освещенные в работах [1117] проанализированы и обобщены в работе [18]. К ним относятся:

- использование молота с энергией удара, недостаточной для про
резки прочных грунтов;

- использование молота с чрезмерно большой энергией удара, вы
зывающей разрушение свай при прорезке ими прочных грунтов;

- применение свай с низкой ударной стойкостью;
- наличие внецентренных и косых ударов молота по свае при за
бивке;

- наличие больших зазоров между стенками наголовника молота и 

боковой поверхностью сваи;

- наличие горизонтальных отклонений торцовых поверхностей 

наголовника и амортизационного материала в нем при ударах молота 
(неперпендикулярность ударов молота по свае);

- использование в наголовнике молота жестких, размочаленных 

или некачественных амортизационных материалов;

- нанесение ударов молота с большой высоты по свае в начале за
бивки и при прохождении нижним концом сваи слабых грунтов;

- изменение положения направляющей копра (копровой стрелы 

или мачты) и ее раскачка при работе молота.

При проектировании свайных фундаментов, а также при производ
стве сваебойных работ используются различные меры по предотвраще

нию дефектов в сваях и обеспечению их забивки до требуемых отметок 
[11, 16, 17, 19-21]. Эти мероприятия обобщены и представлены в работе 
[18]. К ним относятся:

- применение ударостойких свай;
- использование свай с большими размерами поперечного сече
ния, повышение класса бетона свай по прочности на сжатие, усиление 
головной части свай (металлической обоймой, дополнительным армированием и др.);

- обеспечение строгой вертикальности (при забивке вертикальных 

свай) и соосности ударной части молота и сваи при ударах;

- обеспечение соответствия размеров наголовника молота разме
рам поперечного сечения сваи;

- обеспечение перпендикулярности торцовых поверхностей наго
ловника молота и амортизационного материала в нем направлению 
удара;

- использование менее жестких амортизационных материалов в 

наголовнике молота с их регулярной заменой в процессе забивки;

- снижение высоты падения ударной части молота при прорезке 

сваей наиболее опасных участков грунтовой толщи;

- контроль положения направляющей копра и исключение ее рас
качки при работе молота;

- погружение свай через лидерные скважины;
- погружение свай с использованием подмыва грунтов и электроос
моса;

- обмазка поверхности свай полимерами (синтетическими смо
лами) и глинистыми растворами (бентонитовой пастой), обеспечивающими снижение сил трения по грунту.

Реализация перечисленных мер дает положительные результаты.
Существенный эффект достигается при использовании ударостойких 

свай, которые отличаются армированием головной части, видом материала 
(бетона), формой головы и острия, условиями изготовления и др.

К сваям повышенной ударной стойкости относятся сваи со стале
фибробетонной головой и сталеполимербетонные сваи [3,4,14,15,22]. 
Сваи со сталефибробетонной головой подразделяются на сваи с головой вертикального и горизонтального формования (рис.1.3). В качестве фибров служат отрезки стальной проволоки диаметром 0,3-1,6 мм 
и длиной 30-160 мм. Применение сталефибробетона исключает установку в голове свай традиционных арматурных сеток. Ударостойкость 
свай со сталефибробетонной головой вертикального формирования в 
1,4-1,8 раза выше, чем у свай со сталефибробетонной головой горизон

тального формования. Это вызвано различием технологий их изготовления. 

а – свая со сталефибробетонной головой вертикального формова
ния; б – свая со сталефибробетонной головой горизонтального формования; 1 - сталефибробетонная голова; 2 - фибры; 3 - каркас головы; 4 
железобетонный ствол; 5 – каркас ствола

Рис. 1.3. Забивные сваи со сталефибробетонными головами

5

3 - 3

350

350

3
3

2 – 2

1
1

640

150
200

350

350

350

1
1

2
2

1

2

3

4

5

3
3

1

1

150
200

350

1

2

4

5

а
б