Люди издревле использовали свайные фундаменты при строительстве своих домов.
Многие здания и даже хижины в регионах, затапливаемых водой, строились на деревянных сваях, возвышающих здания на несколько метров над уровнем земли. Свайные постройки служили надежным убежищем и от диких зверей, так как вход в жилище был поднят над землей. В древности сваи изготавливали и забивали в грунт вручную. Занятие это было далеко не простое и очень трудоемкое. Для того чтобы изготовить при помощи топора сотни свай (а под некоторые здания их требовалось тысячи), перевести их к месту постройки, вбить в почву, требовалось множество рабочих рук. Трудно себе представить, сколько дубовых свай было забито при строительстве Петербурга, если при перестройке Петропаловской крепости в каменную (1706 - 1740 г.) потребовалось 40 тысяч свай. Эта перестройка длилась с перерывами более 30 лет.
В XIX веке был создан паровой копер, способный в течение одного часа забить 10 - 15 свай. Постепенно паровой копер был заменен на более современные конструкции, которые в настоящее время легко забивают сваи длиной 12 м и более.
Свайные фундаменты возводят на участках со слабым грунтом под здания в несколько этажей. Эти фундаменты дают возможность полностью исключить земляные работы в бесподвальных зданиях или сократить их объем при наличии технического подполья. Сваи принимают нагрузку от стен здания и сооружения и передают их нижележащим слоям грунта. Сваи либо забивают в грунт при помощи специальной сваебойной техники (забивные сваи), либо устраивают буронабивные сваи, заполняя пробуренные скважины бетоном (набивные сваи). Требуемая длина свай заранее рассчитывается, но обычно в индивидуальном домостроении она составляет 4- 6 м.
Сваи могут быть вертикальными и наклонными. Верх свай срезают под один уровень и соединяют между собой ростверком, принимающим на себя все нагрузки от зданий и сооружений, равномерно распределяя их на сваи.
Сваи-стойки прорезают слабые верхние слои грунта и передают нагрузку на более плотные и прочные нижние горизонты. Висячие сваи передают нагрузку за счет сил трения, возникающих между боковыми поверхностями сваи и уплотненным грунтом. Со временем грунт, как бы "засасывает" сваю, увеличивая силы бокового сцепления.
Деревянные сваи изготавливают из хвойных пород: сосны, кедра, лиственницы, реже из дуба. Диаметр деревянной сваи в тонком конце должен быть не менее 18 см. Нижний конец сваи заостряют на длину, равную 1,5-3 диаметра бревна, и на него надевают стальной наконечник - башмак, предохраняющий заостренный конец сваи от разрушения во время его погружения в грунт. На верхний конец сваи надевают стальное кольцо - бугель, предохраняющий древесину от раскалывания и размочаливания во время ударов молота. У читателя может возникнуть сомнения по поводу долговечности деревянных свайных фундаментов. Они могут быть развеяны тем, что при строительстве многих мировых памятников архитектуры использовались деревянные сваи. Примером такого памятника может служить церковь Санта Мария делла Салюте, построенная в XVII веке, фундамент которой надежно покоится на 110 тысячах деревянных свай.
Железобетонные сваи чаще всего бывают квадратного сечения с заостренным концом и со стальным башмаком или обоймой на обратной стороне сваи. Железобетонные "сваи могут быть с ненапрягаемой и предварительно напряженной арматурой. Размеры забивных железобетонных свай приведены в таблице.
Металлические сваи изготавливают из проката различного профиля (труб, швеллера, двутавра и т.д.). Трубчатые сваи могут заполняться бетоном - трубо-бётонные сваи. Преимущество трубчатых свай заключается в их легкости и возможности забивки на большую глубину с наращиванием длины сваи по мере ее погружения. Разновидностью трубчатых свай являются винтовые сваи, которые завинчивают в грунт, повышая тем самым их несущую способность в несколько раз.
Перед забивкой выполняют разметку свайного поля с использованием геодезических приборов, рулеток. Для этого устраивают обноски с продольными и поперечными рядами свай, в качестве которой служит натянутый шнур или тонкая - проволока, натянутая в виде сетки осей свайного основания. Опуская отвес в местах пересечения осей, находят центр свай, которые помечают вбитыми в землю колышками с указанием порядкового номера сваи.
Погружают сваи в грунт при помощи свае погружающих агрегатов, смонтированных на базе тракторов, кранов или тяжелых автомобилей. Кроме того, могут использоваться рельсовые копры и установки мостового типа. Рабочими органами сваепогружающих агрегатов служат паровые или дизельные молоты, вибромолоты, вибропогружатели или вдавливающие устройства. Выбор механизма для погружения свай зависит от типа свай, их веса, количества, сроков забивки и наличия средств механизации. Свайные молоты устанавливают на копры, представляющие собой систему ригелей и подкосов, опирающуюся на специальные платформы. Вместо платформ часто используют стреловые краны, на которые навешивают сваебойный механизм. Вибропогружатели воздействуют на сваю вибрацией. Их подвешивают на стреловые краны, закрепляя сваю к наголовнику. Наиболее эффективна комбинация молота и вибропогружателя, которая нашла свое отражение в вибромолотах. Процесс погружения сваи при этом намного ускоряется.
Винтовые сваи завинчивают электрокабестаном, к вращающемуся шпинделю которого, прикрепляют сваю.
Рядовая схема применяется в несвязанных грунтах, сваи забивают последовательно в каждом ряду. Применение такой схемы в связанных грунтах может вызвать неравномерное напряжение в грунте и осадку сооружения.
После забивки свайного поля оголовники свай разбивают, обнажая арматуру. К арматуре сваи приваривают арматурный каркас ригеля-ростверка, который затем бетонируют в специально выставленной опалубке. Железобетонный ростверк служит опорой для стен здания.
