5. Проектирование свайного фундамента.
5.1. Конструктивные особенности свайных фундаментов.
Свайные фундаменты устраиваются в случаях, когда возведение фундаментов мелкого заложения невозможно вследствие залегания в верхних слоях основания грунтов, имеющих низкую прочность и высокую сжимаемость. Свайный фундамент состоит из несущих элементов - свай и ростверка. Свая служит для передачи нагрузок от сооружения на грунты основания, ростверк - для равномерного перераспределения нагрузок на сваи.
В практике транспортного строительства наибольшее применение нашли следующие виды свай: забивные (вдавливаемые) железобетонные призматические сплошные и полые круглые погружаемые в грунт без его выемки или в лидерные скважины с помощью молотов, вибропогружателей, вибровдавливающих, виброударных и вдавливающих устройств; железобетонные сваи-оболочки, заглубляемые вибропогружателями; набивные бетонные и железобетонные, устраиваемые в грунте путем укладки бетонной смеси в скважины, образованные в результате принудительного отжатия (вытеснения) грунта; буровые железобетонные, устраиваемые в грунте путем заполнения пробуренных скважин бетонной смесью или установки в них железобетонных элементов.
По условиям взаимодействия с грунтом сваи подразделяются на сваи-стойки и висячие.
К сваям-стойкам следует относить сваи всех видов, опирающиеся на скальные грунты, а забивные сваи – на скальные и малосжимаемые грунты (к малосжимаемым грунтам относятся крупнообломочные грунты с песчаным заполнителем средней плотности и плотным, а также глины твердой консистенции в водонасыщенном состоянии с модулем деформации Е ≥ 50 МПа). Силы сопротивления грунтов, за исключением отрицательных (негативных) сил трения, на боковой поверхности свай-стоек в расчетах их несущей способности по грунту основания не учитываются [1, 2].
К висячим сваям следует относить сваи всех видов, опирающиеся на сжимаемые грунты и работающие за счет сопротивления грунтов основания по боковой поверхности и под нижним концом.
В мостостроении применяются типовые призматические железобетонные мостовые сваи квадратного сечения 30×30, 35×35 и 40×40 см, изготовляемые из обычного или предварительно напряженного железобетона. Каждой свае присваивается марка. Например марка сваи СМ12-35Т4 означает: С - свая, М – мостовая, 12 - длина, м, 35 – сторона сечения, см, Т – трещиностойкая, 4 – номер типа армирования. Длина сваи должна быть кратной 1 м.
Класс бетона по прочности для забивных железобетонных свай с ненапрягаемой продольной арматурой, а также для набивных и буровых свай принимается не ниже В20, для забивных железобетонных свай - не ниже В25. Железобетонные ростверки свайных фундаментов следует проектировать из тяжелого бетона класса не ниже В20 [3].
5.2. Порядок проектирования свайных фундаментов.
Свайные фундаменты должны проектироваться с учетом:
- инженерно-геологических условий площадки строительства, полученных по результатам инженерных изысканий;
- конструктивные и технологические особенности сооружения и условия его эксплуатации;
- действующих на фундаменты нагрузок;
- технико-экономического сравнения возможных вариантов проектных решений для принятия варианта, обеспечивающего наиболее полное использование прочностных и деформационных характеристик грунтов и физико-механических свойств материалов фундаментов.
Расчет свайных фундаментов выполняется в следующем порядке:
1. Сбор нагрузок на обрез фундаментного ростверка.
2. Оценка инженерно-геологических условий.
3. Выбор типа ростверка, установление отметки его обреза и подошвы, определение размеров ростверка в плане исходя из конструктивных особенностей сооружения.
4. Выбор вида, материала и размеров свай (длина, размеры поперечного сечения).
5. Расчет несущей способности свай из условия работы сваи по грунту и материалу с определением их количества в свайном кусте.
6. Конструирование ростверка.
7. Проверка свайного фундамента по первой группе предельных состояний (несущей способности грунтов основания свай, а также прочности материала свай и ростверка по материалу).
8. Расчет по второй группе предельных состояний (определение осадки свайного фундамента и горизонтальное смещение).
9. Подбираются механизмы для погружения свай, определяется проектный отказ свай, разрабатываются технологические схемы по устройству свайного фундамента под мостовую опору.
Глубина заложения ростверка назначается исходя из следующих условий:
- высоты ростверка, определяемая расчетом прочности по материалу,
- расчетной глубины промерзания грунта в пучинистых грунтах при отсутствии водного покрова,
- конструктивных особенностей мостовой опоры,
- условий производства работ при возведении фундамента.
Для мостовых опор, расположенных в русле реки, необходимо учитывать глубину местного размыва и отметку меженных вод. Отметка обреза ростверка назначается:
- при высоком ростверке ГНВ – hл – 0,25 м,
- при низком ростверке DL – 0,3 м,
где ГНВ – горизонт низких вод, hл – толщина льда, DL – местного размыва дна у опоры.
Длина свай устанавливается по разности отметок верхнего и нижнего концов свай. Отметка верхнего конца свай принимается с учетом заделки сваи в ростверк. В свайных фундаментах мостовых опор сваи должны заделываться в ростверк на длину не менее 2d (диаметр или размер грани квадратной в поперечном сечении сваи) [3].
Нижний
конец свай, как правило, следует заглублять
в прочные грунты, прорезая более слабые
напластования грунтов, при этом
заглубление забивных свай в грунты,
принятые за основание, должно быть: в
крупнообломочные, гравелистые, крупные
песчаные и глинистые грунты с показателем
текучести
- не менее 0,5 м, а в прочие дисперсные
грунты - не менее 1,0 м [1, 2].
Расчет свай следует начинать с составления расчетной схемы, где изображаются геолого-литологическая колонка с отметками границ инженерно-геологических элементов; с указанием основных физико-механических свойств грунтов: удельного веса (γ), угла внутреннего трения (φII) и модуля деформации (Е), показателя текучести (IL) для глинистых грунтов, коэффициента пористости (е) и крупности песчаных грунтов; отметка местного размыва; уровня меженных вод. По результатам анализа инженерно-геологических условий выбирается несущий слой, устанавливаются размеры сваи.
Рисунок 5.1. Схема свайного фундамента под промежуточную опору моста