2. Расчет свай и свайных фундаментов
Сваи и свайные фундаменты рассчитываются по предельным состояниям двух групп. По предельным состояниям первой группы определяют несущую способность свай по грунту, прочность материала свай и ростверков, устойчивость свай и фундаментов; по предельным состояниям второй группы рассчитывают осадки оснований свайных фундаментов, горизонтальные перемещения свай и фундаментов, образования или раскрытие трещин в железобетонных сваях и ростверках.
2.1. Методы определения несущей способности свай и область их применения
Несущая способность свай на вдавливающую нагрузку определяется согласно СНиП II-17-77 следующими способами:
по характеристикам грунтов основания (табл.1 и 2, формулы 4 и 7);
динамическим (формулы 17 и 18);
по данным статического зондирования (формулы 20-24);
по результатам статических испытаний натурных и эталонных (инвентарных малого сечения) свай (формулы 15 и 16).
При установленной несущей способности по формуле 1 СНиП II-17-77 вычисляется расчетная нагрузка, воспринимаемая сваей по грунту.
Для предварительного определения расчетной нагрузки на забивную сваю по характеристикам грунтов основания можно воспользоваться рис.2.1., а по динамическому методу - таблицами приложения 5 Руководства [3]. Графики, приведенные на рис.2.1. составлены для забивной сваи сечением 30Х30 см, расчетная нагрузка на которую определяется как сумма расчетных нагрузок, воспринимаемых нижним концом Fυ1 и боковой поверхностью сваи Fυ2. Для забивных свай других сечений расчетная нагрузка определяется по формуле:
Fυ = 0,833 Fυ2 up + 11,1 Fυ1A, (2.1)
где Fυ2 и Fυ1 – расчетная нагрузка, воспринимаемая соответственно боковой поверхностью и нижним концом сваи сечением 30Х30 см и определяемая по рис.2.1.; uр, А – периметр, м, и площадь поперечного сечения, м2, нижнего конца сваи.
При прорезании сваями разнопрочных грунтов Fυ1 каждого слоя грунта принимается как разность между расчетными нагрузками, соответствующими подошве и кровле слоя.
Рис.2.1. К предварительному определению расчетной нагрузки на забивную сваю
сечением 30Х30 см по характеристикам грунтов основания
Результаты многочисленных сопоставлений несущих способностей свай, определяемых перечисленными методами, показали, как видно из табл.2.1., что наиболее достоверным, но более дорогим и длительным методом являются статические испытания свай, наименее достоверными и наиболее дешевыми - методы динамический и по характеристикам грунтов основания.
Статические испытания натурных свай следует проводить на стадии изысканий в целях наиболее достоверного определения объемов и стоимости фундаментов в следующих случаях:
при количестве свай на объекте более 1000;
при слабых грунтах большой (более 10 м) мощности;
при сваях длиной более 15 м;
для уникальных и очень тяжелых (более 20 000 кН на колонну) зданий и сооружений;
для опирающихся на сжимаемый грунт свай, на которые предполагается допустить нагрузки, соответствующие прочности материала на сжатие;
при прорезании лессовых грунтов II типа по просадочности.
В лессовых грунтов II типа по просадочности статические испытания натурных свай, которые должны полностью прорезать просадочную толщу, следует проводить с длительным полным замачиванием грунтов до появления просадок и их стабилизации. Размеры замачиваемого котлована в плане принимаются не менее толщины слоя просадочных грунтов. Если по каким-либо причинам проведение статических испытаний на стадии изысканий оказывается невозможным, они должны быть проведены в начальный период строительства.
Статические испытания эталонных свай следует проводить только в процессе изысканий на стадии проекта при двухстадийном проектировании и на стадии рабочей документации при одностадийном проектировании в случаях, когда предполагается проектирование свай длиной до 15 м.
Для крупных объектов испытания эталонных свай следует проводить в сочетании с натурными испытаниями свай в начальный период строительства, что дает существенный экономический эффект.
Статическое зондирование является неотъемлемой частью изысканий на всех стадиях проектирования и должно использоваться для определения несущей способности свай длиной до 15-20 м.
Динамические испытания и расчет по характеристикам грунтов основания могут использоваться только для предварительной ориентировочной оценки несущей способности свай. Использование динамических испытаний оправдано в сочетании со статическими испытаниями свай для определения степени неоднородности грунтов в пределах объекта и контролирования расчетной нагрузки на производственные сваи, определяемой с учетом поправочного коэффициента, устанавливаемого в сопоставлении со статическими испытаниями.
При наличии нескольких методов определения несущей способности свай их следует использовать в следующем порядке: статические испытания натурных свай, статические испытания эталонных свай, статическое зондирование, динамические испытания, расчет по характеристикам грунтов основания. Каждый последующий метод используется для определения расчетной нагрузки при отсутствии предыдущего метода.