3.3. Выбор несущего слоя грунтов и определение размеров свай

В большинстве случаев сваи применяются для прорезания ненормируемых и слабых грунтов (насыпных, рыхлых, песчаных, илов, торфов, текучих глинистых и т.п.) и передачи нагрузок от здания или сооружения на прочные грунты основания.

Так как в общей стоимости свайных фундаментов стоимость свай составляет 70%, рациональность конструкции свайных фундаментов определяется максимальным использованием прочности материала свай и грунтов основания при минимальных площади сечения и длине свай, а также минимальных удельных расходах материалов и характеризуется показателями технического уровня. Эти показатели следующие:

коэффициент использования прочности материала свай и грунтов основания

К_s = F_h1/F_h2,

где F_h1, F_h2 – расчетная нагрузка, допускаемая на сваю, соответственно по грунту и материалу сваи; К_s≤1;

коэффициент использования несущей способности сваи

К_р = N_р/F_h1,

где N_p – фактическая нагрузка на сваю от здания; К_р≤1,2;

коэффициент унификации, учитывающий степень использования несущей способности свай в разнонагруженных фундаментах зданий и сооружений,

К_u = ΣК_pin_i/Σn_i,

где К_pi – коэффициент использования несущей способности свай в i-м фундаменте; n_i – число фундаментов в здании и сооружении; К_u ≤ 1,2;

удельный расход материалов q (бетон, сталь) в расчете на единицу действующей нагрузки (осевой вдавливающей, горизонтальной).

Предварительная оценка расчетных нагрузок, допускаемых на сваи различных видов в различных грунтовых условиях, может быть принята по табл.3.1. Целесообразность применения свай и свайных фундаментов для случаев, когда определяющими будут осевые сжимающие нагрузки, можно установить при использовании показателей технического уровня, приведенные в табл.3.2 и 3.3.

После предварительного выбора типа конструкций и размеров свай по табл.3.2 и 3.3 необходимо уточнить принятые размеры расчетом по СНиП II-17-77.

3.4. Проектирование свайного поля и ростверков

Основная задача проектирования свайного поля и ростверков сводится к максимальному использованию допускаемой на сваю расчетной нагрузки, обеспечению равнопрочности сваи по грунту и материалу, определению оптимальных типоразмеров свай и ростверков и их унификации, обеспечению минимального заложения ростверков и наименьших объемов земляных работ.

Под сооружениями с несущими стенами сваи располагаются, как правило, в один ряд. Не следует допускать недоиспользование несущей способности свай более чем на 15%, перегрузку свай от постоянных и длительных нагрузок более чем на 5%, от кратковременных нагрузок более чем на 20%.

Для каркасных сооружений число свай в кустах должно быть минимальным. Не рекомендуется принимать число свай в кустах с нагрузкой до 10 000 кН более 16 шт. при сечении 30Х30 см, более 12 шт. при сечении 35Х35 см, более 9 шт. при сечении 40Х40 см или диаметре 50-60 см.

В табл.3.4 и 3.5 приведены параметры унифицированных кустов из забивных свай квадратного сечения для одноэтажных и многоэтажных зданий, в табл.3.6 и 3.7 – унифицированных кустов из буронабивных свай без уширения и с уширенной пятой, в табл.3.8 – унифицированных кустов из полых круглых свай и свай-оболочек. Данные этих таблиц облегчают определение передаваемой на сваю расчетной нагрузки по формуле

N_p = N/n±k_xM_x±k_yM_y, (3.1)

где N_p, M_x, M_y – расчетные нагрузки, действующие на фундамент на отметке низа ростверка; n – число свай в кусте; k_x и k_y – коэффициенты, принимаемые по табл.3.4-3.8.

Куст свай подбирают по заданным расчетным нагрузкам на фундамент N, М и принятой в проекте расчетной нагрузке на сваю F_h в следующем порядке:

вычисляют n₀=N/F_h и е=М/(k₂N), где коэффициент k₂ принимается в зависимости от ширины грани или диаметра сваи:

Ширина грани или

диаметр сваи, см 25 30 35 40 50 60 80

k₂ 0,833 1,0 1,167 1,333 1,667 2,0 2,66

точка пересечения линий n₀ и е определяет требуемые параметры куста свай и шаг свай а в продольном направлении;

шаг свай в поперечном направлении вычисляется по формуле

b_i =

Кусты свай принимаются по табл.3.4.

Число свай в фундаменте следует определять из условия восприятия вдавливающих нагрузок и моментов. Если установленное число свай не обеспечивает восприятия горизонтальных нагрузок, следует применять: наклонные сваи, балки-связи, позволяющие распределить горизонтальные нагрузки на менее загруженные фундаменты; короткие дополнительные сваи в кусте, воспринимающие только горизонтальную нагрузку; зуб, устраиваемый на 1-1,5 м ниже подошвы ростверка и бетонируемый в распор.

Проектирование свайных фундаментов при агрессивных грунтовых водах производится с учетом требований СНиП по защите строительных конструкций от коррозии.

На стадии изысканий следует установить источник агрессивности подземных вод и, если это возможно, разработать мероприятия по его устранению. В последнем слечае антикоррозионная защита свай и ростверков не требуется. Защита свай и ростверков от коррозии должна проводиться в зависимости от степени и характера агрессивности подземных вод одним из следующих способов:

повышением защитных свойств бетона за счет увеличения его плотности, повышением трещиностойкости, применением сталей, вяжущих и заполнителей, наиболее стойких к данной агрессивной среде;

применением цементов сульфатостойких, кислотостойких и с умеренной экзотермией;

обмазкой или пропиткой свай и ростверков химическими составами.

Обмазку или пропитку следует применять в том случае, если нельзя повысить защитные свойства материала или применить специальные цементы.

При наличии агрессивных подземных вод под ростверки рекомендуется устраивать подготовку из втрамбованного в грунт щебня толщиной не менее 10 см с проливкой битумом.

При устройстве свайного фундамента вблизи подземного сооружения заложение ростверков следует принимать наименьшим независимо от глубины подземного сооружения, принимая дополнительные мероприятия для восприятия сваями горизонтальных нагрузок.