21. Фундаменты из буронабивных свай. Определение несущей способности набивных свай

Наиболее популярными методами устройства буронабивных свай (БНС) являются:

• Устройство свай методом бурения в обсадной инвентарной трубе.

• Устройство свай методом непрерывно вращающегося шнека.

• Метод ударно-канатного бурения.

Сущность технологии устройства свай методом бурения с использованием обсадных инвентарных труб заключается в применении секционных инвентарных труб, погружаемых в процессе бурения скважины и извлекаемых по мере изготовления сваи. Крепление секций труб осуществляется при помощи сварки или стыков специальной конструкции^[1].

Бурение производится буровым станком — ударным или вращательным методом. В процессе бурения инвентарные трубы погружаются — методами вибропогружения, забивки в грунт или с использованием специальных гидравлических домкратов. Бурение ведётся до проектной отметки, после чего забой зачищают, устанавливают каркас из арматуры, а затем осуществляют бетонирование и уплотнение смеси. После окончания бетонных работ инвентарная труба извлекается, а головка сваи — формуется с помощью специальной формы-кондуктора.

Несущую способность набивных свай, как и забивных, опреде­ляют по наименьшему из значений, полученных по расчету несущей способности по грунту, и по расчету сопротивления материала сваи.

При расчете несущей способности набивных свай по материалу (бетону) расчетное сопротивление бетона следует" определять с уче­том коэффициента условий работы тб=0,85, как это предусмотрено СНиП Н-В..1-62 для сжатых элементов, бетонируемых в верти­кальном положении. Кроме того, вводят дополнительный коэффи­циент условий работы, учитывающий влияние способа производства  работ.

Значение дополнительного коэффициента условий работы прини­мается равным:  в глинистых грунтах, консистенция которых позволяет бурить скважины и бетонировать без крепления их стенок, а также в грун­тах, при которых крепление скважин и бетонирование осуществля­ются с применением извлекаемых обсадных труб, при отсутствии воды в скважинах (т. е. при бетонировании «сухим» способом) - m_б =0,9;  в грунтах,- при которых скважины бурят с креплением обсадны­ми трубами, а бетонирование - под водой или скреплением глини­стым раствором (без обсадных труб) - m_б =0,7.

Бетонирование под водой или под глинистым раствором реко­мендуется вести методом ВПТ (вертикально перемещающейся тру­бы), подводное бетонирование свай другими методами не допуска­ется.  Несущая способность набивных свай по грунту так же, как и за­бивных, зависят от сопротивления грунта под нижним концом сваи и по ее боковой поверхности. В общем виде несущую способность набивной сваи можно определить из выражения

где Р - расчетная несущая способность сваи, Т; k = 0,7 - коэффи­циент однородности грунта;m_н = 1 - коэффициент условий работы грунта; R^н - нормативное сопротивление грунта под нижним концом сваи, принимаемое в зависимости от способа образования сваи по табл.-2.1 из выражения (11.2) т/м²; F- площадь опирания сваи на грунт, принимаемая по площади поперечного сечения сваи или / по поперечному сечению уширенной пяты, м²;  и - периметр попе­речного сечения ствола сваи, принимаемый по диаметру скважины или обсадной трубы,м; m_f - коэффициент условий работы ствола сваи, принимаемый по табл. 13.3; f^н - нормативное сопротивление грунта на боковой поверхности сваи, принимаемое по табл. 2.2,.т/м²; j_i- толщина 1-го слоя грунта, соприкасающегося с боковой поверхностью сваи, м.

Выражение (11.1) позволяет установить несущую способность, по грунту на вертикальную сжимающую нагрузку для всех видов набивных свай. Однако в зависимости от способа изготовления сваи и наличия уширенной пяты, значения нормативного сопротивления грунтаRн, коэффициента условий работы ствола сваи m_f и расчет­ное значение толщины слоя грунта, соприкасающегося с боковой поверхностью сваи, имеют различные значения.

Нормативное сопротивление грунта под нижним концом сваи R^н для набивных частотрамбованных свай принимают по табл. 2.1, т. е. таким же, как и для забивных свай. Это указание СНиП II-Б.5-67 может быть распространено и на другие виды набивных свай со скважинами, образуемыми забивкой в грунт оболочек при закрытом нижнем конце.

Для всех остальных видов набивных свай, устраиваемых в пес­чаных грунтах или в крупнообломочных с песчаным заполнением, R^н определяют по выражению

где    - безразмерные коэффициенты, принимаемые по табл. 11.2 в зависимости от значения нормативного угла внутренне­го трения основания грунта   - объемная масса грунта в осно­вании набивной сваи с учетом взвешивающего действия грунтовых вод, т/м³;   - приведенная объёмная масса грунтов, расположен­ных выше нижнего конца набивной сваи; d - диаметр набивной сваи или ее уширения для свай с уширенной пятой, ж; h - глубина заложения нижнего конца набивной сваи или уширенной пяты, отсчитываемая от природного рельефа (или от планировочной отмет­ки при планировке срезкой), а для опор мостов - от дна водоема с учетом размыва, м.

Для тех же видов набивных свай, устраиваемых в глинистых грунтах, R^н определяют по табл. 11.3.

Во всех расчетах величину заглубления набивной сваи в грунт, принятый за основание нижних концов свай, полагают не менее диаметра (для свай без уширенной пяты) или диаметра уширения, но не менее 2м.

Для промежуточных значений   величины коэффи­циентов   определяют по интерполяции.

Таблица   11.2  Значения   коэффициентов    к выражению (11.2)

Нормативные сопротивления глинистых грунтов под нижним концом набивных свай и свай-оболочек, погружаемых с выемкой грунта и заполнением полости бетоном R^н, т/м²

Значения коэффициента условий работы ствола сваи т_f прини­мают по табл. 11.4. При этом для свай с уширенной пятой сопротив­ление грунта по боковой поверхности сваи учитывают только на участке от верха сваи до места пересечения ствола сваи с поверх­ностью воображаемого конуса. Такой конус в качестве образующей имеет линию, касающуюся границы уширения под углом ф: 4 к продольной оси сваи, где ф - среднеарифметическое значение угла внутреннего трения грунта, залегающего в пределах указанного ко­нуса (ем. рис. 11.3).

Таблица   11.4 Значения коэффициента т_f

Полагая, что уширенная пята имеет форму шара, можно уста­новить, что длина части ствола сваи, не учитываемая в расчете ее несущей способности, равна

где   - угол внутреннего трения грунта; D - диаметр уширенной пяты; d - диаметр ствола сваи.

Из рис. 11.10 видно, что размер l2 может составлять значитель­ную часть общей длины ствола сваи и будет тем больше, чем мень­ше угол внутреннего трения грунта.

При проектировании фундаментов из свай с уширенной пятой следует иметь в виду, что при наличии пяты приходится увеличивать размеры многорядных ростверков. Минимальные размеры роствер­ка устанавливают исходя из того, что для свай без уширенной пяты минимальное расстояние между сваями в осях равно 3d, где d - диаметр сваи. Для свай с уширенной пятой минимальное расстояние между сваями в осях равно D + 100 см, где D -диаметр уширенной пяты (рис. 11.11).

Приняв свес ростверка равным 20 см, получим, что ширина мно­горядного ростверка из прядов свай Вр соответственно будет равна:

при отсутствии уширенной пяты

 

при наличии уширенной пяты

Отсюда увеличение ширины ростверка составит

Из последнего выражения следует, что у однорядных ростверков наличие уширенной пяты не сказывается на их ширине. Во всех остальных случаях ширина их значительно увеличивается тем больше, чем больше ря­дов свай в фундаменте.

При выборе системы свайного фундамен­та следует иметь в виду и то, что несущая способность набивных свай с уширенной пя­той, как правило, значительно выше, чем у свай без уширенной пяты. Поэтому вместо нескольких рядов свай без уширенной пяты иногда можно приме­нить один или два ряда свай с уширенной пятой, что в свою очередь поведет к уменьшению размеров ростверка.

Рис.11. 10. Схема, к опре­делению   участка   ствола набивной сваи с уширен­ной пятой

Рис.   11.11. Схема  к определению  ширины  ростверка:  а - на сваях без уширенной пяты; б - на сваях с уширенной пятой