Вопрос 19Суть расчета свайных фундаментов. Основные расчетные схемы. Конструктивные решения. Классификация решения. Классификация свай по материалу, форм продольного и поперечного сечения

При строительстве различных сооружений в местах, где имеются слабые грунтовые толщи, а также в водоемах часто прибегают к сооружениям свайных фундаментов.

Свайный фундамент состоит из отдельных свай, объединенных вверху монолитной бетонной или ж/б плитой, называемой ростверком.

Сваей называется стержень, находящийся в грунте в вертикальном или наклонном положении и предназначенный для передачи грунту нагрузки от надфундаментной части сооружения.

Сваи могут быть изготовлены как на поверхности и готовыми погружены в грунт, так и непосредственно в грунте.

Сваи различают по материалу, методу изготовления и погружения в грунт, геометрической форме продольного и поперечного сечения, характеру работы в грунте и положению их оси по отношению к горизонту.

Свайные фундаменты подразделяются в зависимости от уровня расположения ростверка по отношению к верхней поверхности грунта на фундаменты с низким и высоким ростверками.

По расчетной схеме свайные ростверки подразделяют на гибкие и жесткие. Наибольшее применение нашли жесткие ростверки, у которых собственные деформации под воздействием внешних нагрузок весьма малы по сравнению с их перемещениями. При расчетах свайных фундаментов с гибкими ростверками наряду с деформацией свай приходится учитывать деформации самого ростверка.

Существует более 150 видов свай и их конструктивных видов, однако многие из них оказались нерациональными и потому не нашли применения. В настоящее время в подавляющем большинстве случаев используют забивные конструкции, тем или иным способом забиваемые в грунт.

По материалу сваи бывают деревянные, железобетонные, стальные, бетонные набивные и комбинированные.

По форме поперечного сечения сваи бывают круглые, квадратные, крестообразные, прямоугольные и многоугольные, а по форме продольного сечения – призматические, конические, телескопические и реже специального очертания.

По форме нижнего конца сваи бывают без уширенной пяты и с уширенной пятой, прием первые могут иметь коническое острие или плоский торец.

По методу погружения или устройства в грунте сваи бывают забивные, буронабивные и винтовые.

Дерево является наиболее распространенным материалом для изготовления свай. Срок службы деревянных свай, постоянно закрытых водой, практически неограничен.

К недостаткам деревянных свай относят малый срок службы при расположении их в зоне переменной влажности и их повреждаемость древоточцами, но эти недостатки могут быть в значительной мере устранены путем применения соответствующих составов для пропитки древесины.

Ж/б сваи обладают ряд преимуществ перед деревянными сваями. Главными из них являются возможность расположения подошвы ростверка выше уровня грунтовых вод, огнестойкость материала, неподверженность действию древоточцев. Однако бетон с течением времени подвергается разрушению вследствие химического воздействия воды и механического воздействия суровых климатических условий, с чем приходится вести борьбу.

Сваи армируют по конструктивным соображениям и проверяют расчетом на усилия, возникающие при подъеме и транспортировании сваи.

Стальные сваи подразделяют на два основных типа: стальные трубчатые сваи круглого или иного сечения, забиваемые в грунт и заполняемые затем бетоном, - так называемые трубобетонные сваи, по существу представляющие собой разновидность ж/б свай; стальные сваи, не заполняемые бетоном, к которым относятся стальные трубы, забиваемые в грунт без удаления последнего из их внутренней полости, и свай из стального проката широкополочного двутаврового профиля.

Стальные сваи по сравнению с ж/б более дороги т требуют значительно большего расхода стали на сооружение фундаментов, вследствие чего применение их капитальных сооружений признается нецелесообразным.

В последнее время все большее распространение получают сваи, сооружаемые на месте путем бетонирования с трамбованием пробуренных скважин. Этот способ устройства свай целесообразен только при необходимости заделки их нижних концов в скалу или при создании под такой сваей сильно развитой уширенной пяты. Несущая способность набивных свай, оставленных в грунте значительно ниже, чем у забивных свай.

К особому типу набивных свай относятся так называемые частотрамбованные сваи. Скважины в грунте для таких свай выполняют забивкой стальной трубчатой сваи, оболочка которой свободно опирается нижним концом на чугунный башмак, остающийся затем в грунте. Стальную трубу-оболочку после заполнения ее бетоном извлекают с помощью часто следующих один за другим попеременных ударов вверх и вниз специального молота одиночного действия.

К комбинированным сваям относят сваи, состоящие по длине из различного материала. Однако такие конструкции нельзя признать удачными, и их применение может быть оправдано только особыми условиями, создавшимися на том или ином строительстве.

Если сваи оставлены в слабых грунтах, то качество работы свайного фундамента существенно не улучшится даже при значительном увеличении числа свай и снижении этим удельного давления на каждую сваю. Исходя из этого, свайные фундаменты устраивают так, чтобы они проходили всю толщу слабых грунтов и нижними концами опирались на грунты с хорошими строительными свойствами.

По принципу работы в грунте все сваи подразделяют на две основные группы: сваи стойки и висячие сваи.

К сваям стойкам относят сваи, нижние концы которых оперты или заделаны в скальную породу.

К висячим сваям относятся все сваи, находящиеся в любом грунтовом окружении, допускающем их перемещения.

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.

Несущая способность свай определяется согласно СНиП II-17-77 следующими методами: теоретический – основанный на теории сыпучих тел; практический – расчет по средним удельным значениям предельных величин сопротивления трения грунта боковым поверхностям ствола сваи и сопротивления грунта основания; метод пробных нагрузок – статические испытания свай и динамический.

нагрузками, соответствующими подошве и кровле слоя.

Результаты многочисленных сопоставлений несущих способностей свай, определяемых перечисленными методами, 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.

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.

Расчет свай по прочности и раскрытию трещин. Расчет забивных свай производится

- на усилия, возникающие при подъеме свай на копер за одну точку, расположенную на расстоянии 0,294 длины сваи от ее торца;

- по прочности;

- по кратковременному раскрытию трещин до 0,3 мм при ненапрягаемой и стержневой напрягаемой арматуре;

- по образованию трещин при проволочной и канатной арматуре.

Расчет выполняется в соответствии с указаниями СНиП 2.02.01-83.

Расчет осадок свайных фундаментов. Осадка фундамента из висячих свай рассчитывается как для условного фундамента на естественном основании, заложенного на отметке нижних концов свай, в соответствии с п.7 СНиП II-17-77.

Фундаменты из свайных полей размером более 10Х10 м рекомендуется рассчитывать по схеме линейно-деформируемого слоя в соответствии с указаниями СНиП 2.02.01-83. При этом размеры условного фундамента следует принимать равными размеру ростверка в плане, а расчет производить по среднему давлению на основание в плоскости подошвы плитного ростверка, увеличив расчетную толщину слоя на величину, равную глубине погружения свай, и приняв модуль деформации слоя, прорезаемого сваями, равным бесконечности или модулю деформации материала сваи.

и взаимного влияния смежных сооружений.