Одиночные и кустовые свайные фундаменты: проектирование и расчет.
В тех случаях, когда с поверхности залегают слои слабых грунтов, которые не могут служить основанием для фундаментов мелкого заложения проектируемого сооружения, возникает необходимость передачи нагрузки на более плотные слои, расположенные на глубине. В подобных ситуациях чаще всего прибегают к устройству свайного фундамента.
Сваей называют погруженный в готовом виде или изготовленный в грунте стержень, предназначенный для передачи нагрузки от сооружения на грунт основания.
Отдельные сваи или группы свай, объединенные поверх распределительной плитой или балкой, образуют свайный фундамент.
Распределительные плиты или балки, объединяющие головы свай, выполняются, как правило, из железобетона и называются ростверками. Ростверк воспринимает, распределяет и передает на сваи нагрузку от расположенного выше сооружения. Если ростверк заглублен в грунт или его подошва расположена непосредственно на поверхности грунта, то его называют низким ростверком, если подошва ростверка расположена выше поверхности грунта – это высокий свайный ростверк (рис. 11.1). Наиболее часто применяют низкий ростверк, высокий ростверк устраивают в опорах мостов, набережных, пирсов и т.п.
Рис.11.1. Типы свайных ростверков:
а, б – низкий; в – высокий
Свая, находящаяся в грунте, может передавать нагрузку от сооружения либо через нижний конец (пята), либо совместно с боковой поверхностью сваи за счет трения последней об грунт.
В зависимости от этого, по характеру передачи нагрузки на грунт сваи подразделяются на а) сваи-стойки б) висячие сваи (сваи трения)
Проектирование и расчет свайных фундаментов
Выполняется в следующем порядке:
Оценка ИГУ (определяется слой грунта, в который наиболее рационально заглубить острие сваи).
Определяется тип и размер сваи
Определяется НС сваи (расчетная, допустимая на сваю нагрузка)
расчетом по таблицам (СНиП)
по испытаниям
по данным статического зондирования
Определяется необходимое количество свай
Размещение свай в плане и конструирование развертка
Проверка давления, приходящегося на одну сваю. (При несоблюдении данного условия производится перерасчет свайного фундамента).
Определяется осадка свайного фундамента.
Расчет свайных фундаментов и их оснований производят по двум группам предельных состояний:
а) первой группы:
по прочности материала свай и свайных ростверков;
по несущей способности грунта основания свай;
по несущей способности оснований свайных фундаментов, если на них передаются значительные горизонтальные нагрузки (подпорные стены, фундаменты распорных конструкций и др.), а также если основания ограничены откосами или сложены круто падающими слоями грунта;
б) второй группы:
по осадкам оснований свай и свайных фундаментов от вертикальных нагрузок;
по перемещениям свай (горизонтальным и углом поворота головы сваи) совместно с грунтом основания от действия горизонтальных нагрузок и моментов;
по образованию или раскрытию трещин в элементах железобетонных конструкций свайных фундаментов.
Расчет конструкций свай и ростверков по первой группе предельных состояний выполняется во всех случаях на вертикальные и горизонтальные нагрузки по прочности материала свай, а также по несущей способности грунта основания.
Расчет свайных фундаментов по второй группе предельных состояний (по деформациям) выполняется при всех видах грунтов, за исключением тех случаев, когда сваи опираются на крупнообломочные грунты, плотные пески и твердые глины. Расчет по деформациям выполняется также при действии на фундаменты горизонтальных нагрузок, которые могут вызвать горизонтальные смещения фундаментов.
По образованию и раскрытию трещин рассчитываются железобетонные элементы свайного фундамента в соответствии с нормами проектирования железобетонных конструкций.
Расчет по НС грунта основания заключается в выполнении условия
N – расчетная нагрузка, передаваемая на сваю,
Fd – НС сваи,
–
коэффициент надежности, принимаемый
равным от 1,2 до 1,4 в зависимости от метода,
которым была определена НС сваи
Расчет свайного фундамента по предельной составляющей второй группы (по деформациям) производят исходя из условия что осадка фундамента при действии вертикальных нагрузок будет ниже предельно допустимой.
Кустовой эффект - это взаимное влияние свай при небольшом расстоянии между ними. Работа свай в кусте отличается от работы одиночных свай. Осадка сваи в кусте превышает осадку одиночной сваи, поскольку сопротивляющиеся этому силы бокового трения полностью не мобилизуются.