43. Полевые методы определения несущей способности сваи по грунту

Несущая способность сваи – это величина нагрузки, которую может воспринимать свая, принимая во внимание допустимые деформации грунта под ее острием.Для определения показателя несущей способности проводятся полевые исследования и испытания: статические, динамические, испытания грунтов, испытания зондов и статическое зондирование. Каждое испытание проводится не менее шести раз. По результатам проводимых статических и динамических испытаний определяют отношение нормативного значения предельного сопротивления к коэффициенту надежности по грунту, при этом учитывают коэффициент условий работы. По определению с учетом вдавливающих или горизонтальных нагрузок коэффициент принимается равным единице. В том случае, если испытания проводятся выдергивающими нагрузками, то коэффициент принимается в зависимости от глубины погружения в грунт: менее 4 м – 0.6, более 4 м – 0.8.

Определение несущей способности сваи происходит с учетом многих коэффициентов и показателей. Для проведения исследований используют не менее шести свай. При этом грунтовые условия должны быть одинаковы. В этом случае коэффициент нагрузки по грунту будет равен единице, а предельное значение сопротивления приравнивается к наименьшему значению, полученному в результате исследований. Показатель несущей способности зависит и от количества испытуемых свай. Их может быть представлено более шести. В этом случае проводится анализ вывода статической обработки, полученного в результате проведенных опытов. В расчете такого варианта применяется методика с учетом временного сопротивления. Здесь нужно учитывать, что показатель и расчет для вдавливающих, выдергивающих и горизонтальных нагрузок, а также для динамических будет различным.Во время статических испытаний на вдавливание нагрузку доводят до непрерывного возрастания просадки без увеличения степени давления.При применении выдергивающей и горизонтальной статических нагрузок для проведения опытных работ за числовое предельное значение сопротивления принимают значение нагрузки на одну ступень меньше того значения, при котором идет непрерывное перемещение сваи.В том случае, если исследуют динамику забивных свай, ее результаты заносят в таблицу и затем по специальным формулам проводят технический расчет частного показателя несущей способности. В данных расчетах учитывают следующие показатели: отрицательные силы трения; площадь боковой поверхности; ускорение; высота ударной части молота; энергия удара молота; высота первого отскока молота; всевозможные коэффициенты; массы.Определение несущей способности сваи методом полевых исследований проводят для успешного и правильного конструирования свайного фундамента.

44. Расчет свайных фундаментов по первой группе предельных состояний

Расчет свайных фундаментов и их оснований должен быть выполнен по следующим предельным состояниям:

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.

По образованию и раскрытию трещин рассчитываются железобетонные элементы свайного фундамента в соответствии с нормами проектирования железобетонных конструкций.

Расчет по прочности материала свай

Сопротивление сваи по материалу определяется как сопротивле­ние элемента, работающего на сжатие, без учета продольного изгиба.

Несущая способность сваи  по материалу, кН, для железобетонной сваи определяется по формуле

 

,            (4.1)                

 

где   – коэффициент условий работы, принимаемый для набивных свай равным 0,6, для остальных – 1;   – коэффициент условий работы бетона, принимаемый для свай сечением 30´30 см и более равным 1, для свай меньшего сечения – 0,9;   – расчётное сопротивление бетона осевому сжатию, кПа, принимаемое по прил. 1, табл. 11;   – площадь поперечного сечения сваи, м²;   – расчётное сопротивление арматуры, кПа, принимаемое по прил. 1, табл. 12;   – площадь поперечного сечения продольной арматуры сваи, м².

Расчет по несущей способности грунта основания свай

По характеру передачи нагрузки на грунт все сваи делятся на два вида: сваи-стойки и висячие сваи.

К сваям-стойкам относятся сваи всех видов, опирающиеся на скальные грунты, а забивные сваи, кроме того, – на малосжимаемыегрунты, к которым относятся крупнообломочные грунты с песчаным заполнителем средней плотности и плотным, а также глины твердой консистенции в водонасыщенном состоянии с модулем деформации   кПа.

К висячим сваям следует относить сваи всех видов, опирающиеся на сжимаемые грунты и передающие нагрузку на грунты основания боковой поверхностью и нижним концом.

Несущая способность сваи-стойки, кН, определяется по формуле

 

,                                           (4.2)                     

где   – коэффициент условий работы сваи в грунте, принимаемый равным 1;   – площадь опирания на грунт сваи, м², принимаемая для свай сплошного сечения равной площади поперечного сечения;   – расчётное сопротивление грунта под нижним концом сваи-стойки, кПа, для всех видов забивных свай, опирающихся на скальные и малосжимаемые грунты,   кПа.

Несущая способность, кН, висячей забивной сваи и сваи-оболочки, погружаемых без выемки грунта, работающих на сжимающую нагрузку, определяется как сумма сил расчётных сопротивлений грунтов основания под нижним концом сваи и на её боковой поверхности по формуле

 

,                         (4.3)           

где   – коэффициент условий работы сваи в грунте, принимаемый для забивных свай равным 1;   – площадь опирания на грунт сваи, м²;   – расчётное сопротивление грунта под нижним концом сваи, кПа, принимаемое по прил. 1, табл. 10;   – наружный периметр поперечного сечения ствола сваи, м;   – толщина i-го слоя грунта, соприкасающегося с боковой поверхностью сваи, м;   – расчётное сопротивление i-го слоя грунта основания на боковой поверхности сваи, кПа, принимаемое по прил. 1, табл. 9, где средняя глубина расположения слоя грунта соответствует расстоянию   от поверхности грунта на суходолах и от дна водотока после общего размыва до середины i-го слоя грунта (рис. 4.1);  ,   – коэффициенты условий работы грунта соответственно под нижним концом и на боковой поверхности сваи, учитывающие влияние способа погружения свай на расчётные сопротивления грунта, принимаемые для забивных свай равными  ,  .

Расчет свайного фундамента по несущей способности

Проверка нагрузки на сваю сводится к обеспечению условия, чтобы действующая на сваю нагрузка не превышала наименьшую расчетную нагрузку на нее по грунту или по материалу. При внецентренно нагруженном фундаменте наибольшую нагрузку испытывают сваи крайнего ряда, для них нагрузку допускается определять по формуле

 

,                             (4.7)

 

нагрузка на угловую сваю определяется по формуле

 

,                  (4.8)

 

где   – полная расчетная вертикальная нагрузка, кН, с учетом веса ростверка и свай, определяемая по формуле

 

,            (4.9)

 

 – вес ростверка, кН;  ,   кН/м³;   – объем ростверка, м³, за вычетом заделки свай;   – суммарный вес свай, равный их количеству  , умноженному на вес одной сваи (прил. 1, табл. 13, 14); остальные обозначения те же, что и в формуле (3.17);  ,   – расчетные моменты относительно главных осей плоскости подошвы ростверка соответственно от тормозной силы и от поперечных ударов определяются по формулам:

 

;                        (4.10)

 

,                        (4.11)

 

где   – высота ростверка; остальные величины указаны в исходных данных;   – минимальная несущая способность сваи по грунту [формулы (4.2), (4.3)] или по материалу [формула (4.1)], кН;   – коэффициент надёжности, принимаемый для фундаментов опор мостов с низким ростверком 1,4;   – коэффициент повышения расчетной нагрузки на сваю, принимаемый 1,1 при четырех сваях в ряду и 1,2 при восьми и более сваях в ряду, перпендикулярном направлению действия нагрузки; при промежуточном числе  свай коэффициент   определяется интерполяцией;  ,   – количество свай соответственно общее и в ряду;  ,   – расстояния от главных осей до оси каждого ряда свай, м;  ,  – расстояния от главных осей до крайних рядов свай, м.

По результатам расчета вносят соответствующие изменения в    количество, размеры или расположение свай.