2.3. Расчёт несущей способности забивной сваи

Расчёт несущей способности висячей забивной, либо вдавливаемой свай и сваи-оболочки, погружаемой без выемки грунта, работающих на сжимающую нагрузку следует определять как сумму расчётных сопротивлений грунтов основания под нижним концом сваи и на её боковой поверхности согласно методике СП 24.13330.2011 по формуле

, (2.5)

при

_(2.6)

и

_{, (2.7)}

где - несущая способность на боковой поверхности сваи;

- несущая способность под концом сваи;

- коэффициент условий работы сваи в грунте, принимаемый равным 1,0;

- коэффициент условий работы грунта на острие сваи;

γ_cf – коэффициент условий работы грунта на боковой поверхности сваи;

– наружный периметр поперечного сечения сваи;

– номер расчётного слоя;

– расчётное сопротивление i-го слоя грунта основания на боковой поверхности сваи, принимаемое по таблице П 2.2 приложения 2 [15];

– мощность i-го слоя грунта основания, соприкасающегося с боковой поверхностью сваи;

– расчётное сопротивление грунта под нижним концом сваи, принимаемое по таблице П 2.1 приложения 2 [15];

– площадь опирания сваи на грунт, принимается по площади поперечного сечения брутто или по наибольшему диаметру.

Указанные коэффициенты учитывают влияние способа погружения свай на расчётные сопротивления грунта; определяют по таблице [15] и принимают независимо друг от друга.

Все расчёты выполняются в табличной форме (таблица 2.2).

Таблица 2.2

Определение несущей способности сваи на различных глубинах

№ слоя

hi

Отметка подошвы слоя

hп

hср

Характеристика грунта

IL

fi

fi *hi

∑fi *hi

R

Fdf

FdR

Fd

1

2

i-ый

Примечание: h_п – глубина погружения сваи до подошвы слоя, м;

h_ср – глубина расположения середины расчётного слоя, м;

I_L – показатель текучести грунта.

Для примера расчётная схема к определению несущей способности представлена на рис. 2.1.

Рис. 2.1. Схема к расчёту несущей способности сваи

На рис. 2.2 представлены зависимости расчётных сопротивлений сваи от глубины погружения.

Пример результатов расчёта показан на рис.2.3. Здесь же определим величину погружения h₀ под действием её собственного веса Р_с.

Рис. 2.2. Зависимость расчётного сопротивления сваи от глубины погружения

Рис. 2.3. Зависимость несущей способности на острие сваи, несущей способности на боковой поверхности, несущей способности сваи от глубины погружения

Несущую способность забивной сваи - стойки, сваи-оболочки, набивной и буровой сваи, опирающейся на скальный грунт, а также забивной сваи, опирающейся на малосжимаемый грунт, следует определять по формуле

, (2.8)

где γ_c - коэффициент условий работы сваи в грунте, принимаемый равным 1,0;

R — расчётное сопротивление грунта под нижним концом сваи-стойки, кПа;

А — площадь опирания на грунт сваи, м², принимаемая для свай сплошного сечения и полых свай с закрытым нижним концом равной площади поперечного сечения брутто; для свай полых круглого сечения с открытым нижним концом и свай- оболочек — равной площади поперечного сечения нетто при отсутствии заполнения их полости бетоном и равной площади поперечного сечения брутто при заполнении этой полости бетоном на высоту не менее трёх её диаметров.

Расчётное сопротивление скального грунта R для всех видов забивных свай, опирающихся на скальные и малосжимаемые грунты, следует принимать R = 20000 кПа.

Оценка влияния “отдыха” на несущую способность сваи. Издавна инженеры наблюдали явление так называемого «засасывания» сваи, погруженной в глинистый грунт.

Этот процесс заключается в нарастании несущей способности сваи (НСС) с увеличением её возраста («отдыха»), считая от начала погружения в грунт до окончания стандартного (нормативного) испытания её несущей способности.

Эту зависимость представим в виде кривой рис.2.4.

Рис. .4. Зависимость несущей способности F_d сваи (НСС) в глинистом грунте от её возраста Т и его составляющих периодов t.

Введём обозначения возрастов сваи от момента начала её погружения:

Т_п – конец погружения;

Т_ни и Т_ки – начало и конец нормативного испытания;

Т_нн и Т_кн – начало и конец эксплуатационного нагружения (ввод в эксплуатацию) ;

Тэ₁ ,Тэ₂ и Тэ₃ - окончания начального, основного и заключительного периодов эксплуатации;

Т_э – возраст максимума НСС.

При этом составляющие возраст периоды времени будут:

t_п – погружение;

t_о и t_и – ожидание испытания (т.н. «отдых» сваи) и испытание;

t_в и t_н – взросление и нагружение;

t_э1 ,t_э2 и t_э3 – начальный, основной и заключительный периоды эксплуатации;

t_э21 и t_э22 – составляющие основного периода, предположительно разделяемого возрастом T_э.

В обобщённом виде можем записать

, (2.9)

или

(2.10)

Итак, каждому возрасту T_i соответствует НСС F_di с соответствующим нижними индексами.

Например, по современным представлениям

(2.11)

и

(2.12)

На настоящее время известны следующие объяснения явления «засасывания» сваи:

1) возникновение давления воды в порах грунта в процессе погружения, которое рассасывается с течением времени отдыха сваи и тем самым повышает её несущую способность.

2) восстанавливаются силы различной природы и сцепления (связи) частиц грунта, разрушенные в процессе погружения сваи.

Рекомендуемый возраст испытаний («отдых») свай Т_ни принимается по нормативным документам.

Следует отметить, что для песчаного грунта кривая зависимости будет несколько иной, а именно в конце забивки несущая способность будет максимальной, а затем она будет плавно и медленно понижаться. Этот характер изменения будет определяться явлением рассеивания напряжений сжатия в песчаном грунте с течением времени.

Оценка эффективности выбранных свай. Одним из существенных показателей работы забивной сваи является оценка эффективности её работы. Для такой оценки введём понятие коэффициента эффективности работы сваи.

Под коэффициентом эффективности работы сваи K_эфф будем понимать отношение несущей способности сваи к её собственному весу.

Таким образом, мы определим, какую нагрузку способна нести одна единица веса материала сваи.

Примем

, (2.13)

где F_d - несущая способность сваи;

P_св - собственный вес сваи.

Помимо забивки для погружения готовых свай используют вибропогружение. Расчёт несущей способности сваи при вибропогружении проводится по методике определения несущей способности висячей забивной сваи в соответствии с СП 24.13330.2011. При этом все значения необходимых коэффициентов принимаются в соответствии с особенностями применяемой технологии вибропогружения.