Строительные конструкции. Металлические конструкции, основания и фундаменты

где ус — коэффициент условий работы сваи в грунте, принимаемый Yc = 1, 0; Yсги Yс/ — коэффициенты условий работы грунта под или над уширениями, по длине ствола и под нижним концом сваи, принимаемый в зависимости от вида грунта и способа устройства равными Ycr — 0,8... 1,2; Ус^ — 0,5...1,0; А — площадь опирания на грунт нижнего конца (поперечного сечения) сваи, м2, или ее уширений «брутто», в т.ч. с учетом их конечных размеров после инъекции или вытрамбовки и т.п., а для свай-оболочек — по площади «нетто». Площади опирания уширений принимаются кольцевыми по разности поперечных сечений уширения и ствола; и. — наружный периметр поперечного сечения ствола сваи в z- вом слое грунта, м; R — расчетное сопротивление грунта под или над уширениями (при выдергивании) по длине ствола и под нижним концом сваи, кПа, принимаемое по данным инженерных изысканий (испытаний), опыта строительства в аналогичных условиях, утвержденным аналитическим или эмпирическим формулам, таблицам и согласованным нормам; R^ — расчетное сопротивление i-ro слоя грунта основания на боковой поверхности ствола сваи, кПа, определяемое с учетом отсутствия или наличия инъекционной опрессовки или уплотнения грунта и принимаемое аналогично R; — толщина i-ro слоя грунта, м, соприкасающегося с боковой поверхностью сваи, принимаемая разбивкой массива на слои или по толщине прослоек.

(11.21)

290

где N{ — расчетная внешняя нагрузка, передаваемая на отдельную сваю при наиболее невыгодных сочетаниях усилий, с учетом собственного веса ростверка и свай; Yy — коэффициент надежности по нагрузке, принимаемый равным 0,87 при расчете оснований свай по несущей способности и 1,0 при расчете по деформациям; F ^ — расчетная несущая способность грунта основания одиночной или отдельной сваи в кусте и приходящейся на нее части ростверка; у^ — коэффициент надежности метода испытаний, принимаемый по таблице 5.6 С Н Б 5.01.01-99 исходя из количества свай в кусте, нагрузки на сваю и вида ростверка.

Табличные значения расчетных сопротивлений грунтов в зависимости от глубины приводятся в пособиях к С Н Б , посвященных различным видам свай. Определение несущей способности свай с использованием этих табличных показателей нельзя считать точным. Для более точной оценки несущей способности свай производят их натурные испытания динамическими и статическими нагрузками.

Метод испытания свай динамической нагрузкой

Несущая способность сваи при динамических испытаниях определяется по величине ее погружения в грунт от одного удара свайного молота в конце забивки, называемой отказом сваи. При забивке сваи в грунте могут возникать сложные процессы* искажающие Получение отказов от заклинивания стволов за счет дилатантного распора в песках, снижения сил трения («омыливания») при проявлении тиксотропных свойств пластичных пылевато-глинистых грунтов, возникновения кажущихся упругих деформаций при скоплении воды под нижними концами свай в слабофильтрующих пылеватых и мелких песках, засасывания свай от вакуумного эффекта в глинистых грунтах, скачкообразного погружения («пляска») свай с их поломкой при встрече с крупными обломками в морене или поломке стволов. Во всех этих случаях может возникать ложный отказ. Поэтому испытания проводят после стабилизации процессов в грунте, вызванных забивкой свай. В песчаных грунтах для получения истинных отказов испытания проводят не менее, чем через 3 суток, в глинистых — через 6 и более суток после окончания забивки свай. При проявлении так называемого отрицательного (негативного) трения при проседании верх-

291

них толщ грунтов также может возникать искажение получаемых результатов, поэтому в них нужно вносить соответствующие поправки.

Добивку сваи производят последовательно залогами из 3 и 5 ударов.

Здесь Т| — коэффициент, зависящий от материала свай, принимаемый для железобетонных свай равным 1500 кН/м 2 , для свай деревянных — 1000 кН/м 2 ; А — площадь поперечного сечения сваи, м2; М — коэффициент, принимаемый при забивке свай молотами ударного действия равным единице; E d — расчетная энергия удара, принимаемая для молота одиночного действия равной GH, для трубчатого дизель-молота — 0,9 СН (здесь С и Н соответственно вес и высота падения ударной части молота), кДж; sa — фактический остаточный отказ, м; £2 — коэффициент восстановления удара, который равен 0,2 при забивке свай; mt — вес молота, кН; т 2 — вес сваи с наголовником, кН; т 3 — вес подбабка, кН.

Метод испытания свай статической нагрузкой

Наиболее точные результаты по оценке несущей способности сваи можно получить при ее испытании статической нагрузкой. Его проводят после «отдыха» сваи в соответствии с требованиями, регламентируемыми Г О С Т 5686-94. По результатам этих испытаний строится график зависимости осадки сваи от нагрузки (рис. 11.7). На нем находят точку А, соответствующую нагрузке, когда незначительное ее увеличение вызывает резкое увеличение осадки.

В соответствии с рекомендациями С Н Б 5.01.01-99 предельное сопротивление сваи соответствует нагрузке, при которой она получает осадку S, равную 0,2 от предельной средней осадки сооружения.

292

(11.23)

где 5ц — предельное значение средней осадки фундамента проектируемого сооружения, мм, определяемое по табл. Б.1 С Н Б 5.01.01-99; С, — коэффициент перехода от предельного значения средней осадки фундамента здания 5 ц т 1 к осадке сваи, установленной при испытаниях по Г О С Т 5686-94, который принимается равным 0,2 при наличии условной стабилизации осадки.

11.2.3. Расчет свайных фундаментов

Расчет свайных фундаментов проводится в следующем порядке:

—сбор нормативных и расчетных нагрузок;

—выбор глубины заложения подошвы ростверка, конструкции и длины свай;

—определение несущей способности свай и необходимое их количество в фундаменте;

—размещение свай в плане и конструирование ростверка;

—проверка нагрузки, приходящейся на каждую сваю;

—определение осадки свайного фундамента.

Глубина заложения подошвы ростверка назначается с учетом конструктивных особенностей сооружения, а при наличии пучинистых грунтов при отсутствии противопучинистых мероприятий — глубины промерзания. Тип, материал и размеры свай выбираются в зависимости от характера напластований и положения уровня подземных вод. Длина свай

293

обусловливается глубиной расположения слоя достаточно плотного грунта, способного воспринять значительную часть нагрузки.

Несущая способность свай определяется согласно 11.2.2 в соответствии с рекомендациями С Н Б 5.01.01-99 и уточняется полевыми испытаниями.

Их размещение принимается с минимальным расстоянием между осями для забивных свай 3d (d — размер поперечного сечения сваи).

Расчетную нагрузку N на сваю в кусте при эксцентриситете относительно двух осей находят по формуле:

Здесь N0 ' — расчетная нагрузка на уровне обреза фундамента; G^' и Gg ' — соответственно расчетные нагрузки от веса ростверка и грунта на

от главных осей свайного поля до оси сваи, для которой вычисляется расчетная нагрузка.

Полученное значение расчетной нагрузки на сваю сравнивают с несущей способностью сваи по зависимости (11.21).

Дополнительно свайный фундамент рассчитывается по второй группе предельных состояний. Осадки в плоскости, проходящей через нижние концы свай, развиваются как и под фундаментами на естественном основании. При нагружении свайного фундамента в работу включается условный массив грунта А В С Д (рис. 11.8). Размеры подошвы условного фундамента определятся при пересечении наклонных линий, проведенных

Здесь — ширина подошвы условного фундамента; т — расстояние между внешними гранями крайних свай; / — длина свай; ф —

294

средневзвешенное значение угла внутреннего трения в пределах длины сваи.

Аналогично вычисляется длина подошвы условного фундамента.

А,

'Щ///Щ

.L • • • • J

± -J

Рис.11.8. Схема условного свайного фундамента для расчета его осадки

К нормативной нагрузке Nq", приложенной на уровне поверхности земли, добавляется вес ростверка Gp", свай G^" и грунта G " в пределах объема условного фундамента A B C D (рис. 11.8). Среднее давление по подошве условного фундамента определяется из выражения:

р < R

295

Дополнительное давление pQ вычисляется как разность между средним давлением р и природным напряжением на уровне подошвы условного фундамента.

РО = Р ~CT2gO•

Дальнейший расчет осадки свайного фундамента проводится одним из методов, используемых для расчета осадки фундаментов, возводимых на естественном основании.

11.2.4. Пример расчета свайного фундамента под колонну

Исходные данные.

Нагрузка на уровне отметки поверхности земли: нормативная Nq = = 1270кН,м 0 " = 9 0 к Н • м;расчегаая — ЛГ0" = 1400кН,М 0 ' - 100кН - м .

Глубина заложения подошвы ростверка d = 1,2 м (рис. 11.9). Грунтовые условия.

Первый слой — песок пылеватый:

н2 = 12 М, IL = 0, 2, р = 1,8 т/м3 , ф2 = 26°, СИ = 20 кПа, Е = 18000 кПа.

Здание с гибкой конструктивной схемой.

Принимаем сваю длиной 5 м сечением 300x300 мм, погружаемую в грунт молотом.

296

Расчетная нагрузка допускаемая на сваю

У* 1.4 Принимаем 4 сваи с шагом 3d = 0,90 м.

Размер подошвы квадратного ростверка b — 1,4 м. Расчетный вес ростверка

Здесь Ym — осредненный вес материала ростверка и грунта на его

N' = N'0 + N'p = 1400 + 54 = 1454 кН . Определяем фактическую расчетную нагрузку на сваю.

Расчет осадки начинаем с определения размеров условного фундамента. Средневзвешенное значение угла внутреннего трения ф н грунта в пределах длины сваи

Площадь и момент сопротивления подошвы условного фундамента

Определяем нормативную нагрузку на уровне низа свай.

297

Рис. 11.9. К примеру расчета осадки условного свайного фундамента

Вес ростверка Ср" = 49 кН. Вес четырех свай Сс" = 43 кН. Вес грунта в объеме условного фундамента С ^ " = 506 кН.

Суммарная нагрузка

N' = JV' + с ; + Сс" + С£. = 1 2 7 0 + 4 9 + 4 3 + 506 = 1868 кН

Среднее давление по оси условного фундамента

^ = 1 8 6 8 = 3 3 0 к П а

Ау 5,66 Проверяем условие р < R .

R = M £ l [ M Y ^ 6 > Y n + MqdyYn + МССП]

Ycl = 1,25, ча = 1,0, k = 1,0, kz = 1,0, by = 2,38 м, dy = 6,2 м,

уП = 18кН/м 3 , -Yn = 1 3 3 + 1 8 ' 3 ' 2 = 16,5 кН/м3 ,

О, L

298

ф7/ = 26°, Cjj =20 кПа, MY =0,84, Mq = 4,37, Mc = 6,90.

Я = 1,25 (0,84 • 2,38 • 18 + 4,37 • 6,2 • 16,5 + 6,90 • 20) =

= 776 кПа > р = 330 кПа.

Вероятную осадку определяем методом послойного суммирования.

299