5.8. Прогноз осадок свайных фундаментов

Для расчета осадок свайных фундаментов решены плоская и пространственные задачи теории упругости, теории фильтрационной консолидации и теории наследственной ползучести [6].

5.8.1. Расчет осадок ленточных свайных фундаментов

Расчет осадок ленточных свайных фундаментов необходимо выполнять в том случае, если сваи прорезают глинистые грунты различной консистенции и опираются нижними концами на пески средней плотности и глинистые грунты мягкопластичной, тугопластичной и полутвердой консистенции. При опирании нижних концов свай на крупнообломочные и плотные песчаные грунты и глинистые грунты твердой консистенции расчет осадок свайных фундаментов гражданских зданий можно не производить, так как осадки в этих случаях будут незначительными.

При расстоянии между сваями три - четыре диаметра осадка ленточных свайных фундаментов определяется по формуле

, (5.80)

где S – осадка свайного фундамента, см; P – нагрузка на свайный фундамент, кН/см; ; (здесьЕ_у – модуль деформации грунта активной зоны с учетом уплотнения грунта под сваями в результате их забивки) (пример 15).

Модуль деформации грунта в уплотненной зоне рекомендуется определять по данным испытания обычных свай, свай-штампов, элементов ленточных свайных фундаментов или по данным зондирования с учетом глубины приложения нагрузки, вида эпюр передачи ее через боковую поверхность и в плоскости острия, размеров фундаментов, коэффициента бокового расширения грунта или по данным рис.5.18.

Значения безразмерной составляющей ₀ табулированы для различных случаев передачи нагрузки по боковой поверхности и в плоскости острия свай в зависимости от коэффициента бокового расширения грунта ₀ = 0,2; 0,3; 0,35; 0,4 и 0,5; приведенной ширины свайного фундамента d₀/l = = 0,025; 0,05; 0,1; 0,15…0,4, т.е. для одно-, двух- и трехрядных свайных фундаментов с длиной свай 6-24 м, и приведенной глубины расположения границы активной зоны z₀/l = 1,1; 1,2,…, 3. Для промежуточных значений , ₀, z₀/l значения ₀ находим путем интерполяции (табл. IV.7 приложения IV).

Определение значений ₀ (рис.5.19). Находим границу активной зоны на глубине, где напряжения равны структурной прочности грунта, или на глубине, где дополнительные напряжения не превышают 0,01 МПа. Проводим линию, параллельную оси абсцисс, до пересечения с линией приведенной ширины фундамента =d₀/l и опускаем перпендикуляр до линии коэффициента бокового расширения грунта ₀. Из точки пересечения проводим линию, параллельную оси абсцисс, до пересечения оси ординат, на которой получаем значение ₀. Осадку определяем по формуле (5.80).

5.8.2. Учет взаимного влияния свай и рядов свай при их работе в составе фундамента

Результаты решения плоской задачи можно использовать для определения осадки ленточных фундаментов при расстоянии между сваями 3…4d (d – диаметр сваи), т.е. когда сваи и зажатый между сваями грунт работают как единый массив.

В двух- и трехрядных свайных фундаментах расстояние между сваями, как правило, 3d, поэтому осадку этих фундаментов можно рассчитывать по данному методу.

В однорядных свайных фундаментах расстояние между сваями часто составляет 6d и более. В этом случае свайный фундамент и грунт нельзя рассматривать как единый массив, и решения плоской задачи неприменимы для расчета осадок. Однако и при расстоянии между сваями более 5…6d необходимо учитывать взаимовлияние свай, которое можно определить по разработанному автором практическому методу [6].

Осадка одиночной сваи определяется из условия, что напряженная зона вокруг свай имеет вид конуса с основанием на отметке острия. Зная глубину погружения свай и угол распределения напряжений (угол , по данным В.Н.Голубкова, 1961), находим площадь передачи нагрузки в плоскости нижних концов свай. Напряжения в активной зоне определяются на основании решения задачи Р.Миндлина. Дополнительные напряжения от влияния соседних свай, находящихся в составе фундамента, вычисляют методом угловых точек по таблице Н.М.Дорошкевич (1961) или непосредственно по разработанному нами методу (А.А.Бартоломей и др., 1972). При расчете осадок учитывается, что модуль деформации грунта под острием на глубине 3d значительно выше природного, причем в уплотненной зоне взаимовлияние свай не происходит, т.к. модуль деформации уплотненного грунта значительно больше природного. Для упрощения расчетов были вычислены дополнительные напряжения в активной зоне свай длиной 4…12 м, при расстоянии между ними 2…12d и при нагрузках 100…600 кН. На рис.5.20 приведен сводный график для определения коэффициента взаимовлияния свай.

Формула для расчета осадок ленточных свайных фундаментов с учетом взаимовлияния свай при различном расстоянии между сваями (первое слагаемое – осадка уплотненной зоны; второе – осадка грунта ниже уплотненной зоны) имеет вид

, (5.81)

где  – безразмерный коэффициент, корректирующий упрощенную схему расчета, ;h_y – толщина уплотненной зоны, равная 3d, см; Е_у – модуль деформации грунта уплотненной зоны, определяемый по данным испытания сваи-штампа; Е₀ – природный модуль деформации грунта на границе уплотненной зоны, кПа; Р₀, Р₁ – дополнительные к природным напряжения в грунте в плоскости нижнего конца сваи и на границе уплотненной зоны, кПа. Эти напряжения можно определить с учетом глубины приложения нагрузки по таблице Н.М.Дорошкевич (1961) или с учетом передачи нагрузки по боковой поверхности и в плоскости острия свай (А.А.Бартоломей, С.Я.Гусман и др., 1972)[6]; k₀ – коэффициент, учитывающий взаимовлияние соседних свай и принимаемый по рис.5.20 в зависимости от длины свай и расстояния между сваями; n – число слоев, на которое разбивается сжимаемая толща основания; Е_i – модуль деформации i-го слоя, кПа; Р_i – полусумма вертикальных нормальных давлений, возникающих на верхней и нижней границах i-го слоя грунта от давления, передаваемого в плоскости острия свай, кПа; h_i – толщина i-го слоя грунта, см.

В крупнопанельных зданиях и зданиях повышенной этажности расстояние между внутренними поперечными рядами свай часто равно 2,6…3,2 м. В данном случае будет происходить взаимовлияние рядов свай, которое можно определить по методике [6].

Расчеты дополнительных напряжений в активной зоне от взаимовлияния фундаментов показали, что взаимовлияние ленточных свайных фундаментов необходимо учитывать при относительном расстоянии между рядами до x/l = 0,8 (х - расстояние между рядами свай; l - длина свай). Если не учитывать взаимовлияние рядов свай, то получаются значительные погрешности при определении осадок ленточных свайных фундаментов.