ev-E4183

- расчёт свай на совместное действие вертикальной силы, горизон-

тальной силы и момента;

-конструктивный расчёт ростверка;

-технико-экономические показатели свайного варианта.

Способами погружения предварительно изготовленных свай в грунт являются забивка, вибропогружение, вдавливание, завинчивание и комби-

нирование этих методов.

Забивка свай в грунт осуществляется сваебойными молотами. Для защиты материала головы сваи от разрушения на неё надевают металли-

ческий наголовник с прокладками, смягчающими удар. Молоты для за-

бивки свай подразделяются на механические (подвесные), паровоздушные,

дизельные и электрические(вибромолоты). При забивке свай в сухие плотные песчаные и супесчаные грунты для повышения производитель-

ности забивки осуществляется подмыв грунта. Для этого к нижнему концу сваи по трубе под большим напором подаётся вода, размывающая грунт и уменьшающая сопротивление грунта погружению сваи. В плотных твёр-

дых пылевато-глинистых грунтах или промёрзших грунтах для уменьше-

ния сопротивления погружению сваи бурят предварительные лидерные скважины, глубиной не более 0,9 от длины сваи, диаметром не более диа-

гонали поперечного сечения сваи.

Вибропогружение свай наиболее эффективно при насыщенных водой песках.

Вдавливание свай осуществляется с помощью мощных гидродом-

кратов и применяется тогда, когда нельзя использовать забивку или вибро-

погружение вблизи существующих сооружений, при усилении существую-

щих фундаментов.

Завинчивание свай, снабжённых винтовыми лопастями (винтовые сваи) осуществляется механизмами-кабестанами и применяется при -вы

51

дёргивающих нагрузках, а в последнее время и при сжимающих нагрузках

вмалоэтажном лёгком строительстве.

Впроцессе погружения свая вытесняет некоторый объём грунта. В

песках рыхлых, средней плотности и сухих глинистых грунтах грунт, окру-

жающий сваю, уплотняется. Водонасыщенные глинистые грунты могут уплотняться только после отжатия поровой воды. Вода медленно отжима-

ется вдоль ствола вверх. Основная деформация грунта – это смещение час-

тиц в стороны и вверх, а это может привести к поднятию дна котлована.

При выпоре глинистого грунта наблюдается его перемятие, нарушение природной структуры, а значит снижение прочности.

После забивки свай им нужно дать«отдохнуть» несколько дней.

«Отказ» (величина погружения сваи от удара молота) после отдыха сваи может измениться. Уменьшение «отказа» наблюдается в водонасыщенных глинистых грунтах вследствие того, что за время отдыха(до нескольких недель) вода рассасывается, отходит от ствола и грунты плотно облегают ствол. Свая приобретает большую несущую способность.

Водонасыщенные пылеватые пески во время погружения сразу плот-

но прилегают к свае, и вода скапливается под нижним концом, уплотняя грунт. После отдыха (до одной недели) вода рассасывается, отходит в сто-

роны и грунт разуплотняется. Несущая способность сваи уменьшается, а

после отдыха «отказ» увеличивается. В водонасыщенных песках эффек-

тивно погружение свай вибрированием. Взаимодействие свай с - ок ружающим грунтом носит сложный характер. Зона уплотнения грунта во-

круг забивных свай имеет радиус порядка 3d (d – сторона сечения сваи). В

грунте вокруг сваи возникает напряжённая зона, имеющая сложное очер-

тание, приближённое к конусу (рис. 58 а). Принято считать, что напряже-

ния распределяются по площади, равной основанию конуса. При редком расположении свай в кусте напряжённые зоны грунта вокруг них не пере-

52

секаются и все сваи работают независимо, как одиночные. При небольшом расстоянии (< 6d) происходит наложение напряжений, вследствие чего давление на грунт в уровне нижних концов свай возрастает, следовательно одновременно формируется значительно большая активная зона сжатия грунта (рис. 58,б). Таким образом при одинаковой нагрузке осадка свай-

ного куста будет больше, чем осадка одиночной сваи. Влияние кустового эффекта на работу свайных фундаментов сложно, иногда противоречиво и требует экспериментального изучения. Для решения практических задач принимают упрощённые схемы и допущения.

Рис. 58. Схема передачи нагрузки на грунт основания: а – работа одиноч-

ной сваи; б – работа свай в кусте; z – эпюры вертикальных напряжений в основании свайного фундамента

53

Для разработки проекта свайных фундаментов требуется:

-материалы геологических и гидрогеологических изысканий;

-результаты статического и динамического зондирования;

-полевые испытания свай;

-архитектурно-строительные чертежи сооружения;

-генплан с привязкой осей, топография с нанесёнными скважина-

ми, точками зондирования и точками испытания свай;

-проект вертикальной планировки площадки;

-данные о подземной части сооружения, конструкциях подземной

части;

-нагрузки на обрез фундамента от надземной части здания.

В состав проекта свайных фундаментов входит:

- план свайного поля с привязкой к осям здания, последовательнос-

тью забивки свай и условными обозначениями свай; - план ростверков с привязкой к осям здания и маркировкой рост-

верков;

-конструкции ростверков (опалубочные чертежи);

-спецификации элементов свайных фундаментов;

-узлы сопряжений конструкций;

-расчётно-пояснительная записка;

Лекция 6. Проектирование свайного фундамента

Свайные фундаменты рассчитывают по первому предельному сос-

тоянию. При выборе глубины заложения ростверка следует учесть нали-

чие пучинистых грунтов, конструктивные особенности, планировку тер-

ритории. Если подошва ростверка находится ниже фронта промерзания в пучинистых грунтах, то под подошвой ростверка не возникнет нормаль-

54

ных сил пучения. Если подошва ростверка находится выше фронта про-

мерзания, то возможно возникновение нормальных сил пучения. Для ис-

ключения влияния этих сил делают легко ломающуюся опалубку или слой легкосжимаемого грунта толщиной300 мм и более. Сопряжение

свайного ростверка делают свободным(шарнирным) или жёстким. Шар-

нирное опирание ростверка на сваи при монолитных ростверках выпол-

няется путём заделки головы сваи на50 - 100 мм и принимается при не-

больших нагрузках в относительно плотных грунтах в отсутствии эксцен-

триситета приложения вертикальной равнодействующей силы. Жёсткое сопряжение следует предусматривать в том случае, когда стволы свай рас-

полагаются в слабых грунтах, сжимающая нагрузка приложена с эксцен-

триситетом, выходящим за пределы ядра сечения сваи, в фундаменте име-

ются наклонные или составные вертикальные сваи, сваи работают на вы-

дёргивающие нагрузки. Жёсткое сопряжение предусматривается с задел-

кой головы сваи в ростверк на глубину анкеровки арматуры в соответствии с требованиями СНиП 2.03.01-85. При наличии сборного ростверка жёст-

кое соединение обеспечивается колоколообразным оголовком. К кон-

структивным особенностям относится наличие подвала и других заглуб-

ленных помещений. Планировка территории производится срезкой или подсыпкой грунта, что также может влиять на выбор глубины заложения ростверка.

Выбор длины свай должен производиться в зависимости от грунто-

вых условий строительной площадки и уровня расположения ростверка.

Нижний конец свай следует заглублять в прочные грунты, прорезая более слабые слои. Заглубление забивных свай в грунты основания под нижним концом должно быть в крупнообломочных, гравелистых, крупных и сред-

них песках, а также в пылевато-глинистых грунтах с IL < 0,1 – не менее 500

мм. В прочих нескальных грунтах – не менее 1000 мм.

55

Номенклатура и сортамент свай сплошного сечения с поперечным армированием ствола разработаны в ГОСТ 19804. Конструктивные реше-

ния свайных фундаментов массового применения приведены в соответст-

вующих типовых сериях.

Определение несущей способности сваи по материалу

По прочности материала сваи рассчитываются как центрально-сжатые стержни. При низком ростверке расчёт ведётся без учёта продольного -из гиба сваи, за исключением случаев залегания с поверхности мощных слоёв очень слабых грунтов. Несущая способность свай по материалу рассчитыва-

ется по формуле

Fdm= φ( γc γm Rb A + γa Rs Aa ),

где γс = 0,85 - 1,0 – коэффициенты условия работы свай;

γа = 1 – коэффициент условий работы арматуры;

φ = 1 – коэффициент продольного изгиба;

γm = 0,7-1,0 – коэффициент условия работы бетона;

Rb – расчётное сопротивление бетона сжатию;

Rs – расчётное сопротивление арматуры сжатию;

A – площадь поперечного сечения сваи;

Aa – площадь поперечного сечения арматуры.

Определение несущей способности свай по грунту

Для свай-стоек несущая способность определяется по формуле

Fd = γc R A,

где γс = 1 – коэффициент условий работы сваи в грунте;

56

R = 2000 т/м2 – расчётное сопротивление грунта под нижним концом сваи (для всех видов забивных свай);

А – площадь поперечного сечения сваи.

Для свай-трения несущая способность по грунту определяется по формуле

Fd = γc (γcR R A + u Σγcf fi li ),

где γcR и γcf – коэффициенты условия работы сваи под нижним концом и по боковой поверхности, принимаемые по таблице СНиП 2.02.03-85;

R – несущая способность под нижним концом сваи, принимаемая по таблице СНиП 2.02.03-85;

А – площадь поперечного сечения сваи;

fi – расчётное сопротивление i-го слоя грунта основания по боковой поверхности, принимаемая по СНиП 2.02.03-85 (табл. 2);

li - толщина i-го слоя грунта у боковой поверхности сваи;

Рис. 59. Схема для определения несущей способности свай висячих: zi – средняя глубина расположения слоя грунта

57

Явление «отрицательного трения» возникает, когда нагружается не только свая, но и поверхность грунта около сваи. Грунт над слоем слабого грунта даёт осадку больше осадки сваи, т.е. он (грунт) будет перемещаться вниз. Трение между грунтом и сваей, направленное вниз, дополнительно пригружает сваю. Это трение называют отрицательным. Условия появле-

ния отрицательного трения: планировка территории подсыпкой h более 1

м; загрузка поверхности грунта или пола по грунту длительной полезной нагрузкой более 2 т/м2; понижение уровня подземной воды, вследствие че-

го снимается взвешивающее действие воды; уплотнение грунта при дина-

мических нагрузках; замачивание просадочных грунтов; уменьшение объ-

ёма (уплотнение) грунта, содержащего органику.

Допустимая нагрузка на одну сваю рассчитывается по формуле

Рдоп = Fd /γg,

где γg = 1,4 – коэффициент надёжности по грунту.

Несущую способность Fd принимают по наименьшему значению из несущей способности по материалу и несущей способности по грунту.

Количество свай в кусте определяется по формуле

n= NOI /Pдоп ,

где NOI - вертикальная нагрузка по первому предельному состоянию до обреза свайного фундамента.

При наличии внецентренного нагружения полученное количество свай следует увеличить.

Конструирование ростверка осуществляется по СНиП 2.02.03-85.

Расстояние между осями свай-трения (висячих) принимается не менее 3d, а

для свай-стоек не менее 1,5d, где d – размер стороны сечения сваи.

Размеры ростверка рекомендуется принимать: для подошвы, ступе-

ней, подколонника – кратными 300 мм; по высоте плитной части– крат-

58

ными 150 мм; расстояние от края плиты ростверка до ближайшей грани свай – не менее 100 мм, от оси сваи до края ростверка – d (cечение сваи).

Рис. 60. Пример конструкции свайного фундамента

Расчёт внецентренно нагруженного свайного фундамента

При действии на свайный фундамент нормальной силы и изгибаю-

щего момента куст свай проектируются таким образом, чтобы макси-

59

мальная нагрузка на крайние сваи в кусте не превышала расчётной -наг рузки, допускаемой на сваю:

Nmax,min = NI /n± Mx y/Σ y2i ± My x/Σ x2i ,

где Nmax,min – максимальная и минимальная нагрузки, передаваемые на крайние сваи;

NI = NOI + Nроств + Nгр – нагрузка от надземных конструкций, веса ростверка и грунта на его ступенях;

Х, Y – расстояние от главных осей до осей свай, для которых рас-

считываются максимальная и минимальная нагрузки;

Хi , Yi – расстояние от главных осей до оси каждой сваи;

Мх = МOI +Σ Тi zi – момент от надземных и подземных нагрузок,

действующий относительно главной оси х;

Му – момент от надземных и подземных нагрузок, действующий от-

носительно главной оси у.

При этом должны выполняться условия

Nmax < Pдоп и Nmin > 0.

Моменты, действующие на свайный фундамент, могут быть дово-

льно большими. Тогда на крайние сваи будут действовать выдёргивающие нагрузки со знаком «минус», а максимальная нагрузка превысит несущую способность сваи. В этом случае следует увеличить количество свай, уве-

личить расстояние между осями свай, сменить грунт основания в плоско-

сти нижних концов свай (изменить длину сваи).

Если в сооружении есть подвал, то на свайный фундамент возмож-

но горизонтальное давление грунта, создающее дополнительный момент,

от которого будет зависеть эксцентриситет приложения нагрузки. Также следует учитывать вес ограждающих конструкций подвала(рис. 61), т. е.

60