5.5. Свайные конструкции с армогрунтовым ростверком на слабом основании

Для повышения устойчивости и снижения осадки слабых грунтов назначаются:

• щебеночные сваи;

• сваи из жестких материалов.

Сваи могут быть опёртыми, доходящими до подстилающих слабую толщу прочных пород, и висячими, не достигающими подстилающих слоев. Висячие сваи устраивают при большой мощности слабого слоя, когда устройство опёртых свай оказывается технически сложным.

Эффект от работы щебеночных свай проявляется за счёт восприятия ими части нормальных напряжений от веса насыпи, за счёт бокового обжатия слабого грунта в межсвайном пространстве и в ускорении отжатия поровой воды.

В грунтах, обладающих структурной прочностью (иольдиевые глины и т.п.), применение щебеночных свай особенно эффективно.

Щебеночные сваи устраивают специальным оборудованием с обсадными трубами диаметром 0,4–0,8 м, аналогичным оборудованию для устройства вертикальных дрен. В плане сваи располагают по квадратной сетке.

Расчёт щебеночных свай для повышения устойчивости основания заключается в определении сближения свай m = d/l (отношения диаметра свай d к расстоянию между сваями в свету l), при котором коэффициент запаса (или безопасности) К_зап = 1,0.

В этом случае обеспечивается равенство вертикальных напряжений в межсвайном пространстве Р_z и безопасной допустимой нагрузки на основание Р_без при перераспределении нагрузки между сваями и грунтом в межсвайном пространстве,(рис. 5.4).

Рис. 5.4. Схема для расчета оснований со щебеночными сваями:

Н – мощность слабой толщи; l – расстояние между сваями в свету; d – диаметр песчаной сваи; S₀ – осадка основания без сваи; S_t – осадка основания со сваями; S_x/2 – боковая деформация свай; Р_z – нагрузка на межсвайное пространство; Р₀ - нагрузка от веса насыпи; Р_c - нагрузка на сваи

С учётом найденного требуемого сближения свай (m_тр = d/l) назначается диаметр свай d и расстояние между ними l. Диаметр назначается в пределах 0,8–1,0 м, расстояние между сваями в свету от 1,5 до 2,5 м.

Усиление основания насыпи жесткими сваями производится:

• - для повышения устойчивости;

• для получения практически безосадочного основания при природных механических свойствах слабой толщи.

Схема перераспределения внешней нагрузки от веса насыпи при наличии свай представлена на рис. 5.5.

Рис. 5.5.Схема действия нагрузки на сваи от веса насыпи

При расчете свайного основания находят оптимальное сочетание:

• диаметра свай;

• расстояния между сваями;

• прочности материала свай.

Приближённо максимальную требуемую прочность свай, независимо от наличия ростверка и высоты насыпи, можно оценивать по формуле

В межсвайном пространстве устраивают гибкий ростверк 1–3-х слоев геосинтетических полотен или георешетки, обладающих прочностью на разрыв Р_р > 20 кН/м и относительным удлинением при разрыве < 15 %.

Расчетная схема деформации гибкого ростверка представлена на рис. 5.6.

Рис. 5.6. Схема деформации гибкого ростверка

Растягивающее усилие в арматуре из геосинтетика Т_гр и стрела прогиба f определяются исходя из известных решений, полученных для струны:

Т_гр = {W_т1( _{S –} a)√[1 + 1/(6ε)]}/2a,

f = {√[3ε ( _{S –} a)²]/8},

где ε – относительное удлинение геосинтетического материала в дорожной конструкции, принимается не более 0,05;

W_т1 – нагрузка на геосинтетический материал

W_т1 = W_т – W_т2;

W_т – вертикальная нагрузка на межсвайное пространство определяется по формуле

W_т = [(f_sНγ + f_qP) S² (1 – E)]/2( _{S –} a),

где Е = а²/[(f_sНγ + f_qP) S²] – отношение нагрузки на сваю к общей нагрузке на площадь S²;

f _s– коэффициент от воздействия собственного веса насыпи;

f_q – коэффициент от воздействия временной нагрузки.

При расчете на строительную фазу работы конструкции f_s = 1,3; f_q = 1,2 , на эксплуатационную фазу f_s = 1, f_q = 1.

Отпор грунта

W_т2 = [(2 + π)с_u]/2η ( S – a),

где η = 2 – коэффициент запаса;

с_u – сцепление в грунте.