8. Несущей способности свайного фундамента методом послойного суммирования

Свайные фундаменты и сваи, рассчитываемые по пре­дельным состояниям второй группы (по деформациям), должны удовлетворять условию:

s≤s_u, (8.1)

где s – деформация, полученная в результате расчета оснований методами механики грунтов за определенный промежуток времени; s_u – предельно допустимая деформация, определяемая условиями нормальной эксплуатации данного здания и сооружения, устанавливаемая строительными нормами.

Несущую способность сваи-стойки по грунту опреде­ляют по формуле

Ф = γ_сRA, (8.2)

где γ_с— коэффициент условий работы, принимаемый равным 1; A — площадь опирания сваи на грунт; R — расчетное сопротивление сжатию грунта или скальной породы под нижним концом сваи, назначаемое для всех видов забивных свай, опирающихся на скальные породы, крупнообломочные грунты с песчаным заполнителем и гли­нистые грунты твердой консистенции, равным 20 МПа; для свай-обо­лочек, заполненных бетоном, и для свай-столбов, заделанных в невыветрелый скальный грунт (без слабых прослоек) не менее чем на 0,5 м, определяемое по формуле

(8.3)

здесь R_псж — нормативное временное сопротивление скального грун­та сжатию в водонасыщенном состоянии; γ_g— коэффициент надеж­ности по грунту, равный 1,4; h₃—расчетная глубина заделки свай в грунт; d₃— наружный диаметр сваи, заделанной в грунт.

Несущая способность висячих свай по грунту опреде­ляется двумя составляющими: первая зависит от сопро­тивления грунта под нижним концом сваи, а вторая—от сопротивления грунта по ее боковой поверхности:

(8.4)

где γ_c — коэффициент условий работы сваи в грунте, равный 1; γ_cR и γ_cfi — коэффициенты условий работы грунта соответственно под нижним концом сваи и по ее боковой поверхности; R — расчетное сопротивление грунта под нижним концом сваи; А—площадь опирания сваи на грунт, принимаемая по площади поперечного сечения сваи; и — наружный периметр поперечного сечения сваи; f_i — расчет­ное сопротивление i-го слоя грунта основания по боковой поверхно­сти сваи; l_i — толщина i-го слоя грунта, прорезываемого сваей.

Расчетную нагрузку, допускаемую на железобетон­ную сваю по материалу, определяют по формуле

N = γ_c( γ_cbR_bA_b+R_scA_s), (8.5)

где γ_c — коэффициент условий работы, принимаемый для свай, изго­товляемых в грунте, равным 0,6; для остальных—1; γ_cb— коэффи­циент условий работы бетона; R_b — расчетное сопротивление бетона сжатию; А_b — площадь поперечного сечения бетонной сваи; R_sc — расчетное сопротивление арматуры сжатию; A_s — площадь арматуры.

Вычисленная по формулам несущая способность сваи в некоторых случаях может существенно отличаться от их несущей способности в реальных условиях строитель­ной площадки, поэтому непосредственно на строительной площадке несущую способность свай проверяют по дан­ным испытаний динамической нагрузкой, статическим зондированием или статической нагрузкой.

При проектировании свайного фундамента из вися­чих свай его условно заменяют массивным жестким фун­даментом, контур которого АБВГ ограничен размерами ростверка, свай и некоторым объемом окружающего грунта (рис.8.1). При расчете предполагают, что нагруз­ка передается на грунт, залегающий непосредственно под плоскостью, проходящей через нижние концы свай.

Рис.8.1. К расчету свайного фундамента

При расчете свайных фундаментов из висячих свай должны выполняться требования расчета по второй груп­пе предельных состояний, т. е. среднее давление под по­дошвой условного фундамента не должно превышать расчетного сопротивления грунта R, а осадки не должны превышать допусти­мых. При центрально приложенной нагрузке среднее давление под подошвой условного фундамента определяется из выражения

(8.6)

где п — коэффициент надежности, принимаемый равным 1; N — на­грузка от сооружения на уровне спланированной отметки земли; G₁ — вес свай; G₂ — вес грунта в объеме АБВГ; G₃ —вес роствер­ка; А_усл— площадь условного фундамента, определяемая с помощью осредненного угла внутреннего трения (φ_{II cp}) грунтов, прорезывае­мых сваей:

(8.7)

здесь φ_IIn — угол внутреннего трения n-го слоя грунта; l_n — мощ­ность n-го слоя грунта.

При проектировании свайных фундаментов необхо­димо соблюдать следующие конструктивные требования: расстояние между осями висячих свай должно быть в пределах 3÷6 b (b — ширина квадратной сваи или ди­аметр круглой); расстояние в свету между стволами свай-оболочек должно быть не менее 1 м; минимальное расстояние между осями свай-стоек— 1,5 b; расстояние от края ростверка до внешней стороны сваи при свобод­ном ее закреплении в ростверк принимается при разме­щении свай: однорядном — не менее 0,2 b + 5 см; двух- и трехрядном—0,3 b + 5 см и при большем числе рядов — 0,4 b + 5 см.

Ростверки выполняют из монолитного или сборного железобетона. Высота ростверка назначается согласно расчету на продавливание в соответствии с требования­ми норм проектирования железобетонных конструкций по формуле

(8.8)

где b — ширина или диаметр сваи; N — усилие, приходящееся на од­ну сваю; k — коэффициент, принимаемый равным 1; R_bt — расчетное сопротивление бетона осевому растяжению.

Примеры расчетов несущей способности и осадки свайного фундамента даны в Приложении VI, VII.