Расчет на прочность свай по материалу
Наибольшие напряжения сваи получают в момент забивки.
Рис. 9.79. К расчету свай на горизонтальную нагрузку
а – свободное опирание ростверка на сваю; б – жесткая заделка сваи в ростверке.
При вертикальной нагрузке от сооружения материал свай, забитых в грунт, чаще всего недогружен. Если же на сваю передаются горизонтальные усилия и моменты, то ее рассчитывают как сжато-изогнутый стержень в упругой среде по методике, изложенной в Приложении 1 СНиП [6].
С целью увеличения жесткости системы ростверк-грунт голову сваи прочно заделывают в ростверке. При этом горизонтальное смещение сваи уменьшается (рис. 9 .79).
Расчет на прочность свай по грунту
Сваи-стойки
Несущая способность сваи-стойки зависит от прочности грунта под ее нижним концом и определяется формулой (по первой группе предельных состояний):
, (9.0)
где:
- коэффициент условий работы, принимаемый
равным единице;
- площадь опирания сваи на грунт:
- расчетное сопротивление крупнообломочного
грунта или скальной породы под нижним
концом сваи; для всех видов забивных
свай принимается
;
для набивных свай расчетное сопротивление
грунта под нижним концом рассчитывается
по формуле:
,
где
- нормативное временное сопротивление
скальной породы одноосному сжатию в
водонасыщенном состоянии;
-
коэффициент надежности по грунту;
-
расчетная глубина заделки сваи в скалу;
- наружный диаметр части сваи, заделанный
в скалу.
Забивные висячие сваи
Несущая способность висячей сваи определяется как сумма сопротивлений грунта под нижним концом и по боковой поверхности сваи. Для всех видов забивных висячих свай рассчитывается по формуле:
, (9.0)
где
коэффициент условий работы сваи в
грунте;
- расчетное сопротивление грунта под
нижним концом сваи, определяемое по
таблице СНиП [6];
-
площадь поперечного сечения сваи;
- периметр поперечного сечения сваи;
- расчетное сопротивление
-го
слоя грунта по боковой поверхности
сваи, определяется по таблицам СНиП
[6];
- коэффициенты условий работы грунта
соответственно под нижним концом сваи
и по ее боковой поверхности, принимаемые
по СНиП [6] в зависимости от способа
погружения сваи;
- толщина
-го
слоя грунта, проходимого сваей.
Несущая
способность набивных
свай
определяется тоже по формуле ( 9 .0).
Разница лишь в определении коэффициентов
условий работы
и расчетного сопротивления грунта
под нижним концом сваи. Значения
коэффициентов принимаются по СНиП [6]
в зависимости от вида грунта и способа
устройства набивной сваи.
Определение несущей способности свай экспериментальными способами
Для уточнения несущей способности свай, определенной по формуле ( 9 .0), на строительной площадке производят опытные испытания. В настоящее время применяют следующие методы испытания свай:
динамический;
статическое зондирование;
испытание статической нагрузкой.
Динамический метод основан на равенстве работ, совершаемых при ударе свайного молота о голову сваи, и по преодолению сопротивления грунта при погружении свай. Динамические испытания проводятся после забивки свай до проектного отказа и ее «отдыха», необходимого для восстановления структуры грунта вокруг сваи. По СНиП «отдых» для свай, забитых в песчаные грунты, составляет 3 сут., в глинистые – 6 сут.
Исходя из равенства работ проф. Н.М. Герсевановым получена формула для определения предельного сопротивления сваи:
, (9.0)
где:
- коэффициент, зависящий от вида свай;
А – площадь поперечного сечения сваи;
М – коэффициент, зависящий от способа
погружения сваи и от вида грунтов;
- расчетная энергия удара молота;
- фактический отказ после «отдыха»
(определяется как средняя величина из
залога – десять ударов);
- коэффициент восстановления удара;
- полный вес молота или вибропогружателя;
- вес сваи и наголовника;
- вес подбабка.
Метод статического зондирования. В грунт, куда должна быть вбита свая, внедряют специальный зонд, с помощью которого определяют давление грунта в нижнем конце зонда и сопротивление грунта по боковой поверхности. Существуют три типа установок для зондирования: в установке типа I трение по грунту развивается по всей длине штанги, а установках типов II и III – только в нижней части штанги. Однако сопротивление проникновению зонда в грунт отличается от сопротивления грунта забиваемой свае. При зондировании пылевато-глинистых грунтов ошибка в определении сопротивления грунта забиваемой свае может оказаться существенной. При зондировании же песчаных грунтов и супесей можно достаточно точно определить несущую способность свай.
Метод испытания свай статической нагрузкой является наиболее точным. Для приложения нагрузки на сваю на некотором расстоянии от нее забивают или ввинчивают анкерные сваи, на которых закрепляют упорную балку.
Рис. 9.80. Определение несущей способности сваи статическим методом
1 – испытуемая свая; 2 – домкрат; 3 - упорная балка; 4 – анкерная свая
Между балкой и головой испытуемой сваи помещают домкрат и после отдыха передают на сваю нагрузку ступенями по 0, 1…0, 15 ожидаемой несущей способности. Каждую ступень нагрузки выдерживают до условного затухания осадки сваи, согласно ГОСТ 5685-78.