5. Проектирование свайных фундаментов.

   1. Работа свай в кусте.

Сваи трения передают усилия на грунт основания через боковую поверхность и нижний конец сваи.

Рис. 9.81. Эпюры давлений в плоскости, проходящие через нижние концы свай

Эпюру нормальных напряжений, действующих в горизонтальной плоскости, проходящей через нижний конец сваи, приближенно можно представить в форме конуса, а ее проекцию на вертикальную плоскость - в виде треугольника (рис. 9 .81).

Под действием этих напряжений в грунтах, расположенных ниже нагруженной плоскости и будут развиваться деформации.

При загрузке свайного куста конусообразные объемные эпюры пересекаются, и максимальное напряжение становится больше, чем при загрузке одиночной сваи. Поэтому максимальное сближение свай в кусте ограничивают, принимая расстояние между осями равным: _.

Под нижним концом нагруженной сваи можно выделить три деформационные зоны (рис. 9 .82):

• зона пластических деформаций, в которой грунт находится в предельном равновесии; через нее передается давление на другие слои грунта как вниз, так и в стороны;

• зона уплотнения;

• зона упругих деформаций.

Рис. 9.82. Зоны деформаций под сваей:

1 - зона пластических деформаций; 2 - зона уплотнения; 3 - зона упругих деформаций.

2. Центрально нагруженные фундаменты

Последовательность проектирования:

1. выбирают глубину заложения подошвы ростверка, тип, вид и размеры свай;

2. определяют несущую способность сваи;

3. определяют необходимое число свай в фундаменте;

4. размещают сваи в плане и конструируют ростверк;

5. производят проверку нагрузки, приходящейся на одну сваю;

6. определяют осадку свайного фундамента.

Глубину заложения подошвы ростверка назначают в зависимости от конструктивных особенностей подземной части сооружения (наличие подвала, технического подполья), а также высоты ростверка, определяемой расчетом.

Тип и вид свай выбирают исходя из характера напластования грунтов. Во многих случаях рационально устройство забивных свай. При больших нагрузках (более 2000 Кн) и длинах свай (более 10 м) часто оказываются рациональными набивные сваи с уширенным нижним концом.

Длину свай выбирают в зависимости от грунтовых условий строительной площадки. Нижние концы свай, по рекомендации СНиП, как правило, следует заглублять в прочные грунты, прорезая более слабые напластования. При этом для того, чтобы можно было использовать в расчете более высокие характеристики грунтов, забивные сваи следует в них заглублять (СНиП, п.7.10):

• в крупнообломочные, гравелистые, крупные и средней крупности песчаные и пылевато-глинистые грунты с показателем текучести - не менее 0,5 м;

• в прочие грунты - не менее 1,0 м.

Под прочными грунтами не должно быть слабых грунтов.

Поперечное сечение свай принимают в зависимости от их длины, так как большая гибкость свай может вызвать искривление их ствола при забивке в грунт. В то же время сечение висячих свай стремятся принимать наименьшим, так как сваи меньшего сечения имеют большую поверхность на 1 м³ бетона и, следовательно, большее относительное сопротивление сдвигу. Однако это ведет к увеличению свай в фундаменте.

Размещают сваи в центрально нагруженном фундаменте рядами или в шахматном порядке.

Рис. 9.83. Размещение свай в свайном кусте:

, мм; - больший размер поперечного сечения.

Несущая способность сваи определяется по формуле ( 9 .0). Число свай в фундаменте определяют исходя из допущения, что ростверк равномерно распределяет нагрузки на все сваи:

.

Отсюда число свай в центрально нагруженном кусте равно:

(9.0)

где: - коэффициент надежности по несущей способности сваи (принимается равным =1,4 при определении расчетом; другие случаи - см. СНиП, п.3.10); - расчетная нагрузка, действующая по обрезу ростверка; a - шаг свай; d - глубина заложения подошвы ростверка; - средний удельный вес материала ростверка и грунта ( 20 Кн/м3).

Расчетная нагрузка на одну сваю для центрально нагруженного фундамента принимается равной:

, (9.0)

где: N - нагрузка, приходящаяся на одну сваю; G_f, G_g - расчетные нагрузки от веса ростверка и грунта на нем; n- число свай в фундаменте.

Она должна удовлетворять условию:

, (9.0)

где - коэффициент надежности по несущей способности сваи (при определении несущей способности сваи расчетом ).

Если это условие не удовлетворяется, изменяют число свай и производят повторную проверку.

Сопряжение свай с ростверком может быть шарнирным и жестким.

Жесткое сопряжение, в соответствии с п. 7.4 СНиП, устраивают в следующих случаях:

3. стволы свай располагаются в слабых грунтах (рыхлых песках, пылевато-глинистых грунтах текучей консистенции, илах, торфах и т.п.);

4. в месте сопряжения сжимающая нагрузка, передаваемая на сваю, приложена к ней с эксцентриситетом, выходящим за пределы ядра сечения;

5. перемещения фундамента от горизонтальных нагрузок при шарнирном опирании больше предельных значений;

6. в фундаменте имеются наклонные или составные вертикальные сваи;

7. сваи работают на выдергивающие нагрузки.

В остальных случаях предусматривают шарнирное соединение.

Конструктивные рекомендации.

1. Если непосредственно под подошвой монолитного ростверка лежат слабые грунты, то устраивают подготовку толщиной 70...100 мм из бетона класса В10 для того, чтобы не перемешивалась бетонная смесь с грунтом при бетонировании.

2. При шарнирном сопряжении свай с ростверком головы свай заделывают в ростверк на глубину 50...100 мм. При заделке на глубину 50 мм арматурные сетки плиты ростверка укладывают на оголовки свай. При заделке на большую глубину стержни сеток, попадающие на сваи, вырезаются и сетки укладываются с защитным слоем 50 мм.

3. При жестком сопряжении свай с ростверком головы свай или выпуски арматуры ( 9 .85-б, 9 .84) заделываются в ростверк на глубину анкеровки (см. СНиП 2.03.01-84* Бетонные и железобетонные конструкции, п. 5.14).

4. Проектный класс бетона по прочности на сжатие рекомендуется назначать не ниже В12,5.

5. Для армирования ростверков применяется стержневая горячекатанная арматура периодического профиля класса А-III и гладкая класса A-I.

6. При стаканном сопряжении сборных железобетонных колонн с ростверком толщина дна стакана принимается не менее 250 мм. Соединение монолитных железобетонных колонн, а также баз стальных колонн с монолитными ростверками осуществляется так же, как и с монолитными фундаментами на естественном основании.

Рис. 9.84. Жесткое сопряжение свай с ростверком путем заделки арматуры.

Размеры ростверков рекомендуется принимать:

• в плане подошвы, ступеней - кратными 300 мм; подколонника - кратными 150 мм; по высоте - кратной 150 мм;

• высота назначается из условий продавливания колонной и угловой сваей по формуле¹:

, (8.9)

где: d - характерный размер сваи или колонны; N_I - расчетное усилие; R_bt - сопротивление бетона осевому растяжению.

При этом должны выдерживаться следующие размеры:

• расстояние от головы сваи или концов выпущенной арматуры до обреза ростверка должно быть не менее 250 мм;

• расстояние от края плиты до ближайших граней свай должно быть не менее 100 мм.

• расстояние между осями свай должно быть не менее 3d (d - характерный размер сечения сваи);

Рис. 9.85. Схемы сопряжения свай с ростверком:

а) - шарнирное сопряжение; б) - жесткое сопряжение с заделкой головы сваи; в) расчетная схема для расчета ростверка на изгиб; 1 - пирамида продавливания ростверка угловой сваей; 2 - пирамида продавливания ростверка колонной; 3 - надежный грунт; 4 - слабый грунт; 5 - бетонная подготовка.

- усилия на сваи; - нагрузка от собственного веса ростверка и грунта на нем.