Методика проектирование свайного фундамента

Примечания: 1. При определении f пласты грунтов следует разделять на однородные слои толщиной не более 2 м.

       2. Расчетное сопротивление плотных песчаных грунтов по боковой поверхности свай и свай-оболочек следует увеличивать на 30 % по сравнению со значениями, приведенными в таблице.

       Формулу (10.4) допускается применять для забивных свай, имеющих квадратное, квадратное с круглой полостью, прямоугольное и полое круглое сечение диаметром до 0,8 метров.

       Несущую способность набивных свай, в том  числе с уширенной пятой, свай-оболочек и свай-столбов также находят по формуле (10.4). Различие заключается в значениях коэффициентов условий работы и расчетного сопротивления грунта под нижним концом сваи. В частности, при опирании на лёссовые и лёссовидные грунты γ_с = 0,8, в остальных случаях γ_с = 1,0. При использовании свай, имеющих камуфлетное уширение, γ_сR = 1,3, а при бетонировании свай подводным способом γ_сR = 0,9. Расчетное сопротивление грунта основания R для свай, формируемых в глинистых грунтах, принимают по табличным данным СНиПа, а для песчаных грунтов R определяют по формулам, исходя из условий предельного равновесия массива грунта под сваей. Коэффициент условий работы γ_сf находят по таблицам норм в зависимости от способа изготовления свай и типа грунтов строительной площадки. Значение f определяют по табл. 3.3.

      При использовании данных табл. 10.2 и 10.3 глубину погружения нижнего конца сваи и среднюю глубину расположения слоя грунта при планировке срезкой, подсыпкой или намывом до 3 м следует принимать от уровня природного рельефа, а при срезке, подсыпке и намыве от 3 до 10 м - от условной отметки, расположенной соответственно на 3 м выше уровня срезки или на 3 м ниже уровня подсыпки. При промежуточных глубинах погружения и показателе текучести значения R и f определяют интерполяцией. Для плотных песчаных грунтов, степень плотности которых определяли по результатам статического зондирования, значение R в табл. 3.2 следует увеличить на 100 %. При отсутствии данных статического зондирования для этого типа грунтов значение R увеличивают на 60 %, но не более чем до 20 МПа.

      Следует заметить, что использование данных табл. 10.1,.10.3 для определения несущей способности свай нельзя считать достаточно точным, так как 20 %-ная ошибка при определении показателя текучести влечет за собой изменение несущей способности в 1,5 раза и более.

      10.3. Расчет центрально нагруженных свайных фундаментов.

        После назначения глубины заложения подошвы ростверка свайного фундамента, в котором равнодействующая внешних нагрузок проходит через его центр тяжести, расчет начинают с выбора типа сваи, для которой с помощью формул (10.1), (10.3) и (10.4) определяют несущую способность по грунту или материалу в зависимости от особенностей напластования грунтов на строительной площадке, материала и конструкции сваи. В качестве расчетного принимают наименьшее значение несущей способности.

      Число свай в фундаменте определяют исходя из предположения, что ростверк обеспечивает равномерную передачу нагрузки на все сваи, расположенные в кусте или свайном ряду. Расчет выполняют по первой группе предельных состояний. Требуемое количество свай в фундаменте определяют как частное от деления внешней нагрузки, действующей на фундамент, на несущую способность выбранной одиночной сваи с приближенным учетом веса части ростверка и грунта над ним, приходящихся на каждую сваю, по формуле

           n = g_k N₀₁/(F_d - g_f a² dg_m),    (10.5)

где g_k и F_d - то же, что и в формуле (3.2); N_0I - расчетная нагрузка от веса здания или сооружения; а - шаг свай; d - глубина вложения подошвы ростверка; g_m  = 0,02 - расчетное значение осредненного удельного веса материла ростверка и грунта, МН/м³.

      После размещения сваи в плане в соответствии с требованиями конструирования фундамента и расчета ростверка определяют нагрузку, приходящуюся на каждую сваю,

           N = (N_0I + N_pI + N_gI )/n,     

где N_0I — то же, что и в формуле (10.5); N_pI и N_gI — расчетные нагрузки от веса ростверка и грунта; n - количество свай в фундаменте.

      Фундамент считается правильно рассчитанным, если удовлетворяется условие (10.2), характеризующее несущую способность из основного условия первой группы предельных состояний. Если это условие не выполняется, то необходимо выбрать другой тип сваи, имеющий более высокую несущую способность, и повторить расчет.

      Для свайных фундаментов из висячих  свай необходимо еще  и выполнение основного требования расчета по второй группе предельных состояний (по деформациям), для фундаментов из свай-стоек этот вид расчета не требуется.

      10.3. Расчет внецентренно нагруженных свайных фундаментов. Внецентренно нагруженным считают свайный фундамент, в котором точка приложения равнодействующей внешних нагрузок не совпадает с центром тяжести поперечных сечений свай в кусте.

      При небольших эксцентриситетах, когда  краевые напряжения  в уровне подошвы ростверка подчиняются соотношению s_max £ 1,4s_min, в целях сокращения производства работ сваи допускается размещать равномерно. При больших эксцентриситетах у более сгруженного края фундамента устанавливают большее количество свай, смещая тем самым центр тяжести сечения свай в кусте относительно оси симметрии и уменьшая неблагоприятное воздействие момента.

      Количество  свай во внецентренно нагруженном фундаменте находят по формуле (3.5) с увеличением его приблизительно на 20 – 25 % для восприятия момента от внешних нагрузок.

      Расчетную нагрузку, приходящуюся на одну сваю во внецентренно нагруженном фундаменте при эксцентриситете относительно двух главных осей инерции, определяют по формуле внецентренного сжатия:

           N = (N_0I + N_pI + N_gI )/n ±  M_xy/S y_i² ±  M_yx /S x_i²,  (10.6)

где М_х, M_y - моменты от расчетных нагрузок относительно главных центральных осей подошвы ростверка; х, у - расстояния от главных осей до оси рассчитываемой сваи; х_i, у_i - расстояние от главных осей до оси каждой сваи.

      Усилие, найденное по формуле (10.6), должно удовлетворять условию (10.2), если оно не удовлетворяется, расчет повторяют несколько раз с помощью метода последовательных приближений.

10.4. Проектирование ростверка

      Ростверк  рассчитывают на продавливание сваями и опирающимися конструкциями здания (колоннами, стенками и т. д.) в соответствии с требованиями норм проектирования железобетонных конструкций, а также производят расчет ростверка на изгиб.

      Высоту  ростверка и его армирование  назначают на основании результатов расчета, при этом по конструктивным соображениям его высота должна быть равна h₀ + 0,25 м, но не менее 0,3 м (h₀ - высота заделки сваи в ростверке).

      Соединение  свай с ростверком может быть свободным или жестким. Свободное закрепление сваи применяют, если сваи работают в основном на сжатие, когда же они воспринимают значительные горизонтальные или выдергивающие нагрузки, используют жесткое закрепление головы сваи в ростверке. При свободном соединении сваи заделывают в ростверк на высоту 5-10 см, при жестком - верхняя часть головы сваи разбивается и обнаженная арматура замоноличивается в ростверк, при этом целая часть головы сваи заделывается в ростверк также на глубину 5-10 см. Жесткое соединение иногда получают за счет замоноличивания целой головы сваи в ростверк на необходимую глубину.

      Расстояние  от оси крайнего ряда свай до края ростверка  чаще всего принимают равным размеру  поперечного сечения сваи. При  жестком соединении это расстояние дополнительно уточняется по результатам расчета заделки свай.

      По  завершении конструирования производят расчет свайного фундамента, в частности уточняют усилия, действующие на сваи, и рассчитывают деформации. При необходимости в конструкцию фундамента вносят необходимые корректировки относительно количества свай, изменения конструкции ростверка и расчет повторяют. 

11. Расчет по деформациям (сваи)

      По  второй группе предельных состояний расчет выполняют только для фундаментов из висячих свай и свай-оболочек по условию Ѕ≤Ѕ_U, ограничивающему развитие значительных деформаций. Свайные фундаменты, состоящие из свай-стоек, одиночные висячие сваи, воспринимающие вне кустов вдавливающие или выдергивающие нагрузки, а также свайные кусты, работающие на выдергивающие нагрузки, рассчитывать по деформациям не требуется.

      Последовательно суммируясь по высоте висячей сваи, силы трения вместе с усилием, возникающим  под нижним концом сваи, передаются на грунты основания, находящиеся ниже плоскости, проходящей через ее острие. В расчетной схеме принимается, что вокруг сваи образуется напряженный массив грунта, ограниченный по боковой поверхности усеченным конусом или пирамидой в зависимости от формы поперечного сечения сваи, а под нижним концом сваи - выпуклой криволинейной поверхностью (рис. 11.8, а).

      Для построения более простого метода расчета  в проектной практике считают, что  давление, передающееся на грунты оснований, залегающих ниже плоскости острия свай, распределяется равномерно, а площадь эпюры реактивных напряжений принимают в предположении, что силы трения передаются на плоскость, проходящую через нижние концы свай, под углом a_ср (рис. 11.8, а). Значение a_ср находят из выражения

      a_ср =  j_IImt/4 = (1/4)[(j_II1l₁ + j_II2l₂ + ... + j_IInl_n)/(l₁ + l₂ + … + l_n)], 

где j_IImt - осредненное значение угла внутреннего трения грунтов, прорезываемых сваей; j_n и j_i - соответственно угол внутреннего трения и толщина i-го слоя грунта в пределах высоты сваи.

Рис. 11.8. Схемы передачи давления на грунт основания за счет сопротивления грунта по боковой поверхности и под нижним концом сваи:

а –  одиночной сваей; б – группой  свай

      При расположении свай трения в кусте  эпюры реактивных давлений в плоскости нижних концов свай пересекаются (рис. 11.8, б) и вследствие большего загружения грунта происходит большая осадка свайного куста по сравнению с осадкой одиночной сваи. В связи с этим при конструировании свайного фундамента минимальное расстояние между соседними сваями принимают равным  a = 3d, где d — диаметр круглой или сторона квадратной сваи, для свай-стоек это расстояние принимается равным 1,5d.

      Если  деформативность сваи в кусте  возрастает по сравнению с деформативностью одиночной сваи, что отрицательно сказывается на работе свайного фундамента, то несущая способность сваи в кусте будет выше, чем несущая способность одиночной сваи, это оказывает положительное влияние на работу свайного фундамента в период эксплуатации. Последний факт объясняется увеличением сил трения по боковой поверхности свай, происходящим за счет уплотнения грунта вследствие забивки соседних свай, а также ограничения значительного развития зон пластических деформаций под нижним острием свай вследствие возникновения напряженного состояния от загружения соседних свай.