ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ОСНОВАНИЙ И ПОДЗЕМНЫХ СООРУЖЕНИЙ им. Н. М. ГЕРСЕВАНОВА (НИИОСП им. Н. М. Герсеванова) ГОССТРОЯ СССР.

РУКОВОДСТВО

ПО ПРОЕКТИРОВАНИЮ

СВАЙНЫХ ФУНДАМЕНТОВ

Москва 1980

Рекомендовано к изданию Секцией ученого совета «Основания и фундаменты» НИИОСП им. Н.М. Герсеванова.

Руководство по проектированию свайных фундаментов / НИИОСП им. Н.М. Герсеванова Госстроя СССР.-М.: Стройиздат, 1980.

Содержит материалы, разъясняющие нормативы и требования, изложенные в главе СНиП II-17-77 «Свайные фундаменты. Нормы проектирования». Даны рекомендации по проектированию, расчету и конструированию свайных фундаментов.

Для инженерно-технических работников проектных, проектно-изыскательских институтов и строительных организаций, занимающихся устройством свайных фундаментов.

СОДЕРЖАНИЕ

ПРЕДИСЛОВИЕ

«Руководство по проектированию свайных фундаментов» содержит материалы, разъясняющие нормативы и требования главы СНиП II-17-77 «Свайные фундаменты» за исключением вопросов, касающихся особенностей проектирования свайных фундаментов опор воздушных линий электропередачи, которые будут изложены в специальном руководстве.

Руководство составлено ордена Трудового Красного Знамени Научно-исследовательским институтом оснований и подземных сооружений им. Н.М. Герсеванова Госстроя СССР совместно с ГПИ Фундаментпроект Минмонтажспецстроя СССР и Всесоюзным научно-исследовательским институтом транспортного строительства (ЦНИИС) Минтрансстроя при участии НИИЖБ,. ЦНИИЭП жилища, ПНИИИС, Харьковского ПромстройНИИпроекта, Красноярского ПромстройНИИпроекта Госстроя СССР, ВНИИГС Минмонтажспецстроя СССР, МИИТ, ВЗИИТ, МИСИ Минвуза СССР, Уральского политехнического института Минвуза РСФСР, ЦНИИЭПсельстроя Минсельстроя СССР, КИСИ и ДИСИ Минвуза Украинской ССР, треста Оргтехстрой Минстроя Белорусской ССР, Научно-исследовательского института Минпромстроя ССР (НИИпромстрой), института Гипротюменьнефтегаз Министерства нефтяной и газовой промышленности СССР.

Руководство разрабатывалось лабораториями НИИОСП: свайных фундаментов, естественных оснований и конструкций фундаментов, методов исследования грунтов, механики грунтов, строительства на слабых грунтах, динамики грунтов.

Общее редактирование и компоновка текста выполнены кандидатами техн. наук Б.В. Бахолдиным и II.Б. Экимян.

В составлении Руководства приняли участие: разд. 1-8 и приложения к ним-кандидаты техн. наук Б.В.Бахолдин, Л.Я. Илькевич, П.А. Коновалов, Г.Б. Кульчицкий, Л.Г. Мариупольский, Б.Л. Фаянс, В.Г. Федоровский, Н.Б. Экимян, инженеры В.С. Князев, В.И. Стуров (НИИОСП); канд. техн. наук Ю.Г. Трофименков, инженеры Б.Ф. Кисин, Г. М. Лещин, З.К. Пярнпуу, В.Ф. Соколова, Б.С. Соминская, Р. Е. Ханин, А.А. Шерман (Фундаментпроект); д-р техн. наук А.А. Луга, кандидаты техн. наук Н.М. Глотов, К.С. Завриев (ЦНИИС); кандидаты техн. наук В.Н. Голосов, Н.Н. Коровин, В.А. Якушин (НИИЖБ); канд. техн. наук С.В. Тимофеев (ЦНИИЭПромзданий); кандидаты техн. наук И.З. Гольдфельд, В.Л. Трофимов (ПНИИИС); кандидаты техн. паук В.И. Берман, Е.М. Перлей, А.Я. Серебро (ВНИИГС); канд. техн. наук Ю.И. Ковалев (МИИТ); кандидаты, техн. наук Л.Н. Воробков, Н.М. Дорошкевич (МИСИ); кандидаты техн. наук Г.С. Лекумович, И.Я. Лучковский (Харьковский ПромстройНИИпроект); канд. техн. наук А.П. Хамов (ВЗИИТ); канд. техн. наук И.П. Бойко (КИСИ); д-р техн. наук В.Б. Швец, инж. В.И. Феклин (ДИСИ); канд. техн. наук С.Н. Вассерман (Гипротюменьнефтегаз); канд. техн. наук В.Б. Шахирев (Оргтехстрой Минстроя БССР); канд. техн. наук И.Б. Рыжков (НИИпромстрой); канд. техн. наук В.Л. Тарасов (УПИ); д-р техн. паук А.А. Бартоломей (ППИ); разд. 9-д-р техн. наук А.А. Григорян (НИИОСП); разд. 10-д-р техн. наук Е.А. Сорочан (НИИОСП); разд. 11-канд. техн. наук А.И. Юшин (НИИОСП); разд. 12-д-р техн. наук В.А. Ильичев, кандидаты техн. наук Ю.В. Монголов, В.М. Шаевич (НИИОСП); С.И. Гриб (Красноярский ПромстройНИИпроект); разд. 14-канд. техн. наук Н.В. Жуков,  инженеры И.Л. Балов и Л.Н. Карабанова (ЦНИИЭПсельстрой).

Приведенный текст главы СНиП II-17-77 отмечен слева вертикальной чертой. К каждому или нескольким. пунктам главы СНиП даны соответствующие пояснения по их применению, а также примеры расчета, охватывающие наиболее типичные случаи, встречающиеся в практике проектирования. В ряде случаев нумерация формул, таблиц и рисунков двойная: в квадратных скобках-номера Руководства, в круглых-номера, соответствующие главе СНиП II-17-77.

1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

К п. 1.1. К другим особым условиям могут быть отнесены условия, вытекающие из особенностей работы специальных сооружений. Например, свайные фундаменты опор мостов и водопропускных труб следует проектировать с учетом влияния насыпи на прочность и деформируемость оснований фундаментов устоев мостов и водопропускных труб; влияния размывов дна на несущую способность и устойчивость фундаментов; воздействия помимо вертикальных больших горизонтальных нагрузок (давление грунта, льда, ветра, одностороннего распора арочных пролетных строений, торможения подвижного состава и др.); повышенных требований в отношении величин предельных осадок и горизонтальных смещений, особенно железнодорожных мостов в условиях скоростного движения транспорта. Отмеченные особенности работы мостов и труб отражены в соответствующих нормативных документах по проектированию таких сооружений.

К п. 1.2. Для выбора наиболее экономичного варианта фундамента необходимо в первую очередь использовать чертежи типовых конструкций, а также учитывать местный опыт строительства в аналогичных грунтовых условиях, наличие производственной базы и материальных ресурсов у организации-заказчика и организации-подрядчика.

При выборе вида фундамента рекомендуется учитывать, что применение свайных фундаментов взамен ленточных на естественном основании для жилых и общественных зданий в относительно благоприятных грунтовых условиях, как правило, бывает целесообразным при глубине заложения ленточных фундаментов более 1,7 м от поверхности планировки, а для производственных зданий-при глубине заложения отдельно стоящих ступенчатых фундаментов более 2,5 м.

Следует обратить внимание на целесообразность применения свайных фундаментов при строительстве на слабых грунтах (больших толщах текучепластичных и текучих глинистых, насыпных, заторфованных и др.), а также при высоком горизонте грунтовых вод и при глубоком сезонном промерзании грунтов.

При наличии скальных грунтов на глубине до 2,5 м от поверхности земли применение свайных фундаментов нецелесообразно.

Экономически оправдано опирание свай на несжимаемые и малосжимаемые грунты (например, скальные, твердые глинистые, плотные пески, галечниковые и т.п.) при их залегании на глубине более 2,5 м.

Методические принципы технико-экономической оценки проектных решений свайных фундаментов приведены в прил. 1.

К п. 1.3. Из числа государственных стандартов следует руководствоваться следующими ГОСТ: ГОСТ 19804.0-78, ГОСТ 19804.1-79, ГОСТ 19804.2-79, ГОСТ 19804.4-78 и ГОСТ 5686-78.

При проектировании свайных фундаментов в условиях агрессивных грунтовых вод необходимо также учитывать требования главы СНиП II-28-73 «Защита строительных конструкций от коррозии», а в условиях сезонно промерзающих пучинистых грунтов-требования главы СНиП II-18-76 «Основания и фундаменты зданий и сооружений на вечномерзлых грунтах».

При проектировании свайных фундаментов мостов и труб следует руководствоваться также требованиями главы СНиП по проектированию мостов и труб.

К п. 1.4. Для составления проекта свайных фундаментов необходимы следующие исходные данные:

отчет об инженерно-геологических изысканиях на участке проектируемого здания;

генплан в масштабе 1:2000 или 1:500 с указанием контура здания с продольными и поперечными осями, привязкой скважин (шурфов), точек зондирования, динамических и статических испытаний свай (если последние производились); сведения о ближайших существующих и строящихся зданиях, подземных сооружениях, а также других особенностях площадки;

геологические колонки и профили по линиям разрезов;

данные о физико-механических характеристиках грунтов, прорезаемых сваями и залегающих под их нижними концами;

данные о гидрогеологических условиях площадки (уровни появившихся и установившихся горизонтов грунтовых вод-ГГВ, источники их питания, связь с ближайшими водоемами, возможность изменения ГГВ во времени года и в период эксплуатации);

лабораторные данные о химическом составе грунтовых вод, степени их агрессивности и глубине взятия проб воды;

результаты статического и динамического зондирования (если последние производились);

результаты пробных забивок свай, динамических и статических испытаний свай (если таковые производились);

проект планировки площадки;

данные об абсолютной отметке уровня пола первого этажа и технического подполья или подвала, если последние проектом предусмотрены;

конструктивная часть нулевого цикла (габариты техподполья или подвала), конструкция стен нулевого цикла, первого этажа и размещение в нем проемов и отметок их низа;

данные о расчетных и формативных нагрузках на фундаменты в основном и при необходимости особом сочетании;

характеристики и основные размеры фундаментов под оборудование, каналов, приямков и других заглублений.

Проект свайных фундаментов должен составляться на основании полноценных материалов инженерно-геологических изысканий, поэтому в процессе строительства не должно возникать необходимости в дополнительных уточнениях параметров свай (сечений, длин, несущей способности) путем их испытаний в грунте.

Контрольные испытания, динамические и статические, свай и свай-оболочек и т.п. выполняются для установления качества выполнения свайных работ и соответствия грунтовых условий площадки, предусмотренных в проекте.

При забивных сваях применяются испытания статическими и динамическими нагрузками; при буронабивных сваях и сваях-оболочках-только статическими нагрузками.

Количество контрольных испытаний свай назначается проектной организацией-автором проекта свайных фундаментов исходя из особенностей инженерно-геологических условий площадки строительства с учетом конструктивных особенностей строящегося здания или сооружения, количества свай на объекте, принятой в проекте несущей способности свай с учетом рекомендаций ГОСТа на испытание грунтов сваями.

Контрольные испытания свай следует, как правило, выполнять в начальный период производственного погружения чтобы избежать потери материалов (бетона, стали) за счет бросовых концов свай (при забивных сваях) или излишнего расхода бетона при недоиспользовании принятой в проекте несущей способности забивных и буронабивных свай по сравнению с несущей способностью, полученной по результатам контрольных испытаний.

При необходимости проектная организация должна своевременно скорректировать проект свайных фундаментов по результатам контрольных испытаний, не задерживая выполнение строительных работ.

К п. 1.5. Натурные измерения деформаций оснований свайных фундаментов для зданий и сооружений выполняются, как правило:

на площадках, характеризуемых сложными инженерно-геологическими условиями (слабые грунты большой мощности, просадочные и набухающие грунты; при наличии сильносжимаемых прослоек торфов или илов, залегающих в пределах погруженной части свай; в зонах с возможным развитием карстовых и суффозионных явлений и т.п.);

при специальных требованиях к осадкам, предъявляемым надфундаментными конструкциями здания, сооружения или технологического оборудования;

при применении новых конструкций зданий;

при применении свай новых конструкций, технология устройства которых недостаточно освоена;

при других условиях, предусмотренных проектной организацией-автором проекта здания или свайных фундаментов.

Натурные измерения деформации оснований свайных фундаментов должны выполняться в строительный и эксплуатационный периоды.

Результаты наблюдений деформаций оснований свайных фундаментов используются для изучения работы конструкций зданий и свайных фундаментов в целях совершенствования методов их расчета и проектирования, а также для своевременного принятия мер по их прекращению.

Наблюдения за деформациями оснований свайных фундаментов в строительный период выполняются строительной организацией либо по договору с ней специализированной организацией.

Результаты этих наблюдений подлежат включению в состав проектной документации, передаваемой с приемочным актом организации, эксплуатирующей здание или сооружение.

Необходимость осуществления наблюдений за деформациями оснований свайных фундаментов в эксплуатационный период решается авторами проекта здания и свайных фундаментов и согласовывается с заказчиком.

Работы, по наблюдениям за деформациями оснований свайных фундаментов в строительный и эксплуатационный периоды выполняются по специальным программам, составляемым организациями, выполняющими эти наблюдения, и согласованными с авторами проекта здания и свайных фундаментов, а также с заказчиком.

Наблюдения выполняются по специально устроенным маркам и реперам, размещение которых следует выполнять исходя из обеспечения их сохранности в процессе всего периода наблюдений, установленного программой.

При составлении программы следует руководствоваться действующими рекомендациями по наблюдениям за деформациями оснований фундаментов.

К п. 1.6. Деревянные сваи и другие деревянные конструкции свайных фундаментов для зданий и сооружений, следует применять только при расположении их, в том числе голов свай, ниже наинизшего уровня грунтовых вод в строительный и эксплуатационный периоды не менее чем на 0,5 м. Применение деревянных свай выше уровня грунтовых вод,допускается лишь в фундаментах временных зданий и сооружений, а также в фундаментах опор линий электропередачи при условии принятия соответствующих мер по их защите от гниения.

2. ВИДЫ СВАЙ

К. п. 2.1. Классификация свай определяется тем, что при разных видах свай грунтовая среда, в которую погружена свая, может претерпевать различные изменения. При забивных сваях грунт вокруг сваи и в ее основании уплотняется. При набивных сваях грунт, окружающий сваю, либо остается в естественном состоянии, либо степень плотности его нарушается из-за заполнения скважины водой и размягчения вследствие этого грунта вокруг сваи, оставления шлама в забое скважины, задержек в бетонировании и т.п. Некоторое уплотнение грунта может быть получено при устройстве набивных свай в пробитых скважинах. Однако степень этих уплотнений оказывается меньшей, чем при забивных сваях.

В процессе забивки свай образуется уплотненная грунтовая зона в основном в пределах 3d, где d-сторона или диаметр поперечного сечения свай. Этим и объясняется тот факт, что расчетное сопротивление грунта под нижним концом забивных свай в зависимости от естественной плотности или консистенции грунтов в несколько раз больше, чем для таких же грунтов при фундаментах на естественном основании.

Сваи-оболочки выделены в отдельный подпункт по той причине, что их погружение в связи с большими диаметрами (более 800 мм, см. п. 2.3) осуществляется по особой технологии. Чаще всего они догружаются с помощью вибраторов. В процессе погружения свай-оболочек, производят полную или частичную выемку грунта из полости либо оставляют грунтовое ядро нетронутым. Во всех этих случаях несущая способность свай-оболочек может быть разной, даже в одинаковых грунтовых условиях.

Винтовые сваи по сравнению с другими типами свай гораздо лучше работают на выдергивание и поэтому используются главным образом в сооружениях, где на фундаменты передаются преимущественно выдергивающие силы.

К п. 2.2. Сваи-стойки передают нагрузку нижними концами, опирающимися на практически несжимаемый грунт. Сопротивление грунта на боковой поверхности в этих случаях не учитывается потому, что осадка сваи, за исключением сжатия ствола, практически не будет иметь места, а сопротивление грунта на боковой поверхности свай, как известно, обусловлено сопротивлением грунта сдвигу и может проявить себя лишь в процессе перемещения, т. е. осадки сваи. Сваи, погруженные в сжимаемые грунты и опирающиеся нижними концами также на сжимаемые грунты, называются висячими сваями. Висячие сваи благодаря развитию осадок за счет деформации сжимаемого грунта под нижним концом сваи передают нагрузку, как нижним концом, так и боковой поверхностью. К сжимаемым грунтам относятся пески, супеси, суглинки и глины от текучей до полутвердой консистенции. В зависимости от плотности песчаных и консистенции глинистых грунтов, залегающих вокруг свай, значения сопротивлений грунтов на их боковой поверхности и под их нижними концами колеблются в больших пределах.

Количественное соотношение сопротивлений грунтов на боковой поверхности и под нижними концами свай не может быть установлено однозначно вследствие большого разнообразия грунтовых напластований.

К п. 2.3. В проектах свайных фундаментов должны предусматриваться гостированные и типовые конструкции забивных свай и свай-оболочек. Нетиповые конструкции свай и свай-оболочек следует использовать главным образом в случаях, когда типовые конструкции оказываются по расчету недостаточными для воспринятия нагрузок от проектируемого сооружения, обосновывая их применение технико-экономическими расчетами.

В целях повышения качества изготовления составлены ГОСТы на следующие конструкции забивных железобетонных свай сплошного квадратного сечения:

с ненапрягаемой арматурой длиной 3-16 м, сечением от 200´200 до 400´400 мм (ГОСТ 19804.1-79);

с напрягаемой арматурой из высокопрочной проволоки длиной 3-16 м, сечением от 200´200 до 400´400 мм (ГОСТ 19804.2-79);

с напрягаемой стержневой арматурой длиной 9-20 м, сечением от 300´300 до 400´400 мм (ГОСТ. 19804.2-79);

с напрягаемой прядевой арматурой длиной 11-20 м, сечением от 300´300 до 400´400 мм (ГОСТ 19804.2-79);

без поперечного армирования с напрягаемой арматурой длиной 3-12 м, сечением 250´250 и 300´300 мм (ГОСТ 19804.4-78).

Разработаны также чертежи типовых конструкций свай квадратного сечения с круглой полостью длиной 3-8 м, сечением 300´300 и 400´400 мм по серии 1.011-6 и полых круглых свай диаметром от 400 до 800 мм и свай-оболочек диаметром 1000-1600 мм по серии 1.011-5. Полые круглые сваи и сваи-оболочки в соответствии с типовыми чертежами разработаны цельными длиной 4-12 м и составными, т.е. состоящими из отдельных секций, наращиваемых в процессе погружения. Соединение отдельных секций указанных составных свай осуществляется с помощью сварных или болтовых стыков. Элементы этих стыков предусмотрены в виде стальных закладных деталей, устанавливаемых в процессе бетонирования по торцам секций составных свай.

Полые круглые сваи диаметром до 800 мм применяются с открытым и закрытым нижним концом.

На последней стадии погружения полой круглой сваи оставляют ненарушенным грунтовый сердечник высотой не менее двух наружных диаметров сваи.

Сваи, открытые снизу, могут иметь различную конструкцию обрамления нижнего конца. Если сваи намечается погружать сквозь толщу слабых грунтов, не имеющих посторонних включений, с опиранием на малосжимаемые грунты без большого заглубления в них, то нижние концы свай допускается не обрамлять стальными ножами, ограничившись усилением их на высоту двух наружных диаметров путем уменьшения шага поперечной (спиральной) арматуры.

Сваи-оболочки погружаются с открытым нижним концом вибропогружателями без выемки или с выемкой грунта (частичной или полной) из внутренней полости.

Внутренняя полость свай-оболочек заполняется бетоном на всю высоту или только в нижней части, а также частично песчаным грунтом, а в верхней части-бетоном. Решение о том или ином виде заполнения принимается в зависимости от величины действующих на сваи нагрузок, характера грунтовых напластований, глубины заложения подошвы ростверка, глубины промерзания грунтов и т.п.

Забивные железобетонные сваи квадратного сечения без поперечного армирования рекомендуется применять при прорезке сваями песков средней плотности и рыхлых, супесей пластичной и текучей консистенции, суглинков и глин от тугопластичных до текучих при условии, что сваи погружены в грунт на всю глубину или выступают над поверхностью грунта па высоту не более 2 м при их расположении внутри закрытого помещения.

При необходимости прорезки других видов грунтов допустимость применения свай рассматриваемой конструкции устанавливается пробной забивкой.

Опирание нижних концов свай без поперечного армирования допускается на все виды грунтов, за исключением скальных, крупнообломочных, торфов, слабых грунтов типа илов, глинистых текучей консистенции и других сильносжимаемых грунтов, с учетом дополнительных указаний, приведенных в рабочих чертежах свай.

Указанные сваи рекомендуется применять для фундаментов любых зданий и сооружений (за исключением мостов и портовых гидротехнических сооружений), когда они проходят по номенклатуре и параметрам свай, предусмотренным рабочими чертежами, удовлетворяют результатам расчета и грунтовым условиям строительной площадки. Такие сваи не допускается применять в пучинистых грунтах, если силы пучения превышают величину вертикальной вдавливающей нагрузки на сваю, и при наличии выдергивающих и сейсмических сил, а также при необходимости погружения их в грунт с помощью вибрации.

Применение свай без поперечного армирования позволяет снизить расход стали в среднем на 20-25 % по сравнению со сваями с предварительно-напряженной продольной арматурой и поперечным армированием и на 40-45 % по сравнению со сваями с ненапрягаемой продольной арматурой и поперечным армированием, а также снизить трудоемкость их изготовления на заводах железобетонных конструкций.

Забивные сваи сплошного квадратного сечения с поперечным армированием, полые круглые сваи и сваи-оболочки могут применяться при любых сжимаемых грунтах, подлежащих прорезке, с опиранием нижних концов на любые грунты, за исключением торфов, слабых грунтов типа илов, глинистых грунтов текучей консистенции и других видов сильносжимаемых грунтов. Они могут применяться для фундаментов любых зданий и сооружений и воспринимать вертикальные вдавливающие и выдергивающие, а также горизонтальные нагрузки и изгибающие моменты.

Полым круглым сваям и сваям-оболочкам следует отдавать предпочтение при слабых грунтах большой мощности и при больших горизонтальных нагрузках.

При использовании предварительно-напряженных свай любого типа, в том числе типовых конструкций, следует иметь в виду, что в случае необходимости обеспечения жесткого их сопряжения с плитой ростверка, а также при передаче на них растягивающих сил голова таких свай должна заделываться в плиту ростверка на величину, требуемую расчетом. Однако предварительно-напряженные сваи с продольной арматурой из высокопрочной проволоки и семипроволочных прядей позволяют снизить расход стали (в натуральном весе) до 50 % по сравнению со сваями с ненапрягаемой арматурой. Поэтому в целях сокращения расхода стали сваи с продольной арматурой без предварительного напряжения рекомендуется применять для фундаментов зданий и сооружений только в тех случаях, когда по грунтовым условиям или условиям передачи внешних нагрузок не представляется возможным применить предварительно-напряженные сваи без поперечного армирования или предварительно-напряженные сваи с поперечным армированием.

Типовые конструкции прямоугольных свай не разработаны. Однако практически прямоугольные сваи часто применяются в фундаментах сооружений, воспринимающих значительные горизонтальные нагрузки (для фундаментов опор мостов, набережных, опор трубопроводов и т.п.). Большая сторона поперечного сечения таких свай в указанных случаях располагается в направлении действия наибольших моментов и горизонтальных сил.

В последнее время находят применение новые виды свай, в том числе булавовидные, пирамидальные, ромбовидные. Типовые конструкции таких свай также не разработаны.

Булавовидные железобетонные сваи целесообразно применять, только когда на строительной площадке от поверхности планировки залегают слабые оплывающие грунты (рыхлые пески, супеси текучей консистенции, илы и т.п.), подстилаемые относительно плотными грунтами. Такие сваи могут применяться для устройства фундаментов зданий и сооружений при передаче на них главным образом статических вдавливающих нагрузок. Булавовидные сваи воспринимают меньшие горизонтальные нагрузки, чем железобетонные призматические сваи, поэтому применение их не рекомендуется при больших горизонтальных нагрузках, передаваемых на фундаменты.

Забивные пирамидальные железобетонные сваи могут быть двух видов-пирамидальные сваи с большими углами конусности и пирамидальные сваи с малыми углами конусности.

Пирамидальные сваи с малыми углами конусности (углами наклона боковых граней 1-4°) рекомендуется применять в однородных по глубине грунтах; а также в случаях, когда сваями вынужденно прорезаются слои плотных грунтов и их нижний конец заглубляется в более слабые грунты.

Такие сваи не рекомендуется применять в насыпных грунтах, в набухающих и просадочных грунтах (без полной их прорезки), а также в пучинистых грунтах, если силы пучения превышают величину вертикальной вдавливающей нагрузки на сваю.

Пирамидальные сваи с большими углами наклона боковых граней (4-14°) рекомендуется применять в песчаных и глинистых грунтах, в том числе для легких зданий и просадочных грунтах I типа по просадочности. При пучинистых грунтах пирамидальные сваи с большими углами наклона граней в фундаментах должны целиком располагаться ниже уровня сезонного промерзания грунтов. Эти сваи не рекомендуется применять в набухающих грунтах, просадочных грунтах II типа по просадочности, в насыпных грунтах, а также в случаях, когда на глубине менее 5 м под концами свай залегают текучепластичные и текучие глинистые грунты или торфы.

Пирамидальные сваи (при любом уклоне боковых граней) рекомендуется применять только как висячие сваи при передачи на них преимущественно вертикальных вдавливающих нагрузок. Особенно эффективны они в ленточных фундаментах при однорядном и двухрядном расположении свай; допускается применять в кустах, но не более двух рядов свай.

Основные требования к технологии изготовления забивных свай с камуфлетной пятой изложены в примечании к п. 2.3. Следует, однако, учесть, что такие сваи не получили массового распространения и применяются лишь в единичных случаях, главным образом в мостостроении.

К п. 2.4. Сваи-колонны представляют собой разновидность железобетонных свай, надземная часть которых служит колоннами здания или сооружения.

Сваи-колонны длиной 5-16 м, сечением от 200´200 до 400´400 мм и диаметром 100-800 мм рекомендуется применять в качестве опор сооружений (технологических трубопроводов, транспортных галерей, постаментов статического оборудования и др.) и колонн одноэтажных сельскохозяйственных зданий высотой до 6 и пролетом до 21 м.

Для опор технологических трубопроводов могут использоваться типовые сваи-колонны квадратного и полого круглого сечения по серии 3.015-5, для одноэтажных сельскохозяйственных зданий-двухконсольные сваи-колонны длиной 5-7,5 м, сечением 200´200 и 300´300 мм по серии 1.821-1.

Сваи-колонны рекомендуется применять при спокойном рельефе строительной площадки с глинистыми грунтами мягкопластичной, тугопластичной и полутвердой консистенции и с песчаными грунтами средней плотности.

Применение свай-колонн не допускается, когда в пределах погружаемой части или под нижними концами их расположены слабые грунты (заторфованные и торф, илы, глинистые текучей консистенции и др.) либо гравелистые пески, крупнообломочные и плотные песчаные грунты.

Использование в качестве свай-колонн предварительно-напряженных железобетонных свай с продольной проволочной арматурой, а также пpeдвapитeльнo-нaпpяженных свай без поперечного армирования с любым видом продольной арматуры не допускается.

К п. 2.5. Деревянные сваи, изготавливаемые из целого бревна, имеют обычно длину 4,5-8,5 м и диаметр в отрубе 160-340 мм. Реже применяются сваи из цельных бревен длиной до 12м.

Заготовка деревянных свай длиной свыше 16 м представляет значительные трудности, как по отбору бревен такой длины, так и по вывозу их с участка лесозаготовок. По этим причинам применяют или срощенные сваи из двух (и даже трех) бревен по длине, или так называемые пакетные сваи, состоящие из нескольких бревен, как по длине, так и поперечному сечению.

Пакетные сван изготовляются длиной до 25 м, поперечным сечением (диаметром) до 600 мм и более.

Основным недостатком срощенных и пакетных свай является возможность расстройства стыков при забивке, а также в последующем-ржавление стальных частей стыков, находящихся в условиях грунтовых вод, агрессивных по отношению к стали.

Деревянные сваи рекомендуется применять в районах, где лес является местным, строительным материалом, в целях экономии бетона и стали.

К п. 2.6. Набивные сваи, устраиваемые в соответствии с подпунктами «а», «б» и «в», по их несущей способности можно отнести к забивным, так как грунт вокруг них и под нижними концами уплотняется так же, как и при погружении забивных свай. Такие набивные сваи рекомендуется применять вместо забивных свай преимущественно при отсутствии в зоне их погружения грунтовых вод, особенно в случаях, когда затруднено получение забивных железобетонных свай заводского изготовления, либо когда застраиваемая территория характеризуется резким колебанием уровня залегания малосжимаемых и несжимаемых грунтов.

Буронабивные сваи в настоящее время устраиваются диаметром ствола 400-1700 мм. Они могут иметь в нижней части уширение диаметром до 3500 мм. Устраиваются такие сваи без крепления или с креплением стенок скважины.

Буронабивные сваи, устраиваемые без крепления стенок скважины, могут применяться в случаях, когда строительные площадки сложены глинистыми грунтами, а горизонт грунтовых вод в период строительства расположен ниже пяты сваи. Такие условия являются наиболее предпочтительными для применения буронабивных свай. Поэтому буронабивные сваи в достаточно большом объеме применяются при строительстве на просадочных и набухающих грунтах.

В случаях, когда буронабивные сваи должны пройти в крупнообломочные грунты при любой степени их влажности или другие виды грунтов, залегающих ниже уровня грунтовых вод, проектом должно предусматриваться устройство свай с креплением стенок скважин.

Крепление стенок скважин может осуществляться (при применении специальных станков) извлекаемыми стальными инвентарными) трубами.

Допускается также для закрепления стенок скважин в процессе их бурения и бетонирования применять глинистые растворы.

Применение для крепления стенок скважин обсадных труб, оставляемых в грунте допускается лишь в случаях, когда применение других методов крепления оказывается невозможным. Ограничение на применение этого метода крепления стенок скважин вытекает, главным образом из необходимости экономного расхода стали.

Буронабивные сваи рекомендуется применять для зданий и сооружений любого назначения (производственные, общественные, жилые и др.) при больших сосредоточенных вертикальных и горизонтальных нагрузках, а также на площадках со сложными геологическими и другими условиями строительства.

Буронабивные сваи предпочтительнее применять при длине более 10 м, а сваи меньшей длины-под легкие или средние нагрузки (например, для сельскохозяйственных зданий), особенно в случаях отсутствия соответствующей производственной базы, необходимой для изготовления и применения железобетонных забивных свай. Буронабивные сваи рекомендуется также применять:

когда необходима прорезка сваями насыпей с твердыми включениями (в виде остатков разрушенных частей каменных, бетонных, железобетонных конструкций и т.п.) или прорезка слоев грунта природного сложения в виде твердых глинистых грунтов, слоев с часто встречающимися валунами и т.п., не позволяющих производить забивку или вибропогружение свай;

вблизи существующих зданий и сооружений, в которых могут возникнуть недопустимые деформации моментов несущих конструкций или оборудования при забивке или вибропогружении свай.

К п. 2.7. Сваи-столбы рекомендуется применять преимущественно для устройства фундаментов опор мостов, строящихся в районах, распространения пучинистых грунтов, при невозможности забивки свай в них ввиду наличия плотных песчаных, гравелистых и галечниковых грунтов, в которых столбы должны быть заделаны исходя из условий воспринятия сил морозного пучения.

Применение свай-столбов обеспечивает повышение уровня индустриализации строительных работ в отдаленных районах.

К п. 2.8. В настоящее время проектная марка бетона по прочности на сжатие, морозостойкости и водопроницаемости для свай и свай-оболочек устанавливается ГОСТ 19804.0-78.

В случаях, когда по проекту сваями предусматривается вынужденная пробивка больших толщ песков, пропластков плотных песков, прослоек гравия или пластов твердых и полутвердых глинистых грунтов (например, просадочных) из-за необходимости применения молотов с большой энергией удара, марка бетона свай по прочности на сжатие может приниматься выше проектной, устанавливаемой рабочими чертежами типовых конструкций свай.

Необходимая кубиковая прочность бетона свай на сжатие s_к, кгс/см², в этом случае для успешной забивки свай может быть определена по формуле

где Э-максимально необходимая для забивки сваи энергия удара молота, кгс×см;

r  -толщина прокладки в наголовнике, см, принимаемая равной обычно 10-2 см;

E_n-модуль упругости прокладки, принимаемый в случае прокладок из досок E_n=3000 кгс/см²;

l-длина сваи, см;

Е_б-модуль упругости бетона, принимаемый равным Е_б=3×10⁵ кгс/см²;

Q-вес ударной части молота, кгс;

q-вес сваи, кгс;

F-площадь поперечного сечения сваи, см²

К п. 2.11. В настоящее время применяются составные сваи со стыками различной конструкции, в частности со сварными и болтовыми стыками.

Однако наиболее полно отвечает требованиям, указанным в настоящем пункте, конструкция стыка, разработанная НИИ оснований совместно с ЭКБ ЦНИИСК и НИИЖБом. Этот стык составных свай состоит из металлического стакана, жестко закрепленного на нижней части сваи, и из запрессованного в него цилиндрического элемента с легкосжимаемым в продольном направлении наружным слоем, устраиваемом в верхней части сваи. Для повышения плотности соединения стыковых деталях сминаемый слой выполнен с рифлением. Наружный диаметр цилиндрической части по рифлению превышает внутренний диаметр металлического стакана. Стык прост в исполнении, надежен при погружении сваи и в эксплуатации. Стык имеет прочность, равную прочности ствола составных элементов свай. Погружение сваи с разработанным стыком выполняется почти без остановки копра, а сама стыковка осуществляется за несколько ударов молота, не требуя при этом ни сварки, ни стыковых болтов, ни прочих деталей. Расход металла на сваю длиной 15-18 м при такой конструкции стыка уменьшается в 1,6-2,5 раза по сравнению с другими, наиболее совершенными стыками.

На составные сваи со стаканным стыком не допускается передавать выдергивающие нагрузки.

К п. 2.12. В настоящее время в промышленном строительстве при кустовом расположении свай и для большинства случаев рядового их расположения применяются монолитные ростверки.

Сборные ростверки находят применение преимущественно при строительстве некоторых жилых зданий в случае рядового расположения свай, а также при строительстве промышленных комплексов с большим количеством одноэтажных зданий. При этом могут применяться как сборно-монолитные, так и полносборные их конструкции.

Сборно-монолитные ростверки выполняются из коротких монолитных участков, объединяющих головы двух-трех свай и уложенных на эти монолитные участки сборных ростверковых балок или цокольных панелей.

Объем сборного бетона в таком ростверке обычно составляет около 75 % общего объема ростверка.

При полносборных ростверках в качестве промежуточного элемента между головой сваи и балкой ростверка используются железобетонные оголовки типа «колокол». Применение оголовков, однако, не полностью решает вопрос о ликвидации мокрых процессов при устройстве ростверка, так как требует замоноличивания самих оголовков. В связи с этим в ряде случаев применяются при небольших нагрузках на сваи (до 40т) сборные ростверки, укладываемые непосредственно на головы свай преимущественно пирамидальных или призматических прямоугольного сечения.

Сборные балки ростверков могут быть предварительно-напряженными и с обычной ненапрягаемой арматурой.

Сборные ростверки требуют точного погружения свай как в плане, так и по высоте. При этом допустимые отклонения свай от проектного положения при сборных ростверках должны быть более жесткими, чем при применении монолитных ростверков. Строительные же организации в настоящее время обычно имеют на вооружении оборудование, которое не обеспечивает точной забивки свай. Поэтому монолитные ростверки все еще имеют большее распространение, чем сборные.

В жилищном строительстве для 5-12-этажных. крупнопанельных жилых домов при расчетных нагрузках на сваю до 50 тс и однорядном расположении свай применяются безростверковые свайные фундаменты, особенности проектирования которых изложены в приложении 12.

К п. 2.13. Для деревянных свай должны применяться лесоматериалы хвойных пород, удовлетворяющие требованиям ГОСТ 9463-72 и ГОСТ 8486-66.

Влажность древесины для изготовления свай не ограничивается.

Преимущественно для свай используется сосна и лиственница.

К числу недостатков ели следует отнести сучковатость и колкость древесины, что повышает процент брака свай при забивке.

Сваи из лиственных пород дерева, как правило, не изготавливаются вследствие их меньшей долговечности и большой отбраковки при отборе бревен требуемой длины и прямизны.

К п. 2.14. Срощенные по длине сваи из двух и более бревен стыкуются между собой стяжными хомутами, а также стальными или деревянными накладками на болтах. Для этой цеди используются также обрезки стальных труб. На рис. 1 представлены образцы стыков.

Рис. 1. Стыки деревянных свай

3. ТРЕБОВАНИЯ К ИЗЫСКАНИЯМ

К п. 3.1. Изыскательская организация составляет программу с учетом фондовых материалов инженерно-геологических изысканий в данном районе и опыта строительства и эксплуатации близрасположенных существующих зданий или сооружений.

Результаты изысканий должны обеспечивать получение необходимых данных для расчета свай и свайных фундаментов по первой и второй группам предельных состояний.

При составлении программы работ особое внимание следует обратить на необходимость отбора образцов грунта из скважин и шурфов и проведения зондирования на глубинах ниже предполагаемого положения нижних концов свай. Если заранее установлена целесообразность применения свайных фундаментов, то образцы грунтов из верхних слоев могут отбираться в меньшем количестве, но достаточном для того, чтобы по их характеристикам определить сопротивление на боковой поверхности свай.

Если на сваи могут передаваться большие горизонтальные нагрузки, то особое внимание следует обратить на отбор образцов грунта из верхних слоев, начиная от поверхности планировки.

При назначении состава и объема изысканий должны учитываться:

конструктивные и технологические особенности проектируемых зданий и сооружений (наличие подвалов, заложение фундаментов под оборудование, нагрузки на полы, динамические воздействия и т.п.);

величины и характер нагрузок, действующих на фундамент;

требования к величинам абсолютных и неравномерных осадок фундаментов проектируемого здания или сооружения;

возможности изменения гидрогеологических условий в процессе возведения и эксплуатации зданий и сооружений;

возможные виды конструктивных решений свайных фундаментов (сваи-колонны, фундаменты из одиночных свай, однорядное расположение свай, свайные кусты или поля);

необходимость оценки возможности погружения забивных свай на требуемую величину;

технология изготовления набивных свай.

К п. 3.2. Состав и объем инженерных изысканий при проектировании фундаментов и висячих свай определяется согласно требованиям таблицы прил. 3 в зависимости от характеристики проектируемых зданий и сооружений и категорий сложности грунтовых условий. При решении вопроса о необходимости проведения испытаний натурных свай также следует руководствоваться прил. 3.

Проведение при изысканиях сначала комплекса работ с целью получения предварительных и лишь затем полных данных предусматривается, как правило, только при значительных объемах работ, требующих более 6 мес. В других случаях такое расчленение изысканий производить не следует.

Изыскания сразу в полном объеме рекомендуется выполнять также в тех случаях, когда для технического проекта можно использовать материалы геологического фонда.

Инженерно-геологические изыскания для устройства свайных фундаментов должны выполняться в составе и объеме, обеспечивающих:

1) определение степени однородности грунтов изучаемой площадки (при этом должно быть установлено наличие линз и прослоек, нарушающих литологическое единообразие строения толщи и могущих явиться причиной, усложняющей выполнение работ по погружению или устройству свай);

2) установление в плане и по глубине положения границ между отдельными литологическими слоями, а также границ, разделяющих однослойную в литологическом отношении толщу грунта на слои, различающиеся по консистенции (глинистые грунты) или плотности (песчаные грунты);

3) выявление в изучаемой толще слоя, при заглублении в который сваи будут обладать наибольшей несущей способностью (несущего слоя);

4) получение данных для определения несущей способности свай и прогнозирования осадок сооружения.

Поставленным задачам отвечают инженерно-геологические изыскания, выполняемые в следующем составе (полном или частичном):

бурение скважин с отбором монолитов, образцов грунта и проб грунтовых вод;

лабораторные определения вида, состояния и свойств грунта по отобранным образцам и монолитам;

испытания грунтов зондированием;

динамические и статические испытания инвентарных свай малого сечения (свай-моделей, эталонных свай);

динамические и статические испытания натурных свай;

прессиометрические испытания грунтов;

испытания грунтов статическими нагрузками, (штампами).

Обязательными элементами изысканий во всех случаях являются бурение скважин с отбором образцов грунта и грунтовых вод и лабораторные исследования этих образцов, а при длине свай до 16 м также испытания грунтов статическим зондированием.

Монолиты и образцы грунтов отбираются по всей толще с интервалом не более 3 м. Их количество должно быть достаточным для статической обработки.

Применительно к проектированию свайных фундаментов статическое зондирование грунтов проводится в целях:

определения положения в плане и по глубине кровли несущего слоя для висячих свай и кровли скальных и крупнообломочных грунтов для свай-стоек;

оценки возможности погружения свай на принятую глубину; определения однородности грунтов в плане и по глубине;

уточнения границ между различными литологическими слоями, а также границ, разделяющих в одном литологическом слое участки различной плотности и прочности;

определения несущей способности свай;

определения физико-механических характеристик грунтов, особенно песчаных, из которых отбор образцов с ненарушенной структурой затруднителен;

выбора мест расположения опытных участков для исследования грунтов другими методами и испытаний свай.

Состав и объемы инженерно-геологических работ для проектирования и устройства фундаментов из свай-стоек определяются необходимостью установления глубины залегания и рельефа кровли грунтов, которые могут быть отнесены к практически несжимаемым, а также состояния таких грунтов в кровле слоя.

Изыскания для проектирования и строительства на фундаментах из свай-стоек должны включать следующие виды работ:

а) бурение скважин с отбором образцов для определения положения кровли практически несжимаемого слоя с заглублением в последний не менее чем на 1,5 м, а по трем скважинам-не менее чем на 3 м;

б) статическое либо динамическое зондирование для уточнения положения кровли практически несжимаемого слоя и выбора способа устройства свай;

в) проходку шурфов с отбором образцов нарушенной и ненарушенной структуры-для характеристики грунтов кровли, практически несжимаемого слоя при невозможности оценки его состояния по скважинам;

г) испытания натурных свай, необходимость которых определяется организацией, ведущей изыскания, и согласуется с организацией, выдавшей техническое задание на изыскания;

д) геофизические методы.

Объемы указанных работ должны быть достаточными для построения на топографических планах изучаемых участков изогипс кровли практически несжимаемого слоя грунтов через 1 м в пределах контуров проектируемых зданий и сооружений.

К п. 3.3. Помимо случаев, указанных в прил. 3, полевые испытания натурных свай должны выполняться, если другие методы изысканий не позволяют учесть специфический характер нагрузок либо дают противоречивые результаты. Испытания натурных свай целесообразно проводить также при массовом проектировании свайных фундаментов крупных предприятий и микрорайонов гражданской застройки с целью уточнения эмпирических коэффициентов в формулах расчета несущей способности свай по данным статического зондирования.

Во всех случаях (за исключением специально обоснованных в программе) испытания натурных свай, если они выполняются, должны производиться как динамической, так и статической нагрузкой.

Статические испытания свай-штампов целесообразны при необходимости раздельного определения сопротивления грунта под нижними концами и на боковой поверхности свай. В этом случае испытания производятся в следующей последовательности: испытания под нижним концом, по боковой поверхности и сваи-штампа в целом.

Прессиометрические испытания проводятся с целью определения деформативных характеристик грунтов для расчета свай и свайных фундаментов по деформациям на вертикальную и горизонтальную нагрузки. В грунтах, держащих стенки скважин, их следует проводить во всех случаях.

Испытания грунтов штампами, следует проводить в основном с целью уточнения для рассматриваемой строительной площадки переходных коэффициентов в рекомендуемых нормативными документами формулах для расчетов по данным зондирования и прессиометрических испытаний модуля деформации грунтов. При этом предпочтение следует отдавать испытаниям грунтов штампом площадью 5000 см² в котлованах, шурфах или дудках, так как данные испытаний грунтов штампом 600 см² в скважинах ненадежны.

К п. 3.4. При рядовом расположении свай и при свайных кустах глубина исследования грунтов назначается согласно требованиям главы СНиП II-17-77. При свайных полях размером более 10´10м глубина исследования должна превышать предполагаемое заглубление свай не менее чем на ширину свайного поля. При наличии слоев просадочных, набухающих, засоленных, сильносжимаемых грунтов (ила, торфа, глинистых грунтов текучей консистенции) глубина исследования определяется с учетом необходимости их проходки скважинами на всю толщу слоя для установления глубины залегания подстилающих грунтов и определения их характеристик.

К п. 3.5. При наличии в основании свай слоев песчаных грунтов необходимо получить в процессе изысканий данные об их плотности. Эти данные нужны в первую очередь:

а) для установления возможности использования песчаных грунтов в качестве несущего слоя;

б) для оценки возможности погружения свай;

в) для принятия соответствующих значений R и f по табл. 1 и 2 главы СНиП II-17-77 при определении несущей способности свай.

Техническое оснащение изыскательских организаций в настоящее время позволяет наиболее достоверно определять природную плотность песчаных грунтов по данным статического зондирования.

4. ОСНОВНЫЕ УКАЗАНИЯ ПО РАСЧЕТУ

К п. 4.1. Расчет конструкций свай, свай-оболочек и ростверков по первой группе предельных состояний должен производиться во всех случаях на вертикальные и горизонтальные нагрузки по прочности материала свай и свай-оболочек, а также по несущей способности грунта основания.

Расчет свайных фундаментов по второй группе предельных состояний (по деформациям) следует производить во всех видах грунтов, за исключениям тех случаев, когда сваи и сваи-оболочки опираются на крупнообломочные грунты, плотные пески и твердые коренные глины, где расчет по осадкам не требуется. Этот расчет требуется также при передаче на сваи горизонтальных нагрузок, которые могут вызвать существенные горизонтальные смещения фундаментов.

Расчет свайных фундаментов опор мостов и водопропускных труб производится по первой группе предельных состояний с проверкой осадок и горизонтальных смещений верха опор. Последнее обусловлено тем, что фундаменты опор мостов воспринимают кроме вертикальных значительные горизонтальные нагрузки (давление грунта на устои, неуравновешенный распор арочных пролетных строений и др.), а фундаменты водопропускных труб на неустойчивых грунтах (где применяются сваи) подвержены воздействию постоянной горизонтальной нагрузки, проявляющейся вследствие расползания насыпи.

По образованию и раскрытию трещин рассчитываются железобетонные элементы свайного фундамента в соответствии с нормами проектирования железобетонных конструкций (глава СНиП II-21-75).

К п. 4.3 «в». Для фундаментов опор мостов при низком ростверке принимается k_н=1,4 независимо от количества свай фундамента.

Приведенные значения коэффициентов надежности относятся к случаям, когда несущая способность свай фундаментов мостов определена расчетом. Если несущая способность определена по результатам их статических испытаний, следует принимать:

в случае высокого ростверка:

в случае низкого ростверка k_н=1,25.

К п. 4.3, примеч. 2. Перегрузка крайних свай в кусте в размере 20 % их несущей способности возможна с учетом следующих положений:

а) ветровые и крановые нагрузки принимаются в соответствии с указаниями главы СНиП II-6-74 «Нагрузки и воздействия». При проектировании высоких сооружений (дымовые трубы, башни и др.) ветровые нагрузки учитываются, в соответствии с действующими нормативными документами на эти сооружения;

б) при учете действия ветра, а также при наличии кранов, нагрузка от которых составляет более 30 % суммарных нагрузок на фундаменты.

При строительстве причальных сооружений крановая нагрузка должна учитываться как постоянная.

Уточнение способов учета крановых нагрузок при проектировании свайных фундаментов должно выполняться на основании результатов наблюдений за осадками свайных фундаментов при многократном действии кранов по режимам, согласованным с технологами.

К п. 4.7. Фиксированная точка, удаленная от головы сваи или сваи-оболочки на 0,3L (где L-длина сваи или сваи-оболочки), у которой закрепляется трос при перемещении и подъеме на копер, соответствует специально заложенному в свае штырю, а в свае-оболочке-отметке, нанесенной несмываемой краской. Следует обратить внимание, что подъем на копер за петлю во избежание ее вырывания и увеличения напряжений в свае не допускается.

5. РАСЧЕТ СВАЙ, СВАЙ-ОБОЛОЧЕК И СВАЙ-СТОЛБОВ ПО НЕСУЩЕЙ СПОСОБНОСТИ

ОБЩИЕ УКАЗАНИЯ

К п. 5.1. Расчет несущей способности свай всех видов по предельным состояниям первой группы производится как из условия сопротивления грунта основания сваи, так и из условия сопротивления материала сваи при воздействии расчетных вертикальных и горизонтальных нагрузок. Это означает, что должны выполняться оба указанных условия и определяющим при установлении критерия несушей способности сваи является меньшее из двух значений.

Расчет сопротивления материала ствола сваи должен производиться на усилия от всех действующих эксплуатационных нагрузок (вертикальных и горизонтальных).

При расчете деревянных свай следует иметь в виду, что в процессе эксплуатации древесина свай будет иметь 100 %-ную влажность.

При расчете несущей способности по материалу свай, работающих в фундаментах специальных сооружений, следует пользоваться дополнительными указаниями на проектирование этих сооружений.

К п. 5.2. Учет продольного изгиба производится по методу, принятому для расчета центрально- и внецентренно-сжатых элементов. Условия защемления верхнего конца сваи принимаются в соответствии с конструктивным решением узла сопряжения головы сваи с ростверком, насадкой и другими элементами. Нижнюю часть свай при расчете на продольный изгиб условно считают жестко защемленной в грунте.

Принятая в пункте расчетная схема предназначена для учета продольного изгиба свай, свай-оболочек и свай-столбов (определения гибкости) к не должна использоваться для определения расчетных значений изгибающих моментов и поперечных сил в их сечениях, которые следует определять согласно приложению к главе СНиП II-17-77.

К п. 5.3. Понижающие коэффициенты условий работы m_б=0,85, предусматриваемые из условия осложнения бетонирования элементов в вертикальном положении, и коэффициенты условий работы, предусмотренные подпунктами «а» - «г», должны учитываться независимо друг от друга путем взаимного их перемножения.

СВАИ-СТОЙКИ

К п. 5.4. Для свай-стоек, работающих на вертикальную нагрузку и опирающихся на скальный или практически несжимаемый грунт, учитывается только сопротивление грунта основания под нижним концом (подошвой) свай всех типов и свай-оболочек, так как сопротивление грунта на боковой (наружной) поверхности, может проявиться только в процессе перемещения (осадки) сваи. Таким образом, в этом пункте даются рекомендации по расчету свай-стоек, под которыми понимаются не просто сваи, передающие большую часть нагрузки на грунт своим нижним концом, а сваи, которые практически не могут передать нагрузку через свою боковую поверхность из-за незначительных осадок грунта, залегающего под нижним концом этих свай.

Приводимые в данном пункте расчетные сопротивления крупно обломочных грунтов указаны для случая, когда забивная свая заглубляется в несущий слой крупно-обломочных грунтов не менее чем на 0,5 м (см. п. 8.13). Если для забивки свай-стоек применяются молоты более легкие, чем это предусмотрено правилами производства работ, при которых не обеспечивается указанное заглубление свай в слой крупнообломочного грунта, то несущая способность таких свай должна быть проверена динамическими или статическими испытаниями. Несущая способность свай, опирающихся на крупно обломочные грунты с глинистым заполнением, в значительной степени зависят от консистенции глинистого заполнения, поэтому несущая способность таких свай должна определяться по данным статического испытания.

Для фундаментов опор мостов при наличии в основании фундамента слабовыветрелых, выветрелых или сильновыветрелых, а также размягчаемых пород вопрос определения их расчетного сопротивления осевому сжатию должен решаться на основе испытаний пород штампом. Если данные таких испытаний отсутствуют, допускается для неразмягчаемых слабовыветрелых и выветрелых пород определять величину R, принимая значение R^н_сж с коэффициентом, равным соответственно 0,6 и 0,3, а в случаях сильновыветрелых пород, как для крупно обломочных грунтов.

Пример 1. Требуется определить несущую способность забивной сваи квадратного сечения 300 ´ 300 мм, длиной 8 м, опирающейся на крупнообломочные грунты с песчаным заполнением. Свая изготовляется из бетона марки М300 и армируется 4Æ12А-II.

Решение. Несущую способность сваи по грунту определим по формуле [4(4)].

Для забивных свай-стоек т=1, R=2000 тс/м²; по условию задачи f=0,3 × 0,3=0,09 м²=900 см², Ф=mRF=1 × 2000 × 0,09 тс.

Расчетная нагрузка на сваю по грунту определяется по формуле [1(1)] с учетом коэффициента надежности k_н=1,4:

тс

Расчетная нагрузка на сваю по условию прочности материала определяется по графику для проверки свай по прочности, приведенному в рабочих чертежах типовых конструкций свай. Применительно к свае, предусмотренной условиями задачи, она составляет 120 тс.

Расчетную нагрузку на сваю принимаем как наименьшее из двух значений, т. е. N=120 тс.

Пример 2. Требуется определить несущую способность набивной сваи диаметром d=0,6 м, заделанной в скальный грунт на глубину h_з=0,8 м. Свая изготовляется из бетона марки М200 и армируется 6Æ10А-I. Временное сопротивление скального грунта одноосному сжатию в водонасыщенном состоянии R^н_сж, определенное лабораторными испытаниями, равно 520 тс/м².

Решение. Для набивных свай k_г=1,4. Величину R определяем по формуле [5(5)]:

    

Площадь опирания сваи на грунт F=0,283 м². Несущую способность сваи по грунту определяем по формуле [4(4)].

Расчетная нагрузка на сваю по грунту определяется по формуле [1(1)]:

Расчетная нагрузка на сваю по условию прочности материала определяется по графику для определения прочности набивных свай, приведенному в типовом проекте, и составляет 150 тс.

Поскольку расчетная нагрузка на сваю по грунту больше расчетной прочности материала, принимаем набивную сваю из бетона марки М300. Расчетная нагрузка на такую сваю по условию прочности материала составит 225 тс.

Расчетную нагрузку на сваю принимаем, как наименьшую из двух значений, т. е. N=212 тс.

Пример 3. Требуется определить несущую способность сваи-оболочки диаметром D=1 м из бетона марки М400, опирающейся на неразрушенный выветриванием скальный грунт, прикрытый слоем неразмываемых грунтов толщиной 3,5 м. Полость сваи-оболочки бетоном не заполняется. Толщина стенки сваи-оболочки равна 12 см. Величина R_сж, определенная лабораторными испытаниями, равна 3000 тс/м²

Решение. Площадь поперечного сечения нетто равна:

Несущая способность сваи-оболочки по грунту

тс.

Расчетная нагрузка на сваю-оболочку по грунту

Расчетная нагрузка на сваю-оболочку по условию прочности материала определяется по графику для определения прочности, приведенному в типовых проектах для проектирования фундаментов из свай-оболочек, и составляет 600 тс.

Увеличиваем марку бетона сван-оболочки до М500. Тогда расчетная нагрузка на сваю по условию прочности материала составит 735 тс.

Расчетную нагрузку на сваю принимаем как наименьшую из двух значений, т.е. N=708 тс.

ВИСЯЧИЕ ЗАБИВНЫЕ СВАИ ВСЕХ ВИДОВ

К п.5.5. Приведенные указания относятся к расчету несущей способности грунта основания забивных висячих свай любых конструкций, рассматриваемых п. 2.3. настоящей главы СНиП, исключая сваи-оболочки диаметром более 0,8 м.

Коэффициент условий работы в формуле [7(7)], как правило, принимается m=1. Однако для специальных сооружений, проектирование которых согласно п. 1.1 настоящей главы СНиП, должно производиться с учетом дополнительных требований, вытекающих из специфических особенностей этих сооружений, коэффициент условий работы может приниматься отличным от единицы.

При сравнении полученных по формуле [7(7)] результатов с расчетной нагрузкой в соответствии с п. 4.3 расчетная нагрузка на сваю должна приниматься без учета ее собственного веса.

Пример 4. Требуется определить несущую способность железобетонной сваи с поперечным сечением 300´300 мм, длиной L=7 м, забитой в грунт дизель-молотом ниже дна котлована глубиной l_к=1,4 м на глубину l_с=6,5 м.

Грунтовые условия: с отметки дна котлована залегает суглинок тугопластичный (I_L=0,5), толщина этого слоя 2 м; ниже-тугопластичный суглинок (I_L=0,3) на глубину 3,1 м, подстилаемый слоем полутвердой глины (I_L=0,2), разведанной толщиной слоя 7 м (рис. 2).

Решение. Площадь поперечного сечения сваи F=0,3 × 0,3=0,09 м²; периметр поперечного сечения и=4 ´ 0,3=1,2 м; расчетная глубина погружения нижнего конца сваи от поверхности грунта l_к + l_с=1,4 + 6,5=7,9 м.

По табл. 1(1) для этой глубины находим расчетное сопротивление грунта в плоскости нижнего конца сваи R » 450 тс/м².

Рис. 2. Схема геологического разреза

I-суглинок туго-пластичный I_L =-0,5; II-то же, I_L=0,3; III-глина полутвердая I_L=0,2

Далее определяем среднюю глубину расположения слоев грунта от дневной поверхности и соответствующие значения расчетного сопротивления грунта на боковой поверхности сваи f_i по табл. 2(2).

Для суглинков с консистенцией I_L=0,5 на глубине

       тс/м²

Для следующего слоя грунта (суглинок тугопластичный с консистенцией I_L=0,3) следует учесть примеч. 2 к табл. 2(2). Поэтому, разбиваем этот слой на два однородных слоя толщиной 2 и 1,1 м:

на глубине тс/м²

»          » тс/м²

Для глины полутвердой с консистенцией I_L=0,2 на глубине

 тс/м²

По формуле [7(7)] находим несущую способность сваи:

тс.

Расчетная нагрузка на сваю равна:

Проверка несущей способности свай по условию прочности материала в данном случае не требуется, так как сопротивление сваи сечением 300´300 мм на сжатие больше 50 тс.

При наличии данных статического зондирования плотность песчаных грунтов и консистенции глинистых грунтов принимаются с учетом этих данных.

Для оценки глинистых грунтов необходимо учитывать кроме показателя консистенции I_L и другие их физико-механические характеристики. При проектировании также необходимо использовать имеющиеся данные о несущей способности свай по зданиям и сооружениям, построенным рядом на свайных фундаментах в аналогичных грунтах.

Приведенные в табл. 1 и 2 значения расчетных сопротивлений R и f_i наиболее близко отвечают грунтам со степенью влажности G ³ 0,8. При степени влажности G < 0,8 при прочих равных условиях (одинаковой пористости, консистенции и т.п.) глинистые грунты фактически чаще всего имеют несколько меньшие величины сопротивлений R и f, а пески-большие. Однако это обстоятельство пока в расчетах не учитывается из-за отсутствия достаточно надежно разработанных методов его количественной оценки.

Супеси, согласно главе СНиП II-15-74 «Основания зданий и сооружений», относятся к глинистым грунтам. Поэтому значения R и f по табл. 1 и 2 для супесей формально должны определяться в зависимости от их консистенции. Однако показатель консистенции для супесей обычно определяется недостаточно надежно. Кроме того, следует иметь в виду, что супеси являются промежуточными грунтами между песками и суглинками и, следовательно, их сопротивление при прочих равных условиях в значительной степени зависит от их гранулометрического состава. Поэтому вопрос о несущей способности свай в супесях следует решать с учетом фактических свойств этого грунта и, в частности, с учетом его глинистости и определять, как правило, по данным статического зондирования.

Несущая способность свай в супесях с числом пластичности I_р, близким к единице, практически будет такой же, как и у свай, забитых в пески, и не будет зависеть от консистенции I_L, à несущая способность свай в супесях с числом пластичности I_р, приближающимся к семи,-как у свай, забитых в суглинки той же консистенции.

Практически выбор расчетного сопротивления под нижним концом и на боковой поверхности сваи или сван-оболочки в супесях можно определять интерполяцией значений R и f табл. 1(1) и 2(2) по формулам (8) и (9):

                                                                        (8)

                                                                           (9)

где R_сп и f_сп-расчетные сопротивления супеси под нижними концами и на боковой поверхности свай;

R_п и f_п-расчетные сопротивления песка, определяемые по табл. 1(1) и 2(2) главы СНиП II-17-77;

R_Г и f_Г-расчетные сопротивления глины, определяемые по табл. 1(1) и 2(2) главы СНиП II-17-77.

По проектировании мостов расчетные сопротивления супесей допустимо определять упрощенно, используя значения, приведенные в табл. 1(1) и 2(2) для песков соответствующей крупности и плотности. При песках разной крупности значения R и f_i, по табл. 1(1) и 2(2) определяют интерполяцией в зависимости от процентного содержания песков той или иной крупности.

Опирания нижних концов свай или свай-оболочек на глинистые грунты с показателем консистенции I_L > 0,6 и рыхлые пески, как правило, следует избегать ввиду их низкой несущей способности. Поэтому в табл. 1(1) значения R для грунтов с показателем консистенции I_L > 0,6 и для рыхлых песков не приводятся.

Для предварительных расчетов допускается в этом случае использовать результаты зондирования.

Значения расчетных сопротивлений f_i в табл. 2(2) для глинистых грунтов даны только при показателях консистенции 0,2 £ I_L £ 1. Такое нормирование f_i обусловлено тем, что прорезка сваями грунтов с показателем консистенции I_L < 0,2 оказывается обычно делом весьма сложным и осуществляется редко. Исключением являются случаи прорезки просадочных, набухающих и подсушенных покровных грунтов со степенью влажности G < 0,8, прорезка которых, как правило, осуществляется с применением лидерных скважин. Сопротивление же глинистых грунтов с показателем консистенции I_L > 1 мало, и им обычно при расчетах несущей способности свай можно пренебречь. В случае, когда все-таки прорезка глинистых грунтов с показателем консистенции I_L < 0,2 необходима, величину сопротивления грунта на боковой поверхности забивных свай f_i можно в запас принимать по табл. 2(2) при I_L=0,2. Для свайных фундаментов мостов в этом случае можно также пользоваться графиком, представленным на рис. 3.

Рис. 3. Расчетные сопротивления глинистых грунтов на боковой поверхности свай и свай-оболочек f с консистенцией 0,2 ³ I_L ³0

Следует также указать на особенности, которые необходимо учитывать при назначении сопротивления грунта на боковой поверхности ствола сваи с уширенным нижним концом (булавовидных свай). Такие сваи, как отмечено в пояснениях к п. 2.3 настоящей главы, рекомендуется применять только в оплывающих грунтах. Однако даже в таких грунтах в процессе погружения этих свай, грунт, окружающий их ствол, оказывается в разрыхленном состоянии. Поэтому сопротивление грунта на боковой поверхности ствола булавовидных свай обычно рекомендуется назначать не более f=1 тс/м².

При определении расчетных глубин забивки свай для назначения расчетных сопротивлений грунта по табл. 1(1) и 2(2) для свай и свай-оболочек фундаментов опор мостов глубина местного размыва принимается эквивалентной срезке грунта.

Если сваи или сваи-оболочки забивают до удаления грунта из котлована или в русле реки сквозь слой грунта, который будет смыт в период прохода паводка, то принимаемую для вычисления расчетного отказа расчетную нагрузку, допускаемую на сваю Р, можно считать равной получаемой по расчету с добавлением части нагрузки, воспринимаемой грунтом за счет сил трения на боковой поверхности свай в пределах толщины слоя удаляемого (при разработке котлована или при размыве дна) грунта.

Рис. 4. Схема геологического разреза

I-суглинок тугопластичный I_L=0,4; II-песок мелкий рыхлый; III-глина мягкопластичная I_L=0,6; IV-суглинок туго-пластичный I_L=0,3; V-песок крупный плотный

Рис. 5. Схема геологического разреза

I-суглинок тугопластичный I_L=0,4; II-суглинок мягкопластичный I_L=0,55; III-песок средней крупности

Пример 5. Требуется определить несущую способность забивной квадратной сваи сечением 350´350 мм, длиной 15 м, погруженной забивкой в предварительно пробуренную скважину, диаметром на 50 мм меньшим стороны сваи. Грунты, прорезаемые сваей, приведены на рис. 4.

Решение. В соответствии с примечаниями к табл. 1(1) и 2(2) для плотных песчаных грунтов значения R увеличиваются на 60 %, а значения f_i-на 30 %:

f₁=1,5 тс/м²;

f₂=1,8 тс/м²;

f₃=3,74 тс/м²;

f₄=4,02 тс/м²;

f₅=1,8 тс/м²;

f₆=1,8 тс/м²;

f₇=4,64 тс/м²;

f₈=4,835 тс/м²;

Вводим поправочные коэффициенты m_R и m_f по таблице 3(3), (поз. 2 «б»), учитывающие способ погружения свай:

под нижними концами свай m_R=1;

по боковой поверхности свай m_f=0,6.

Расчетную несущую способность определяем по формуле [7(7)]:

Расчетная нагрузка на сваю по грунту основания равна:

Пример 6. Требуется определить несущую способность полой круглой сваи с открытым нижним концом диаметром D=500 мм, длиной 12 м, погруженной дизель-молотом в грунты, приведенные на рис. 5:

Несущую способность сваи определяем по формуле [7(7)]:

Расчетная нагрузка на сваю равна:

Пример 7. Фундамент опоры моста с ростверковой плитой, расположенной над грунтом, запроектирован из 20 железобетонных свай сечением 400´400 мм. Проектная расчетная нагрузка на одну сваю N=105 т. Гидрогеологические условия в месте возведения фундамента показаны на рис. 6. Сваи забивают с подмывом. В период забивки свай глубина воды в русле 5 м. При паводке (во время эксплуатации моста) возможен размыв дна на глубину до 4 м.

Рис. 6. Схема грунтовых условий забивки свай

I-песок мелкий; II-глина полутвердая I_L=0,2

Требуется определить глубину забивки свай и величину расчетной нагрузки на сваю для вычисления расчетного отказа.

Решение. Для предварительного расчета несущей способности принимаем заглубление низа сваи на 2 м в глину с консистенцией I_L=0,2 (см. рис. 3).

Пользуясь формулой [7(7)], определяем несущую способность сваи:

где R=584 тс/м²-по табл. 1(1) для глины с консистенцией) I_L=0,2 на глубине 17 м;

F=0,16 м²; u=1,6 м;

по табл. 2(2).

f₄=7,5 « - по графику рис. 3;

l₁=l₂=l₃=l₄=2 м;

m_R=1 и m_f=0,9-поправочные коэффициенты, учитывающие погружение сваи с подмывом в пределах песчаной толщи, принимаемые по табл. 3.3, поз. 3.

Расчетная нагрузка на сваю равна:

Принятая глубина забивки сваи выбрана правильно, так как при ней полученная расчетная нагрузка 114 тс превышает проектную незначительно.

Поскольку сваи будут забивать до размыва дна русла (при низком горизонте воды), расчетный отказ вычисляется исходя из значения расчетной нагрузки на сваю N_o, определенной с учетом величины нагрузки Ф¢, воспринимаемой силами трения на боковой поверхности сваи в пределах пласта песчаного грунта, смываемого в период прохода паводка:

По табл. 2(2):

Определяем расчетную нагрузку на сваю, исходя из которой вычисляется расчетный отказ:

тс.

Проверка несущей способности по условию сопротивления материала сваи (выбор марки бетона и армирование сваи) в данном примере не приводится, так как свая фундамента опоры моста помимо вертикальных нагрузок несет значительные горизонтальные нагрузки. Указанную проверку необходимо выполнить после расчета сваи на горизонтальную нагрузку (в соответствии с приложением главы СНиП) на совместное действие вертикальных и горизонтальных нагрузок (а также моментов) как внецентренно-сжатого элемента.

Особенности применяемых методов погружения и технологии производства работ, сопутствующих погружению или осуществляемых после окончания погружения, учитываются при расчете введением поправочных коэффициентов т_R и т_f, указанных в табл. 3(3) к расчетным сопротивлениям грунта, приведенным в табл. 1(1) и 2(2). Эти поправочные коэффициенты учитываются независимо друг от друга и, если их несколько, перемножаются.

В случае, когда сваи погружаются в лидерные скважины, уплотнения грунта вокруг свай не происходит или если происходит, то в значительно меньшей степени, чем при отсутствии лидерных скважин. Это учитывается нормами путем введения понижающего коэффициента условий работы т_f=0,5 ¸ 0,6 в зависимости от диаметра лидерной скважины.

Применение подмыва приводит к уменьшению сопротивления грунта на боковой поверхности сваи. При расчете это также учитывается понижающим коэффициентом условий работы [табл. 3(3), поз. 3]. Применение подмыва предусматривается только для песчаных грунтов при условии добавки на последнем метре погружения без подмыва.

В поз. 3 табл. 3(3) не указаны поправочные коэффициенты при погружении с подмывом в глинистые грунты, так как применение подмыва в этих грунтах не рекомендуется. Это объясняется тем, что структура грунта вокруг сваи и под ее нижним концом при подмыве разрушается, а образующаяся при этом вокруг сваи полость длительное время остается заполненной взвешенными глинистыми частицами. Для полых круглых свай, открытых снизу, погружаемых в глинистые грунты с консистенцией I_L < 0,5, может быть допущено применение подмыва во внутренней полости с целью гидравлического рыхления грунтового сердечника и обеспечения погружения сваи при условии погружения без подмыва в ненарушенный грунт на последнем этапе погружения на глубину не менее двух наружных диаметров сваи, но не менее 1 м. В этом случае при расчете несущей способности также следует учитывать коэффициенты условий работы т_R и т_f [поз. 5 табл. 3(3)].

Известно, что применение вибраторов для погружения свай приводит к изменению структурных свойств как песчаных, так и глинистых грунтов. Эти изменения проявляются в виде уплотнения водонасыщенных песчаных грунтов (главным образом, под нижним концом сваи) и разуплотнения (разжижения) глинистых грунтов, причем полное восстановление структурных связей последних может длиться долгие годы. В соответствии с этим в поз. 4 табл. 3(3) приводятся повышающие коэффициенты условий работы т_R ³ 1 для песчаных грунтов и понижающие для глинистых грунтов. Для глинистых же грунтов тугопластичной консистенции (I_L=0,5) коэффициенты условий работы принимаются равными от 0,7 до 0,9. Разуплотнения и изменения консистенции твердых глинистых грунтов (I_L £ 0) в процессе вибропогружения не происходит. Поэтому при I_L £ 0 поправочный коэффициент принят равным единице. Для глинистых грунтов с консистенцией I_L=0 ¸ 0,5 поправочные коэффициенты т_R и т_f берутся по интерполяции.

Сопротивление грунтов основания под нижним концом открытой снизу полой сваи при прочих равных условиях зависит от диаметра ее внутренней полости. В табл. 3(3), поз. 5 принято, что если диаметр полости круглой полой сваи менее или равен 400 мм, такая свая по условию сопротивления грунта основания под нижним концом аналогична закрытой снизу; если диаметр полости более 400 мм-вводится понижающий коэффициент условий работы т_R=0,7.

Пример 8. Требуется определить несущую способность полой круглой сваи с открытым нижним концом D=600 мм, длиной 30 м, погруженной вибропогружателем в грунты, приведенные на рис. 7.

Решение:

По табл. 1(1): R=362 тс/м²;

По табл. 2(2):

f₁=1,2 тс/м²; f₂=1,85 тс/м²; f₃=0,86 тс/м²;

f₄=1 тс/м²; f₅=1,08 тс/м²; f₆=1,14 тс/м²;

f₇=1,2 тс/м²; f₈=2,68 тс/м²; f₉=2,76 тс/м²;

f₁₀=2,84 тс/м²; f₁₁=2,9 тс/м²; f₁₂=5,5 тс/м²;

f₁₃=5,7 тс/м²; f₁₄=5,9 тс/м²; f₁₅=6,1 тс/м²;

f₁₆=6,24 тс/м².

При определении несущей способности сваи по формуле [7(7)] вводим, согласно п. 5.5, поправочные коэффициенты т_R и т_f, принимаемые по табл. 3(3), поз. 4, учитывающие способ погружения сваи, и, кроме того, руководствуемся указаниями п. 5.15.

Тогда

Расчетная нагрузка на сваю по грунту основания

Рис. 7. Схема геологического разреза

I-суглинок тугопластичный I_L=0,5; II-торф; III-суглинок мягкопластичный I_L=0,6; IV-глина тугопластичная I_L=0,5; V-суглинок тугопластичный I_L=0,3; VI-песок мелкий

Рис. 8. Схема геологического разреза

I-насыпной слой (суглинок тугопластичный) I_L=0,5; II-глина тугопластичная I_L=0,5; III-песок средней крупности, средней плотности

Пример 9. Требуется определить несущую способность по грунту основания полой круглой железобетонной сваи наружным диаметром d=0,78 м, внутренним диаметром d₁=0,62 см, длиной l=6 м. Погружение сваи предусматривается вибратором ВП-1 на глубину l_п=4,2 м с оставлением грунтового ядра.

Грунтовые условия приводятся на рис. 8.

Решение. Расчет сваи по несущей способности производится по формуле [7(7)].

Площадь опирания сваи на грунт

Расчетное сопротивление грунта под нижним концом сваи определяется интерполяцией по табл. 1(1) для глубины забивки 4,2 м с введением поправочных коэффициентов по табл. 3(3), поз. 4 «а» и 5 «б», равных т_R1=1,2 и т_R2=0,7.

В результате полное расчетное сопротивление грунта под нижним концом сваи будет равно (с учетом интерполяции):

Наружный периметр

.

Расчетные сопротивления грунта на боковой поверхности сваи для 1, 2 и 3 слоев грунта (см. рис. 8) в соответствии с табл. 2(2) равны: f₁=1,2 тс/м²; f₂=1,8 тс/м²; f₃=5,12 тс/м².

Коэффициенты условий работы m_f, учитывающие способ погружения для тех же слоев грунта по табл. 3(3): m_f1=0,9; m_f2=0,9; m_f3=1. Несущую способность сваи по грунту основания определяем по формуле [7(7)]:

тс.

Расчетная нагрузка на сваю по грунту основания

тс.

Известно, что несущая способность забивных висячих свай, работающих в кустах, в общем случае отличается от несущей способности одиночных свай. Это связано с тем, что в результате взаимодействия свай сопротивление грунта на их боковой поверхности снижается за счет уменьшения зон распределения напряжений в грунте межсвайного пространства, а сопротивление грунта под острием увеличивается за счет уплотнения грунта в результате погружения соседних свай.

Степень изменения несущей способности зависит от длины свай, числа свай в кустах и от свойств грунтов, находящихся под острием, а также от соотношения нагрузок, передаваемых через боковую поверхность и через острие сваи. Однако в подавляющем большинстве случаев указанное изменение несущей способности невелико, поскольку явления, его обусловливающие, действуют, как указано выше, в прямо противоположных друг другу направлениях. Поэтому при расчетах, согласно методике рассматриваемой главы СНиП, несущая способность свай в кусте принимается равной несущей способности одиночной сваи.

В случае возникшей при проектировании необходимости оценить несущую способность свай в кусте с учетом их взаимодействия при совместной работе указанную способность сваи можно определить по формуле

                                                            (10)

где т, т_R, т_f, R, f_i, Fи, l_i-те же обозначения, что и в формуле [7(7)];

В и А-коэффициенты, соответственно учитывающие увеличение расчетного сопротивления под нижним концом сваи в результате уплотнения грунта и уменьшение расчетного сопротивления на боковой поверхности сваи в результате совместной работы свай в кусте.

В табл. 4 приведены значения коэффициентов В и А в зависимости от числа свай n и относительной глубины погружения -для относительного расстояния между сваями 3d.

При расчете свайного фундамента на центральную нагрузку несущая способность сваи в кусте определяется с учетом средних коэффициентов В_ср и А_ср.

При расчете свайного фундамента на внецентренную нагрузку несущая способность свай в кусте определяется для свай, расположенных в крайнем (в направлении момента) ряду, с учетом коэффициентов А_кр и В_кр.

Пример. 10. Определить несущую способность 10-метровой забивной сваи сечением 30´30 см, работающей в кустах из 5, 12 и 20 свай, с учетом совместной работы свай в кустах. Инженерно-геологические условия показаны на рис. 9.

Таблица 4

Рис. 9. Схема геологического разреза

I-супесь I_L=0,7; II-песок пылеватый средней плотности; III-суглинок I_L=0,4; IV-песок средней крупности, плотный

Несущая способность одиночной сваи определяется по формуле [7(7)]:

1)      для плотных песков

тс;

2)      для песков средней плотности

тс.

С учетом совместной работы в кустах:

а) для куста из 5 свай А=0,65, В=0,29:

тс;

тс;

б) для куста из 12 свай А=0,44; B=0,43:

тс;

тс;

в) для куста из 20 свай А=0,33; В=0,5:

тс;

тс.

Из примера видно, что чем прочнее грунты под острием, тем несущая способность свай с учетом их взаимодействия будет больше, так как степень увеличения сопротивления грунта под острием больше, чем уменьшение сопротивления грунта по боковой поверхности.

К п. 5.6. Свайные фундаменты со сваями, опирающимися на рыхлые песчаные грунты и на глинистые грунты с показателем консистенции I_L>0,6, в большинстве случаев применять оказывается нерациональным, так как такие сваи имеют низкую несущую способность и дают, как правило, длительную и большую по величине осадку. Они могут применяться только для легких зданий с однорядным расположением свай в фундаменте. Надежных методов расчета несущей способности свай, опирающихся на указанные грунты, до настоящего времени не разработано. Поэтому проектирование фундаментов со сваями в таких случаях можно вести только по результатам их статических испытаний.

К п. 5.7. Следует обратить внимание, что в формуле [11(8)] используется модуль деформации грунта E_i, определенный по результатам не штамповых, а компрессионных испытаний.

При отсутствии данных компрессионных испытаний величину модуля деформации E_i для расчета несущей способности свай с наклонными гранями можно определить по формуле

где Е-модуль деформации грунта при штамповых испытаниях, в том числе определенный по простейшим физико-механическим характеристикам грунта в соответствии с табличными значениями, устанавливаемыми главой СНиП II-15-74:

m_k-поправочный коэффициент, больший единицы, определяемый в соответствии с рекомендациями приложения 2.

Рис. 10. Схема геологического разреза

I-насыпной и почвенно-растительный слой; II-супесь твердая Е_к=640 тс/м2; III-суглинок тугопластичный Е_к=330 тс/м², I_L=0,33; IV-глина мягкопластичная I_L=0,6

В случае, если проектная организация имеет недостаточный опыт применения свай с наклонными гранями, проведение полевых испытаний таких свай для определения их несущей способности является обязательным.

Пример 11. Требуется определить несущую способность пирамидальной сваи Ф, тс; длина сваи 3 м; размеры головы 0,7´0,7 м и острия 0,1´0,1 м. Грунтовые условия показаны на рис. 10.

Решение. Несущую способность пирамидальной сваи Ф, тс, определяем по формуле (8). Все вычисления для удобства сведены в табл. 6.

Расчетную нагрузку на сваю N определим по формуле [1(1)], приняв k_н=1,4:

При отсутствии компрессионных исследований грунтов и одновременно при невозможности определения модулей деформации грунтов по таблицам главы СНиП II-15-74 в соответствии с их простейшими физико-механическими характеристиками несущую способность свай с наклонными гранями (пирамидальных, трапецеидальных, ромбовидных) можно определять по формуле

,                                                                  (12)

где m, R, F, l_i, u_i, f_i, u_oi-обозначения те же, что и в формулах [7(7)] и [11(8)];

f_oi-расчетный отпор i-го слоя грунта на поверхность наклонных граней, тс/м², определяемый по формуле f_oi=R_isina;

где R_i-расчетное сопротивление грунта, тс/м², принимаемое по табл. 1(1) настоящей главы СНиП, на уровне подошвы i-го слоя грунта;

a-угол наклона граней к вертикальной оси сваи.

Пример 12. Определить несущую способность ромбовидной сваи СНР 8-30-50 (по ТУ 65-163-76); грунты, прорезаемые сваей, приведены на рис. 11: 0-2,8 м-песок пылеватый водонасыщенный; 2,8-4,8 м-супесь с консистенцией I_L=0,6; е=0,95; 4,8-10,6 м-суглинок с консистенцией I_L=0,5.

Таблица 6

Продолжение табл. 6

Решение. При расчете несущей способности ромбовидных свай верхняя часть сваи, имеющая обратный наклон граней, не учитывается.

Нижнюю часть сваи разбиваем на участки длиной l₁=1,3 м; l₂=2 м; l₃=2 м; l₄=0,7 м.

Рис. 11. Схема геологического разреза

I-песок пылеватый; II-супесь I_L=0,6; III-суглинок I_L=0,5.

Для середины каждого участка определяем периметры сечения сваи:

Аналогично для следующих участков:

Поскольку в исходных данных отсутствуют результаты компрессионных испытаний грунтов, а определить модуль деформации супеси при I_L=0,6 и е=0,95 по таблице главы СНиП II-15-74 не представляется возможным, расчет ведем по формуле (12); значение R, f_i и f_oi, определяем по табл. 1(1) и 2(2):

тс/м²; тс/м²; тс/м²;

тс/м²; тс/м²;

тс/м²;

тс/м²;

тс/м²;

тc/м².

Подставляя найденные значения в формулу (12), получим

Расчетная нагрузка на сваю

К п. 5.8. При расчете свай и свай-оболочек на выдергивание кроме использования формулы [13(9)] необходимо проверить расчетом достаточность продольной арматуры на растяжение и заделку в ростверк свай. Указанные расчеты производятся в соответствии с главой СНиП II-21-75.

Пример 13. Требуется определить несущую способность сваи, работающей на выдергивание, сечение 300 ´ 300 мм, длиной 7 м, забитой в грунты, приведенные на рис. 2.

Решение. Несущую способность сваи определяем по формуле [13(9)]:

где m_f-коэффициент условий работы для свай, забиваемых в грунт на глубину более 4 м (m=0,8);

тс.

Расчетная нагрузка на сваю

ВИСЯЧИЕ НАБИВНЫЕ СВАИ, СВАИ-ОБОЛОЧКИ И СВАИ-СТОЛБЫ

К п. 5.9. Формулой [14(10)] следует пользоваться при расчете несущей способности по грунту на вертикальную осевую сжимающую нагрузку висячих набивных свай и свай-оболочек следующих типов:

а) набивных свай любых диаметров с уширенной пятой и без уширения, в том числе буронабивных и частотрамбованных;

б) свай-оболочек диаметром более 0,8 м, погружаемых с полной выемкой грунта из полости, бетонируемой по окончании погружения свай, а также свай-оболочек, погружаемых без выемки или с частичной выемкой грунта из полости, но с оставлением на последнем этапе погружения грунтового ядра ненарушенной структуры высотой не менее двух диаметров сваи-оболочки без заполнения полости бетоном.

При наличии опытных данных о расчетных величинах угла внутреннего трения грунта j_Ii, сцепления c_Ii и объемного веса грунтов основания v_Ii уточненные величины сопротивлении грунта на боковой поверхности буронабивных свай могут быть определены по формуле

,

где -осредненное расчетное значение объемного веса грунта в пределах глубины расположения h_i, середины i-го слоя, тс/м³, определяемое с учетом взвешивающего действия воды;

 -коэффициент активного бокового давления грунта;

h_i-глубина расположения слоя.

К п. 5.10 и п. 5.11. Настоящая глава СНиП дифференцированно подходит к двум качественно различным случаям погружения и работы в грунте свай-оболочек.

Первый случай предусматривает вибропогружение сваи-оболочки с полной выемкой грунта из ее полости. В этом случае в процессе погружения сваи-оболочки преимущественно производится опережающая выемка грунта, которая прекращается не менее чем за 2 м до достижения нижним концом сваи-оболочки проектной отметки. Затем погружение производится с удалением грунта из полости до уровня ножа или с оставлением грунтового сердечника на последней стадии погружения, после чего полость заполняется бетоном. Выемка грунта предотвращает образование грунтового ядра в полости сваи-оболочки и значительно облегчает ее погружение.

В результате происходит разуплотнение грунта под подошвой и снижение сил сопротивления грунта на боковой поверхности сваи-оболочки. Поэтому расчетные сопротивления R под нижним концом свай-оболочек, погруженных с выемкой грунта из полости (п. 5.9), предусматриваются меньшими в сравнении со значениями R, принимаемыми для забивных свай, а для расчетных сопротивлений f вводятся понижающие коэффициенты m_f £ 1 [см. табл. 7(5)].

Площадь опирания F сваи-оболочки, заполняемой бетоном, принимается в формуле [14(10)] равной площади поперечного сечения брутто (по наружному диаметру) независимо от того, производится бетонирование полости от уровня ножа или от уровня верха грунтового сердечника, оставляемого на последнем этапе погружения.

Второй случай предусматривает погружение свай-оболочек (если позволяют грунтовые условия) вибрированием без выемки или с частичной выемкой грунта из полости и оставлением на последнем этапе погружения ненарушенного грунтового ядра высотой не менее двух диаметров сваи-оболочки.

Эта категория свай-оболочек по характеру работы в грунте на воспринятие вертикальных сжимающих нагрузок существенно отличается от свай-оболочек, догружаемых с полной выемкой грунта из полости, и приближается к забивным сваям.

При погружении сваи-оболочки без выемки грунта уплотняется как основание, примыкающее к боковой наружной и внутренней поверхностям сваи-оболочки, так и основание под ее нижним концом.

Частичная выемка грунта при погружении сваи-оболочки с грунтовым ядром производится для облегчения ее погружения только при прохождении наиболее плотных слоев грунта. При этом не допускается выемка грунта из полости до нижнего конца сваи-оболочки, так как это может вызвать разуплотнение грунтов под нижним концом и на боковой поверхности сваи.

В соответствии с изложенным в п. 5.10, по существу, приравнивается работа сваи-оболочки с грунтовым ядром к работе забивных висячих свай, т. е. в расчете принимаются те же значения расчетных сопротивлений под нижним концом R и на наружной боковой поверхности сваи f, что и для забивных свай. Расчет несущей способности свай-оболочек с грунтовым ядром производится по формуле [14(10)], принимая в качестве площади опирания сваи по подошве F-площадь кольцевого сечения сваи-оболочки, коэффициент m_f=1, а значения R и f-по табл. 1(1) и 2(2), п. 5.5 с учетом способа погружения свай-оболочек согласно поз. 4 табл. 3(3).

В формулу [14(10)] не входит сопротивление сдвигу грунта ядра-сердечника на внутренней боковой поверхности сваи-оболочки, которое идет в запас несущей способности сваи-оболочки.

Расчет несущей способности сван-оболочки с учетом сопротивления грунта на внутренней боковой поверхности сваи-оболочки рекомендуется производить в соответствии с прил. 4.

Пример 14. Требуется определить несущую способность сваи-оболочки длиной 12 м, диаметром 1,2 м, погруженную с выемкой грунта из полости с последующим заполнением ее бетоном. Грунты, прорезаемые сваей-оболочкой, и их физико-механические характеристики приведены на рис. 12.

Рис. 12. Схема геологического разреза

1-суглинок мягкопластичный e=0,65, I_L=0,6, v=1,65 гс/м³; j=22°; II-песок пылеватый e=0,75, j=26°; v=19 тс/м³; III-суглинок тугопластичный I_L=0,4, j=22°, e=0,55, v=17 тс/м³; IV-песок средней крупности e=0,55, j=38°, v=21 тс/м²

Рис. 13. Схема геологического разреза

I-суглинок тугопластичный i_l=0,4; II-суглинок тугопластичный i_l=0,5, j=22°; III-глина полутвердая i_l=0,3

Решение. Расчетное сопротивление R грунта под нижним концом сваи-оболочки определяем по формуле [15(11)].

.

Безразмерные коэффициенты a, b, А^о_к и В^о_к, входящие в формулу [15(11)], определяем по табл. 8(6):

при j=35° А^о_к=71,3; В^о_к=127;

при ;

при d=1,2 b=0,235.

Приведенный объемный вес v₁ грунтов, расположенных выше нижнего конца сваи-оболочки, равен:

 тс/м³;

тс/м²;

m_f1=0,9; m_f2=1; m_f3=0,7; m_f4=1,0

[по табл. 7(5)].

В соответствии с примеч. 2 к табл. 2(2) расчленяем пласты грунта на однородные слои толщиной не более 2 м и определяем соответствующие значения f_i:

f₁=0,8 тс/м²; f₂=1,28 тс/м²; f₃=1,48 тс/м²;

f₄=2,92 тс/м²; f₅=3,15 тс/м²; f₆=3,28 тс/м²;

f₇=3,38 тс/м²; f₈=7,04 тс/м².

Определяем несущую способность сваи-оболочки по формуле [14(10)]:

Ф=m(m_RRF + uSm_ff_il_i)=1 (325 × 1,13 + 3,78 (0,9 × 0,8 × 2 +

+ 0,9 × 1,28 × 1,2 + 0,9 × 1,48 × 1,2 + 1 × 2,92 × 1,5 + 0,7 × 3,15 × 1,5 +

0,7 × 3,28 × 1,5 + 0,7 × 3,38 × 1,5 + l × 7,04 × 1)=368 + 98,8=466,8 тс.

Расчетная нагрузка на сваю-оболочку

 тс.

Пример 15. Требуется определить несущую способность сваи-оболочки длиной 12 м, наружным диаметром D=l,2 м и внутренним d=0,96 м с грунтовым ядром без заполнения бетоном, погруженной вибропогружателем. Грунты, прорезаемые сваей-оболочкой, и их физико-механические характеристики аналогичны приведенным в примере 14 (см. рис. 12).

Решение. Расчетное сопротивление R грунта под нижним концом сваи-оболочки определяем в соответствии с п. 5.11.

Коэффициент условий работы, учитывающий способ погружения, в соответствии с поз. 4 табл. 3(3) m_R=1,2:

 тс/м²;

 м²;

m_f1=0,9; m_f2=1; m_f3=0,7; m_f4=1,0

[по табл. 7(5)].

В соответствии с примеч. 2 к табл. 2(2) расчленяем пласты грунтов на однородные слои толщиной не более 2 м и определяем значения f_i:

f₁=0,8 тс/м²; f₂=1,28 тс/м²; f₃=1,48 тс/м²;

f₄=2,92 тс/м²; f₅=3,15 тс/м²; f₆=3,28 тс/м²;

f₇=3,38 тс/м²; f₈=7,04 тс/м².

Определяем несущую способность сваи-оболочки по формуле [14(10)]:

Ф=m(m_RRF + uSm_ff_il_i)=1[495 × 0,409 +

+ 378 (0,9 × 0,8 × 2 + 0,9 × 1,28 × 1,2 + 0,9 × 1,48 × 1,2 +

+ 1 × 2,92 × 1,5 + 0,7 × 3,15 × 1,5 + 0,7 × 3,28 × 1,5 +

+ 0,7 × 3,38 × 1,5 + 1 × 7,05 × 1)]=1 (202 + 98,8)=300,8 тс.

Расчетная нагрузка, допускаемая на сваю-оболочку:

 тс.

Пример 16. Требуется определить несущую способность набивной сваи с уширенной пятой по грунту основания. Длина сваи 11,4 м, диаметр ствола сваи 0,5 м, диаметр уширения 1 м. Свая погружается в грунты, физико-механические характеристики которых приведены на рис. 13.

Решение. По табл. 7(7) определяем расчетное сопротивление под пятой сваи: R=134 тс/м²; F=0,785 м²; u=1,57 м.

Согласно п. 5.9, следует определить участок, где действует сопротивление грунта на боковой поверхности. Для этого определяем значение j_1ср.

Принимаем j_1ср =18°; j_1ср/2=9°.

Участок сваи, где боковое сопротивление грунта не учитывается, равен:

;

т_f=0,6 [табл. 7(5)].

По табл. 2(2) определяем значение f_i:

f₁=1,5 тс/м²; f₂=2,35 тс/м²; f₃=2,7 тс/м²;

f₄=2,43 тс/м²; f₅=2,51 тс/м².

Несущую способность определяем по формуле [14(10)]:

Ф=m(m_RRF + uSm_ff_il_i)=1 [134 × 0,785 +

+ 1,57 × 0,6 (1,5 × 2 + 2,38 × 1,4 + 2,74 × 1,2 + 2,44 × 1,6 +

+ 2,55 × 1,6 + 2,63 × 1,6 + 6,43 × 0,4)]=

= 1 (105 +0,942 × 24,4)=128 тс.

Расчетная нагрузка на сваю

 тс.

К п. 5.12. Поскольку приведенная в этом параграфе формула [17(13)] учитывает только сопротивление грунта на боковой поверхности свай, ее можно использовать лишь для определения несущей способности свай-столбов, свай-оболочек и набивных свай, не имеющих уширенной пяты.

ВИНТОВЫЕ СВАИ

5.13. Несущую способность Ф, тс, винтовой сваи диаметром лопасти D £ 1,2 м и длиной L £ 10 м, работающей на сжимающую или выдергивающую нагрузку, следует определять по формуле [18(14)], а при размерах лопасти D > 1,2 м и длине сваи L > 10 м-только по данным испытаний винтовой сваи статической нагрузкой:

где т-коэффициент условий работы, зависящий от вида нагрузки, действующей на сваю, и грунтовых условий, определяемый по табл. 10(8);

А и В-безразмерные коэффициенты, принимаемые по табл. 11(9) в зависимости от расчетного значения угла внутреннего трения грунта в рабочей зоне j₁ (под рабочей зоной понимается прилегающий к лопасти слой грунта толщиной, равной D);

с₁-расчетное удельное сцепление глинистого или параметр линейности песчаного грунта в рабочей зоне, тс/м²;

v₁-приведенный расчетный объемный вес грунтов (с учетом взвешивания водой), залегающих выше отметки лопасти сваи, тс/м³;

h-глубина залегания лопасти сваи от природного рельефа, а при планировке территории срезкой-от планировочной отметки, м;

F-проекция площади лопасти, считая по наружному диаметру, м², при работе винтовой сваи на сжимающую нагрузку и проекция рабочей площади лопасти, т.е. за вычетом площади сечения ствола, м², при работе винтовой сваи на выдергивающую нагрузку;

f-расчетное сопротивление грунта на боковой поверхности винтовой сваи, тс/м², принимаемое по табл. 2(2) (приведенное значение для всех слоев в пределах глубины погружения сваи);

и-периметр ствола сваи, м;

L-длина ствола сваи, погруженной в грунт, м;

D-диаметр лопасти сваи, м.

Примечания: 1. При определении несущей способности винтовых свай на вдавливающие нагрузки характеристики грунтов в табл. 11(9) относятся к грунтам, залегающим под лопастью, а при работе на выдергивающие нагрузки-над лопастью сваи.

2. Глубина заложения лопасти от планировочной отметки должна быть не менее 5D при глинистых грунтах и не менее 6D при песчаных грунтах (где D-диаметр лопасти).

3. Расчетные значения угла внутреннего трения j₁ и сцепления грунта с₁ основания при расчетах по формуле [18(14)] должны определяться в соответствии с требованиями п. 4.6 настоящей главы.

К п. 5.13. Опыт применения винтовых свай с диаметром лопасти D > 1,2 м невелик и не позволяет установить для них обоснованных нормативов. Поэтому определение несущей способности свай с большим диаметром лопастей следует производить, как правило, по данным статических испытаний таких свай на выдергивание или вдавливание в зависимости от характера их работы в сооружении.

Несущая способность винтовых свай диаметром лопасти D £ 1,2 м и длиной L £ 10 м, работающих на осевую сжимающую или выдергивающую нагрузку, может определяться как но данным статических испытаний, так и по формуле [18(14)]. При определении несущей способности винтовой сваи на осевую сжимающую нагрузку (вдавливание) величина расчетного сопротивления грунта на лопасти сваи (Aс₁ + Bv₁h) должна быть увеличена в 1,2 раза. Формула [18(14)] будет иметь следующий вид:

                                                          (19)

Пример 17. Требуется определить несущую способность винтовой сваи с диаметром лопасти D=1 м и ствола d=0,2 м, L=8 м, работающей на осевую сжимающую нагрузку и погруженную в грунты, приведенные на рис. 14.

Рис. 14. Схема геологического разреза

I-суглинок тугопластичный I_L=0,4, v=1,7 тс/м³; II-глина полутвердая I_L=0,2, v=1,85 тс/м³, с=4,1 тс/м², j=17°

Решение. Несущую способность винтовой сваи определяем по формуле [18(14)].

По табл. 10(8) для полутвердых глин с консистенцией I_L=0,2m=0,8.

По табл. 11(9) при j₁=17° безразмерные коэффициенты будут: А=9,75; В=4,14.

Таблица 11(9)

Далее определяем приведенный объемный вес v₁ грунтов, залегающих выше отметки лопасти свай:

 тс/м².

Удельное сцепление для заданного грунта c₁=4,1 тс/м², глубина залегания лопасти h=7,6 м; проекция площади лопасти F=0,785 м².

Расчетное сопротивление грунта на боковой поверхности принимаем по табл. 2(2).

Для суглинка тугопластичного с консистенцией I_L=0,4:

на глубине l¢₁=1м f₁=1,5 тс/м²;

»      »          м f₂=2,35 тс/м²;

»      »          м f₃=2,72 тс/м².

Для глины полутвердой консистенции I_L=0,2:

на глубине  м f₄=5,7 тс/м²;

»      »          м f₅=5,98 тс/м².

Определяем приведенное значение f для всех слоев в пределах глубины погружения сваи:

Периметр ствола сваи u=p × 0,24=0,755 м.

Несущая способность сваи равна:

Ф=m[1,2(Aс₁ + Bv₁h)F + fu(L-D)]=

=0,8[l,2 (9,75 × 4,1 + 4,15 × 1,755 × 7,6) 0,785 + 3,48 × 0,7557(7,6-1)]=0,8(89,6 + 17,3) = 85,4 тс.

Расчетная нагрузка на сваю

 тс.

Пример 18. Требуется определить несущую способность винтовой сваи с диаметром лопасти D=1 м и ствола d=0,24 м, L=8 м на выдергивание при тех же грунтовых условиях, что и в примере 17 (см. рис. 14).

Решение. Коэффициент условий работы m=0,7 [по табл. 10(8)].

Проекция площади лопасти

 м.

Несущая способность сваи на выдергивающую нагрузку по грунту основания по формуле [18(14)] будет равна:

Ф=m[(Aс₁ + Bv₁h)F + fu(L-D)]=

=0,7[(9,75 × 4,1 + 4,15 × 1,755 - 7,6) 0,74 + 3,48 × 0,755(7,6-1)]= 0,7(70,5 + 17,3)=61,1 тс.

Расчетная нагрузка на сваю

 тс

УЧЕТ НЕГАТИВНОГО (ОТРИЦАТЕЛЬНОГО) ТРЕНИЯ ГРУНТА НА БОКОВОЙ ПОВЕРХНОСТИ ВИСЯЧИХ СВАЙ

К п. 5.14. Процесс возникновения негативного трения характеризуется тем, что осадка грунта около сваи и соответственно скорость его осадки значительно превышают осадку сваи и ее скорость протекания от действующей нагрузки. В этом случае грунт около свай как бы нависает на них, а дополнительная нагрузка прибавляется к внешней нагрузке, приложенной к сваям. Это явление, как правило, происходит в случае прорезания сваями сильносжимаемых грунтов большой мощности при наличии пригрузки грунта вокруг них.

Осадка околосвайного грунта может быть вызвана:

намывом или подсыпкой грунта, выполняемыми при повышении территории строительства или при ее инженерной подготовке, когда сильносжимаемые грунты залегают на поверхности;

загрузкой поверхности грунта или пола, основанного на грунте, значительной полезной нагрузкой. Этот случай особенно опасен, если пригружение произведено во время эксплуатации сооружения;

увеличением собственного веса грунта при искусственном или естественном понижении уровня грунтовых вод на площадке; естественной консолидацией грунтовой толщи; уплотнением грунтов под динамической нагрузкой; возведением рядом с сооружением на сваях сооружения на фундаментах мелкого заложения.

Силы отрицательного трения действуют на боковой поверхности сваи в пределах участка ее длины, где скорость осадки околосвайного грунта  превышает скорость осадки свайного фундамента , т. е.

Осадка полностью водонасыщенных мелких песков и супесей, илов, заторфованных грунтов и торфов, происходящая под действием сплошной равномерно распределенной нагрузки территории, см. может быть определена на основе теории фильтрационной консолидации по формуле

,                                                               (20)

где

;                                                                                                   (21)

z-координата глубины рассматриваемой точки от подошвы слоя, см;

h-толщина сжимаемого слоя, расположенного между фильтрующим слоем и недренированным скальным основанием, или 2h между фильтрующими слоями, см;

а_о-коэффициент относительной сжимаемости, см²/кгс;

q-интенсивность внешней равномерно распределенной нагрузки, кгс/см²;

t-время, с;

с_v-коэффициент консолидации, см²/с:

;                                                                                           (22)

e_ср-средний коэффициент пористости;

v_в-объемный вес воды, кгс/см³;

а-коэффициент сжимаемости, см²/кгс;

k_ф - коэффициент фильтрации, см/с, определяемый при изысканиях, или принимаемый равным для приближенных расчетов из табл. 12.

,

где e_н-начальный коэффициент пористости.

Таблица 12

Пример 19. Определить зону действия сил отрицательного трения, действующих на свайный фундамент сооружения, возводимого через 0,5 года после намыва территории, при завершении строительства в течение 1 года или 1,5 лет.

Сваи длиной 18 м забиты с поверхности намываемого грунта. Величина предельных деформаций сооружения S_m=8 см, причем к окончанию строительства осадка сооружения ожидается равной 0,4S_пр=4 см, а скорость осадки сооружения принята равномерной, т. е. при завершении строительства в течение 1 года она составит v_ф=4 см/год, а в течение 1,5 лет-2,7 см/год.

Геологические условия площадки и характеристики грунтовых напластований представлены в табл. 13.

Таблица 13