книги / Механика грунтов, основания и фундаменты.-1

\d. Примеры размещения свай в кустах были показаны на рис. 11.3, а.

Ростверки кустов свай конструируются как обычные фундамен­ ты мелкого заложения и рассчитываются на продавливание колон­ ной или угловой сваей, на поперечную силу в наклонных сечениях и на изгиб. Все расчеты производятся в соответствии с требовани­ ями СНиП 2.03.01 — 84 «Бетонные и железобетонные конструк­ ции».

Если сваи куста работают только на сжимающую нагрузку, то достаточно их заделки в ростверк на 5...10 см, если же сваи восп­ ринимают выдергивающие нагрузки или моменты, то их связь с ростверком делают более надежной, для чего головы свай разби­ вают и обнаженную арматуру замоноличивают в бетон ростверка.

После размещения свай в плане и уточнения габаритных раз­ меров ростверка определяют нагрузку N, приходящуюся на каждую

где NQi, п, Fd и ук — то же, что и в формуле (11.16); Gf и Gt — расчетные нагрузки от веса фундамента и грунта на обрезах ро­ стверка, кН.

Если условие (11.26) не выполняется, то необходимо выбрать или другой тип свай, имеющий более высокую несущую способ­ ность, или увеличить число свай в фундаменте и повторить расчет.

Для свайного фундамента под стену (ленточный свайный фун­ дамент) число свай на 1 м, найденное по формуле (11.25), может быть дробным. Расчетное расстояние между осями свай по длине стены определяется по формуле

а=1/и. (11.27)

Полученный результат округляется таким образом, чтобы шаг свай был кратен 5 см. В зависимости от величины а определяется число рядов свай, при этом расстояние между осями свай принима­ ется не менее 3d.

Рекомендуются следующие варианты размещения свай в плане (см. рис. 11.3, б):

однорядное, если 3d<a<6d. Расстояние между осями свай более Ы принимать не рекомендуется, так как в этом случае значительно увеличиваются размеры ростверка. Если по расчету a>6d, то мож­ но изменить длину или сечение сваи, чтобы уменьшить ее несущую способность;

двухрядное шахматное, если л <2 и l,5d<a^3d. Расстояние меж­ ду двумя рядами свай cv в этом случае определяется по формуле

341

двухрядное, если п> 2 н а=1,5</. Расстояние между рядами при­ нимается Cp=3rf.

Из-за значительного увеличения размера ростверка принимают, как правило, не более двух рядов свай. Если же по расчету получает­ ся a<l,5d, то лучше увеличить длину сваи или ее сечение, т. е. несущую способность.

Ширину ростверка ленточного свайного фундамента определяют по формуле

где с0=0,1 м — расстояние от края ростверка до грани сваи; т — число рядов свай; ср — расстояние между рядами свай, м.

Железобетонные ростверки ленточных свайных фундаментов рассчитывают как неразрезные многопролетные балки в соответст­ вии с требованиями СНиП 2.02.01 — 84.

В § 11.2 отмечалось, что, по опытным данным, несущая способ­ ность сваи куста и одиночной сваи может быть существенно различ­ на за счет более интенсивного уплотнения грунта при забивке группы свай и снижения сил трения по их боковым поверхностям при совместной работе.

На кафедре механики грунтов, оснований и фундаментов МГСУ Н. М. Дорошкевич и Б. А. Сальниковым разработан метод опреде­ ления несущей способности сваи в фундаменте, учитывающий эти факторы. Формула для определения несущей способности сваи име­ ет вид, аналогичный формуле (11.5):

вления грунта под нижним концом сваи в результате его уплотнения и уменьшения сопротивления по боковой поверхности сваи в ре­ зультате совместной работы свай в фундаменте; остальные обозна­ чения те же, что и в формуле (11.5).

Для свайных фундаментов с расстоянием между осями свай 3d В. И. Кудиновым составлены таблицы коэффицинтов В6 и Аь, которые определяются в зависимости от числа свай в фундамен­ те и относительной глубины их погружения rj=l/d, где / — длина сваи.

Внецентрекно нагруженный свайный фундамент. Предварительное число свай при внецентренном нагружении свайного фундамента определяют, так же как и при центральной нагрузке, по формуле (11.25), а затем увеличивают приблизительно на 20%.

342

Расчетную нагрузку, приходящуюся на отдельную сваю, в об­ щем случае, когда моменты действуют в направлении двух осей, определяют по формуле внецентренного сжатия

где Nd, Мх, Му — соотетственно расчетная вертикальная нагрузка, кН, и расчетные изгибающие моменты, кНм, относительно глав­ ных центральных осей х и у плана свай в плоскости подошвы ростверка (рис. 11.16); п — число свай в фундаменте; х„ у, — рассто­ яния от главных осей до оси каждой сваи, м; х, у — расстояния от главных осей до оси сваи, для которой вычисляется расчетная нагрузка, м.

Максимальное усилие на сваю, найденное по формуле (11.30), должно удовлетворять условию (11.22). При кратковременных (вет­ ровых, крановых и т. п.) и особых нагрузках допускается перегрузка крайних свай до 20%.

Если условие (11.22) не удовлетворяется, необходимо увеличить число свай в фундаменте или расстояние между ними.

Подбор оптимального числа свай и расстояний между ними при расчете внецентренно нагруженных свайных фундаментов значите­ льно облегчается при использовании номограммы, разработанной институтом «Фундаментпроект». Номограмма составлена для ку­ стов с числом свай от 3 до 26 и обеспечивает наиболее полное использование их несущей способности*.

При передаче на крайние сваи куста выдергивающих нагрузок должно выполняться условие

где ук — то же, что и в формуле (11.22); Fdu— несущая способ­ ность сваи, работающей на выдергивание, определяемая по фор­ муле (11.6) или по результатам испытания сваи пробной нагруз­ кой, кН.

Экспериментальные исследования 3. Сирожиддинова, В. И. Ку­ динова, Е. П. Знаменской и других показали, что в результате крена внецентренно нагруженного куста возникают силы горизонтального отпора грунта, действующие на боковые поверхности свай. Эти силы, создающие момент, обратный приложенному, что разгружает крайние сваи куста, можно учесть введением в формулу (11.30)

*Лешип Г. М. Номограмма ддя подборки куста свай под колошу каркасных зданий.'-г Материалы по проектированию сложных фундаментов и оснований и по производству изысканий: Сб. тр.; № 13/Фуддаментпроект — М.: ЦБНТИ Минмон- ‘ тажспецстрой СССР, 1973.

343

коэффициентов кх и ку, сни­ жающих внешние моменты. Формула (11.30) примет вид

ко для определенных грунтов. Дальнейшие комплексные исследова­ ния, включающие аналитический эксперимент и натурные опыты, проведенные на Кафедре МГрОиФ МГСУ, показали, что нерав­ номерность распределения продольных усилий между сваями внецентренно нагруженных групп, характеризуемая коэффициентом нера­

где ех и епр.д — эксцентриситет и приведенный эксцентриситет при­

ложения вертикальной нагрузки относительно одной из осей плана ростверка соответственно, м

344

где х и JC, — расстояние от главной оси плана ростверка до оси соответственно крайней и каждой сваи, м.

Показатель гибкости фундамента Ft определяется по формуле (11.18).

При известных значениях Кя нагрузки на крайние сваи группы при действии момента в одной плоскости определяются по фор­ мулам

личадтоо+я*)];

где KJU и Кжу— коэффициенты неравномерности, определенные для вертикальной нагрузки, приложенной с эксцентриситетом по осям х а у соответственно.

Формулы (11.35) и (11.36) позволяют определять расчетные на­ грузки на крайние сваи внецентренно нагруженных фундаментов с учетом реактивного бокового отпора грунта и пространственной работы свайных групп, имеющих показатель гибкости, определен­ ный по формуле (11.18) при относительном эксцентриситете приложения вертикальной нагрузки А<1. Коэффициенты А* входя­ щие в эти формулы, табулированы.

Методика расчета внецентренно нагруженных кустов свай с уче­ том горизонтального реактивного отпора грунта, позволяющая более экономично запроектировать свайный фундамент, была ус­ пешно использована при проектировании ряда промышленных объектов и в настоящее время совершенствуется.

Расчет осадки свайного фундамента. Сложность определения оса­ док свайных фундаментов связана с тем, что они передают нагрузку на грунт основания одновременно, через боковую поверхность и нижние концы свай, при этом соотношение передаваемых нагру­ зок зависит от многих факторов: числа свай в фундаменте, их длины, расстояния между сваями, свойств грунта и степени его уплотнения при погружении свай.

В связи с этим при разработке методов расчета осадок свайных фундаментов принимаются те или иные упрощающие допущения, снижающие их точность. С другой стороны, чем точнее расчетная схема отражает фактическую работу свайного фундамента, тем сложнее методика расчета.

345

Здесь надо отметить, что в настоящее время методы расчета осадок свайных фундаментов н, в частности, свайных групп можно условно разделить на три группы (Б. В. Бахолдин, Д. А. Разводовс-

кий, 1999 г.):

методы, основанные на полуэмпнрических и эмпирических зави­ симостях;

методы, основанные на принципах механики грунтов и в той или иной степени упрощенные в целях их применения как для ручного счета, так и на ЭВМ;

численные методы.

Методы первой группы (A. W. Skempton, A. S. Vesic, W. F. Van Impe, Н. G. Poulas, G. Meyrhof, M. С. Грутман), которые достаточ­ но широко используются, в основном, в зарубежной практике, позволяют в ряде случаев относительно просто рассчитать осадку свайного фундамента. Однако ограниченная область их применения очевидна, поскольку в них, как правило, не отражена физика работы фундамента и специфика инженерно-геологических условий стро­ ительной площадки.

Методы второй группы (И. G. Poulas, Е. Ф. Виноградов, В. А. Барвашов, В. Г. Федоровский, А. А. Бартоломей, В. Г. Березанцев, Б. В. Бахолдин, Ф. К. Лапшин, А. А. Григорян, Ю. М. Абелев, М. Ю. Абелев, К. Е. Егоров, А. А. Луга, А. В. Паталеев, В. Н. Го­ лубков, А. X. Усепов, Б. М. Далматов, Ю. В. Россихин, Г. М. Пет­ ренко, Л. Д. Козачок, А. В. Пилягин, Н. М. Дорошкевич, BengtAme, Torstensoon, W. F. Van Impe, Б. Л. Гольдшляк и др.) ос­ нованы, как правило, на решениях теории упругости. Наиболее широкое применение нашли методы, рассматривающие свайный фундамент, как условный массивный. Эти Metоды отличаются ха­ рактером и уровнем приложения нагрузки, а также способом учета передачи нагрузки боковой поверхностью свай. Отличаются они и базовыми уравнениями (Буссинеск, Миндлин), используемыми для определения осадок.

Численные методы (В. А. Барвашов, В. Г. Федоровский, Н. 3. Готман, А. Б. Фадеев, Е. Э. Девальтовский, Н. Т. Жадрасинов, J. A. Hooper, J. F. Levy, А. В. Пилягин, В. Е. Глушков, И. П. Бойко) используются в основном, при проведении численного моделирования для анализа взаимодействия -групп свай с грун­ товым основанием и в силу необходимости введения в расчет ряда упрощающих допущений пока не дают возможности получить до­ статочно достоверные решения.

Таким образом, вплоть до настоящего времени в подавляющем большинстве случаев расчет осадок свайных фундаментов произ­ водится по методу условного массивного фундамента. Это означа­ ет, что сваи, грунт межсвайного пространства, а также некоторый

346

объем грунта, примыкающего к наружным сторонам свайного фун­ дамента, рассматриваются как единый массив АБВГ (рис. 11.17, а), ограниченный снизу плоскостью БВ, проходящей через нижние концы свай, а с боков — вертикальными плоскостями АБ и ВГ, отстоящими от наружных граней крайних рядов вертикальных сваи на расстоянии с, равном

где h — глубина погружения свай в грунт, считая от подошвы ростверка, м; <рп. mt — осредненяое расчетное значение угла внутрен­ него трения грунта:

Фп, i — расчетные значения углов внутреннего трения для отдель­ ных пройденных сваями слоев грунта толщиной h,.

Размеры подошвы условного фундамента при определении его границ но этим правилам находим по формулам

дов свай но ширине и длине фундамента (на рис. 11.17, а т ь-3; mt= =4); d — диаметр круглого или сторона квадратного сечения сваи, м.

При наличии в фундаменте наклонных свай плоскости АБ и ВГ проходят через их концы (рис. 11.17, б). Размеры подошвы условно­ го фундамента в этом случае определяются расстояниями между нижними концами наклонных свай.

Если в пределах глубины погружения свай залегают слои торфа или ила толщиной более 30 см, то, поскольку трение в них принима­ ется равным нулю, осадку свайного фундамента из висячих свай определяют с учетом уменьшенных габаритов условного фундамен­ та, который принимается ограниченным с боков вертикальными плоскостями, отстоящими от наружных граней крайних рядов свай

где hmt — расстояние от нижнего конца сваи до подошвы слоя торфа или ила (рис. 11.17, в), м; фп> ш — осредненное расчетное значение

347

Рис. 11.17. Схемы условных фундаментов для расчета по второй группе предельных

СОСТОЯНИЙ

угла внутреннего трения грунта, определяемое по формуле (11.38) для слоев, залегающих ниже слоя торфа или ила.

Во всех рассмотренных случаях при определении осадок расчет­ ная нагрузка, передаваемая условным фундаментом на грунт ос­ нования, принимается равномерно распределенной.

Расчет осадки свайного фундамента, как условного массивного, выполняется теми же методами, что и расчет фундамента мелкого заложения. При этом также требуется выполнение условия, чтобы среднее давление ри по подошве условного фундамента не пре­ вышало расчетное сопротивление грунта основания R на этой глубине, т. е.

где А,=Ьу1у— площадь подошвы условного фундамента, м2; Nn — расчетная нагрузка по второй группе предельных состояний, кН, определяемая с учетом собственного веса условного фундамента по формуле

где Non — расчетная нагрузка от веса здания или сооружения на уровне верхнего обреза фундамента, кН; NcU, ЛГрП, ЛГгП — вес соот­

ветственно свай, ростверка и грунта в объеме условного фундамен­ та АБВГ, кН.

348

Расчетное сопротивление грунта основания R определяется, как и при расчете фундаментов мелкого заложения, по формуле (9.5), но с заменой фактической ширины и глубины заложения фундамента на условные.

Осадка свайного фундамента s определяется, как правило, мето­ дом элементарного суммирования. Последовательность расчета та же, что и в случае фундамента мелкого заложения (см. § 10.3). Полная осадка фундамента, определенная по формуле (7.13), не должна превышать ее предельного значения в соответствии с усло­ вием (11.23).

Наряду с изложенным в последние годы разработан ряд ме­ тодов, позволяющих рассчитывать свайные фундаменты с учетом глубины приложения нагрузки и базирующихся на задаче Миндлина о сосредоточенной силе, приложенной внутри линейно дефор­ мируемого полупространства. Для ленточных свайных фундамен­ тов такой метод разработан А. А. Бартоломеем (см. Приложение 2 СНиП 2.02.03 — 85). Соответствующее решение для кустов свай при расчете их осадок методом послойного суммирования получено Н. М. Дорошкевич, а методом эквивалентного слоя — В. В. Зна­ менским.

Как и для фундаментов мелкого,заложения, кроме вычисления осадок расчет свайных фундаментов по деформациям включает также проверку относительной разности осадок, а при действии внецентренных нагрузок — и кренов.

Крен внецентренно нагруженного куста свай с учетом длины свай и пространственной гибкости фундамента определяется по формуле

где Ьв. В — длина и ширина свайного фундамента, м, определяемая по внешним граням свай, как это показано на рис. 11.18; Е и v — модуль деформации грунта, кПа, и его коэффициент Пуассона в основании свайного фундамента. В случае слоистых напластова­ ний в расчет вводятся средневзвешенные значения этих характе­ ристик; Nd— расчетная вертикальная нагрузка, приложенная к фун­ даменту, кН; Кя — безразмерный коэффициент неравномерности распределения расчетных продольных усилий между сваями, опре­ деляемый по формуле (11.34) или по таблицам в зависимости от величины относительного эксцентриситета приложения нагрузки X [формула (11.33)] и гибкости свайного фундамента Fx [формула (11.18)]; Кф — безразмерный коэффициент, учитывающий трапецеи­ дальное распределение нагрузки в плоскости нижних концов свай

349

ональной деятельности объединили практику проектирования с до­ стижениями науки и способствовали широкому внедрению свай в отечественное фундаментостроение.

11.6. Особенности технологии производства работ при устройстве свайных фундаментов

Все работы по устройству свайных фундаментов производятся в соответствии с проектом производства работ (1111Р), который предусматривает наиболее эффективные и безопасные способы веде­ ния работ, учитывающие условия строительной площадки и вид возводимых конструкций.

Проект производства работ обычно включает: стройгенплан объекта с нанесенными на нем границами и отметками дна кот­ лована и осей свайных рядов; технологические схемы основных производственных процессов (схемы движения копров при забивке свай, раскладка свай, схема их подтаскивания к копру и т. п.); календарный план производства работ и краткую пояснительную записку, содержащую расчет потребностей в свайных агрегатах и вспомогательном оборудовании, необходимые указания по произ­ водству работ и технико-экономическое обоснование принятых

вППР решений.

Сцелью повышения производительности труда и снижения себе­ стоимости свайных работ ППР учитывает следующие основные требования:

места складирования свай должны быть расположены как мож­ но ближе к путям движения копров, чтобы захват и подъем свай можно было осуществлять самим копром без помощи крана;

передвижение копров по стройплощадке должно быть по воз­ можности прямолинейным с минимальным числом поворотов, что особенно важно для копров на рельсовом ходу;

350