Строительство и ремонт

Проектирование и устройство свайных фундаментов

Быт. Хозяйство. Строительство. Техника

§ 1. Несущая способность одиночных свай

Несущую способность одиночных свай всех видов определяют как наименьшее из значений несущей способности, полученных по следующим двум условиям: по условию сопротивления грунта основания свай, по условию сопротивления материала свай.

2.1. Напряженное состояние грунта под сваями в зависимости от расстояния между, ними

Несущая способность одиночной сваи по грунту зависит от механических свойств грунта и от метода устройства или погружения сваи.

В практике фундаментостроения используют три метода определения несущей способности одиночных свай: теоретический метод (по формулам и таблицам СНиП 11-17—77); динамический метод, основанный на использовании результатов пробной забивки свай; метод пробных статических нагрузок, при котором используют данные, полученные при нагружении свай статическими нагрузками или зондированием грунта.

Несущая способность свайного фундамента из свай-стоек равна сумме несущих способностей отдельных свай. Однако при этом мощность практически несжимаемого слоя грунта, на который опирают сваи-стойки, должна быть достаточной. В противном случае свайный фундамент может продавиться в подстилающий слабый грунт.

В тех случаях, когда отдельные сваи, составляющие фундамент, расположены достаточно далеко одна от другой, эпюры давлений в грунте не пересекаются (2.1, а), и несущая способность каждой сваи используется полностью. При частом расположении свай эпюры давлений на грунт будут пересекаться (2.1, б, в). Такое пересечение эпюр до известной степени условно, потому что при частой расстановке свай силы трения вокруг каждой сваи проявляются не полностью.

Таким образом, при частом расположении свай их общая несущая способность уменьшается. Однако при расчете свайных фундаментов из висячих свай кустовой эффект не учитывают, а ведут расчет свайного фундамента в целом по второму предельному состоянию (по деформациям) грунта основания.

При производственной и экспериментальной забивке свай следует соблюдать ряд условий. Так, масса ударной части молота одиночного действия при забивке сваи в грунты средней плотности должна быть не менее массы сваи (или сваи-оболочки) при длине сваи более 12 м и не менее 1,25 массы сваи при ее длине менее . 12 м. Если сваю забивают в плотные грунты, масса ударной части молота при любых условиях должна быть не менее 1,5 массы сваи. При этом массу наголовника включают в массу сваи.

Зазор между гранью сваи и стенкой наголовника не должен превышать 1'см.

Динамические испытания свай для определения их несущей способности в песчаных грунтах ведут не менее чем по истечении 3 сут, а свай, забитых в глинистые грунты, — не менее чем через 6 сут с момента окончания их забивки. Это требование вызвано тем, что

при погружении готовых свай забивкой в некоторые грунты наблюдаются явления ложного «отказа» и засасывания сваи.

Ложный отказ проявляется в том, что после некоторого количества ударов свая перестает заглубляться в грунт, но вновь легко начинает погружаться после возобновления забивки через несколько дней. При ложном отказе сваю после одной или нескольких остановок можно добить до проектной отметки и получить проектную несущую способность.

Явление засасывания сваи проявляется в том, что после некоторого количества ударов отказы резко увеличиваются, и свая все легче уходит в грунт. После отдыха в течение нескольких дней свая приобретает полную несущую способность.

При забивке свай в песчаные плотные я средней плотности грунты частые удары молота вызывают резкое местное уплотнение грунта под их концами, в результате чего образуются грушевидные зоны уплотненного грунта, препятствующие дальнейшему погружению свай (2.2, а). После прекращения забивки грушевидная зона разуплотняется, и сваю можно забивать дальше. Аналогичные явления наблюдаются также при забивке свай в глинистые грунты твердой, полутвердой и тугопластичной консистенции.

Грушевидные уплотненные зоны образуются в грунтах с малым коэффициентом фильтрации. Рассасывание таких зон зависит от условия отжатия воды: чем меньше коэффициент фильтрации, тем медленнее удаляется вода при уплотнении грунта. Частые удары молота создают в грушевидной зоне запас потенциальной энергии, под воздействием которой вода медленно отжимается.

В течение определенного времени запас потенциальной энергии расходуется, давление в грушевидной зоне и в окружающем грунте сравнивается, и грунт может уплотняться дальше.

В пластичных глинистых и плывунных грунтах под динамическим воздействием ударов молота происходит тиксотропное нарушение структуры грунта и, как следствие, его разжижение. Тиксотропное. изменение структуры грунта создает условия для подъема воды вверх, вдоль ствола сваи. Гидродинамическое давление воды, движущейся вверх, также снижает сопротивление грунта погружению сваи. В течение нескольких суток восстанавливается структура грунта и его сопротивляемость погружению сваи увеличивается (2.2, б).

§ 4. Определение несущей способности свай пробными нагрузками

Несущую способность осевыми вдавливающими статическими нагрузками можно определять у всех видов готовых а набивных •свай и свай-оболочек.

Нагрузки могут быть ступенчато-возрастающими, т. е. увеличиваемые ступенями от начала до конца   испытания; циклическими,' т. е. с последовательным чередованием приложения возрастающих ступеней нагрузки с разгрузкой до нуля.

Для проведения испытаний свай оборудуют специальную установку-платформу, смонтированную на голове сваи. Платформу закрепляют на специальных опорах с помощью клиньев, укладывают на нее первую ступень нагрузки, затем клинья удаляют и ведут наблюдение за осадкой сваи. Измеряют осадку индикаторами перемещений или прогибомерами, которые позволяют брать отсчеты с точностью до 0,1 мм. Затем платформу снова расклинивают и операцию повторяют.

В производственной практике широко используют установки с гидравлическими домкратами и анкерными сваями, число которых определяют расчетом (4—6 шт.). Анкерные сваи размещают на одинаковой глубине с испытываемыми. Количество анкерных свай зависит от максимальной нагрузки, применяемой при испытании, величины предельного сопротивления их выдергиванию и прочности материала на растяжение. Упором для гидравлического домкрата служит жесткая конструкция.

Расстояния между осями анкерных и испытываемых свай должны быть не менее 6d, где d — диаметр испытываемой сваи.

Если испытывают сваи большого- диаметра или с уширенной пятой, расстояния в свету между анкерными к испытываемой сваями должны быть не менее 2d, где d — диаметр испытываемой сваи, уширенной пяты или лопасти (у винтовых свай).

Для испытания свай применяют, кроме того, установки с грузом, служащим упором для гидравлического домкрата, а также комбинированные установки, в которых нагрузка создается как гидравлическим домкратом, так и тарированными грузами.

Нагрузку на испытываемую сваю следует передавать равномерно, без толчков и ударов, равными ступенями. Величину одной ступени нагрузки назначают равной 1/10—1/15 от предполагаемого •предельного сопротивления сваи и доводят до величины, вызывающей осадку не менее 40 мм. В тех случаях, когда предельная осадка зданий и сооружений не может превышать 150 мм, осадку испытываемой сваи от максимальной нагрузки можно ограничить размером 20 мм.

Каждую следующую ступень нагрузки прикладывают после того, как прекратится осадка от предыдущей ступени. Осадку сваи считают практически загасшей, если приращение ее за 2 ч составляет не более 0,2 мм в песчаных и не более 0,1 мм в глинистых грунтах.

 Расчетную величину перемещений вычисляют как среднее арифметическое показаний двух приборов, установленных симметрично. Предельно допустимые расхождения в показаниях двух приборов по ГОСТу не должны превышать 50% при осадках менее 1 мм, 30% —при осадках от 1 до 5 мм и 20% —при осадках более 5 мм.

После каждой новой ступени нагрузки делают несколько отсчетов на всех приборах. Первый отсчет берут тотчас же по приложении нагрузки, затем четыре отсчета с интервалами по 15 мин, два отсчета с интервалами по 30 мин и далее через каждый час до тех пор, пока разница в перемещениях за 2 ч наблюдений будет не более 0,1 мм. Затухание осадки называют   условной стабилизацией.

После приложения на сваю максимальной нагрузки ее разгружают ступенями, равными удвоенным ступеням нагрузки. После снятия каждой ступени нагрузки сваю, забитую в глинистый грунт, выдерживают в течение 1 ч; сваю, забитую в песчаные грунты, — 30 мин. Отсчеты на приборах фиксируют соответственно через каждые 30 и 15 мин.

Результаты наблюдений за осадками записывают в журнале пробного испытания свай, после чего строят график нарастания осадок во времени s = f(t), а затем график зависимости величины конечных осадок от нагрузки 5 = /(Ф). Такие графики позволяют определить величину предельного сопротивления сваи Фпр.

Для свайных фундаментов промышленных и гражданских зданий значение Фпр находят по графику s = f(<P) из условия, что соответствующая осадка А составляет некоторую долю, от предельно допускаемой осадки для данного здания или сооружения;

А'=Е«пр.ср,    (2.14)

где £ = 0,2—-коэффициент перехода от предельно допускаемой величины средней осадки фундамента здания к осадке сваи, полученной в процессе испытания при условной стабилизации осадки до 0,1 мм за 1 ч в песках и глинах от твердой до тугопластичной консистенции и 0,1 мм за 2 ч в глинах текучепластичной и текучей консистенции; «пр.ср — предельно допускаемая величина средней осадки фундамента проектируемого здания или сооружения.

Если осадка, определенная по формуле (2.14), окажется Д>40мм, то за предельное сопротивление сваи Фпр принимают нагрузку, соответствующую Д = 40 мм.

В опорах мостов за предельное сопротивление сваи Фпр принимают нагрузку на одну ступень меньше той, при которой приращение осадки за одну ступень загружения (при общей величине осадки более'40 мм) превышает в 5 раз и более приращение осадки, полученное за предшествующую ступень загружения. Если же нагрузка вызывает осадку, не затухающую в течение 1 сут и более (при общей величине осадки ее более 40 мм), то за Фпр принимают данную нагрузку.

§ 5. Несущая способность свайного фундамента

Расчет несущей способности свайного фундамента ведут по прочности свай и ростверка или по условию прочности основания (первое предельное состояние) и по деформируемости его (второе предельное состояние). Кроме того, сваи должны быть рассчитаны по третьему предельному состоянию — на образование трещин.

Несущая способность свайного фундамента из свай-стоек по прочности основания при любой расстановке свай в плане равна сумме несущей способности отдельных свай.

Несущая способность свайного фундамента из висячих свай ввиду кустового эффекта не равна сумме несущих способностей отдельных свай.

Свайные висячие фундаменты под воздействием нагрузки от сооружения подвержены осадкам, которые происходят вследствие деформации грунтов ниже острия. Фундаменты на сваях-стой-клх практически осадок не испытывают. Поэтому расчет по деформациям проводят   только для свайных   фундаментов   из висячих свай.