СВАЙНЫЕ ФУНДАМЕНТЫ В ЛЕССОВЫХ ГРУНТАХ

СВАЙНЫЕ ФУНДАМЕНТЫ В ЛЕССОВЫХ ГРУНТАХ

Общие положения по проектированию свайных фундаментов

Свайные фундаменты получили широкое распространение в практике строительства. Способность свай, прорезающих лессовую просадочную толщу, передавать нагрузку на подстилающие непросадочные слоигрунта выдвинула эти конструкции в число наиболее прогрессивных при строительстве на структурно-неустойчивых грунтах. Массовое применение свайных фундаментов обусловлено не только их удачным конструктивным решением, но и возможностями совершенствования технологии устройства набивных и погружения забивных свай.

Проектирование свайных фундаментов осуществляется с учетом типа грунтовых условий по просадочности. При строительстве в грунтовых условиях II типа оно может выполняться специальной организацией.

При инженерно-геологических изысканиях следует определять тип грунтовых условий по максимально возможным значениям просадки грунтов от собственного веса. Расстояния между выработками на должно превышать 50 м. В пределах строительной площадки при возведении отдельного здания пробуривается не менее четырех сважин, глубиной превышающей просадочную толщу. Для ответственных зданий и сооружений глубина бурения скважин принимается на 10 м ниже отметки предполагаемого положения нижних концов свай.

Сваи зданий и сооружений I и II классов должны прорезать просадочную толщу и нижним концом опираться на подстилающие непросадочные грунты, заглубление забивной сваи в которые должно быть не менее l_d = 0,5 м. При наличии прочных нескальных грунтов и при показателе текучести I_L > 0,1 забивная свая должна опускаться в них не менее l_d = 1,0 м (рис. 19).

Буронабивные сваи заглубляются в подстилающие непросадочные грунты не менее l_d = 2,0 м.

В условиях долговременной эксплуатации зданий и сооружений на лессовых просадочных грунтах возможно изменение гидрогеологической обстановки на площадке застройки. Поэтому с учетом долгосрочного прогноза в грунтовых условиях I типа по просадочности нижние концы всех видов свай должны опираться на грунты, которые в водонасыщенном состоянии имеют показатель текучести I_L < 0,6.

Рис. 19. Схема к выбору глубины погружения сваи и расчету ее несущей

способности в грунтовых условиях I типа по просадочности:

1 – просадочный грунт; 2 – подстилающий непросадочный грунт

 

При проектировании свай для площадок II типа по просадочности требования к подстилающим слоям повышаются с учетом возможной просадки от собственного веса грунта S_sl,g и ее соотношение с предельной деформацией S_u проектируемого здания или сооружения.

При проектировании зданий и сооружений III класса при соответствующем технико-экономическом обосновании допускается неполная прорезка сваями просадочной толщи с заглублением не менее 1,0 м в грунт, имеющий относительную просадочность ε_sl < 0,02 при вертикальном давлении не менее р = 0,3 МПа. При этом должны быть обеспечены требуемая несущая способность и условия расчета по деформациям.

Обычно проектирование свайного фундамента начинается с выбора типа сваи, глубины ее погружения с учетом имеющегося оборудования, отметки заложения подошвы ростверка и других факторов. Глубина заложения подошвы ростверка назначается как и для обычных малозаглубленных фундаментов.

Расчетная несущая способность сваи в грунтовых условиях I типа по просадочности определяется по формуле

, (10.1)

где γ_с - коэффициент условий работы забивной сваи, принимаемый равным 1,0, набивной при опирании на грунты со степенью влажности s_r < 0,9 и лессовые – 0,8, в остальных случаях – 1,0;

γ_сR - коэффициент условий рабоиы грунта под нижним концом забивной сваи, принимаемый по табл. 3 СНиП 2.02.03-85 в зависимости от способа ее погружения.

R – расчетное сопротивление грунта прогнозируемой влажности под нижним концом забиваемой сваи, принимаемой по табл. 1 СНиП 2.02.023-85;

А - площадь опирания на грунт, принимаемая по площади ее поперечного сечения;

u - периметр поперечного сечения ствола сваи;

γ_сf - коэффициент условий работы грунта на боковой поверхности забивной сваи, принимаемый по табл. 3 СНиП 2.02.03-85;

f_i - расчетное сопротивление i -го слоя грунта основания на боковой поверхности сваи, определенное по табл. 2 СНиП 2.02.03-85 при показателе текучести I_L, вычисленном по формуле

, (10.2)

где e_i, γ_si - соответственно коэффициент пористости и удельный вес частиц грунта i -го слоя;

γ_w - удельный вес воды;

w_p,i, w_L,i - влажность соответственно на границе раскатывания и текучести i -го слоя грунта в долях единицы.

Если при расчете по формуле (10.2) значение I_L < 0,4, то в дальнейших расчетах несущей способности сваи принимается I_L = 0,4.

Следует учесть, что сопротивления R и f_i изменяются в основном до глубины 5 м. Поэтому их значения до этого предела принимаются по фактическому залеганию слоев грунта. При более глубоком расположении последних считается, что R и f_i зависят только от вида и состояния грунта и равны соответствующим сопротивлениям для глубины 5 м.

Нагрузка, допускаемая на одну сваю, определяется по формуле

, (10.3)

где γ_к - коэффициент надежности, принимаемый равным 1,4, если несущая способность сваи определяется расчетом.

Одиночные сваи в составе фундамента и вне его рассчитываются по несущей способности с соблюдением условия

, (10.4)

где N – расчетная нагрузка, передаваемая на сваю (продольное усилие) в наиболее невыгодном сочетании нагрузок при проектировании по I группе предельных состояний.

При строительстве на площадках с грунтовыми условиями II типа по просадочности учитывается нагружающее (отрицательное) трение по боковой поверхности сваи в результате проявления просадочных деформаций примыкающего лессового грунта.

Допускаемая нагрузка на сваю в грунтовых условиях II типа по просадочности с учетом отрицательной силы трения рассчитывается по формуле

, (10.5)

где F_α - несущая способность сваи за счет сопротивления грунта в водонасыщенном состоянии в пределах слоев h_mt, расположенных ниже глубины h_sl (рис. 20), и рассчитанная с учетом прогнозируемого замачивания грунта;

γ_k - то же, что и в формуле (10.4);

γ_с - коэффициент условий работы, принимаемый в зависимости от значения возможной просадки грунта от собственного веса: при S_sl,g ≤ 5 см, коэффициент γ_с = 0, при S_sl,g > 2 S_u коэффициент γ_с = 0,8, для промежуточных значений γ_с находят интерполяцией;

p_n - отрицательная сила трения, вычисляемая по формуле

, (10.6)

где u – периметр поперечного ствола сваи;

h_sl - расчетная глубина, до которой суммирование отрицательных сил бокового трения проседающих слоев грунта;

τ_i - расчетное сопротивление, определяемое по формуле

, (10.7)

где ζ - коэффициент бокового давления грунта, принимаемый равным 0,7;

φ_I, c_I - соответственно расчетные значения угла внутреннего трения и удельное сцепление слоев грунта, принимаемые при расчете по I группе предельных состояний и осредненные по глубине h_sl;

σ_zg,i - вертикальные напряжения от собственного веса природного или водонасыщенного грунта в середине i -го слоя;

h_i - толщина i -го слоя просадочного грунта, оседающего при замачивании и соприкасающегося с боковой поверхностью ствола сваи.

Согласно СНиП ниже глубины 6 м сопротивление τ считается постоянным и равным τ_i, рассчитанному для глубины 6 м.

При проектировании свайного фундамента в грунтовых условиях II типа по просадочности его осадка определяется как для условного фундамента, который принимается ограниченным с боков вертикальными плоскостями, отстающими от наружных граней крайних рядов вертикальных свай на расстояние

, (10.8)

где h_mt - расстояние от нижнего конца сваи до глубины h_sl;

φ_II,mt – осредненное расчетное значение угла внутреннего трения грунта в пределах слоев на глубину h_mt.

Рис. 20. Схемы к расчету несущей способности сваи с учетом

силы отрицательного трения в грунтовых условиях

II типа по просадочности

При подсчете давления по подошве условного фундамента следует учитывать нагрузку от силы отрицательного трения по формуле (7.6) на боковой поверхности ростверка в пределах его высоты и при периметре u ₁, а также на боковой поверхности куста свай при периметре u ₂, равном периметру по наружным граням крайних свай.

В случае проверки сваи по прочности материала ствола расчет ведут в сечении на глубину h_sl на действие нагрузки N + P_n - при замачивании грунтов основания сверху и N + P'_n - снизу в результате подъема уровня подземных вод.

Для снижения трения по боковой поверхности сваи в грунтовых условиях II типа по просадочности рекомендуется применение антифрикционных покрытий или эластичных оболочек. В качестве покрытий могут быть использованы битум и другие пластичные смазки.

Несущая способность сваи уточняется в полевых условиях, на строительной площадке, по результатам статических испытаний.

В грунтовых условиях I типа по просадочности испытание ведется с локальным замачиванием грунта в пределах всей длины сваи при соблюдении требований ГОСТ 5686-78^*. Не допускается применять для определения несущей способности свай данные динамических опытов (пробной забивки). В порядке исключения нормами разрешается не производить статических испытаний на застраиваемой территории, где они уже ранее осуществлялись или имеется опыт строительства на свайных фундаментах.

В грунтовых условиях II типа по просадочности испытание свай статической нагрузкой является обязательным. При этом для массового строительства определяется несущая способность в условиях длительного замачивания основания и полного проявления просадок от собственного веса грунта. Отрицательная сила трения P_n в водонасыщенных грунтах или P'_n в грунтах природной влажности, действующая на боковой поверхности сваи, может определена по ее наибольшему предельному сопротивлению при испытании выдергивающей нагрузкой согласно ГОСТ 5686-78^*.