ОСОБЕННОСТИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ СВАЙНЫХ ФУНДАМЕНТОВ В ПРОСАДОЧНЫХ ГРУНТАХ

9.1. Свайные фундаменты в просадочных грунтах следует проектировать исходя из условия возможного полного замачивания грунтов в основании фундаментов (аварийного или в результате подъема уровня грунтовых вод), за исключением случаев, когда по прогнозу в соответствии с гидрогеологическими условиями и условиями эксплуатации зданий и сооружений подъем уровня грунтовых вод или местное замачивание грунта невозможно, либо случаев, когда по прогнозу подъем уровня грунтовых вод невозможен, а против случайного местного замачивания грунта в проекте предусматриваются водозащитные мероприятия; в последнем случае в проекте должны быть предусмотрены также конструктивные мероприятия, обеспечивающие прочность и устойчивость зданий и сооружений при аварийном замачивании грунта.

Примечание. Просадочные грунты основания следует относить к полностью замоченным при степени влажности G ³0,8.

К п. 9.1. Проектирование свайных фундаментов зданий и сооружений на просадочных грунтах следует вести в зависимости от конструкции, нагрузок и назначения возводимого объекта, типа грунтовых условий по просадочности, величины возможной просадки грунтов от собственного веса вышележащих слоев грунта, глубины залегания супесчано-суглинистых грунтов, их плотности и степени снижения характеристик механических свойств грунтов от замачивания. Особенно важно при этом правильно оценить гидрогеологические условия застраиваемой территории, характер и направление возможного замачивания грунтов основания в период строительства и эксплуатации сооружения. При решении основного вопроса о выборе типа фундамента и назначения его основных размеров в каждом случае все указанные факторы следует рассматривать комплексно.

Применение свайных фундаментов из висячих свай оказывается целесообразным при соответствующем технико-экономическом обосновании для объектов промышленного и гражданского строительства, возводимых в грунтовых условиях I типа по просадочности, а также II типа при величине возможной просадки грунтов от собственного веса вышележащих слоев менее 30 см.

С особой осторожностью следует относиться к выбору вида фундамента и способа подготовки основания при наличии грунтовых условий II типа с величиной возможной просадки от собственного веса грунтов более 30 см. В этих случаях независимо от величины внешних нагрузок, передаваемых фундаменту от веса зданий и сооружений, просадка грунтов в результате их замачивания может вызвать столь существенное дополнительное нагружение свай силами негативного трения, что несущая способность висячих свай по грунту окажется необеспеченной. Ввиду этого обстоятельства в «Руководстве по проектированию свайных фундаментов зданий и сооружений, возводимых на просадочных грунтах» (М, Стройиздат, 1969) сопротивление по боковой поверхности свай в просадочных грунтах в грунтовых условиях II типа по просадочности принималось равным нулю. В настоящем СНиП сопротивление по некоторой (нижней) части боковой поверхности свай вводится в расчет в соответствии с формулой [75 (28)]. Особенно велики и опасны силы негативного трения при залегании просадочных слоев грунтов со значительной величиной относительной просадочности (dпр > 0,02) на глубинах более 10 м от поверхности земли. В этих особо тяжелых грунтовых условиях, как правило, оказывается недостаточной прорезка всех слоев просадочного грунта с оставлением нижних концов свай в непросадочных суглинках, а требуется их заглубление в слои малосжимаемых или практически несжимаемых коренных пород.



При проектировании свайных фундаментов зданий и сооружений на просадочных грунтах учитывается возможный характер замачивания оснований в период строительства и эксплуатации.

Возможны и такие случаи строительства, когда замачивание оснований вообще исключено. Например, возведение опор линий электропередачи в незаселенной местности без нарушения путей естественного стока поверхностных вод.

По характеру и направлению замачивания следует различать два основных случая: возможное аварийное замачивание грунтов основания и возможный подъем уровня грунтовых вод на застраиваемой площадке.

Под аварийным понимается замачивание грунтов вследствие различных внезапных повреждений в инженерных коммуникациях, несущих воду, либо в результате систематических утечек воды из неисправных сетей и соединений, вызывающих постепенное замачивание грунтов толщи в направлении сверху вниз. Последнее особенно опасно и характерно для систем канализации. Согласно п. 4.5 главы СНиП II-15-74, различают местное и интенсивное замачивания как разновидности аварийного.

Подъем уровня грунтовых вод на застроенной территории происходит вследствие ряда причин:

а) при устройстве водохранилищ вблизи застроенного района в результате фильтрации воды из водохранилища;



б) при наличии мокрого технологического процесса в здании или сооружении либо при наличии технологии, требующей большого водопотребления;

в) при неправильном отводе поверхностных вод, допускающем их инфильтрацию в грунт;

г) в результате систематических утечек воды из инженерных коммуникаций, несущих воду.

Следует различать случаи, когда подъем уровня воды невозможен. Например, при устройстве сооружений по верху или на склонах глубоких выемок, когда основание не может быть затоплено в направлении снизу вверх.

В общем случае при возможности аварийного замачивания или подъема уровня грунтовых вод предусматривается, что вся толща, сложенная просадочным грунтом, может быть полностью замочена. Проектирование свайного фундамента ведется из условий полного замачивания, так как это наихудший расчетный случай, принимая, что полностью замоченные грунты имеют степень водонасыщения G³ 0,8. При этом следует иметь в виду, что основание части свайного фундамента значительных размеров в плане либо соседнего фундамента может быть не замочено, что потребует проведения расчета конструкций на неравномерную осадку.

В отдельных случаях, отобранных проектной организацией, при малом водопотреблении, например на ряде объектов сельского и малоэтажного (не более трех этажей) строительства, возводимого на больших толщах просадочного грунта, относящихся к грунтовым условиям II типа по просадочности, допускается проектировать свайные фундаменты из условий замачивания не на всю толщу, исключая возможность просадки грунтов от собственного веса.

При проектировании зданий и сооружений, возводимых на просадочных грунтах, всегда в большем или меньшем объеме, предусматривается выполнение комплекса водозащитных мероприятий в зависимости от типа грунтовых условий по просадочности и величины возможной просадки грунтов под собственным весом. Так, требования к компоновке генерального плана застройки территории, к вертикальной планировке площадок, к организованному отводу воды из зданий и сооружений, а также с их крыш в ливнесточную сеть являются общими для строительства на просадочных грунтах независимо от типа фундамента. Требования эти изложены в «Руководстве по проектированию оснований зданий и сооружений» (М. Стройиздат, 1978). Там же приведены требования к усиленной водозащите, устраиваемой в грунтовых условиях II типа по просадочности, а требования к прокладке магистральных сетей, несущих воду, приведены в главе СНиП II-31-74 «Водоснабжение. Наружные сети и сооружения».

В грунтовых условиях II типа по просадочности при возможной величине просадки грунтов от собственного веса, превышающей 30 см, прокладку всех инженерных коммуникаций, несущих воду, рекомендуется вести в проходных коллекторах.

В последние годы в связи с общим увеличением водопотребления в населенных пунктах и на промышленных предприятиях, особенно в связи с развитием сетей теплофикации и оборудованием жилых зданий горячим водоснабжением, участились случаи промачивания толщ просадочных грунтов и увеличилась скорость подъема уровня грунтовых вод. В тяжелых групповых условиях II типа по просадочности, когда возможна просадка от действия собственного веса грунтов превышает 30 см, на это обстоятельство необходимо обратить особое внимание. Такие факты должны быть своевременно обнаружены путем проведения систематических наблюдений за уровнем подъема грунтовых вод и за осадками отдельных зданий и сооружений.

В тяжелых грунтовых условиях II типа по просадочности независимо от применяемого типа фундамента должны соблюдаться и некоторые конструктивные мероприятия. К ним следует отнести разрезку зданий и сооружений осадочными швами на отдельные жесткие отсеки, а также обеспечение возможности рихтовки подкрановых путей у промышленных сооружений на величину не менее 1/2 расчетной просадки грунтов от собственного веса вышележащих слоев и др.

9.2. В просадочных грунтах помимо свай, указанных в разделе 2 настоящей главы, допускается применять также набивные бетонные и железобетонные сваи диаметром до 500 мм включительно, устраиваемые в пробуренных скважинах с забоем, уплотненным трамбованием на глубину не менее 3d (где d — диаметр скважины).

К п. 9.2. Висячие буронабивные сваи обычной конструкции и значительной длины (более 10 м), прорезающие просадочные грунты, передают нагрузку в основном через боковую поверхность. На нижний конец вплоть до предельной нагрузки, предшествующей срыву сваи, приходится обычно около 10% общего сопротивления. Во время срыва сваи напряжение по нижнему концу растет, однако это увеличение сопротивления нельзя вводить в расчет ввиду того, что осадки сваи при этом уже, как правило, превышают допустимые. Для того чтобы увеличить сопротивление буронабивных свай по нижнему концу, целесообразно предварительно уплотнить забой пробуренных скважин путем пробивки грунта и втрамбовывания в него щебня. Диаметр скважин, для которых до последнего времени была разработана конструкция трамбовок и технология уплотнения, не превышал 500 мм. В настоящее время оборудование и технология уплотнения забоя разработаны для скважин диаметром до 1000 мм.

Несущая способность такой сваи устанавливается проведением статического испытания сваи с замачиванием основания. Для предварительных расчетов допускается принимать расчетное сопротивление по нижнему концу свай с уплотненным забоем как для забивных свай.

Сопротивление по нижнем концу свай в результате пробивки увеличивается до 3 раз.

9.3. В случае, если по результатам инженерных изысканий установлено, что погружение забивных свай в просадочных грунтах затруднено, в проекте должно предусматриваться устройство лидерных скважин, диаметр которых следует назначать меньше размера сечения сваи до 50 мм.

К п. 9.3. Погружение забивных свай на глубину более 7 м в просадочные грунты малой влажности (при степени влажности G < 0,5) требует использования тяжелых молотов, большого количества ударов молота, а в некоторых случаях вообще невозможно из-за поломки свай при забивке в твердые грунты.

Во избежание трудностей, связанных с забивкой свай в просадочные грунты, их следует погружать с устройством лидерных скважин.

Лидерные скважины пробуриваются по центру будущей сваи диаметром не менее 100 мм и не более стороны поперечного сечения сваи за вычетом 50 мм. Длина лидерных скважин должна быть меньше глубины погружения сваи на величину, равную 3d, где d — диаметр сваи, но не менее 1 м. Это необходимо для образования уплотненного ядра под нижним концом сваи, как это имеет место у забивных свай, погружаемых без устройства лидерных скважин. После устройства лидерных скважин целесообразно их залить водой 2 раза и выдержать не менее 1 сут. до начала забивки свай.

9.4. При инженерно-геологических изысканиях на строительных площадках, сложенных просадочными грунтами, следует определять тип грунтовых условий по просадочности и выделять слои грунта с относительной просадочностью dпр<0,02 при давлении р=3 кгс/см2.

На застраиваемой территории должен быть тщательно изучен гидрогеологический режим грунтовых вод и дан прогноз возможного его изменения в период эксплуатации проектируемых и существующих зданий и сооружений.

К п. 9.4. Назначение размеров свай при проектировании и прежде всего их длины, а также расчет свай по грунту производятся в зависимости от типа грунтовых условий по просадочности. Поэтому в состав инженерно-геологических изысканий на строительных площадках, сложенных просадочными грунтами, входит определение типа грунтовых условий по просадочности. Во вновь осваиваемых районах тип грунтовых условий по просадочности определяется путем проведения длительного опытного замачивания грунта из котлована. Параллельно проводится шурфование на всю глубину залегания просадочной толщи с определением путем лабораторных испытаний на просадочность возможной величины просадки грунтов под собственным весом вышележащих слоев, т.е. под природным давлением. При этом находится граница, ниже которой слои грунта характеризуются величиной относительной просадочности dпр<0,02 под давлением р=3кгс/см2. Последнее необходимо для предварительного, выполняемого на стадии технического проекта назначения длины сваи в грунтовых условиях I типа по просадочности. В грунтовых условиях II типа по просадочности вся просадочная толща должна прорезаться сваями. Принимаемые в проекте размеры сваи в просадочных грунтах устанавливаются только после определения их фактической несущей способности, как правило, с использованием результатов статических испытаний свай с замачиванием грунтов.

Изучение гидрогеологического режима грунтовых вод и возможности его изменения в период эксплуатации зданий и сооружений необходимо для прогноза скорости подъема уровня грунтовых вод и в связи с этим замачивания просадочной толщи снизу вверх. Таким образом, в зависимости от результатов прогнозирования условий и режима замачивания решается вопрос о расчетном случае — будут ли это условия аварийного замачивания или вместе с тем условия возможного подъема уровня грунтовых вод.

9.5. Просадочные и другие виды грунтов, прочностные и деформационные характеристики которых снижаются при замачивании, во всех случаях при толщине слоя до 30 м рекомендуется полностью прорезать сваями.

Если прорезка указанного слоя просадочных грунтов применительно к конкретным условиям строительства здания или сооружения экономически нецелесообразна, то в грунтовых условиях I типа по просадочности допускается устройство свай с заглублением их нижних концов не менее чем на 1 м в слойгрунта с относительной просадочностью dпр<0,02 (при давлении 3 кгс/см2, но не менее величины природного давления в грунте от веса вышележащих слоев).

Примечания: 1. При проектировании свайных фундаментов опор мостов и фундаментов из свай-оболочек любых зданий и сооружений должна предусматриваться, как правило, полная прорезка грунта просадочной толши и заглубление нижних концов свай в непросадочные грунты.

2. Сваи и сваи-колонны для малоэтажных зданий IV класса допускается опирать нижними концами на просадочные грунты с относительной просадочностью dпр³0,02 при давлении 3 кгс/см2, если при этом обеспечивается требуемая по расчету несущая способность свай по грунту основания. Такой способ операция допускается также применять для свай и свай-колонн, работающих в грунтах II типа по просадочности, если по прогнозу в соответствии с гидрогеологическими условиями и условиями эксплуатации зданий и сооружений невозможен подъем уровня грунтовых вод и аварийное замачивание грунтов и, следовательно, невозможна просадка грунтов от собственного веса вышележащих слоев грунта.

К п. 9.5. Под просадочностью грунта, согласно СНиП, понимается его способность в некотором напряженном состоянии при замачивании давать дополнительные осадки. Основным критерием просадочности грунтов при этом является показатель степени их сжимаемости при замачивании без возможности бокового расширения в стороны. Учет этих деформаций сжатия производится при величине относительной просадочности грунтов dпр³0,01 (глава СНиП II-15-74, пп. 2.13, 2.14 и 4.1).

Однако рассмотрение поведения свай в грунтовых условиях I типа по просадочности при замачивании оснований указывает на то, что остаточные деформации грунта в основании свай при возрастании вертикальной нагрузки вплоть до предельного значения чрезвычайно малы — как правило, не превышают 10 мм. При незначительном превышении предельной нагрузки происходит так называемый «срыв сваи» — свая получает уже незатухающие осадки, связанные с разрушением основания. Исследования показали, что несущая способность сваи и свайных фундаментов снижается при замачивании вследствие существенного уменьшения прочности грунта, в основном за счет уменьшения его сцепления. Снижение несущей способности свай от замачивания основания в некоторых просадочных грунтах может достигнуть 60% и более, поэтому при небольшой толщине слоя их, как правило, рекомендуется прорезать сваями и заглубляться в непросадочные грунты. Как уже было указано в пояснениях к п. 9.4, принятые в проекте размеры свай и прежде всего их длина в просадочных, как и в любых других грунтах должна обеспечить необходимую несущую способность при допустимых осадках каждого проектируемого здания и сооружения. Если полная прорезка слоя просадочных грунтов при проектировании здания или сооружения экономически нецелесообразна, например строительство малоэтажного здания на толще просадочного грунта, превышающей 10 м, то в грунтовых условиях I типа по просадочности допускается заглубление нижних концов в слабопросадочные грунты с относительной просадочностью dпр<0,02 под давлением 3 кгс/см2 при обеспечении требуемой проектом несущей способности сваи по грунту основания и удовлетворении расчета основания свайного фундамента по деформациям (осадке и крену) в соответствии с разделом 7 настоящего Руководства.

Допускается опирать нижние концы свай на просадочные грунты с относительной просадочностью dпр³0,02 при давлении 3 кгс/см2 для малоэтажных зданий при обеспечении несущей способности свай по грунту основания и допустимых по расчету их осадок в грунтовых условиях I типа по просадочности, а во II типе, кроме того, при исключении возможности просадки грунтов под собственным весом вышележащих слоев.

9.6. Расчет свай или свай-оболочек по несущей способности, а также расчет их на совместное действие вертикальных и горизонтальных нагрузок и моментов при устройстве фундаментов в просадочных грунтах следует проводить в соответствии с указаниями раздела 5 и приложения к настоящей главе с учетом следующих дополнительных условий:

а) если возможно местное или аварийное замачивание грунтов либо подъем уровня грунтовых вод, расчетные сопротивления просадочных грунтов под нижним концом R и на боковой поверхности f сваи (табл. 1, 2 и 7), коэффициент пропорциональности К (табл. 1 приложения к настоящей главе) и модуль деформации Е следует принимать по величине показателя консистенции грунта il, соответствующей условию замачивания просадочного грунта до степени влажности G³0,8 и определяемой по формуле

[46(27)]

где е — коэффициент пористости просадочного грунта;

gW — удельный вес воды, принимаемый gW = 1 тс/м3;

gs — удельный вес грунта, тс/м3;

WP и WL — влажность просадочного грунта соответственно на границе раскатывания и на границе текучести в долях единицы.

при IL < 0,4 следует принимать IL = 0,4;

б) если возможно только местное аварийное замачивание части грунта просадочной толщи в пределах длины сваи, то определенные указанным в подпункте «а» способом расчетные сопротивления просадочных грунтов R и f следует умножать на дополнительный коэффициент условий работы тд = 1,4;

в) если в соответствии с гидрогеологическими условиями и условиями эксплуатации зданий и сооружений подъем уровня грунтовых вод или местное замачивание просадочных грунтов основания свай невозможны, то расчетные сопротивления грунтов под нижним концом R и на боковой поверхности f свай и свай-оболочек следует определять по табл. 1, 2 и 7, а коэффициент К — по табл. 1 приложения к настоящей главе в соответствии с фактической величиной показателя консистенции грунта в природном залегании. При этом предполагается, что возможно медленное повышение влажности просадочного грунта основания до влажности на границе раскатывания Wp, вызываемого нарушением природных условий испарения, если природная влажность грунта до начала строительства была меньше влажности Wp. Поэтому характеристики грунтов должны приниматься при влажности W = Wp, а в случае, если до начала строительства W > Wp, то при фактической природной влажности грунта W;

г) если площадка сложена грунтами II типа по просадочности, а величина ожидаемой просадки превышает предельно допускаемую величину осадки для проектируемого здания или сооружения, то должна учитываться возможность появления на боковой поверхности свай и свай-оболочек негативного трения грунта путем уменьшения их несушей способности в соответствии с указаниями п. 9.10 настоящей главы;

д) если возможно замачивание грунтов основания, то во всех расчетах значения угла внутреннего трения jI и удельного сцепления cI для просадочных грунтов должны приниматься применительно к случаю их полного водонасыщения, т.е. при степени влажности грунта G ³ 0,8.

К п. 9.6. Рассматриваемый пункт допускает в расчетах несущей способности свай в просадочных грунтах, находящихся под воздействием вертикальных, горизонтальных нагрузок и моментов, использовать методики, разработанные для обычных непросадочных грунтов. Эти расчеты приведены в разделе 5, в качестве основного фактора, от которого зависят несущая способность и горизонтальные перемещения свай, используют показатель консистенции грунта il.

Просадочные грунты при этом условии приводятся к грунтам, полностью замоченным водой до степени влажности G ³ 0,9 путем расчета по формуле [46(27)].

В грунтовых условиях I типа по просадочности при возможном только аварийном местном замачивании грунтов сверху расчетные сопротивления просадочных грунтов R и f умножаются на дополнительный коэффициент условий работы mg = 1,4 исходя из соображений, что аварийное замачивание носит случайный характер и в подавляющем большинстве практических случаев либо не произойдет, либо утечка воды из неисправных коммуникаций будет устранена в короткий срок.

Рис. 40. Расчетная схема

В пояснениях к п. 9.5 указано, что несущая способность сваи в просадочных грунтах зависит от показателей прочности грунта и наблюдаемое существенное уменьшение ее при замачивании объясняется в основном снижением сцепления. Использование в СНиП показателя консистенции il в замоченном грунте природной плотности объясняется попыткой ввести единообразие в расчеты, выполняемые для любых грунтов, тем более что, как правило, сваи опираются нижними концами либо на непросадочный, либо на слабопросадочный грунт с dпр < 0,02 при р = 3 кгс/см2. Кроме того, учитывается, что при изысканиях для грунтов приводятся только их простейшие физико-механические характеристики. В случае, если по данным исследований известны прочностные характеристики для всех слоев грунта, то расчеты несущей способности свай целесообразно вести с учетом их величин. Ниже приводятся расчетные формулы, разработанные для определения несущей способности свай в просадочных грунтах на основе постановки задачи предельного равновесия грунта в основании сваи и решения с использованием параметров прочности грунтов: угла внутреннего трения jI и удельного сцепления сI.

Несущая способность забивных, набивных и набивных с уширенной пятой свай рассматривается сначала без учета возможной в грунтовых условиях II типа просадки грунтов под собственным весом, а далее по п. 9.10 с учетом просадки грунтов.

Несущая способность, тс, забивной сваи при этом определяется по формуле

Ф = т (Р1 + Р2 + Р3), (47)

где т — коэффициент условий работы сваи, принимаемый равным 1;

P1 — сопротивление на участке ствола сваи n + l2 (рис. 40), тс;

P2 — сопротивление на участке ствола сваи по поверхности усеченного конуса, тc;

рз — сопротивление под нижним концом сваи по шаровой поверхности, тс;

Р1 = и [п (0,5xgn tg jI + cI) + (xgn tg jI + cI) l2], (48)

где и — периметр сваи, м;

п — участок длины сваи, равный 12d, но не более 6 м;

x — коэффициент бокового давления грунта, равный 0,5;

jI — расчетное значение угла внутреннего трения, град;

cI — расчетное значение удельного сцепления грунта, тс/м;

l2 — участок длины сваи, м, равный

l2 = l + — п — b ¾ а, (49)

где l — длина погруженной части сваи, м;

d — диаметр или сторона поперечного сечения, м;

, м; (50)

a = 45° — jI — kcI, град; (51)

cI — сцепление грунта, тс/м2;

k — экспериментально полученный коэффициент, равный 2 м2×град/тс;

а — участок погруженной сваи, где боковое давление грунта равно 0; для забивной сваи а = 2,5 м;

Р2 = pу ctg jI (у + d) сI, тс, (52)

где (53)

где , м; (54)

тс, (55)

где

(56)

s1 — максимальное главное напряжение, тс/м2;

, (57)

где s3 — минимальное главное напряжение, тс/м2;

s3 = xgI n; (58)

gI ¾ объемный вес грунта, тс/м3.

Характеристики грунта jI, cI, gI определяются в водонасыщенном состоянии.

Расчетная нагрузка, допускаемая на сваю, определяется по формуле

, [59(1)]

где kн — коэффициент надежности, принимаемый согласно п. 4.3 СНиП II-17-77.

Несущая способность буронабивной сваи определяется по формуле

Ф = т(Р1н + Р2н), тс, (60)

где т — то же, что и в формуле (47);

Р1н — сопротивление на участке ствола сваи п + lн, определяемое как для забивной сваи по формуле (48), причем

lн = l — п — а, м, (61)

где п — то же, что для забивной сваи;

а — для набивной сваи, принимаемое равным 1 м;

Р2н — сопротивление под нижним концом сваи

Р1н = ks1 F, тс, (62)

где k — экспериментальный коэффициент при диаметре сваи 1 м ³ d ³ 0,5 м, равный 3;

F — площадь поперечного сечения сваи, м2;

s1 — определяется по формуле (57).

Значения характеристик грунта определяются в замоченном состоянии.

Несущая способность буронабивной сваи с уширенной пятой определяется по формуле

Ф = т(Р1у + Р2у), тс, (63)

где т — то же, что и в формуле (47);

Р1у — сопротивление на участке ствола сваи п + lу, определяемое как для забивной сваи по формуле (48), причем

lу = l — п — а, м; (64)

где l — длина сваи до уширения;

n, а — принимаются такими же, как для набивной сваи без уширенной пяты;

Р2у = k1 s1 Fy, тс, (65)

где k1 — экспериментальный коэффициент при 3,5 ³ ³ 2 и 1 м ³ dу ³ 0,5 м, где dy — диаметр уширения, равный 2, при длине сваи l < 20 м;

s1 — определяется по формуле (57);

Fy — площадь наибольшего поперечного сечения уширенной пяты, м2.

В грунтовых условиях II типа по просадочности помимо снижения несущей способности свай от замачивания основания, как это имеет место в грунтовых условиях I типа, происходит уменьшение несущей способности от действия по боковой поверхности свай сил негативного трения. Последние возникают при просадке грунтовой толщи под собственным весом вследствие нависания грунтов на сваи и пригрузки их. Учет сил негативного трения, дополнительно нагружающих сваи, производится согласно п. 9.10.

Расчет свай в грунтовых условиях I типа по просадочности либо в грунтовых условиях II типа при исключении возможности просадки грунтов под собственным весом грунтовой толщи, на горизонтальную нагрузку и моменты с учетом упругопластических свойств материала сваи и грунта производится в соответствии с «Рекомендациями по расчету свай на горизонтальные нагрузки в просадочных грунтах» (М., НИИОСП, 1977). Рекомендации позволяют произвести расчет свай по несущей способности и по деформациям от воздействия горизонтальной нагрузки и моментов. Учет пластических свойств материала сваи и грунта приводит в большинстве случаев к существенному сокращению количества арматуры и способствует удешевлению строительства. В тяжелых грунтовых условиях II типа по просадочности с возможной величиной просадки от собственного веса грунтовой толщи свыше 30 см сваи при ее проявлении окажутся пригруженными дополнительными горизонтальными силами. Величина этих дополнительных сил до настоящего времени не исследовалась. Учитывая, что для обеспечения несущей способности свай и на вертикальную нагрузку в этих крайне тяжелых грунтовых условиях потребуются, как правило, сваи очень большой длины, целесообразно тем или иным известным способом исключить возможность проявления просадки либо вовсе отказаться в этом случае от варианта свайного фундамента.

9.7. Несущая способность свай в выштампованном ложе может назначаться в соответствии с требованиями п. 5.7 настоящей главы, как для забивных свай с наклонными гранями при соблюдении дополнительных требований, изложенных в п. 9.6 настоящей главы.

К п. 9.7. Сваи в выштампованном ложе образуются путем предварительного вытрамбовывания котлована элементом заостренной книзу формы, повторяющим по форме будущий фундамент, с последующим устройством последнего (авт. свид. № 314856).

В зависимости от отношения длины погруженной в грунт части фундамента к его ширине или диаметру конструкцию фундамента можно отнести к сваям или к малозаглубленным фундаментам, получившим, распространение под названием «фундаменты в вытрамбованных котлованах» или «сваи-опоры в уплотненном пробивкой основании». Фундаменты в выштампованном ложе устраиваются заостренной книзу формы — в виде конуса, усеченного конуса, пирамиды и т.п. Они изготовляются в двух вариантах: в сборном (из готовых элементов) и в виде набивных опор. Для воспринятия вертикальных нагрузок они почти не требуют арматуры и полностью исключают потребность в опалубке. Выштампованное ложе по характеру работы под нагрузкой приводит короткую набивную сваю к забивной. Несущая способность сваи в выштампованном ложе вследствие уплотнения грунта повышается на величину до 40% в зависимости от ее длины и физико-механических свойств грунтов. В пояснениях к пп. 9.5 и 9.6 указывается на зависимость несущей способности свай от снижения характеристик прочности грунтов при замачивании. Чем выше пористость грунта в природном залегании, тем больше выявляются ошибки в определении несущей способности от показателя консистенции грунта. В связи с этим для коротких свай в выштампованном ложе, устраиваемых часто в просадочной неплотной среде, несущую способность рекомендуется определять в зависимости от характеристик прочности и плотности грунтов: jI, cI, gск.

Допускается при этом пользоваться приближенным методом, изложенным во «Временных указаниях по проектированию свайных фундаментов для сельскохозяйственных и малоэтажных зданий на просадочных грунтах» (РСН 262-74, Госстрой УССР, 1974). Расчет несущей способности конических и пирамидальных свай в выштампованном ложе по этому методу производится как для условного фундамента, площадь которого определяется по формуле

F = pRy2, (66)

где Rу — радиус уплотненной зоны, м, определяемый из уравнения

(67)

где r1 и r2 — радиусы верхнего и нижнего поперечного сечения сваи в форме усеченного конуса, м.

В случае пирамидальной формы сваи

; , (68)

где Fв и fн — площади верхнего и нижнего поперечного сечения сваи соответственно, м2;

h — глубина погружения сваи, м;

gск — объемный вес скелета грунта в природном состоянии, прорезаемого сваей, тс/м3.

Из решения уравнения (67) имеем

, м, (69)

где ,м; (70)

а2 = 0,5h,м; (71)

а3 = 0,5r1, м2; (72)

, м3. (73)

Несущая способность сваи определяется по формуле

Ф = тFR, тс, (74)

где m — коэффициент условий работы, принимаемый в соответствии с формулой [14(10)] СНиП II-17-77;

F — определяется по формуле (66);

R — расчетное давление на уплотненный грунт, вычисляемое по формуле (17) СНиП, глава II-15-74, при gск=1,7 тс/м3 с использованием расчетных значений прочностных характеристик j1 и c1 уплотненных под водой грунтов. Последние определяются путем лабораторных испытаний.

9.8. Несущую способность свай и свай-оболочек в просадочных грунтах, по данным полевых испытаний, в случае возможного замачивания грунтов основания в процессе эксплуатации зданий и сооружений следует определять только на основании результатов статических испытаний свай и свай-оболочек, выполненных с полным замачиванием просадочного грунта вокруг испытываемой сваи или сваи-оболочки, в том числе под их нижними концами на расстоянии 5d (где d — диаметр круглого или сторона квадратного или большая сторона прямоугольного сечения сваи), до достижения грунтом в указанном объеме степени влажности G ³ 0,8, а при невозможности замачивания грунтов основания в процессе эксплуатации здания или сооружения — до влажности, соответствующей влажности грунта на границе раскатывания Wp, если W < Wp.

Не допускается определять несущую способность свай и свай-оболочек, устраиваемых в просадочных грунтах, по данным результатов их динамических испытании, а также определять расчетные сопротивления просадочных грунтов под нижним концом R и на боковой поверхности f свай и свай-оболочек по данным результатов полевых испытаний этих грунтов зондированием.

К п. 9.8. Статические испытания свай и свай-оболочек в просадочных грунтах с целью определения их несущей способности, когда возможно замачивание грунтов в период эксплуатации здания или сооружения, проводятся при полном замачивании грунтов в пределах основания сваи, т.е. в наихудших условиях. При этом принимается степень влажности грунта G ³ 0,8, а не G = 1, так как в грунте всегда остается некоторое количество защемленного воздуха. Граница основания под сваей (с некоторым запасом) равна 5d. Такое замачивание грунтов в основании сваи следует считать «ограниченным замачиванием». Длительное замачивание грунтов на всю просадочную толщу с проявлением просадки грунтов под собственным весом вышележащих слоев предусматривается только в грунтовых условиях II типа по просадочности для учета возникающих при просадке грунта сил негативного трения, дополнительно нагружающих сваи. Статическое испытание сваи на вдавливание, а также на горизонтальную нагрузку производится на площадке, расположенной вблизи проектируемого объекта в тех же грунтовых условиях. Не допускается проведение статических испытаний свай с замачиванием грунтов непосредственно на территории проектируемого объекта.

Несущую способность свай и свай-оболочек, устраиваемых в просадочных грунтах, нельзя определять по данным динамических испытаний свай ввиду специфики вопроса, заключающейся в том, что сваи в этих грунтовых условиях погружаются и испытываются динамическим методом в грунтах природной влажности, а расчетным состоянием является замоченное. По этой же причине нельзя определять расчетные сопротивления просадочных грунтов под нижним концом R и на боковой поверхности f свай по данным полевых испытаний этих грунтов зондированием.

9.9. Несущую способность свай и свай-оболочек по данным испытаний их статической нагрузкой с замачиванием (п. 9.8 настоящей главы) в грунтовых условиях I и II типа по просадочности следует определять в соответствии с требованиями раздела 6 настоящей главы.

Кроме того, в грунтовых условиях II типа по просадочности в случае, когда установлена возможная просадка грунта от собственного веса больше предельно допускаемой величины осадки для проектируемого здания или сооружения, несущая способность сваи и сваи-оболочки, определенная по результатам статических испытаний, выполненных с локальным замачиванием, а следовательно, определенная без учета развития негативного трения, должна быть уменьшена в соответствии с указаниями п. 9.10 настоящей главы.

К п. 9.9. Методика статических испытаний свай в просадочных грунтах должна соответствовать ГОСТ 5636-78 на методы полевых испытаний свай и свай-оболочек и излагаемым в настоящем Руководстве дополнительным требованиям, связанным с необходимым замачиванием грунтов. Погружение забивной либо устройство набивной опытной сваи производится в грунте природной влажности. Методы погружения опытных свай должны быть такими же, как предусмотрено в проекте производства работ. После погружения сваи производится замачивание ее основания, которое продолжается вплоть до окончания статического испытания. Замачивание просадочного грунта производится через специально отрываемые траншеи, устраиваемые по периметру опытной сваи или куста свай на расстоянии 1 м от них. Ширина траншеи понизу должна быть не менее 0,5 м, глубина траншеи 1 — 1,5 м. При длине свай более 10 м со дна траншеи для ускорения замачивания грунта устраиваются дренажные скважины. Диаметр скважин 10 — 20 см, глубина — не более 0,8l, где l — глубина погружения сваи. Скважины полностью, а траншея на 8 — 10 см при испытании вдавливающей нагрузкой и на всю глубину при действии горизонтальной нагрузки засыпаются гравием. В течение всего испытания в траншее поддерживается постоянный уровень воды. Для ускоренного замачивания слой воды в траншее должен быть толщиной порядка 1 м. Ориентировочный расход воды на увлажнение основания одиночной сваи длиной 7 м до начала испытаний должен быть не менее 100 м3 и на каждый последующий метр сваи добавляется по 20 м3. Время замачивания до начала испытания занимает примерно от 8 до 20 сут. в зависимости от глубины погружения сваи и фильтрационных свойств грунтов.

Контроль за увлажнением грунта по глубине толщи ведется путем бурения скважин с отбором проб грунта на влажность и плотность с целью определения его степени влажности G. После того как основание полностью замочено, приступают к нагружению сваи.

В процессе всего испытания сваи в замоченном грунте проводятся наблюдения за осадкой поверхности земли, для чего вокруг сваи устанавливается не менее четырех поверхностных марок на расстоянии порядка 3 — 4 м от опытной сваи.

В грунтовых условиях II типа по просадочности определение несущей способности и осадок одиночных, а также кустов свай должно производиться с учетом возможной просадки грунтов под собственным весом и действия негативных сил трения. Поэтому помимо испытания свай с «ограниченным замачиванием» производится длительное замачивание грунтов в котлованах вместе со сваями. Размер стороны квадратного в плане котлована должен быть равен глубине залегания просадочной толщи, но не менее 20 м. Сваи должны быть нагружены меньшей нагрузкой, чем величина несущей способности свай, определенная в условиях ограниченного замачивания с учетом возможности дополнительного нагружения их от сил негативного трения при просадке. Длина опытных свай определяется расчетом из условия полной прорезки всей просадочной толщи и достаточного заглубления в слой непросадочного грунта. Котлован должен быть оборудован наблюдательной сетью из поверхностных и глубинных реперов, по данным нивелировки которых можно было бы судить о величине послойных деформаций грунтов в пределах всей просадочной толщи. Целесообразно выполнять опытные сваи в виде теизометрических, позволяющих проводить измерения продольных усилий в разных поперечных сечениях ствола сваи для получения данных о распределении касательных напряжений по длине сваи и нормальных напряжений под ее концом в течение всего испытания. Такое испытание при наличии 20 м толщи просадочных грунтов занимает 3 мес. Ввиду значительной технической сложности выполнения этого эксперимента его следует проводить только в исключительных, особо ответственных случаях с привлечением научно-исследовательской организации по специальной программе. Во всех других случаях учет негативных сил трения следует производить по формуле, приведенной в п. 9.10, т.е. расчетным путем. Необходимые при этом данные о послойных деформациях просадочной толщи могут быть получены во вновь осваиваемых районах путем длительного замачивания толщи через котлован без свай либо по данным лабораторных испытаний грунтов на просадочность, выполненных для одного объекта по образцам, отобранным не менее чем из двух шурфов, полностью проходящих просадочную толщу грунтов.

9.10. Несущую способность ФII, тc, свай и свай-оболочек, работающих на сжимающую нагрузку в грунтовых условиях II типа по просадочности, с учетом возможности развития негативного трения грунта следует определять по формуле

, [75(28)]

где ф — несущая способность, тс, сваи и сваи-оболочки в просадочном грунте, определенная на основании статических испытаний с локальным замачиванием, а при их отсутствии — в соответствии с требованиями пп. 9.6 — 9.8 настоящей главы без учета возможности развития негативного трения грунта;

a — коэффициент, учитывающий влияние негативного трения, принимаемый для зданий и сооружений а = 1,4;

т — коэффициент условий работы, принимаемый m = 1:

и — периметр, м, участка ствола сваи и сваи-оболочки, расположенного в пределах слоев грунта, проседающих под действием собственного веса при замачивании;

fi — расчетное сопротивление i-го слоя просадочного грунта основания на боковой поверхности сваи и сваи-оболочки, тс/м2, определяемое в соответствии с указаниями п, 9.6 настоящей главы;

li — толщина, м. i-го слоя просадочного грунта, оседающего при замачивании и соприкасающегося с боковой поверхностью сваи;

hn — расчетная глубина, м, до которой производится суммирование сил бокового трения проседающих слоев грунта, принимаемая равной глубине, где величина просадки грунта от действия собственного веса равна предельно допускаемой осадке для проектируемого здания или сооружения, указанной в задании на проектирование, или по соответствующим данным, приведенным в главе СНиП по проектированию оснований зданий и сооружений.

Примечание. Величина просадки грунтов основания должна определяться в соответствии с требованиями, изложенными в главе СНиП по проектированию оснований зданий и сооружений.

К п. 9.10. Формула [75 (28)], позволяющая учесть силы негативного трения по боковой поверхности свай при просадке грунтов под собственным весом толщи, получена в результате обработки данных натурных испытаний свай в этих условиях.

Указанная в формуле [75 (28)] расчетная глубина hn определяется по графику зависимости суммарной величины просадки Sпp (ось абсцисс) от глубины расположения i-го слоя просадочного грунта h (ось ординат). Расчетная глубина hп — ордината, соответствующая допустимой осадке проектируемого здания или сооружения (рис. 41).


5556861435384158.html
5556879586217047.html
    PR.RU™