12.2.6. Сейсмостойкость свайных фундаментов (ч.1)

Область применения свайных фундаментов в сейсмических районах в основном та же, что и в несейсмических, т.е. свайные фундаменты в условиях сейсмики применяются в аналогичных грунтах и для тех же нагрузок на фундаменты, что и в несейсмических районах. Как и в статических условиях, для принятия окончательного варианта фундамента для сейсмических районов необходимо провести технико-экономическое сравнение вариантов.

При проектировании свайных фундаментов в сейсмических районах нижние концы свай следует опирать на скальные грунты, крупно-обломочные грунты, плотные и средней плотности песчаные грунты, твердые, полутвердые и тугопластичные глинистые грунты. Опирание нижних концов свай в сейсмических районах на рыхлые водонасыщенные пески, глинистые грунты мягкопластичной, текучепластичной и текучей консистенции не допускается.

Опирание свай на наклонные пласты скальных и крупнообломочных пород допускается в том случае, если устойчивость при сейсмических воздействиях массива грунта, расположенного на указанных породах, обеспечивается не за счет свайного фундамента и если при этом исключается возможность проскальзывания нижних концов свай. Допускается опирание свай на плотные и средней плотности водонасыщенные пески, при этом их несущая способность, как правило, должна определяться по результатам полевых испытаний свай на имитированные сейсмические воздействия.

Величина заглубления в грунт свай в сейсмических районах должна быть не менее 4 м, за исключением случаев их опирания на скальные грунты.

Набивные сваи в сейсмических районах следует устраивать в маловлажных устойчивых связных грунтах при диаметре свай не менее 40 см и отношении их длины к диаметру не более 25. При этом необходимо вести строгий контроль за качеством изготовления свай, гарантирующий точное соответствие их формы и размеров с проектом. Как исключение допускается прорезание слоев водонасыщенных грунтов с применением извлекаемых обсадных труб или глинистого раствора. В структурно-неустойчивых грунтах применять набивные сваи можно только с обсадными оставляемыми трубами. Армирование набивных свай в сейсмических районах является обязательным, при этом минимальный процент армирования должен приниматься равным 0,05.

При проектировании фундаментов из набивных свай в сейсмических районах предпочтение следует отдавать набивным сваям, при изготовлении которых в их основание втрамбовывают щебень, гравий, жесткий бетон и т.п.

А. РАСЧЕТ ЗАБИВНЫХ И НАБИВНЫХ СВАЙ (ч.1)

Расчет свайных фундаментов зданий и сооружений с учетом сейсмических воздействий производится на особое сочетание нагрузок (включая сейсмическое воздействие) по предельному состоянию первой группы и предусматривает:

• определение несущей способности свай на вертикальную нагрузку;
• проверку свай по сопротивлению материала на совместное действие расчетных усилий: нормальной силы, изгибающего момента и перерезывающей силы;
• проверку устойчивости сваи по условию ограничения давления, оказываемого на грунт боковыми поверхностями сваи.

Для фундаментов с высоким свайным ростверком расчетные значения сейсмических сил следует определять как для зданий или сооружений с гибкой нижней частью, увеличивая коэффициент динамичности β_i (определяемый согласно требованиям главы СНиП II-7-81) в 1,5 раза, если период колебаний основного тона составляет 0,4 с и более. При этом значение коэффициента динамичности β_i должно быть не более 3 и не менее 1,2.

Для свай-стоек несущая способность на действие вдавливающей нагрузки определяется так же, как и в условиях статики, без введения понижающих коэффициентов.

Несущая способность Ф^p_c забивной призматической и набивной сваи, работающей на осевую сжимающую нагрузку, с учетом сейсмических воздействий определяется по формуле

,

где γ_с — коэффициент условий работы сваи в грунте, принимаемый равным 1; R — расчетное сопротивление грунта под нижним концом сваи; A_p — площадь опирания на грунт сваи, принимаемая по площади поперечного сечения сваи брутто или по площади поперечного сечения камуфлетного уширения по его наибольшему диаметру; u_p — наружный периметр поперечного сечения сваи; I_t — расчетное сопротивление i-го слоя грунта основания па боковой поверхности сваи (учитывается, начиная с глубины h_p; l_pi — толщина i-го слоя грунта, соприкасающегося с боковой поверхностью; γ_eq, γ_eqi — коэффициенты условий работы, учитывающие влияние сейсмических колебаний на напряженное состояние грунта под нижним концом и на боковой поверхности сваи в i-м слое грунта (табл. 12.8); h_p — глубина, до которой не учитывается сопротивление грунта на боковой поверхности сваи; d_р — глубина погружения сваи в грунт; γ_R, γ_f — коэффициенты условий работы грунта соответственно под нижним концом и на боковой поверхности сваи, учитывающие влияние способа погружения или устройства свай на расчетные сопротивления грунта.

Глубина, до которой не учитывается сопротивление грунта на боковой поверхности сваи, определяется по формулам:

для забивной сваи

для набивной сваи (h_p принимается не боле ξ₁/α₁)

,

Грунты	Коэффициент	Значения коэффициентов при расчетной сейсмичности, баллы
		7	8	9
Маловлажные пески средней плотности и плотные	γeq и γeqi	0,95 –	0,85 –	0,75 –
Глинистые с консистенцией: твердой	γeq	1 1	0,95 0,95	0,85 0,8
полутвердой и тугопластичной	γeq и γeqi	0,95 0,9	0,9 0,8	0,85 0,65
мягкопластичной	γeq	0,85 0,8	0,86 0,7	0,7 0,6
текучепластичной	γeqi	0,75 0,75	0,7 0,65	0,6 0,5

где α_d — коэффициент деформации, м^–1, системы «свая–грунт»; при расчете спайных фундаментов на особое сочетание нагрузок с учетом сейсмических воздействий определяется по результатам выполняемых форсированным методом испытаний одиночных свай горизонтальной статической нагрузкой; при прорезании сваями однородных слоев грунта с поверхности до глубины не менее 4 м можно определять коэффициент α_d по указаниям гл. 8; F*_h = F_h + ξ₄α_dM (здесь F_h и M — расчетные значения горизонтальной силы и изгибающего момента, приложенных к свае на уровне поверхности грунта); ξ₁, ξ₂, ξ₃, ξ₄ — безразмерные коэффициенты (табл. 12.9); φ_I — расчетный угол внутреннего трения, принимаемый пониженным на следующие величины: для расчетной сейсмичности 7 баллов — на 2 град; 8 баллов — на 4 град; для 9 баллов — на 7 град; b'_p — условная ширина поперечного сечения сваи, принимаемая для свай с диаметром ствола от 0,8 м и более b'_р = b_р + 1 м, для остальных размеров сечений свай b'_p = 1,5b_р + 0,5 м; b_р — наружный диаметр круглого или сторона квадратного сечения сваи.

Приведенная глубина погружения определяется по формуле

где d_p — глубина погружения сваи в грунт; для свай с уширенной пятой — расстояние от поверхности грунта до начала уширения, если отношение диаметра уширения к диаметру ствола сваи не менее 1,5, в противном случае — расстояние от поверхности грунта до подошвы уширенной пяты.

Коэффициент деформации находится следующим образом:

,

где K — коэффициент пропорциональности, принимаемый в зависимости от вида грунта, окружающего сваю, по указаниям гл. 8; ЕI — жесткость поперечного сечения сваи.

Для грунтов, которые не указаны в табл. 12.9, но в которых могут быть применены сваи, рекомендуется проводить испытания свай имитированными сейсмическими воздействиями.

Несущую способность любых видов свай на выдергивающие нагрузки с учетом сейсмических воздействий следует определять только по результатам полевых испытаний свай имитированными сейсмическими воздействиями.

При расчете свайных фундаментов с учетом сейсмических воздействий проверка устойчивости грунта по условию ограничения давления, передаваемого на грунт боковыми поверхностями свай, должна выполняться в любом случае независимо от размеров сваи и вида грунта, окружающего сваю: при этом значения расчетного угла внутреннего трения (φ_I принимаются уменьшенными, так же как и в формуле (12.73).

Расчетные усилия в сваях, а также давление, передаваемое на грунт боковыми поверхностями свай, при особом сочетании нагрузок определяются в соответствии с указаниями гл. 8.

Для наиболее распространенной конструкции свайного фундамента, имеющей жесткое сопряжение сваи с ростверком при приведенной длине d'_p > 2, максимальные значения изгибающего момента и поперечной силы определяются по формуле

а максимальные напряжения в грунте на глубине z = 1,2/α_d — по формуле

где F_h — горизонтальная расчетная нагрузка, приходящаяся на сваю на уровне подошвы находящегося на грунте ростверка; a_m, а_р — коэффициенты, значения которых зависят от приведенной глубины погружения сваи: а_m = 1,06 и a_p = 0,73 при d'_p = 2; а_m = 0,93 a_p = 0,65 при d'_p ≥ 4.