8.2. РАСЧЕТ СВАЙ И СВАЙНЫХ ФУНДАМЕНТОВ
Сваи и свайные фундаменты рассчитывают по предельным состояниям двух групп. По предельным состояниям первой группы определяют несущую способность свай по грунту, прочность материала свай и ростверков, устойчивость свай и фундаментов; по предельным состояниям второй группы рассчитывают осадки оснований свайных фундаментов, горизонтальные перемещения свай и фундаментов, образование или раскрытие трещин в железобетонных сваях и ростверках.
8.2.1. Методы определения несущей способности свай и область их применения
Несущая способность свай на вдавливающую нагрузку определяется согласно СНиП II-17-77 следующими способами:
- – по характеристикам грунтов основания [табл. 1 и 2, формулы (4) и (7)];
- – динамическим [формулы (17) и (18)];
- – по данным статического зондирования [формулы (20) — (24)];
- – по результатам статических испытаний натурных и эталонных (инвентарных малого сечения) свай [формулы (15) и (16)].
При установленной несущей способности по формуле (1) СНиП II-17-77 вычисляется расчетная нагрузка, воспринимаемая сваей по грунту.
Для предварительного определения расчетной нагрузки на забивную сваю по характеристикам грунтов основания можно воспользоваться рис. 8.7, а по динамическому методу — таблицами приложения 5 Руководства [3]. Графики, приведенные на рис. 8.7, составлены для забивной сваи сечением 30×30 см, расчетная нагрузка на которую определяется как сумма расчетных нагрузок, воспринимаемых нижним концом Fv1 и боковой поверхностью сваи Fv2. Для забивных свай других сечений расчетная нагрузка определяется по формуле
(8.1)где Fv2 и Fv1 — расчетная нагрузка, воспринимаемая соответственно боковой поверхностью и нижним концом сваи сечением 30×30 см и определяемая по рис. 8.7; up, А — периметр, м, и площадь поперечного сечения, м2, нижнего конца сваи.
При прорезании сваями разнопрочных грунтов Fv1 каждого слоя грунта принимается как разность между расчетными нагрузками, соответствующими подошве и кровле слоя.
Результаты многочисленных сопоставлений несущих способностей свай, определяемых перечисленными методами, показали, как видно из табл. 8.10, что наиболее достоверным, но более дорогим и длительным методом являются статические испытания свай, наименее достоверными и наиболее дешевыми — методы динамический и по характеристикам грунтов основания.
Статические испытания натурных свай следует проводить на стадии изысканий в целях наиболее достоверного определения объемов и стоимости фундаментов в следующих случаях:
- – при количестве свай на объекте более 1000;
- – при слабых грунтах большой (более 10 м) мощности;
- – при сваях длиной более 15 м;
- – для уникальных и очень тяжелых (более 20 000 кН на колонну) зданий и сооружений;
- – для опирающихся на сжимаемый грунт свай, на которые предполагается допустить нагрузки, соответствующие прочности материала на сжатие;
- – при прорезании лессовых грунтов II типа по просадочности.
В лессовых грунтах II типа по просадочности статические испытания натурных свай, которые должны полностью прорезать просадочную толщу, следует проводить с длительным полным замачиванием грунтов до проявления просадок и их стабилизации. Размеры замачиваемого котлована в плане принимаются не менее толщины слоя просадочных грунтов. Если по каким-либо причинам проведение статических испытаний на стадии изысканий оказывается невозможным, они должны быть проведены в начальный период строительства.
Статические испытания эталонных свай следует проводить только в процессе изысканий на стадии проекта при двухстадийном проектировании и на стадии рабочей документации при одностадийном проектировании в случаях, когда предполагается проектирование свай длиной до 15 м.
Для крупных объектов испытания эталонных свай следует проводить в сочетании с натурными испытаниями свай в начальный период строительства, что дает существенный экономический эффект.
Статическое зондирование является неотъемлемой частью изысканий на всех стадиях проектирования и должно использоваться для определения несущей способности свай длиной до 15—20 м.
Динамические испытания и расчет по характеристикам грунтов основания могут использоваться только для предварительной ориентировочной оценки несущей способности свай.
ТАБЛИЦА 8.10. ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ И ДОСТОВЕРНОСТЬ РАЗЛИЧНЫХ МЕТОДОВ ОПРЕДЕЛЕНИЯ НЕСУЩЕЙ СПОСОБНОСТИ СВАИ
| Метод | Единица измерения | Средняя продолжительность определения, смен | Средняя стоимость определения, руб. | Машины или оборудование | Относительная (в долях единицы) несущая способность в грунтах | |
| глинистых | песчаных | |||||
| Испытание пробных свай статической нагрузкой | 1 испытание | 6,5 | 1023 | Кран, копер, балки, компрессор, сварочный агрегат | 1 | 1 |
| Испытание производственных свай статической нагрузкой | то же | 6,5 | 543 | Кран, балки, компрессор сварочный агрегат | 1 | 1 |
| Испытание эталонных свай статической нагрузкой | –||– | 1,5 | 762 | Копер КСМ-12, балки | 0,83 | 0,76 |
| Статическое зондирование грунтов | 1 точка зондирования | 0,25 | 54 | Установка С-979 | 0,76 | 0,73 |
| Расчеты по табл. 1 и 2 СНиП II-17-77 | 1 расчет | 0,1 | 1,5—2,5 | – | 0,6 | 0,65 |
| Динамические испытания свай | 1 испытание | 0,1 | 180 | Копер | 0,62 | 0,58 |
Использование динамических испытаний оправдано в сочетании со статическими испытаниями свай для определения степени неоднородности грунтов в пределах объекта и контролирования расчетной нагрузки на производственные сваи, определяемой с учетом поправочного коэффициента, устанавливаемого в сопоставлении со статическими испытаниями.
При наличии нескольких методов определения несущей способности свай их следует использовать в следующем порядке: статические испытания натурных свай, статические испытания эталонных свай, статическое зондирование, динамические испытания, расчет по характеристикам грунтов основания. Каждый последующий метод используется для определения расчетной нагрузки при отсутствии предыдущего метода.
Для предварительной оценки целесообразности применения какого-либо вида свайного фундамента расчетную нагрузку на сваю можно принять по табл. 8.11, в которой меньшие значения расчетных нагрузок на сваи соответствуют более слабым грунтам и меньшим длинам свай, а расчетные нагрузки для буронабивных свай определены для глинистых грунтов.
ТАБЛИЦА 8.11. ОРИЕНТИРОВОЧНЫЕ РАСЧЕТНЫЕ НАГРУЗКИ НА СВАЮ
| Свая | Параметры свай | Нагрузка2, кН | ||||
| размер сечения или диаметр1, см | длина, м | прочность ствола по материалу, кН | при гравелистых крупным песках и глинистых грунтах IL = 0,0—0,1 | при песках средней крупности и глинистых грунтах с IL = 0,2—0,3 | при мелких пылеватых песках и глинистых грунтах IL = 0,4—0,5 | |
| Забивная квадратного сечения но ГОСТ 10804.1-79 | 25×25 | 4,6—6 | 660 | 500—800 | 300—400 5—10 |
150—300 3—5 |
| 30×30 | 3—12 | 1000 | 700—1000 | 300—600 10—15 |
200—400 5—10 |
|
| 35×35 | 10—16 | 1850 | 1300—1850 | 600—1200 30—60 |
350—500 15—20 |
|
| 40×40 | 13—20 | 2000 | 1400—2000 | 900—1300 35—60 |
600—800 20—25 |
|
| Полая круглая по ГОСТ 19804.5-83 и ГОСТ 19804.6-83 | 40 | 4—12 | 1060 | 600—1050 | 300—1050 30—50 |
200—800 20—30 |
| 60 | 4—12 | 1350 | 700—1350 | 400—1350 60—80 |
300—1350 30—50 |
|
| 60 | 4—12 | 2000 | 1000—2000 | 600—2000 100—150 |
400—2000 80—100 |
|
| 80 | 4—12 | 3700 | 1800—3700 | 1100—3700 200—250 |
600—3700 120—150 |
|
| Буронабивная без уширения | 50 | 10—30 | 1400 | 200—1200 | 200—1100 60—80 |
150—1000 40—60 |
| 60 | 2000 | 300—1900 | 250—1800 100—150 |
200—1800 80—100 |
||
| 80 | 3500 | 500—2800 | 400—2700 200—250 |
350—2500 100—150 |
||
| 100 | 3500 | 800—3800 | 600—3500 300—400 |
550—3300 250—300 |
||
| 120 | 8000 | 1100—4950 | 900—4500 400 |
800—4200 300 |
||
| Буронабивная с уширенной пятой | 50/120 и 50/160 | 10—30 | 1400 | 900—1400 | 650—1400 60—80 |
500—1400 40—60 |
| 60/160 | 2000 | 1700—2000 | 1150—2000 100—150 |
950—200 80—100 |
||
| 80/180 | 3500 | 2000—3500 | 1600—3500 200—260 |
1200—3500 100—150 |
||
1 Перед чертой указан диаметр ствола, за чертой — диаметр уширения.
2 Над чертой приведены значения вдавливающей нагрузки, под чертой — горизонтальной.