Теория работы свай- стоек и висячих свай (свай трения).

По характеру передачи нагрузки на основание различают сваи-стойки и сваи трения (висячие).

Сваи-стойки (рис. 5.15, а) прорезают толщу сжимаемых грунтов и опираются на несжимаемые или малосжимаемые грунты. К несжимаемым грунтам относят скальные породы. Все виды свай, опирающиеся на скальные грунты, считаются сваями-стойками. К малосжимаемым относят грунты с модулем деформации Е > 50 МПа. Забивные сваи, опирающиеся на малосжимаемые грунты, относят также к сваям-стойкам.

Так как сваи-стойки опираются на практически несжимаемые грунты, то при загрузке их вертикальной силой N они не получают вертикального перемещения. Поэтому на боковой поверхности сваи не возникает сил трения грунта. Для длинных свай (более 16 м) в верхней части ствола за счет собственных деформаций сваи могут возникать на се боковой поверхности силы трения. Но они незначительны. В связи с этим принято считать, что сваи-стойки передают нагрузку нижним концом (пятой). Реактивное давление грунта на пяту сваи называют сопротивлением грунта R под нижним концом сваи.

Сваи трения (висячие) опираются на сжимаемые грунты (рис. 5.15, б). Под действием вертикальной нагрузки такие сваи получают перемещение и и на боковой поверхности сваи возникают силы трения грунта, которые принято называть сопротивлением грунта f пo боковой поверхности сваи. Расчетное сопротивление f зависит от способа изготовления сваи. Для забивных свай оно наибольшее, для буровых - наименьшее. Таким образом, у висячих свай работает не только острие, как у свай-стоек, но и боковая поверхность.

Рис. 5.15. Характер работы свай в фунте: а - сваи-стойки; б - висячей сваи (сваи трения)

Методы определения несущей способности свай.

Несущая способность свайных фундаментов (в т. ч. односвайных) устанавливается:

— испытанием грунтов динамическим, статическим зондированием и эталонной сваей по ГОСТ 19912, ГОСТ 20069, ГОСТ 5686;

— расчетными методами с использованием эмпирических и аналитических методов;

— испытанием основания фундамента статической нагрузкой по ГОСТ 5686.

Расчет свайных фундаментов по несущей способности грунтов производится из условия

где N_i— расчетная внешняя нагрузка, передаваемая на отдельную сваю -при наиболее невыгодных сочетаниях усилий, с учетом собственного веса ростверка и свай;

γ_f— коэффициент надежности по нагрузке, принимаемый равным: 0,87-при расчете основания свай по несущей способности и 1,0 при расчете по деформациям;

F_di,—расчетная несущая способность грунта основания одиночной или отдельной сваи в кусте и приходящейся на нее части ростверка;

γ_k—коэффициент надежности метода испытаний, принимаемый по таблице.

Несущая способность свай-стоек и свай, защемленных в грунте, работающих на сжимающую осевую и выдергивающую нагрузки, рекомендуется определять как суммарную расчетную несущую способность основания под (над) уширениями, нижним концом сваи и на ее боковой поверхности по формулам:

для свай-стоек

и

для свай, защемленных в грунте.

где γ_с—коэффициент условий работы сваи в грунте, принимаемый равным1;0;

γ_cr и γ_cf—коэффициенты условий работы грунта под или над уширениями, по длине ствола и под нижним концом сваи, принимаемые в зависимости от вида грунта и способа устройства равными

А—площадь -опирания на грунт нижнего конца (поперечного сечения) -сваи, м², или ее уширений, в т. ч. с учетом их конечных размеров после инъекции или вытрамбовки;

U—усредненный периметр поперечного сечения ствола сваи в i-том слое грунта, м;

R — расчетное сопротивление грунта под или над уширениями (при - выдергивании) по длине ствола и под нижним концом сваи, МПа, принимаемое по данным инженерных изысканий (испытаний), опыта строительства в аналогичных условиях, утвержденным аналитическим или эмпирическим формулам, таблицам и согласованным нормам;

R_fi—расчетное сопротивление (прочность) i-го слоя грунта на боковой поверхности ствола сваи, МПа, определяемое с учетом отсутствия или наличия инъекционной опрессовки или уплотнения грунта и принимаемое аналогично R;

h_i—толщина i-го слоя грунта, м, соприкасающегося с боковой поверхностью сваи, принимаемая разбивкой массива на слои или по толщине прослоек.

Несущая способность одиночной сваи F_d, кН, по результатам полевых испьгтаний грунтов определяется по формуле

где γ_с— коэффициент условий работы, принимаемый для свай, работающих на выдергивающую нагрузку, при глубине погружения в грунт до 4 м равным 0,6; более 4м – равным 0,8; в остальных случаях -равным 1,0;

γ_g—коэффициент надежности по грунту;

F_u,n— частное значение нормативного предельного сопротивления основания сваи, кН.

Предельное сопротивление основания сваи F_u,n и γ_g по результатам ее испытаний по ГОСТ 5686 следует определять:

—если число свай, испытанных в одинаковых грунтовых условиях; составляет менее шести, нормативное значение предельного сопротивления сваи следует принимать равным наименьшему значению предельного сопротивления, полученному по результатам испытаний, а коэффициент надежности пo грунту принимать равным- γ_g =1,0;

— если число свай, испытанных в одинаковых грунтовых условиях, составляет шесть и более, значения F_u,n и γ_g следует определять на основании результатов статистической обработки частных значений предельных сопротивлений свай F_u,, полученных по результатам испытаний, в соответствии с требованиями ГОСТ 20522 применительно к методике определения временного сопротивления;

— если нагрузка при статическом испытании сваи на вдавливание доведена до величины, при которой без увеличения нагрузки происходит непрерывное возрастание осадки (S) (перемещения) сваи (при S <20 мм), то величина этой нагрузки принимается как частное значение предельного сопротивления (F_u) испытываемой сваи.

Во всех остальных случаях за величину частного значения предельного сопротивления сваи (F_u) следует принимать величину нагрузки, при которой испытываемая свая получит осадку (S), мм, меньшую или равную величине, определенной по формуле

где ξ — коэффициент перехода от предельного значения средней осадки (S_u,m),мм, к осадке сваи, установленной при испытаниях по ГОСТ 5686, который принимается равным ξ = 0,2, еcли величина условной стабилизации равна 0,1 мм за последний час наблюдений для песков или пылевато-глинистых грунтов с показателем текучести I_L ≤0,5, залегающих под нижним концом сваи, или за последних два часа наблюдений, если под нижним концом сваи залегают пылевато-глинистые грунты с показателем текучести I_L >0,5;

S_u,mt—предельное значение средней осадки фундамента проектируемого сооружения, мм, определяемое по таблице.

Несущая способность одиночной защемленной в грунте сваи заводекого изготовления опирающейся на малопрочные (рыхлые) песчаные грунты или на пылевато-глинистые грунты с показателем текучести I_L >0;6; определяется пo результатам статических испытаний сваи.