Работа группы свай и свайных фундаментов, определение фактической нагрузки на сваи от сооружения при центрально и внецентренно действии сил.

 

По характеру работы висячих свай под действием вертикальной нагрузки различают работу одиночной сваи и одной сваи в кусте. Висячие сваи передают усилия на грунты основания через боковую поверхность и нижний конец. В зависимости от соотношения этих усилий эпюры вертикальных напряжений, возникающих в горизонтальной плоскости, проходящей через нижний конец сваи, будут иметь различную форму. Приближенно такую объемную эпюру можно представит в виде конуса, который проецируется на вертикальную плоскость в виде треугольника (рис. 5.24, а). Под действием этих напряжений основание будет давать осадку.

Рис. 5.24. Схемы работы сваи в груше; а - одиночной: б - в составе свайного куста

При загрузке свайного куста эпюры нормальных вертикальных напряжений в основании свай накладываются друг на друга (при шаге свай менее 6d и суммарная эпюра напряжений в основании свайного куста (рис. 5.24. б) существенно превышает эпюру напряжений одиночной сваи как по интенсивности, так и по размерам площади. Это приводит к большей величине осадки свайного куста (s_а < s_б). При шаге свай от 6d до 3d наложение эпюр напряжений не приводит к уменьшению несущей способности сваи, а в то же время осадка свайного куста больше, чем осадка одиночной сваи. Это объясняется взаимным влиянием загружения основания свай в кусте.

Расчет свайных фундаментов из свай, защемленных в грунте, и их оснований по деформациям следует производить как для условного фундамента на естественном основании. Границы условного фундамента определяются:

— сверху – поверхностью планировки грунта;

— снизу – плоскостью, проходящей через нижние концы свай;

— с боков – вертикальными плоскостями, отстоящими от наружных граней крайних рядов вертикальных свай на расстоянии (а), м, определяемом по формуле

где h –глубина погружения сваи в грунт от подошвы ростверка, м;

 φ_H,mt осредненное расчетное значение угла внутреннего трения грунтов (град.) в пределах глубины погружения сваи (h), м.

В пылевато-глинистых грунтах с показателем текучести I_L > 0,6 значение (а) недолжно быть больше 2d, где (d) диаметр или меньшая сторона поперечного сечения сваи.

Если при строительстве предусматривается планировка территории подсыпкой (намывом) высотой более 2 м или другой постоянной (долговременной) пригрузкой территории, эквивалентной подсыпке, а в пределах глубины погружения свай залегают слои слабых сильносжимаемых биогенных грунтов толщиной более 30 см, то значение осадки свайного фундамента из свай, защемленных в грунте, следует определять с учетом уменьшения габаритов условного фундамента, который в этом случае как при вертикальных, так и наклонных сваях принимается ограниченным с боков вертикальными плоско­стями, отстоящими от наружных граней крайних рядов вертикальных свай на расстоянии, определяемом по формуле (5.11), в которой значение (h) принимается равным расстоянию от нижней границы слоя слабого грунта до нижних концов свай.

Свайные фундаменты из свай-стоек допускается не рассчитывать по деформациям.

При проектировании свайных фундаментов необходимо: выбрать глубину заложения подошвы ростверка, тип, вид и размеры (длину и поперечное сечение) свай; найти несущую способность сваи; определить необходимое число свай в фундаменте; разместить сваи в плане и сконструировать ростверк; произвести проверку нагрузки, приходящейся на каждую сваю; определить осадку свайного фундамента. Глубину заложения подошвы ростверка выбирают, сообразуясь с особенностями сооружения (наличие подвальных этажей, приямков и т. п.).

Размеры свай также выбирают с учетом характера напластования грунтов. Поперечное сечение свай принимают в зависимости от их длины, так как очень большая гибкость свай может вызвать искривление их ствола по мере погружения его в грунт

Расчет ведут по первой группе предельных состояний. Ориентировочное число свай в центрально нагруженном кусте определяют по формуле

Зная число свай, их размещают в плане и конструируют ростверк. В центрально нагруженном свайном фундаменте сваи располагают рядами или в шахматном порядке. Как отмечалось ранее, минимальное расстояние а между осями цилиндрических и призматических свай принимают равным 3d (d размер поперечного сечения сваи). Расстояние от края ростверка до оси крайнего ряда свай зависит от точности погружения свай в грунт или от способа их изготовления, Для забивных свай это расстояние чаще всего принимают равным размеру поперечного сечения сваи. Ростверк (обычно железобетонный) рассчитывают на продавливание колонной или сваей и на изгиб в соответствии с расчетом фундаментов по нормам на железобетонные конструкции.

Сваи, работающие только на сжатие, заделывают в ростверке обычно на глубину 5... 10 см. Сваи, работающие на выдергивание или изгиб, следует прочно заделывать в ростверк. Для этого бетон головы свай разбивают и обнаженную арматуру заделывают в ростверке. Проверку расчетной нагрузки, приходящейся на каждую сваю, при центральном нагружении фундамента осуществляют по формуле N=*(N₀ + G_f+G_s)/n,) где G/, Gg— расчетные нагрузки от веса фундамента и грунта и ростверка; в—принятое число свай в фундаменте. При этом должно удовлетворяться условие где ук — коэффициент надежности, принимаемый в зависимости от точности определения несущей способности сваи.Если это условие не удовлетворяется, изменяют число свай и проводят повторную проверку.

Проектирование внецентренно нагруженных свайных фундаментов. При внецентренном загружении фундамента различают два случая: I случай-—момент действует постоянно; II случай— момент непостоянен и может действовать то справа, то слева. В I случае стремятся совместить центр тяжести сечений свай в кусте с точкой приложения равнодействующей. Тогда свайный куст будет испытывать центральное загружение, и нагрузку на сваи проверяют.

Размещать сваи с большей частотой у наиболее загруженного края ростверка нежелательно из-за возможного крена ростверка. Во II случае при проектировании таких фундаментов удается несколько снизить влияние момента на -их работу частичным смещением центра тяжести сечений свай в кусте относительно оси конструкции. Число свай внецеитренно нагруженного фундамента обычно и увеличивают приблизительно на 20 %,

Расчетную нагрузку на сваю при эксцентриситете относительно двух осей инерции площади сечений свай в кусте находят по формуле внецентренного сжатия

Учитывая, что при применении свай одинакового поперечного сечения и момент инерции сечения сваи относительно собственной оси инерции / во много раз меньше а при отсутствии заделки свай в ростверке вообще равен нулю, поэтому При учете ветровых и крановых нагрузок разрешается принимать расчетную нагрузку на крайние ряды свай на 20 % больше.