Выбор типа, длины и поперечного сечения сваи

Сваи по условиям работы в грунте (в зависимости от свойств грунтов, залегающих под нижним концом) подразделяются на сваи стойки и висячие сваи.

Сваи, которые передают нагрузку нижним концом на практически несжимаемые грунты (скальные, полускальные породы, гравийно-галечные отложения, глины твердой консистенции), относят к сваям стойкам. Силы трения грунта по боковой поверхности свай стоек при расчете их несущей способности не учитываются. Свая-стойка работает как сжатая стойка.

Если основание имеет значительную толщу слабых грунтов, то применяются висячие сваи – сваи трения, которые своим концом должны быть заглублены в несущий относительно прочный слой. Висячие сваи передают нагрузку на грунт боковой поверхностью и нижним концом.

Длина сваи назначается после принятия глубины заложения ростверка и определяется глубиной заложения прочного грунта, в который заглубляется свая и уровнем расположения подошвы ростверка. При назначении длины сваи слабые грунты (насыпные, торф, грунты в текучем и рыхлом состоянии) необходимо прорезать, а концы свай заглублять в прочные грунты. Глубина внедрения сваи в несущий слой должна быть:

- в пески гравелистые, крупные и средней крупности и глинистые грунты с показателем текучести J_L ≤ 0,1 на глубину не менее 0,5 м;

- в прочие виды нескальных грунтов - не менее 1,0 м.

При центральном нагружении ростверка минимальная длина сваи 2,5 м, при внецентренном нагружении – 4,0 м.

Длина сваи – L (расстояние от головы до начала заострения) определяется из выражения:

L = δ + H + L_{несущ. слоя}, (29)

где δ – глубина заделки сваи в ростверк, м;

H – мощность слабых грунтов, которые проходит свая, м;

L_{несущ. слоя} – глубина внедрения сваи в несущий слой, м.

Глубина заделки сваи в ростверк зависит от вида соединения:

- при свободном соединении головка сваи входит в ростверк на глубину 5-10 см, такое соединение возможно для центрально нагруженных свай;

- при жестком соединении величина заделки сваи в ростверк должна быть не менее 30 диаметра рабочей арматуры, такое соединение предусматривается при расположении свай в слабых грунтах при действии нагрузки с большим эксцентриситетом или при значительных горизонтальных нагрузках.

Полученную длину сваи округляют до длины стандартной сваи (в большую сторону) и принимают поперечное сечение свай (таблица 11).

Т а б л и ц а 11 Сваи железобетонные забивные призматические

(по ГОСТ 19804-78)

Сечение сваи, мм	Длина свай, м	Марка бетона	Сечение и класс продольной арматуры
200 200	3,0 - 6,0 (кратной 0,5 м)	В15	4d12 А400
250 250	4,5 – 6,0 (кратной 0,5 м)	В15	4d12 А400
300 300	3,0 – 6,0 (кратной 0,5 м); 7,0	В15	4d12 А400
300 300	8,0; 9,0; 10,0	В20	4d12 А400
300 300	11,0; 12,0	В20	4d16 А400
350 350	8,0; 9,0; 10,0 (кратной 1,0 м)	В20	4d12 А400
350 350	11,0; 12,0	В20	4d16 А400
350 350	13,0 - 16,0 (кратной 1,0 м)	В25	8d16 А400
400 400	13,0 - 16,0 (кратной 1,0 м)	В25	8d16 А400

 

7.4. Определение несущей способность сваи и количество свай

После назначения глубины заложения ростверка и определения длины сваи находят несущую способность сваи.

Несущая способность сваи определяется из условий прочности материала сваи и грунта. В последующих расчетах используют меньшую из двух значений несущую способность.

Несущая способность сваи (сваи-стойки и висячей) по материалу определяется по формуле:

, кН (30)

где γ_с – коэффициент условий работы сваи в грунте (при размере поперечного сечения сваи не более 200х200 мм - γ_с = 0,9; более 200х200 мм - γ_с = 1;

φ – коэффициент, учитывающий особенности загружения и для свай, полностью находящихся в грунте, φ = 1;

R_b – расчетное сопротивления бетона сжатию (табл. 12), кПа;

R_s – расчетное сопротивление арматуры растяжению (табл. 12), кПа;

А – площадь поперечного сечения сваи, м²;

А_s – площадь поперечного сечения всех продольных стержней, м².

Т а б л и ц а 12 Расчетные сопротивления бетона и арматуры

(по СП 52-101-2003)

Расчетные сопротивления тяжелого бетона
Класс бетона	В10	В15	В20	В25	В30
Rb, МПа	6,0	8,5	11,5	14,5	17,0
Расчетные сопротивления стержневой арматуры
Класс арматуры	А240	А300	А400	А500	В500
Rs, МПа

 

Несущую способность по грунту свай-стоек определяют по формуле:

, кН (31)

где γ_с – коэффициент условий работы сваи в грунте, принимают равным 1;

R – расчетное сопротивление грунта под нижним концом сваи, принимаемое для скальных, полускальных породы, гравийно-галечных отложений, глин твердой консистенции R = 20000 кПа;

А – площадь опирания поперечного сечения сваи на грунт, м².

Несущая способность по грунту висячей сваи определяется по формуле:

, кН (32)

где γ_с – коэффициент условий работы сваи в грунте, принимают равным 1;

γ_сR; γ_сf – коэффициенты условий работы грунта под нижним концом и по боковой поверхности сваи, учитывающие влияние способа погружения сваи, для забивных свай γ_сR = γ_сf = 1;

R – расчетное сопротивление грунта под нижним концом сваи, принимается по таблице 13, кПа;

А – площадь поперечного сечения сваи, м²;

u – периметр поперечного сечения сваи, м;

f_i – расчетное сопротивления i-го слоя грунта основания мощностью h_i (не более 2,0 м) по боковой поверхности сваи, принимаемое по таблице 14, кПа.

h_i – толщина i-го слоя грунта, соприкасающегося с боковой поверхностью сваи, м.

При определении f_i и h_i пласты грунтов, прорезанные сваей, следует расчленить на однородные слои толщиной не более 2,0 м.

Для песков плотного сложения расчетное сопротивления грунта под нижним концом сваи (R) повышается на 60%, а расчетное сопротивления грунта по боковой поверхности сваи (f_i) – на 30%.

Рис. 14. Схема к определению несущей способности по грунту висячей сваи

Т а б л и ц а 13 Расчетные сопротивления грунта под нижним концом забивных свай, R

Глубина погружения нижнего конца сваи zR, м	Расчетное сопротивление песчаных грунтов средней плотности, МПа
гравелистые	крупные	-	Средней крупности	мелкие	пылеватые	-
и глинистых грунтов с консистенцией JL, МПа
0,0	0,1	0,2	0,3	0,4	0,5	0,6
	7,5					1,1	0,6
	8,3		3,8			1,25	0,7
	8,8					1,3	0,8
	9,7		4,3			1,4	0,85
	10,5					1,5	0,9
	11,7		5,6		2,9	1,65	1,0
	12,6	8,5	6,2		3,2	1,8	1,1
	13,4		6,8	5,2	3,5	1,95	1,2
	14,2	9,5	7,4	5,6	3,8	2,1	1,3
					4,1	2,25	1,4

П р и м е ч а н и е. Значения R в числителе соответствуют пескам средней плотности, а в знаменателе – глинистым грунтам. Для песков плотного сложения расчетное сопротивления грунта под нижним концом сваи (R) повышается на 60%.

 

 

Т а б л и ц а 14 Расчетные сопротивления по боковой поверхности свай, f

Расстояние от поверхности земли до середины рассматриваемого слоя zi, м	Расчетное сопротивление f песчаных грунтов средней плотности, кПа
Крупные и средней крупности	мелкие	пылеватые
Расчетное сопротивление f глинистых грунтов с консистенцией JL, кПа
0,2	0,3	0,4	0,5	0,6	0,7	0,8	0,9	1,0

П р и м е ч а н и я. Для плотных песков значение f увеличивается на 30%.

Определение допустимой нагрузки на сваю

Расчетная (допустимая) нагрузка на сваю определяется по формуле:

, где (33)

γ_g = 1,4– коэффициент надежности по грунту.

Определение числа свай

Для определения количества свай необходимо знать ориентировочный вес ростверка и грунта на его ступенях. Для этого находят среднее давление на основание под подошвой ростверка (Р_Р) из условия, что минимальное расстояние между сваями висячими в кусте составляет 3d, сваями стойками – 1,5d, где d – размер поперечного сечения сваи.

Для висячей сваи: . (34)

Для сваи-стойка: . (35)

Зная Р_р определяют площадь подошвы ростверка, м²:

, (36)

где N_I – расчетная нагрузка по обрезу фундамента;

γ_ср – средний удельный вес материала фундамента и грунта принимают 20 кН/м³;

d_р – глубина заложения ростверка, м;

γ_р - коэффициент надежности по нагрузке, равный 1,1.

Ориентировочно вес ростверка и грунта определяем из выражения:

. (37)

Количество свай определяется по формуле:

, где (38)

k – коэффициент, учитывающий действие момента, принимаемый k = 1…1,6.

Полученное число свай округляется до целого числа в сторону увеличения, удобного для размещения и забивки.

Конструирование ростверка

Конструирование ростверка начинают с размещения свай в плане. Желательно сваи размещать в плане фундамента правильными рядами. Оси одиночных свайных рядов должны совпадать с линиями действия нагрузок. Сваи могут располагаться в рядовом или шахматном порядке. Ряды свай располагают на равных расстояниях.

Если сваи висячие, то минимальное расстояние между осями свай принимают не менее 3d.

Если свая стойка, то минимальное расстояние между осями свай принимают не менее 1,5d.

Ленточные фундаменты – сваи располагаются в один, два и три ряда. Расстояние между сваями можно определить из выражения:

, (39)

где k_p – число рядов свай;

N – расчетная нагрузка от сооружения и от веса ростверка, грунта на 1 м длины фундамента, кН/м.

Расстояние от наружной грани сваи до края ростверка (свес) принимается не менее 0,25 м