Расчет свай, свайных и комбинированных свайно-плитных фундаментов по деформациям

7.4.1 Расчет осадок свайных фундаментов (расчет по второй группе предельных состояний) допускается выполнять с использованием расчетных схем, основанных на модели грунта как линейно-деформируемой среды, при обязательном выполнении условия (7.2).

Осадка одиночной висячей сваи рассчитывается в соответствии с 7.4.2 и 7.4.3.

Осадка малой группы (п ≤ 25) висячих свай (свайного куста) рассчитывается в соответствии с 7.4.4 и 7.4.5 по методике, учитывающей взаимное влияние свай в кусте.

Осадка большой группы висячих свай (свайного поля) может быть определена с использованием модели условного фундамента на естественном основании в соответствии с 7.4.6-7.4.9.

Осадку комбинированных свайно-плитных фундаментов рекомендуется рассчитывать по 7.4.10-7.4.14.

Полученные расчетом значения осадок свайного фундамента не должны превышать предельных значений по условию (7.4).

Расчет свай по деформациям на совместное действие вертикальной и горизонтальной сил и момента следует выполнять в соответствии с приложением В.

При надлежащем обосновании допускается производить расчеты деформаций свайных фундаментов в нелинейной постановке с использованием апробированных моделей грунта и численных методов расчета.

Расчетосадкиодиночнойсваи

7.4.2 Расчет осадки одиночных свай, прорезающих слой грунта с модулем сдвига G ₁, МПа, коэффициентом Пуассона v₁ и опирающихся на грунт, рассматриваемый как линейно-деформируемое полупространство, характеризуемое модулем сдвига G ₂ и коэффициентом Пуассона v ₂ допускается производить при выполнении требований подраздела 7.2 и при условии l/d > G ₁ l/G ₂ d > 1 (где l - длина сваи, м, d - наружный диаметр поперечного сечения ствола сваи, м) по формулам:

а) для одиночной висячей сваи без уширения пяты

(7.32)

где N - вертикальная нагрузка, передаваемая на сваю, МН;

β - коэффициент, определяемый по формуле

(7.33)

здесь β' = 0,17ln(k_vG ₁ l/G ₂ d) - коэффициент, соответствующий абсолютно жесткой свае (ЕА = ∞);

α' = 0,17ln(k_{v 1} l/d) - тот же коэффициент для случая однородного основания с характеристиками G ₁ и v ₁;

χ = EA/G ₁ l² - относительная жесткость сваи;

ЕА - жесткость ствола сваи на сжатие, МН;

λ ₁ - параметр, характеризующий увеличение осадки за счет сжатия ствола и определяемый по формуле

(7.34)

k_v, k_{v 1} - коэффициенты, определяемые по формуле

k_v = 2,82 - 3,78 v + 2,18 v ² (7.35)

соответственно при v = (v ₁ + v ₂)/2 и при v = v ₁

б) для одиночной сваи с уширением пяты или сваи-стойки

(7.36)

где d_b - диаметр уширения сваи.

Расчет осадки одиночной буронабивной сваи в билинейной постановке для расчета односвайных фундаментов см. в приложении Д.

(Опечатка. Июнь 2011 г.)

7.4.3 Характеристики G ₁ и v ₁ принимаются осредненными для всех слоев грунта в пределах глубины погружения сваи, a G ₂ и v ₂ - в пределах 0,5 l, т.е. на глубинах от l до 1,5 l от верха свай, при условии, что под нижними концами свай отсутствуют глинистые грунты текучей консистенции, органоминеральные и органические грунты.

Модуль сдвига грунта G = E ₀/2(1 + v) допускается принимать равным 0,4 E ₀, а коэффициент k_v равным 2,0 (где E ₀ - модуль общей деформации).

Расчетный диаметр d для свай некруглого сечения, в частности стандартных забивных свай заводского изготовления, вычисляется по формуле

(7.37)

где А - площадь поперечного сечения сваи.

Расчетосадкисвайногокуста

7.4.4 При расчете осадок группы свай необходимо учитывать их взаимное влияние. Дополнительная осадка сваи, находящейся на расстоянии а (расстояние измеряется между осями свай) от сваи, к которой приложена нагрузка N, равна

(7.38)

где

(7.39)

7.4.5 Расчет осадки i -й сваи в группе из п свай при известном распределении нагрузок между сваями производится по формуле

(7.40)

где s (N) - осадка одиночной сваи, определяемая по формуле (7.32);

d_ij - коэффициенты, рассчитываемые по формуле (7.39) в зависимости от расстояния между i -й и j -й сваями;

N_j - нагрузка на j -ю сваю.

В случае когда распределение нагрузки между сваями неизвестно, формула (7.40) может использоваться для расчета взаимодействия свайного фундамента с надфундаментной конструкцией. При этом удобно использовать метод сил строительной механики.

Взаимное влияние осадок кустов свай следует учитывать методом угловых точек.

Расчетосадкисвайногофундаментакакусловногофундамента

7.4.6 Осадка большеразмерного свайного фундамента (свайного поля) подсчитывается по формуле

s = s_ef + D s_p + D s_c, (7.41)

где s_ef - осадка условного фундамента;

D s_p - дополнительная осадка за счет продавливания свай на уровне подошвы условного фундамента;

D s_c - дополнительная осадка за счет сжатия ствола свай.

7.4.7 Границы условного фундамента (см. рисунок 1) определяют следующим образом:

Рисунок 1 - Определение границ условного фундамента при расчете осадки свайных фундаментов

снизу - плоскостью АБ, проходящей через нижние концы свай;

с боков - вертикальными плоскостями АВ и БГ, отстоящими от осей крайних рядов вертикальных свай на расстоянии 0,5 шага свай (рисунок 1, а), но не более 2 d (d - диаметр или сторона поперечного сечения сваи), а при наличии наклонных свай - проходящими через нижние концы этих свай (рисунок 1, б);

сверху - поверхностью планировки грунта ВГ.

Расчет осадки условного фундамента производят методом послойного суммирования деформаций линейно-деформируемого основания с условным ограничением сжимаемой толщи (см. СП 22.13330). Вертикальное нормальное напряжение s _zp, определяющее деформации и глубину сжимаемой толщи, подсчитывается только от действия нагрузки, приложенной к свайному фундаменту, т.е. вес грунта в пределах условного фундамента не учитывается. Начальные напряжения s _zи определяются с учетом отрывки котлована.

Возможен также трехмерный численный расчет осадки условного фундамента как анизотропного массива с учетом его конечной жесткости на сдвиг по вертикальным плоскостям.

Примечание - При расчете оснований опор мостов условный фундамент допускается принимать ограниченным с боков вертикальными плоскостями АВ и БГ, отстоящими от наружных крайних рядов вертикальных свай на расстоянии h (tg j_{II , n} /4).

7.4.8 Величина осадки продавливания D s_p зависит от шага свай в свайном поле, причем шаг может быть переменным. Расчет следует выполнять применительно к цилиндрическому объему (ячейке), в пределах которого все точки находятся ближе к оси данной сваи, чем к осям остальных свай (это не относится к крайним сваям). Площадь горизонтального поперечного сечения ячейки равна а ², где а - шаг свайного поля в окрестности данной сваи. Грунт в объеме ячейки делится на две однородные части: в пределах длины сваи l с модулем общей деформации Е ₁ и коэффициентом поперечной деформации v ₁, а ниже - с аналогичными параметрами Е ₂ и v ₂. (В общем случае неоднородного по глубине основания эти параметры получаются осреднением, см. 7.4.3 и рисунок 2.)

Рисунок 2 - Расчетная схема метода ячейки

Внешняя нагрузка на ячейку составляет Р = p W. В случае однородного основания (Е ₁ = Е ₂, v ₁ = v ₂) осадка продавливания равна

(7.42)

где d - диаметр сваи.

Для идеальной сваи (Е ₁ = 0)

(7.43)

где

В общем случае 0 < Е ₁ £ Е ₂ осадка продавливания равна

(7.44)

7.4.9 Осадку за счет сжатия ствола допускается определять по формуле

(7.45)

Расчет комбинированного свайно - плитного фундамента

7.4.10 Комбинированный свайно-плитный (КСП) фундамент, сочетающий сопротивление свай и плиты, должен применяться для уменьшения общей и неравномерной осадки сооружений. Допустимы проектные решения как с переменным в плане шагом свай, так и с постоянным шагом.

7.4.11 Большеразмерные свайные кусты и поля свай в случае, если их основание сложено песком средней плотности и плотными, а также глинистыми грунтами с показателем текучести ниже I_L < 0,5, могут быть запроектированы комбинированными свайно-плитными. При опирании фундаментов из свай, объединенных ростверком, на скальные и полускальные грунты их следует рассчитывать как чисто свайные фундаменты, без учета передачи нагрузки на основание фундаментной плиты.

7.4.12 Расчет комбинированного свайно-плитного фундамента должен включать:

определение усилий в элементах конструктивной системы (в рядовых и крайних сваях, а также в плите ростверка);

определение перемещений конструктивной системы в целом и ее отдельных элементов;

определение долей нагрузки, воспринимаемых сваями и объединяющей их плитой.

7.4.13 Выбор длины свай и их шаг в составе КСП производится на основании расчета по деформациям с обеспечением допустимой величины осадок, кренов и относительной разности осадок возводимого сооружения в соответствии с СП 22.13330.

7.4.14 Величина сжимаемой толщи H при определении осадки комбинированного свайно-плитного (КСП) фундамента должна определяться как для условного фундамента в соответствии с рекомендациями 7.4.7.

7.4.15. Расчет свайно-плитного фундамента может осуществляться как плиты на упругом основании с использованием переменного в плане коэффициента упругого отпора грунта. При этом средняя величина упругого отпора грунта может быть назначена как непосредственно из пространственного нелинейного расчета, так и путем решения осесимметричной задачи для ячейки, включающей сваю и окружающий ее массив грунта (рисунок 2). При назначении величины коэффициента упругого отпора в краевых зонах и других местах концентрации напряжений следует учитывать пространственную работу фундаментов. Плановое распределение жесткостных характеристик в этом случае определяется на основании численного моделирования с использованием геотехнических программ или иных решений.

7.4.16 При проведении предварительных расчетов осадки S_кcn свайно-плитного фундамента следует учитывать, что ее величина не может превысить осадки плитного фундамента, определенной в соответствии с методикой СП 22.13330, и оказаться менее осадки свайного фундамента, полученной по схеме условного фундамента.