3. ПРОЕКТИРОВАНИЕ СВАЙНОГО ФУНДАМЕНТА

Проектирование свайного фундамента ведут в следующей последовательности:

1)назначают вид свай, их параметры, глубину заложения ростверка;

2)определяют несущую способность свай;

3)находят их число в фундаменте;

4)выполняют эскиз фундамента в зависимости от конструктивных особенностей здания;

5)собирают нагрузки с учетом веса ростверка, выявляют их наиболее неблагоприятные комбинации;

6)рассчитывают фундамент и его элементы (сваи и ростверк) по прочности;

7)выполняют проверочный расчет по деформациям;

8)окончательно конструируют фундамент, оформляют рабочие чертежи, вычисляют объемы работ, их трудоемкость и стоимость;

9)формулируют требования к производству работ и технологии погружения и изготовления свай (и их качеству).

3.1. НАЗНАЧЕНИЕ ВИДА СВАИ И ЕЕ ПАРАМЕТРОВ

Из многочисленных видов свай практика отобрала наиболее простые, технологичные и экономичные. Такими, например, являются сборные железобетонные сваи, погружаемые в грунт, как правило, забивкой, реже вибропогружением или вдавливанием.

Самое широкое распространение в регионе имеют сваи марки С с ненапрягаемой арматурой сечением 300х300 мм и длиной 3-12 м (табл. 16). Сваи сечением 350х350 мм и 400х400 мм применяются на отдельных объектах при больших нагрузках, чтобы уменьшить число свай в фундаментах, а также при необходимости использования длинных свай.

Составные сваи изготавливают из двух элементов: нижнего (с острием) и верхнего (без острия). Используют их обычно при забивке на глубину более 12 м. Предусматривается применение трех видов стыков: болтового, сварного и стаканного.

Сваи обозначаются индексами, состоящими из буквенно-цифровых групп, разделенных дефисами. В первой части указывают тип сваи, ее длину в дециметрах и размер стороны (диаметр) в сантиметрах. Во второй части для преднапряженных свай указывают класс напрягаемой арматурной стали, а для свай с ненапрягаемой арматурой – вариант армирования по рабочим чертежам. В третьей части зашифровывают дополнительные характеристики. Например: С80.30-2.У – свая сплошная с ненапрягаемой арматурой длиной 8 м, сечением 300х300 мм, тип армирования – 2, ударостойкая.

30

Примечание. Класс и диаметр продольной арматуры для различных вариантов таковы:1-10AI;2-10AII;3-10AIII;4-12AI;5-12AII;6-12AIII;7-14AII;8- 14AIII;9-16AIII;10-18AIII;11-20AIII;12-22AIII;13-25AIII.

В сваях с повышенной ударостойкостью при длине больше 7 м класс бетона повышается на ступень.

31

Забивные железобетонные сваи с поперечным армированием ствола ненапрягаемой и напрягаемой продольной арматурой применяют в любых сжимаемых грунтах, кроме насыпных с твердыми включениями, препятствующими погружению свай, или прослоями и линзами мерзлого грунта. Не допускается опирание нижних концов свай на сильносжимаемые грунты типа ила, торфа и пылевато-глинистые грунты с текучепластичной и текучей консистенцией. Необходимо предусмотреть их прорезку сваей.

Длина сваи зависит от инженерно-геологических условий и глубины заложения подошвы ростверка. Желательно применение в проектах свай-стоек, опертых на малосжимаемые грунты (скальные, крупнообломочные с песчаным заполнением), при этом несущая способность сваи на вдавливание максимальна и определяется сопротивлением материала сваи. В остальных случаях проектируются висячие сваи, опирающиеся на сжимаемые грунты и передающие нагрузку острием и боковой поверхностью. Минимальное заглубление нижнего конца сваи в малосжимаемые грунты, а также в пески крупные, средней крупности и пылевато-глинистые грунты с показателем текучести JL<0,1 составляет не менее 0,5 м, а в прочие виды нескальных грунтов - не менее 1,0 м. При проектировании на просадочных грунтах предусматривают, как правило, заглубление нижних концов свай в непросадочные грунты.

Глубина заложения подошвы ростверка зависит от конструктивного решения подземной части здания и высоты ростверка. На стадии эскизного проектирования для бесподвальных зданий рекомендуется глубина заложения ростверка, равная отметке дна стакана и увеличенная на толщину плиты: 250 мм. При строительстве на пучинистых грунтах предусматривают меры, предотвращающие воздействие нормальных усилий пучения на подошву ростверка. Это достигается устройством под ним воздушного зазора высотой не менее 150 мм, огражденного досками (горбылями) или асбестоцементными листами.

Длину сваи устанавливают следующим образом. Отметку головы сваи для определения ее длины принимают на 0,3-0,5м выше отметки подошвы ростверка с последующей срубкой (при свободном опирании ростверка на сваи) или разбивкой (при жестком сопряжении ростверка и сваи). При погружении сваи в глинистые грунты возможно применение безотходной технологии, т. е. без срубки головы. Предварительную отметку острия сваи принимают, исходя из вышеуказанных требований (прорезка слабого слоя, минимальная длина заглубления в более прочный грунт и т.д.). Таким образом, длину сваи приравнивают к ближайшему размеру сортамента. После определения типовой сваи корректируют отметку ее острия. Сечение сваи принимают, как правило, 300х300 мм (по каталогу); при нагрузке менее 300 кН рекомендуются сваи сечением 250 х 250 мм, при усилиях свыше 800 - 1000 кН и больших горизонтальных нагрузках (свыше 30 кН) возможно применение свай сечением

350х350 мм и 400х400 мм.

32

Оптимальные параметры свай следует обосновать в ходе анализа двухтрех вариантов (по длине, сечению) и проверить их эффективность по расходу материалов и стоимости.

3.2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ НЕСУЩЕЙ СПОСОБНОСТИ ЗАБИВНОЙ СВАИ

Несущую способность забивной сваи по грунту основания (кН) определяют по формуле

где γс=1 - коэффициент условий работы сваи в грунте;

R - расчетное сопротивление грунта под нижним концом сваи, кПа

(табл.17);

A - площадь поперечного сечения нижнего конца сваи, м2; u - периметр сваи, м;

fi - расчетное сопротивление i-го слоя грунта основания на боковой поверхности сваи, кПа (табл. 18);

hi- толщина i-го слоя грунта у боковой поверхности сваи, м;

γсR, γсf- коэффициенты условий работы соответственно под нижним концом и на боковой поверхности, учитывающие способ погружения и принимаемые при погружении свай марок С, СН, СЦ, СП, а также составных свай забивкой без лидерных скважин и подмыва (γcR=1, γcf=1).

Несущая способность свай-стоек, опертых остриями на малосжимаемый грунт (скальный, плотные глины, крупнообломочный грунт с песчаным заполнителем, имеющие Е>50 МПа и не снижающие прочности при обводнении), определяется первым слагаемым формулы (7).

При определении несущей способности сваи-стойки сопротивление на боковой поверхности не учитывается (f=0), сопротивление грунта под острием равно 20000 кПа (для всех грунтов, перечисленных выше), значение коэффициентов условий работы сваи-стойки равно 1.

Расчет несущей способности висячей сваи ведут по формуле (7), используя форму, представленную в табл. 19.

Полученный показатель уточняется на базе результатов статических и динамических испытаний, а также данных статического зондирования.

Для определения числа свай в фундаменте необходимо назначить допускаемую нагрузку на одну сваю. Ориентировочные ее значения равны Fd/γК, где γК - коэффициент надежности (1,4).

33

При назначении нагрузки, допускаемой на сваю, учитываются ограничения. Для забивных свай сечением 30х30 см, опирающихся на крупнообломочные грунты, она составляет не более 800 кН; для свай, заглубленных в крупные или гравелистые пески, - 600 кН (в пески пылеватые, мелкие, среднейкрупности и глинистые грунты – 400-600 кН); для составных свай со сварным стыком – 600 кН. Эти значения устанавливаются по опыту проектирования и исходя из обеспечения надежности фундамента; при этом принимают во внимание возможность повреждения свай при забивке, допуски и отклонения их от проектного положения.

Таблица 17

34

Таблица 18

Для песчаных грунтов средней плотности сложения

35