Определение несущей способности сваи. Расчет числа свай

Расчет несущей способности вертикально нагруженных висячих свай (свай-трения) производится, как правило, только по прочности грунта, так как по прочности материала сваи несущая способность всегда заведомо выше.

Расчет ведется по первой группе предельных состояний (по несущей способности).

В соответствии с п.4.2 СНиП 2.02.03-85 несущую способность F_d висячей забивной сваи (квадратной, квадратной с круглой полостью, прямоугольной и полой, круглой диаметром до 0,8м) и сваи-оболочки, не заполненной бетоном, работающих на сжимающую нагрузку, следует определять как сумму расчетных сопротивлений грунтов основания под нижним концом сваи и на ее боковой поверхности.

где – значение для сваи-стойки: смысл разделения свай на стойки и висячие сваи заключается в том, что для сваи-стойки перемещения острия под нагрузкой не происходит и силы трения по боковой поверхности не возникают.

– коэффициент условия работы сваи в грунте, который зависит от вида свай. =1,0 для свай прямоугольного продольного сечения, забивных. Для набивных, винтовых, свай-оболочек может быть .

- коэффициенты условия работы грунта соответственно под нижним концом и по боковой поверхности сваи, учитывающие влияние способа погружения и изготовления сваи на расчетное сопротивление грунта ( – если сваи погружаются забивкой - табл.3.3 СНиП).

А – площадь опирания сваи на грунт.

.

U – наружный периметр поперечного сечения сваи.

,

.

R –расчетное сопротивление грунта под нижним концом сваи (принимается по табл.1 п.4.2 СНиП 2.02.03-85).

– расчетное сопротивление i-ого слоя однородного грунта основания по боковой поверхности сваи (принимается по табл.2 п.4.2 СНиП 2.02.03-85).

При определении по таблицам пласты грунтов следует расчленить на однородные слои толщиной не более 2м(рис. 5).Для промежуточных глубин или характеристик грунтов R и определяются интерполяцией.

h_i – толщина i-ого слоя грунта ( и в пределах h_i должна быть однородной).

1-песок

2-супесь

3-глина I_L=0,4

Рис.5. Расчетная схема к определению несущей способности сваи по грунту

Пример расчета :

Толщу грунта, пронизываемого сваей, разбиваем на слои толщиной 1-2м

- для 1-ого слоя грунта при средней глубине расположения слоя h₁=2,4м,

f₁=3,8тс/м²;

- для 2-ого слоя грунта при средней глубине расположения слоя h₂=4,4м,

f₂=4,4тс/м²;

- для 3-ого слоя грунта при средней глубине расположения слоя h₃=6,4м,

f₃=6,0тс/м²;

- для 4-ого слоя грунта при средней глубине расположения слоя h₄=8,4м,

f₄=6,2тс/м²;

- для 5-ого слоя грунта при средней глубине расположения слоя h₅=10,4м,

f₅=6,5тс/м²;

- для 6-ого слоя грунта при средней глубине расположения слоя h₅=11,4м,

f₆=3,8тс/м².

Сопротивление под нижним концом сваи R=270 тс/м²

Следует отметить, что изложенный метод и таблицы СНиПа базируются на обобщении результатов испытаний большого числа обычных и специальных свай вертикальной статической нагрузкой, проведенных в различных грунтовых условиях.

Расчеты по формуле (1) удобно вести в табличной форме:

Таблица 1

Фун-да-мент	Nп	R	*R*А	№слоя	hi	fi		U	Fd	FRS	n
	тс	тс/м2	тс		м	тс/м2	тс/м	м	тс	тс	шт.
I			25,9		1,8 2,0 2,0 2,0 2,0 1,0	3,8 4,4 6,0 6,2 6,5 3,8	30,7	1,2	25,9 + 36,8 = 62,7	44,8
II

Последовательность расчетов такова:

1. Сначала определяем F_d –несущую способность сваи по грунту. Иначе, F_d - это расчетная несущая способность грунта основания для данной одиночной сваи.

2. Далее определяем F_RS – силу расчетного сопротивления сваи по грунту.

,

где γ_k – коэффициент надежности, зависящий от способа определения F_d

(в соответствии с п.3.10 СНиП 2.02.03-85 Свайные фундаменты).

γ_k = 1,4 – если несущая способность определяется расчетом

(данные берутся по таблице).

γ_k = 1,2 – если несущая способность F_d определена статическими

испытаниями. Например, конкретные сваи на стройплощадках.

γ_k = 1,25 – если проведены полевые испытания статическим или

динамическим зондированием.

Определение несущей способности сваи расчетом производится во всех случаях. Полевые же испытания свай по существующим нормативным документам не являются обязательными, однако для надежности проектного решения к ним обычно прибегают. При этом наиболее достоверными являются испытания свай статической нагрузкой (предпроектные).

Для фундаментов испытывающих большие горизонтальные усилия, применяются статические испытания свай горизонтальной нагрузкой.

3. Далее определяем количество свай в фундаменте. Необходимое количество свай рассчитывают, предполагая в первом приближении равномерное размещение и передачу нагрузки на все сваи в ростверке из выражения:

.

где - расчетная сжимающая сила в плоскости подошвы ростверка

Данные округляют до целого числа в большую сторону. Например, .

Принимаем число свай n=10шт.

Затем производим проверку усилий, передаваемых на сваю. Согласно п.3.9 СНиП 2.02.03-85 расчетная нагрузка, передаваемая на сваю, должна удовлетворять условию:

,

где N – расчетное усилие, передаваемое на одну сваю (от сооружения и веса ростверка).

Проверяем неравенство:

.

Таким образом, нагрузка, передаваемая на одну сваю от сооружения и веса ростверка, не превышает силу расчетного сопротивления сваи по грунту.

Для учета моментов и горизонтальных сил производим проверку нагрузки на сваю с учетом внецентренного нагружения фундамента. Тогда нагрузка на сваю:

где - расчетная сжимающая сила в плоскости подошвы ростверка,

– расчетные изгибающие моменты (тс м), относительно главных центральных осей инерции, плана свай в плоскости подошвы ростверка; n–число свай в фундаменте; – расстояние от главных осей инерции до оси каждой сваи, м; – расстояние от главных осей инерции до оси сваи, для которой вычисляется расчетная нагрузка, м.

Пример расчета для наиболее удаленной от оси инерции – y сваи 1:

Условие выполняется.

Если условие (2) не выполняется, и расчетная нагрузка - свай крайних рядов (они наиболее нагружены от момента) не превышает на для постоянных и длительно-действующих временных нагрузок, и для временных кратковременных (ветер, крановая), то свайный фундамент остается таким же, как и при проектировании только на вертикально приложенную силу .

Если и эти условия не выполняются, то возможны три варианта исправления неравномерности нагрузок на сваи от момента:

1. Увеличивают число свай, размещая симметрично относительно центра колонны. При этом сваи нагружены неравномерно ( ).

Новое число свай:

где в зависимости от момента.

Пример:

2. Сваи размещают равномерно, но центр подошвы ростверка смещают относительно центра колонны на величину эксцентриситета или . При этом сваи оказываются нагруженными равномерно ( .

3. Распределяют сваи неравномерно, путем последовательных приближений: строят эпюру по подошве ростверка (по сопромату):

Далее задаются числом свай в одном ряду и числом рядов; делят эпюру на равновеликие площади, центры тяжести которых дают положения рядов. При этом все сваи нагружены равномерно, а .

После расстановки новых свай необходимо вновь рассчитать и проверить условие:

Окончательно принимаем число свай (например, шт) и переходим к конструированию свайного ростверка.