Расчет свайных фундаментов на прочность и трещиностойкость

Железобетон­ные элементы свайных фундаментов рассчиты­вают на прочность, а в отдельных случаях и по предельным состояниям второй группы.

Сваи ленточных фундаментов под стены, сваи фун­даментов в виде кустов под колонны при от­сутствии значительных горизонтальных нагру­зок, сваи фундаментов в виде сплошного свайного поля работают на сжатие. Сжатие с небольшим эксцентриситетом могут испытывать также оди­ночные сваи и сваи-столбы.

Ростверки под крупноблочными и кирпичными стенами, опирающиеся на один или два ряда свай, следует рассчитывать на эксплуатационные на­грузки и нагрузки, действующие в процессе строительства. В обоих случаях ростверк в продольном направлении рассматривается как неразрезная балка с расчетными пролетами, равными 1,05 расстояния между сваями в свету.

Размеры поперечного сечения свай увязаны с их длинами: меньшие сечения соответствуют меньшим длинам и наоборот. Минимальное сечение продольной рабочей арматуры в свае определяют расчетом на монтажные изгибающие моменты, возникающие при подъеме сваи на копер за одну точку (рис. 3.12, а). Положение подъемной петли для подачи сваи на копер (рис. 3.12, а), а также положения двух дополнительных петель для захвата сваи при транспортировке и скла­дировании (рис. 3.12, б) выбирают из условия равенства изгибающих моментов над точками строповки и в пролете. Эти же положения обес­печивают и минимум моментов от собственного веса свай.

Рис. 3.12. Схемы строповки и расчетные схемы свай

Сваи с продольной арматурой, должны быть испытаны на трещиностойкость путем укладки их на две опоры, расположенные по схеме, указанной на рис. 3.13.

Рис. 3.13. Схема испытания свай на трещиностойкость

Размер 0,36L – для свай типа СЦ, СК, СО, для свай типа СП с ненапрягаемой арматурой, размер 0,33L – для свай типа С, для свай типа СП с напрягаемой арматурой.

После укладки свай на две опоры через 10 мин производят осмотр ее верхней грани над опорами. Сваю считают выдержавшей испытание, если на ее гранях:

Ø не появятся трещины – для свай с арматурой из высокопрочной проволоки и канатов и свай с напрягаемой арматурой;

Ø раскрытие трещин не превышает 0,2 мм – для свай со стержневой арматурой и свай с ненапрягаемой арматурой.

Ширину раскрытия трещин измеряют с точностью до 0,05 мм.

Поскольку забивные сваи представля­ют собой, как правило, длинномерные конструк­ции, испытывающие при перевозке воздействия значительных нагрузок, их необходимо рассчи­тывать на транспортные воздействия и преду­сматривать мероприятия по обеспечению со­хранности при перевозке.

Также расчет забивных свай по государственным стандартам производится на усилия, возникающие при подъеме свай на копер за одну точку, рас­положенную на расстоянии 0,294 длины сваи от ее торца:

Ø по прочности;

Ø по кратковременному раскрытию трещин до 0,3 мм при ненапрягаемой и стержневой напрягаемой арматуре;

Ø по образованию трещин при проволочной и канатной арматуре.

Расчеты выполняются в соответствии с указа­ниями нормативных документов [1, 4]. При этом коэффициент перегрузки к весу сваи принят равным 1, ко­эффициент динамичности при расчете по проч­ности – 1,5; при расчете по раскрытию тре­щин – 1,25.

В некоторых случаях для так называемых «свай стоек», при опирании на малосжимаемые, прочные грунты определяется несущая способность свай по материалу. Несущая способность определяется по формуле

(3.1)

где F_d – несущая способность сваи; g _k – коэффициент надежности, равный 1,2; j – коэффициент, учитывающий продольный изгиб сваи, равный 1,0; R_b – расчетное сопротивление бетона сжатию, МПа; A_b – площадь бетона, м²; R_sc – расчетное сопротивление арматуры сжатию, МПа; A_s – площадь бетона, м²; g_c – коэффициент условий работы, равный 1,0.

В фундаментах с низкими ростверками прочность ствола висячих свай в эксплуатационных условиях обычно используется не пол­ностью. В фундаментах же с высокими ростверками решающим для определения сечения продольной арматуры может оказаться расчет на эксплуатационные нагрузки.

Проверка прочности свай при различных сочетаниях нагрузок является довольно сложным и трудоемким процессом, поэтому для большинства типов забивных свай расчеты проводятся по специально составленным графикам.

Для проверки прочности свай при расчет­ных нагрузках, действующих в строительный и эксплуатационный периоды, составлены гра­фики, приведенные для забивных свай квадратного и полого сечения и свай-оболочек – в соответствующих ГОСТ 19804.1–79 – ГОСТ 19804.6–83.

3.6. Расчет свай по грунтовым условиям, общие положения

Расчет и проектирование свайных фундаментов и их оснований производят в соответствии с действующими нормативами проектирования СП 24.13330.2011 «Свайные фундаменты. Актуализированная редакция СНиП 2.02.03–85» [24].

Нормы рекомендуют производить расчет свайных фундаментов их оснований по предельным состояниям двух групп.

По первой группе:

Ø по несущей способности оснований свай и свайных фундаментов;

Ø по устойчивости основания в целом (если на него передаются горизонтальные нагрузки или сооружение расположено на откосе).

По второй группе:

Ø по деформациям оснований свайных фундаментов (проверка по давлению и расчет осадок).

Расчет свайного фундамента рекомендуется начинать с составления расчетной схемы с изображением геологического разреза с отметками слоев, с указанием консистенции глинистых грунтов, плотности песков, уровня подземных вод, угла внутреннего трения и модуля деформации грунтов. На грунтовой колонке (геологический разрез) размещают сваю и указывают отметки острия сваи и подошвы ростверка.

Расчетная нагрузка, передаваемая на сваю (продольное усилие, возникающее в ней от расчетных нагрузок, действующих на фундамент при наиболее невыгодном их сочетании), определяется по формуле 3.2 (в соответствии с 7.1.12 [24]):

, (3.2)

где γ₀ – коэффициент условий работы, учитывающий повышение однородности грунтовых условий при применении свайных фундаментов, принимаемый равным γ₀ = 1 при односвайном фундаменте и γ₀ = 1,15 при кустовом расположении свай;

γ_n – коэффициент надежности по назначению (ответственности) сооружения, принимаемый равным 1,2; 1,15 и 1,10 соответственно для сооружений I, II и III уровней ответственности;

γ_k – коэффициент надежности по грунту

Основной расчет свай и свайных фундаментов по деформациям производится исходя из условия:

S ≤ S_u , (3.3)

где S – расчетная величина деформации;

S_u – предельное значение деформации основания сваи, свайного фундамента, принимаемое по таблицам приложения Д [23].

Исходные данные, последовательность расчета и проектирования

Ø геологический разрез по оси фундамента с указанием мощностей слоев грунта и абсолютных отметок уровней: естественного рельефа, планировки и грунтовых, и подземных вод;

Ø расчетные значения характеристик грунта;

Ø невыгодные сочетания нагрузок, передаваемых на верхний обрез фундамента.

Расчет и проектирование свайных фундаментов их оснований производят в соответствии с действующими нормами проектирования СП 24.13330.2011 «Свайные фундаменты. Актуализированная редакция СНиП 2.02.03–85».

Рекомендуется следующая последовательность выполнения отдельных этапов расчета и проектирования свайных фундаментов:

Ø оценка инженерно-геологических условий площадки строительства;

Ø определение расчетных нагрузок на фундамент;

Ø выбор типа свайного фундамента;

Ø определение глубины заложения ростверка;

Ø выбор предварительных размеров сваи и оценка условий работы ее в грунте;

Ø определение несущей способности сваи по грунту;

Ø определение числа свай в фундаменте и размещение их в плане ростверка;

Ø расчет свайных фундаментов и их оснований по деформациям;

Ø уточнение конструкции фундамента по результатам расчета.