Методы расчета сопротивления коротких забивных свай

1.2. Методы расчета сопротивления коротких забивных свай

Для разработки надежного и эффективного проектного решения свайных фундаментов необходимо знать нагрузку, которую можно передать на сваю.

На первоначальном этапе применения свайных фундаментов, когда объем их применения был сравнительно небольшой определялась несущая способность свай и в отдельных случаях свайных фундаментов путем испытаний статической нагрузкой.

В дальнейшем были проведены исследования А.А. Луга [2], В.Н. Голубков [16], [17], посвященные определению несущей способности большого числа свай и свайных фундаментов с целью обобщения статических испытаний в различных грунтовых условиях. Эти исследования были направленными на определение несущей способности грунта по боковой поверхности сваи и под острием. В результате были составлены таблицы соответствующих расчетных сопротивлений грунта, которые вошли в СНиП [18].

С развитием техники тензометрических измерений появилось значительное число работ, в которых описаны результаты исследований распределения сил трения по боковой поверхности и доля нагрузки приходящаяся на острие. (Абраменко П.Г. [19], Бартоломей А.А. [20], Бахолдин Б.В. и Игонькин Н.Т. [21], Колесник Г.С., Шахирев В.Б., Моргун А.И. [22], Таланов Г.П., Лычев П.П. [23], Mohan D., Jain G., and Kumar V. [24], Seed H.B. and Reese L.C. [25]).

Эти исследования были направлены на уточнение характера распределения сил трения по боковой поверхности так как в СНиП [18] эпюра этих сил в однородных грунтовых условиях принята треугольной с основанием на уровне острия, а также изучению закономерности распределения усилий между боковой поверхностью и острием в процессе роста нагрузки на сваю. Эти исследования положены в основу разработки теоретических методов расчета свай, которые учитывают выявления особенностей работы свай с основанием.

В настоящее время при расчете забивных свай используется методика, изложенная в СНиПе [43], методика, разработанная в Одесском инженерно-строительном институте и изложенная во Временных указаниях по проектированию и устройству фундаментов из пирамидальных свай [25], а также методы расчета с использованием численных методов [26].

1.2.1. Определение сопротивления пирамидальных свай по методу ОИСИ

Расчет пирамидальных свай по методу ОИСИ [26] выполняется с учетом следующих основных требований:

а) средний удельный вес сухого грунта (g_d,ср) уплотненного при забивке пирамидальной сваи, в пределах зоны приложения должен иметь значения 16,0 - 17,5 кн/м³;

б) величина нормативной осадки пирамидальной сваи принимается в расчете равной предельно допустимой осадке S_н = 8 см, согласно СНиП [ ], для крупнопанельных и крупноблочных бескаркасных зданий;

в) объем зоны деформаций не должен превышать объема зоны уплотнения (рис. 1.1 ).

Р_в

1

2

Рис. 1.1 Схема совместной работы пирамидальной сваи и грунта основания

1 - зона уплотнения основания;

2 - зона деформаций основания.

Сопротивление пирамидальной сваи определяется по формуле:

где Е_гр.ср - значение среднего модуля объемной деформации уплотненного грунта в пределах объема зоны деформаций, которые определяются по графику Е_гр.ср = f(g_d), (см. [26]);

V_sc - объемная осадка сваи, которая определяется по формуле:

S_u - предельно-допустимая осадка S_u = 8 см;

V_c - объем погруженной части сваи;

l - длина погруженной части сваи;

b - коэффициент, принимаемый равным b = 0,5;

V_ac - объем зоны деформаций пирамидальной сваи, определяемый по графику V_ac = f(V_sc) [26];

F_э - эффективная площадь поперечного сечения сваи, обуславливающая ее объемную осадку, F_э = V_c/l.

1.2.2. Определение сопротивления пирамидальных свай по СНиП

Несущую способность Fd, пирамидальной сваи с наклоном боковых граней i_p> 0,25 допускается определять как сумму сил расчетных сопротивлений грунта основания на боковой поверхности сваи и под ее нижним концом по формуле[18, 27]:

где A_i - площадь боковой поверхности сваи в пределах i-го слоя грунта, м²;

a - угол наклона граней пирамидальной сваи, град.;

j_li, c_li - расчетные значения угла внутреннего трения, град., и сечения, кПа;

d - размер стороны нижнего конца сваи, м;

n₁, n₂ - коэффициенты, значения которых определяются по таблице СНиПа [ 18 ] приложения 2.

Сопротивление грунта под острием сваи P^'_i и по ее боковой поверхности Р_i определяется по формуле:

где E_i - модуль деформации i-го слоя грунта, определяемый по результатам прессиометрических испытаний, кПа;

V_i - коэффициент Пуассона i-го слоя грунта, принимаемый в соответствии с требованиями главы СНиПа "Основания зданий и сооружений" [ 43 ];

x - коэффициент, значения которого определяются по таблице СНиПа [18].

Природное боковое давление грунта Р_oi (кПа) определяют по формуле:

где g_i - удельный вес грунта i-го слоя кН/м³;

h_i - средняя глубина расположения i-го слоя грунта, м.

Начальное давление грунта:

P_pi = P_oi(1 + sinj_i) + c_icosj_i.

 При отсутствии прессиометрических испытаний грунта несущая способность пирамидальной сваи определяется по формуле:

Fd = g_c[RA + Sh_i(u_if_i + u₀i_pE_iK_ix_r)],

где g_c - коэффициент условий работы сваи в грунте, принимаемый g_c = 1;

R - расчетное сопротивление грунта под нижним концом сваи, кПа, принимаемое по таблице №1 [18];

A - площадь сечения конца сваи;

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

f_i - расчетное сопротивление i-го слоя грунта основания на боковой поверхности сваи, кПа, принимаемое по таблице 2 [18];

u_i - сума размеров сторон i-го сечения сваи, м;

u_0i - сумма размеров сторон i-го поперечного сечения сваи, которое имеет наклон к оси сваи;

i_p - наклон боковых граней сваи в долях единицы;

i £ 0,025

E_i - модуль деформации i-го слоя грунта, окружающего боковую поверхность сваи, определяемый по результатам компрессионных испытаний, кПа;

K_i - коэффициент, зависящий от вида грунта и принимаемый по таблице 4 СНиПа [18];

x_r - реологический коэффициент, принимаемый x_r = 0,8.

При расчете пирамидальных свай по СНиП, надо определить по таблице R = f(H,J_L) и f_i = f(H,J_L).

Кроме того, коэффициенты K_i, в зависимости от вида грунта принимаются:

K_i = 0,5 (пески и супеси); K_i = 0,6 - (суглинки);

K_i = 0,7 (глины с J_L = 0,18); K_i = 0,8 (глины с J_L = 0,25).

Для песков K_i принимается в зависимости от крупности. При расчете несущей способности свай по СНиП надо определить R и f_i, которые зависят от физических показателей J_L и крупности песка, но не зависят от механических показателей E,V.