Технические рекомендации по проектированию и устройству свайных фундаментов, выполняемых с использованием разрядно-импульсной технологии для зданий повышенной этажности(сваи-рит)

- площадь поперечного сечения ствола сваи в ее нижнем конце;

- периметр увеличившегося поперечного сечения ствола сваи.

Допускается корректировать расчетную несущую способность свай-РИТ по полученным данным.

14.1.6. Число свай-РИТ, подвергаемых контрольным испытаниям статической вдавливающей нагрузкой (ГОСТ 5686-94), на каждой площадке строительства высотного здания устанавливается в соответствии с СП 50-102-2003 (приложение В), но не менее 3.

Если в качестве анкерных используются рабочие сваи, то их должно быть не менее 4. Расстояние от испытательной до ближайшей анкерной сваи - не менее 2 м.

При испытании одиночной свай-РИТ в кусте допускается наличие между испытательной и анкерными сваями рабочих свай, не задействованных в испытании.

14.1.7. Для сокращения технологического перерыва на твердение бетона при проведении испытаний свай-РИТ по грунту допускается увеличивать сечение рабочей арматуры вплоть до восприятия арматурой всей испытательной нагрузки. При этом бетон ствола испытательных свай будет служить материалом, передающим нагрузку от сваи на грунтовое основание.

14.1.8. Рекомендуется выборочно испытывать свай-РИТ на прочность ствола сваи по материалу с учетом положений ГОСТ 8829-94.

14.1.9. За допускаемую на сваю нагрузку N следует принимать наименьшую вдавливающую нагрузку F_u,min, достигнутую при статических испытаниях, уменьшенную на коэффициент надежности _к, при которой испытываемая свая получила осадку, не превышающую расчетную деформацию s,

(14.1)

где F_d - расчетная несущая способность сваи, кН;

_к - коэффициент надежности, принимаемый согласно СП 50-102-2003 (п. 7.1.11), для свайно-плитных фундаментов высотных зданий _к = 1,25, в остальных случаях _к = 1,20;

_с - коэффициент условий работы сваи, для вдавливающих нагрузок _с = 1;

_g - коэффициент надежности по грунту следует принимать при испытании менее 6 свай _g = 1,0;

F_u,min - минимальная вдавливающая нагрузка по ряду испытаний, кН, для высотных зданий F_u,min определяется при осадке сваи не более 20 мм, в остальных случаях согласно СП 50-102-2003.

14.1.10. В соответствии с рекомендациями СП 50-102-2003 (п. 7.4.10) при устройстве свайно-плитного фундамента допускается учитывать, что до 15% расчётной нагрузки передается на основание через фундаментную плиту и не менее 85% вертикальной нагрузки воспринимается сваями. Для высотных зданий это справедливо, если непосредственно под плитой залегают грунты с модулем деформации Е  15 МПа, а за период разработки грунта в глубоком котловане не произошло разуплотнения слоев грунта, залегающих ниже дна котлована.

14.2. Общие принципы конструирования фундаментов на сваях-РИТ

14.2.1. Устройство свай-РИТ следует выполнять с железобетонной подготовки толщиной не менее 150 мм из бетона класса не ниже В 12,5, армированного сетками из арматуры диаметром 4-5 мм с ячейкой 150150 мм.

14.2.2. Для расчёта несущей способности свай по грунту их длина в соответствии с требованиями СП 50-102-2003 (п. 7.4.10) предварительно принимается равной не менее половины ширины фундаментной плиты

где - предварительная длина сваи, м;

В - приведенная ширина фундаментной плиты, м; для прямоугольной плиты В принимается по короткой стороне; для плиты в форме сложного многоугольника за ширину фундаментной плиты принимается величина, равная стороне квадрата такой же площади;

А_рl - площадь, м², фундаментной плиты в форме сложного многоугольника.

При определении длины свай для зданий высотой более 100 м рекомендуется учитывать возможное сейсмическое воздействие на здания, возводимые на площадках сейсмичностью более 5 баллов.

Сейсмичность площадки строительства следует определять на основании сейсмического микрорайонирования, отраженного в отчете об инженерно-геологических изысканиях.

14.2.3. Предварительно принятую длину свай следует уточнить с учетом инженерно-геологических условий строительной площадки.

14.2.3.1. Не допускается оставлять ниже предварительно принятого заглубления свай грунты с модулем деформации Е < 10 МПа и рыхлые пески.

14.2.3.2. Не рекомендуется в качестве основания свай принимать глинистые грунты с показателем текучести I_L > 0,5.

14.2.3.3. Не рекомендуется нижние концы свай размещать на границе инженерно-геологических элементов (ИГЭ). Нижние концы свай следует размещать на 2 м выше границы ИГЭ или на 1 м (и более) ниже ИГЭ с резко выраженными отличиями физико-механических характеристик или генезисом.

14.2.3.4. Если песчаные грунты средней плотности или плотные залегают на 1-2 м ниже предварительно принятого заглубления нижних концов свай-РИТ, рекомендуется нижние концы свай-РИТ размещать в этих песках. На основании технико-экономического сравнения вариантов следует выбрать оптимальное решение.

14.2.4. При соответствующем расчетном обосновании длину свай, размещаемых в центральной части плиты, допускается уменьшать, но при этом следует обеспечить выполнение общих условий (принципов) конструирования свайных фундаментов и достижение расчётной несущей способности свай по грунту.

14.2.5. Свайные фундаменты в основании высотных зданий в зависимости от размещения свай-РИТ в плане следует выполнять в виде:

- лент под несущими стенами с расположением расчетного числа свай-РИТ в один, два и более рядов в соответствии с действующей нагрузкой;

- кустов под колонны и лифтовые шахты с расположением расчетного числа свай-РИТ в плане на отдельных участках;

- сплошного свайного поля при больших нагрузках (массе здания) и ограниченных размерах фундаментной плиты в плане.

14.2.6. При определении размеров фундаментов в плане и размещении свай-РИТ следует учитывать возможные отклонения свай, допускаемые СНиП 3.02.01-87 (табл. 18) и СП 50-102-2003 (п. 15.5.11):

±100 мм поперек ряда свай;

±150 мм вдоль ряда свай и в сплошном свайном поле.

Свес ростверка (плиты) от оси крайнего ряда свай-РИТ в плане следует принимать не менее 500 мм.

14.2.7. Рекомендуется принимать расстояние между осями висячих свай-РИТ в плоскости их нижних концов не менее трех диаметров, принимая за диаметр сваи - диаметр бурового инструмента.

14.2.8. При конструировании свайных фундаментов в рабочих чертежах допускается делать нумерацию свай-РИТ:

- при расположении свай в ленту - в начале и конце каждой ленты;

- при кустовом расположении свай - в пределах каждого куста с привязкой к осям здания или с указанием номера свай крайних рядов;

- в свайных полях - каждой десятой сваи.

14.2.9. Под малонагруженными колоннами рекомендуется размещать не менее трех свай.

14.2.10. Сопряжение свай со свайным ростверком может быть шарнирным или жестким.

14.2.10.1. Шарнирное сопряжение сваи с ростверком следует выполнять путем заделки головы сваи в ростверк на глубину 50... 100 мм без выпусков арматуры.

На территориях потенциально опасных по проявлению карстово-суффозионных процессов в фундаментах рекомендуется предусматривать шарнирное сопряжение свай с ростверком.

14.2.10.2. В остальных случаях следует предусматривать жесткое сопряжение сваи со свайным ростверком, особенно если под плитой ростверка в верхней зоне основания залегают слабые грунты (насыпные, не слежавшиеся грунты, рыхлые пески, глинистые грунты текучей консистенции и т.п.).

14.2.11. При жестком сопряжении сваи с плитой ростверка следует предусматривать:

- заделку головы сваи в ростверк на глубину, соответствующую длине анкеровки арматуры; при этом продольное армирование оголовка сваи должно быть выполнено на всю длину заделки, а бетон оголовка сваи перед заделкой в ростверк должен быть очищен;

- заделку в ростверк выпусков продольной арматуры на длину не менее длины их анкеровки ±150 мм в соответствии с требованиями настоящих рекомендаций; при этом голова сваи заделывается в ростверк на глубину 50... 150 ± 30 мм.

14.2.12. При конструировании армирования плиты ростверка следует учитывать принятое сопряжение сваи с ростверком.

14.2.13. Для предотвращения разрушения головы сваи за счет местного смятия бетона, при любом сопряжении сваи с плитой монолитного ростверка рекомендуется в голове сваи устанавливать тонкостенную трубу (t = 2-3 мм) длиной 0,5-1,5 м, соответствующую диаметру скважины d_c, в которой формируется свая.

При изготовлении свай с промежуточной отметки котлована* допускается в оголовках свай трубу не устанавливать, а сопротивление сопряжения сваи с плитой местному смятию проверять расчетом.

* Для снижения подъема дна котлована и разуплотнения грунтов, залегающих ниже отметки дна котлована, сваи могут изготавливаться с отметки дна промежуточного котлована.

14.2.14. В пояснительной записке к проекту свайного фундамента следует указывать способы очистки забоя скважины от шлама и грунта, разрыхленного буровым инструментом. Грунт, разрушенный буровым долотом, должен быть удалён промывкой бетонной смесью или уплотнен электровзрывами до состояния грунта, характеристики которого учтены в расчётах несущей способности сваи под ее нижним концом.

14.3. Расчет сваи-РИТ по материалу ствола

14.3.1. При расчете свай-РИТ по прочности материала в соответствии с СП 50-102-2003 (п. 7.1.8) и СНиП 2.02.03-85 (п. 3.7) сваю следует рассматривать как стержень, жестко защемленный в грунте в сечении, расположенном от подошвы плиты (низкого ростверка) на расстоянии I₁

(14.2)

где _ - коэффициент деформации, 1/м, определяемый по СП 50-102-2003 (приложение Д) по формуле

(14.3)

где К - коэффициент пропорциональности, кН/м⁴, принимаемый в зависимости от вида грунта, окружающего верхнюю часть сваи, от подошвы плиты до глубины I_к = 3,5d_c + 1,5 м; для применяемых в Москве свай-РИТ I_к не превышает 3 м;

b_p - условная ширина сваи, м, принимаемая для свай-РИТ, равной b_p = l,5d_c + 0,5 м;

d_c - диаметр сваи, м, в верхнем сечении, принимаемый по диаметру скважины;

Е_b - начальный модуль упругости тяжелого бетона сваи при сжатии, кПа, принимается по СП 52-101-2003 (табл. 5.4) в зависимости от класса бетона по прочности на сжатие: для мелкозернистого бетона класса В30 группы А - Е_b = 26000 МПа (265000 кг/см²), группы Б - Е_b = 23000 МПа (235000 кг/см²);

E_s - модуль упругости арматуры, принимается по СП 52-101-2003 (п. 5.2.10) E_s = 2,0-10⁵ МПа;

I - момент инерции, м⁴, в наименьшем поперечном сечении сваи-РИТ в оголовке (по диаметру d_c скважины ). Допускается принимать коэффициент деформации _, длину свай-РИТ I₁ и расчётную длину свай I₀ по табл. 1, в зависимости от характеристик грунтов.

14.3.2. При расчете свай-РИТ по прочности материала на действие продольной сжимающей силы допускается расчетную длину I₀ принимать как для железобетонных элементов постоянного поперечного сечения на длине I₁, т. е. от подошвы плиты до сечения, в котором свая-РИТ считается жестко защемленной в грунте по СП 52-101-2003 (п. 6.2.18), равной:

- для свай-РИТ, жёстко защемлённых в ростверке и в грунте на глубине I₁

I₀=0,5·I₁, (14.4)

где I₀ - расчётная длина сваи-РИТ, как внецентренно сжатого элемента;

- для свай-РИТ с шарнирным несмещаемым опиранием ростверка (плиты) и жёстким защемлением в грунте на глубине I₁

I₀=0,71·I₁ (14.5)

14.3.3 При расчёте свай-РИТ следует принимать случайный эксцентриситет е_а по СП 52-101-2003 (п. 4.2.6), но не менее - 10 мм.

Учитывая допускаемое СНиП 3.02.01-87 (п. 11.6, табл. 18, поз. 10г) и ГОСТ Р 12.3.048-2002 максимальное отклонение продольной оси скважины от вертикали ± 1%, т. е. 1 см по длине 1 м, максимальная величина е_а принимается 30 мм.

Рекомендуется принимать случайный начальный эксцентриситет е_п не менее 30 мм.

Таблица 1

Расчётная длина сваи-РИТ  300 из бетона В30 от подошвы плиты до сечения, в котором она считается жестко защемленной в зависимости от характеристик грунта

Грунты, окружающие сваю-РИТ до глубины I_к = 3,5d_c + 1,5 м и их характеристика

Коэффициент пропорциональности К для свай-РИТ, кН/м⁴

Коэффициент деформации _ для свай-РИТ из бетона В30, 1/м

Глубина (длина сваи-РИТ) I₁ на которой она жёстко защемлена в грунте, м

Расчётная длина I₀ сваи-РИТ, жёстко защемленной в плите и в грунте, м

1

2

3

4

5

Глины и суглинки

текучепластичные I_L=1

500

0,516

0,540*

0,553**

3,88

3,70"

3,62**

1,94

1,85*

1,81**

Глины и суглинки I_L = 0,75

Супеси I_L = 1

Пески пылеватые е = 0,8

2000

0,681

0,713*

0,730**

2,94

2,80*

2,74**

1,47

1,40*

1,37**

Глины и суглинки I_L= 0,5

Супеси I_L = 0

Пески:

Пылеватые е =0,6

мелкие е = 0,75

средней крупности е = 0,7

4000

0,783

0,818*

0,839**

2,55

2,44*

2,38**

1,28

1,22*

1,19**

Глины и суглинки I_L = 0

Супеси I_L < 0

Пески:

Мелкие е = 0,6

средней крупности е =0,55

крупные е = 0,7

6000

0,849

0,887*

0,910**

2,36

2,25*

2,20**

1,18

1,12*

1,10**

Глины и суглинки I_L < 0

Пески:

Крупные е = 0,55

Гравелистые е = 0,7

10000

0,940

0,983*

1,008**

2,13

2,03*

1,98**

1,06

1,01*

0,99**

Пески гравелистые е =0,55

Гравий и галька с песчаным заполнителем

20000

1,08

1,129*

1,157**

1,85

1,77*

1,73**

0,93

0,88*

0,86**

Примечания:

1. Для грунтов с промежуточными значениями показателей текучести I_L и пористости е значения коэффициента К определяются интерполяцией.

2. Для плотных песков коэффициент К должен приниматься на 30% больше, а глубина защемления и расчётная длина сваи должна приниматься на 5% меньше, чем наибольшие значения, указанные в таблице для песков средней плотности.

3. При наличии в пределах глубины I_к = 3,5d_c + 1,5 м нескольких слоев грунта, рекомендуется пользоваться одним приведённым значением коэффициента пропорциональности, вычисленным по формуле

где I₁ - толщина верхнего слоя (первого) грунта, м;

K₁ и К₂- коэффициенты пропорциональности, принимаемые по настоящей таблице для грунтов 1 и 2 слоев.

4. Допускается не учитывать влияние модуля деформации тяжелых бетонов класса по прочности на сжатие В25...В35 на изменение величины расчётной длины сваи-РИТ.

* значения для мелкозернистого бетона класса по прочности В30 группы А,

** значения для мелкозернистого бетона класса по прочности В30 группы Б.

5. Таблица составлена для свай-РИТ  300 мм. При использовании свай-РИТ других диаметров следует табличное значение I₀ умножить на соответствующий переводной коэффициент, приведенный ниже, при этом, погрешность определения расчетной длины I₀ не превысит 5%:

для свай-РИТ  200мм = 0,75;  250мм = 0,88;  300мм = 1,00;  350мм = 1,11;  400мм = 1,22;  450мм = 1,33.

Для промежуточных диаметров коэффициент определяется интерполяцией.

14.3.4. Для высотных зданий прочность сваи-РИТ круглого сечения, изготовленной из бетона класса на сжатие В30, и армированной шестью равномерно распределёнными по окружности продольными стержнями, определяется из условия:

(14.6)

где N - сжимающая (вдавливающая) сила, действующая вдоль продольной оси сваи-РИТ с эксцентриситетом е от центра тяжести сечения наименее сжатой арматуры;

е = е_о, (14.7)

 - коэффициент, учитывающий влияние продольного изгиба (прогиба) сваи в грунте на ее несущую способность, который определяется по СП 52-101-2003 (п. 6.2.16) по формуле

(14.8)

где N_cr - условная критическая сила, определяемая по формуле

(14.9)

D - жёсткость железобетонной сваи-РИТ.

В предельной по прочности стадии допускается определять D по формуле

(14.10)

Е_b - начальный модуль упругости тяжелого бетона, принимается согласно указаний п. 14.3.1;

E_s - модуль упругости арматуры;

I и I_s - моменты инерции соответственно бетонного сечения и сечения всей продольной арматуры относительно центра тяжести поперечного сечения сваи;

₁ - коэффициент, учитывающий влияние длительности действия нагрузки на прогиб элемента в предельном состоянии.

Для мелкозернистого бетона, применяемого для свай-РИТ, рекомендуется принимать ₁ = 2;

_е - коэффициент, принимаемый равным _е = e_o/d_c, для свай-РИТ _е  0,15.

Таким образом, для расчета свай-РИТ можно пользоваться формулой, приведенной к виду

D = 0,167E_bI + 0,7E_sI_s (14.11)

r - радиус поперечного сечения сваи-РИТ принимается по радиусу буровой скважины, м;

_cir - относительная площадь сжатой зоны бетона определяется:

при выполнении условия

N  0,77R_bA + 0,645R_sA_s,tot (14.12)