Указания по расчету и проектированию свай из вертикальных элементов, объединенных диафрагмами (СВД)

Значения K_f в зависимости от J_L

J_L

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1,0

K_f

1,8

1,7

1,6

1,5

1,4

1,3

1,2

1,1

1,0

5.3. В случае расположения свай с расстоянием между осями, равным 2а, а - размер меньшей стороны верхнего сечения, допустимая расчетная нагрузка на сваю умножается на коэффициент 0,2. При этом сваи располагают меньшими сторонами друг к другу.

Расчет свай СВД на совместное действие вертикальных и горизонтальных нагрузок

5.4. Расчет свай СВД на совместное действие вертикальных и горизонтальных нагрузок и моментов в непросадочных грунтах следует производить аналогично методике СНиП 2.02.03-85 "Свайные фундаменты, нормы проектирования" как свай с размерами сторон 750450 мм. Усредненный момент инерции поперечного сечения такой сваи приведен в табл. 2.

5.5. При определении расчетной величины коэффициента постели С_Z, кН/м³, коэффициент пропорциональности К, принимаемый по табл. 1 приложения 1 к [2], следует умножать на коэффициент 1,4, а при усилении свай шпонкой - на коэффициент 2,0:

С_Z = 1,4 KZ; C_Z = 2,0 KZ. (5)

Примечание. Коэффициентами 1,4 и 2,0 учитывается повышение сопротивления грунта горизонтальным перемещениям за счет его уплотнения наклонной гранью верхней диафрагмы. При этом принимается: Z - глубина расположения сечения сваи в грунте, м, для которой определяется коэффициент постели, по отношению к поверхности грунта.

5.6. Все расчеты СВД следует выполнять с учетом приведенной глубины расположения сечения свай в грунте и приведенной глубины погружения сваи в грунт :

; , (6)

где Z - действительная глубина расположения сечения сваи в грунте;  -действительная глубина погружения нижнего конца сваи в грунт, отсчитываемая от поверхности грунта при высоком ростверке или от подошвы ростверка - при низком, м; _ - коэффициент деформации, 1/м, определяемый по формуле (11) приложения 1 к [2]; _р - условная ширина сваи, м, принимаемая равной 1,5d + 0,5 (здесь d - сторона прямоугольного сечения сваи в плоскости, перпендикулярной действию нагрузки, м); J - момент инерции поперечного сечения сваи, м⁴, принимаемый по табл. 2.

5.7. Расчетные величины горизонтального перемещения сваи в уровне подошвы ростверка u_р, м, и угол ее поворота _р, рад, следует определять соответственно по формулам (12) и (13) приложения 1 к [2], в которых величину _p следует принимать по табл. 2 данных указаний, а горизонтальное перемещении u_o, м, и угол поворота поперечного сечения сваи _о, рад, в уровне поверхности грунта (при высоком ростверке) и в уровне его подошвы (при низком ростверке) - по формулам (30)-(34) приложения 1 к [2].

5.8. Расчетный изгибающий момент М_Z, кНм, возникающий на глубине Z в сечении сваи, определяется соответственно по формулам (37) и (38) приложения 1 к [2].

5.9. Расчет устойчивости окружающего сваю основания следует определять из условия (35) приложения 1 к [2], ограничивающего расчетное давление _Z, оказываемое на грунт боковыми поверхностями сваи и вычисляемое по формуле (36) приложения 1 к [2] на глубинах Z, м, отсчитываемых при высоком ростверке от поверхности грунта, а при низком - от его подошвы (при - на двух глубинах, соответствующих Z =  / S и Z = ; при - на глубине Z = 0,85 _).

6. ОСОБЕННОСТИ РАСЧЕТА СВАЙ СВД В ПРОСАДОЧНЫХ ГРУНТАХ 6.1. Расчет свайных фундаментов сельскохозяйственных зданий, возводимых на просадочных грунтах, выполняется в соответствии с PCH 262-82 [1].

6.2. Несущая способность свай по грунту на совместное действие вертикальных и горизонтальных нагрузок рассчитывается согласно РСН 262-82 [1] с поправками на учет формы ствола.

6.3. Для проверки условия Р_oz + P_z  Р_пр площадь F_y условного свайного фундамента на глубине R_y от конца сваи следует определять по приложению 1 к [1] как для случая расчета одиночных забивных призматических свай сечением 3030 см. Значение R_y (см. табл. 2) необходимо умножать на переходные коэффициенты 0,6 К₃, К₄:

; (7)

, (8)

где V₁ - объем бетона свай СВД без учета объема консоли. м²; V₂ - то же, призматической сваи сечением 3030 см; F₁ - площадь, м², описанного прямоугольника по нижнему обрезу сваи СВД; F₂ - то же, площадь сечения (нетто).

6.4. Допускаемая вертикальная расчетная нагрузка на сваю [1]

F_d = _c (_ch RA + u_пр _f K_f f_i h_i). (9)

6.5. По предлагаемой методике допускается производить расчет фундаментов из коротких свай длиной  5 м каркасных и бескаркасных зданий стоечно-балочной системы производственного и вспомогательного назначения высотой до трех этажей с максимальной вертикальной нагрузкой на сваю 500 кН.

7. РАСЧЕТ ФУНДАМЕНТОВ ИЗ СВАЙ СВД ПО ДЕФОРМАЦИЯМ И НЕСУЩЕЙ СПОСОБНОСТИ С УЧЕТОМ ВЕРТИКАЛЬНЫХ, ГОРИЗОНТАЛЬНЫХ И МОМЕНТНЫХ НАГРУЗОК 7.1. Расчет фундаментов из свай СВД и свайного основания по деформациям при действии вертикальной нагрузки производится по СНиП 2.02.01-83 [10] методом послойного суммирования как для условного фундамента, передающего нагрузку на основание в двух уровнях - в зоне верхней диафрагмы и ствола сваи.

7.2. Сваи, работающие как одиночные вне кустов, или односвайные фундаменты (при однорядном ленточном размещении свай на расстоянии в свету не менее 0,6 м между короткими сторонами) рассчитывать по деформациям не требуется.

7.3. Горизонтальные перемещения головы сваи, максимальные значения изгибающего момента M_max, поперечной силы H_max и допускаемую вертикальную расчетную нагрузку на сваю, работающую в просадочных грунтах, согласно приложению 7 [1] следует определять как для сваи таврового сечения с консолью при ширине полки b_т, равной ширине сваи СВД.

7.4. Горизонтальное перемещение головы сваи

, (10)

где Н_г - расчетная горизонтальная нагрузка на сваю, кН; N - расчетная нагрузка, кН, передаваемая на фундамент (сваю);  - коэффициент, учитывающий ослабление основания каналами (табл. 3);  - глубина погружения сваи в грунт, м;  - коэффициент, учитывающий влияние вертикальных сил {для глинистых просадочных грунтов  = ₁);  = 210^-6 м⁴/кН; ₁ - коэффициент, характеризующий сопротивление грунта горизонтальным перемещениям сваи, кН/м⁴, равный 1,4 (для свай без усиления шпонкой) и 2,0 (для свай со шпонкой);  - коэффициент, принимаемый по табл. 4;  - коэффициент, учитывающий нелинейный характер деформирования грунта (табл. 5); b_т - ширина сваи, м; _н - расстояние от точки нулевых перемещений до головы сваи, м, определяемое по формуле

, (11)

М_o - сумма моментов от действующих на сваю вертикальных сил относительно центра тяжести поперечного сечения сваи, кН/м; J - момент инерции поперечного сечения сваи, м⁴; Р_вп = ₁ b_т .

Таблица 3

Значения коэффициента  при _к / , равном

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,25

1

1,05

1,1

1,3

1,4

1,5

0,5

1

1,05

1,05

1,1

1,2

1,3

1,0

1

1,0

1,0

1,0

1,0

1,0

Примечание. Здесь а_к - расстояние от наружной грани канала до оси сваи, см;  - глубина ее погружения, м; _к - глубина канала, м.

Таблица 4

Грунты

J_

Значения , кН/м⁴, при пористости грунта n, %, равной

До 43

От 43 до 47

От 47 до 49

Лессы и лессовидные просадочные суглинки и супеси

0,1 0,3 0,6 0,7

35000 25000 13000 10000

34000-24000 24000-16000 12000-8000 9000-7000

24000-16000 16000-13000 8000-6000 7000-5000

Примечание. При промежуточных значениях показателя консистенции J_ коэффициент  определяется интерполяцией.

Таблица 5

Н_г

0

50

10

150

200

250

Значение  при b_т, м:

0,5

1

0,95

0,8

0,55

0,4

0,2

0,8

1

0,96

0,85

0,7

0,5

0,4

Примечание. При промежуточных значениях величины распора Н_г, кН, коэффициент  определяется интерполяцией.

7.5. Давление грунта на сваю определяется по формуле

, (12)

где Н_г1, N₁ - расчетные значения (I группа предельных состояний) передаваемых на сваю сил, кН; _н1 - определяется по формуле (11) при H_г = Н_г1, N = N₁ и М_о = М_о1.

7.6. Поперечная сила и изгибающий момент в сечении определяются соответственно по формулам:

; (13)

, (14)

где M_о1 - расчетное значение момента вертикальных сил относительно центра тяжести поперечного сечения сваи, кНм; u_г1 - горизонтальное перемещение головы сваи, м, определяемое по формуле (10) при H_г1, N_1, М_о1, _н1; u_гZ - горизонтальное перемещение сваи в сечении, определяемое по формуле

. (15)

Примечание. При определении по формулам (13) и (14) поперечных сил и изгибающих моментов рассматриваются сечения, отстоящие на расстоянии Z от поверхности грунта.

7.7. Для свай, погруженных через неуплотненные насыпные грунты, значения u, H_max и М_max следует определять без учета работы насыпного слоя. Перемещение головы сваи в этом случае определяется по формуле

, (16)

где а - расстояние от поверхности грунта природной структуры до головы сваи, м; ₁ = а - глубина погружения сваи в грунт природной структуры, м; _н = _на - расстояние от нулевой точки до поверхности грунта природной структуры, м.

Примечание. Величина _н определяется по формуле (12), в которую в этом случае вместо М_о следует подставлять значение М_о + Н_г а, принимая глубину погружения сваи в грунт равной ₁. Такое же значение ₁ и _н следует подставлять и в формулы (12)(15).

7.8. Предварительный выбор конструкции и размеров сваи производится согласно [3].

7.9. При проектировании свайных фундаментов минимальное расстояние между осями двух свай должно составлять не менее 3а, где а - размер меньшей стороны верхнего сечения.

Примечание. Допускается располагать сваи на расстоянии 2а, если они обращены друг к другу вертикальными (ненаклонными) гранями. При этом допускаемую расчетную нагрузку на сваю необходимо умножать на коэффициент 0,9.

7.10. Если сопротивление горизонтальной нагрузке одиночной сваи недостаточно, рекомендуется повышать ее несущую способность за счет местного уплотнен. верхнего слоя грунта со стороны грани, противоположной консоли (со стороны реактивного отпора грунта действий горизонтальной нагрузки).

Примечание. Уплотнение производится выштамповкой вплотную к свае котлована размером А  В  h (0,5  0,9  0,6 м) с последующим заполнением его бетоном или грунтом с уплотнением. Как показали испытания, это может на 40 % повысить несущую способность сваи на горизонтальную нагрузку.

7.11. Расчет свай со шпонкой следует выполнять по формулам (10)-(15) настоящих указаний.

7.12. В просадочных грунтах допускается применение свай под малочувствительные к неравномерным осадкам одноэтажные производственные и складские здания, передающие нагрузку на фундамент до 400 кН, при условии выполнения мероприятий, гарантирующих защиту основания от возможного замачивания, а также учета, что под нижним концом сваи просадочная часть слоя должна находиться в пределах уплотненного при забивке свай грунтового массива.

Для остальных типов зданий и сооружений использование свай в просадочных грунтах допускается в случае прорезки сваей всей просадочной толщи.

8. ПРИМЕРЫ РАСЧЕТА СВАЙ СВД Пример 1. Выполнить расчет на вертикальную нагрузку (обычные грунтовые условия) при таких исходных данных: свая висячая забивная марки СВД 4.75.50; грунты: 1 - суглинки (J_L = 0,24), 2 - лесс (J_L = 0,35); 3 - супесь полутвердая, водонасыщенная (J_L = 0,8).

Несущую способность F_, кН, сваи, работающей на вертикальную нагрузку, определяем по формуле (4) настоящих указаний. В соответствии с табл. 1: А = 0,32 м²; К_f1 = 1,76; u_p = 2,4 м; _p = 3,7 м; K_f2 = 1,64; К_f3 = 1,8;

.

Толщина первого рабочего слоя определяется разностью длины участка от верха сваи до отметки низа первого рабочего слоя и длины нерабочего участка сваи: ₁ = (190,25189,14)0,3 = 0,81 м; ₂ = 2,4м; ₃ = 186,74186,25 = 0,49 м.

Остальные буквенные обозначения принимаем по табл. 1-3 [2]: _с = 1; _ск = 1; _сf = 1; R = 3560 кН/м²; f₁ = 29 кН/м²; f₂ = 30 кН/м²; f₃ = 45 кН/м² (определяется интерполяцией). Тогда F_ = 1 / 1  3560  0,32 + 1,687  2,4 / 1  29  0,81 + 1  30  2,4 + 1  45  0,49 / = 1615 кН.

Согласно формуле (2) [2] допускаемая расчетная нагрузка на сваю составит:

кН.

Примечание. Боковое сопротивление грунта на длине 0,3 м не учитывается.

Пример 2. Требуется рассчитать однорядный фундамент из свай СВД 5.75.50 под железнодорожную эстакаду с площадками для приема минудобрений. Расчет промежуточной опоры № 6 выполняем исходя из предпосылки, что рамная опора состоит из двух стоек, по верху объединенных ригелем; фундамент - двух свай СВД 5.75.50, объединенных монолитным ростверком, в который жестко заделаны сваи и стойки опоры, изготовляемые из тяжелого бетона класса В25 по прочности на сжатие. Расчет свай СВД 5.75.50 проводим на совместное действие вертикальной и горизонтальной сил и момента.