Из чего состоит свайный фундамент?

Свайный фундамент состоит из свай, объединенных в верхней части балкой или плитой, именуемыми ростверком. Ростверк служит для распределения нагрузки, передаваемой сооружением на сваи. Головы свай обычно заделывают в ростверк. Однако свайный фундамент может состоять и только из одной сваи, которая будет являться продолжением колонны наземной конструкции. Нижняя поверхность ростверка называется его подошвой. Глубиной заложения свайного фундамента называется расстояние от поверхности грунта до плоскости, проведенной через острие свай.

Рис.Ф.14.3. Свайные фундаменты с низким и высоким ростверками: а,б - свайный фундамент с низким роствером; в - свайный фундамент с высоким ростверком

1.По каким признакам классифицируются сваи?

Все известные сваи классифицируются по трем признакам:

1) По материалу: железобетонные, бетонные, металлические, деревянные;

2) По способу заглубления в грунт: а) забивные железобетонные, деревянные и стальные, погружаемые в грунт без его выемки с помощью молотов, вибропогружателей, вибровдавливающих и вдавливающих устройств, а также железобетонные сваи-оболочки; б) сваи-оболочки железобетонные, заглубляемые вибропогружателями с выемкой грунта и заполняемые частично или полностью бетонной смесью; в) набивные бетонные и железобетонные, устраиваемые в грунте путем укладки бетонной смеси в скважины, образованные в результате принудительного вытеснения грунта; г) буровые железобетонные, устраиваемые в грунте путем заполнения пробуренных скважин бетонной смесью или установки в них железобетонных элементов; д) винтовые;

3) По условиям взаимодействия с грунтом:

а) сваи-стойки, передающие нагрузку на грунт нижним концом и опирающиеся на скальные или малосжимаемые прочные грунты. К малосжимаемым грунтам относятся крупнообломочные грунты с песчаным заполнителем средней плотности и плотные, а также глины твердой консистенции в водонасыщенном состоянии с модулем деформации E  50 МПа (рис.Ф.14.8,а);

б) висячие сваи, опирающиеся на сжимаемые грунты и передающие нагрузку на грунты основания боковой поверхностью и нижним концом (рис.Ф.14.8,б).

Рис.Ф.14.8. Схемы передачи нагрузки на основание

2. По каким предельным состояниям выполняется расчет свайных фундаментов и их оснований?

Расчет свайных фундаментов и их оснований должен быть выполнен по следующим предельным состояниям:

а) первой группы:

 по прочности материала свай и свайных ростверков;

  по несущей способности грунта основания свай;

  по несущей способности оснований свайных фундаментов, если на них передаются значительные горизонтальные нагрузки (подпорные стены, фундаменты распорных конструкций и др.), а также если основания ограничены откосами или сложены круто падающими слоями грунта;

б) второй группы:

  по осадкам оснований свай и свайных фундаментов от вертикальных нагрузок;

  по перемещениям свай (горизонтальным и углом поворота головы сваи) совместно с грунтом основания от действия горизонтальных нагрузок и моментов;

  по образованию или раскрытию трещин в элементах железобетонных конструкций свайных фундаментов.

Расчет конструкций свай и ростверков по первой группе предельных состояний выполняется во всех случаях на вертикальные и горизонтальные нагрузки по прочности материала свай, а также по несущей способности грунта основания.

Расчет свайных фундаментов по второй группе предельных состояний (по деформациям) выполняется при всех видах грунтов, за исключением тех случаев, когда сваи опираются на крупнообломочные грунты, плотные пески и твердые глины. Расчет по деформациям выполняется также при действии на фундаменты горизонтальных нагрузок, которые могут вызвать горизонтальные смещения фундаментов.

По образованию и раскрытию трещин рассчитываются железобетонные элементы свайного фундамента в соответствии с нормами проектирования железобетонных конструкций.

3. Расчетные методы определение несущей способности сваи

Несущей способностью сваи F_d называется расчетная несущая способ­ность грунта основания одиночной сваи. Это то максимальное усилие, которое может воспринять свая без разрушения грунта, контактирующего с ее поверх­ностью.

В расчетном методе несущая способность сваи-стойки обусловлена толь­ко сопротивлением грунта под ее нижним концом

(4.1)

а для висячей сваи является суммой сил расчетных сопротивлений грунтов основания под нижним концом сваи и на ее боковой поверхности

(4.2)

В эти формулах:

- коэффициент условий работы сваи в грунте, принимаемый для забив­ных свай равным 1

R - расчетное сопротивление грунта под нижним концом сваи, кПа; для за­бивных свай-стоек R = 20000 кПа, для забивных висячих свай - по прил.19;

А - площадь -опирания сваи на грунт, м²;

u - наружный периметр поперечного сечения сваи, м;

-расчетное сопротивление i-го слоя грунта основания по боковой по­верхности сваи, кПа, принимаемое для забивных свай по прил.20;

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

сваи, м;

коэффициенты условий работы грунта соответственно под нижним концом и на боковой поверхности сваи, учитывающие влияние спо­соба погружения сваи на расчетное сопротивление грунта; для не­которых способов погружения забивных свай, значения представлены в прил.21.

Определение несущей способности свай по результатам полевых испытаний.

Несущая способность свай в полевых условиях может быть определена следующими методами: 1-статаическими испытаниями свай 2-динамическими испытаниями свай 3-испытаниями свай мотодом зондирования (зонд погружается вдавливанием)

Как правило, несущая способность свай, определяемая полевыми испытаниями, более точна. И расчетные методы определения несущей способности свай используются как предварительные методы, которые корректируются по результатам полевых испытаний.

Расчет свай и свайных фундаментов по деформациям.

Расчет осадки основания фундамента из куста висячих свай следует про­изводить как для условного фундамента на естественном основании.

Границы условного фундамента определяются следующим образом: - снизу- плоскостью , проходящей через нижние концы сваи; - с боков - вертикальными плоскостями, отстоящими от наружных

граней крайних рядов вертикальных свай на расстоянии а= ,

- сверху - поверхностью планировки грунта.

Здесь - осредненное расчетное значение угла внутреннего трения грунта в пределах глубины h;

h-расстояние от подошвы ростверка до нижнего конца свай.

Для расчета осадки условного фундамента необходимо определить давление под его подошвой.

Суммарная вертикальная нагрузка в уровне подошвы условного фундамента определяется путем сложения:

1-нагрузки от здания и сооружения

2-веса ростверка

3-веса свай

4-веса грунта в объеме условного фундамента

Взаимодействие сваи с окружающей средой.

При погружении сплошной сваи она вытесняет объем грунта, в результате чего грунт около сваи уплотняется, часть его вытесняется вверх, вызывая подъем поверхности грунта вокруг сваи.

Данный процесс особенно актуален для водонасыщенных глинистых грунтов.

Зона уплотнения грунта вокруг таких свай имеет радиус порядка трех диаметров сваи. Эта зона неоднородна. Максимальная плотность грунта непосредственно вблизи сваи и уменьшается при увеличении расстояния от сваи.

В случае свай изготовленных на месте - процессы происходящие в грунте зависят от метода изготовления свай.

Если при устройстве скважин используется бурение, то это не приводит к изменению структуры грунта. Если скважина образуется путем внедрения трубы или другим способом вызывающим уплотнение грунта, то характер деформации грунта будет таким же как и для сплошной сваи.

Процессы происходящие при забивке свай.

Отказ сваи – это величина от погружения одного удара.

При забивке в маловлажные пески под нижним концом сваи образуется переуплотненная нижняя зона, препятствующая погружению. Если прекратить забивку, то через некоторое время в результате релаксации напряжения сопротивления под нижним концом сваи понижается и свая опять легко начинает понижаться в грунт. Описанное явление носит название ложного отказа, время необходимое для релаксации напряжения называется отдыхом сваи, а отказ определённый после отдыха сваи называется действительным отказом.

При забивке свай в глинистые грунты, часть связанной воды переходит в свободный грунт, на контакте со сваей разжижается тиксотропное разжижение и сопротивление сваи снижается. Если прекратить забивку, то через некоторое время структура грунта восстанавливается, и несущая способность сваи возрастает. Это явление называется засасывание сваи.

Процессы происходящие в грунте при работе свай под нагрузкой.

б - работа одиночной сваи; в - группы свай

При редком расположении свай зоны напряженного грунта вокруг них не пересекаютсяьи все сваи работают независимо.

При расстоянии между сваями <6d происходит наложение напряжений. В результате чего вертикальные напряжения под нижними концами свай возрастают, поэтому осадка свай в кусте всегда превышает осадку одиночной сваи. Дополнительное уплотнение грунта, вызванное забивкой свай, приводит к увеличению несущей способности сваи в кусте. А повышенная по сравнению с одиночной сваей осадка снижает несущую способность сваи. Описанные явления совместной работы свай в кусте называется кустовым эффектом.

КОНСТРУКЦИИ И РАСЧЕТ ОСНОВАНИЙ АНКЕРНЫХ ФУНДАМЕНТОВ

В каких случаях применяются анкерные фундаменты?

Анкерные фундаменты применяются в тех случаях, когда существует необходимость закрепления в грунтовом массиве сооружений, подверженных выдергивающим усилиям.

Подобные условия возникают при строительстве линий электропередачи (рис.Ф.13.1,а), радиорелейных мачт (рис.Ф.13.1,б), спортивных сооружений или ангаров с консольным покрытием (рис.Ф.13.1,в), подпорных стен и причальных стенок (рис.Ф.13.1,г), подземных гаражей (рис.Ф.13.1,д), тоннелей (рис.Ф.13.1,е), креплении свободностоящих откосов грунта (рис.Ф.13.1,ж), закреплении сооружений от всплытия (рис.Ф.13.1,з), дымовых труб (рис.Ф.13.1,к), подпорных армированных стен (рис.Ф.13.1,л) и др.

Рис.Ф.13.1. Примеры применения анкерных фундаментов: а,б,в - анкерные плиты г,д,е,ж - инъекционные анкеры; з,к - цилиндрические анкеры или винтовые сваи; л - подпорная стена

Какие конструкции анкерных фундаментов применяются в строительстве?

Конструктивно анкерные фундаменты подразделяются на массивные-столбчатые фундаменты (рис.Ф.13.2,а), грибовидные фундаменты (рис.Ф.13.2,б), анкерные плиты (рис.Ф.13.2,в), инъекционные анкеры (рис.Ф.13.2,г,д,е,ж,з), винтовые сваи (рис.Ф.13.2,и), забивные железобетонные или металлические сваи, фундаменты в виде закладных плит.

Массивные фундаменты применяются в качестве фундаментов под газоотводящие дымовые трубы и наименее распространены в строительной практике. Фундаменты выполняются ступенчатыми с массой до 3 т из монолитного железобетона непосредственно на строительной площадке.

Грибовидные фундаменты представляют собой горизонтальные плиты с вертикальной или наклонной стойкой и служат фундаментами под опоры воздушных линий электропередачи. Фундаментами свободностоящих опор являются грибовидные подножники, а фундаментами опор на оттяжках  грибовидные подножники и анкерные плиты.

Рис.Ф.13.2. Конструкции анкерных фундаментов: а - массивный фундамент; б - грибовидный фундамент; в - анкерная плита; г,д,е,ж,з - инъекционные анкеры; и - винтовая свая: 1 - теряемый башмак; 2 - цементно-песчаная заделка; 3 - металлическая тяга; 4 - изолирующая оболочка; 5 - оголовок; 6 - замок; 7 - инъекционная труба; 8 - обойма; 9 - фиксатор; 10 - манжетная труба; 11 - пакер

Фундаменты глубокого заложения.

1-опускной колодец

Опускной колодец представляет замкнутую в грунте обычно симметричную открытую и снизу, и сверху конструкцию. Он либо бетонируется на месте, либо собирается из готовых элементов (рис.Ф.16.1).

Рис.Ф.16.2. Опускной колодец: а - установка на поверхность; б - заглубление; в - наращивание новой секции; г - опускной колодец опущен до прочного грунта; д - у опускного колодца сделано дно

Опускные колодцы погружаются под действием собственного веса, хотя для погружения сборных элементов дополнительно может применяться вибрация. По мере погружения изнутри из колодца извлекается грунт. Для этого могут применяться экскаваторы грейферного или другого типов, иногда гидроразмыв грунта. После опускания колодца до заданной отметки его внутренняя полость частично или полностью заполняется бетоном. Опускной колодец может быть использован для устройства заглубленных в грунт помещений.

2-кессон

Кессоны применяются тогда, когда опускание опоры глубокого заложения должно производиться ниже уровня воды и требуется ручная разработка грунта. Кессон  это опрокинутый вверх дном ящик, образующий камеру, в которую нагнетается под давлением воздух таким образом, чтобы выдавить всю воду и осушить разрабатываемый грунт. Этот способ более сложен и дорог, чем применение опускного колодца, но он позволяет "добраться" до разрабатываемого грунта вручную. После окончания опускания кессона его камера заполняется бетоном.

Рис.Ф.16.12. Кессон: а - для использования подземного пространства (размещения в нем оборудования); б - для использования как опоры сооружения; 1 - кессонная камера; 2 - надкессонное строение; 3 - шахтная труба; 4 - шлюзовой аппарат; 5 - гидроизоляция; 6 - защитная стенка

3-стена в грунте

Способ предназначен для устройства фундаментов, а главное, заглубленных в грунт сооружений. По контуру сооружения отрывается узкая глубокая траншея, которая заполняется бетонной смесью или сборными железобетонными элементами. Стена в грунте применяется для устройства фундаментов тяжелых зданий, подземных этажей, гаражей, переходов, водопроводно-канализационных сооружений, противофильтрационных сооружений и др.