2.14 Особенности определения несущей способности

буровых свай

При возведении новых зданий и реконструкции старых в примыкании к существующей застройке одной из основных проблем строительства является исключение недопустимых дополнительных осадок примыкающих зданий. В плане статической работы основания наиболее безопасными как для существующих, так и для проектируемых зданий оказываются свайные фундаменты. В последние годы в строительстве начинают все шире применяться буронабивные, а при усилении фундаментов – буроинъекционные сваи.

Сложившаяся практика проектирования свайных фундаментов имеет определенную последовательность. Сначала выполняется расчет несущей способности свай и в соответствии с рассчитанной несущей способностью определяется количество свай, выполняется размещение их в плане, конструируется ростверк. Для проведения статических испытаний опытные и анкерные сваи изготавливаются таким образом, чтобы они оказались включенными в работу. Опыт испытания таких свай свидетельствует о том, что несущая способность свай, рассчитанная по стандартным формулам и таблицам, оказывается ниже несущей способности по результатам статических испытаний.

Предварительные статические испытания свай в большинстве случаев не проводятся, т.к. в этом случае потребуется изготовление «бросовых» свай, которые, вероятнее всего, окажутся вне проектного размещения свай.

Таким образом, весьма актуальной проблемой в настоящее время остается достоверный прогноз несущей способности буровых свай.

При расчете несущей способности свай выдвигаются четыре гипотезы.

Гипотеза 1 (стандартная по СНБ): при изготовлении буровых свай происходит нарушение природной структуры грунта; дополнительное уплотнение грунта, характерное для свай, погружаемых в грунт в готовом виде, отсутствует. В этом случае несущая способность свай определяется по формуле (2.1), где расчетное сопротивление под нижним концом принимается по таблице 2.11, расчетное сопротивление по боковой поверхности – по таблице 2.4 с учетом понижающего коэффициента по таблице 2.12.

Т а б л и ц а 2.11 – Расчетное сопротивление R под нижним концом свай, кПа

Глубина заложения нижнего конца сваи, м	Расчетное сопротивление R под нижним концом набивных свай, свай-столбов и свай-оболочек, погружаемых с выемкой грунта и заполнением полости бетоном, при глинистых грунтах с показателем текучести IL, равным
	0	0,1	0,2	0,3	0,4	0,5	0,6
3 5 7 10 12 15 18 20 30 40	850 1000 1150 1350 1550 1800 2100 2300 3300 4500	750 850 1000 1200 1400 1650 1900 2100 3000 4000	650 750 850 1050 1250 1500 1700 1900 2600 3500	500 650 750 950 1100 1300 1500 1650 2300 3000	400 500 600 800 950 1100 1300 1450 2000 2500	300 400 500 700 800 1000 1150 1250 – –	250 350 450 600 700 800 950 1050 – –

Гипотеза 2: при изготовлении свай не происходит нарушения природной структуры; грунт вокруг сваи уплотняется за счет разницы удельного веса бетона и грунта. Несущая способность свай определяется по формуле (2.1) как для забивной сваи, расчетное сопротивление грунта под нижним концом определяется по таблице 2.3, по боковой поверхности – по таблице 2.4 без понижающих коэффициентов.

Т а б л и ц а 2.12 – Коэффициенты условий работы по боковой поверхности

Вид свай и способы их устройства	Коэффициент условий работы грунта γcf при
	песках	супесях	суглинках	глинах
Набивные при забивке инвентарной трубы с наконечником	0,8	0,8	0,8	0,7
Набивные виброштампованные	0,9	0,9	0,9	0,9
Буронабивные, в том числе с уширенной пятой, бетонируемые: а) при отсутствии воды в скважине (сухим способом) б) под водой или под глинистым раствором	0,7 0,6	0,7 0,6	0,7 0,6	0,6 0,6
Сваи-оболочки, погружаемые вибрированием с выемкой грунта	1,0	0,9	0,7	0,6
Сваи-столбы	0,7	0,7	0,7	0,6

Гипотеза 3: свая работает как глубокая опора; нарушения природной структуры не происходит, грунт вокруг сваи может дополнительно уплотняться. Несущая способность определяется как суммарная несущая способность по нижнему концу и по боковой поверхности. При этом несущая способность по боковой поверхности определяется с учетом понижающих коэффициентов по таблице 2.12. Несущая способность по нижнему концу определяется по формуле

, (2.8)

где и – соответственно приведенные ширина и длина фундамента, e_b и e_l – эксцентриситеты приложения равнодействующей нагрузок соответственно в направлении поперечной и продольной осей фундамента; N_γ, N_q, N_c – безразмерные коэффициенты несущей способности, определяемые по таблице 2.13 в зависимости от расчетного значения угла внутреннего трения φ_I и угла наклона к вертикали δ равнодействующей внешней нагрузки на основание F в уровне подошвы фундамента; γ_I и – расчетные значения удельного веса грунтов, находящихся в пределах возможной призмы выпирания соответственно ниже и выше подошвы фундамента; с_I – расчетное значение удельного сцепления грунта; d – глубина заложения фундамента; – коэффициенты формы фундамента, определяемые по формулам: , в которых .

Т а б л и ц а 2.13 – Коэффициенты несущей способности

Угол внутреннего трения грунта φI, град	Коэффициент	Коэффициенты несущей способности Nγ, Nq, Nc при углах наклона к вертикали равнодействующей внешней нагрузки δ, град, равных
		0	5	10	15	20	25	30	35
0	Nγ Nq Nc	0 1,00 5,14	—	—	—	—	—	—	—
5	Nγ Nq Nc	0,20 1,57 6,49		—	—	—	—	—	—
10	Nγ Nq Nc	0,60 2,47 8,34	0,42 2,16 6,57		—	—	—	—	—
15	Nγ Nq Nc	1,35 3,94 10,98	1,02 3,45 9,13	0,61 2,84 6,88		—	—	—	—
20	Nγ Nq Nc	2,88 6,40 14,84	2,18 5,56 12,53	1,47 4,64 10,02	0,82 3,64 7,26		—	—	—
25	Nγ Nq Nc	5,87 10,66 20,72	4,50 9,17 17,53	3,18 7,65 14,26	2,00 6,13 10,99	1,05 4,58 7,68		—	—
30	Nγ Nq Nc	12,39 18,40 30,14	9,43 15,63 25,34	6,72 12,94 20,68	4,44 10,37 16,23	2,63 7,96 12,05	1,29 5,67 8,09		—
35	Nγ Nq Nc	27,50 33,30 46,12	20,58 27,86 38,36	14,63 22,77 31,09	9,79 18,12 24,45	6,08 13,94 18,48	3,38 10,24 13,19
40	Nγ Nq Nc	66,01 64,19 75,31	48,30 52,71 61,63	33,84 42,37 49,31	22,56 33,26 38,45	14,18 25,39 29,07	8,26 18,70 21,10	4,30 13,11 14,43
Примечания 1 При промежуточных значениях φI и δ значения коэффициентов определяются интерполяцией. 2 В скобках даны значения, соответствующие предельному значению угла наклона нагрузки .

Гипотеза 4: свая работает как глубокая опора; нарушение природной структуры или дополнительное уплотнение грунта вокруг сваи отсутствует. Несущая способность определяется как суммарная несущая способность по нижнему концу и по боковой поверхности. При этом несущая способность по нижнему концу определяется по формуле (2.8), несущая способность по боковой поверхности определяется по таблице 2.4 без учета понижающих коэффициентов.

Анализ ситуации и статистическая обработка результатов исследований имеет следующие возможные объективные и субъективные ошибки:

1) неточность данных об инженерно-геологическом напластовании грунтов. Оценка несущей способности сваи выполняется на основании инженерно-геологических данных по скважине, ближайшей к свае. При этом ближайшая скважина может оказаться на расстоянии десятков метров от сваи;

2) естественный разброс физико-механических свойств грунтов. Как при­родная среда грунты имеют существенную изменчивость свойств как по горизонтали, так и по вертикали. В связи с этим результаты испытаний одинаковых свай, находящихся в пределах «видимости» одной и той же скважины, могут существенно отличаться друг от друга;

3) неточность принятых прочностных характеристик грунтов под нижними концами. В большинстве случаев при инженерно-геологических изысканиях прочностные характеристики грунтов принимаются по таблицам по физическим характеристикам;

4) неточность определения фактической несущей способности по графикам статических испытаний. Часто при испытаниях нагрузка не доводится до срыва сваи. В этом случае ожидаемая фактическая несущая способность определяется условно путем экстраполяции графика «нагрузка-осадка» до ординаты 2 см. Кривая экстраполяции строится с учетом испытаний ближайших свай либо с учетом испытаний аналогичных свай в схожих инженерно-геологических условиях.

Анализ гипотез и сравнение расчетов с результатами испытаний свай, выполненные в Санкт-Петербурге, свидетельствуют о том, что наиболее достоверный расчетный прогноз несущей способности буровых свай возможен при рассмотрении работы свай как глубоких опор и использовании следующих предпосылок:

– несущая способность сваи представляет собой суммарную несущую способность по нижнему концу и по боковой поверхности;

– несущая способность по острию сваи определяется по формуле (2.8) с единичными коэффициентами формы фундамента;

– несущая способность по боковой поверхности определяется по расчетному сопротивлению грунта из таблицы 2.4 с учетом понижающих коэффициентов по таблице 2.12.

ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОПРОВЕРКИ

1 Как классифицируются сваи по материалу, способу погружения и изготовления, по конструкции, характеру работы в грунте, виду армирования?

2 Когда, в каких условиях рекомендуются забивные призматические сваи?

3 Когда, в каких условиях рекомендуются трубчатые сваи и сваи-оболочки?

4 Когда, в каких условиях рекомендуются ромбовидные и пирамидальные сваи?

5 Когда, в каких условиях рекомендуются буронабивные сваи?

6 Когда, в каких условиях рекомендуются буроинъекционные сваи?

7 Как выбирается несущий слой для свайного фундамента?

8 Как определяется требуемая длина свай?

9 Как определяется несущая способность сваи по грунту?

10 Как определяется несущая способность сваи-стойки по материалу?

11 Как определяется количество свай в фундаменте?

12 Каковы принципы размещения свай в плане?

13 Как проверяют усилие, передаваемое на сваю?

14 Каковы особенности расчета осадки свайных фундаментов?

15 Какие расчеты выполняются для свайных фундаментов, испытывающих горизонтальные нагрузки?

16 Как рассчитывают несущую способность сваи при наличии отрицательного трения?

17 Как подбирают молот для погружения забивных свай?

18 Как можно классифицировать сваевдавливающее оборудование?

19 Какие преимущества имеет статическое вдавливание свай?

20 Какое оборудование применяют для погружения свай забивкой?

21 Какие способы применяют для контроля несущей способности свай?

22 В чем заключается способ пробных статических нагрузок?

23 В чем заключается динамический способ испытания свай?

24 В чем суть георадиолокационного способа?

25 В чем состоят особенности определения несущей способности буровых свай?

26 Какая гипотеза наиболее близко определяет несущую способность буровых свай?