А. Сваи-стойки
могут потерять несущую способность либо в результате разрушения грунта под ее нижним концом, либо в результате разрушения самой сваи, т.е. такую сваю необходимо рассчитывать: по прочности материала ствола сваи и по условию прочности грунта под ее нижним концом. За несущую способность принимается меньшая величина.
По прочности материала свая-стойка рассчитывается как центрально нагруженный сжатый стержень, без учета поперечного изгиба.
Для железобетонных свай формула расчета несущей способности по материалу выглядит следующим образом:
,
где ? – коэффициент продольного изгиба, обычно ?=1;
?с – коэффициент условий работы,
для свай сечением менее 0,3?0,3м ?с=0,85;
для свай большего сечения ?с=1;
?m – коэффициент условий работы бетона (0,7…1 – в зависимости от вида
свай);
Rb – расчетное сопротивление бетона осевому сжатию, зависит от класса бетона (кПа);
A – площадь поперечного сечения сваи, м2;
?a – коэффициент условий работы арматуры, ?a =1;
Rs – расчетное сопротивление сжатию арматуры (кПа);
As – площадь поперечного сечения арматуры, м2.
Несущая способность сваи-стойки по грунту определяется по формуле:
,
где ?с – коэффициент условий работы сваи в грунте, ?с=1;
R – расчетное сопротивление грунта под нижним концом сваи, кПа
А – площадь опирания сваи на грунт, м2.
Б. Висячие сваи
Их расчет производится, как правило, только по прочности грунта, т.к. по прочности материала она всегда заведомо выше.
Существуют следующие методы расчета:
- Динамический метод;
- Метод испытания пробной статической нагрузкой;
- Практический метод;
- Метод статического зондирования;
- Теоретические методы.
Динамический метод заключается в определении несущей способности сваи по величине ее отказа на отметке близкой к проектной. В основу метода положено, что работа, совершаемая свободно падающим молотом, GH (где G – вес молота, H – высота падения молота) затрачивается на преодоление сопротивления грунта погружению сваи; на упругие деформации системы «молот-свая-грунт»; на превращение части энергии в тепловую; разрушение головы сваи и т.п., т.е. на неупругие деформации.
В общем виде эта зависимость записывается следующим образом:
– уравнение работ
Н.М. Герсевомова,
где G•H – работа падающего молота;
Fu•Sa – работа на погружение;
G•h – работа на упругие деформации;
?•G•H – работа на неупругие деформации;
Fu – предельное сопротивление сваи вертикальной нагрузке, кН;
Sa – отказ сваи, м;
? – коэффициент, учитывающий превращение части энергии в тепловую
и т.п.
Отказ сваи (Sa) определяется либо по одному удару молота, либо, что чаще, вычисляется как среднее арифметическое значение погружения сваи от серии ударов, называемой залогом (число ударов от 4-х до 10).
Метод испытания свай статической нагрузкой. Несмотря на сложность, длительность и значительную стоимость этот метод позволяет наиболее точно установить предельное сопротивление сваи с учетом всех геологических и гидрогеологических условий строительной площадки
Метод используется либо с целью установления предельного сопротивления сваи, необходимого для последующего расчета фундамента, либо с целью проверки на месте несущей способности сваи, определенной каким-либо другим методом, например, практическим.
Проверке подвергаются в среднем до 1% от общего числа погруженных свай, но не менее 2-х.
Схема испытания выглядит следующим образом:
Рис.11.13. Испытание свай вертикальной статической нагрузкой:
1 – испытываемая свая; 2 – анкерные сваи; 3 – реперная система; 4 – прогибомеры (для замера осадки сваи от нагрузки); 5 – домкрат; 6 – упорная балка
Нагрузка прикладывается ступенями, равными
от ожидаемого предельного сопротивления сваи. Каждая ступень выдерживается до условной стабилизации осадки сваи. Осадка считается условно стабилизировавшейся, если ее приращение не превышает 0,1мм за 1 час наблюдения для песчаных грунтов и за 2 часа для глинистых.
По данным испытаний строятся два графика:
Практика показала, что графики испытаний свай делятся на два типа (рис. 1.13б):
- с характерным резким переломом, после которого осадка непрерывно возрастает без увеличения нагрузки, данная нагрузка в этом случае и принимается за предельную;
- с плавным очертанием без резкого перелома, что затрудняет определение предельной нагрузки. В этом случае за предельную принимается та нагрузка, под воздействием которой испытываемая свая получила осадку S:
,
где ? – переходной коэффициент, комплексно учитывает ряд факторов:
несоответствие между осадкой одиночной сваи и сваи в кусте,
кратковременность испытания (главный фактор) по сравнению с
длительностью эксплуатации здания и т.п., принимается равным ?=0,2;
Su,mt – предельное значение средней осадки фундамента проектируемого здания (по СНиП 2.02.01-83*).
В итоге расчетная нагрузка на сваю по результатам статических испытаний:
,
где ?с – коэффициент условий работы;
?g – коэффициент надежности по нагрузке;
Fu – частное значение, т.е. нормативное значение.
Практический метод (по таблицам СНиП). Широко применяется в практике проектирования, позволяет определить несущую способность сваи по данным геологических изысканий. Метод базируется на обобщении результатов испытаний большого числа обычных и специальных свай вертикальной статической нагрузкой, проведенных в различных грунтовых условиях с целью установления предельных значений сил трения, возникающих между сваей и окружающим грунтом, и
Рис.11.11. Расчетная схема к определению несущей способности сваи практическим методом
предельного сопротивления грунта под ее концом.
В результате составлены таблицы расчетных сопротивлений грунтов, которые позволяют определить сопротивление боковой поверхности и нижнего конца сваи и, просуммировать полученные значения по формуле:
Fd =
()
Найти ее НС Fd (kH)
R и fi — затабулированы
RZo – расстояние от поверхности до низа сваи; крупность песчаного грунта или IL глинистого грунта.
fiZi – расстояние от поверхности до середины рассматриваемого слоя, крупности песчаного грунта или IL глинистого грунта.
Особое внимание в этом методе расчета необходимо уделять правильности оценки физико-механических свойств грунта, особенно показателю текучести IL глинистых, который оказывает значительное влияние на результат расчета.
Расчет и проектирование свайных фундаментов (отрывок из урока)
