Определение несущей способности сваи

Сваи подразделяют на сваи-стойки и сваи, защемленные в грунте.

Несущую способность сваи, защемленной в грунте, определяют по формуле

, (2.1)

а несущую способность сваи-стойки – по формуле

, (2.2)

где γ_с – коэффициент работы сваи в грунте, принимаемый равным 1,0; γ_cr, γ_cf – коэффициенты условий работы грунта под или над уширениями, по длине ствола и под нижним концом сваи, принимаемые в зависимости от вида грунта и способа устройства равными γ_cr – 0,8–1,2, γ_cf – 0,5–1,0; допускается принимать γ_cr и γ_cf по таблице 2.2; А – площадь опирания на грунт нижнего конца (поперечного сечения) сваи, м², или ее уширения «брутто», в т.ч. с учетом их конечных размеров после инъекции или вытрамбовки, а для свай-оболочек – по площади «нетто»; U_i – усредненный периметр поперечного сечения ствола сваи в i-том слое грунта, м; R – расчетное сопротивление грунта под или над уширениями (при выдергивании) по длине ствола и под нижним концом, принимаемое по данным инженерных изысканий (испытаний) или опыта строительства в аналогичных условиях, утвержденным аналитическим или эмпирическим формулам, таблицам и согласованным нормам; R_fi – расчетное сопротивление (прочность) i-го слоя грунта на боковой поверхности ствола сваи, МПа, определяемое с учетом отсутствия или наличия инъекционной опрессовки или уплотнения грунта и принимаемое аналогично R; h_i – толщина i-го слоя грунта, м, соприкасающегося с боковой поверхностью сваи, принимаемая разбивкой массива на слои или по толщине прослоек.

Таблица 2.2 – Таблица коэффициентов условий работы g_cr и g_cf

Способы погружения забивных свай и свай-оболочек без выемки грунта в грунтовых условиях	Коэффициенты условий работы
g_cr	g_cf
1 Погружение свай подвесными, паровоздушными и дизельными молотами 2 Погружение в пробуренные лидерные скважины с заглублением сваи ниже забоя скважины не менее 1 м при ее диаметре: а) равном стороне квадратной сваи б) на 0,05 м менее стороны квадратной сваи в) на 0,15 м менее стороны квадратной сваи или диаметра круглой 3 Погружение с подмывом в песчаные грунты при условии исключения подмыва на последнем метре 4 Вибропогружение (вибровдавливание) свай-оболочек и свай в грунты: а) пески: – крупные и средние – мелкие – пылеватые б) пылевато-глинистые грунты с I_L = 0,5 супеси суглинки глины в) пылевато-глинистые грунты с I_L £ 0 5 Погружение молотами полых свай с открытым нижним концом при диаметре: а) 0,4 м и менее б) от 0,4 до 0,8 6 Погружение любым способом полых круглых свай с закрытым нижним концом на глубину 10 м и более с устройством камуфлетного уширения в песчаных грунтах средней плотности и в пылевато-глинистых грунтах при I_L £ 0,5: а) при диаметре уширения 1,0 м независимо от видов грунтов б) то же 1,5 м в песках и супесях в) то же 1,5 м в суглинках и глинах 7 Погружение вдавливанием свай: а) в пески средней плотности крупные, средние и мелкие б) в пески пылеватые в) в пылевато-глинистые грунты с I_L £ 0,5	1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,2 1,1 1,0 0,9 0,8 0,7 1,0 1,0 0,7 0,9 0,8 0,7 1,1 1,1 1,1	1,0 0,5 0,6 1,0 0,9 1,0 1,0 1,0 0,9 0,9 0,9 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 0,8 1,0
г) то же с I_L³ 0,5	1,0	1,0
Примечание – Коэффициенты g_cr и g_cf по поз. 4 для пылевато-глинистых грунтов с показателем текучести 0 < I_L < 0,5 определяются интерполяцией.

Значения R и R_fi можно принимать по таблицам 2.3 и 2.4 соответственно.

Таблица 2.3 – Расчетное сопротивление грунта R под нижним концом сваи

Глубина погружения нижнего конца сваи, м	Расчетные сопротивления под нижним концом забивных свай и свай-оболочек, погружаемых без выемки грунта (R), кПа
песчаных грунтов средней плотности
гравелистых	крупных	—	средней крупности	мелких	пылеватых	—	—	—	—	—
пылевато-глинистых грунтов при показателе текучести (I_L), равном
0,0	0,1	0,2	0,3	0,4	0,5	0,6	0,7	0,8	0,9	1,0
	7100	6000		3400	1800	1200
	7500 6500	6600 4000		3800 2200	2100 1600	1300 1200
	8300	6800		4400	2300	1350
	8900 7500	7000 6000		4600 2800	2400 2000	1400 1350
	9400 8100	7200 6500		4700 3000	2450 2100	1450 1400
	9700 8500	7300 6900		4800 3200	2500 2200	1500 1450
	9900	7550		4900	2600	1550
	10200 6500	7800 7200		5000 3400	2560 2350	1600 1550
	10500 9100	7900 7350		5100 3500	2700 2400	1650 1600
	11000 9300	8200 7500		5200 3700	2800 2500	1750 1650
	11700 9500	8500 7700		5400 4000	3000 2600	1900 1700
	12600	8800		5600	3200	1950
	13400	9000		5800	3500	2000
Примечания 1 В числителе даны значения (R) для песчаных грунтов, в знаменателе — для пылевато-глинистых. 2 В таблицах 6.1 и 6.2 для насыпных грунтов с коэффициентом уплотнения К_com < 0,92 и для намывных песчаных грунтов с давностью намыва t < 1 г., глубину погружения нижнего конца сваи и среднюю глубину расположения слоя грунта: — при планировке территории срезкой, подсыпкой, намывом до 3 м следует принимать от уровня природного рельефа; — при срезке, подсыпке, намыве от 3 до 10 м — от условной отметки, расположенной, соответственно, на 3 м выше уровня срезки или на 3 м ниже уровня подсыпки.
Для насыпных грунтов с коэффициентом уплотнения К_com > 0,92 и для намывных песчаных грунтов с давностью намыва t > 1 г. значения (R) и (R_fi) следует учитывать при фактической глубине погружения свай согласно требованиям главы 10. Глубину погружения нижнего конца сваи и среднюю глубину расположения слоя грунта в водоеме следует принимать от уровня дна после общего размыва расчетным паводком, на болотах — от дна уровня болота. При проектировании путепроводов через выемки глубиной до 6 м для свай, забиваемых молотами без подмыва или устройства лидерных скважин, глубину погружения в грунт нижнего конца сваи следует принимать от уровня природного рельефа в месте сооружения фундамента. Для выемок глубиной более 6 м глубину погружения свай следует принимать как для выемок глубиной 6 м. 3 Для промежуточных глубин погружения свай и промежуточных значений показателя текучести (I_L) пылевато-глинистых грунтов, значения (R) и (R_f_i) в таблицах 6.1 и 6.2 определяются интерполяцией.
4 Для плотных песчаных грунтов, степень плотности которых определена по данным статического зондирования, значения (R) для свай, погруженных без использования подмыва или лидерных скважин, следует увеличить на 100 %. При определении степени плотности грунта по данным других видов инженерных изысканий и отсутствии данных статического зондирования для плотных песков значения (R) следует увеличить на 60 %, но не более чем до 20000 кПа.
5 Значения расчетных сопротивлений (R) допускается использовать при условии, если заглубления свай в неразмы-ваемый и несрезаемый грунт составляют не менее: — 4,0 м — для мостов и гидротехнических сооружений; — 2,0 м — для зданий и прочих сооружений. 6 Значения расчетного сопротивления грунтов (R) под нижним концом забивных свай сечением 0,15´0,15 м и менее, используемых в качестве фундамента под внутренние перегородки одноэтажных производственных зданий, допускается увеличивать на 20 %. 7 Для супесей при числе пластичности Ip < 4 и коэффициенте пористости е < 0,8 расчетные сопротивления грунтов (R) и (Rfi) следует определять как для пылеватых песков средней плотности.

Рекомендуется также определять несущую способность сваи-стойки и по материалу по формуле

(2.3)

где φ – коэффициент, учитывающий особенности загружения, гибкость и т.п. (для свай, полностью погруженных в грунт, φ = 0); R_b – расчетное сопротивление бетона при осевом сжатии, кПа; A_b – площадь поперечного сечения бетона сваи, м²; R_sc – расчетное сопротивление арматуры сжатию, кПа; A_s – площадь поперечного сечения продольной арматуры.

Из вычисленных значений F_di в расчет берется меньшее значение.

Таблица 2.4 – Расчетные сопротивления грунта R_fi по боковой поверхности сваи

Средняя глубина расположения слоя грунта, м	Расчетные сопротивления i-го слоя грунтов на боковой поверхности забивных свай и свай-оболочек (R_fi), кПа
песчаных грунтов средней плотности
гравелистых	крупных	средней крупности	мелких	пылеватых	—	—	—	—	—	—
пылевато-глинистых грунтов при показателе текучести (I_L) равном
0,0	0,1	0,2	0,3	0,4	0,5	0,6	0,7	0,8	0,9	1,0
	60	55	45	40	30	12,0	9,0	6,0	5,0	4,0	3,0
	70 55	60 45	55 42	50 32	35 22	17,0	13,0	9,0	7,5	7,0	5,0
	80 60	65 52	60 48	55 38	40 28	21,0	17,0	11,0	9,0	7,5	6,0
	85 65	70 55	63 53	58 40	44 32	24,0	19,0	13,0	10,0	8,0	6,5
	90	75	68	61	47	26,0	21,0	15,0	11,0	8,5	7,0
	95	80	72	63	48	29,0	23,0	16,0	12,0	9,0	7,5
	100	85	75	65	49	32,0	25,0	17,0	13,0	9,5	8,0
	102	90	77	66	50	33,0	26,0	17,5	13,5	10,0	8,0
	104 72	92 74	78 66	67 49	51 38	34,0	27,0	18,0	14,0	10,5	8,0
	106	93	79	68	52	35,0	28,0	18,5	14,5	11,0	8,0
	110	95	80	69	54	36,0	29,0	19,0	15,0	11,0	8,0
	114	97	82	70	56	37,0	30,0	20,5	15,0	11,0	8,0
	117	99	85	72	58	38,0	31,0	21,0	15,0	11,0	8,0
	120	100	90	74	60	39,0	32,0	22,0	15,0	11,0	8,0
Примечания 1 При определении расчетного сопротивления грунта на боковой поверхности сваи (R_fi) следует учитывать требования, изложенные в примечаниях 1, 2 и 3 к таблице 6.1. 2 При определении расчетных сопротивлений грунтов на боковой поверхности свай (R_fi) пласты грунтов следует расчленять на однородные слои толщиной не более 2 м. 3 Значения расчетного сопротивления плотных песчаных грунтов на боковой поверхности свай (R_fi) следует увеличивать на 30 % по сравнению со значениями, приведенными в данной таблице. 4 Расчетные сопротивления супесей и суглинков с коэффициентом пористости е < 0,5 и глин с коэффициентом пористости е < 0,6 следует увеличивать на 15 % по сравнению со значениями, приведенными в данной таблице, при любых значениях показателя текучести.

2.4 Определение количества свай.

Проверка нагрузки на сваю

Расчет свайного фундамента по первой группе предельных состояний (по несущей способности) производится из условия

, (2.4)

где N_i – расчетная внешняя нагрузка, передаваемая на отдельную сваю при наиболее невыгодных сочетаниях усилий, с учетом собственного веса ростверка и свай; γ_f – коэффициент надежности по нагрузке, принимаемый при расчете по несущей способности равным 0,87; γ_k – коэффициент надежности метода испытаний, принимаемый по таблице 2.5.

Количество свай в отдельно стоящем свайном фундаменте (под колонну) может быть определено следующим образом:

а) определим ориентировочные размеры ростверка. Для этого определим среднее давление под подошвой ростверка по выражению

где Р – расчетная нагрузка, допускаемая на сваю, кН; d – размер поперечного сечения сваи, м.

Площадь подошвы ростверка в первом приближении может быть определена по формуле

где N_о1 – расчетная нагрузка по первой группе предельных состояний в плоскости обреза фундамента, кН; – осредненное значение удельного веса материала ростверка и грунта на его уступах, принимаемое равным 20 кН/м³; d_р – глубина заложения подошвы ростверка, м.

Вес ростверка с грунтом на его уступах можно определить по формуле

где γ_f – коэффициент надежности по нагрузке, принимаемый γ_f = 1,1.

Тогда количество свай

где h = 1...1,6 – коэффициент, учитывающий действие момента. Для центрально нагруженных фундаментов h = 1.

В ленточном фундаменте число свай на 1 м определится по той же формуле, в которой N_о1 – расчетная распределенная по длине фундамента нагрузка на его обрезе, кН/м; N_f – вес фундаментной стены с ростверком, кН/м. При этом расстояние между сваями l_c = 1/п. Если расстояние между осями свай получится меньше 3d, то необходимо либо повышать несущую способность свай (например, увеличением длины), либо располагать их в 2 – 3 ряда (возможно, в шахматном порядке).