7.2.1 Основные расчетные положения


Свайные фундаменты из забивных свай рассчитываются на основании действующих норм проектирования по трем предельным состояниям:

1) по несущей способности: по прочности — сваи и ростверки, по устойчивости — основания;
2) по деформациям — основания свайных фундаментов;
3) по трещиностойкости — сваи и ростверки.

Расчету по несущей способности на усилия от расчетных нагрузок подлежат:
  по прочности — все виды свай и ростверков;
  по устойчивости — основания свайных фундаментов зданий и сооружений и отдельных свай, подвергающихся регулярно действующим горизонтальным нагрузкам (подпорные стенки и т. п.), а также зданий и сооружений, основания которых расположены на откосах, и основания свайных фундаментов из свай-стоек.

Расчету по деформациям подлежат основания свайных фундаментов из висячих свай на усилия от нормативных нагрузок с учетом нормативных характеристик грунта.

Расчету по трещиностойкости на усилия от нормативных нагрузок в соответствии с общими требованиями, предъявляемыми к элементам железобетонных конструкций, подлежат:
  по образованию трещин — сваи и ростверки, находящиеся под воздействием попеременного замораживания и оттаивания на омываемой поверхности их, а также при воздействии агрессивной среды; в указанных случаях появление трещин в сваях и ростверках не допускается;
  по раскрытию трещин — только сваи; ширина раскрытия трещин не должна превышать 0,2 мм.

Расчет одиночных свай по несущей способности и по деформациям производится с учетом совместной их работы с грунтом, окружающим и подстилающим сваю; совместная работа обусловлена сопротивлением сдвигу слоев грунта, окружающего ствол сваи, и сжатием грунтового массива, залегающего под нижним ее концом.

Рассмотрим характер сопротивлений, возникающих в грунте вокруг сваи.

Нагрузка, действующая на сваю, передается грунту через острие сваи и боковую поверхность.

Распределение усилий между боковой поверхностью и концом сваи зависит от соотношения показателей сжимаемости грунта, находящегося в пределах глубины погружения сваи, и грунта под ее концом.

Если грунт под концом сваи практически несжимаем (скальный), свая работает как стойка, стержень ее постоянно сжат и осадка будет равна величине укорочения ее от нагрузки. Работа сваи-стойки мало чем отличается от работы обычного столбчатого фундамента.

Если грунт под концом сваи обладает сжимаемостью, то через ее конец будет передаваться нагрузка тем меньшая, чем он сильнее сжимается. Свая уже будет работать как висячая, и нагрузка, передаваемая на грунт ее боковой поверхностью и концом, будет изменяться в зависимости от расположения пластов грунта, их сжимаемости и конфигурации самой сваи.

Сопротивление пo боковой поверхности возникает от сил трения между грунтовой оболочкой, образовавшейся на свае, и окружающим грунтом. Касательные напряжения, передающиеся грунту по длине сваи, вызывают напряженное состояние в условном конусообразном массиве грунта. При постепенном возрастании нагрузки сначала происходит уплотнение грунта ниже острия под действием давления грунта, окружающего сваю, а затем под концом ее начинают развиваться области сдвигов.

При достижении предельной нагрузки происходит значительный сдвиг областей грунта у конца; свая получает резкую осадку (смещение), «проваливается» относительно окружающего ее массива.

а - пологий участок; отражаетуплотнение грунта при постоянном возрастании нагрузки и начало развития области сдвигов

Графическое выражение зависимости осадки сваи от нагрузки показано на рис. 38; пологий участок кривой а соответствует началу интенсивного развития области сдвигов, а крутой б — значительному смещению сваи.

Величину расчетного сопротивления сваи определяют по ее несущей способности, исходя из:

 — прочности материала сваи в соответствии с действующими правилами и нормами и
 — расчетного сопротивления грунтов основания.

Расчеты по условию прочности грунта могут быть выполнены одним из принятых в практике проектирования методов:

1) по сумме сопротивления грунтов под нижним концом основания и на боковой поверхности сваи (этот метод иногда называется «практическим»);
2) по результатам испытаний статической нагрузкой;
3) по результатам динамических испытаний.