Свайные фундаменты с промежуточной подушкой

Обновлено: 04.05.2024

1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

СНиП II-17-77 «Свайные фундаменты. Нормы проектирования» и предназначены для проектирования фундаментов из свайных полей для зданий и сооружений.

Примечание . Под свайными полями подразумевается группа свай, расположенная сплошным полем размером в плане не менее 10×10 м или в виде кольца с количеством рядов не менее четырех при наружном диаметре не менее 10 м.

1.2. Фундаменты из свайных полей рекомендуется применять в тех случаях, когда расчетные осадки плитных фундаментов на естественном основании превышают предельные деформации сооружений, а сваи с высокой несущей способностью применить невозможно.

1.3. Способ расчета фундаментов из свайных полей выбирается в зависимости от соотношения постоянных и временных нагрузок, типа несущих конструкций и жесткости сооружения, наличия подземных помещений, значений предельных деформаций.

С учетом этих факторов здания и сооружения, для возведения которых применяются фундаменты и основания из свайных полей, целесообразно разделить на следующие группы:

жесткие сооружения, на фундаменты которых воздействуют большей частью постоянные нагрузки, в том числе:

- каркасные бесподвальные и с заглубленными помещениями (многоэтажные здания, некоторые силосные корпуса);

- с несущими стенами (промышленные трубы);

- с передачей нагрузок по всей площади (доменные печи, опоры цементных печей и арочных конструкций, тяжелое технологическое оборудование);

жесткие сооружения, на фундаменты которых воздействуют в основном кратковременные многократно повторяющиеся нагрузки, в том числе:

- каркасные (большинство силосных корпусов зерновых элеваторов); с несущими стенами (силосные корпуса зерновых элеваторов и промышленных предприятий);

условно гибкие сооружения, на фундаменты которых воздействуют преимущественно временные многократно повторяющиеся нагрузки (стальные резервуары для хранения жидкостей и сжиженных газов, подштабельные основания).

1.4. Фундаменты из свайных полей применяются в водонасыщенных пылеватых и мелких песках, при прорезании слабых ненормируемых (например, илов, торфов), насыпных, просадочных грунтов, а также в случае опирания на более плотные и менее сжимаемые грунты. Не применяются в плотных, пластических и текучих глинистых грунтах неограниченной мощности.

1.5. Настоящие Рекомендации допускается использовать при проектировании фундаментов из свайных полей для зданий и сооружений, возводимых в сейсмических районах, на просадочных, набухающих и засоленных грунтах при условии соблюдения соответствующих дополнительных требований СНиП II-17-77 и СНиП II-15-74.

Рекомендации не распространяются на проектирование фундаментов из свайных полей для зданий и сооружений, возводимых на вечномерзлых грунтах и подрабатываемых территориях, а также на фундаменты под машины с динамическими нагрузками.

1.6. Проектирование фундаментов из свайных полей выполняется при наличии следующих исходных данных:

генерального плана проектируемого объекта с нанесенными на нем инженерно-геологическими выработками, абсолютной отметкой нуля, планировочными отметками;

основных конструктивных чертежей надфундаментной части сооружения;

расчетных нагрузок на фундаменты в основном, дополнительном и (при необходимости) особом сочетании с указанием доли временных нагрузок;

требований к предельным деформациям сооружения;

материалов инженерно-геологических изысканий, выполненных в соответствии с указаниями разд. 3 СНиП II-17-77 и настоящих Рекомендаций.

1.7. Проектная документация на фундаменты из свайных полей на стадии рабочих чертежей должна оформляться в соответствии с требованиями государственных стандартов системы проектной документации для строительства и содержать:

маркировочные схемы свайного поля;

разрезы по свайным фундаментам, совмещенные с геологическими разрезами, на которых показываются отметки концов свай, подошвы плитного ростверка, основные расчетные характеристики грунтов в пределах длины свай и сжимаемой толщи;

схемы расчетных нагрузок на фундамент;

опалубочно-арматурные чертежи плитного ростверка с маркировочными схемами арматурных изделий;

документацию на арматурные изделия и закладные детали;

схематический план сооружения с разбивочными осями и привязанными к ним геологическими выработками;

указания по производству работ, проведению наблюдений за осадками сооружения, сжимаемостью грунта на разных глубинах и замеров нагрузок, воспринимаемых сваями.

1.8. В проектах свайных фундаментов, возводимых в слабых грунтах большой мощности, следует предусматривать натурные измерения деформаций в соответствии с указаниями п. 1.5 СНиП II-17-77.

В сводных сметах на строительство следует предусматривать затраты на организацию и проведение наблюдений за деформациями сооружений в строительный и эксплуатационный периоды.

1.9. При проектировании фундаментов из свайных полей следует учитывать опыт эксплуатации ранее построенных подобных фундаментов в аналогичных грунтовых условиях.

2. ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ К ИЗЫСКАНИЯМ

2.1. Изыскания для проектирования фундаментов из свайных полей, которые должны выполняться в соответствии с требованиями разд. 3 СНиП II-17-77 и настоящих Рекомендаций, должны предусматривать определение физических, деформационных и прочностных характеристик грунтов, в первую очередь, модуля деформации и угла внутреннего трения для всех видов грунта, прочности и удельного сцепления для глинистых грунтов, плотности для песчаных грунтов.

При слабых грунтах под нижними концами свай следует определять также следующие показатели: минералогический состав, дисперсность, структурную прочность, чувствительность к нарушению структурных связей.

При проведении изысканий рекомендуется отдавать предпочтение бурению глубоких скважин, прессиометрическим испытаниям и статическому зондированию грунтов.

2.2. Состав изысканий должен предусматривать возможность выбора наиболее экономичного фундамента, в том числе на естественном основании или свайного. В последнем случае предусматриваются дополнительные виды изысканий, включая испытания свай или их моделей статистическими нагрузками.

2.3. Состав и объем изысканий назначается в зависимости от объема ранее проведенных изысканий, однородности грунтовых условий, мощности и глубины залегания слабых и ненормируемых прослойков грунта, наличия плотных подстилающих слоев грунта и колебания глубины залегания их кровли.

2.4. Глубина скважин должна превышать предполагаемую глубину заложения свай на 0,8 ширины сооружения при ширине до 30 м, на 0,6 при 30 - 60 м, на 0,4 при 60 м и более, но не менее чем на 15 м.

2.5. Глубокие скважины рекомендуется располагать по сетке, примерно 30×30 м. Для отдельно располагаемых сооружений размерами в плане до 30×20 м должно быть не менее двух скважин, до 40×40 м - не менее трех.

2.6. Образцы ненарушенной структуры должны отбираться преимущественно из грунтов сжимаемой толщи, расположенных ниже предполагаемого заглубления свай.

2.7. При сооружениях II и III группы деформационные характеристики грунтов должны определяться по результатам полевых и лабораторных испытаний грунтов многократно повторяемыми (циклическими) нагрузками, имитирующими характер загружения сооружения в эксплуатационный период.

3. ОСОБЕННОСТИ РАСЧЕТА ФУНДАМЕНТОВ ИЗ СВАЙНЫХ ПОЛЕЙ

3.1. Расчет фундаментов из свайных полей производится по предельным состояниям двух групп. По предельным состояниям первой группы определяют прочность материала сваи и ростверка, несущую способность сваи и фундамента по грунту, устойчивость фундамента. По предельным состояниям второй группы определяют осадку и крен фундамента, горизонтальные перемещения свай, образование или раскрытие трещин железобетонных свай и ростверка.

3.2. Расчетная нагрузка, передаваемая на сваю, определяется по п. 4.3 СНиП II-17-77, в которой К_п принимается равным единице, если соблюдаются следующие условия:

фундамент проектируется с низким ростверком по грунту;

модуль деформации грунтов под нижними концами свай составляет не менее 10 МПа (100 кгс/см 2 );

расстояние между осями свай равно

где d - сторона поперечного сечения сваи;

l - глубина погружения сваи в грунт от подошвы ростверка;

3.3. Расчет сваи по прочности материала, образованию или раскрытию трещин производится в соответствии с требованиями СНиП II-21-75 на совместное действие вертикальных и горизонтальных нагрузок. Усилия, действующие в сечениях сваи на различной глубине, определяются по приложению к СНиП II-17-77.

3.4. Расчет фундамента из свайного поля и его основания по деформациям производится как условного фундамента, глубина заложения которого соответствует отметке заглубления нижних концов свай, в соответствии с рекомендациями СНиП II-15-74 или согласно приложению 1 настоящих Рекомендаций.

3.5. При отношении ширины сооружения к величине заглубления свай более 0,28 расчетную осадку свайного фундамента допускается определять по схеме линейно-деформируемого упругого слоя конечной толщины по формуле (6) приложения 3 к СНиП II-15-74, приняв размеры условного фундамента в плане равными размерами плитного ростверка.

Среднее давление на грунт под подошвой фундамента Р в формуле (6) принимается на уровне подошвы ростверка, а величина сжимаемой толщи вычисляется от отметки нижних концов свай.

3.6. Расчетная величина толщины линейно-деформируемого слоя вычисляется от отметки нижних концов свай по формуле (7) и п. 10 приложения 3 к СНиП II-15-74 для сооружений I группы при модуле деформация слоя 10 МПа (100 кгс/см 2 ) и более, для сооружений II группы при модуле деформаций слоя 20 МПа (200 кгс/см 2 ) и более. Для сооружений II группы при глинистых грунтах с модулем деформации 10 - 20 МПа (100 - 200 кгс/см 2 ) и сооружений III группы с модулем деформации более 10 МПа (100 кгс/см 2 ) коэффициент t в формуле (7) принимается равным 0,75.

3.7. Для сооружений I группы в любых грунтах и II группы в песчаных грунтах при модуле деформации грунтов под нижними концами свай более 20 МПа (200 кгс/см 2 ) расчетную осадку фундамента из свайного поля допускается вычислять по формуле

где Р - среднее давление на грунт под подошвой плитного ростверка;

E - расчетный модуль деформации грунта;

В - ширина или диаметр плитного ростверка, м.

При равномерном основании расчетный модуль деформации пригашается по формуле

где E ₁ , Е₂, . Е _i - расчетные модули деформации 1-го, 2-го, . i -го слоев;

h ₁ , h ₂ , . h_i - мощность 1-го, 2-го, . i -го слоев;

K ₁ , K ₂ , . K_i - коэффициенты, учитывающие глубину залегания 1-го, 2-го, . i -го слоя и принимаемые по табл. 1 в зависимости от глубины расположения подошвы слоя под нижними концами свай.

Глубина расположения слоя

3.8. При наличии результатов испытаний одиночных свай статической нагрузкой и модуле деформации грунтов в пределах сжимаемой толщи не менее 20 МПа (200 кгс/см 2 ) для сооружений I и II групп допускается использовать формулу А. Скемптона:

где S _СВ - осадка одиночной сваи от расчетной нагрузки при статическом испытании.

Формула (3.4) действительна, если прочность грунтов под нижними концами свай в пределах сжимаемой толщи одинакова либо возрастает с глубиной.

3.9. Расчет крена фундамента из свайного поля в случае использования формул СНиП II-15-74 следует производить с учетом заглубления фундамента на нагрузки, приложенные к подошве условного фундамента и вычисленные с учетом действия активного давления и упругого отпора грунта.

3.10. Крен круглого фундамента из свайного поля рекомендуется определять по формуле

где Р - равнодействующая всех вертикальных нагрузок, передаваемых фундаментом на основание;

e - эксцентриситет приложения нагрузок относительно центра подошвы фундамента;

r - радиус плитного ростверка;

m - расчетный коэффициент Пуассона грунта, определяемый в пределах сжимаемой толщи аналогично определению E по формуле (3.3);

W_c - коэффициент, определяемый в зависимости от соотношения Н/ r и m ;

Н - глубина заложения фундамента (для приближенного определения крена при m = 0,3 значение W_c принимается по табл. 2).

По данной методике крен определяется как разница осадок крайней и центральной точек фундамента.

Значение W_c при m = 0,3

3.11. Крен прямоугольного фундамента из свайного поля рекомендуется определять по формуле

где A - длина фундамента;

tg q ₁ - безразмерный коэффициент.

Значение tg q ₁ определяется по табл. 3 - 6 в зависимости от А/В 2Н/В и m . При промежуточных значениях 2Н/В, m величина tg q ₁ определяется линейной интерполяцией.

3.12. При неоднородности грунтов в пределах одного фундамента крен должен вычисляться также как разница осадок двух противоположных точек фундамента, отнесенная к его ширине, длине или диаметру.

3.13. При расчете осадок крена необходимо учитывать в соответствии с указаниями СНиП II-15-74 дополнительную осадку от взаимного влияния расположенных вблизи сооружений.

3.14. Осадку центра и крен фундамента из свайного поля рекомендуется определять по формуле 3.76 «Руководства по проектированию оснований зданий и сооружений» (М., 1978).

3.15. Распределение нагрузок между сваями и расчет плиты ростверка рекомендуется проводить с учетом жесткости надфундаментной части сооружения.

3.16. Плитные железобетонные ростверки рассчитываются как соответствующие фундаментные плиты на естественном основании, высота которых проверяется в соответствии с п.п. 3.47; 3.36 СНиП II -21-74 и приложением II «Руководства по проектированию свайных фундаментов» (Н., 1980).

3.17. Плитные ростверки мелкого заложения (до 1 м) должны быть проверены на температурные воздействия. В случае их удлинения более чем на 20 мм между сваями и ростверком (при свободном опирании) целесообразно предусматривать специальные прокладки или устраивать промежуточную подушку для снижения воспринимаемых сваями горизонтальных нагрузок.

4. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ФУНДАМЕНТОВ ИЗ СВАЙНЫХ ПОЛЕЙ

4.1. Фундаменты из свайных полей состоят из поля свай и железобетонного плитного ростверка.

4.2. Для фундаментов из свайных полей применяются сваи следующих видов:

железобетонные сваи квадратного сечения с ненапрягаемой стержневой арматурой по ГОСТ 19804.1-79;

железобетонные сваи квадратного сечения с напрягаемой арматурой по ГОСТ 19804.2-79;

железобетонные сваи квадратного сечения с круглой полостью по ГОСТ 19804.3-80;

цельные полые круглые сваи и сваи-оболочки по серии 1.011-5, заменяющей ГОСТ 19804.5-81;

составные полые круглые сваи и сваи-оболочки по серии 1.011-5, заменяемой ГОСТ 19804.6-81;

составные железобетонные сваи по серии 1.011.1-7;

буронабивные сваи различных конструкций;

Значение tg q ₁ при m = 0,25

Значение tg q ₁ при m = 0,30

Значение tg q ₁ при m = 0,35

Значение tg q ₁ при m = 0,4

4.3. Область применения забивных железобетонных свай и свай-оболочек, включая составные, определена в ГОСТ 19804.0-78.

Поля из буронабивных свай применяется в маловлажных просадочных грунтах, из деревянных свай - в слабых водонасыщенных грунтах при расположении их полностью ниже минимально возможного уровня грунтовых вод, из пирамидальных свай - при небольшой толще просадочных грунтов и необходимости уплотнения верхнего слоя грунтов.

4.4. Конфигурация свайного поля может быть следующей:

прямоугольной с расположением свай по прямоугольной сетке;

круглой с расположением свай по прямоугольной сетке;

круглой с расположением свай по радиальным прямым;

кольцевой с расположением свай по радиальным прямым или концентрическим окружностям.

Предпочтение следует отдавать расположению свай по прямоугольной сетке и радиальным прямым как менее трудоемкому при производстве работ.

4.5. Длину свай следует назначать исходя из величин допускаемых осадок и кренов сооружений при условии заглубления их нижних концов в грунты на 3 м при Е = 10 - 20 МПа (100 - 200 кгс/см 2 ), на 2 м при Е = 20 - 30 МПа (200 - 300 кгс/см 2 ), до 1 м при Е более 30 МПа (300 кгс/см 2 ).

4.6. Сечение свай выбирается в зависимости от принятой длины свай и из условия обеспечения прочности материала свай.

4.7. Жесткое сопряжение сваи с ростверком посредством заделки головы сваи на 5 см и выпуском арматуры на величину, определяемую расчетом, но не менее чем на 25 см, допускается при воздействии на сваю выдергивающих нагрузок, а также в сейсмических районах при необходимости обеспечения анкеровки сооружения в грунте.

В остальных случаях следует применять шарнирное сопряжение свай с ростверком посредством заделки головы сваи на 5 см без выпуска арматуры.

4.8. При действии выдергивающих нагрузок на сваи нескольких крайних рядов целесообразно применять комбинированное сопряжение свай с ростверком: жесткое для рядов свай, на которые действуют выдергивающие нагрузки, шарнирное - для остальных рядов свай.

4.9. Глубина заложения плитных ростверков должна быть минимальной и назначаться независимо от глубины промерзания.

4.10. В районах сейсмической активности заложение плитных рост верков следует производить с учетом обеспечения заделки сооружения в грунт, используя при этом анкеровку сооружения, создаваемую сваями.

4.11. При наличии в сооружениях I группы обоснованных заглубленных подземных помещений и повышенных сейсмических горизонтальных нагрузок, а также для сооружений III группы целесообразно применение фундаментов из свайных полей с промежуточной подушкой, проектируемой в соответствии с рекомендациями раздела 12 «Руководства по проектированию свайных фундаментов» (М., 1980).

4.12. Плитные ростверки проектируется из бетона марок по прочности на сжатие 150, 200, 250, 300. Марка бетона выбирается таким образом, чтобы расчетная высота ростверка соответствовала конструктивной или была близка к ней.

4.13. Конструктивная высота плитных ростверков должна назначаться в соответствии с требованиями СНиП II-21-75. При этом в ростверках под каркасные сооружения со сборными колоннами минимальная толщина дна стакана принимается равной 40 см.

4.14. Плитные ростверки рекомендуется армировать плоскими унифицированными сетками по ГОСТ 23279-78 с рабочей арматурой в одном направлении. Такие сетки укладываются в два ряда в двух взаимно перпендикулярных направлениях как у подошвы, так и вверху плиты.

4.15. В проект фундаментов из свайных полей следует включать:

указания по проведению мероприятий максимально снижающих пучение глинистого грунта со степенью влажности более 0,7 части (применение более тяжелых молотов, забивка свай от центра к краям, перекопка котлована на величину пучения (10 - 30 см) и др.);

программу работ по организации и проведению наблюдений за осадками сооружений и сжимаемостью грунта на разных глубинах, а также замеров нагрузок, воспринимаемых сваями.

4.16. При расчете свайного поля без учета несущей способности одиночной сваи по грунту проектирование фундамента выполняется следующим образом:

исходя из минимального заглубления в «несущий слой» назначается длина и соответствующее ей сечение сваи;

по формуле (3.1) настоящих Рекомендаций вычисляется расстояние между смежными сваями;

определяются размеры и конфигурация свайного поля в зависимости от конструкции сооружения;

рассчитываются осадка и крен свайного поля, прочность материала сваи;

если расчетные осадка и крен окажутся больше предельных значений, увеличивается длина свай или размеры свайного поля в плане;

если прочность материала свай окажется недостаточной, увеличивается сечение свай или уменьшается расстояние между ними.

4.17. Проектирование фундаментов из свайных полей рекомендуется проводить в такой последовательности:

устанавливаются тип и размеры сооружения, размеры и отметки низа несущих конструкций, необходимые закладные детали, расчетные нагрузки в различных сочетаниях, действующие на фундамент от сооружения в целом и от каждой несущей конструкции;

изучаются инженерно-геологические условия площадки, устанавливается возможный «несущий слой» для свайного фундамента и расчетные характеристики грунтов основания;

намечаются длина и сечение свай, вычисляется расчетная нагрузка на сваю, допускаемая по грунту и материалу, устанавливаются возможные типы свайного фундамента;

производятся расчеты свайных фундаментов по деформациям;

если расчетные осадки и крен окажутся больше предельных значений, размеры свайного фундамента, в первую очередь длина свай, увеличиваются и расчет по деформациям повторяется;

вычисляются материалоемкость свайных фундаментов и дается технико-экономическое обоснование целесообразности применения фундамента из свайного поля;

оформляется проектно-сметная документация.

Приложение

Расчет осадок свайных полей

1. Свайное поле имеет следующие параметры:

длина свай l ; диаметр круглой или ширина грани квадратной сваи d ; полная площадь поперечного сечения сваи F ; модуль упругости бетона Е; модуль деформации E ₀₁ и коэффициент Пуассона V ₁ верхнего линейно-деформированного слоя толщиной l ; E ₀₂ , V ₂ - то же, для нижележащего полупространства.

В случае неоднородности грунта основания требуемые параметры получаются осреднением по глубине согласно формулы (3.2) раздела 3 настоящих Рекомендаций. Для забивных свай параметры E_oi следует по возможности определять с учетом уплотнения грунта.

2. Реакции и осадки свайного поля для высокого ростверка определяются при помощи трехпараметрической контактной модели ССС, характеризующейся тремя параметрами C ₁ (МН/м 3 ), С₂ (МН/м 3 ), С₃ (МН/м 3 ),

где x - относительная жесткость сваи

- коэффициент для осадки абсолютно жесткой сваи в однородной среде;

- коэффициент для осадки абсолютно жесткой сваи в двухслойном основании;

K_V ₁ подсчитывается по формуле (7) при V = V ₁ ;

Сваи или грунтовая подушка под высотку 100м

Проектируем высотку высотой 100метров (30этажей). Район сейсмический 8 баллов. Отметка подошвы фундаментной плиты -13,000. Давление под подошвой фундаментой плиты 5,5 кг/см2. Высотка асимметричная.

Основание сложено двумя ИГЭ:
ИГЭ1 - суглинок просадочный. Тип по просадочности первый. Мощность слоя 14м.
ИГЭ2 - песок мелкий водонасыщенный. Модуль деформации 21,6 МПа. Угол внутреннего трения 32 градуса. Сцепление 1 кПа.

Перед нами стоит три варианта устройства основания:

Вариант №1.
Устройство грунтовой подушки из гравийно-песчаной смеси толщиной 3 метра и модулем деформации 40МПа. После устройства подушки производим устройство буронабивных свай с уширенной пятой длиной 20 метров, диаметром ствола 800 мм и уширением пяты 1600мм.

Плюсы:
1. Решим вопросы с креном и деформациями.

Минусы:
1. В нашем городе нет опыта устройства свайных фундаментов. Придется нанимать фирму из другого города. Что в несколько раз дороже устройства грунтовой подушки, потому
2. Песок водонасыщенный и поэтому не понятно каким образом создать и проконтролировать устройство уширения. А без него сваи бессмысленны. С уширением несущая способность сваи 210 тонн.

Устройство грунтовой подушки из гравийно-песчаной смеси толщиной 8 метров и модулем деформации 40МПа. При этом осадка получается 30см. Сделать подушку большей толщины не получается из-за грунтовых вод.

Плюсы:
1. Традиционный для нашего города способ.
2. Относительно дешевый способ.

Минусы:
1. Большая осадка.
2. Риск возникновения кренов из-за неравномерных осадок и асимметричности здания.
3. Котлован большой глубины.

Устройство грунтовой подушки из гравийно-песчаной смеси толщиной 12 метров и модулем деформации 40МПа. При этом осадка получается теже 30см. Увеличиваем подушку за счет удаления одного подземного этажа.

Плюсы:
1. Традиционный для нашего города способ.
2. Относительно дешевый способ.
3. Уменьшается вес здания на вес одного этажа.
4. Толщина подушки на 4 метра больше.

Минусы:
1. Все-таже большая осадка.
2. Риск возникновения кренов из-за неравномерных осадок и асимметричности здания.
3. Котлован большой глубины.
4. Из-за того, что относительно черных отметок земли подошва фундамента становится выше то бытовое давление становится меньше и следовательно активная зона сжатия больше. Это приводит к той же большой осадке.

12.2.6. Сейсмостойкость свайных фундаментов (ч.4)

Свайные фундаменты с промежуточной подушкой применяются в сейсмических районах в тех же грунтовых условиях, в каких применяются обычные свайные фундаменты. Следует отметить, что оба эти типа фундаментов конкурентоспособны между собой и должны применяться на основании технико-экономического обоснования.

Свайные фундаменты с промежуточной подушкой часто могут оказаться экономически более целесообразными, чем традиционные свайные фундаменты. Для того чтобы свайные фундаменты с промежуточной подушкой обеспечивали восприятие и распределение сейсмических нагрузок требуемым образом, необходимы определенные соотношения между размерами свай, оголовков и промежуточной подушки. В связи с этим толщина промежуточной подушки над оголовками свай назначается в зависимости от расчетной нагрузки, приходящейся на одну сваю, и составляет 40 см при нагрузках до 600 кН и 60 см при нагрузках более 600 кН. Размеры промежуточной подушки в плане должны быть больше размеров фундаментного блока не менее чем на 30 см в каждую сторону. Размеры фундаментного блока в плане, должны быть не менее размеров свайного куста по наружным граням оголовков. Независимо от формы поперечного сечения сваи оголовки могут приниматься квадратной формы в плане, при этом длина стороны оголовка должна находиться в пределах

b_p + 20 см ≤ a ≤ 2l_i/3,

где а — длина стороны оголовка, см; b_p — диаметр круглого, или длина стороны квадратного, или длина большей стороны прямоугольного поперечного сечения ствола сваи, см; l_i — расстояние между осями свай, см.

Толщина железобетонного оголовка над плоскостью торца сваи должна быть не менее a – b_p .

Порядок устройства этих фундаментов может быть принят следующим: сначала разрабатывают котлован (приямки, траншеи), в который погружают забивные сваи или в котором изготовляют набивные сваи. Затем бетонируют оголовки. После того, как бетон оголовков наберет достаточную прочность, отсыпают промежуточную подушку с послойным уплотнением: первый слой отсыпают таким образом, чтобы его толщина над оголовками составляла 20 см, толщина следующих слоев должна быть не более 10–15 см. Когда подушка отсыпана до проектной отметки, на ней устраивается монолитный или сборный фундаментный блок.

Требования по контролю плотности промежуточной подушки являются важными и следует подчеркнуть, что их необходимо строго выдерживать. Промежуточная подушка является существенным элементом рассматриваемой конструкции свайного фундамента, она воспринимает и передает значительные нагрузки и в процессе эксплуатации может подвергаться действию разнообразных факторов (например, динамические нагрузки, подземные воды и пр.). Следовательно, прочность подушки должна быть достаточно высокой, в связи с чем ее необходимо уплотнять до максимально возможного значения плотности для принятого материала подушки. При расчете по первому предельному состоянию следует выполнять обычное условие, в соответствии с которым несущая способность фундамента должна быть не меньше действующей на него нагрузки (как при основном, так и при особом сочетании нагрузок).

Поскольку значительные горизонтальные сейсмические нагрузки на сваи не передаются, то и расчет сваи на воздействие горизонтальных сил не производится. Расчет рассматриваемых фундаментов на сейсмические нагрузки сводится к проверке здания на сдвиг по подошве фундаментного блока, при этом коэффициент трения бетона по поверхности промежуточной подушки принимается равным 0,4, а коэффициент запаса на сдвиг — не менее 1,2. Кроме того, необходимо произвести проверку общей устойчивости на опрокидывание относительно фундаментного блока. При воздействии моментных нагрузок на фундамент необходимо, чтобы расстояние от края подошвы блока до нулевой ординаты треугольной эпюры давления сжатия не превышало 1/3 ширины подошвы в направлении действия момента. При расчете свайных фундаментов с промежуточной подушкой рекомендуется среднее давление на контакте промежуточной подушки и сваи (отношение расчетной нагрузки, приходящейся на одну сваю, к площади ее контакта с промежуточной подушкой) назначать таким, чтобы оно не превосходило 2,5 МПа. В необходимых случаях для увеличения площади контакта, т.е. уменьшения среднего давления, следует устраивать на сваях железобетонные оголовки. Расчет оголовков выполняется на действие равномерно распределенной нагрузки, равной среднему давлению на контакте с промежуточной подушкой.

Фундаментный блок рассчитывается как ростверк свайного фундамента, при этом предполагается, что подошва блока опирается непосредственно на сваи.

Свайные фундаменты с промежуточной подушкой, кроме того, должны отвечать требованиям расчета по деформациям при основном сочетании нагрузок. Осадка фундаментного блока под нагрузкой определяется как сумма осадок промежуточной подушки s_t и свайного куста s_p :

s = s_t – s_p;

при этом осадка свайного куста определяется в соответствии с указаниями гл. 8 Справочника, а осадка промежуточной подушки — по формуле

где N n _p — нормативная вертикальная нагрузка, действующая на фундамент на уровне низа промежуточной подушки при основном сочетании нагрузок; h_t — толщина промежуточной подушки над оголовками свай; ΣA_h — площадь всех оголовков свай; Е — модуль деформации уплотненной промежуточной подушки, в зависимости от материала подушки принимаемый равным: для песка средней крупности 15 МПа, для крупного песка и известкового щебня 20 МПа, для гранитного щебня 40 МПа; и случае применения других материалов значение Е можно принимать равным половине значения модуля деформации, определенного в приборе трехосного сжатия.

Пример 12.9. Требуется рассчитать свайный фундамент с промежуточной подушкой под колонну производственного здания, возводимого на площадке с расчетной сейсмичностью 8 баллов. Расчетные нагрузки, действующие по верхнему обрезу фундамента, составляют: при основном сочетании N = 1900 кН; M = 120 кН·м; F_h = 80 кН; при особом сочетании N = 1600 кН; M = 300 кН·м; F_h = 200 кН. С поверхности до глубины 7 м залегает слой мягкопластичного суглинка ( I_L = 0,6), подстилаемый крупными плотными песками.

Сваи забивные железобетонные сечением 30×30 см и длиной 8 м. Несущая способность свай с учетом дополнительного коэффициента условий работы (промежуточная подушки подстилается суглинком с I_L = 0,6 < 0,75), составляет 1050 кН.

Решение. Нагрузка, допускаемая на сваю 1050/1,4 = 750 кН.

Принимаем куст из четырех свай с расстоянием между осями свай 0,9 м. Для вычисления собственного веса фундамента назначаем размер подошвы фундаментного блока 1,5×1,5 м, его высоту 1,2 м, толщину промежуточной подушки 0,6 м. Тогда вертикальная нагрузка на фундамент и момент на уровне подошвы фундаментного блока при особом сочетании соответственно составляют: N = 1703 кН; M = 540 кН·м.

Расчетную нагрузку на сваю определяем но формуле (26) СНиП II-17-77:

;

N'_max = 725 кН; N'_min = 125 кН > 0.

Таким образом, максимальная погрузка на само меньше расчетной допускаемой, а минимальная нагрузка положительна, т.е. отрыва подошвы не происходит.

Площадь оголовка в плане должка быть не менее N'_max /2500 = 725/2500 = 0,29 м 2 = 2900 см 2 . Принимаем квадратные оголовки с длиной стороны a = 55 см и площадью 3025 см 2 > 2900 см 2 , в этом случае удовлетворяется условие (12.106). Площадь оголовка на всех четырех сваях составляет ΣA_h = 3025·4 = 12 100 см 2 .

Толщину оголовка над плоскостью торца сваи принимаем равной 30 см, что больше, чем a – b = 55 – 20 = 25 см. Свая заводится в оголовок на 10 см.

Толщину промежуточной подушки оставляем равной 60 см, поскольку вертикальная нагрузка, приходящаяся на сваю, больше 600 кН. Подушка выполняется из известкового щебня фракции 20—40 мм с модулем деформации E = 20 МПа. Конструктивная схема фундамента показана на рис. 12.17.

Рис. 12.17. Свайный фундамент с промежуточной подушкой 1 — фундаментный блок; 2 — промежуточная подушка; 3 — железобетонный оголовок; 4 — железобетонная свая; 5 — дно котлована

Проверяем фундамент на сдвиг по подошве фундаментного блока. Сдвигающая нагрузка равна 200 кН. удерживающая сила при коэффициенте трения между фундаментным блоком и подушкой, равном 0,4 составляет 1600·0,4 = 640 кН. Коэффициент запаса на сдвиг определяется как отношение удерживающего и сдвигающего усилий, т.е. 640/200 = 3,2 > 1,2.

Для расчета по деформациям выделяем нормативную вертикальную нагрузку при основном сочетании учетом собственного веса фундамента, равного 103 кН. принимаем осредненный коэффициент перехода к нормативным нагрузкам, равным 1,15:

N_n = (1900 + 103)/1,15 = 1740 кН.

Осадку промежуточной подушки определяем по формуле (12.107):

= 0,043 м = 4,3 см.

Осадка свайного куста составляет s_p = 2,9 см. Общая осадка фундамента s = 4,3 + 2,9 = 7,2 см, что меньше допустимой для данного типа зданий осадки, равной 8 см.

12.2.6. Сейсмостойкость свайных фундаментов (ч.4)

12.2.6. Сейсмостойкость свайных фундаментов ч.3 Испытания сваи имитированными сейсмическими воздействиями

12.2.6. Сейсмостойкость свайных фундаментов (ч.3)

Б. ИСПЫТАНИЯ СВАИ ИМИТИРОВАННЫМИ СЕЙСМИЧЕСКИМИ ВОЗДЕЙСТВИЯМИ

Несущая способность сваи на осевую сжимающую или выдергивающую нагрузку по результатам полевых испытаний имитированными сейсмическими воздействиями определяется по формуле

12.2.6. Сейсмостойкость свайных фундаментов ч.2 Расчет забивных и набивных свай

12.2.6. Сейсмостойкость свайных фундаментов (ч.2)

А. РАСЧЕТ ЗАБИВНЫХ И НАБИВНЫХ СВАЙ (ч.2)

Влияние эксцентриситета вертикальной нагрузки на усилия в свае в зависимости от условий сопряжения свай с ростверком учитывается следующим образом:

а) для свай, защемленных в низкий ростверк, исключающий возможность поворота головы сваи, расчетные значения изгибающего момента и поперечной силы умножаются на коэффициент η_i , определяемый по формуле

12.2.6. Сейсмостойкость свайных фундаментов ч.1

12.2.6. Сейсмостойкость свайных фундаментов (ч.1)

Область применения свайных фундаментов в сейсмических районах в основном та же, что и в несейсмических, т.е. свайные фундаменты в условиях сейсмики применяются в аналогичных грунтах и для тех же нагрузок на фундаменты, что и в несейсмических районах. Как и в статических условиях, для принятия окончательного варианта фундамента для сейсмических районов необходимо провести технико-экономическое сравнение вариантов.

СП 50-102-2003 Проектирование и устройство свайных фундаментов

1 РАЗРАБОТАН Государственным федеральным унитарным предприятием "Научно-исследовательский, проектно-изыскательский и конструкторско-технологический институт оснований и подземных сооружений им. Н.М.Герсеванова" (НИИОСП) Госстроя России

ВНЕСЕН Управлением технического нормирования, стандартизации и сертификации в строительстве и ЖКХ Госстроя России

2 ОДОБРЕН для применения постановлением Госстроя России N 96 от 21 июня 2003 г.

ПРАКТИЧЕСКИЙ ОПЫТ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ СВАЙНО-ПЛИТНОГО ФУНДАМЕНТА ИЗ ЗАБИВНЫХ СВАЙ С ПРОМЕЖУТОЧНОЙ ПОДУШКОЙ Ткачев И.Г.

В настоящей статье рассмотрен пример реализации свайно-плитного фундамента с промежуточной подушкой из забивных свай для многоэтажного здания, возведенного на слабых глинистых грунтах в сейсмическом районе. Приведены методы расчета и конструирования фундамента, а также обоснована его высокая эффективность.

Текст научной статьи

В любом крупном городе часто возникает необходимость освоения территорий, ранее считавшихся непригодными для строительства. К таким участкам можно с уверенностью отнести заболоченные, частично подтопляемые, а также участки со значительной толщей слабых и сильно сжимаемых грунтов [4]. В таких условиях особую роль играют фундаментные конструкции - их надежность оказывает большое влияние работу всего здания в целом [9]. Недоучет различных факторов при выборе типа фундамента может повлиять на работу грунтового массива, в связи с чем в основании фундамента высотного здания могут развиться значительные неравномерные деформации. С ростом высоты чувствительность конструкций здания и его инженерных систем к неравномерным осадкам возрастает [5]. Рис. 1 - Визуализация генерального плана застройки жилого комплекса Решая задачу по поиску рационального типа фундаментов для группы 10-этажных жилых домов, возведённых в Тахтамукайском районе республики Адыгея (рисунок 1), были проанализированы данные инженерно-геологических изысканий, а также условия территориального расположения исследуемого жилого комплекса. Застройка квартала состоит из одиннадцати блоков, которые в свою очередь насчитывают от одной до трех монолитных железобетонных секций. Площадка строительства жилого комплекса располагается в пгт. Яблоновский. В геоморфологическом отношении участок приурочен к III правобережной надпойменной террасе р. Кубань. Территория участка строительства сложена четвертичными техногенными и аллювиальными отложениями, изученными до глубин 20,0 м. Сейсмичность является основным фактором, осложняющим строительство. Для сооружений нормального уровня ответственности по СП 14.13330.2011 [1], (карта ОСР-97-А) и по ТСН 22-301-2002 [2] фоновая сейсмичность пгт. Яблоновский для объектов нормального уровня ответственности составляет 8 баллов. Здание представляет собой монолитный железобетонный каркас с несущими продольными и поперечными стенами высотой 30,3м. Фундаментная часть здания представлена в виде фундаментной плиты высотой 500мм. Нагрузка, передаваемая основанию десятиэтажным зданием, составляет 200-250кПа. Первоначально был рассмотрен вариант плитного фундамента на естественном основании [6]. Для всех жилых домов были выполнены расчеты деформаций по нормативной методике, описанной в СП 22.13330.2011 [3]. В ходе данных расчетов было установлено, что прогнозируемая осадка блоков составит от 16,5 до 22 см, что значительно превышает нормативный максимум. Для проверки влияние слоев мягкопластичных глин в пределах сжимаемой толщи на деформируемость системы были проведены пространственные расчеты в MIDAS GTS NX [7]. Результаты вычислений (рисунок 2) подтвердили аналитический расчет осадки методом послойного суммирования. В такой ситуации требуется переход на свайный вариант фундаментов для данного здания, при этом необходимо выполнить подбор вида и геометрических характеристик свай [10]. Рис. 2- Результаты расчетов осадки плитного фундамента трехсекционного жилого дома в ПК MIDAS GTS NX Инженерно-геологические условия площадки строительства и физико-механические характеристики грунтов сведены в таблице 1. Таблица 1 Физико-механические свойства грунтов площадки строительства многоэтажных жилых домов в пгт. Яблоновский, Республика Адыгея № п\п Полное наименование грунта Мощность, м Плотность ρ, г/см3 Угол внут. трения φ, град Сцепление С, кПа Модуль общей деформации Е, МПа 1 Супесь пластичная 2,0 - 2,6 1,9 28 13 7,9 2 Песок пылеватый, средней плотности, разжижаемый 1,5 - 4,6 1,96 28 - 17,8 3 Песок мелкий, средней плотности 6,2- 7,4 1,98 31 - 24,6 4 Песок мелкий, плотный 1 - 1,5 2,03 34 - 31,7 5 Песок средней крупности, плотный более 3,2 2,06 36 - 39,8 5а Песок средней крупности, средней плотности Более 2,5 2,05 35 - 37,3 6 Глина мягкопластичной консистенции 0,3 - 0,5 1,86 12 23 9,7 Первоначально для данного здания рассматривался свайный фундамент из забивных свай. Данный фундамент является наиболее технологичным и надежным в условиях отсутствия плотной городской застройки, где нет влияния динамических нагрузок при забивке свай на соседние здания и сооружения. При подборе геометрических характеристик забивных свай учитывалась сейсмичность площадки строительства 8 баллов, снижающая расчетную несущую способность свай до 25%. Для достижения необходимой несущей способности свай их необходимо было выполнить составного сечения 350х350 мм и длиной 20 м с шагом по полю 5-6 диаметров. После расстановки свай в плане их общее количество составило 541 штук. Для проверки данного технического решения было проведено численного моделирование его работы в ПК MIDAS NX. По результатам моделирования установлено, что использование свайного фундамента в таких грунтовых условиях обеспечивает нормативные требования по деформируемости основания (Smax˂Su), то есть по второй группе предельных состояний. Однако проанализировав результаты горизонтальных усилий в сваях выявлено, что их значения превышают прочность грунта окружающего сваю. Следовательно, при расчетной сейсмичности 8 баллов необходимо увеличить количество свай в основании исследуемого здания и расставлять их по более мелкой сетке в плане. При пробном устройстве фундамента с шагом свай 3-4 d установлено, что до проектной отметки при таком шаге элементов невозможно добить сваи, что связано с переуплотнением песчаных грунтов основания. Учитывая вышеперечисленные трудности при устройстве фундаментов зданий, был выполнен поиск технического решения, обеспечивающего снижение горизонтальных усилий в сваях [11]. Данное решение заключается в разделении фундамента на две составляющие: фундаментную плиту и вертикально армированное основание, взаимодействующие между собой посредством промежуточной подушки (скользящего слоя) [8], что во много раз снижается влияние сейсмичности на техническое решение фундаментов. Используя данный факт, было выполнено пространственное моделирование грунтового массива, вертикально армированного жесткими элементами. В качестве армирующих элементов приняты готовые железобетонные сваи сечением 350х350мм длиной 10м. Снижение длины элементов обусловлено более полным использованием расчетной несущей способности свай (отсутствие горизонтальных нагрузок), а также уменьшением осевого расстояния между ними до 3-4 d и расстановки в плане исключительно под несущими стенами здания. При такой расстановке требуемое количество свай составило 579 штук. Рис.3 - Результаты пространственного моделирования вертикально-армированного основания плитного фундамента исследуемого жилого дома Проанализировав результаты, выявлено, что деформации системы относительно первоначального варианта (плитного фундамента) снизились на 84%, а усилия, передаваемые на сваи, находятся в пределах, не превышающих расчетных значений. Переход к сваям длиной 10 м обеспечивается соблюдением требований двух групп предельных состояний, а показатели материалоемкости снижаются в 1,5 раза. Таблица 2 Результаты сравнения рассчитанных фундаментов на объекте трехсекционного 10-этажного жилого дома Тип фундамента Максимальная осадка, мм Сваи Кол-во свай, шт Кол-во пог. м Кол-во материала, м3 Сечение, мм Длина, м Шаг, диаметров Плитный 247,4 - - - - - - Свайный 77,7 350х350 20 5-6d 541 10820 1325,45 Свайный с промежуточной подушкой 131,8 350х350 10 3-4d 579 5790 709,275 Анализ результатов расчётов в программном комплексе позволил выявить следующее: 1) Выбор рационального технического решения плитного фундамента высотного здания, вида свай, осевого расстояния между ними позволяют снизить стоимость фундамента с соблюдением требований обеих групп предельных состояний; 2) Использование щебёночной подушки между оголовками свай и фундаментной плитой толщиной порядка 0,4-0,6м позволяет компенсировать сейсмическое воздействие, а также распределить вертикальное давление от надземного сооружения на сваи более равномерно; 3) Установлено, что за счёт работы промежуточного слоя нагрузка на сваи снижается при вовлечении в работу плитной части фундамента. что подтверждается расчётами; 4) Выявлено, что вертикальными армирующими элементами не воспринимаются горизонтальные усилия и изгибающие моменты, возникающие при сейсмическом воздействии на фундаменты зданий; 5) Для всех жилых домов рассчитанная величина максимальных и неравномерных деформаций основания оказалась ниже рекомендуемой действующими нормами.

Читайте также: