Указания по расчету и проектированию свай

НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ

СТРОИТЕЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ ГОССТРОЯ СССР (НИИСК)

УКРАГРОСТРОЙ

 

УКАЗАНИЯ

ПО РАСЧЕТУ И ПРОЕКТИРОВАНИЮ СВАЙ ИЗ ВЕРТИКАЛЬНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ, ОБЪЕДИНЕННЫХ ДИАФРАГМАМИ (СВД)

 

Одобрены секцией № 2 Научно-технического совета НИИСК Госстроя СССР

Протокол № 7 от 18 мая 1989 г.

 

 

Указания содержат общие положения и основные требования по расчету свай на вертикальную нагрузку, совместное действие вертикальной и горизонтальной нагрузок, примеры расчетов с учетом особенностей проектирования в просадочных грунтах, номенклатуру свай и выбор их типов.

Предназначены для инженерно-технических работников проектных и строительных организаций, научных сотрудников и студентов вузов.

Разработаны НИИСК Госстроя СССР (кандидаты техн. наук Н.С. Метелюк и Г.Ф.Шишко) при участии треста "Киеворгагрострой" Украгростроя (инж. Б.З. Кашка), УкрНИИПграждансельстроя (канд. техн. наук Н.В. Трофимович и инж. О.Н. Метелюк) и Полтавского инженерно-строительного института (канд. техн. наук В.И. Хазин и инженеры А.В. Янин, В.М. Ребрий).

 

1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

 

1.1. Настоящие указания распространяются на строительство в обычных грунтовых условиях и на просадочных грунтах 1 типа при полной и частичной прорезке сваями просадочной толщи.

 

Примечание. При частичной прорезке просадочной толщи оставляемая под нижними концами часть слоя должна находиться в пределах уплотненного при забивке свай грунтового массива.

 

1.2. Сваи СВД предназначены для применения в качестве фундаментов сельскохозяйственных, производственных, жилых и общественных зданий.

 

Примечание. Применение свай в условиях воздействия сильноагрессивных грунтовых вод не допускается. В слабо- и среднеагрессивных грунтовых водах бетон свай должен быть повышенной плотности по СНиП 2.03.11-85 "Защита строительных конструкций от коррозии".

 

1.3. Применение свай СВД в набухающих грунтах аргументируется разд. 4 СНиП 2.02.03-85 /2/.

1.4. В районах с сейсмичностью не более 8 баллов допускается применять сваи при условии подбора их длин согласно дополнительным расчетам на особое сочетание нагрузок и с учетом решения узлов крепления по СНиП II-7-81 "Строительство в сейсмических районах. Нормы проектирования".

1.5. В соответствии с грунтовыми условиями сваи СВД независимо от уровня подземных вод рекомендуется применять в грунтах: глинистых с плотностью в сухом состоянии ^d = 1,3 т/м³; лессовых 1 типа по просадочности; пылеватых песках; насыпных с плотностью ^d = 1,4 т/м³ при заглублении свай в коренные породы не менее чем на 0,5 м.

1.6. Несущая способность свай СВД определяется с учетом требований настоящих указаний, "Рекомендаций по применению свай типа СВД в сельском строительстве" (шифр 19-83-21/4), ТУ 10.20 УССР 3-87 "Сваи из вертикальных элементов, объединенных диафрагмами", СНиП 2.02.03-85 [2].

 

 

 

 

 

2. ОСНОВНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ К ПРОЕКТИРОВАНИЮ

 

2.1. Выбор типа свайного фундамента, а также узла опирания на сваю в каждом конкретном случае осуществляется в зависимости от типа здания, грунтовых условий и величины нагрузок (рис. 1, 2).

2.2. В средне- и сильнопучинистых грунтах под консолью свай устраивается подсыпка из непучинистого грунта толщиной не менее 300 мм.

2.3. В глинистых грунтах с показателем текучести J^L  0,65 несущую способность свай следует определять по результатам статических испытаний или на основании опыта применения данного типа свай в таких грунтах.

2.4. В грунтовых условиях 1 типа по просадочности допускается заглубление нижних концов свай не менее чем на 1 м в слой грунта с относительной просадочностью ^St  0,02 при условии обеспечения их несущей способности. Суммарная величина возможных просадок и осадок основания при этом не должна превышать предельно допустимой.

2.5. Нижние концы свай в грунтовых условиях 1 типа по просадочности (при толщине слоя до 8 м) допускается заглублять в слой грунта с относительной просадочностью ^St  0,02 под давлением 30 МПа для фундаментов малоэтажных зданий. При этом следует выполнить расчет свай по несущей способности и оснований по деформациям.

2.6. В случае, если по условиям эксплуатации зданий и сооружений и гидрогеологическим данным местное замачивание просадочных грунтов основания свай или подъем уровня грунтовых вод невозможны, расчетное сопротивление грунтов под нижним концом свай R и по их боковой поверхности fⁱ следует определять как для непросадочных грунтов, а коэффициент пропорциональности k - в соответствии с действительной величиной показателя текучести грунта в природном состоянии. При этом влажность должна приниматься равной W^p или W, если W > W^р.

 

 

Рис. 1. Узлы опирания на свайные фундаменты

а - опирание колонн на одну сваю; б - опирание колонны на ростверк по двум сваям; в - опирание стойки рамы на консоль сваи

Рис. 2. Типы свай СВД

а - без консоли; б, в - с консолями

 

3. НОМЕНКЛАТУРА СВАЙ CВД

 

3.1. Настоящие указания распространяются на сваи СВД, изготовляемые из бетона проектного класса по прочности на сжатие В20 (табл. 1, рис. 2).

3.2. При маркировке в соответствии с ГОСТ 23009-78 сваи обозначаются марками, состоящими из букв и цифр. Например, СВД 5.75.50 - свая из вертикальных элементов, объединенных диафрагмами, длиной 5 м, размер верхнего обреза свай 7550 см.

3.3. Выбор конструкций свай следует производить в зависимости от типа здания, грунтовых условий, величин нагрузок.

3.4. Сваи СВД должны соответствовать требованиям ТУ 10.20 УССР 3-87 и рабочим чертежам (шифр 19-83-21/3; Т-82-1/2; Т-82-1/3), разработанным трестом "Киеворгагрострой".

3.5. Допускаемые отклонения от проектных размеров свай, положения арматуры, толщины защитного слоя бетона не должны превышать следующих величин, мм, по:

Толщине защитного слоя бетона........................................................…......   5

Длине .........................................................................................................…..  40

Размерам поперечного сечения (призматической и тавровой части сваи)    5

Смещению диафрагм от проектного положения ...............................…...  15

Непрямолинейности боковых граней свай ..........................................….  8

Неперпендикулярности торцовой плоскости сваи и ее продольной оси

от размера поперечного сечения .............................................................…  0,01

Расстоянию от центра подъема петель до конца сваи .......................…....  50

Смещению продольной арматуры от проектного положения

в поперечном направлении ......................................................................…   5

Смещению сеток в голове сваи от проектного положения ................…..  10

Шагу хомутов ............................................................................................…  10

Номинальной толщине защитного слоя бетона до поверхности

рабочей арматуры .....................................................................................….  30

 

Таблица 1

 

	Размеры, м						Расход		Справочная
Марка сваи	L	B	h	a	c	d	бетона, м3	стали, кг	масса, т/м3
СВД 2,2.75.40-К	2500	750	400	850	250	1400	0,54	47,12	1,35
СВД 3.5.75.40-К	3500	750	400	850	300	2350	0,85	59,56	2,12
СВД 4,5.75.45-К	5000	750	500	1000	600	3400	1,11	86,38	2,78
СВД 4.75.50-К	4000	750	500	1000	600	2400	0,90	72,11	2,25
СВД 2,5.75.40	2500	750	400	750	350	1400	0,39	21,24	0,98
СВД 3.75.50	3000	750	500	1000	400	1600	0,57	31,34	1,43
СВД 4.75.50	4000	750	500	1000	600	2400	0,78	41,43	1,95
СВД 5.75.40	5000	750	500	1000	600	3400	1,00	54,92	2,50
СВД 6.75.50	5000	750	500	1000	600	4400	1,18	63,62	2,95
СВД 7.75.50	7000	750	500	2000	600	4400	1,34	73,17	3,35
СВД 8.75.50	8000	750	500	3000	600	4400	1,50	84,07	3,75

 

3.6. Марка бетона по морозостойкости должна быть не ниже F150, водонепроницаемости не ниже W. Отпускная прочность бетона не ниже 80 % проектной по прочности на сжатие.

3.7. Материалы, применяемые для приготовления бетона, должны соответствовать требованиям:

Цемент..................................................................................  ГОСТ 10178-76

Фракционный щебень из естественного камня .................  ГОСТ 8267-82,

  ГОСТ 10268-80,

  ГОСТ 8286-82,

  ГОСТ 10260-82

Песок ....................................................................................  ГОСТ 8736-77

Вода ......................................................................................   ГОСТ 23732-79

3.8. На поверхности свай не допускается наличие раковин диаметром и глубиной более 5 мм, наплывов бетона высотой более 5 мм, впадин глубиной более 100 мм и общей длиной более 50 мм на 1 м длины сваи, усадочных и других поверхностных технологических трещин более 0,1 мм, отколов бетона и раковин, наплывов и впадин в торце изделия. Категория поверхности А7.

 

4. ОПРЕДЕЛЕНИЕ НЕСУЩЕЙ СПОСОБНОСТИ СВАЙ

ПО РЕЗУЛЬТАТАМ ПОЛЕВЫХ ИСПЫТАНИЙ

 

4.1. Методика проведения полевых испытаний должна соответствовать ГОСТ 5886-78* "Сваи. Методы полевых испытаний".

4.2. Статические испытания свай СВД выполняются в наиболее неблагоприятных грунтовых условиях: в пылеватоглинистых грунтах при показателе текучести J^L > 0,6; в лессовых грунтах любой консистенции при неполной (частичной) прорезке просадочных слоев грунта. В остальных случаях несущую способность свай СВД допускается определять расчетом по данным инженерно-технических изысканий, подтвержденных результатами статических испытаний при резком изменении инженерно-геологических условий в пределах одной строительной площадки.

4.3. Испытания в просадочных грунтах, проводимые с замачиванием, следует выполнять на площадке за пределами пятна здания в аналогичных грунтовых условиях.

4.4. При испытании свай на действие наклонных нагрузок скважины для замачивания со стороны, обратной консоли, должны находиться на расстоянии 1,5-2 м.

4.5. При частичной прорезке просадочных грунтов статические испытания свай ведутся с замачиванием просадочных слоев.

4.6. Несущая способность сваи по результатам испытаний статической нагрузкой определяется по формуле

,   (1)

где ^с - коэффициент условий работы сваи в грунте (для свай, испытанных вертикальной вдавливающей нагрузкой в просадочных грунтах, при возможном местном случайном замачивании оснований принимается равным 1,2; при возможном замачивании оснований в результате поднятия грунтовых вод до уровня менее 1 м ниже концов свай, а также в зданиях с мокрым технологическим процессом и для свай, испытанных наклонными нагрузками, - соответственно 1); F^u,n - нормативное значение предельного сопротивления свай, определяемое по графикам зависимости осадки сваи от нагрузки; ^g - коэффициент надежности по грунту, принимаемый равным 1 или определяемый на основе статистической обработки частных значений по результатам испытаний шести и более свай статической нагрузкой в одинаковых грунтовых условиях.

4.7. За частное значение предельного сопротивления F^u,n свай действию вдавливающей нагрузки принимается такая, при которой приращение осадки за одну ступень загружения в 5 и более раз превышает приращение осадки, полученное за предыдущую ступень загружения (общая осадка сваи превышает 4 см).

4.8. В тех случаях, когда не удается достичь критической нагрузки для испытываемой сваи, за частное значение ее предельного сопротивления следует принимать нагрузку, соответствующую расчетной величине осадки сваи, определяемой по формуле

S =  S^{u, mt} + 1,  (2)

где S^{u. mt} - предельно-допустимая величина средней осадки фундамента проектируемого здания, принятая в проекте или соответствующая для данных зданий и сооружений по СНиП 2.02.01-83 "Основания зданий и сооружений", см;  - коэффициент перехода от предельно-допустимой величины средней осадки сваи, полученной при статических испытаниях (при проведении испытаний по предлагаемой методике принимается равным 0,2).

4.9. Несущая способность обеспечивается за счет зон уплотнения грунта в нижней части и под пятой сваи (рис. 3).

 

 

Рис. 3. Виды зон уплотнения грунта вокруг забитой сваи

а - для сваи без шпонки; б - то же, со шпонкой

 

 

5. РАСЧЕТ СВАЙ СВД ПО НЕСУЩЕЙ СПОСОБНОСТИ

 

Расчет свай на действие вертикальной нагрузки

5.1. Сваи СВД по несущей способности грунтов основания должны рассчитываться по формуле (8) в [2]:

,  (3)

где N - расчетная нагрузка, передаваемая на сваю, кН; F^d - расчетная несущая способность грунта основания одиночной сваи, кН; ^к - коэффициент, принимаемый равным 1,4.

5.2. Расчетная несущая способность F^d сваи, работающей на сжимающую нагрузку, определяется по методике [2] как сумма расчетных сопротивлений грунтов основания под нижним концом сваи и на ее боковой поверхности:

F^d = ^c (^cRRA + u^пр  of K^f fⁱ*hⁱ ),  (4)

где K^f - усредненный коэффициент, учитывающий повышение сопротивления грунта по боковой поверхности сваи, установленный экспериментально (табл. 2); u^пр - расчетный периметр сваи, м (табл. 2); А - расчетная площадь опирания сваи (табл. 2); hⁱ - сумма толщины слоев, м, равная расчетной длине сваи ^р, принимаемой также по табл. 2.

 

Таблица 2

 

Марка сваи	А1, м2	А, м2	uпр, м	р, м	Jср  10-3, м4
СВД 2,5.75.40-К	0,26	0,25	2,3	2,5	1,67
СВД 3,5.75.45-К	0,30	0,28	2,3	3,2	2,74
СВД 4.75.45-К	0,34	0,32	2,4	3,7	4,42
СВД 4,5.75.45-К	0,34	0,32	2,4	4,6	3,53
СВД 2,5.75.40	0,26	0,25	2,3	2,5	1,67
СВД 3.75.50	0,34	0,32	2,4	3,0	3,57
СВД 4.75.50	0,34	0,32	2,4	3,7	3,48
СВД 5.75.50	0,34	0,32	2,4	4,6	3,46
СВД 6.75.50	0,34	0,32	2,4	5,5	3,397
СВД 7.75.50	0,34	0,32	2,4	6,5	3,187
СВД 8.75.50	0,34	0,32	2,4	7,5	3,303

 

Примечания: 1. Промежуточные значения K^f определяются интерполяцией. 2. Здесь: А¹ - площадь прямоугольника, описанного вокруг сваи по нижнему обрезу, м²; А - расчетная площадь опирания сваи, м²; u^пр - расчетный периметр сваи, м; ^р - расчетная длина сваи, м; J^ср  10^-3 - усредненный момент инерции, м⁴.

 

Значения K^f в зависимости от J^L

 

JL	0,2	0,3	0,4	0,5	0,6	0,7	0,8	0,9	1,0
Kf	1,8	1,7	1,6	1,5	1,4	1,3	1,2	1,1	1,0

 

5.3. В случае расположения свай с расстоянием между осями, равным 2а, а - размер меньшей стороны верхнего сечения, допустимая расчетная нагрузка на сваю умножается на коэффициент 0,2. При этом сваи располагают меньшими сторонами друг к другу.

 

Расчет свай СВД на совместное действие вертикальных и горизонтальных нагрузок

5.4. Расчет свай СВД на совместное действие вертикальных и горизонтальных нагрузок и моментов в непросадочных грунтах следует производить аналогично методике СНиП 2.02.03-85 "Свайные фундаменты, нормы проектирования" как свай с размерами сторон 750450 мм. Усредненный момент инерции поперечного сечения такой сваи приведен в табл. 2.

5.5. При определении расчетной величины коэффициента постели С^Z, кН/м³, коэффициент пропорциональности К, принимаемый по табл. 1 приложения 1 к [2], следует умножать на коэффициент 1,4, а при усилении свай шпонкой - на коэффициент 2,0:

С^Z = 1,4 KZ;  C^Z = 2,0 KZ.  (5)

 

Примечание. Коэффициентами 1,4 и 2,0 учитывается повышение сопротивления грунта горизонтальным перемещениям за счет его уплотнения наклонной гранью верхней диафрагмы. При этом принимается: Z - глубина расположения сечения сваи в грунте, м, для которой определяется коэффициент постели, по отношению к поверхности грунта.

 

5.6. Все расчеты СВД следует выполнять с учетом приведенной глубины расположения сечения свай в грунте и приведенной глубины погружения сваи в грунт :

;  ,  (6)

где Z - действительная глубина расположения сечения сваи в грунте; -действительная глубина погружения нижнего конца сваи в грунт, отсчитываемая от поверхности грунта при высоком ростверке или от подошвы ростверка - при низком, м;  - коэффициент деформации, 1/м, определяемый по формуле (11) приложения 1 к [2]; ^р - условная ширина сваи, м, принимаемая равной 1,5d + 0,5 (здесь d - сторона прямоугольного сечения сваи в плоскости, перпендикулярной действию нагрузки, м); J - момент инерции поперечного сечения сваи, м⁴, принимаемый по табл. 2.

5.7. Расчетные величины горизонтального перемещения сваи в уровне подошвы ростверка u^р, м, и угол ее поворота ^р, рад, следует определять соответственно по формулам (12) и (13) приложения 1 к [2], в которых величину ^p следует принимать по табл. 2 данных указаний, а горизонтальное перемещении u^o, м, и угол поворота поперечного сечения сваи ^о, рад, в уровне поверхности грунта (при высоком ростверке) и в уровне его подошвы (при низком ростверке) - по формулам (30)-(34) приложения 1 к [2].

5.8. Расчетный изгибающий момент М^Z, кНм, возникающий на глубине Z в сечении сваи, определяется соответственно по формулам (37) и (38) приложения 1 к [2].

5.9. Расчет устойчивости окружающего сваю основания следует определять из условия (35) приложения 1 к [2], ограничивающего расчетное давление ^Z, оказываемое на грунт боковыми поверхностями сваи и вычисляемое по формуле (36) приложения 1 к [2] на глубинах Z, м, отсчитываемых при высоком ростверке от поверхности грунта, а при низком - от его подошвы (при - на двух глубинах, соответствующих Z =  / S и Z = ; при - на глубине Z = 0,85 ).

 

6. ОСОБЕННОСТИ РАСЧЕТА СВАЙ СВД В ПРОСАДОЧНЫХ ГРУНТАХ

 

6.1. Расчет свайных фундаментов сельскохозяйственных зданий, возводимых на просадочных грунтах, выполняется в соответствии с PCH 262-82 [1].

6.2. Несущая способность свай по грунту на совместное действие вертикальных и горизонтальных нагрузок рассчитывается согласно РСН 262-82 [1] с поправками на учет формы ствола.

6.3. Для проверки условия Р^oz + P^z  Р^пр площадь F^y условного свайного фундамента на глубине R^y от конца сваи следует определять по приложению 1 к [1] как для случая расчета одиночных забивных призматических свай сечением 3030 см. Значение R^y (см. табл. 2) необходимо умножать на переходные коэффициенты 0,6 К³, К⁴:

;  (7)

,  (8)

где V¹ - объем бетона свай СВД без учета объема консоли. м²; V² - то же, призматической сваи сечением 3030 см; F¹ - площадь, м², описанного прямоугольника по нижнему обрезу сваи СВД; F² - то же, площадь сечения (нетто).

6.4. Допускаемая вертикальная расчетная нагрузка на сваю [1]

F^d = ^c (^ch RA + u^пр f K^f fⁱ hⁱ).  (9)

6.5. По предлагаемой методике допускается производить расчет фундаментов из коротких свай длиной  5 м каркасных и бескаркасных зданий стоечно-балочной системы производственного и вспомогательного назначения высотой до трех этажей с максимальной вертикальной нагрузкой на сваю 500 кН.

 

7. РАСЧЕТ ФУНДАМЕНТОВ ИЗ СВАЙ СВД ПО ДЕФОРМАЦИЯМ И НЕСУЩЕЙ СПОСОБНОСТИ С УЧЕТОМ ВЕРТИКАЛЬНЫХ, ГОРИЗОНТАЛЬНЫХ И МОМЕНТНЫХ НАГРУЗОК

 

7.1. Расчет фундаментов из свай СВД и свайного основания по деформациям при действии вертикальной нагрузки производится по СНиП 2.02.01-83 [10] методом послойного суммирования как для условного фундамента, передающего нагрузку на основание в двух уровнях - в зоне верхней диафрагмы и ствола сваи.

7.2. Сваи, работающие как одиночные вне кустов, или односвайные фундаменты (при однорядном ленточном размещении свай на расстоянии в свету не менее 0,6 м между короткими сторонами) рассчитывать по деформациям не требуется.

7.3. Горизонтальные перемещения головы сваи, максимальные значения изгибающего момента M^max, поперечной силы H^max и допускаемую вертикальную расчетную нагрузку на сваю, работающую в просадочных грунтах, согласно приложению 7 [1] следует определять как для сваи таврового сечения с консолью при ширине полки b^т, равной ширине сваи СВД.

7.4. Горизонтальное перемещение головы сваи

,  (10)

где Н^г - расчетная горизонтальная нагрузка на сваю, кН; N - расчетная нагрузка, кН, передаваемая на фундамент (сваю);  - коэффициент, учитывающий ослабление основания каналами (табл. 3);  - глубина погружения сваи в грунт, м;  - коэффициент, учитывающий влияние вертикальных сил {для глинистых просадочных грунтов  = ¹);  = 210^-6 м⁴/кН; ¹ - коэффициент, характеризующий сопротивление грунта горизонтальным перемещениям сваи, кН/м⁴, равный 1,4 (для свай без усиления шпонкой) и 2,0 (для свай со шпонкой);  - коэффициент, принимаемый по табл. 4;  - коэффициент, учитывающий нелинейный характер деформирования грунта (табл. 5); b^т - ширина сваи, м; ^н - расстояние от точки нулевых перемещений до головы сваи, м, определяемое по формуле

,  (11)

М^o - сумма моментов от действующих на сваю вертикальных сил относительно центра тяжести поперечного сечения сваи, кН/м; J - момент инерции поперечного сечения сваи, м⁴; Р^вп = ¹ b^т .

Таблица 3

 

	Значения коэффициента при к / , равном
	0	0,1	0,2	0,3	0,4	0,5
0,25	1	1,05	1,1	1,3	1,4	1,5
0,5	1	1,05	1,05	1,1	1,2	1,3
1,0	1	1,0	1,0	1,0	1,0	1,0

 

Примечание. Здесь а^к - расстояние от наружной грани канала до оси сваи, см; - глубина ее погружения, м; ^к - глубина канала, м.

Таблица 4

 

Грунты	J	Значения , кН/м4, при пористости грунта n, %, равной
		До 43	От 43 до 47	От 47 до 49
Лессы и лессовидные просадочные суглинки и супеси	0,1 0,3 0,6 0,7	35000 25000 13000 10000	34000-24000 24000-16000 12000-8000 9000-7000	24000-16000 16000-13000 8000-6000 7000-5000

 

Примечание. При промежуточных значениях показателя консистенции J коэффициент определяется интерполяцией.

Таблица 5

 

Нг	0	50	10	150	200	250
Значение при bт, м:
0,5	1	0,95	0,8	0,55	0,4	0,2
0,8	1	0,96	0,85	0,7	0,5	0,4

 

Примечание. При промежуточных значениях величины распора Н^г, кН, коэффициент  определяется интерполяцией.

 

7.5. Давление грунта на сваю определяется по формуле

,  (12)

где Н^г1, N¹ - расчетные значения (I группа предельных состояний) передаваемых на сваю сил, кН; ^н1 - определяется по формуле (11) при H^г = Н^г1, N = N¹ и М^о = М^о1.

7.6. Поперечная сила и изгибающий момент в сечении определяются соответственно по формулам:

;  (13)

,  (14)

где M^о1 - расчетное значение момента вертикальных сил относительно центра тяжести поперечного сечения сваи, кНм; u^г1 - горизонтальное перемещение головы сваи, м, определяемое по формуле (10) при H^г1, N^1, М^о1, н1; u^гZ - горизонтальное перемещение сваи в сечении, определяемое по формуле

.   (15)

Примечание. При определении по формулам (13) и (14) поперечных сил и изгибающих моментов рассматриваются сечения, отстоящие на расстоянии Z от поверхности грунта.

 

7.7. Для свай, погруженных через неуплотненные насыпные грунты, значения u, H^max и М^max следует определять без учета работы насыпного слоя. Перемещение головы сваи в этом случае определяется по формуле

,   (16)

где а - расстояние от поверхности грунта природной структуры до головы сваи, м; ¹ = а - глубина погружения сваи в грунт природной структуры, м; ^н = ^на - расстояние от нулевой точки до поверхности грунта природной структуры, м.

Примечание. Величина ^н определяется по формуле (12), в которую в этом случае вместо М^о следует подставлять значение М^о + Н^г а, принимая глубину погружения сваи в грунт равной ¹. Такое же значение ¹ и ^н следует подставлять и в формулы (12)(15).

 

7.8. Предварительный выбор конструкции и размеров сваи производится согласно [3].

7.9. При проектировании свайных фундаментов минимальное расстояние между осями двух свай должно составлять не менее 3а, где а - размер меньшей стороны верхнего сечения.

 

Примечание. Допускается располагать сваи на расстоянии 2а, если они обращены друг к другу вертикальными (ненаклонными) гранями. При этом допускаемую расчетную нагрузку на сваю необходимо умножать на коэффициент 0,9.

 

7.10. Если сопротивление горизонтальной нагрузке одиночной сваи недостаточно, рекомендуется повышать ее несущую способность за счет местного уплотнен. верхнего слоя грунта со стороны грани, противоположной консоли (со стороны реактивного отпора грунта действий горизонтальной нагрузки).

 

Примечание. Уплотнение производится выштамповкой вплотную к свае котлована размером А  В  h (0,5 0,9 0,6 м) с последующим заполнением его бетоном или грунтом с уплотнением. Как показали испытания, это может на 40 % повысить несущую способность сваи на горизонтальную нагрузку.

 

7.11. Расчет свай со шпонкой следует выполнять по формулам (10)-(15) настоящих указаний.

7.12. В просадочных грунтах допускается применение свай под малочувствительные к неравномерным осадкам одноэтажные производственные и складские здания, передающие нагрузку на фундамент до 400 кН, при условии выполнения мероприятий, гарантирующих защиту основания от возможного замачивания, а также учета, что под нижним концом сваи просадочная часть слоя должна находиться в пределах уплотненного при забивке свай грунтового массива.

Для остальных типов зданий и сооружений использование свай в просадочных грунтах допускается в случае прорезки сваей всей просадочной толщи.

 

8. ПРИМЕРЫ РАСЧЕТА СВАЙ СВД

 

Пример 1. Выполнить расчет на вертикальную нагрузку (обычные грунтовые условия) при таких исходных данных: свая висячая забивная марки СВД 4.75.50; грунты: 1 - суглинки (J^L = 0,24), 2 - лесс (J^L = 0,35); 3 - супесь полутвердая, водонасыщенная (J^L = 0,8).

Несущую способность F, кН, сваи, работающей на вертикальную нагрузку, определяем по формуле (4) настоящих указаний. В соответствии с табл. 1: А = 0,32 м²; К^f1 = 1,76; u^p = 2,4 м; ^p = 3,7 м; K^f2 = 1,64; К^f3 = 1,8;

.

Толщина первого рабочего слоя определяется разностью длины участка от верха сваи до отметки низа первого рабочего слоя и длины нерабочего участка сваи: ¹ = (190,25189,14)0,3 = 0,81 м; ² = 2,4м; ³ = 186,74186,25 = 0,49 м.

Остальные буквенные обозначения принимаем по табл. 1-3 [2]: ^с = 1; ^ск = 1; ^сf = 1; R = 3560 кН/м²; f¹ = 29 кН/м²; f² = 30 кН/м²; f³ = 45 кН/м² (определяется интерполяцией). Тогда F = 1 / 1  3560  0,32 + 1,687  2,4 / 1  29  0,81 + 1  30  2,4 + 1  45  0,49 / = 1615 кН.

Согласно формуле (2) [2] допускаемая расчетная нагрузка на сваю составит:

кН.

Примечание. Боковое сопротивление грунта на длине 0,3 м не учитывается.

 

Пример 2. Требуется рассчитать однорядный фундамент из свай СВД 5.75.50 под железнодорожную эстакаду с площадками для приема минудобрений. Расчет промежуточной опоры № 6 выполняем исходя из предпосылки, что рамная опора состоит из двух стоек, по верху объединенных ригелем; фундамент - двух свай СВД 5.75.50, объединенных монолитным ростверком, в который жестко заделаны сваи и стойки опоры, изготовляемые из тяжелого бетона класса В25 по прочности на сжатие. Расчет свай СВД 5.75.50 проводим на совместное действие вертикальной и горизонтальной сил и момента.

Расчетная вертикальная нагрузка приведена к осевой силе Р = 750 кН, приложенной в уровне подошвы ростверка (отм. 145,9). На ростверк в уровне подошвы действует поперечная горизонтальная сила Н^х, направленная вдоль оси эстакады, расчетная величина которой равна 84 кН (нормальная 80 кН). В плоскости оси эстакады действует изгибающий момент М^х, приложенный в уровне подошвы ростверка, расчетная величина которого равна 528 кНм.

Необходимые для расчета данные о грунтах, уровни и размеры приведены на прилагаемой схеме. Определяем расчетный величины продольной и поперечной силы, изгибающего момента, действующих в верхнем сечении каждой из свай в уровне подошвы ростверка.

Усредненный момент инерции сечения сваи СВД 5.75.50

 м⁴.

Жесткость при изгибе поперечного сечения сваи

EJ = 0,9 3,06  10⁷  12,7  10^-3 = 3510⁴ кНм², где в соответствии с п. 3.32 [13] (табл. 28, с. 38) значение модуля упругости бетона класса В25 при сжатии и растяжении.

Е^в = 0,93,0610⁶ = 2,754 тс/м².

Коэффициент пропорциональности для суглинка полутвердого принят по табл. 1 приложения 1 к [2]:

К = 0,5 (12000  18000) = 15000 кН/м⁴.

Условная ширина сваи В^р = 1,50,45+0,5 = 1,175 м.

Определяем коэффициент деформации для случая одностадийного расчета свай применительно к условиям развития только I стадии напряженно-деформированного состояния системы "свая - грунт" по формуле (11) приложения 1 к [2]:

.

По формуле (6) определяем приведенную (безразмерную) глубину погружения сваи (ее нижний конец) в грунт от уровня подошвы ростверка:  =  = 4,3  0,44 = 1,892  1,9.

При одностадийном расчете согласно п. 12 приложения 1 к [2] горизонтальное перемещение, м, и угол поворота ^o, рад, в уровне подошвы ростверка (см. п. 5 приложения 1 к [2]) следует определять по формулам (30) и (31) [2]:

u^o = H^o нн + М^о нм; ^о = H^o мн + М^о мм,

где Н^о = Н = 42 кН - расчетное значение поперечной силы; М^о = М = 264 кНм - расчетный изгибающий момент; ^нн - горизонтальное перемещение сечения, м/кН, от действия силы Н = 1, приложенной в уровне подошвы ростверка; ^нм - горизонтальное перемещение сечения, 1/кН, от момента М = 1, действующего в уровне подошвы ростверка; ^мн - угол поворота сечения, 1/кН, от силы Н = 1; ^мм - то же, от момента М = 1.

Перемещения ^нн, ^нм = ^мн, ^мм вычисляются по формулам (32)(34) приложения 1 к [2]:

^нн = 5,19 / 0,44³  35  10⁴ = 1,74  10^-4/кН;

^мн = 3,879 / 0,44²  35  10⁴ = 0,57  10^-4/кН;

^мм = 3,679 / 0,44 35  10⁴ = 0,24  10^-4/кН,

где А^о, В^о, С^о - безразмерные коэффициенты, принимаемые по табл. 5 приложения 1 к [2] при приведенной глубине погружения сваи в грунт = 1,9. Тогда горизонтальное перемещение

u^o = 42 1,74  10^-4 + 264 0,57  10^-4 = 22,310^-3 м, угол поворота в уровне подошвы ростверка ^о = 42  0,57  10^-4 + 264 0,24  10^-4 = 8,7 10^-3 рад.

Расчетное давление ^z, МПа, на грунт по контакту с боковой поверхностью сваи, возникающее на глубине Z, а также расчетный изгибающий момент М^z, кНм, поперечную силу Н^z и продольную силу N^z, кН, действующие на глубине Z в сечении сваи, при одностадийном расчете свай следует определять по формулам (36)(39) приложения 1 к [2]:

;

;

.

Результаты расчетов сводим в табл. 6-8.

Таблица 6

 

Z, м		А4	В4	С4	D4	665 A4	-590 B4	116 C4	42 D4	HZ
0	0	0	0	0	1,0	0	0	0	42	42
0,45	0,2	-0,020	-0,001	0	1,0	-13,3	1,8	0	42	30,5
0,68	0,3	-0,045	-0,009	-0,001	1,0	-29,9	5,3	-0,2	42	17,2
0,91	0,4	-0,080	-0,021	-0,003	1,0	-53,2	12,4	-0,3	42	0,9
1,14	0,5	-0,125	-0,042	-0,008	0,999	-83,1	24,8	-0,9	42	-17,2
1,82	0,8	-0,320	-0,171	-0,051	0,989	-212,8	100,9	-5,9	41	-76,8
2,27	1,0	-0,499	-0,333	-0,125	0,967	-331,8	196,5	-14,5	41	-108,8
3,64	1,6	-1,105	-1,116	-0,630	0,630	-734,8	658,4	-73,1	31,4	-118,1
4,09	1,8	-1,547	-1,906	-1,299	0,374	-1028,8	1124,5	-150,7	15,7	-39,1
4,32	1,9	-1,699	-2,227	-1,608	0,181	-1129,8	1313,9	-186,5	7,6	-5,2

Примечание. Даны результата расчета давления на грунт, вычисленные по формуле

H^Z = (665 A⁴  590 B⁴ + 116 C⁴ + 42 D⁴), кН.

 

Таблица 7

 

Z, м		А3	В3	С3	D3	1513 A3	-1340 B3	264 C3	95 D3	MZ
0	0	0	0	1,0	0	0	0	264	0	264
0,45	0,2	-0,001	0	1,0	0,2	-1,5	0	264	19	282
0,68	0,3	-0,005	-0,001	1,0	0,3	-7,6	1,3	264	28,5	286
0,91	0,4	-0,011	-0,002	1,0	0,4	-16,6	2,6	264	38	288
1,04	0,5	-0,021	-0,005	0,999	0,5	-32,0	7,0	264	48	287
1,82	0,8	-0,085	-0,034	0,992	0,799	-129	46	264	76	255
2,27	1,0	-0,167	-0,083	0,975	0,994	-252	111	251	94	210
3,64	1,6	-0,676	-0,543	0,739	1,507	-1021	728	195	143	45
4,09	1,8	-0,956	-0,867	0,53	1,612	-1444	1162	140	153	11
4,32	1,9	-1,118	-1,074	0,385	1,64	-1689	1439	102	156	8

 

Примечание. Даны результаты расчета изгибающего момента в свае, произведенного по формуле

М^Z = (1513 A³ - 1340 B³ + 264 C³ + 95 D³) кНм.

Таблица 8

 

Z, м		А1	В1	С1	D1	22,3 А1	-19,8 В1	3,9 С1	1,4 D1	(8,9,10,11)	Z
0	0	1,0	0	0	0	22,3	0	0	0	22,3	0
0,45	0,2	1,0	0,2	0,02	0,001	22,3	-3,96	0,08	0,0014	18,42	12,6
0,68	0,3	1,0	0,3	0,045	0,005	22,3	-5,94	0,18	0,007	16,55	16,9
0,91	0,4	1,0	0,4	0,07	0,011	22,3	-7,92	0,31	0,015	14,71	20,1
1,14	0,5	1,0	0,5	0,125	0,021	22,3	-9,9	0,49	0,029	12,92	22,0
1,82	0,8	0,997	0,799	0,32	0,085	22,2	-15,8	1,25	0,12	7,77	21,2
2,27	1,0	0,992	0,997	0,499	0,167	22,1	-19,7	1,95	0,23	4,58	15,6
3,64	1,6	0,913	1,553	1,264	0,678	20,4	-30,7	4,93	0,95	-4,42	-24,1
3,09	1,8	0,843	1,706	1,584	0,961	18,Ю8	-33,8	6,18	1,44	-7,48	-45,9
4,32	1,9	0,795	1,77	1,752	1,126	17,7	-35,0	5,83	1,58	-8,89	-56,6

 

Примечание. Даны результаты расчета поперечных сил в свае, вычисляемые по формуле

^Z = 3,409  (2263 A¹  19,8 В¹ + 3,9 C¹ + 1,4 D¹) кН/м².

 

Пример 3. Выполнить подбор свай для проектирования фундаментов распорных сельскохозяйственных зданий. Результаты сведены в табл. 9.

Таблица 9

 

	Грунтовые условия	Марка сваи
	Суглинки и супеси лессовидные просадочные I типа по просадочности. Толщина просадочности слоя 5-8 м. Характеристика грунта: показатель текучести 0,6  JL  0,9 плотность в сухом состоянии, т/м3, 1,65 d  1,6 удельное сцепление, кПа, с  3 угол внутреннего трения   18 коэффициент постели, кН/м3, 22000  СZ  30000 коэффициент пропорциональности, кН/м4, 2500  К  4000	Свая СВД 4.5.75-40-К Монолитная шпонка
	Суглинки и супеси лессовидные просадочные I типа по просадочности Характеристика грунта: показатель текучести 0,4  JL  0,6 плотность в сухом состоянии, т/м3, 1,65  d  1,7 удельное сцепление, кПа, с  3 угол внутреннего трения   20 коэффициент постели, кН/м3, 30000  СZ  35000 коэффициент пропорциональности, кН/м4, 4000  К  6000	Свая СВД 4.75.45-К
	Суглинки и супеси лессовидные просадочные I типа по просадочности. Толщина просадочного слоя 3-5 м	Свая СВД 3,5.75.50 Свая СВД 3.80.80-К

 

Примечание. Здесь N и Н - нагрузки, кН, соответственно вертикальная и горизонтальная.

 

Пример 4. Рассчитать фундамент из свай СВД для сельскохозяйственных зданий на трехшарнирных рамах с консолью длиной 600 мм. Глубина погружения сваи в однородный грунт природной структуры 4 м. Грунт - лессовый просадочный суглинок, пористость которого n = 49 %. В процессе эксплуатации здания возможно аварийное замачивание основания.

Hopмативные нагрузки на сваю: N¹ = 109,5 кН; N² = 27 кН; N³ = 11,5 кН, Н^г = 81,5 кН (где N¹ и Н^г - соответственно вертикальная и горизонтальная составляющие нагрузки, передаваемой рамой; N² - собственный вес панели; N³ - собственный вес сваи). Вычисляем: N = N¹ + N² + N³ = 109,5 + 27 + 11,5 = 147,5 кН < 250 кН; H^г = 81,5 кН < 150 кН. По табл. 2 [3] принимаем сваю СВД 4.75.50-К.

Найдем величину изгибающего момента М, действующего на сваю в уровне поверхности грунта. Рассчитываем перемещения:

М^о = -N¹¹  N²² + Н^г = -109,5  0,54  27,0  0,14 + 81,5  0,1 = -54,8 кНм. Ведем расчет на прочность: N¹ = 109,5  1,2 = 131 кН; N² = 27,0  1,1 = 30 кН; N³ = 11,5 1,1 = 13 кН; H^г1 = 81,5  1,2 = 98 кН; N = 131+30+13 = 174 кН; М^о1 = -131  0,54  30  0,14 + 98  0,1 = 65,1 кНм.

Усредненный момент инерции сваи по табл. 2 составит J^ср = 3,48  10^-3 м⁴.

Горизонтальное перемещение головы сваи определяем по формуле (10), для чего находим Н^г = 81,5 кН, N = 147,5 кН, М^о = 54,8 кНм, b^т = 0,75 м и  = 4 м.

Из табл. 4 величина  = 5000 кН/м⁴. В соответствии с табл. 5 интерполяцией определяем:  = 0,89; ¹ = 1,4 = 1,4  5000 = 7000 кН/м⁴;  =  ¹ = 2  10^-6  7000 = 0,014; P^вп =  ¹ b^т  = 0,89  7000  0,75  4 = 18690 кН/м².

Расстояние до точки нулевых перемещений вычисляем по формуле (12) настоящих указаний:

 

 м.

Тогда при  = 1 (ослабление каналам отсутствует):

 = 7,55 мм.

Поперечные силы в сечении сваи определяем по рекомендуемой формуле (13). Для этого предварительно вычисляем расстояние до точки нулевых перемещении по формуле (12):

 

 м.

Тогда:

.

При Z = 0 значение Н^о = 98 кН, при Z = 0,5 м соответственно Н^о5 = 98 4,516 0,5² (9,39  2  0,5) = 88,53 кН. По аналогии находим h¹ = 64,629 кН; H^1,5 = 33,07 кН; H² = 6,35 кН; H^2,5 = 25,9 кН; H³ = 39,78 кН; Н^3,5 = 34,22 кН; Н⁴ = 2,436 кН. Наибольшее значение поперечная сила имеет в сечении на глубине Z = 0. Изгибающие моменты в сечениях свай определяются по формуле (14). Для этого предварительно вычисляем значения U^гz по формуле (15):

.

В зависимости от Z значения U^гz будут соответствовать приведенным в табл. 10.

 

Таблица 10

 

Z, м	0	0,5	1	1,5	2	2,5	3	3,5	4
Uгz  10-3, м	9,076	7,626	6,17	4,727	3,277	1,828	0,377	-1,122	-2,522

 

Тогда:

= 98 2,258 Z² (6,26  Z) Z = -174 U^гz  63,52.

При Z = 0 получим М^о = 65,1 кНм, при Z = 0,5 м - соответственно  17,48 кНм. Аналогично получаем: М¹ = 21,53 кНм; М^1,5 = 46,38 кНм; М² = 54,96 кНм; М^2,5 = 48,50 кНм; М³ = 31,66 кНм; М^3,5 = 12,47 кНм; М⁴ = 2,8 кНм.

Результаты расчетов по примеру 4 приведены на рис. 4.

Рис. 4. К примеру расчета 4 (даны эпюры М^Z и H^Z)

 

ЛИТЕРАТУРА

 

1. РСН 262-82. Инструкция по проектированию и устройству свайных фундаментов сельских зданий на просадочных грунтах. - К.: Минселъстрой, 1982.

2. СНиП 2.02.03-85. Свайные фундаменты. - М.: Стройиздат, 1985.

3. Рекомендации по применению свай типа СВД в сельском строительстве (шифр 19-83-21/4) /Минсельстрой УССР. - К.:

4. Сваи вертикальных элементов, объединенных диафрагмами. ТУ 10.20 УССР 3-87 / Госагропром УССР. - К.: 1984.

5. Першаков В.М., Слюсаренко С.А., Метелик Н.С. и др. Эффективные конструкции забивной сваи // Строительные материалы и конструкции, 1982, № 2.

6. СНиП 2.03.11-85. Защита строительных конструкций от коррозии. - М.: Стройиздат, 1985.

7. СНиП II-7-81. Строительство в сейсмических районах. Нормы проектирования. - М.: Стройиздат, 1981.

8. ГОСТ 23009-78. Конструкции и изделия бетонные и железобетонные сборные. Условные обозначения (марки). - М.: Стройиздат. 1979.

9. ГОСТ 5886-78*. Сваи. Методы полевых испытаний. - М.: Стройиздат, 1979.

10. СНиП 2.02.01-83. Основания зданий и сооружений. - М.: Стройиздат, 1984.

11. СНиП 2.05.03-84. Мосты и трубы. - М.: Стройиздат, 1985.