Грунты учебник

Наиболее эффективным методом является устройство дренажной системы, когда имеется возможность перехватить поток вод и отвести его в пониженные участки рельефа: река, овраг, коллектор (конструкция показана на рис. 43).

−существующее здание;

−дренажная система со смотровым колодцами;

−перфорирована труба керамическая;

−обкладка гравием;

−крупнозернистый песок;

−засыпка местным грунтом.

Вслучае невозможности выполнения дренаж применяют следующие конструктивные мероприятия, зависящие от высоты напора грунтовых вод

(рис. 45).

Рис. 45. Гидроизоляция подвальных помещений

1.горизонтальная гидроизоляция (2 слоя на битумной мастике);

2.вертикальная гидроизоляция (обмазка битумом за 2 раза);

3.два слоя рубероида на битумной мастике;

4.защитная кирпичная стенка (12 см);

5.глиняный замок (25 см);

6.бетонная подготовка;

7.цементная стяжка;

8.чистый пол;

9.нагрузочный бетон hб = 1,1 @kCбет¯' ;

10.железобетонная плита, рассчитанная как плита, опёртая по контуру;

11.компенсационная камера.

51

Так как в глинистых грунтах 50% осадки будет происходить в эксплуатационный период, то в узле А может произойти разрыв в гидроизоляции. В таком случае предусматривается компенсационная камера, в которой выполняется складка

7.СВАЙНЫЕ ФУНДАМЕНТЫ

7.1.Классификация свай и свайных фундаментов

Втех случаях, когда с поверхности залегают слои слабых грунтов, не обладающих достаточной несущей способностью для восприятия нагрузок от сооружения, возникает необходимость передачи нагрузки на более прочные нижележащие слои грунта. В этих условиях чаще всего прибегают к устройству свайных фундаментов.

Сваей называется погруженный в готовом виде или изготовленный в грунте вертикальный элемент, предназначенный для передачи нагрузки от сооружения на грунты основания. Группы или ряды свай, объединённые сверху монолитной плитой или балкой, образуют свайный фундамент.

Распределительные плиты или балки, как правило, изготавливают из монолитного или сборного железобетона и называются ростверками. По расположению ростверка различают (рис .47):

а) заглублённый свайный ростверк; б) низкий свайный ростверк; в) высокий свайный ростверк.

Рис. 47. Типы свайных ростверков

52

По характеру передачи нагрузки на грунт сваи подразделяются на стойки и висячие (рис. 48).

Ксваям – стойкам относятся сваи, прорезающие толщу слабых грунтов

иопирающиеся на практически несжимаемое основание или на скальные

грунты (рис. 48а). Свая – стойка работает как сжатый стержень в упругой среде, её несущая способность определяется или прочностью материала или сопротивлением грунта под остриём Fd = Fs.

К висячим сваям относятся сваи, опирающиеся на сжимаемые грунты (рис. 48б). Несущая способность висячей сваи определяется как сумма сопротивления трения грунта по

боковой поверхности

F = F + F©

и сопротивления грунта под остриём.

Рис. 48. Схемы передачи нагрузок сваями на грунты основания

По условиям изготовления сваи делятся на две группы:

−сваи, изготовленные на заводе или полигоне, а затем погружаемые в грунт и изготавливаемые на месте;

−сваи, изготавливаемые непосредственно на строительной площадке

(рис. 49).

а) Погружаемые в грунт

1.Призматические сваи сечением (20 х 20; 25 х 25; 30 х 30; 35 х 35; 40 х 40 см). Длина сваи L = 3 ÷ 16 м.

2.Составные сваи (длина звеньев 4 – 8 м, общая длина Lобщ

14 – 50 м).

3.Трубчатые с закрытым нижним концом (железобетонный конический наконечник); диаметр 30, 40, 50 см, длина 3 – 6 м; экономия бетона до 30%. Трубчатые с открытым нижним концом, при погружении формируется грунтовая пробка, размеры те же; экономия бетона 50%.

4.Сложного сечения до 40 см, применяются как анкерные.

53

Рис. 49. Основные типы свай

Изготовленные на заводе или полигоне:

а) погружаемые в грунт: 1 – призматическая; 2 – составная;

пятой; 9 – комуфлетная; в) устраиваемые в вытрамбованном ложе; 10 – коническая; 11 – бипирамидальная; 12 – пирамидальная с вытрамбованной пятой.

54

5.Сваи – колонны применяются при строительстве одноэтажных зданий (склады, павильоны, с/х здания и др.).

6.Пирамидальные сваи (сечением в верхней части 20 х 40 см; в нижней – 20 х 20 см). За счёт расклинивающего действия боковых поверхностей несущая способность сваи увеличивается на 30%. Длина свай до 6,0 м.

б) Сваи, изготовленные непосредственно на строительной площадке

7.Буровые сваи, в которых сформированная полость заполняется бетоном; в глинистых грунтах бурение производят без крепления стенок скважины, а в песчаных – с обсадной трубой; диаметр свай

– 30 см; несущая способность – до 150 кН.

8.С уширенной пятой. Диаметр уширения до 200 ÷ 250 см; длина сваи L = 3 ÷ 25 м; несущая способность от 500 до 15000 кН.

9.Комуфлетная свая изготавливается с помощью взрыва «ВВ». Диаметр образовавшейся камеры – до 3,0 м; несущая способность до 15000 кН.

в) Сваи, устраиваемые в выштампованном ложе. Эти сваи изготавливаются путём забивки в грунт инвентарной сваи, с её последующим извлечением и заполнением образовавшейся полости бетоном.

10.Коническая.

11.Бипирамидальная.

12.Пирамидальная с вытрамбованной пятой.

По расположению свай в плане различают (рис. 50):

−одиночная свая;

−свайный куст (рис. 50а);

−ленточный свай фундамент (рис. 50б);

−свайные поля (рис 50в).

Одиночные обычно применяются под отдельно стоящие опоры, когда несущая способность одной сваи достаточна для восприятия передаваемой на основании нагрузки. Разновидностью одинокой сваи являются сваи – колонны, широко применяемые при строительстве сельскохозяйственных сооружениях.

Свайным кустом обычно называют группу свай, объединённую монолитным железобетонным ростверком. Они устраиваются под колонны и опоры, передающие значительные вертикальные нагрузки.

55

Если сваи в фундаменте расположены в один или несколько рядов, то такие фундаменты называются ленточными свайными фундаментами. Они устраиваются под стены зданий и другие протяжённые конструкции.

Если фундамент состоит из свай, расположенных в определенном порядке под всем сооружением, то его называют свайным полем. Оно устраивается под тяжелые сооружения башенного типа, имеющие ограниченные размеры в плане.

Рис. 50. Виды свайных фундаментов

7.2. Определение несущей способности свай по расчётным формулам

7.2.1. Расчёт несущей способности свай - стоек

Он выполняется по двум условиям:

−по условию прочности материала ствола сваи;

−по условию прочности грунта по острию сваи.

За несущую способность сваи в проекте принимается меньшая по величине.

По условию прочности материала сваи рассчитываются как центрально сжатые стержни.

7.2.1.1.Несущая способность по материалу Fdm в соответствии со

СНиП 2.02.03 – 85 « Свайные фундаменты» определяется по формуле:

F B = φ γ · γB · R— · A + γ¬ · R · A¬ ,

где φ – коэффициент продольного изгиба, обычно принимаемый равным

56

φ = 1;

γс – коэффициент условий работы, принимаемый равным: γс = 0,85 для свай сечения 0,3 х 0,3 м; γс = 1 для свай большего сечения;

γm – коэффициент условий работы бетона, принимаемый равным: γm = 1 для всех видов свай;

γm = 0,9 для буронабивных свай с извлекаемой обсадной трубой при отсутствии воды;

γm = 0,8 для буронабивных свай с извлекаемой обсадной трубой с бетонированием под водой;

γm = 0,7 в грунтах, бурение скважин и изготовление свай в которых ведётся под глинистым раствором;

Rd – расчётное сопротивление бетона осевому сжатию, зависящее от класса бетона;

А – площадь поперечного сечения сваи; γа – коэффициент условий работы арматуры, принимаемый γа = 1;

Rs – расчётное сопротивление сжатию арматуры; Аа – площадь сечения арматуры.

7.2.1.2.Несущая способность сваи – стойки по прочности грунта по

острию рассчитывается по формуле:

F = γ · ³ · A,

где γс – коэффициент условий работы сваи в грунте γс = 1; R – расчётное сопротивление грунта под остриём сваи; А – площадь опирания сваи на грунт.

Расчётное сопротивление грунта R для всех видов забивных свай принимается равным 20 мПа. Для набивных свай, если они опираются на прочную скальную породу, расчёт сопротивления определяется по формуле:

Для свай, заделанных в невыветрелую скальную породу, на глубине не

менее 0,5 м расчёт сопротивления определяется по формуле:

R = bkr,/ o´µª + 1,5p,

– нормативное значение предела прочности на одноосное сжатие скального грунта в водонасыщенном состоянии;

γg = 1,4 – коэффициент надёжности по грунту; ld – глубина заделки сваи в скальный грунт;

df – наружный диаметр заделанной в скальный грунт части сваи.

57

7.2.2. Расчёт несущей способности вертикально-нагруженных висячих свай

Рис. 51. Расчётная схема к определению несущей способности сваи практическим методом

Расчёт производится, как правило, только по прочности грунта. Сопротивление висячей сваи по грунту принято определять по таблицам

СНиП либо по результатам полевых исследований.

Расчёт по таблицам СНиП известен под названием «Практический метод». Несущая способность висячей сваи определяется по формуле

(рис. 51):

F = γ γb · R · A + u ∑ γ© · f\ · h\ ,

где γс – коэффициент условий работы сваи в грунте;

γсR и γсf – коэффициент условий работы грунта соответственно под остриём сваи и на её боковой поверхности;

R – расчётное сопротивление грунта под остриём сваи;

А – площадь поперечного сечения сваи; u – периметр поперечного сечения сваи;

fi – расчётное сопротивление i-го слоя грунта основания по боковой поверхности, принимаемое по таблицам СНиП;

hi – толщина i-го слоя грунта, соприкасающегося с боковой поверхностью сваи.

В формуле первое слагаемое представляет собой сопротивление сваи по острию, второе – сопротивление по боковой поверхности.

58

7.2.3. Расчёт несущей способности на выдёргивающие нагрузки

Если сваи работают на выдёргивающую нагрузку (анкерные устройства, ЛЭП ), то её несущая способность Fdu определяется только сопротивлением

трению по боковой поверхности по формуле:

F ¹ = γ · u ∑ γ © · f\ · h\,

где γс – коэффициент условий работы, принимаемый равным:

−для свай, погружаемых в грунт на глубину менее 4,0 м γс = 0,6;

−на глубину 4,0 м и более γс = 0,8.

7.2.4. Учёт отрицательных сил трения на боковой поверхности сваи

Если в силу тех или иных обстоятельств осадка окружающего сваю грунта будет превышать осадку самой сваи, то на её боковой поверхности возникают силы трения, направленные в противоположную сторону от обычного, т. е. не вверх, а вниз. Такое трение называют отрицательным или негативным трением (рис. 52).

Такое трение возникает:

−если в пределах глубины погружения сваи имеется слой слабого грунта (например, торфа или иловатых грунтов);

−при погружении пола сооружения выполненного по грунту, полезной нагрузкой и т. п.

Несущая способность сваи с учётом сил негативного трения определяется по

формуле:

F = γ γ b · R · A + u ∑ γ © · f\ · h\ ,

При этом расчётное сопротивление fi для грунта, расположенного выше слоя слабого грунта, принимается со знаком минус (для торфа значение fi = -5 кПа).

Рис. 52. Развитие отрицательных сил трения на боковой поверхности сваи

Если вероятность возникновения сил негативного трения велика, например, при незначительной толщине подсыпки, то значение fi грунтов, залегающих выше слабых, необходимо умножить на 0,4.

Допустимая нагрузка на сваю определяется по формуле:

N = ºkµ/,

где γg – коэффициент надёжности по грунту, равный γg = 1,4.

59