2017-11-30
1354
5,1 м2/год,
Н = 2×2 = 4 м,
7,86×10-1 t,
при t = 0,5 года
= 0,043 м – осадка не стабилизировалась;
при t = 1 год
= 0,061 м – осадка не стабилизировалась, но дополнительная осадка после одного года
s III – s 1 = 0,096 – 0,061 = 0,035 м < 0,5 su = 0,04 м;
суглинок 
2,55×103 м2/год,
Н = 2×12 = 24 м,
1,09×10 t,
при t = 0,5 года
= 0,057 м – осадка не стабилизировалась;
при t = 1 год
= 0,058 м – осадка стабилизировалась.
Таким образом, определено, что при начале строительства спустя год после устройства насыпи отрицательные силы трения по боковой поверхности свай можно не учитывать, т.к. дополнительные осадки слоев грунта от веса насыпи после этого срока не превышают половины предельной осадки фундамента.
3.8. Расчетный метод определения несущей способности по грунту забивной и вдавливаемой сваи и сваи-оболочки на выдергивающую нагрузку
Несущую способность Fdu, кН, висячей забивной и вдавливаемой сваи и сваи-оболочки, погружаемой без выемки грунта, работающих на выдергивающую нагрузку, следует определять по формуле
| (20) |
где u, gcf, fi, hi - то же, что и в формуле (11);
gc - коэффициент условий работы сваи в грунте (для свай, погружаемых в грунт на глубину менее 4 м, gc = 0,6, на глубину 4 м и более gc = 0,8 - для всех зданий и сооружений, кроме опор воздушных линий электропередачи, для которых коэффициент принимают в соответствии с разделом 13 [6]).
Примечание - В фундаментах опор мостов не допускается работа свай на выдергивание при действии одних постоянных нагрузок.
Пример 9. Определить несущую способность забивной сваи С60.30-2 по грунту на выдергивающую нагрузку. Погружение сваи в грунт дизельным молотом. Исходные данные взять из примера 3.
Решение. Расчетная схема для определения несущей способности сваи приведена в примере 3. В зависимости от средней глубины расположения слоя грунта по таблице 7 найдены расчетные сопротивления на боковой поверхности сваи:
глина е = 0,555, IL = 0,7, z1 =5,2 м, h1 =2,0 м, f1 =1,15·10 = 11,5 кПа;
z2 =6,85 м, h1 =1,3 м, f2 =1,15·10 = 11,5 кПа;
песок мелкий средней плотности
z3 =8,5 м, h1 =2,0 м, f3 = 44,5 кПа;
z4 =9,6 м, h1 =0,2 м, f4 = 45,6 кПа.
Периметр поперечного сечения u = 4·0,3 = 1,2 м.
Для сваи с глубиной погружения более 4 м – gc = 0,8.
По таблице 8 gcf = 1.
Несущую способность висячей сваи по грунту на выдергивающую нагрузку определяем по формуле (20)
=0,8·1,2(1·11,5·2+1·11,5·1,3+1·44,5·2+1·45,6·0,2)=
= 130,6 кН.
3.9. Определение несущей способности свай по результатам полевых исследований
Несущая способность свай в полевых условиях может быть определена следующими методами: статическими испытаниями свай, динамическими испытаниями свай, испытаниями грунтов эталонной сваей, испытаниями свай-зондов, испытаниями грунтов статическим зондированием.
Испытания свай статической и динамической нагрузками и испытания грунтов эталонной сваей производятся в соответствие с требованиями ГОСТ 5686, а испытания грунтов статическим зондированием - ГОСТ 19912. Испытания грунтов сваей-зондом производятся в соответствии с требованиями ГОСТ 5686 применительно к эталонной свае типа II.
Несущая способность Fd, кН, свай по результатам их испытаний вдавливающей, выдергивающей и горизонтальной статическими нагрузками и по результатам их динамических испытаний определяется по формуле
 ,
| (21) |
где gc - коэффициент условий работы сваи; в случае вдавливающих или горизонтальных нагрузок gc = 1; в случае выдергивающих нагрузок gc принимают по 3.8;
Fu,n - нормативное значение предельного сопротивления сваи, кН;
gg - коэффициент надежности по грунту.
В случае если число свай, испытанных в одинаковых грунтовых условиях, составляет менее шести, нормативное значение предельного сопротивления сваи в формуле (21) принимается равным наименьшему предельному сопротивлению, полученному из результатов испытаний, т.е. Fu,n = Fu,min, а коэффициент надежности по грунту gg = 1.
В случае если число свай, испытанных в одинаковых условиях, составляет шесть и более, Fu,n и gg определяется на основании результатов статистической обработки частных значений предельных сопротивлений свай Fu, полученных по данным испытаний. Статистическая обработка выполняется по ГОСТ 20522 при значении доверительной вероятности a = 0,95 (см. п. 3.17).
3.10.Определение предельного сопротивления сваи по результатам испытаний статической нагрузкой
Статические испытания свай для определения предельного сопротивления сваи являются наиболее достоверными по сравнению с другими методами и способами нахождения несущей способности сваи. Более высокая стоимость испытательных работ по сравнению, например, с динамическими испытаниями, большая трудоемкость и необходимость в специальных конструкциях и приспособлениях для проведения испытаний, являются сдерживающими обстоятельствами для массового применения этого способа. Однако, при проектировании зданий и сооружений I и II уровней ответственности необходимо в программу исследований закладывать требуемое количество статических испытаний свай для определения несущей способности сваи.
Испытания свай статической нагрузкой производят на участке, отведенном под строительство проектируемых зданий или сооружений, следующим образом. Свая погружается в грунт до проектной отметки. После погружения в грунт забивной сваи испытания начинают после ее «отдыха», который составляет не менее 3 суток при песчаных грунтах, кроме водонасыщенных мелких и пылеватых, и 6 суток при глинистых и разнородных грунтах. Для свай, погруженных другими способами, испытания можно начинать не ранее, чем через 1 сутки после их погружения. При испытаниях набивных и буронабивных свай начало испытаний назначается не ранее достижения бетоном свай 80 % проектной прочности. Принципиальная схема установки для испытания сваи статической нагрузкой показана на рисунке 22, на рисунке 23 – фото одной из таких установок.
Hагpужение испытываемой сваи производят равномерно, без ударов, ступенями нагрузки, значение которых устанавливается не более 1/10-1/15 наибольшей нагрузки на сваю, найденной расчетным способом.
Если нагрузка при статическом испытании сваи на вдавливание доведена до нагрузки, вызывающей непрерывное возрастание ее осадки s без увеличения нагрузки (при s £ 20 мм), то эта нагрузка принимается за частное значение предельного сопротивления Fu испытываемой сваи.
Во всех остальных случаях для фундаментов здании и сооружений (кроме мостов и гидротехнических сооружений) за частное значение предельного сопротивления сваи Fu вдавливающей нагрузке принимается нагрузка, под воздействием которой испытываемая свая получит осадку, равную s и определяемую по формуле
| s = z× su,mt, | (22) |
где su,mt — предельное значение средней осадки фундамента проектируемого здания или сооружения;
z — коэффициент перехода от предельного значения средней осадки фундамента здания или сооружения su,mt к осадке сваи, полученной при статических испытаниях с условной стабилизацией (затуханием) осадки.
Значение коэффициента z принимается равным 0,2 в случаях, когда испытание свай производится при условной стабилизации, равной 0,1 мм за 1 ч, если под их нижними концами залегают песчаные или пылевато-глинистые грунты с консистенцией от твердой до тугопластичной, а также за 2 ч, если под их нижними концами залегают пылевато-глинистые грунты от мягкопластичной до текучей консистенции.
 |
Если осадка, определенная по формуле (22), окажется более 40 мм, то за частное значение предельного сопротивления сваи Fu следует принимать нагрузку, соответствующую s = 40 мм.
Для мостов и гидротехнических сооружений за предельное сопротивление сваи Fu при вдавливающих нагрузках принимается нагрузка на одну ступень менее нагрузки, при которой вызываются:
а) приращение осадки за одну ступень загружения (при общем значении осадки более 40 мм), превышающее в 5 раз и более приращение осадки, полученное за предшествующую ступень загружения;
б) осадка, не затухающая в течение суток и более (при общем значении ее более 40 мм).
Если при максимальной достигнутой при испытаниях нагрузке, которая окажется равной или более 1,5× Fd (где Fd – расчетная несущая способность сваи), осадка сваи s при испытаниях оказывается менее значения, определенного по формуле (22), а для мостов и гидротехнических сооружений – менее 40 мм, то в этом случае за частное значение предельного сопротивления сваи Fu допускается принимать максимальную
 |
нагрузку, полученную при испытаниях.
Количество испытываемых свай статической нагрузкой в соответствие с ГОСТ 5686 при строительстве должно составлять до 0,5 % от общего количества свай на объекте, но не менее 2 шт.
Пример 10. Требуется определить частную несущую способность сваи по результатам испытаний статической вдавливающей нагрузкой.
Расчетная несущая способность сваи Fd = 570 кН.
Предельная осадка su,mt = 0,08 м, контролируемая осадка сваи по формуле (22) s = z× su,mt = 0,2 × 0,08 = 0,016 м. График зависимости осадки свай от нагрузки, построенный по результатам статического испытания сваи, приведен на рисунке 24.
Решение. При проведении испытаний нагрузка доведена до размера
 |
1,5× Fd = 855 кН, при которой осадка сваи получена меньше, чем 0,016 м. Поэтому за частную несущую способность сваи принимается максимальная нагрузка, т.е. Fu = 855 кН.
Пример 11. Требуется определить несущую способность сваи по результатам испытаний статической вдавливающей нагрузкой для свайных фундаментов: а - su,mt = 0,1 м; б - su,mt = 0,3 м.
График зависимости осадки сваи от нагрузки, построенный по результатам статического испытания сваи, представлен на рисунке 25.
Решение. За частную несущую способность сваи для случая а принимается нагрузка, под действием которой испытываемая свая получила осадку, равную s = z× su,mt = 0,2 × 0,1 = 0,02 м. По величине этой осадки на графике определяем частную несущую способность сваи: Fu = 820 кН.
Контролируемая осадка сваи для случая б по формуле (22) s = z× su,mt = 0,2 × 0,3 = 0,06 м = 60 мм превышает 40 мм, поэтому за частную несущую способность сваи принимаем нагрузку, при которой осадка сваи достигла 40 мм: Fu = 980 кН.
 |
3.11.Определение предельного сопротивления забивной сваи по результатам статического зондирования
Статическое зондирование представляет собой вдавливание в грунт штанги с конусом стандартного размера. Специальными устройствами непрерывно (или через заданные интервалы по глубине) замеряется лобовое сопротивление под конусом зонда и, в зависимости от типа зонда, удельное или общее сопротивление трения по боковой поверхности зонда.
В соответствие с ГОСТ 19912 различают два типа зондов: тип I – зонд с замером общего трения по всей длине зонда; тип II – зонд с замером удельного трения в нижней части зонда. Конструкции зондов показаны на рисунке 26.
 |
Частное значение предельного сопротивления забивной сваи в точке зондирования Fu, кН, определяется по формуле
| Fu = gcR Rs A + gcf f h u, | (23) |
где Rs - предельное сопротивление грунта под нижним концом сваи по данным зондирования в рассматриваемой точке, определяемое по формуле (24), кПа;
gcR – коэффициент условий работы грунта под нижним концом сваи, принимаемый равным 1;
A – площадь поперечного сечения сваи, м2;
f – среднее значение предельного сопротивления грунта на боковой поверхности сваи по данным зондирования в рассматриваемой точке, кПа, определяемое по формуле (25) или (26);
h – глубина погружения сваи от поверхности грунта, м;
u – периметр поперечного сечения ствола сваи, м;
gcf – коэффициент условий работы грунта на боковой поверхности сваи, принимаемый равным 1.
Предельное сопротивление грунта под нижним концом забивной сваи Rs, кПа, по данным зондирования в рассматриваемой точке определяется по формуле
| Rs = β 1 qc, | (24) |
где β 1 – коэффициент перехода от qc к Rs, принимаемый по таблице 13 независимо от типа зонда;
qc – среднее значение сопротивления грунта, кПа, под конусом зонда, полученное из опыта на участке, расположенном в пределах одного диаметра d выше и четырех диаметров ниже отметки острия сваи (где d - диаметр круглого или сторона квадратного, или большая сторона прямоугольного сечения сваи, м).
Таблица 13
| β 1 - коэффициент перехода от qc к Rs | |||||||
| qc,кПа | для забивных сваи | для винтовых свай при нагрузке | fs, fsi, кПа | β 2 - коэффициент перехода от fs к f для зонда типа I | βi - коэффициент перехода от fsi к f для зонда типа II | ||
| сжимающей | выдергивающей | при песках | при глинистых грунтах | ||||
| £1000 | 0,90 | 0,50 | 0,40 | £20 | 1,80 | 0,75 | 1,00 |
| 0,80 | 0,45 | 0,38 | 1,30 | 0,60 | 0,75 | ||
| 0,65 | 0,32 | 0,27 | 1,00 | 0,55 | 0,60 | ||
| 0,55 | 0,26 | 0,22 | 0,80 | 0,50 | 0,45 | ||
| 10 000 | 0,45 | 0,23 | 0,19 | 0,60 | 0,50 | 0,40 | |
| 15 000 | 0,35 | - | - | ³120 | 0,50 | 0,50 | - |
| ³20 000 | 0,30 | - | - | - | - | - | - |
| Примечание - Для винтовых свай в песках, насыщенных водой, значения коэффициента β 1 должны быть уменьшены в два раза. |
Среднее значение предельного сопротивления грунта на боковой поверхности забивной сваи f, кПа, по данным зондирования грунта в рассматриваемой точке определяется:
а) при применении зондов типа I - по формуле
| f = β 2 fs, | (25) |
б) при применении зондов типа II - по формуле
 ,
| (26) |
В формулах (25) и (26) β 2, βi - коэффициенты, принимаемые по таблице 13;
fs - среднее значение сопротивления грунта на боковой поверхности зонда, кПа, определяемое как частное от деления измеренного общего сопротивления грунта на боковой поверхности зонда на площадь его боковой поверхности в пределах от поверхности грунта в точке зондирования до уровня расположения нижнего конца сваи в выбранном несущем слое;
fsi - среднее сопротивление i -го слоя грунта на боковой поверхности зонда, определяемое по муфте трения, кПа;
hi - толщина i -го слоя грунта, м.
Несущая способность Fd, кН, забивной висячей сваи, работающей на сжимающую нагрузку, по результатам испытаний грунтов статическим зондированием определяется по формуле (21), в которой gc = 1.
При этом нормативное значение Fu,n и gg определяется на основе результатов статистической обработки частных значений предельного сопротивления сваи Fu, кН, в месте испытания зондированием.
Пример 12. Требуется определить частное значение предельного сопротивления забивной сваи сечением 30´30 см глубиной погружения 5 м от поверхности грунта в точке зондирования Fu по результатам зондирования установкой УСЗ 15/36 (второй тип зонда). Графики регистрации лобового и удельного бокового сопротивления представлены на рисунке 27.
Решение. Вычисляем среднее значение сопротивления грунта, кПа, под конусом зонда, полученное из опыта на участке, расположенном в пределах 0,3 м (одного диаметра d) выше и 1,2 м (четырех диаметров) ниже отметки острия сваи (где d =0,3 м - сторона квадратного сечения сваи). Вычисление произведено в таблице 14.
Таблица 14
| Глубина, м | qci, МПа | аi, м (основание эпюры qc) | Аi, = аi (qci + qci +1)/2, МПа×м |
| 4,6 | 2,5 | ||
| 4,7 | 2,45 | 0,1 | 0,2425 |
| 4,8 | 2,4 | 0,3 | 0,59 |
| 3,5 | 0,3 | 0,6 | |
| 5,2 | 2,5 | 0,3 | 0,58 |
| 5,4 | 3,3 | 0,3 | 0,63 |
| 5,6 | 0,3 | 0,58 | |
| 5,8 | 2,8 | 0,3 | 0,54 |
| 2,6 | 0,3 | 0,53 | |
| 6,2 | 2,7 | ||
| Σ Аi = | 4,2925 |
qc = Σ Аi /(5 d) = 4,2925/(5×0,3) = 2,862 МПа = 2862 кПа.
По таблице 13 находим β 1
β 1 = 0,7783
и вычисляем Rs
Rs = 0,7783×2862 = 2227 кПа.
Вычисление f произведено в таблице 15, при этом коэффициент βi определен по таблице 13.
Таблица 15
| fsi, кПа | βi | hi, м | fsi βi hi, кПа×м |
| 0,7275 | 0,2 | 3,3465 | |
| 0,56 | 0,2 | 6,272 | |
| 0,5825 | 0,2 | 5,4755 | |
| 0,75 | 0,2 | 2,1 | |
| 0,75 | 0,2 | 2,7 | |
| 0,75 | 0,2 | 2,85 | |
| 0,6975 | 0,2 | 3,7665 | |
| 0,6825 | 0,2 | 3,9585 | |
| 0,75 | 0,2 | 0,75 | |
| 0,75 | 0,2 | 1,5 | |
| 0,75 | 0,2 | 2,85 | |
| 0,675 | 0,2 | 4,05 | |
| 0,63 | 0,2 | 4,536 | |
| 0,5875 | 0,2 | 5,2875 | |
| 0,5775 | 0,2 | 5,6595 | |
| 0,465 | 0,2 | 7,254 | |
| 0,72 | 0,2 | 6,336 | |
| 0,9875 | 0,2 | 4,1475 | |
| 0,2 | |||
| 0,4 | 0,2 | 9,52 | |
| 0,4 | 0,2 | 9,84 | |
| 0,4475 | 0,2 | 7,2495 | |
| 0,525 | 0,2 | 7,35 | |
| 0,7875 | 0,2 | 5,8275 | |
| 0,66 | 0,2 | 6,864 | |
| Σ fsi βi hi | 122, 5 |
f = Σ fsi βi hi / h = 122,5/5 = 24,5 кПа.
Коэффициенты условий работы gcR = 1, gcf = 1.
Площадь поперечного сечения сваи А = 0,3×0,3 = 0,09 м2; периметр поперечного сечения сваи u = 4×0,3 = 1,2 м.
Частное значение предельного сопротивления забивной сваи в точке зондирования
Fu = gcR Rs A + gcf f h u = 1×2227×0,09 + 1×24,5×5×1,2 = 347,43 кН.
 |
Пример 13. Требуется определить частное значение предельного сопротивления забивной сваи сечением 30´30 см глубиной погружения 5 м от поверхности грунта в точке зондирования Fu по результатам зондирования установкой СП-59 А (первый тип зонда). Графики регистрации лобового и общего бокового сопротивления представлены на рисунке 28.
 |
Решение. Вычисляем среднее значение сопротивления грунта, кПа, под конусом зонда, полученное из опыта на участке, расположенном в пределах 0,3 м (одного диаметра d) выше и 1,2 м (четырех диаметров) ниже отметки острия сваи (где d =0,3 м - сторона квадратного сечения сваи).
| Глубина, м | qci, МПа | аi, м (основание эпюры qc) | Аi, = аi (qci + qci +1)/2, МПа×м |
| 4,6 | 2,7 | ||
| 4,7 | 2,45 | 0,1 | 0,2375 |
| 4,8 | 2,2 | 0,3 | 0,44 |
| 2,2 | 0,3 | 0,44 | |
| 5,2 | 2,2 | 0,3 | 0,49 |
| 5,4 | 2,7 | 0,3 | 0,54 |
| 5,6 | 2,7 | 0,3 | 0,58 |
| 5,8 | 3,1 | 0,3 | 0,62 |
| 3,1 | 0,3 | 0,62 | |
| 6,2 | 3,1 | ||
| Σ Аi = | 3,9675 |
qc = Σ Аi /(5 d) = 3,9675/(5×0,3) = 2,645 МПа = 2645 кПа.
По таблице 13 находим β 1
β 1 = 0,7913
и вычисляем Rs
Rs = 0,7913×2645 = 2093 кПа.
На глубине 5 м общее сопротивление по боковой поверхности зонда Q = 15,2 кПа, вычисляем fs
fs = Q / (hu) = 15,2/ (5×0,112) = 27,14 кПа,
здесь u = p ×0,0357 = 0,112 м – периметр поперечного сечения зонда по ГОСТ 19912.
По таблице 13 находим β 2
β 2 = 1,479
и по формуле (25) находим f
f = β 2 fs = 1,479×27,14 = 40,13 кПа.
Коэффициенты условий работы gcR = 1, gcf = 1.
Площадь поперечного сечения сваи А = 0,3×0,3 = 0,09 м2; периметр поперечного сечения сваи u = 4×0,3 = 1,2 м.
Частное значение предельного сопротивления забивной сваи в точке зондирования
Fu = gcR Rs A + gcf f h u = 1×2093×0,09 + 1×40,13×5×1,2 = 429,15 кН.
3.12.Определение предельного сопротивления буровой сваи по результатам статического зондирования
Несущая способность буровой сваи, устраиваемой в соответствии с 2.6 а, работающей на сжимающую нагрузку, в точке зондирования Fdu, кН, определяемая без использования данных о сопротивлении грунта на муфте трения установки статического зондирования, вычисляется по формуле
| Fdu = R A + u å gcf fi hi, | (27) |
где R - расчетное сопротивление грунта под нижним концом сваи, кПа, принимаемое по таблице 16 в зависимости от среднего сопротивления конуса зонда qc, кПа, на участке, расположенном в пределах одного диаметра выше и до двух диаметров ниже подошвы сваи;
A - площадь подошвы сваи, м2;
fi - среднее значение расчетного сопротивления грунта на боковой поверхности сваи, кПа, на расчетном участке hi сваи, определяемое по данным зондирования в соответствии с таблицей 16;
hi - толщина i -го слоя грунта, которая должна приниматься не более 2 м;
gcf - коэффициент, зависящий от технологии изготовления сваи и принимаемый:
а) при сваях, бетонируемых насухо, равным 1;
б) при бетонировании под водой, под глинистым раствором, а также при использовании обсадных инвентарных труб равным 0,7.
Таблица 16
| Сопротивление конуса зонда qc, кПа | Расчетное сопротивление грунта под нижним концом буровой сваи R, кПа | Среднее значение расчетного сопротивления на боковой поверхности сваи, fi, кПа | ||
| Пески | Глинистые грунты | Пески | Глинистые грунты | |
| - | - | |||
| - | - | |||
| - | - | |||
| - | - | |||
| - | - | |||
| Примечания 1 Значения R и fi для промежуточных значений qc определяют интерполяцией. 2 Приведенные в таблице значения R и fi относятся к буровым сваям диаметром 600-1200 мм, погруженным в грунт не менее чем на 5 м. При возможности возникновения на боковой поверхности сваи отрицательного трения значения fi для оседающих слоев принимают со знаком "минус". 3 При принятых в таблице значениях R и fi осадка сваи при расчетной нагрузке Fd не превышает 0,03 d. |
Несущую способность Fd, кН, свай по результатам их расчетов по формуле (27), основанной на данных статического зондирования конусом, следует определять как среднее значение из частных значений Fdu для всех точек зондирования.
Учитывая большие нагрузки, передаваемые на буровые сваи, нормы рекомендуют параллельно с расчетом несущей способности сваи по результатам статического зондирования вести расчет в соответствии с п. 3.5. При расхождениях в полученных значениях несущей способности свай более 25% в реальном проектировании назначают статические испытания не менее двух свай.
3.13.Поведение грунта при погружении сваи динамическими способами
Прежде всего, приведем определение отказа сваи.
