Виды свайных фундаментов, их применение. Конструкции свай, применяемых в промышленном и гражданском строительстве. Общая классификация свай, забивные и набивные сваи

Свайный фундамент — не что иное, как комплекс свай, соединенных в единую конструкцию, передающую нагрузку от здания на основание.

Функция свай – передать нагрузки от дома или строения на основание (грунт).

Различают следующие виды свайных фундаментов:

1) одиночные сваи применяют под легкие сооружения в качестве опор (теплицы, склады), когда несущей способности одной сваи достаточно для передачи нагрузки на грунт.2)группы свай (свайный куст), устраивают под колонны или отдельные опоры конструкций, передающие значительные вертикальные нагрузки3) ленточные свайные фундаменты устраивают под стены зданий и другие протяженные конструкции. Сваи в таком фундаменте располагаются в один или несколько слоев.4) сплошные свайные поля устраивают под тяжелые сооружения башенного типа, имеющие ограниченные размеры в плане. Сваи располагаются в определенном порядке под всем сооружением

Сваи представляют собой погруженные в грунт или изготовленные в грунте стержни, передающие нагрузки от сооружения на более плотные слои грунта. В практике строительства известно более 150 видов свай, которые классифицируются:

по материалу: железобетонные, бетонные, деревянные, металлические;

по способу изготовления:

а) забивные железобетонные, стальные, деревянные, погружаемые в грунт без его выемки с помощью молотов, вибропогружателей, вибровдавливающих и вдавливающих устройств;

б) сваи-оболочки железобетонные, заглубляемые вибропогружателями с выемкой грунта и заполненные частично или полностью бетонной смесью;

в) набивные бетонные и железобетонные, песко- и грунтобетонные, устраиваемые в грунте путем укладки бетонной смеси в скважины, образованные в результате принудительного вытеснения грунта;

г) буровые железобетонные, бетонные, устраиваемые в грунте путем заполнения пробуренных скважин грунтовой смесью

Устройство различных видов свай

Забивные железобетонные сваи (в поперечном сечении до 0,8 м включительно) и сваи-оболочки (диаметром от 1 м) могут быть устроены следующим образом:

способ армирования — с ненапрягаемой продольной арматурой с поперечным армированием; предварительно напряженные со стержневой или проволочной продольной арматурой с поперечным армированием и без него;

форма поперечного сечения — квадратная, прямоугольная, тавровая и двутавровая, квадратная с круглой полостью, полая круглого сечения;

конструктивные особенности — цельные или составные из отдельных секций;

Устройство набивных свай: набивные сваи – устраивают погружением инвентарных труб, нижний конец которых закрыт оставляемым в грунте башмаком или бетонной пробкой. Достоинства набивных свай: экономия материалов; возможность изготовления свай любой длины; возможность производства работ вблизи зданий и сооружений, поскольку отсутствуют значительные динамические воздействия при устройстве сваи; применимость в стесненных условиях; применимость при усилении существующих фундаментов.

Набивные сваи устраивают на месте их будущего положения путем заполнения скважины (полости) бетонной смесью или песком. Их изготавливают бетонными, ж/б и грунтовыми, возможно устройство свай с уширенной пятой. Способ устройства свай: в предварительно пробуренные скважины подается для заполнения бетонная смесь или грунты (песчаные).

Разновидности набивных свай – буронабивные, пневмонабивные, вибротрамбованные, частотрамбованные, вибронабивные, песчаные и грунтобетонные.

Длина свай достигает 20…30 м придиаметре 50...150 см. Сваи, изготовляемые с применением установок фирм Като, Беното, Либхер могут иметь диаметр до 3,5 м, глубину до 60 м, несущую способность до 500 т.

 

Расчет центрально нагруженных ленточных свайных фундаментов. Определение числа рядов, шага свай и размеров ростверка. Расчет свайных центрально нагруженных фундаментов под отдельные опоры (стойки, колонны).

для центрально нагруженного фундамента -

N = N_l /n<P, (2.5), где - расчетное сжимающее усилие, передаваемое на сваи, включая нагрузку по обрезу фундамента N 01, вес ростверка Np и грунта на его уступах Ng; п - число свай в фундаменте; Р - несущая способность одной сваи, кН, с учетом коэффициента надежности метода испытаний;

Необходимое количество свай в грунте определяется по формуле

 

Требуемое количество свай в фундаменте определяем исходя из предположения, что ростверк обеспечивает равномерную передачу нагрузки на сваи, расположенные под зданием

Определяем минимальный шаг забивки (при максимальной расчетной нагрузке на 1 м длины фундамента):

ɭ_p =

- N расчетная нагрузка на сваю, кН;

Nol1 расчетная нагрузка на 1 м длины фундамента, кН/пог.м.

Размеры железобетонного ростверка проверяют из расчета на продавливание колонной или сваей на изгиб при значительном развитии в плане в соответствии с нормами на проектирование бетонных и железобетонных конструкций. Проверку фактической нагрузки, приходящейся на каждую сваю, производят по формуле

где Nd — расчетная нагрузка на фундамент; Nроств, Nгр — расчетные нагрузки соответственно от веса ростверка и грунта на его обрезах; n-количество свай. При этом должно соблюдаться условие N>Ncb

Глубину заложения подошвы ростверка выбирают, сообра­зуясь с особенностями сооружения.

Тип и вид свай выбирают, исходя из характера напласто­вания грунтов, в зависимости от оборудования и опыта устрой­ства свайных фундаментов, имеющегося у строительной органи­зации.

Размеры свай также выбирают с учетом характера напла­стования грунтов.

Число свай в фундаменте устанавливают исходя из допуще­ния, что ростверк осуществляет равномерное распределение на­грузки на свайный куст или свайный ряд под стену. Расчет ве­дут по первой группе предельных состояний.

где γ_k— коэффициент надежности, принимаемый равным 1,2 при статиче­ских испытаниях свай, 1,25 — при статическом зондировании, испытании эта­лонной сваи и динамическом испытании с учетом упругих деформаций и 1,4 — при определении F_d расчетом или динамическим методом без учета упругих деформаций; N_o — расчетная нагрузка, действующая по обрезу фун­дамента; a —шаг свай; d — глубина заложения подошвы ростверка; γ_m - средний удельный вес материала ростверка, фундамента и грунта.

Зная число свай, их размещают в плане и конструируют ростверк. В центрально нагруженном свайном фундаменте сваи располагают рядами или в шахматном порядке.

Ростверк (обычно железобетонный) рассчитывают на продавливание колонной или сваей и на изгиб (при значительном его развитии в плане) в соответствии с расчетом фундаментов пo нормам на железобетонные конструкции.

Сваи, работающие только на сжатие, заделывают в рост­верке обычно на глубину 5...10 см. Сборные ростверки при воз­можности контроля допускается устанавливать непосредственно на головы свай на растворе. Сваи, работающие на выдергива­ние или изгиб, следует прочно заделывать в ростверк. Для этого бетон головы свай разбивают и обнаженную арматуру заделывают в ростверк.

 

 

Проектирование свайных фундаментов. Определение числа свай и схемы их размещения в общем случае действия нагрузок. Условия прочности, устойчивости и деформативности, которым должен удовлетворять запроектированный фундамент.

СП 24.13330.2011

Свайные фундаменты рационально применять если: верхняя часть основания представлена грунтами с неудовлетворительными строительными свойствами; на основание передаются значительные нагрузки; св. фунд. является оптимальным из всех возможных вариантов фундаментов в рассматриваемых местных условиях для проектируемого здания. Основными исходными данными для проектирования св. фунд. явл. Местные условия: инженерно-геологические, гидрогеологические, геодезические и гидрометеорологические, а также технические возможности местных строит. Организаций, расположение проектируемого здания относительно существующих объектов и т.д. Учитываются технологическое назначение здания и его конструктивная схема, в частности, размеры, материалы, планово-высотные привязки конструкций, под которые проектируются фундаменты, значения нагрузок в уровне обреза ростверка или в уровне планировки поверхности. Наиболее часто в промышленно-гражданском строительстве применяют забивные, набивные и буронабивные железобетонные сваи. Набивные и буронабивные сваи в отличие от забивных требуют меньшего расходов стали и бетонируются в скважинах без опалубки. Их целесообразно применять в сухих связных грунтах, при больших сосредоточенных вертикальных и горизонтальных нагрузках, на площадках с неровной кровлей залегания несущего слоя грунта, а также при производстве работ вблизи существующих зданий и сооруж. Наиболее экономичными среди набивных и буронабивных свай являются сваи, при устройстве которых происходит уплотнение грунта. Применение буронабивных свай по сравнению с забивными в водонасыщенных грунтах в большинстве случаев экономически нецелесообразно. Забивные сваи явл. Более индустриальными, и параметры их погружения легче поддаются строгому контролю.

Ориентировочно количество свай в кусте определяется по формуле

 где γk– коэффициент надежности, γk= 0,8÷1,4 (при определении несущей способности сваи расчетомγk= 1,4); N0I – расчетная нагрузка, передаваемая на фундамент, кН; Fd – несущая способность сваи, кН; А´– площадь ростверка, приходящаяся на одну сваю, принимаемая равной 0,9÷1,2 м 2; 42 γk– усредненный удельный вес ростверка и грунта на его уступах, принимаемый равным 20 кН/м 3.

Если количество свай в кусте n, рассчитанное по формуле (2.16), не превышает 8– 10 шт., то проектируют ростверк. Если же n больше 10, то необходимо увеличить сечение сваи или их длину. При этом длину забивных свай не следует принимать более 10–12 м в связи со сложностью забивки ихна большую глубину. Минимальное расстояние, а между осями висячих свай должно быть a≥3d, где d – диаметр круглого или сторона квадратного сечения сваи. Для свай стоек а≥1,5d. Расстояние в свету между стволами буровых, набивных свай и свай столбов должно быть не менее 1 м. Расстояние в свету между уширениями при устройстве их в твердых и полутвердыхпылевато-глинистыхгрунтах – 0,5 м, в другихнескальныхгрунтах –1 м. Ориентировочно расстояние от края ростверка до внешней стороны вертикально нагруженной сваи при свободной заделке ее в ростверк принимается при размещении свай: однорядном – не менее 0,2d+5 см; двух– и трехрядном 0,3d+5 см и при большем количестве рядов 0,4d+5 см. По конструктивным соображениям высота ростверка должна быть равна ho+0,25 м, но не менее 0,3 м (ho– величина заделки сваи, м).

Шаг свай в ленточном ростверке определяется по формуле

 После определения размеров ростверка уточняют фактическую нагрузку на сваю и при необходимости корректируют параметры свайного фундамента. При проектировании ростверков необходимо стремиться к тому, чтобы нагрузка F, допускаемая на сваю, была равна расчетной нагрузке на сваю или недогрузка не превышала на 5–10%. При внецентренном загружении допускается, чтобы расчетная нагрузка на сваю, превышала нагрузку, допускаемую на сваю F, на 20%.

Основания должны рассчитываться по двум группам предельных состояний: первой - по несущей способности и второй - по деформациям. К первой группе предельных состояний относятся состояния, приводящие сооружение и основание к полной непригодности к эксплуатации (потеря устойчивости формы и положения; хрупкое, вязкое или иного характера разрушение; резонансные колебания; чрезмерные деформации основания и т.п.). Ко второй группе предельных состояний относятся состояния, затрудняющие нормальную эксплуатацию сооружения или снижающие его долговечность вследствие недопустимых перемещений (осадок, подъемов, прогибов, кренов, углов поворота, колебаний, трещин и т.п.).