Буровых свай

Особенности определения несущей способности

При возведении новых зданий и реконструкции старых в примыкании к существующей застройке одной из основных проблем строительства является исключение недопустимых дополнительных осадок примыкающих зданий. В плане статической работы основания наиболее безопасными как для существующих, так и для проектируемых зданий оказываются свайные фундаменты. В последние годы в строительстве начинают все шире применяться буронабивные, а при усилении фундаментов – буроинъекционные сваи.

Сложившаяся практика проектирования свайных фундаментов имеет определенную последовательность. Сначала выполняется расчет несущей способности свай и в соответствии с рассчитанной несущей способностью определяется количество свай, выполняется размещение их в плане, конструируется ростверк. Для проведения статических испытаний опытные и анкерные сваи изготавливаются таким образом, чтобы они оказались включенными в работу. Опыт испытания таких свай свидетельствует о том, что несущая способность свай, рассчитанная по стандартным формулам и таблицам, оказывается ниже несущей способности по результатам статических испытаний.

Предварительные статические испытания свай в большинстве случаев не проводятся, т.к. в этом случае потребуется изготовление «бросовых» свай, которые, вероятнее всего, окажутся вне проектного размещения свай.

Таким образом, весьма актуальной проблемой в настоящее время остается достоверный прогноз несущей способности буровых свай.

При расчете несущей способности свай выдвигаются четыре гипотезы.

Гипотеза 1 (стандартная по СНБ): при изготовлении буровых свай происходит нарушение природной структуры грунта; дополнительное уплотнение грунта, характерное для свай, погружаемых в грунт в готовом виде, отсутствует. В этом случае несущая способность свай определяется по формуле (2.1), где расчетное сопротивление под нижним концом принимается по таблице 2.11, расчетное сопротивление по боковой поверхности – по таблице 2.4 с учетом понижающего коэффициента по таблице 2.12.

Т а б л и ц а 2.11 – Расчетное сопротивление R под нижним концом свай, кПа

Глубина заложения нижнего конца сваи, м	Расчетное сопротивление R под нижним концом набивных свай, свай-столбов и свай-оболочек, погружаемых с выемкой грунта и заполнением полости бетоном, при глинистых грунтах с показателем текучести IL, равным
	0,1	0,2	0,3	0,4	0,5	0,6
						– –	– –

Гипотеза 2: при изготовлении свай не происходит нарушения природной структуры; грунт вокруг сваи уплотняется за счет разницы удельного веса бетона и грунта. Несущая способность свай определяется по формуле (2.1) как для забивной сваи, расчетное сопротивление грунта под нижним концом определяется по таблице 2.3, по боковой поверхности – по таблице 2.4 без понижающих коэффициентов.

Т а б л и ц а 2.12 – Коэффициенты условий работы по боковой поверхности

Вид свай и способы их устройства	Коэффициент условий работы грунта γcf при
песках	супесях	суглинках	глинах
Набивные при забивке инвентарной трубы с наконечником	0,8	0,8	0,8	0,7
Набивные виброштампованные	0,9	0,9	0,9	0,9
Буронабивные, в том числе с уширенной пятой, бетонируемые: а) при отсутствии воды в скважине (сухим способом) б) под водой или под глинистым раствором	0,7 0,6	0,7 0,6	0,7 0,6	0,6 0,6
Сваи-оболочки, погружаемые вибрированием с выемкой грунта	1,0	0,9	0,7	0,6
Сваи-столбы	0,7	0,7	0,7	0,6

Гипотеза 3: свая работает как глубокая опора; нарушения природной структуры не происходит, грунт вокруг сваи может дополнительно уплотняться. Несущая способность определяется как суммарная несущая способность по нижнему концу и по боковой поверхности. При этом несущая способность по боковой поверхности определяется с учетом понижающих коэффициентов по таблице 2.12. Несущая способность по нижнему концу определяется по формуле

, (2.8)

где и – соответственно приведенные ширина и длина фундамента, e _b и e _l – эксцентриситеты приложения равнодействующей нагрузок соответственно в направлении поперечной и продольной осей фундамента; N _γ, N _q, N _c – безразмерные коэффициенты несущей способности, определяемые по таблице 2.13 в зависимости от расчетного значения угла внутреннего трения φ_I и угла наклона к вертикали δ равнодействующей внешней нагрузки на основание F в уровне подошвы фундамента; γ_I и – расчетные значения удельного веса грунтов, находящихся в пределах возможной призмы выпирания соответственно ниже и выше подошвы фундамента; с _I – расчетное значение удельного сцепления грунта; d – глубина заложения фундамента; – коэффициенты формы фундамента, определяемые по формулам: , в которых .

Т а б л и ц а 2.13 – Коэффициенты несущей способности

Угол внутреннего трения грунта φI, град	Коэффициент	Коэффициенты несущей способности N γ, N q, N c при углах наклона к вертикали равнодействующей внешней нагрузки δ, град, равных
	N γ N q N c	1,00 5,14	—	—	—	—	—	—	—
	N γ N q N c	0,20 1,57 6,49		—	—	—	—	—	—
	N γ N q N c	0,60 2,47 8,34	0,42 2,16 6,57		—	—	—	—	—
	N γ N q N c	1,35 3,94 10,98	1,02 3,45 9,13	0,61 2,84 6,88		—	—	—	—
	N γ N q N c	2,88 6,40 14,84	2,18 5,56 12,53	1,47 4,64 10,02	0,82 3,64 7,26		—	—	—
	N γ N q N c	5,87 10,66 20,72	4,50 9,17 17,53	3,18 7,65 14,26	2,00 6,13 10,99	1,05 4,58 7,68		—	—
	N γ N q N c	12,39 18,40 30,14	9,43 15,63 25,34	6,72 12,94 20,68	4,44 10,37 16,23	2,63 7,96 12,05	1,29 5,67 8,09		—
	N γ N q N c	27,50 33,30 46,12	20,58 27,86 38,36	14,63 22,77 31,09	9,79 18,12 24,45	6,08 13,94 18,48	3,38 10,24 13,19
	N γ N q N c	66,01 64,19 75,31	48,30 52,71 61,63	33,84 42,37 49,31	22,56 33,26 38,45	14,18 25,39 29,07	8,26 18,70 21,10	4,30 13,11 14,43
Примечания 1 При промежуточных значениях φI и δ значения коэффициентов определяются интерполяцией. 2 В скобках даны значения, соответствующие предельному значению угла наклона нагрузки .

Гипотеза 4: свая работает как глубокая опора; нарушение природной структуры или дополнительное уплотнение грунта вокруг сваи отсутствует. Несущая способность определяется как суммарная несущая способность по нижнему концу и по боковой поверхности. При этом несущая способность по нижнему концу определяется по формуле (2.8), несущая способность по боковой поверхности определяется по таблице 2.4 без учета понижающих коэффициентов.

Анализ ситуации и статистическая обработка результатов исследований имеет следующие возможные объективные и субъективные ошибки:

1) неточность данных об инженерно-геологическом напластовании грунтов. Оценка несущей способности сваи выполняется на основании инженерно-геологических данных по скважине, ближайшей к свае. При этом ближайшая скважина может оказаться на расстоянии десятков метров от сваи;

2) естественный разброс физико-механических свойств грунтов. Как при­родная среда грунты имеют существенную изменчивость свойств как по горизонтали, так и по вертикали. В связи с этим результаты испытаний одинаковых свай, находящихся в пределах «видимости» одной и той же скважины, могут существенно отличаться друг от друга;

3) неточность принятых прочностных характеристик грунтов под нижними концами. В большинстве случаев при инженерно-геологических изысканиях прочностные характеристики грунтов принимаются по таблицам по физическим характеристикам;

4) неточность определения фактической несущей способности по графикам статических испытаний. Часто при испытаниях нагрузка не доводится до срыва сваи. В этом случае ожидаемая фактическая несущая способность определяется условно путем экстраполяции графика «нагрузка-осадка» до ординаты 2 см. Кривая экстраполяции строится с учетом испытаний ближайших свай либо с учетом испытаний аналогичных свай в схожих инженерно-геологических условиях.

Анализ гипотез и сравнение расчетов с результатами испытаний свай, выполненные в Санкт-Петербурге, свидетельствуют о том, что наиболее достоверный расчетный прогноз несущей способности буровых свай возможен при рассмотрении работы свай как глубоких опор и использовании следующих предпосылок:

– несущая способность сваи представляет собой суммарную несущую способность по нижнему концу и по боковой поверхности;

– несущая способность по острию сваи определяется по формуле (2.8) с единичными коэффициентами формы фундамента;

– несущая способность по боковой поверхности определяется по расчетному сопротивлению грунта из таблицы 2.4 с учетом понижающих коэффициентов по таблице 2.12.