Свайные фундаменты.Классификация.

Свайные фундаменты. Классификация. Область применения свайных фундаментов 1. при строительстве на слабых, сжимаемых грунтах; 2. большая глубина прочного основания); 3. если грунты прочные, но использование свай экономичнее. Сваей называют погруженный в готовом виде или изготовленный в грунте стержень, предназначенный для передачи нагрузки от сооружения на грунт основания. Отдельные сваи или группы свай, объединенные поверху распределительной плитой или балкой, образуют свайный фундамент. Распределительная плита или балка, объединяющая головы свай, распределяющая и передающая на сваи нагрузку от расположенного выше сооружения, называется ростверком. Виды ростверков Если ростверк заглублен в грунт или его подошва расположена непосредственно на поверхности грунта, то его называют низким ростверком, если подошва ростверка расположена выше поверхности грунта – это высокий свайный ростверк Типы свайных ростверков: а, б – низкий; в – высокий Сваи делят на основные типы: 1. по характеру взаимодействия с грунтом • а) сваи-стойки, которые передают нагрузку на грунт нижним концом и опираются на скальные или малосжимаемые прочные грунты ; б) висячие сваи(сваи трения), опирающиеся на сжимаемые грунты и передающие нагрузку на грунты основания боковой поверхностью и нижним концом. малосжимаемый грунт • N скальный грунт a) б) N Rf Rs Rs Схемы передачи нагрузки на основание 2. по расположению свай в плане • а) одиночные сваи применяют под легкие сооружения , когда несущей способности одной сваи достаточно для передачи нагрузки на грунт • Сложность: необходимо точно забить (погрузить) сваю, отклонение от оси в плане у одиночных свай ±5 см, от вертикальной оси не более 5º колонна ростверк одиночная свая сваяколонна • • • б) свайный куст, устраивают под колонны или отдельные опоры конструкций (рис. а). в) ленточные свайные фундаменты устраивают под стены зданий и другие протяженные конструкции. Сваи располагаются в один или несколько рядов (рис. б). г) сплошные свайные поля устраивают под тяжелые сооружения башенного типа. Сваи располагаются в определенном порядке под всем сооружением (рис. в). а б а – свайный куст; б – ленточный; в – сплошное свайное поле в 3. по материалу: • а) железобетонные и бетонные • б) деревянные Изготовляются из бревен хвойных пород (сосны, ели, лиственницы, пихты) диаметром 22-34 см и длиной 6,5 и 8,5 м, соответствующих требованиям ГОСТ 9463-72. Достоинства: - простота изготовления , - небольшой вес. Недостатки : - малая несущая способность, - трудность погружения в плотные грунты, - опасность гниения в условиях переменной влажности. • в) стальные Достоинство : - возможность наращивания сваркой по мере погружения в грунт. Недостатки : - подверженность коррозии (для защиты поверхность покрывают битумом или эпоксидными смолами). 4. по условиям изготовления : • а) сваи, изготовляемые заранее на заводах или полигоне и затем погружаемые в грунт • б) сваи, изготовляемые на месте, в грунте 5. по способу заглубления в грунт: • забивные • набивные бетонные и железобетонные; • буровые железобетонные сваи (буронабивные и буроинъекционые) ; • винтовые сваи. • а) Забивные железобетонные, деревянные и стальные, погружаемые в грунт без его выемки Металлические (диаметр 159 по 530 мм, стенка 6-10 мм) Железобетонные Деревянные Выбор марки железобетонной забивной сваи Забивка сваи механическим молотом: 1 – мачта копра; 2 – подвесной молот; 3 – металлический наголовник; 4 – свая Погружение свай в лидерные скважины Забивные железобетонные сваи подразделяют: • - по форме • - по форме поперечного сечения продольного сечения а) г) б) д) в) ж) е) а – квадратные; б – квадратные с круглой полостью; в – полое цилиндрическое сечение; г – прямоугольные; д – тавровые; е – двутавровые; ж – швеллерные а – призматические; б – цилиндрические; в – пирамидальные; г – трапецеидальные; д – ромбовидные; е – с уширенной пятой (булавовидные) • - по способу армирования : • 1) сваи с ненапрягаемой арматурой и с предварительно напряженной продольной арматурой • 2) с поперечным армированием и без него. а – призматическая с поперечным армированием ствола; б – то же, без поперечного армирования ствола; в – то же, с круглой полостью; г – полая круглая; 1 – строповочная петля; 2 – арматурные сетки головы; 3 – продольная арматура; 4 – спираль острия; 5 – поперечная спиральная арматура • - по способу погружения готовых свай в грунт • • • • • а – забивкой; б – вибропогружением; в – вдавливанием; г – завинчиванием; д – погружением в лидерные скважины (в очень плотных грунтах); 1 – молот; 2 – металлический оголовок; 3 – деревянная или резиновая прокладка(для смягчения удара) а) б) в) г) д) б) Сваи, изготовляемые в грунте (на месте): набивные, буровые сваи Скважину можно делать взрывом, бурением или вытрамбовкой последовательными ударами специальной конической бабы Буронабивные сваи Устраиваются предварительным бурением скважин до заданной глубины с последующим формированием ствола сваи. В зависимости от грунтовых условий буронабивные сваи устраивают одним из следующих способов: 1.Без крепления стенок скважин (сухой способ). 2.С применением глинистого раствора для предотвращения обрушения стенок. 3.Крепление стенок скважины обсадными трубами. Сухой способ применяется в устойчивых грунтах (глинистые, твердой, полутвердой и тугопластичной консистенции). Устройство буронабивных свай (без использования обсадной трубы) Бурение скважины Установка армокаркаса Бурение скважины Бетонирование скважины Извлечение бура Схема распределения нагрузки на сваю Бурение скважин под защитой глинистого раствора Сваи с оболочкой (обсадной трубой) Сваи с извлекаемой оболочкой Сваи изобретенные в 1899г. А.Э. Страусом (Киев) (Сваи Страуса) зона уплотнения инвентарная обсадная труба раскрываемый наконечник (либо съемный башмак) Последовательность изготовления сваи Страуса: а – бурение скважины под защитой обсадной трубы; б, в – соответственно бетонирование с трамбованием и постепенным извлечением обсадной трубы; г – готовая свая Недостатки буронабивных свай: 1. трудность контроля их качества и необходимость выдерживания до приобретения проектной мощности; 2. подвержены действию агрессивных вод и агрессивных веществ. Во избежание последнего применяют сваи с не извлекаемой оболочкой. от нагрузки свая ломается каркас осыпанный грунт долото бетон сечение сваи ослабляется шлам Достоинства: шлам, препятствует погружению каркаса 1) экономичность (малый расход арматуры); 2) отсутствие динамических воздействий при производстве работ; 3) большая несущая способность – главный фактор Разновидность буронабивных безоболочковых свай – буроинъекционные сваи – незаменимые при усилении оснований и фундаментов Грунтобетонные сваи (струйная цементация) Устраивается скважина бурением, подается в нее водоцементная суспензия, и при обратном движении бура грунт перемешивается, насыщается водоцементной суспензией, затвердевает. • в) Винтовые Статистика использования разного типа свай Проектирование свайных фундаментов ³1м Свайные фундаменты рассчитываются в соответствии с требованиями СНиП 2.02.03-85 по двум группам предельных состояний: а) по предельному состоянию первой группы (по несущей способности): по прочности - сваи и ростверки, и по устойчивости - основания свайных фундаментов; б) по предельному состоянию второй группы (по деформациям) – основания свайных фундаментов. 2 Расчет по несущей способности производится на усилия от расчетных нагрузок. Этому расчету подлежат: по прочности - все виды свай и ростверков; по устойчивости – 1) основания, подвергающиеся регулярно действующим горизонтальным нагрузкам, 2) основания зданий и сооружений, расположенных на откосах, 3) оснований свайных фундаментов из свай-стоек. Расчет по деформациям оснований свайных фундаментов из висячих свай производится на усилия от нормативных нагрузок с учетом нормативных характеристик грунтов. Последовательность проектирования свайных фундаментов включает в себя следующие этапы: 1) Сбор нагрузок и оценка инженерногеологических условий площадки строительства. 2) Выбор глубины заложения подошвы ростверка. 3) Определение типа, конструкции и размеров свай. 4) Определение несущей способности свай Fd. (Определяется исходя из двух условий): а) прочности материала сваи; б) прочности нагрузку от сваи. грунта, воспринимающего 4 F dm = g cj (g сb Rb Аb + g ca R ac Аa ) где gс – коэффициент условия работы сваи = 1; j - коэффициент продольного изгиба = 1; j < 1 для свайных фундаментов с высоким ростверком. Аa(Raс) Аb(Rb) Прочность ствола сваи должна быть обеспечена на всех этапах выполнения работ: - складирования; - транспортировки; - забивки. на транспортно-складских операциях теряется до 10% свай Прочность при забивке свай, прежде всего, обеспечивается правильным выбором сваебойного оборудования. 5 6 Определение несущей способности висячей сваи по грунту расчетным методом z1 I H1 = 4,6 м h1=2м h2=2м z h3 =0.6м II f1 f 2 z2 f3 z 3 h4 =2м f4 z4 h5 =2м f5 z5 H2=6,2м h6 =2м h7 =0.2м h8 =1.9м H3 III R f 6 z6 f 7 z7 f8 z8 n æ ö Fd = g c ç g cR RA + U å g cf f i hi ÷, i =1 è ø где gс – коэффициент условий работы сваи в грунте; gсR, gсf – коэффициенты условий работы грунта соответственно под нижним концом и по боковой поверхности сваи, зависят от способа изготовления сваи; А – площадь опирания сваи на грунт; R – расчетное сопротивление грунта под нижним концом сваи, зависит от типа грунта и от глубины погружения нижнего конца сваи z; U - периметр поперечного сечения сваи; hi – толщина i-го слоя грунта, принимается £ 2 м; fi – расчетное сопротивление по боковой поверхности сваи i-го слоя грунта, зависит от типа грунта и средней глубины расположения 7 слоя. Определение несущей способности сваи - стойки по грунту расчетным методом gс Fd = RA gq Где R – расчетное сопротивление грунта под острием сваи; А – площадь поперечного сечения сваи; γc – коэффициент условия работы сваи; gq – коэффициент надежности. 5) Определение нагрузки, допускаемой на сваю (по минимальному значению несущей способности сваи по грунту или по материалу). Fd Pсв = gk где gk – коэффициент надежности, зависящий от способа определения несущей способности сваи. Несущую способность сваи определяют следующими способами: 8 а) расчетным; б) экспериментальными Сухое трение Отжатие воды Пленки воды Глина Миграциия воды Величина погружения сваи при ударе (забивке) носит название отказ. При погружении свай через песчаные грунты величина отказа с глубиной резко уменьшается и в некоторых случаях может достигнуть нуля. В данном случае под острием сваи образуется переуплотненное ядро, а вдоль ствола сваи за счет отжатия воды возникает «сухое» трение. Отток воды от источника колебаний в песчаных грунтах связан с хорошей фильтрующей способностью последних. Свая перестает погружаться, отказ сваи становится равным нулю. При забивке в глинистых грунтах величина отказа с глубиной или становится постоянной, или увеличивается. После отдыха в течение 3…6 недель (снятие динамических воздействий) величина отказа уменьшается. Это явление получило название «засасывание сваи». Отказ сваи во время забивки получил название «ложный». 9 Отказ сваи после отдыха – «истинный». Получение истинного отказа сваи в глинистых грунтах приводит к увеличению ее несущей способности. Насколько повышается несущая способность сваи после отдыха? В супесях – в 1,1…1,2 раза В суглинках – в 1,3…1,5 раз В глинах Почти максимальная несущая способность при забивке Необходимо учитывать повышение несущей способности – в 1,7…6 раз Достоинства Q H e 1. Простота Q 2. Малая стоимость h Недостатки 1. Не точные результаты для глинистых грунтов 10 6) Определение количества свай в ростверке N vI n= Рсв 7) Размещение свай в плане и конструирование ростверка При размещении принятого количества свай (nсв) в плане необходимо стремиться к минимальным размерам ростверка А – площадь на которую передает нагрузку свая 3d d d 3d 11 8) Определение фактической нагрузки на сваю N M - при центральной нагрузке: N vI + N Ni = рI + N qI Эпюра напряжений под ростверком n - при внецентренной нагрузке: N M y2 1 Эпюра напряжений под ростверком Ni = yn y1 2 n i yi Сваи получают неравномерную нагрузку, следовательно, возможна и неравномерная осадка. N vI + N рI + N qI n ± M xI × y max n åy i =1 2 i ± M yI n × x max åx i =1 2 i a1 a2 ai an ao 12 9) Проверка усилий, передаваемых на сваю N i £ Pсв 10) Проверка прочности ростверка Расчет выполняется по I группе предельных состояний и заключается в проверке прочности ростверка: на продавливание колонной; угловой сваей; по поперечной силе в наклонных сечениях; на смятие под торцом колонны; на изгиб плитной части (выполняется в разделе ЖБК). 11) Расчет осадки свайного фундамента (расчет по деформациям Расчет по деформациям производится методом послойного элементарного суммирования для условного фундамента. 13 NvI А MI Б j ср = a= по длине ствола сваи. b ус l ус = Аус Давление по фундамента: В Г bу szq Н.Г.С.Т. szp Rусл.фун. = АБВГ – условный фундамент средневзвешенный угол внутреннего трения - j ср - угол рассеивания напряжений 4 dy a S j i × hi S hi Pусл = [ подошве N vII + N св + N рост + N гр Аус условного £ R усл .фун . gc1gc2 Mg kzbу.ф.g II + Mqd1у.ф.g II' +(Mq -1)dbg II' + McCII k ] Необходимое соблюдение условия: S £ Su (Расчет по II предельному состоянию) 14