Проектирование свайных фундаментов

Проектирование свайных фундаментов

Проектирование свайных фундаментов в набухающих грунтах осуществляется на основе данных инженерно-геологических изысканий, включающих характер напластования грунтов, возможную величину подъема слоев грунта при набухании по глубине и т. д.

Выбор типа свай производится с учетом вида и характеристик грунтов, толщины слоя (или зоны набухания) набухающих грунтов, особенностей конструкций сооружения, наличия оборудования для погружения забивных или устройства набивных свай.

Проведенные полевые экспериментальные работы показали, что в результате набухания грунта происходит уменьшение несущей способности свай. С другой стороны, установлено, что максимальные силы выпора после набухания грунта превышают его сопротивление по боковой поверхности сваи, в результате чего подъем сваи нельзя предотвратить путем увеличения нагрузки.

Таким образом, расчет свайных фундаментов в набухающих грунтах следует производить по двум предельным состояниям: 1) по несущей способности исходя их характеристик замоченного набухающего грунта; в этом случае несущая способность сваи Р должна быть меньше действующей расчетной нагрузки; расчет по этому состоянию производится во всех случаях; 2) по деформациям (т. е. определение подъема сваи при набухании грунта).

Расчетное сопротивление под нижними концами сваи (при опирании на набухающий грунт) и по боковой поверхности (в пределах слоя набухающего грунта) находят путем: испытания сваи в замоченном грунте; введения коэффициентов, учитывающих снижение несущей способности; определения в каждом слое по глубине консистенции грунта после его набухания и назначения расчетных характеристик в зависимости от показателя текучести. Последний прием можно использовать для предварительной оценки несущей способности.

Приведем в качестве примера расчет несущей способности сваи в набухающем грунте, используя последний метод назначения нормативных характеристик грунтов. На площадке под растительным слоем залегает слой глины толщиной 10 м, обладающей набухающими свойствами. Характеристики глинистого грунта следующие: плотность сухого грунта 1,9 г/см3, природная влажность 28,3 %, влажность на границе раскатывания wp = 29, влажность на границе текучести wj = 49. Необходимо определить несущую способность сваи сечением 30×30 см и длиной 7 м. Свая забивается с отметки — 1,0 относительно природного рельефа, т. е. глубина забивки сваи составляет 6 м.

Для этого необходимо иметь значения расчетного сопротивления под нижним концом сваи и по ее боковой поверхности, т. е. следует определить эти значения в предположении, что в процессе эксплуатации произойдет увлажнение, а значит, и набухание грунта.

Предварительно требуется определить конечную консистенцию набухающего грунта по глубине после его замачивания. С этой целью разобьем массив грунта в пределах длины сваи на три слоя толщиной по 2 м каждый. Давление от собственного веса грунта в середине каждого слоя равняется: в первом слое — 19 кПа, во втором — 5 и в третьем — 90 кПа. Для определения консистенции в каждом слое необходимо располагать значением влажности набухания яри действующем на грунт давлении.

Значение R следует принимать в зависимости от консистенции соответствующей влажности набухания в слое на глубине расположения торца сваи. В этом случае влажность набухания грунта равна (при р — 114 кПа) wsw 30% и соответственно J = 0,1. Этому показателю текучести соответствует значение R г= 7150 кПа.
Для рассмотренного случая несущая способность сваи в набухшем грунте равна Fd = 1 [1-7150-0,09 + 1,2-1-2(12 + 35 + 56)] = 890 кН

Если принять, что замачивания грунта не происходит, то 1Y < 0 и несущая способность сваи равна Fd = 1 (1-9350-0,09 + 1,2-1-48-6) = 1187 кН. Следовательно, снижение несущей способности сван вследствие набухания грунта составляет 0,75.

Несущая способность свай в набухающих грунтах определяется по формуле, но при этом значения расчетных сопротивлений набухающего грунта принимаются, как для грунта природного сложения, с введением понижающего коэффициента 7c,sw = 0,5.

Несущая способность свай должна быть уточнена путем их испытания в натуре. С этой целью после забивки (или устройства набивных) свай производят замачивание грунта через скважины на глубину ниже торца сваи не менее чем на 1,5 м. Затем осуществляют статическое испытание свай согласно действующим нормативным документам. Необходимо отметить, что динамические испытания в данном случае не могут служить надежным источником информации, так как сваи будут работать после забивки в грунтах, имеющих иные характеристики, чем в процессе погружения.

Приведенными полевыми экспериментами установлены закономерности работы свай при набухании грунта. При замачавании грунта происходит подъем сваи, при этом слои грунта около сваи изгибаются, т. е. происходит депланация грунта. Величина изгиба грунта так же, как и подъем слоев грунта, уменьшается с глубиной. Кроме того, экспериментальным путем получен характер распределения касательных сил с перемещением грунта! Используя полученные закономерности работы свай при набухании грунта, разработали метод расчета величины подъема свай.