«Основания и фундаменты» (стр. 11 )

Сопротивление нескального (а иногда и скального) грунта существен­но меньше сопротивления материала фундамента. В связи с этим площадь подошвы фундамента должна быть больше площади, по которой фунда­мент воспринимает нагрузку от соору­жения. Увеличения площади подошвы (развития фундамента) достигают уст­ройством уступов или при­данием фундаменту формы усеченной пирамиды. Если прямые 1 - 2, характеризующие развитие фун­дамента, составляют с вертикалью углы a меньше принятых значений, то фундамент считают жестким, в противном случае он является гибким. Предельное значение угла a, равное 30°, установлено для фундаментов опор мостов. Для фундаментов промышленных и гражданских сооружений и зданий предельное значение угла a может составлять от 26 до 40° в зави­симости от материала фундамента.

В жестких фундаментах от изгиба возникают небольшие растягиваю­щие напряжения, не превышающие прочности материала на растяжение, поэтому их можно выполнять из мате­риалов, плохо сопротивляющихся из­гибу, например из бетона. Жесткие фундаменты на прочность обычно не рассчитывают. Гибкие фундаменты рассчитывают на прочность и выпол­няют из железобетона, хорошо сопро­тивляющегося изгибу.

По высоте фундамента устраива­ют уступы (выступы). В фундаментах опор мостов их ширина в каждую сто­рону может достигать 1 м, а высота колеблется от 1 до 2 м. Наличие этих уступов позволяет при несколько смещенном противо проекта распо­ложении фундамента в плане обеспе­чить проектное расположение соору­жения.

Несмотря на то что стоимость 1 м3 железобетона выше, чем бетона, при­менение гибких фундаментов часто оказывается экономически целесооб­разным. Это связано с тем, что при гибком фундаменте удается достичь необходимого развития подошвы на значительно меньшей глубине, чем при жестком фундаменте, и в результате объем кладки и глуби­на котлована при гибком фундаменте получаются значительно меньшими. Возможность уменьшения глубины. котлована часто устраняет необходи­мость устройства шпунтового ограж­дения и выполнения водоотлива при разработке грунта.

Особый случай составляют фун­даменты из "стен в грунте", которые являются одним из видов подземных сооружений, применяемых при стро­ительстве различных зданий про­мышленного и гражданского назна­чения. "Стены в грунте" могут быть использованы в качестве несущей конструкции (например, фундамен­ты протяженного сооружения) или служить ограждающей стеной под­вального помещения, подземного гаража и т. п. Можно их использовать и для крепления котло­вана с последующим включением в состав фундамента. В мостостроении из "стен в грунте" воз­вели фундамент устоя одного из мос­тов. Фундамент этого ти­па имеет рациональную форму, так как развит именно в направлении действия сил, что обусловливает наи­более эффективное использование материала фундамента.

Сборные фундаменты в послед­ние годы получают все большее рас­пространение. Они позволяют сокра­тить сроки постройки по сравнению с монолитными фундаментами, меха­низировать процесс изготовления и монтажа конструкций, повысить про­изводительность труда. Отпадает не­обходимость в выполнении бетонных работ на месте строительства, что особенно важно при производстве ра­бот в зимнее время.

Фундаменты, расположенные в руслах горных рек, могут подвергать­ся интенсивному истиранию частица­ми грунта (песком, галькой, грави­ем), взвешенными в воде. Это обстоя­тельство следует учитывать при про­ектировании и предусматривать в не­обходимых случаях применение ме­таллических покрытий или других защитных устройств.

Если к ранее построенному соору­жению (или его части), уже получив­шему некоторую осадку, вплотную пристраивают другое, то между ними следует предусматривать осадочные швы, которые должны обеспе­чить возможность свободного верти­кального перемещения пристраивае­мого сооружения при осадке его фун­дамента. Осадочные швы устраива­ют и тогда, когда две части соору­жения несут резко различающиеся нагрузки или расположены на грун­тах разной сжимаемости. В таких случаях осадки фундаментов под обе­ими частями сооружения различны, и осадочные швы обеспечивают свя­занное с этим вертикальное переме­щение одной части относительно дру­гой. Осадочные швы выполняют обычно в гражданских и промышлен­ных зданиях. В транспортном строи­тельстве их применяют главным об­разом в подпорных стенах и водопро­пускных трубах. Стены разбивают на отдельные секции длинойм, а трубы - длиной 2 - 4 м. Между сек­циями устраивают осадочные швы, прокладывая между торцами смеж­ных секций (по всему сечению фунда­мента и стены) доски.

Фундаменты мелкого заложения разных типов и видов проектируют в следующем порядке выполнения отдельных этапов: .

сбор и анализ необходимых исход­ных данных;

назначение уровня (отметки) обреза фундамента;

выбор несущего слоя основания и назначение глубины заложения фун­дамента;

составление вариантов фундамен­та мелкого заложения для выбора оп­тимального решения;

определение размеров подошвы выбранного типа фундамента;

расчета несущей способности ос­нований (по грунту) и прочности фундамента (по материалу);

расчеты осадок и кренов;

конструирование фундамента;

разработка проекта производства работ по строительству фундамента.

Определение площади подошвы фундамента. Размеры фундамента в уровне его подошвы определяют по результатам расчета прочности грун­тов основания на сжатие и другим расчетам.

В первом приближении мини­мальная площадь подошвы фунда­мента Amin определяется размерами сооружения на уровне обрезов фун­дамента. В этом случае фундамент в профиле проектируется прямоуголь­ным при минимальной величине его обрезов (рис. 4).

Если такой фундамент имеет пря­моугольную форму и в плане, то пло­щадь его подошвы

, (3)

где bmin = bo + 2с; amin = ao + 2с - сто­роны фундамента, м; bо, aо - стороны со­оружения, м; с - величина обреза, м.

При необходимости развития опорной площади фундамент проек­тируют с уширением уступами или с наклонными гранями. При этом размеры обреза фундамента прини­мают на 0,5 - 1 м больше попереч­ного сечения надфундаментной час­ти опоры.

Требуемая для данного сооруже­ния площадь подошвы фундамента может быть также приблизительно найдена по формуле центрального сжатия исходя из условия, чтобы среднее давление по подошве фундамента pm, кПа, не превышало сопротивления грунта R, кПа, т. е. чтобы

­, (4)

Рис. 4. Схема для подбора размеров фундамента

Условно принимая, что объем фундамента во всех случаях равен произведению площади подошвы А на его высоту hф получим для А следующее выражение:

, (5)

где Nр - наибольшее значение всех вер­тикальных сил, действующих на фунда­мент (без учета веса фундамента), кН; R ­сопротивление грунта, КПа; gкл - удельный вес кладки фундамента, Н/м3; gw - удельный вес воды, принимаемый равным 10 кН/м3; hw - превышение уровня под­земных вод над подошвой фундамента, м.

Величина gwhw учитывает гидро­статическое давление подземной во­ды на фундамент. Если горизонт под­земных вод залегает ниже подошвы фундамента, то hw=0. Гидростатическое давление воды не учитывается также, если фундамент заглублен в водонепроницаемый грунт.

Значения сопротивлений грунтов R определяются по действующим нормам и техническим условиям в за­висимости от физических свойств грунтов, глубины заложения фунда­мента d и ширины его подошвы b. Со­противление R называется расчет­ным сопротивлением грунта основа­ния. При предварительном назначе­нии размеров подошвы фундамента зданий и сооружений эта величина может быть принята по следующим формулам (СНиП "Основания зда­ний и сооружений):

при d £ 2 м

, (6)

при d >2 м

, (7)

где R0 - расчетное сопротивление грунта основания, кПа, при ширине подошвы фундамента b0 = 1 м и глубине заложе­ния d0 = 2 м; b, d - соответственно шири­на и глубина заложения проектируемого фундамента, м; g’ - расчетное значение удельного веса грунта, расположенного выше подошвы фундамента, кН/м3; К1 - коэффициент, учитывающий влияние ши­рины фундамента и принимаемый для ос­нований, сложенных крупнообломочными и песчаными грунтами, кроме пылеватых песков, равным 0,125, а для оснований, сложенных пылеватыми песками, супеся­ми, суглинками и глинами, К1 = 0,05; К2 - коэффициент, учитывающий влия­ние глубины заложения фундамента и принимаемый для оснований, сложенных крупнообломочными и песчаными грун­тами, равным 0,25, супесями и суглинка­ми - 0,2 и глинами - 0,15.

Для опор мостов расчетное сопро­тивление основания из нескального грунта по осевому сжатию R, кПа, под подошвой фундамента мелкого заложе­ния или фундамента из опускного ко­лодца следует определять по формуле

, (8)

где R0 - условное сопротивление грун­та, кПа, принимаемое по таблицам СНиП 2.05.03-84; b, d,g - соответственно ширина подошвы фундамента, м, глубина его заложения, м, и осредненное по слоям расчетное значение удельного веса грун­та, расположенного выше подошвы фун­дамента, вычисленное без учета взвеши­вающего действия воды, кН/м3; К1, К2 ­коэффициенты, принимаемые по табли­цам СНиП 2.05.03-84.

При наличии внецентренно при­ложенных сил расчетную фактиче­скую площадь подошвы фундамента Аф следует принять с некоторым за­пасом:

Аф = Аx, (9)

где x - коэффициент, принимаемый равным 1,1-1,2 в зависимости от величины действующего момента.

Определив Аф, нужно убедиться, что эту площадь можно осуществить при принятой глубине заложения фундамента, т. е.

, (10)

где tga - тангенс угла наклона к верти­кали боковых граней фундамента или от­ношение суммарной ширины уступов фундамента к глубине его заложения.

Если окажется, что Аф > Аmax, нужно увеличить глубину заложения фундамента или повысить его жест­кость и произвести перерасчет.

По найденному значению А уста­навливают форму и размеры подо­швы фундамента, намечают количе­ство и, размеры его уступов. При этом учитывают форму и размеры площадки, по которой фундаменту пере­дается (в уровне обреза) нагрузка от сооружения, и необходимость устрой­ства выступа на уровне обреза (за пределы указанной площадки). За­тем с учетом принятых (в первом при­ближении) размеров фундамента оп­ределяют нагрузки в различных соче­таниях, действующие по его подошве, и расчетное сопротивление грунта.

В настоящее время, несмотря на накопленный экспериментальный материал и теоретические исследова­ния, не представляется возможным устанавливать в каждом конкретном случае действительное распределе­ние давлений по подошве фундамен­та. В связи с этим в практических расчетах исходят из прямолинейных эпюр давлений.

При центральном сжатии напряжения Рm, кПа, по подо­шве принимают равномерно распре­деленными, т. е.

, (11)

где N - нормальная сила в сечении по по­дошве фундамента, кН; А - площадь по­дошвы фундамента, м2.

При внецентренном сжатии эпюру напряжений принимают в виде трапеции или треуголь­ника. В первом из этих случаев наибольшее Рmax и наимень­шее Pmin напряжения определяются выражениями:

Pmax = N / A + M / W; (12)

Pmin = N / A – M / W;

где М = Nе – изгибающий момент в сечении по подошве фундамента, кН×м (здесь е – эксцентриситет приложения силы N, м); W - момент сопротивления площади подошвы фундамента, м3.

Формулы справедливы в случаях, когда изгибающий момент действует в вертикальной плоско­сти, проходя щей через главную цен­тральную ось инерции подошвы фундамента.

При подошве фундамента в виде прямоугольника с размером b, пер­пендикулярным плоскости действия момент М, и другим размерам а имеем: А = ав и W = bа2 /6. Подставляя выражения А и W в формулы и учитывая, что М = Ne, получаем:

(13)

Напряжение Рmin, кПа, вычислен­ное по формуле при эксцентриситете е > W / А, получа­ется отрицательным (растягиваю­щим). Между тем в сечении по подо­шве фундамента таких напряжений практически быть не может. При е> W / А край подошвы фундамен­та, более удаленный от силы N, под­нимается под действием этой силы над грунтом. На некотором участке подошвы фундамента (со стороны этого края) контакт между фунда­ментом и грунтом нарушается (про­исходит так называемое отлипание фундамента от грунта), а потому эпю­ра напряжений Р имеет вид треуголь­ника. Этого обстоятельства формулы не учитывают, поэто­му ими нельзя пользоваться при е> W / А.

Формулы для определения разме­ра a1, м, части подошвы, по которой сохраняется контакт фундамента с грунтом, и наибольшего напряжения Рmax, кПа, можно по­лучить, если учесть, что напряжения Р должны уравновесить силу N, кН, действующую на расстоянии с от бли­жайшего к этой силе края подошвы фундамента. Отсюда вытекают два условия: 1) центр тяжести эпюры напряжений Р расположен на линии действия силы N; 2) объем эпюры равен величине этой силы. Из первого условия при прямоугольной подошве фундамента следует, что

, (14)

а из второго, что

, (15)

Из формул (14) и (15) получаем:

, (16)

Итак, при эксцентриситете е > W / А = а / 6 наибольшее давление по прямоугольной подошве фун­дамента Рmax следует определять по формуле (16).

По формулам (11) и (12) для каждого сочетания нагрузок опреде­ляют среднее (Рm, кПа) и наибольшее(Рmax, кПа) давления (напряжения) по подошве фундамента.

Давления на грунт основания по­дошвы фундаментов мелкого заложе­ния (или фундаментов из опускного колодца) должны удовлетворять ус­ловиям:

, (17)

где Рm и Рmax - соответственно среднее и максимальное давления на грунт в уровне подошвы фундамента, определяемые по формулам центрального или внецентрен­ного сжатия, кПа; R - расчетное сопро­тивление, кПа, осевому сжатию основа­ния из несальных или скальных грунтов, определяемое согласно нормам раздела СНиП "Мосты и трубы"; gп - коэффициент надежности по назначению сооружения, принимаемый равным 1,4; gс - коэффициент условий работы, принимаемый равным 1,0, кроме следующих случаев, в которых надлежит принимать gс = 1,2: фундамент опирается на скальный грунт; фундамент опирается на нескальный грунт, и его расчет производится с учетом одной или нескольких нагрузок и воздействий от торможения, горизонтальных ударов подвижного состава, давлений ветра и льда, навала судов, изменения температуры.

Если какое-либо из значений Рm и Pmax не удовлетворяет условиям прочности (17), то это означает, что принятые размеры подошвы фундамента недостаточны. В этом случае принимают новые (увеличенные) размеры подошвы фундамента и снова проверяют выполнение условии прочности (17).

Расчеты, связанные с назначением размеров фундамента, можно считать законченными, когда значения Рm и Pmax удовлетворяют условиям(17) и при этом хотя бы одно из них мало отличается от соответствующе­го значения правой части выражения(17).

Расчет осадки фундаментов. Для обеспечения нормальных условий эксплуатации мостов и труб осадки их фундаментов не должны превышать значений, установленных СНиП ²Мосты и трубы².

Осадку s фундамента определяют от действия нормативных постоянных нагрузок. Конечная осадка основания s, м, с использованием расчетной схемы в виде линейно деформируемого, полупространства в соответствии с требованиями СНиП ²Основания зданий и сооружений² определяется методом послойного суммирования (рис. 5) по формуле

, (18)

где b - безразмерный коэффициент, учитывающий упрощенную схему расчета, принимаемый равным 0,8, для всех видов грунтов; n – число слоев, на которое разбита сжимаемая толщина основания; pz, i – среднее значение дополнительного вертикального нормального напряжения в i-ом слое грунта, кПа, равное полусумме указанных напряжений на верхней zi-1 и нижней zi границах слоя по вертикали, проходящей через центр подошвы фундамента; Еi, ti – соответственно модуль деформации, кПа, и толщина, м, i-го слоя грунта.

Знак суммы в формуле (18) распространяется на все n слоев, каждый из которых должен быть однородным по сжимаемости и иметь толщину не более 0,4 в, где в – меньшая сторона прямоугольного фундамента или диаметр круга. При делении сжимаемой толщи на элементы их границы необходимо совмещать с границами естественных слоев грунта, если модули деформации последних различны.

Рис. 5. Схема к расчету осадки фундамента:

FL – отметка подошвы фундамента; WL – уровень подземных вод;

ВС – нижняя граница сжимаемой толщи;

Нс – глубина сжимаемой толщи

СВАЙНЫЕ ФУНДАМЕНТЫ

Необходимость устройства свайных фундаментов возникает, если верхние слои грунтов являются слабыми, малопрочными и сильносжимаемыми, то есть они являются малопригодными для устройства на них фундаментов мелкого заложения без улучшения свойств грунтов. Сваи передают нагрузки от сооружения на ниж­ние, как правило, более уплотненные и прочные слои грунта. Свайные фундаменты применяются, если они являются в рассматриваемых условиях более экономичными и индустриальными.

Сваей называется стержень, погружаемый в готовом виде в грунт или изготовленный непосредственно в скважине в грунтовом массиве. Свая передает нагрузку на основание как нижним торцом, так и трением, возникающим по ее боковой поверхности при перемещении.

Верхняя часть сваи называется головой, нижний конец ее ограничивается острием. Между ними находится тело сваи, ограничиваемое ее боковой поверхностью.

Свайный фундамент состоит из свай, объединенных в верхней части балкой или плитой, именуемыми ростверком. Ростверк служит для распределения нагрузки, передаваемой сооружением на сваи. Головы свай обычно заделывают в ростверк. Однако свайный фундамент может состоять и только из одной сваи, которая будет являться продолжением колонны наземной конструкции. Нижняя поверхность ростверка называется его подошвой. Глубиной зало­жения свайного фундамента называется расстояние от поверхности грунта до плоскости, проведенной через острие свай.

Под несущим слоем грунта понимается слой, который обладает прочностью, достаточной для восприятия нагрузок от веса сооружения. Как правило, такой слой залегает в глубине грунтовой толщи, а выше располагаются более слабые слои грунтов. Поэтому длина сваи принимается такой, чтобы свая могла прорезать слабые слои грунтов (насыпных, рыхлых песков, илов, текучих глин и т. п.) с заглублением острия свай по крайней мере на 0,5-1 м в прочный грунт.

Безростверковые свайные фундаменты состоят из одной сваи, на которую непосредственно передается нагрузка от здания или сооружения. Данные фундаменты рекомендуется применять при нагрузках до 1000 кН на сваю квадратного сечения, до 3000 кН на полую круглую сваю и больших нагрузках на сваи-оболочки и буронабивные сваи.

Безростверковые свайные фундаменты используются при проек­тировaнии жилых зданий с несущими стенами, одноэтажных и многоэтажных каркасных зданий, эстакад, галерей, линий электропередачи и т. д.

Для легких сельскохозяйственных зданий - домов усадебного типа, животноводческих и птицеводческих ферм, складов сельско­хозяйственной продукции, навесов - применяются сваи-колонны. Сваей-колонной является забивная свая квадратного или круглого сечения, надземная часть которой служит колонной здания или сооружения. Сваи-колонны позволяют устраивать свайные фундаменты без ростверков.

Забивные железобетонные сваи размером поперечного сечения до 0,8 м включительно и сваи-оболочки диаметром 1 м и более подразделяются:

а) по форме поперечного сечения - на сваи квадратные, пря­моугольные, таврового и двутаврового сечений, квадратные с круг­лой полостью, полые круглого сечения;

б) по форме продольного сечения - на призматические, цилинд­рические и с наклонными боковыми гранями (пирамидальные, тра­пецеидальные, ромбовидные, с уширенной пятой;

в) по способу армирования - на сваи и сваи оболочки с ненапрягаемой продольной арматурой с поперечным армированием и на предварительно напряженные со стержневой или проволочной продольной арматурой с поперечным армированием и без него;

г) по конструктивным особенностям на цельные и составные из отдельных секций;

д) по конструкции нижнего конца - на сваи с заостренным или плоским нижним концами, с плоским или объемным уширениями и на полые сваи с закрытым или открытым нижним концами или с камуфлетной пятой.

Составные сваи применяются в слабых грунтах мощностью более 12 м и состоят из двух звеньев с различными стыками: стаканным, коробчатым, сварным, болтовым, клеевым.

Применение свай квадратного сечения с круглой полостью по­зволяет снизить расход цемента на 15-25 % по сравнению со сваями сплошного квадратного сечения.

Забивные сваи применяются для всех типов зданий и сооружений в любых грунтах (за исключением грунтов с непробиваемыми включе­ниями) для восприятия вдавливаю­щих, выдергивающих и горизон­тальных нагрузок.

Все известные сваи классифицируются по трем признакам:

1) По материалу: железобетонные, бетонные, металлические, деревянные;

2) По способу заглубления в грунт:

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

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

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

г) буровые железобетонные, устраиваемые в грунте путем за­полнения пробуренных скважин бетонной смесью или установки в них железобетонных элементов;

д) винтовые;

3) По условиям взаимодействия с грунтом:

а) сваи-стойки, передающие нагрузку на грунт нижним концом и опирающиеся на скальные или малосжимаемые прочные грунты. К малосжимаемым грунтам относятся крупнообломочные грунты с песчаным заполнителем средней плотности и плотные, а также глины твердой консистенции в водонасыщенном состоянии с модулем деформации Е ³ 50 МПа;

б) висячие сваи, опирающиеся на сжимаемые грунты и пере­дающие нагрузку на грунты основания боковой поверхностью и нижним концом.

Сваи по характеру передачи нагрузки на грунт подразделяются на сваи-стойки и висячие сваи. Сваи-стойки прорезают толщу слабых или недостаточно прочных грунтов и опи­раются на прочные грунты скальные, полускальные, крупнооб­ломочные, плотные песчаные грунты, глинистые грунты твердой консистенции.

Свая-стойка всю свою нагрузку передает через нижний конец, так как при малых ее перемещениях - осадках не происходит мо­билизации сил трения по боковой поверхности. Свая-стойка рабо­тает как сжатый стержень в упругой среде. Ее несущая способность определяется прочностью самого материала на сжатие и сопро­тивлением грунта под нижним концом - острием.

К висячим сваям относятся сваи, опирающиеся на сжимаемые грунты. Они имеют перемещения под воздействием нагрузок значительно большие, чем сваи-стойки, при этом в работу включаются силы трения, возникающие по боковой поверхности. У висячих свай нагрузка передается основанию не только через нижний конец, но и боковой поверхностью. Нагрузка на такую сваю определяется суммой этих двух воздействий. Таким образом, висячая свая отличается от сваи-стойки тем, что передает нагрузку от веса сооружения не только своим нижним концом, но и боковой поверхностью.

Свая-стойка подобна колонне, которая опирается на несжи­маемый грунт и поэтому ее несущая способность определяется только размером ее поперечного сечения. Висячая свая под дейст­вием нагрузки перемещается относительно окружающего сжима­емого грунта, при этом на ее боковой поверхности возникает трение, которое оказывает сопротивление внедрению сваи в грунт. Поэтому несущая способность висячей сваи зависит как от площади поперечного сечения, так и от площади боковой поверхности сваи.

Буронабивные сваи по способу устройства подразделяются на:

а) буронабивные сплошного сечения с уширениями и без них, бетонируемые в скважинах, пробуренных в пылевато-глинистых грунтах выше уровня грунтовых вод без крепления стенок скважин, а в любых грунтах ниже уровня грунтовых вод - с закреплением стенок скважин глинистым раствором или инвентарными извлекае­мыми обсадными трубами;

б) буронабивные полые круглого сечения, устраиваемые с

применением многосекционного вибросердечника;

в) буронабивные с уплотненным забоем, устраиваемые путем втрамбовывания в забой скважины щебня;

г) буронабивные с камуфлетной пятой, устраиваемые путем бурения скважин с последующим образованием уширения взрывом и заполнения скважин бетонной смесью;

д) буроинъекционные диаметром 0,15-0,25 м, устраиваемые путем нагнетания (инъекции) мелкозернистой бетонной смеси или цементно-песчаного раствора в пробуренные скважины;

е) сваи-столбы, устраиваемые путем бурения скважин с уши­рением или без него, укладки в них омоноличивающего цементно­песчаного раствора и опускания в скважины цилиндрических или призматических элементов сплошного сечения со сторонами или диаметром 0,8 м и более;

ж) буроопускные сваи с камуфлетной пятой, отличающиеся от буронабивных свай с камуфлетной пятой (см. подп. "г") тем, что после образования камуфлетного уширения в скважину опускают железобетонную сваю.

Перемещение сваи от одного удара молотом называется отказом сваи. Отказ сваи определяется при достижении сваей проектной отметки. Используя величину отказа, можно определить несущую способность сваи теоретическим методом.

В маловлажных песчаных грунтах несущая способность свай во времени снижается. Это объясняется тем, что под концом сваи при забивке образуется зона уплотнения, которая после прекращения процесса забивки сваи уменьшается за счет релак­сации напряжений, что и приводит к уменьшению первоначальной несущей способности сваи. Это явление подтверждается контроль­ной добивкой сваи после отдыха - интервала времени. Отказ до отдыха называется ложным, а отказ после отдыха - истинным. Поэтому в песчаных грунтах величина отказа после отдыха будет больше, чем без отдыха. В глинистых грунтах отказ после отдыха будет меньше, чем до отдыха, так как при забивке сваи происходит разрушение структурных связей, рост гидродинамического давления воды и ее движение по стволу сваи вверх, что играет роль смазки, уменьшая в совокупности несущую способность сваи. После отдыха сваи происходит засасывание сваи в грунт за счет частичного восстановления структурных связей.

Несущая способность висячих свай определяется либо расчетным методом, либо путем забивки опытных свай, а также применением статического зондирования.

Висячие сваи рассчитываются по грунту. Сопротивление погру­жению сваи возникает под ее пятой-острием (лобовое сопро­тивление) и по боковой поверхности (сопротивление благодаря мобилизации сил трения). Как и для свай-стоек, лобовое сопро­тивление зависит от грунтов (плотности и вида песчаных грунтов и показателя текучести глинистых грунтов), а также от глубины погружения нижнего конца. Боковое сопротивление зависит от вида песчаных грунтов, показателя текучести IL глинистых грунтов, от глубины слоя, для которого определяется коэффициент трения.

Лобовое сопротивление дается на единицу площади поперечного сечения сваи, поэтому полученная величина R умножается на площадь поперечного сечения А. Боковое сопротивление трению дается на 1 м2 боковой поверхности, поэтому оно умножается на соответствующую площадь боковой поверхности рассматривае­мого "пояса" . С глубиной сопротивление трению увеличивается. Сопротивления под острием и по боковой поверхности сумми­руются. Однако предварительно они умножаются на коэффициент условий работы, который зависит от способа погружения свай.

Свайные фундаменты передают усилия на основание через боковую поверхность и через свою подошву, ограничиваемую плос­костью, проведенной на уровне острия забивных свай. Осадка фундамента из свай-стоек обычно не рассчитывается из-за ее малости. Тело свайного фундамента образуют собственно сваи и заполняющие межсвайное пространство грунты. Свайный фунда­мент имеет подошву большую, чем подошва ростверка, и к контуру свайного поля добавляется со стороны ширины и длины величи­на , где - средневзвешенное значение угла внутреннего трения грунта в пределах высоты фундамента, равной h. При под­счете нагрузки на уровне подошвы фундамента в нее включаются вес грунта и вес свай. Поскольку при подсчете осадок расчет ведется на величину давления за вычетом природного, то прак­тически вес фундамента на осадку почти не влияет, а осадка формируется за счет нагрузки, приходящейся на фундамент от сооружения. Так как величина сжимаемой толщи под свайным фундаментом получается существенно меньшей, чем под фун­даментом мелкого заложения при тех же нагрузках, то и осадка свайного фундамента также обычно получается меньшей, чем у фундамента мелкого заложения.

Рис. 6. Схема для расчета осадок свайного фундамента

Материалы текущего и итогового контроля знаний студентов

Тесты

по дисциплине «Основания и фундаменты»

для студентов IV курса по специальностям ПГС, МТ, С

для защиты курсового проекта

1. Основные факторы, влияющие на глубину заложения фундамента.

а) вода;

б) масса сооружения;

в) глубина промерзания.

2. Предварительный расчет размеров подошвы фундамента.

а) по прочности грунта;

б) по глубине заложения;

в) по формуле.

3. Максимальная глубина заложения мелкого фундамента.

а) 5 м;

б) 7 м;

в) 3 м.

4. Глубина заложения фундамента глубокого заложения.

а) 2-10 м;

б) 7-30 м;

в) 30-50 м.

5. Что такое низкий ростверк?

а) ростверк заглубленный в грунт;

б) ростверк не заглубленный в грунт;

6. По каким параметрам определяется осадка фундамента?

а) методом послойного суммирования;

б) по напряженному состоянию грунта;

в) по виду грунта.

7. Где опасность неустойчивости фундамента?

а) в овраге;

б) на склоне;

в) в воде.

8. Чем определяется устойчивость фундамента?

а) грунтом;

б) весом фундамента.

9. Где возникают наибольшие напряжения под фундаментом?

а) под подошвой фундамента на глубине равной ширине фундамента;

б) в середине подошвы фундамента.

10. По каким параметрам определяется прочность глины?

а) по удельному весу;

б) по плотности;

в) по показателю пористости.

11. Каким способом рассчитывают свайные фундаменты?

а) по деформации;

б) по сопротивлению грунта.

12. Что такое сваи - стойкие?

а) сваи оперяющиеся на твердый грунт;

б) сваи оперяющиеся на мягкий грунт;

13. Чем отличаются сваи стойкие от висячих свай?

а) размером;

б) глубиной заглубления;

в) взаимодействием с грунтом.

14. По каким предельным состояниям рассчитываются фундаменты?

а) по трем группам;

б) по пяти группам;

в) по двум группам.

15. На какой глубине закладывается обрез фундамента в водоемах?

а) на 0,5м ниже самого низкого уровня воды;

б) на 0,5м ниже самого высокого уровня воды.

16. Размер глинистых частиц

а) от 5 до 0,14 мм;

б) от 0,14 до 0,05 мм;

в) менее 0,05 мм.

17. Какая вода входящая в грунт определяет его прочность?

а) свободная;

б) капелярная;

в) адсорбционная.

18. Что такое показатель неоднородности грунта?

а) отношение крупных к мелким частицам;

б) процент отдельных частиц после просеивания;

в) отношение .

19. Чем отличается удельный вес от плотности?

а) величиной;

б) определением;

в) увеличением на ускорение силы тяжести.

20. Чем отличается удельный вес сухого грунта от удельного веса твердых частиц?

а) величиной;

б) отношением;

в) размерностью.

21. Что необходимо знать для определения коэффициента пористости?

а) прочность грунта;

б) содержание воды;

в) удельный вес плотного и сухого грунта.

22. Что такое степень влажности грунта?

а) процентом содержания воды;

б) максимальным содержанием воды в грунте;

в) долей заполнения пор грунта водой.

23. Что такое нижний предел текучести глины?

а) глина раскатывается в жгут толщиной 3 мм;

б) глина превращается в порошок;

в) глина начинает прилипать к рукам.

24. Что такое число пластичности?

а) отношение верхнего предела текучести к нижнему;

б) разница между верхним и нижним пределом текучести;

в) сумма верхнего и нижнего предела текучести.

25. Что такое коэффициент сжимаемости грунта?