Свайные фундаменты. 2

 ВИДЫ СВАЙ

 

Свая — деревянный, металлический, или железобетонный стержень, который заглубляют в землю в основании зданий, сооружений для придания прочности фундаменту.

 

1.1 По способу заглубления в грунт различают следующие виды свай:

а) забивные (вдавливаемые) железобетонные, деревянные и стальные, погружаемые  в грунт без его выемки или  в лидерные скважины с помощью  молотов, вибропогружателей, вибровдавливающих, виброударных и вдавливающих устройств, а также железобетонные сваи-оболочки диаметром до 0,8 м, заглубляемые вибропогружателями без выемки или с частичной  выемкой грунта и не заполняемые  бетонной смесью;

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 отжатия (вытеснения) грунта;

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

д) винтовые;

е) бурозавинчиваемые.

 

1.2  По условиям взаимодействия с грунтом сваи следует подразделять на сваи-стойки и висячие.

К сваям-стойкам следует  относить сваи всех видов, опирающиеся  на скальные грунты, а забивные сваи, кроме того, - на малосжимаемые грунты.

Силы сопротивления грунтов, за исключением отрицательных (негативных) сил трения, на боковой поверхности  свай-стоек в расчетах их несущей  способности по грунту основания  на сжимающую нагрузку не должны учитываться.

К висячим сваям следует  относить сваи всех видов, опирающиеся  на сжимаемые грунты и передающие нагрузку на грунты основания боковой  поверхностью и нижним концом.

Примечание - К малосжимаемым грунтам относятся крупнообломочные грунты с песчаным заполнителем средней плотности и плотным, а также глины твердой консистенции в водонасыщенном состоянии с модулем деформации E ≥ 50 МПа.

 

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

а) 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 (из высокопрочной проволоки и арматурных канатов) с поперечным армированием и без него;

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

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

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

д) по конструкции нижнего конца - на сваи с заостренным или плоским нижним концом, с плоским или объемным уширением (булавовидные) и на полые сваи с закрытым или открытым нижним концом или с камуфлетной пятой.

Примечание - Сваи забивные с камуфлетной пятой устраивают путем забивки полых свай круглого сечения с закрытым стальным полым наконечником с последующим заполнением полости сваи и наконечника бетонной смесью и устройством с помощью взрыва камуфлетной пяты в пределах наконечника. В проектах таких свай следует предусматривать указания о соблюдении правил производства буровзрывных работ.

 

1.4 Набивные сваи по способу устройства подразделяют на:

а) набивные, устраиваемые путем  погружения инвентарных труб, нижний конец которых закрыт оставляемым  в грунте башмаком или бетонной пробкой, с последующим извлечением этих труб по мере заполнения скважин бетонной смесью;

б) набивные виброштампованные, устраиваемые в пробитых скважинах  путем заполнения скважин жесткой  бетонной смесью, уплотняемой виброштампом в виде трубы с заостренным  нижним концом и закрепленным на ней  вибропогружателем;

в) набивные в выштампованном ложе, устраиваемые путем выштамповки  в грунте скважин пирамидальной  или конусной формы с последующим  заполнением их бетонной смесью.

 

1.5 Буровые сваи по способу устройства подразделяют на:

а) буронабивные сплошного  сечения с уширениями и без  них, бетонируемые в скважинах, пробуренных  в глинистых грунтах выше уровня подземных вод без крепления  стенок скважин, а в любых грунтах  ниже уровня подземных 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, устраиваемым путем втрамбовывания в забой скважины щебня;

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

д) буроинъекционные диаметром 0,15 - 0,25 м, устраиваемые в пробуренных скважинах путем нагнетания (инъекции) в них мелкозернистой бетонной смеси или цементно-песчаного раствора, или буроинъекционные с уплотнением окружающего грунта путем обработки скважины по разрядно-импульсной технологии (сваи РИТ);

е) буроинъекционные, устраиваемые полым шнеком:

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

з) буроопускные сваи с камуфлетной пятой, отличающиеся от буронабивных свай с камуфлетной пятой (см. подпункт «г») тем, что после образования и заполнения камуфлетного уширения в скважину опускают железобетонную сваю.

Примечания

1 Обсадные трубы  допускается оставлять в грунте  только в случаях, когда исключена  возможность применения других  решений конструкции фундаментов  (при устройстве буронабивных  свай в пластах грунтов со  скоростью фильтрационного потока  более 200 м/сут, при применении буронабивных свай для закрепления действующих оползневых склонов и в других обоснованных случаях).

2 При устройстве буронабивных свай в водонасыщенных глинистых грунтах для крепления стенок скважин допускается использовать избыточное давление воды.

 

1.6 Номенклатура забивных железобетонных и буронабивных свай приведена в приложении Г.

 

1.7 Железобетонные и бетонные сваи следует проектировать из тяжелого бетона.

Для забивных железобетонных свай с ненапрягаемой продольной арматурой, на которые отсутствуют  государственные стандарты, а также  для набивных и буровых свай необходимо предусматривать бетон класса не ниже В15, для забивных железобетонных свай с напрягаемой арматурой - не ниже В22,5.

 

1.8 Железобетонные ростверки свайных фундаментов следует проектировать из тяжелого бетона класса не ниже: для монолитных - В15, для сборных - В20.

Для опор мостов класс бетона свай и свайных ростверков следует  назначать в соответствии с требованиями СНиП 2.05.03, для гидротехнических сооружений - СНиП 2.06.06 и СНиП 2.06.08.

6.9 Бетон для замоноличивания железобетонных колонн в стаканах свайных ростверков, а также оголовков свай при сборных ленточных ростверках следует предусматривать в соответствии с требованиями СНиП 52-01, но не ниже класса В15.

Примечание - Для опор мостов и гидротехнических сооружений класс бетона для замоноличивания сборных элементов свайных фундаментов должен быть на ступень выше класса бетона соединяемых сборных элементов.

1.10. Марки бетона по морозостойкости и водонепроницаемости свай и свайных ростверков следует назначать, руководствуясь требованиямиГОСТ 19804, СНиП 52-01, для мостов и гидротехнических сооружений - соответственно СНиП 2.05.03 и СНиП 2.06.06.

 

1.11. Деревянные сваи должны быть изготовлены из бревен хвойных пород (сосны, ели, лиственницы, пихты), соответствующих требованиямГОСТ 9463, диаметром 22-34 см и длиной 6,5 и 8,5 м. Естественная коничность (сбег) бревен сохраняется.

Размеры поперечного сечения, длину и конструкцию пакетных свай принимают по результатам расчета  и в соответствии с особенностями  проектируемого объекта.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 ПРОЕКТИРОВАНИЕ  СВАЙНЫХ ФУНДАМЕНТОВ

1.1 ОСНОВНЫЕ УКАЗАНИЯ  ПО РАСЧЕТУ

1.1.1 Расчет свайных фундаментов и их оснований должен быть выполнен в соответствии с ГОСТ 27751 по предельным состояниям:

1) первой группы:

а) по прочности материала  свай и свайных ростверков;

б) по несущей способности  грунта основания свай;

в) по несущей способности  грунта оснований свайных фундаментов, если на них передаются значительные горизонтальные нагрузки (подпорные  стены, фундаменты распорных конструкций  и др.), в том числе сейсмические, если сооружение расположено на откосе или вблизи него или если основание  сложено крутопадающими слоями грунта;

2) второй группы:

а) по осадкам оснований  свай и свайных фундаментов от вертикальных нагрузок;

б) по перемещениям свай (горизонтальным и углам поворота головы свай) совместно  с грунтом оснований от действия горизонтальных нагрузок и моментов (см. подраздел 7.4 и приложение Д);

в) по образованию или  чрезмерному раскрытию трещин в  элементах железобетонных конструкций  свайных фундаментов.

Расчет по несущей способности, регламентированный подпунктом «в»  для первой группы, допускается не производить, если конструктивными  мероприятиями обеспечена невозможность  смещения проектируемого фундамента.

 

1.1.2 В расчетах оснований свайных фундаментов следует учитывать совместное действие силовых факторов и неблагоприятных влияний внешней среды (например, влияние подземных вод на физико-механические свойства грунтов и др.).

Сооружение и его основание  должны рассматриваться совместно, т.е. должно учитываться взаимодействие сооружения со сжимаемым основанием.

Расчетная схема системы  «сооружение - основание» или «фундамент - основание» должна выбираться с учетом наиболее существенных факторов, определяющих напряженное состояние и деформации основания и конструкций сооружения (статической схемы сооружения, особенностей его возведения, характера грунтовых  напластований, свойств грунтов основания, возможности их изменения в процессе строительства и эксплуатации сооружения и т.д.). Рекомендуется учитывать пространственную работу конструкций, геометрическую и физическую нелинейность, анизотропность, пластические и реологические свойства материалов и грунтов, развитие областей пластических деформаций под фундаментом.

Допускается использовать вероятностные  методы расчета, учитывающие статистическую неоднородность оснований, случайную  природу нагрузок, воздействий и  свойств материалов конструкций.

 

1.1.3 Нагрузки и воздействия, учитываемые в расчетах свайных фундаментов, коэффициенты надежности по нагрузке, а также возможные сочетания нагрузок следует принимать в соответствии с требованиями СНиП 2.01.07 с учетом указаний СНиП 2.02.01.

 

1.1.4 Расчет свай, свайных фундаментов и их оснований по несущей способности необходимо выполнять на основные и особые сочетания нагрузок, по деформациям - на основные сочетания.

 

1.1.5 Нагрузки, воздействия, их сочетания и коэффициенты надежности по нагрузке при расчете свайных фундаментов мостов и гидротехнических сооружений следует принимать согласно требованиям СНиП 2.05.03 и СНиП 2.06.06.

 

1.1.6 Все расчеты свай, свайных фундаментов и их оснований следует выполнять с использованием расчетных значений характеристик материалов и грунтов.

Расчетные значения характеристик  материалов свай и свайных ростверков следует принимать в соответствии с требованиями СНиП 52-01, СНиП II-23, СНиП II-25, СНиП 2.05.03 и СНиП 2.06.06.

Расчетные значения характеристик  грунтов следует определять в  соответствии с ГОСТ 20522, расчетные значения коэффициентов постели грунта сz, окружающего сваю, следует принимать в соответствии с приложением Д.

Расчетные сопротивления  грунта под нижним концом сваи R и на боковой поверхности сваи fследует определять по указаниям подраздела 7.2.

При наличии результатов  полевых исследований, проведенных  в соответствии с требованиями подраздела 7.3, несущую способность грунта основания свай следует определять с учетом данных статического зондирования грунтов, испытаний грунтов эталонными сваями или по данным динамических испытаний свай. В случае проведения испытаний свай статической нагрузкой несущую способность грунта основания сваи следует принимать по результатам этих испытаний, учитывая рекомендации 7.3.

Для объектов, по которым  не проводились испытания натурных свай статической нагрузкой, рекомендуется  определять несущую способность  грунта основания сваи несколькими  из возможных способов, указанных  в подразделах 7.2 и 7.3, учитывая при этом уровень ответственности сооружения.

 

1.1.7 Расчет по прочности материала свай и свайных ростверков должен производиться в соответствии с требованиями СНиП 52-01, СНиП II-23,СНиП II-25, для мостов и гидротехнических сооружений - СНиП 2.05.03 и СНиП 2.06.06 с учетом дополнительных требований, изложенных в 7.1.6, 7.1.8и 7.1.9 и в приложении Д.

Расчет элементов железобетонных конструкций свайных фундаментов  по образованию и раскрытию трещин следует производить в соответствии с требованиями СНиП 52-01, для мостов и гидротехнических сооружений - также с учетом требований СНиП 2.05.03 и СНиП 2.06.06 соответственно.

 

1.1.8 При расчете свай всех видов по прочности материала сваю следует рассматривать как стержень, жестко защемленный в грунте в сечении, расположенном от подошвы ростверка на расстоянии не менее l1, определяемом по формуле

l=l ,                                                                                          (7.1)

где l0      - длина участка сваи от подошвы высокого ростверка до уровня планировки грунта, м;

αε     - коэффициент деформации, 1/м, определяемый по приложению Д.

Если для буровых свай и свай-оболочек, заглубленных сквозь толщу нескального грунта и заделанных в скальный грунт, отношение (2/αε) > h, то следует принимать l= l+ h (где h - глубина погружения сваи или сваи-оболочки, отсчитываемая от ее нижнего конца до уровня планировки грунта при высоком ростверке и до подошвы ростверка при низком ростверке, подошва которого опирается или заглублена в дисперсные грунты, за исключением сильносжимаемых, м).

При расчете по прочности  материала буро-инъекционных свай, прорезающих сильносжимаемые грунты с модулем деформации E ≤ 5 МПа, длину свай при расчете на продольный изгиб lв зависимости от диаметра свай d следует принимать равной:

при E ≤ 2 МПа l= 25d;  при 2 < E ≤ 5 МПа l= 15d.

В случае если lпревышает толщину слоя сильносжимаемого грунта hg, расчетную длину следует принимать равной 2hg.

 

1.1.9 При расчете набивных и буровых свай (кроме свай-столбов и буроопускных свай) по прочности материала расчетное сопротивление бетона следует принимать с учетом коэффициента условий работы γcb = 0,85 согласно указаниям СНиП 52-01 и коэффициента γ'cb, учитывающего влияние способа производства свайных работ:

а) в глинистых грунтах, если возможны бурение скважин и  бетонирование их насухо без крепления  стенок при положении уровня подземных  вод в период строительства ниже пяты свай, γ'cb = 1,0;

б) в грунтах, бурение скважин  и бетонирование в которых  производят насухо с применением  извлекаемых обсадных труб, γ'cb = 0,9;

в) в грунтах, бурение скважин  и бетонирование в которых  осуществляют при наличии в них  воды с применением извлекаемых  обсадных труб, γ'cb = 0,8;

г) в грунтах, бурение скважин  и бетонирование в которых  выполняют под глинистым раствором  или под избыточным давлением  воды (без обсадных труб), γ'cb = 0,7.

Примечание - Бетонирование под водой или под глинистым раствором следует производить только методом вертикально перемещаемой трубы (ВПТ) или с помощью бетононасосов.

1.1.10 Расчеты конструкций свай всех видов следует производить на воздействие нагрузок, передаваемых на них от здания или сооружения, а забивных свай, кроме того, на усилия, возникающие в них от собственного веса при изготовлении, складировании, транспортировании свай, а также при подъеме их на копер за одну точку, удаленную от головы свай на 0,3l (где l - длина сваи).

При этом усилие в свае (как  балке) от воздействия собственного веса следует определять с учетом коэффициента динамичности, равного:

1,5 - при расчете по прочности;   1,25 - при расчете по образованию и раскрытию трещин.

В этих случаях коэффициент  надежности по нагрузке к собственному весу сваи принимают равным единице.

1.1.11 Одиночную сваю в составе фундамента и вне его по несущей способности грунта основания следует рассчитывать исходя из условия

N ≤ Fdk,                                                                                            (7.2)

где N      - расчетная нагрузка, передаваемая на сваю (продольное усилие, возникающее в ней от расчетных нагрузок, действующих на фундамент при наиболее невыгодном их сочетании), определяемая в соответствии с 7.1.12;

Fd     - расчетная несущая способность грунта основания одиночной сваи, называемая в дальнейшем несущей способностью сваи и определяемая в соответствии с подразделами 7.2 и 7.3;

γk    - коэффициент надежности, принимаемый равным:

1,2 - если несущая способность  сваи определена по результатам  полевых испытаний статической  нагрузкой;

1,25 - если несущая способность  сваи определена расчетом по  результатам статического зондирования  грунта, по результатам динамических  испытаний сваи, выполненных с  учетом упругих деформаций грунта, а также по результатам полевых  испытаний грунтов эталонной  сваей или сваей-зондом;

1,4 - если несущая способность  сваи определена расчетом, в том  числе по результатам динамических  испытаний свай, выполненных без  учета упругих деформаций грунта;

1,4 (1,25) - для фундаментов  опор мостов при низком ростверке,  на висячих сваях и сваях-стойках,  а при высоком ростверке - только  при сваях-стойках, воспринимающих  сжимающую нагрузку независимо  от числа свай в фундаменте.

При высоком или низком ростверке, подошва которого опирается  на сильносжимаемый грунт, и висячих сваях, воспринимающих сжимающую нагрузку, а также при любом виде ростверка и висячих сваях и сваях-стойках, воспринимающих выдергивающую нагрузку, γпринимают в зависимости от числа свай в фундаменте:

при    21 свае и более                        1,4 (1,25);

от       11 до 20 свай 1,55 (1,4);

«        6       «   10      «                         1,65 (1,5);

«         1       «     5       «                         1,75 (1,6).

Для фундаментов из одиночной  сваи под колонну при нагрузке на забивную сваю квадратного сечения более 600 кН и набивную сваю более 2500 кН значение коэффициента γследует принимать равным 1,4, если несущая способность сваи определена по результатам испытаний статической нагрузкой, и 1,6, если несущая способность сваи определена другими способами.

Для сплошных свайных полей  жестких сооружений с предельной осадкой 30 см и более (при числе  свай более 100), если несущая способность  сваи определена по результатам статических  испытаний, γ= 1.

Примечания

1 В скобках даны значения γв случае, когда несущая способность сваи определена по результатам полевых испытаний статической нагрузкой или расчетом по результатам статического зондирования грунтов.

2 При расчете свай всех видов как на вдавливающие, так и на выдергивающие нагрузки продольное усилие, возникающее в свае от расчетной нагрузки N, следует определять с учетом собственного веса сваи, принимаемого с коэффициентом надежности по нагрузке, увеличивающим расчетное усилие.

3 Если расчет свайных фундаментов производится с учетом ветровых и крановых нагрузок, то воспринимаемую крайними сваями расчетную нагрузку допускается повышать на 20 % (кроме фундаментов опор линий электропередачи).

Если сваи фундамента опоры  моста в направлении действия внешних нагрузок образуют один или  несколько рядов, то при учете (совместном или раздельном) нагрузок от торможения, давления ветра, льда и навала судов, воспринимаемых наиболее нагруженной  сваей, расчетную нагрузку допускается  повышать на 10 % при четырех сваях  в ряду и на 20 % при восьми сваях  и более. При промежуточном числе свай процент повышения расчетной нагрузки определяют интерполяцией.

1.1.12 Расчетную нагрузку на сваю N, кН, следует определять, рассматривая фундамент как рамную конструкцию, воспринимающую вертикальные и горизонтальные нагрузки и изгибающие моменты.

Для фундаментов с вертикальными  сваями расчетную нагрузку на сваю допускается определять по формуле

                                                             (7.3)

где Nd        - расчетная сжимающая сила, кН;

Mx, My       - расчетные изгибающие моменты, кН×м, относительно главных центральных осей x и y плана свай в плоскости подошвы ростверка;

n      - число свай в фундаменте;

xi, yi      - расстояния от главных осей до оси каждой сваи, м;

x, y        - расстояния от главных осей до оси каждой сваи, для которой вычисляют расчетную нагрузку, м.

1.1.13 Горизонтальную нагрузку, действующую на фундамент с вертикальными сваями одинакового поперечного сечения, допускается принимать равномерно распределенной между всеми сваями.

1.1.14 Проверка устойчивости свайного фундамента и его основания должна производиться в соответствии с требованиями СНиП 2.02.01 с учетом действия дополнительных горизонтальных реакций от свай, приложенных к сдвигаемой части грунта.

1.1.15 Сваи и свайные фундаменты следует рассчитывать по прочности материала и производить проверку устойчивости фундаментов при действии сил морозного пучения, если основание сложено пучинистыми грунтами.

1.1.16 Расчет свай и свайных фундаментов по деформациям следует производить исходя из условия

s ≤ su,                                                                                              (7.4)

где s         - совместная деформация сваи, свайного фундамента и сооружения (осадка, перемещение, относительная разность осадок свай, свайных фундаментов и т.п.), определяемая расчетом с учетом 7.1.4, 7.1.5, по подразделу 7.4 и приложению Д;

su      - предельное значение совместной деформации основания сваи, свайного фундамента и сооружения, устанавливаемое в соответствии соСНиП 2.02.01, а для мостов - СНиП 2.05.03. 

 

1.2 РАСЧЕТНЫЕ МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ НЕСУЩЕЙ СПОСОБНОСТИ СВАЙ

Сваи-стойки

1.2.1 Несущую способность Fd, кН, забивной сваи, сваи-оболочки, набивной и буровой свай, опирающихся на скальный грунт, а также забивной сваи, опирающейся на малосжимаемый грунт (6.2), следует определять по формуле

F= γcRA,                                                                                                (7.5)

где γc      - коэффициент условий работы сваи в грунте, принимаемый равным 1;

R    - расчетное сопротивление грунта под нижним концом сваи-стойки, кПа;

A    - площадь опирания на грунт сваи, м2, принимаемая для свай сплошного сечения и полых свай с закрытым нижним концом равной площади поперечного сечения брутто, для свай полых круглого сечения с открытым нижним концом и свай-оболочек - равной площади поперечного сечения нетто при отсутствии заполнения их полости бетоном и равной площади поперечного сечения брутто при заполнении этой полости бетоном на высоту не менее трех ее диаметров.

Расчетное сопротивление  грунта R под нижним концом сваи-стойки следует принимать:

а) для всех видов забивных свай, опирающихся на скальные и  малосжимаемые грунты, R = 20000 кПа;

б) для набивных и буровых  свай и свай-оболочек, заполняемых  бетоном и заделанных в невыветрелый скальный грунт (без слабых прослоек) не менее чем на 0,5 м, - по формуле

                                                                         (7.6)

где Rc,n      - нормативное значение предела прочности на одноосное сжатие скального грунта в водонасыщенном состоянии, кПа;

γg     - коэффициент надежности по грунту, принимаемый равным 1,4;

ld      - расчетная глубина заделки набивной и буровой свай и сваи-оболочки в скальный грунт, м;

df      - наружный диаметр заделанной в скальный грунт части набивной и буровой свай и сваи-оболочки, м; в) для свай-оболочек, равномерно опираемых на поверхность невыветрелого скального грунта, прикрытого слоем нескальных неразмываемых грунтов толщиной не менее трех диаметров сваи-оболочки, - по формуле

,                                                                                              (7.7)

где Rc,n, γg             - то же, что и в формуле (7.6).

Примечание - При наличии в основании набивных, буровых свай и свай-оболочек выветрелых, а также размягчаемых скальных грунтов их предел прочности на одноосное сжатие следует принимать по результатам испытаний штампами или по результатам испытаний свай и свай-оболочек статической нагрузкой.

Висячие забивные и вдавливаемые сваи всех видов и  сваи-оболочки, погружаемые без выемки грунта

1.2.2 Несущую способность Fd, кН, висячей забивной и вдавливаемой сваи и сваи-оболочки, погружаемой без выемки грунта, работающих на сжимающую нагрузку, следует определять как сумму расчетных сопротивлений грунтов основания под нижним концом сваи и на ее боковой поверхности по формуле

Свайные фундаменты. 2