Совместная работа свай в фундаменте понятие о кустовом эффекте

Основания и фундаменты транспортных сооружений: Электронный учебник , страница 24

В процессе забивки свай вокруг них изменяется природное состояние грунта. В водонасыщенных глинистых грунтах при динамическом воздействии происходит их тиксотропное разупрочнение, в результате чего сопротивление грунта погружению сваи уменьшается (отказ сваи возрастает). После забивки сваи, во время ее «отдыха», в окружающем грунте происходит восстановление структурных связей и постепенное увеличение несущей способности сваи. Наблюдается так называемое явление засасывания свай, а ее отказ от контрольного удара в это время будет меньше, чем до «отдыха».

При забивке свай в песчаные грунты у ее нижнего конца образуется зона из сильно уплотненного грунта, а погружение свай замедляется (значение отказа уменьшается). В процессе «отдыха» сваи напряжения в уплотненной зоне грунта рассасываются (релаксируют), а сопротивление погружению сваи уменьшается (отказы увеличиваются). Отказ от сваи до ее «отдыха» называют ложным, а после «отдыха» — истинным. Для оценки несущей способности свай используют истинные значения отказов. При этом сваи после их погружения должны «выстояться» не менее 3 суток в песчаных грунтах и не менее 6 суток — в глинистых.

Расчетное значение несущей способности свай Fd по результатам динамических испытаний определяют в соответствии с формулой (4.8).

Динамический метод испытаний свай по сравнению со статическим дает менее точные результаты, что объясняется различным характером работы грунта у свай при динамическом воздействии на него в процессе забивки и при действии статических нагрузок от сооружения.

Динамическим испытаниям подлежат только забивные сваи. Набивные, буровые, а также сваи-оболочки большого диаметра, винтовые и камуфлетные сваи испытывают статическими пробными нагрузками.

4.4.5 Несущая способность свай по результатам статического зондирования грунтов

Статическое зондирование используют для приближенной оценки несущей способности забивных висячих свай [6, 7]. Суть его состоит в том, что в грунт вдавливают со скоростью не более 0,5 м/мин специальный зонд, позволяющий регистрировать раздельно силы трения по его боковой поверхности и сопротивление вдавливанию конического наконечника диаметром 36 мм с углом заострения 60°.

Частное значение предельного сопротивления сваи в точке зондирования определяют по формуле:

Fui = b1qsA + b2fsuh, (4.11)
где b1 и b2 — коэффициенты, определяемые по графикамрис. 4.23; qs — среднее значение сопротивления грунта вдавливанию наконечника зонда вблизи острия проектируемой сваи, полученное делением силы вдавливания наконечника на площадь его горизонтальной проекции; A и u — площадь и периметр поперечного сечения сваи; fs — среднее значение удельного сопротивления грунта трению по боковой поверхности грунта в пределах глубины погружения сваи h.

Расчетную несущую способность по результатам зондирования вычисляют так же, как и при испытании натурных свай, по формуле (4.8).

4.23 Графики

4.4.6 Совместная работа куста свай при вертикальной нагрузке

Работа в грунте группы висячих свай, размещенных друг от друга на близком расстоянии, существенно отличается от работы одиночной сваи, что связано с проявлением так называемого «кустового эффекта».

Несущая способность кустовой висячей сваи меньше одиночной, а осадка группы (куста) одинаково загруженных свай больше осадки одиночной сваи. Объясняется это тем, что после погружения группы близко расположенных свай грунт между ними сильно уплотняется и оказывается включенным в работу вместе со сваями в единый свайно-грунтовый массив. При этом нормальные напряжения на грунт от сил трения по боковой поверхности и лобового давления свай в уровне их нижних концов будут суммироваться (рис. 4.24),что усиливает напряженное состояние грунта по глубине основания фундамента и увеличивает его осадку в сравнении с осадкой одиночной сваи при одинаковых нагрузках на каждую сваю.

Рис. 4.24 Кустовой эффект: а одиночная свая; б — группа свай;

1 — эпюры sz от одиночной сваи;

2 — суммарная эпюра напряжений от группы свай

Висячие сваи можно рассматривать работающими как одиночные, если расстояние между их осями составляет более 6d (d — размер поперечного сечения сваи). При расстоянии от 3d до 6d взаимное влияние свай хотя и имеет место, но на их несущей способности фактически не сказывается. Если расстояние между осями свай будет меньше 3d, то снижение их несущей способности может быть существенным.

В фундаментах выгоднее использовать максимальную несущую способность свай по грунту при наименьшем расстоянии между сваями. Поэтому расстояние между осями забивных висячих свай в фундаментах назначают не менее 3d. При этом несущую способность свай принимают, как для одиночных, а их взаимное влияние на осадку фундамента учитывают особо.

«Кустовой эффект» у групповых свай-стоек не проявляется, и их размещают в фундаментах, исходя из конструктивных соображений.

4.5 Конструирование свайных фундаментов

Разнообразие геологического строения оснований и свойств грунтов не позволяют разработать типовые конструкции свайных фундаментов в зависимости только лишь от расчетных нагрузок, передающихся надземным сооружением на фундаментную часть. Поэтому и для свайного основания выполняется индивидуальное проектирование и расчет фундамента.

Прежде всего назначается положение обреза фундамента и устанавливаются расчетные нагрузки, действующие в его уровне. Далее выбирается тип свайного фундамента и предварительно составляется его схема. Основными параметрами свайного фундамента являются: тип сваи, глубина погружения свай в грунт, число свай и их размещение, т.е. свайное поле. Затем можно назначить необходимые размеры плиты ростверка, объединяющей головы свай и выполнить чертеж предварительной конструкции свайного фундамента. Окончательные параметры свайного основания могут быть утверждены после выполнения необходимых расчетов по предельным состояниям.

  • АлтГТУ 419
  • АлтГУ 113
  • АмПГУ 296
  • АГТУ 266
  • БИТТУ 794
  • БГТУ «Военмех» 1191
  • БГМУ 172
  • БГТУ 602
  • БГУ 153
  • БГУИР 391
  • БелГУТ 4908
  • БГЭУ 962
  • БНТУ 1070
  • БТЭУ ПК 689
  • БрГУ 179
  • ВНТУ 119
  • ВГУЭС 426
  • ВлГУ 645
  • ВМедА 611
  • ВолгГТУ 235
  • ВНУ им. Даля 166
  • ВЗФЭИ 245
  • ВятГСХА 101
  • ВятГГУ 139
  • ВятГУ 559
  • ГГДСК 171
  • ГомГМК 501
  • ГГМУ 1967
  • ГГТУ им. Сухого 4467
  • ГГУ им. Скорины 1590
  • ГМА им. Макарова 300
  • ДГПУ 159
  • ДальГАУ 279
  • ДВГГУ 134
  • ДВГМУ 409
  • ДВГТУ 936
  • ДВГУПС 305
  • ДВФУ 949
  • ДонГТУ 497
  • ДИТМ МНТУ 109
  • ИвГМА 488
  • ИГХТУ 130
  • ИжГТУ 143
  • КемГППК 171
  • КемГУ 507
  • КГМТУ 269
  • КировАТ 147
  • КГКСЭП 407
  • КГТА им. Дегтярева 174
  • КнАГТУ 2909
  • КрасГАУ 370
  • КрасГМУ 630
  • КГПУ им. Астафьева 133
  • КГТУ (СФУ) 567
  • КГТЭИ (СФУ) 112
  • КПК №2 177
  • КубГТУ 139
  • КубГУ 107
  • КузГПА 182
  • КузГТУ 789
  • МГТУ им. Носова 367
  • МГЭУ им. Сахарова 232
  • МГЭК 249
  • МГПУ 165
  • МАИ 144
  • МАДИ 151
  • МГИУ 1179
  • МГОУ 121
  • МГСУ 330
  • МГУ 273
  • МГУКИ 101
  • МГУПИ 225
  • МГУПС (МИИТ) 636
  • МГУТУ 122
  • МТУСИ 179
  • ХАИ 656
  • ТПУ 454
  • НИУ МЭИ 641
  • НМСУ «Горный» 1701
  • ХПИ 1534
  • НТУУ «КПИ» 212
  • НУК им. Макарова 542
  • НВ 777
  • НГАВТ 362
  • НГАУ 411
  • НГАСУ 817
  • НГМУ 665
  • НГПУ 214
  • НГТУ 4610
  • НГУ 1992
  • НГУЭУ 499
  • НИИ 201
  • ОмГТУ 301
  • ОмГУПС 230
  • СПбПК №4 115
  • ПГУПС 2489
  • ПГПУ им. Короленко 296
  • ПНТУ им. Кондратюка 119
  • РАНХиГС 186
  • РОАТ МИИТ 608
  • РТА 243
  • РГГМУ 118
  • РГПУ им. Герцена 124
  • РГППУ 142
  • РГСУ 162
  • «МАТИ» — РГТУ 121
  • РГУНиГ 260
  • РЭУ им. Плеханова 122
  • РГАТУ им. Соловьёва 219
  • РязГМУ 125
  • РГРТУ 666
  • СамГТУ 130
  • СПбГАСУ 318
  • ИНЖЭКОН 328
  • СПбГИПСР 136
  • СПбГЛТУ им. Кирова 227
  • СПбГМТУ 143
  • СПбГПМУ 147
  • СПбГПУ 1598
  • СПбГТИ (ТУ) 292
  • СПбГТУРП 235
  • СПбГУ 582
  • ГУАП 524
  • СПбГУНиПТ 291
  • СПбГУПТД 438
  • СПбГУСЭ 226
  • СПбГУТ 193
  • СПГУТД 151
  • СПбГУЭФ 145
  • СПбГЭТУ «ЛЭТИ» 380
  • ПИМаш 247
  • НИУ ИТМО 531
  • СГТУ им. Гагарина 114
  • СахГУ 278
  • СЗТУ 484
  • СибАГС 249
  • СибГАУ 462
  • СибГИУ 1655
  • СибГТУ 946
  • СГУПС 1513
  • СибГУТИ 2083
  • СибУПК 377
  • СФУ 2423
  • СНАУ 567
  • СумГУ 768
  • ТРТУ 149
  • ТОГУ 551
  • ТГЭУ 325
  • ТГУ (Томск) 276
  • ТГПУ 181
  • ТулГУ 553
  • УкрГАЖТ 234
  • УлГТУ 536
  • УИПКПРО 123
  • УрГПУ 195
  • УГТУ-УПИ 758
  • УГНТУ 570
  • УГТУ 134
  • ХГАЭП 138
  • ХГАФК 110
  • ХНАГХ 407
  • ХНУВД 512
  • ХНУ им. Каразина 305
  • ХНУРЭ 324
  • ХНЭУ 495
  • ЦПУ 157
  • ЧитГУ 220
  • ЮУрГУ 306
Читать еще:  Установка пластиковых окон с откосами в деревянном доме

Полный список ВУЗов

Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).

Исследования горизонтально нагруженных свай

Для экспериментальных исследований было изготовлено 22 одиночные забивные и буронабивные сваи и 20 свайных кустов с низким и высоким ростверками. Сваи имели длину 3-6 м, размер поперечного сечения 30×30 см и диаметр 0,5 и 0,6 м. Испытания на горизонтальную нагрузку и совместное действие горизонтальной и вертикальной нагрузок проводились со сваями одного сечения, но разной глубины заложения и сваями разного сечения, но одинаковой глубины заложения. Это позволило установить зависимость их несущей способности от величины заглубления, поперечного сечения и вида действующих нагрузок.

Полученные значения несущей способности сравнивали с несущей способностью таких же свай, но находящихся в составе свайных фундаментов с ростверками, что позволило установить влияние ростверка.
На опытной площадке залегают глинистые грунты четвертичного и неогенового возрастов. Четвертичные глины небольшим слоем перекрывают неогеновые отложения, представленные глинами аральской свиты, толщина слоя которых вскрыта на глубину 10 м. Природная влажность глин твердой консистенции соответствует 0,26, плотность грунта — 1,96 г/см3, Wp = 0,26 и WL = 0,56.

Увеличение глубины заложения свай с 3 до 6 м приводит к повышению их сопротивляемости горизонтальным нагрузкам на 2 — 30 %. В то же время при увеличении диаметра ствола сваи с 50 до 60 см ее несущая способность повышается на 65 %. Таким образом, при расчете свайных фундаментов на горизонтальные нагрузки целесообразно повышать жесткость ствола сваи, увеличивая его поперечное сечение.

Зависимость перемещения свай от горизонтальной нагрузки

Зависимость между Pg и Р для жестких свай, имеет вид: Pg = 0,108 Р + Pg; для свай конечной жесткости: Pg = 0,08Р + + Pg; где Pg — фактическая несущая способность свай на горизонтальную нагрузку с учетом действия вертикальных сил; Pg — несущая способность сваи на горизонтальную нагрузку при отсутствии вертикальных сил.

Полученные результаты позволяют сделать вывод о положительном влиянии вертикальной нагрузки на несущую способность горизонтально нагруженных свай. Так, при вертикальной нагрузке, равной расчетной, сопротивляемость указанных свай горизонтальным нагрузкам увеличивается в 2 раза. Увеличение сопротивляемости свай горизонтальным воздействиям при действии вертикальной нагрузки объясняется повышением сопротивления ее сдвигу вследствие увеличения и развития сил трения и сцепления по боковой поверхности под торцом сваи.

Действие горизонтальной нагрузки на сваю вызывает ее поворот вокруг ’’нулевой точки”, что приводит к появлению момента от касательных сил, действующих при вертикальной нагрузке по боковой поверхности ствола сваи. Этот момент направлен в сторону, противоположную действию горизонтальных нагрузок, и является удерживающей силой. Наиболее существенное влияние на сопротивляемость коротких свай гори-зонтальным нагрузкам оказывает торец сваи. Вследствие действия вертикальной нагрузки под торцом сваи происходит уплотнение грунта, что приводит к увеличению коэффициента постели грунта под подошвой сваи в вертикальном и горизонтальном направлениях и увеличению сил трения.

Непосредственные замеры расстояния у от поверхности грунта до точки нулевых смещений, производимые с помощью тонкого стального щупа, показали, что при вертикальной нагрузке ’’нулевая точка” понижается.

Исследования на горизонтальные нагрузки проводились со свайными фундаментами из забивных и буронабивных железо-бетонных свай. Глубина заложения свай принята равной от 3 до 7,7 м, расстояние между сваями — 3d. Испытывались кусты из двух, четырех и шести свай с низким и высоким ростверками.

Для установления кустового эффекта проведены сравнения испытания одиночных свай и свай в кусте на действие горизонтальных нагрузок. При этом рассматривались сваи с различной глубиной заложения и различного поперечного сечения.

Результаты испытаний на горизонтальную нагрузку одиночных свай и свай в кусте

Во всех рассмотренных фундаментах несущая способность сваи в кусте в 1,6 — 1,9 раза больше, чем несущая способность одиночной сваи.

Повышение сопротивляемости свай в фундаменте при действии горизонтальных нагрузок объясняется следующими факторами:

  • условия и характер работы одиночной сваи и сваи в кусте отличаются друг от друга и наиболее характерно это проявляется у фундаментов из жестких свай;
  • низкий ростверк свайного фундамента вступает в совместную работу с грунтом основания и воспринимает часть горизонтальной нагрузки;
  • заделка головы низкой сваи в ростверк оказывает значительное влияние на сопротивляемость изгибу ее ствола, вследствие чего повышается величина заделки сваи в грунте.

Результаты испытаний на горизонтальные нагрузки свайных кустов с низким и высоким ростверками показывает, что низкий ростверк увеличивает несущую способность фундамента до 37 %.
Очевидно, что степень участия ростверка в работе свайного фундамента будет тем выше, чем более плотные грунты залегают вблизи поверхности и чем больше рабочая площадь ростверка, характерируемая разность между общей площадью ростверка и суммарной площадью сечения свай.

Для установления характера работы горизонтально нагруженных свайных фундаментов с низким ростверком выполнены специальные испытания. Эти испытания показали, что при действии горизонтальной нагрузки вертикальные перемещения свайного фундамента происходят вследствие возникающего при этом момента, а горизонтальные перемещения вызываются горизонтальной силой. В этом случае возникают как сжимающие, так и растягивающие напряжения, которые приводят свайный фундамент к повороту вокруг некоторой точки. При этом наблюдаются подъем части ростверка со стороны действия напряжений и его опускание с противоположной стороны.

При действии на фундамент только горизонтальной силы центр поворота (ЦП) смещается в сторону сжатых свай. Такое положение ЦП объясняется неодинаковой сопротивляемостью свай на вдавливание и выдергивание. Потеря устойчивости фундамента наступает в результате преодоления сил сопротивления свай выдергиванию, расположенных со стороны действия горизонтальной нагрузки, а также смятия грунта в месте его контакта с ростверком фундамента.

По результатам испытания установлена зависимость влияния глубины забивки свай на несущую способность фундаментов при действии горизонтальных нагрузок. Можно сделать вывод, что для свайных фундаментов из забивных свай с низким ростверком увеличение глубины забивки начиная с 7 — 7,5 м перестает практически оказывать влияние на повышение сопротивляемости фундаментов. Это объясняется значительной длиной изгибаемой части сваи в свайном фундаменте.

По результатам выполненных испытаний буронабивных и забивных одиночных свай и фундаментов из них установлено значительное влияние жесткости поперечного сечения стволов на сопротивляемость свай горизонтальным нагрузкам.

Читать еще:  Как утеплить деревянный дом из бруса снаружи и чем?

Значения предельной горизонтальной нагрузки на сваи и свайные кусты

При осмотре ростверка, находящегося под нагрузкой 1000 кН, по боковым граням (расположенным вдоль действия горизонтальной силы) обнаружены трещины, которые находились по оси расположения свай и проходили от низа к верху ростверка. Данные испытаний показывают следующее:

  • глубина заделки головы свай в ростверк и повышение жесткости их поперечного сечения играют существенную роль в общем сопротивлении свайного фундамента горизонтальным нагрузкам;
  • низкий ростверк фундамента, вступая в совместную работу с грунтом, может воспринимать до 35 % горизонтальной нагрузки;
  • несмотря на высокое сопротивление жестких сваи изгибу фундаменты под действием горизонтальных нагрузок могут получать большие смещения, которые недопустимы для сооружений, но в то же время, не вызывают их разрушения. Это положение требует в практике проектирования определять расчетные нагрузки исходя из прочности свай и допускаемых перемещений свайных фундаментов.

Проектирование и устройство свайных фундаментов

В условиях неустойчивых и подверженных пучению грунтов целесообразно строить здания с применением свайных фундаментов, такая конструкция является более устойчивой и надежной. Проектирование и устройство свайных фундаментов базируется на следующих принципах.

Свайные фундаменты рекомендованы для применения в сложных геологических условиях, они являются практически единственным вариантом при постройке зданий в местности со значительной глубиной промерзания грунта. Кроме того, их применение оправдано на слабых грунтах, в зонах с высоким уровнем грунтовых вод.

Конструктивно такие фундаменты состоят из следующих элементов:

Сваи представляют собой стержень, который может быть изготовлен из различных материалов. Сваи различаются также по способу монтажа, являются основным несущим элементом конструкции.

Ростверк или верхняя обвязка свай служит для распределения нагрузок, создаваемых конструкцией здания. В зависимости от материала стен возможна обвязка свайного фундамента брусом, железобетонными балками, металлическими элементами.

По принципу монтажа ростверк можно разделить на сборные и монолитные конструкции.

Преимущества и недостатки свайных конструкций

Выбор фундамента такого типа обеспечивает застройщику целый ряд преимуществ, причем не только технического характера:

  • Значительно сокращается объем земляных работ.
  • Свайный фундамент значительно лучше воспринимает нагрузку, он может применяться для постройки зданий, имеющих значительную высотность.
  • Меньшая потребность в бетоне и других сыпучих строительных материалов.
  • Монтажные работы могут выполняться в любое время года, включаю зиму.
  • Конструкции свайного фундамента не подвергаются деформации при сдвижках грунта.

Несмотря на все очевидные преимущества, существует также ряд факторов, которые положительными не назовешь.

Свайный фундамент, даже при большом желании, не назовешь дорогим, в зависимости от длины и материала, из которого изготовлены сваи, их стоимость может достигать значительных сумм. Правда, экономия других материалов, необходимых для устройства фундамента, все-таки делает такой выбор экономически целесообразным.

Забивка свай требует применения специализированной высокопроизводительной строительной техники, найти которую в некоторых регионах бывает очень проблематично. Исключение составляют винтовые и набивные сваи, о способах их монтажа поговорим ниже.

Несмотря на эти минусы свайного фундамента, он достаточно широко применяется в строительстве, особенно в промышленных масштабах.

Виды фундаментных свай

Все применяемые в строительстве сваи можно классифицировать по нескольким признакам.

В зависимости от применяемого материала сваи бывают:

  • Железобетонные сваи могут применяться для сооружения массивных построек, отлично работают при значительных нагрузках.
  • Металлические сваи более просты в монтаже, имеют меньшую массу, что значительно облегчает их доставку на объект.
  • Деревянные сваи имеют ограниченный диапазон применения, это связано с подверженностью дерева гниению. В основном, используются для постройки зданий с небольшим сроком эксплуатации, являются самым дешевым видом подобного материала. При выборе таких элементов целесообразно выполнить усиление свайного фундамента.

По механизму монтажа сваи можно разделить на следующие виды:

  • Забивные сваи. Процесс их монтажа является самым трудоемким, требует, как уже говорилось, применения специальной техники.
  • Винтовые сваи устанавливаются простым вкручиванием в грунт. В частном строительстве это можно сделать вручную.
  • Буронабивные сваи. Для их устройства по технологической схеме фундамента бурят скважины определенной проектом глубины, которые заливаются бетонной смесью.
  • Буровые сваи — железобетонные сваи, монтируемые в предварительно пробуренные скважины.

По принципу действия, способу передачи нагрузки сваи подразделяются на висячие сваи и стойки.

Висячие сваи применяются на грунтах, не имеющих слоев устойчивого грунта. В этом случае свайный фундамент, нагрузка через который передается за счет сил трения боковых поверхностей элемента и грунта, находится в своеобразном подвешенном состоянии.

Стойки. Такие сваи опираются на слой твердого грунта, имеющегося на определенной глубине. Применение таких свай более целесообразно, конструкции с их применением практически не дают усадки.

По технологической схеме размещения свай можно выделить следующие виды конструкций:

  • Одиночные сваи
  • Кустовые сваи
  • Сваи с ленточным размещением

Правила заложения фундамента

Проект свайного фундамента должен разрабатываться на основании серьезных геологических исследований. Их целью является определение состава грунта, его технических характеристик, глубины промерзания, структуры пород. На основании таких данных определяется тип применяемых материалов, их геометрические размеры.

При возможности применения нескольких видов свай, предпочтение следует отдавать более выгодному с экономической точки зрения материалу.

При определении длины свай следует учитывать глубину промерзания грунта. Только при условии, что глубина свайного фундамента превышает это значение, будет обеспечена надежность и эффективная работа всей конструкции.

Ростверк монтируется на сваях таким образом, чтобы обеспечивалось его горизонтальное положение. В связи с тем, что обрезку железобетонных свай проблематично выполнить строго по уровню, для монтажа ростверка применяют специальные оголовки, которые позволяют корректировать длину сваи.

При устройстве монолитного ростверка обязательно выполнять его армирование в соответствии с требованиями разработанного проекта. Для рубленых или других деревянных стен лучше всего выполнять ростверк из бруса, обработанного средствами, усиливающими стойкость к гниению.

Многолетний опыт применения конструкций такого типа позволяет сделать очевидный вывод — сваи и свайные фундаменты доказали эффективность своего применения в любых условиях.

При выборе такого варианта для постройки загородного дома необходимо просчитать экономическую выгоду от его применения. В некоторых случаях устройство ленточного фундамента, если позволяют условия, обойдется дешевле. Для частного домостроения наиболее оптимальным будет вариант устройства буронабивных свай, он позволяет совместить преимущества свайного метода и обычного ленточно-столбового фундамента.

Взаимодействие свай с окружающим грунтом

Взаимодействие свай с окружающим грунтом носит сложный характер и зависит как от процессов, происходящих в грунте при устройстве свайных фундаментов, так и при их работе под действием эксплуатационных нагрузок. Эти процессы оказывают влияние на несущую способность и осадки свайного Фундамента, от их правильного учета во многом зависит, точность расчета и экономическая эффективность применения свай.

Процессы, происходящие в грунте при устройстве свайных фундаментов зависят от типа свай, грунтовых условий, технологии погружения и изготовления свай и т. п. Так, сплошная свая при погружении вытесняет объем грунта, равный ее объему, в результате чего грунт около сваи уплотняется, а часть его вытесняется вверх, вызывая подъем поверхности грунта вокруг свай. В рыхлых песках и песках средней плотности, а также в ненасыщенных водой глинистых грунтах, уплотнение которых протекает быстро, перемещение грунта вверх незначительно и приводит лишь к небольшому подъему поверхности грунта. В водонасыщенных глинах и суглинках уплотнение происходит только в результате отжима воды из пор грунта и, поскольку этот процесс протекает медленно, за время погружения свай грунт не успевает уплотняться и большая его часть вытесняется вверх, что сопровождается значительным подъемом поверхности грунта в пределах свайного поля. Зона уплотнения грунта вокруг забивных свай сплошного сечения имеет радиус порядка трех диаметров сваи. Откопка опытных свай показала, что эта зона неоднородна: непосредственно около сваи грунт имеет нарушенную структуру и сильно уплотнен, по мере удаления от сваи структура и плотность грунта приближаются к естественной. Под нижним концом сваи зона уплотненного грунта имеет форму, близкую к сферической, и распространяется на глубину до 3. 4 диаметров сваи.

Читать еще:  Как сделать откосы в квартире на окнах?

Учитывая явление уплотнения грунта при погружении свай, рекомендуют такую последовательность их забивки. Во всех случаях, а в плотных грунтах особенно, забивку следует вести от середины свайного поля к его периметру. Если это правило не соблюдается, средние сваи не всегда удается погрузить до заданной глубины из-за сильного уплотнения грунта, вызванного забивкой предыдущих свай.

При забивке полой сваи образовавшаяся уже в начале погружения грунтовая пробка приводит к формированию конусообразного грунтового ядра, играющего роль заострения сплошной сваи. В результате характер деформации грунта вокруг полой сваи будет таким же, как и вокруг сплошной. Если в процессе погружения грунт удаляется из полой сваи, уплотнение окружающего грунта будет незначительным и он сохранит структуру, близкую к природной.

В случае свай, изготовленных на месте, процессы, происходящие в грунте, зависят от применяемой технологии. Если при устройстве скважины используется бурение, это не приводит к изменению плотности и структуры грунта вокруг свай. Если же скважина формируется внедрением инвентарной трубы или каким-либо другим способом, сопровождающимся отжатием грунта в стороны, то характер деформации грунта вокруг сваи будет примерно таким же, и вокруг сплошной сваи.

Как правило, при забивке свая сначала погружается в грунт очень легко и быстро. По мере погружения возрастают силы трения на ее боковой поверхности и сопротивление грунта под нижним концом. В результате скорость погружения замедляется. При молотах ударного действия скорость погружения сваи принято характеризовать величиной ее погружения от одного удара, называемой отказом сваи. По величине отказа, который замеряется при достижении сваей проектной отметки, можно судить о ее сопротивлении, поскольку чем меньше отказ, тем, очевидно, больше несущая способность сваи. Однако для правильной оценки несущей способности сваи по величине отказа следует учитывать ряд специфических процессов, происходящих в окружающем грунте при ее забивке.

При забивке свай в маловлажные пески плотные и средней плотности под нижним концом сваи образуется переуплотненная упругая зона, препятствующая погружению, что приводит к быстрому уменьшению отказа свай вплоть до нулевого значения и дальнейшая попытка забить сваю может привести к разрушению ее ствола. Если прекратить забивку, то через некоторое время в результате релаксации напряжений сопротивление грунта под нижним концом сваи снизится. Поэтому, если через несколько дней снова возобновить забивку, свая опять начнет легко погружаться в грунт. Описанное явление носит название ложного отказа, время, необходимое для релаксации напряжении, называется отдыхом сваи, а отказ, определенный после отдыха сваи и характеризующий ее действительную несущую способность,— действительным отказом.

Продолжительность отдыха для песчаных грунтов составляет 3. 5 сут. Образования переуплотненной зоны грунта, препятствующей погружению сваи, можно избежать применяя молоты двойного действия или вибропогружатели. При сотрясениях грунта, вызываемых частыми ударами молотов двойного действия, уплотненная зона грунта под нижним концом сваи практически не образуется, а при вибрации, создаваемой вибропогружателем, резко снижаются силы внутреннего трения в песке и он становится подвижным, приобретая свойства жидкости.

При забивке свай в глинистые грунты часть связной воды переходит в свободную, грунт на контакте со сваей разжижается (тиксотропное разжижение структуры) и сопротивление погружению сваи снижается. Если прекратить забивку, то через некоторое время структура грунта восстанавливается и несущая способность сваи значительно возрастает. Это явление называют засасыванием сваи. Практика показала, что для получения действительного отказа в глинистых грунтах необходим отдых сваи, продолжительность которого составляет для суяесей 5. 10 сут, для суглинков — 15. 20 сут, для глин—25. 30 сут и более. Тиксотропные явления при забивке свай в глинистые грунты можно в значительной мере снизить, если погружение производить молотами одиночного действия с большим весом ударной части и небольшой частотой ударов. При погружении свай в гравелистые и не насыщенные водой глинистые грунты отдых сваи мало влияет на величину отказа, т. е. не приводит к изменению несущей способности сваи.

Процессы, происходящие грунте при работе свай под нагрузкой, не менее сложны, особенно в случае висячих свай. Известно, что вертикальная нагрузка, воспринимаемая висячей сваей, передается на грунт через ее боковую поверхность и нижний конец. В результате в грунте вокруг сваи возникает напряженная зона, имеющая сложное криволинейное очертание . Эпюра вертикальных нормальных напряжений на уровне нижнего конца свай имеет выпуклую форму. Принято считать, что напряжения ут распределяются по площади, равной основанию конуса, образующая которого составляет со сваей угол а, зависящий от сил трения грунта по ее боковой поверхности. При редком расположении свай в кусте напряженные зоны грунта вокруг них не пересекаются и все сваи работают независимо, как одиночные. При небольшом расстоянии между сваями (как показали опыты, менее 6d, где d — диаметр сваи) происходит наложение напряжений, вследствие чего давление на грунт в уровне нижних концов свай возрастает . Одновременно с увеличением давления под кустом свай формируется и значительно большая по сравнению с одиночной сваей общая активная зона сжатия грунта. Вследствие этих двух причин при одинаковой нагрузке осадка сваи куста при совместной работе свай будет всегда заметно превышать осадку одиночной сваи. Что касается несущей способности свай куста, то, с одной стороны, дополнительное уплотнение грунта, вызванное забивкой соседних свай, приводит к ее увеличению, а с другой — осадка грунта межсвайного пространства в результате совместной работы свай : и осадки грунта под подошвой ростверка приводит к ее уменьшению, поскольку снижаются силы трения по боковым поверхностям свай. Что в итоге больше скажется на несущей способности сваи куста, зависит от многих условий и не всегда легко прогнозируется. Однако опыт показывает, что в глинистых грунтах, а также мелких и пылеватых песках несущая способность сваи в кусте, как правило, уменьшается по сравнению с несущей способностью одиночной сваи, а в песках крупных и средней крупности — увеличивается.

Описанные следствия совместной работы свай в кустах принято называть кустовым эффектом. Кустовой эффект проявляется не только при вертикальных, но и при других видах нагрузок на фундаменты, например горизонтальных. Влияние кустового эффекта на работу свайных фундаментов сложно, иногда противоречиво и требует тщательного экспериментального изучения. Изменение начальных свойств грунтов при погружении свай, зависимость этих изменений от технологии устройства свайных фундаментов и используемого оборудования, взаимное влияние свай при их совместной работе в кустах, включение в ряде случаев в работу низкого ростверка и многое другое предопределили чрезвычайно сложный характер взаимодействия свай с грунтовым основанием. Поэтому для решения практических задач фундаментостроения действительные условия совместной работы свай и грунтового основания как единого комплекса заменяют расчетными схемами и моделями, содержащими различные упрощающие допущения и предпосылки.

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector