Что такое кустовой эффект в свайном фундаменте

Обновлено: 26.04.2024

Продолжительность "отдыха" сваи, после которого замеряется истинный или действительный отказы для песчаных грунтов, составляет 3-5 суток. В глинистых грунтах он больше: в супесях  5-10 суток, в суглинках  15-20 суток, в глинах  25-30 суток и более (см.Ф.14.33).

89. Какие расстояния рекомендуются между сваями в свайном фундаменте?

Расстояние между осями забивных висячих свай должно быть не менее 3d, где d  диаметр круглого или сторона квадратного сечения сваи. Максимальное расстояние обычно не превосходит 6d. Минимальное расстояние между сваями-стойками 1,5d. При редком расположении свай они начинают работать как одиночные, исчезает кустовой эффект. При одинаковой нагрузке осадка сваи в кусте превышает осадку одиночной сваи. В глинистых грунтах несущая способность сваи в кусте получается меньшей, чем у одиночной сваи.

90. Что такое "кустовой эффект" в свайном фундаменте?

Кустовой эффект  это взаимное влияние свай при небольшом расстоянии между ними. Работа свай в кусте отличается от работы одиночных свай. Осадка сваи в кусте превышает осадку одиночной сваи, поскольку сопротивляющиеся этому силы бокового трения полностью не мобилизуются.

91. Как определяется несущая способность сваи-стойки?

Несущая способность сваи-стойки определяется минимальным значением предельной нагрузки либо по прочности грунта под ее нижним концом, либо разрушением сваи по ее материалу. При низком ростверке сваи рассчитываются без учета их продольного изгиба. Сопротивление под нижним концом сваи, опирающейся на скальные и малосжимаемые грунты, принимается равным 20 МПа. У песчаных грунтов сопротивление под нижним концом зависит от крупности песчаных грунтов, их плотности, а также от глубины их нахождения. В глинистых грунтах это сопротивление зависит также от глубины и от показателя текучести I_L. Величина сопротивления дается на единицу площади поперечного сечения сваи.

92. Как определяется несущая способность висячей сваи?

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 A. 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.

Взаимодействие свай с окружающим грунтом носит сложный характер и зависит от процессов происходящих в грунте при изготовлении и при их работе под эксплуатационными нагрузками. 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 или изготовления свай и т.п..

Так при погружении забивной сваи (сплошной сваи) объем грунта равный объему сваи вытесняется вниз, вверх и в стороны, в результате чего грунт вокруг сваи уплотняется.

Но если свая забивается в плотные пески, может наблюдаться обратный эффект – разуплотнение грунта.

Учитывая явление уплотнения грунта, рекомендуют во всех случаях, а в плотных грунтах особенно, забивку вести от середины свайного поля к его периметру. Если это правило не соблюдается, средние сваи из-за сильного уплотнения грунта не всегда удается погрузить до заданной глубины.

Но если брать расстояние между сваями в свайном фундаменте >6d, то это приведет к огромным размерам ростверков, поэтому принято сваи забивать на расстоянии друг от друга равном 3d.

Но изменение напряженного состояния и плотности в грунтах при забивке свай могут носить и временный характер, т.е. грунт может обладать временным сопротивлением погружению сваи.

Скорость погружения сваи принято характеризовать величиной ее погружения от одного удара, называемой отказом сваи.

По величине отказа, который замеряется при достижении сваи проектной отметки, можно судить о ее сопротивлении, поскольку, чем меньше отказ, тем, очевидно, больше несущая способность сваи.

При забивке свай в маловлажные пески плотные и средней плотности под нижним концом образуется переуплотненная зона, препятствующая дальнейшему погружению сваи вплоть до нулевого значения отказа, и дальнейшая попытка забить сваю может привести к разрушению ее ствола. Но оставив эту сваю в покое, через некоторое время в результате релаксации напряжений сопротивление грунта под нижним концом сваи снизится и можно снова продолжить ее забивку до проектной отметки.

Описанное явление носит название ложного отказа. Время, необходимое для релаксации напряжений называется отдыхом свай (3…5 суток в песчаных грунтах, до 30 часов в глинах), а отказ определенный после отдыха свай и характеризующий ее действительную несущую способность – действительным отказом.

При забивке свай в глинистые грунты часть связной воды переходит в свободную, грунт на контакте со сваей разжижается (тиксотропное разжижение) и сопротивление погружению сваи наоборот – снижается, происходит так называемое засасывание сваи. Здесь также, если прекратить забивку, то через некоторое время структура грунта восстановится, и несущая способность сваи значительно возрастет.

Процессы происходящие в грунте при работе свай под нагрузкой. Не менее сложны, особенно в случае висячих свай.

Т.к. вертикальная нагрузка, воспринимаемая сваей перераспределяется на грунт по боковой поверхности и под нижним концом, в окружающем грунте возникает напряженная зона, имеющая сложное криволинейное очертание (рис. 11.10а).

Рис.11.10. Схемы передачи нагрузки на грунт основания:

а – одиночной сваей; б – группой свай

Эпюра вертикальных нормальных напряжений σ_z на уровне нижнего конца свай имеет выпуклую форму. Принято считать, что напряжения σ_z распределяются по площади, равной основанию конуса, образующая которого составляет со сваей угол α, зависящий от сил трения грунта по ее боковой поверхности.

Вследствие этих причин при одинаковой погрузке осадка сваи куста при совместной работе будет всегда превышать осадку одиночной сваи.

Что касается несущей способности куста свай, то с одной стороны, уплотнение межсвайного пространства при забивке свай, приводит к ее увеличению, а с другой – осадка свай за счет наложения зон напряжений приводит к ее уменьшению. Что в итоге больше скажется на несущую способность сваи куста зависит от многих условий и не всегда легко прогнозируется. Но опыт показывает, что в глинистых грунтах, а также в пылеватых и мелких песках несущая способность сваи в кусте, как правило, уменьшается по сравнению с несущей способностью одиночной сваи, а в песках средней крупности и крупных песках – увеличивается.

Описанные следствия совместной работы свай в кусте принято называть кустовым эффектом. Изучение его влияния очень сложно и противоречиво и требует постановки экспериментов.

Раз уже сегодня геологи собрались в разделе "Разное", попробую воспользоваться моментом
Ситуация такая: сдали проект на экспертизу - 20эт. дом на 24-метровых сваях. такие длинные сваи для опирания на алевролит низкой прочности (ГОСТ их относит к группе полускальных грунтов, геология дает R=3,75 МПа) и пытаемся представить эти сваи как сваи-стойки )
Поэтому расстояния между сваями конечно взяли меньше 3d, порядка 600. 700 мм.
Фундаменты не я проектировал, но мне теперь по ним отдуваться
Экспертиза утверждает, что сваи висячие и необходимо увеличить расстояние между ними. Формально они видимо правы. НО помнится, что при близком расположении висячих свай всего лишь снижается их несущая способность из-за взаимного влияния, а вот формулу, которая это учитывает никак не могу найти.. может кто подскажет?

Спасибо, Шмидт! я просмотрел эту тему. 72persent задался точно таким же вопросом, что и я, но по-моему ничего по теме ему так не ответили

mainevent100, такой формулы нет, по этому соблюдаем требования нормативов.

Олег, Вы не правы! фомула была выведена на основании экспериментальных данных (см. Ухов, параграф 11.5), в ней используются коэффициенты снижения несущей способности сваи, а вот сами коэффициенты не приведены ((
Так что вопрос пока остается открытым!

2.2. По условиям взаимодействия с грунтом сваи следует подразделять на сваи-стойки и висячие.
К сваям-стойкам надлежит относить сваи всех видов, опирающиеся на скальные грунты, а забивные сваи, кроме того, на малосжимаемые грунты.
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 Е > 50000 кПа (500 кгс/см2).
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.
7.9. Расстояние между осями забивных висячих свай без уширений в плоскости их нижних концов должно быть не менее 3d (где d — или диаметр круглого, или сторона квадратного, или большая сторона прямоугольного поперечного сечения ствола сваи), а свай-стоек — не менее 1,5 d.
Расстояние в свету между стволами буровых, набивных свай и свай-оболочек, а также скважинами свай-столбов должно быть не менее 1,0 м; расстояние в свету между уширениями при устройстве их в твердых и полутвердых пылевато-глинистых грунтах — 0,5 м, в других нескальных грунтах — 1,0м.
Расстояние между наклонными или между наклонными и вертикальными сваями в уровне подошвы ростверка следует принимать исходя из конструктивных особенностей фундаментов и обеспечения их надежности заглубления в грунт, армирования и бетонирования ростверка.

Экспертиза утверждает, что сваи висячие и необходимо увеличить расстояние между ними. Формально они видимо правы

Они правы и не формально. Коррекция расстояния между сваями введена не из-за несущей способности, а из-за технологии выполнения. Вы как сваи изготавливаете?
ps Хотя конечно для забивных не 3d, а 2.2. 2.7d в зависимости от типа грунта, но правило есть правило и оно, как ни странно, действует ни только у нас.

НО помнится, что при близком расположении висячих свай всего лишь снижается их несущая способность из-за взаимного влияния, а вот формулу, которая это учитывает никак не могу найти.. может кто подскажет?

А кустовой начинается менее 6d, тогда как быть с вашими (или ихними) 3d?
Бывает и наоборот, чем ближе сваи тем лучше, но это особые условия (в рыхлых песках). Формул таких много, но они не нормированы. Поэтому не забивайте себе мозги.

Олег, Вы не правы! формула была выведена на основании экспериментальных данных (см. Ухов, параграф 11.5)

Что там Ухов пишет не помню, но раз МГСУ наверно ссылка на Кудинова? Еще раз повторяю, таких формул много, но оставьте их для науки (ей позволено ошибаться). Поэтому Ухов и прав, что не дает пояснений.

mainevent100, такой формулы нет, по этому соблюдаем требования нормативов.

Олег, Вы не правы! формула была выведена на основании экспериментальных данных (см. Ухов, параграф 11.5)

Расстояние между осями забивных висячих свай должно быть не менее 3d, где d - диаметр круглого или сторона квадратного сечения сваи. Максимальное расстояние обычно не превосходит 6d. Минимальное расстояние между сваями-стойками 1,5d. При редком расположении свай они начинают работать как одиночные, исчезает кустовой эффект. При одинаковой нагрузке осадка сваи в кусте превышает осадку одиночной сваи. В глинистых грунтах несущая способность сваи в кусте получается меньшей, чем у одиночной сваи.

Что такое “кустовой эффект” в свайном фундаменте?

Кустовой эффект - это взаимное влияние свай при небольшом расстоянии между ними. Работа свай в кусте отличается от работы одиночных свай. Осадка сваи в кусте превышает осадку одиночной сваи, поскольку сопротивляющиеся этому силы бокового трения полностью не мобилизуются.

Как выбрать несущий слой грунта?

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.

35. Проектирование центрально нагруженных свайных фундаментов под колонны. Проектирование свайных фундаментов под стены.

Глубину заложения подошвы ростверка выбирают, сообразуясь с особенностями сооружения.

Тип и вид свай выбирают, исходя из характера напластования грунтов, в зависимости от оборудования и опыта устройства свайных фундаментов, имеющегося у строительной организации.

Размеры свай также выбирают с учетом характера напластования грунтов.

Число свай в фундаменте устанавливают исходя из допущения, что ростверк осуществляет равномерное распределение нагрузки на свайный куст или свайный ряд под стену. Расчет ведут по первой группе предельных состояний.

где γ_k— коэффициент надежности, принимаемый равным 1,2 при статических испытаниях свай, 1,25 — при статическом зондировании, испытании эталонной сваи и динамическом испытании с учетом упругих деформаций и 1,4 — при определении F_d расчетом или динамическим методом без учета упругих деформаций; N_o — расчетная нагрузка, действующая по обрезу фундамента; a —шаг свай; d — глубина заложения подошвы ростверка; γ_m - средний удельный вес материала ростверка, фундамента и грунта.

Зная число свай, их размещают в плане и конструируют ростверк. В центрально нагруженном свайном фундаменте сваи располагают рядами или в шахматном порядке.

Ростверк (обычно железобетонный) рассчитывают на продавливание колонной или сваей и на изгиб (при значительном его развитии в плане) в соответствии с расчетом фундаментов пo нормам на железобетонные конструкции.

Сваи, работающие только на сжатие, заделывают в ростверке обычно на глубину 5. 10 см. Сборные ростверки при возможности контроля допускается устанавливать непосредственно на головы свай на растворе. Сваи, работающие на выдергивание или изгиб, следует прочно заделывать в ростверк. Для этого бетон головы свай разбивают и обнаженную арматуру заделывают в ростверк.

Читайте также: