Свайные фундаменты с промежуточной подушкой

Обновлено: 05.05.2024

1 РАЗРАБОТАН Государственным федеральным унитарным предприятием "Научно-исследовательский, проектно-изыскательский и конструкторско-технологический институт оснований и подземных сооружений им. Н.М.Герсеванова" (НИИОСП) Госстроя России

ВНЕСЕН Управлением технического нормирования, стандартизации и сертификации в строительстве и ЖКХ Госстроя России

ВНЕСЕНА поправка, опубликованная в Информационном Бюллетене о нормативной, методической и типовой проектной документации N 5, 2005 г.

Свод правил по проектированию и устройству свайных фундаментов разработан в развитие обязательных положений и требований СНиП 2.02.03-85 и СНиП 3.02.01-87.

Свод правил устанавливает требования к проектированию и устройству различных типов свай в различных инженерно-геологических условиях и для различных видов строительства.

Разработан ГУП НИИОСП им. Герсеванова (д-р техн. наук В.А.Ильичев - руководитель темы; доктора техн. наук: Б.В.Бахолдин, В.П.Петрухин, Е.А.Сорочан, Л.Р.Ставницер; кандидаты техн. наук: Ю.А.Багдасаров, A.M.Дзагов, Х.А.Джантимиров, В.Г.Буданов, О.И.Игнатова, В.Е.Конаш, Л.Г.Мариупольский, В.В.Михеев, Ю.Г.Трофименков, В.Г.Федоровский, П.И.Ястребов).

1 ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ

Настоящий Свод правил (СП) распространяется на свайные фундаменты вновь строящихся и реконструируемых зданий и сооружений.

СП не распространяется на проектирование и устройство свайных фундаментов зданий и сооружений, возводимых на вечномерзлых грунтах, свайных фундаментов машин с динамическими нагрузками, а также опор морских нефтепромысловых и других сооружений, возводимых на континентальном шельфе при глубине погружения опор более 35 м.

Свайные фундаменты зданий и сооружений, возводимых в районах с наличием или возможностью развития опасных геологических процессов (карстов, оползней и т.п.), следует проектировать с учетом дополнительных требований соответствующих нормативных документов, утвержденных или согласованных Госстроем России.

Свайные фундаменты с промежуточной подушкой применяются в сейсмических районах в тех же грунтовых условиях, в каких применяются обычные свайные фундаменты. Следует отметить, что оба эти типа фундаментов конкурентоспособны между собой и должны применяться на основании технико-экономического обоснования.

Свайные фундаменты с промежуточной подушкой часто могут оказаться экономически более целесообразными, чем традиционные свайные фундаменты. Для того чтобы свайные фундаменты с промежуточной подушкой обеспечивали восприятие и распределение сейсмических нагрузок требуемым образом, необходимы определенные соотношения между размерами свай, оголовков и промежуточной подушки. В связи с этим толщина промежуточной подушки над оголовками свай назначается в зависимости от расчетной нагрузки, приходящейся на одну сваю, и составляет 40 см при нагрузках до 600 кН и 60 см при нагрузках более 600 кН. Размеры промежуточной подушки в плане должны быть больше размеров фундаментного блока не менее чем на 30 см в каждую сторону. Размеры фундаментного блока в плане, должны быть не менее размеров свайного куста по наружным граням оголовков. Независимо от формы поперечного сечения сваи оголовки могут приниматься квадратной формы в плане, при этом длина стороны оголовка должна находиться в пределах

где а — длина стороны оголовка, см; b_p — диаметр круглого, или длина стороны квадратного, или длина большей стороны прямоугольного поперечного сечения ствола сваи, см; l_i — расстояние между осями свай, см.

Толщина железобетонного оголовка над плоскостью торца сваи должна быть не менее a – b_p .

Порядок устройства этих фундаментов может быть принят следующим: сначала разрабатывают котлован (приямки, траншеи), в который погружают забивные сваи или в котором изготовляют набивные сваи. Затем бетонируют оголовки. После того, как бетон оголовков наберет достаточную прочность, отсыпают промежуточную подушку с послойным уплотнением: первый слой отсыпают таким образом, чтобы его толщина над оголовками составляла 20 см, толщина следующих слоев должна быть не более 10–15 см. Когда подушка отсыпана до проектной отметки, на ней устраивается монолитный или сборный фундаментный блок.

Требования по контролю плотности промежуточной подушки являются важными и следует подчеркнуть, что их необходимо строго выдерживать. Промежуточная подушка является существенным элементом рассматриваемой конструкции свайного фундамента, она воспринимает и передает значительные нагрузки и в процессе эксплуатации может подвергаться действию разнообразных факторов (например, динамические нагрузки, подземные воды и пр.). Следовательно, прочность подушки должна быть достаточно высокой, в связи с чем ее необходимо уплотнять до максимально возможного значения плотности для принятого материала подушки. При расчете по первому предельному состоянию следует выполнять обычное условие, в соответствии с которым несущая способность фундамента должна быть не меньше действующей на него нагрузки (как при основном, так и при особом сочетании нагрузок).

Поскольку значительные горизонтальные сейсмические нагрузки на сваи не передаются, то и расчет сваи на воздействие горизонтальных сил не производится. Расчет рассматриваемых фундаментов на сейсмические нагрузки сводится к проверке здания на сдвиг по подошве фундаментного блока, при этом коэффициент трения бетона по поверхности промежуточной подушки принимается равным 0,4, а коэффициент запаса на сдвиг — не менее 1,2. Кроме того, необходимо произвести проверку общей устойчивости на опрокидывание относительно фундаментного блока. При воздействии моментных нагрузок на фундамент необходимо, чтобы расстояние от края подошвы блока до нулевой ординаты треугольной эпюры давления сжатия не превышало 1/3 ширины подошвы в направлении действия момента. При расчете свайных фундаментов с промежуточной подушкой рекомендуется среднее давление на контакте промежуточной подушки и сваи (отношение расчетной нагрузки, приходящейся на одну сваю, к площади ее контакта с промежуточной подушкой) назначать таким, чтобы оно не превосходило 2,5 МПа. В необходимых случаях для увеличения площади контакта, т.е. уменьшения среднего давления, следует устраивать на сваях железобетонные оголовки. Расчет оголовков выполняется на действие равномерно распределенной нагрузки, равной среднему давлению на контакте с промежуточной подушкой.

Фундаментный блок рассчитывается как ростверк свайного фундамента, при этом предполагается, что подошва блока опирается непосредственно на сваи.

Свайные фундаменты с промежуточной подушкой, кроме того, должны отвечать требованиям расчета по деформациям при основном сочетании нагрузок. Осадка фундаментного блока под нагрузкой определяется как сумма осадок промежуточной подушки s_t и свайного куста s_p :

при этом осадка свайного куста определяется в соответствии с указаниями гл. 8 Справочника, а осадка промежуточной подушки — по формуле

где N n _p — нормативная вертикальная нагрузка, действующая на фундамент на уровне низа промежуточной подушки при основном сочетании нагрузок; h_t — толщина промежуточной подушки над оголовками свай; ΣA_h — площадь всех оголовков свай; Е — модуль деформации уплотненной промежуточной подушки, в зависимости от материала подушки принимаемый равным: для песка средней крупности 15 МПа, для крупного песка и известкового щебня 20 МПа, для гранитного щебня 40 МПа; и случае применения других материалов значение Е можно принимать равным половине значения модуля деформации, определенного в приборе трехосного сжатия.

Пример 12.9. Требуется рассчитать свайный фундамент с промежуточной подушкой под колонну производственного здания, возводимого на площадке с расчетной сейсмичностью 8 баллов. Расчетные нагрузки, действующие по верхнему обрезу фундамента, составляют: при основном сочетании N = 1900 кН; M = 120 кН·м; F_h = 80 кН; при особом сочетании N = 1600 кН; M = 300 кН·м; F_h = 200 кН. С поверхности до глубины 7 м залегает слой мягкопластичного суглинка ( I_L = 0,6), подстилаемый крупными плотными песками.

Сваи забивные железобетонные сечением 30×30 см и длиной 8 м. Несущая способность свай с учетом дополнительного коэффициента условий работы (промежуточная подушки подстилается суглинком с I_L = 0,6 < 0,75), составляет 1050 кН.

Решение. Нагрузка, допускаемая на сваю 1050/1,4 = 750 кН.

Принимаем куст из четырех свай с расстоянием между осями свай 0,9 м. Для вычисления собственного веса фундамента назначаем размер подошвы фундаментного блока 1,5×1,5 м, его высоту 1,2 м, толщину промежуточной подушки 0,6 м. Тогда вертикальная нагрузка на фундамент и момент на уровне подошвы фундаментного блока при особом сочетании соответственно составляют: N = 1703 кН; M = 540 кН·м.

Расчетную нагрузку на сваю определяем но формуле (26) СНиП II-17-77:

;

N'_max = 725 кН; N'_min = 125 кН > 0.

Таким образом, максимальная погрузка на само меньше расчетной допускаемой, а минимальная нагрузка положительна, т.е. отрыва подошвы не происходит.

Площадь оголовка в плане должка быть не менее N'_max /2500 = 725/2500 = 0,29 м 2 = 2900 см 2 . Принимаем квадратные оголовки с длиной стороны a = 55 см и площадью 3025 см 2 > 2900 см 2 , в этом случае удовлетворяется условие (12.106). Площадь оголовка на всех четырех сваях составляет ΣA_h = 3025·4 = 12 100 см 2 .

Толщину оголовка над плоскостью торца сваи принимаем равной 30 см, что больше, чем a – b = 55 – 20 = 25 см. Свая заводится в оголовок на 10 см.

Толщину промежуточной подушки оставляем равной 60 см, поскольку вертикальная нагрузка, приходящаяся на сваю, больше 600 кН. Подушка выполняется из известкового щебня фракции 20—40 мм с модулем деформации E = 20 МПа. Конструктивная схема фундамента показана на рис. 12.17.

1 — фундаментный блок; 2 — промежуточная подушка; 3 — железобетонный оголовок; 4 — железобетонная свая; 5 — дно котлована

Проверяем фундамент на сдвиг по подошве фундаментного блока. Сдвигающая нагрузка равна 200 кН. удерживающая сила при коэффициенте трения между фундаментным блоком и подушкой, равном 0,4 составляет 1600·0,4 = 640 кН. Коэффициент запаса на сдвиг определяется как отношение удерживающего и сдвигающего усилий, т.е. 640/200 = 3,2 > 1,2.

Для расчета по деформациям выделяем нормативную вертикальную нагрузку при основном сочетании учетом собственного веса фундамента, равного 103 кН. принимаем осредненный коэффициент перехода к нормативным нагрузкам, равным 1,15:

N_n = (1900 + 103)/1,15 = 1740 кН.

Осадку промежуточной подушки определяем по формуле (12.107):

= 0,043 м = 4,3 см.

Осадка свайного куста составляет s_p = 2,9 см. Общая осадка фундамента s = 4,3 + 2,9 = 7,2 см, что меньше допустимой для данного типа зданий осадки, равной 8 см.

Аннотация научной статьи по строительству и архитектуре, автор научной работы — Ткачев И.Г.

В настоящей статье рассмотрен пример реализации свайно-плитного фундамента с промежуточной подушкой из забивных свай для многоэтажного здания, возведенного на слабых глинистых грунтах в сейсмическом районе. Приведены методы расчета и конструирования фундамента , а также обоснована его высокая эффективность.

Текст научной работы на тему «ПРАКТИЧЕСКИЙ ОПЫТ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ СВАЙНО-ПЛИТНОГО ФУНДАМЕНТА ИЗ ЗАБИВНЫХ СВАЙ С ПРОМЕЖУТОЧНОЙ ПОДУШКОЙ»

ПРАКТИЧЕСКИЙ ОПЫТ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ СВАЙНО-ПЛИТНОГО ФУНДАМЕНТА ИЗ ЗАБИВНЫХ СВАЙ С ПРОМЕЖУТОЧНОЙ ПОДУШКОЙ

Аспирант, кафедра оснований и фундаментов, Кубанский государственный аграрный университет имени И. Т. Трубилина

В настоящей статье рассмотрен пример реализации свайно-плитного фундамента с промежуточной подушкой из забивных свай для многоэтажного здания, возведенного на слабых глинистых грунтах в сейсмическом районе. Приведены методы расчета и конструирования фундамента, а также обоснована его высокая эффективность.

Ключевые слова: свая, фундамент, свайно-плитный фундамент с промежуточной подушкой, слабый грунт.

Keywords: pile, foundation, pile-raft foundation with intermediate layer, soft soil.

Рис. 1 - Визуализация генерального плана застройки жилого комплекса

Решая задачу по поиску рационального типа фундаментов для группы 10-этажных жилых домов, возведённых в Тахтамукайском районе республики Адыгея (Ошибка! Источник ссылки не найден.), были проанализированы данные инженерно-геологических изысканий, а также условия территориального расположения исследуемого жилого комплекса.

Застройка квартала состоит из одиннадцати блоков, которые в свою очередь насчитывают от одной до трех монолитных железобетонных секций.

Площадка строительства жилого комплекса располагается в пгт. Яблоновский. В геоморфологическом отношении участок приурочен к III правобережной надпойменной террасе р. Кубань.

Территория участка строительства сложена четвертичными техногенными и аллювиальными отложениями, изученными до глубин 20,0 м. Сейсмичность является основным фактором, осложняющим строительство. Для сооружений нормального уровня ответственности по СП 14.13330.2011 [1], (карта ОСР-97-А) и по ТСН 22-301-2002 [2] фоновая сейсмичность пгт. Яблоновский для объектов нормального уровня ответственности составляет 8 баллов.

Здание представляет собой монолитный железобетонный каркас с несущими продольными и поперечными стенами высотой 30,3м. Фундаментная часть здания представлена в виде фундаментной плиты высотой 500мм. Нагрузка, передаваемая основанию десятиэтажным зданием, составляет 200-250кПа.

Первоначально был рассмотрен вариант плитного фундамента на естественном основании [6]. Для всех жилых домов были выполнены расчеты деформаций по нормативной методике, описанной в СП 22.13330.2011 [3]. В ходе данных расчетов было установлено, что

прогнозируемая осадка блоков составит от 16,5 до 22 см, что значительно превышает нормативный максимум.

Для проверки влияние слоев мягкопластичных глин в пределах сжимаемой толщи на

деформируемость системы были проведены пространственные расчеты в MIDAS GTS

NX [7]. Результаты вычислений (

Рис. ) подтвердили аналитический расчет осадки методом послойного суммирования. В такой ситуации требуется переход на свайный вариант фундаментов для данного здания, при этом необходимо выполнить подбор вида и геометрических характеристик свай [10].

Рис. 2— Результаты расчетов осадки плитного фундамента трехсекционного жилого

дома в ПК MIDAS GTS NX

Инженерно-геологические условия площадки строительства и физико-механические характеристики грунтов сведены в таблице Таблица .

Физико-механические свойства грунтов площадки строительства многоэтажных жилых домов в пгт. Яблоновский, Республика Адыгея

№ п\п Полное наименование грунта Мощность, м Плотность р, г/см3 Угол внут. трения ф, град Сцепление С, кПа Модуль общей деформации Е, МПа

1 Супесь пластичная 2,0 - 2,6 1,9 28 13 7,9

2 Песок пылеватый, средней плотности, разжижаемый 1,5 - 4,6 1,96 28 - 17,8

3 Песок мелкий, средней плотности 6,2- 7,4 1,98 31 - 24,6

4 Песок мелкий, плотный 1 - 1,5 2,03 34 - 31,7

5 Песок средней крупности, плотный более 3,2 2,06 36 - 39,8

5а Песок средней крупности, средней плотности Более 2,5 2,05 35 - 37,3

6 Глина мягкопластичной консистенции 0,3 - 0,5 1,86 12 23 9,7

Первоначально для данного здания рассматривался свайный фундамент из забивных свай. Данный фундамент является наиболее технологичным и надежным в условиях отсутствия плотной городской застройки, где нет влияния динамических нагрузок при забивке свай на соседние здания и сооружения.

При подборе геометрических характеристик забивных свай учитывалась сейсмичность площадки строительства 8 баллов, снижающая расчетную несущую способность свай до 25%. Для достижения необходимой несущей способности свай их необходимо было выполнить составного сечения 350х350 мм и длиной 20 м с шагом по полю 5-6 диаметров. После расстановки свай в плане их общее количество составило 541 штук. Для проверки данного технического решения было проведено численного моделирование его работы в ПК МГОАБ КХ.

По результатам моделирования установлено, что использование свайного фундамента в таких грунтовых условиях обеспечивает нормативные требования по деформируемости основания (^тах^и), то есть по второй группе предельных состояний. Однако проанализировав результаты горизонтальных усилий в сваях выявлено, что их значения превышают прочность грунта окружающего сваю. Следовательно, при расчетной сейсмичности 8 баллов необходимо увеличить количество свай в основании исследуемого здания и расставлять их по более мелкой сетке в плане.

При пробном устройстве фундамента с шагом свай 3-4 ё установлено, что до проектной отметки при таком шаге элементов невозможно добить сваи, что связано с переуплотнением песчаных грунтов основания.

Учитывая вышеперечисленные трудности при устройстве фундаментов зданий, был выполнен поиск технического решения, обеспечивающего снижение горизонтальных усилий в сваях [11]. Данное решение заключается в разделении фундамента на две составляющие: фундаментную плиту и вертикально армированное основание, взаимодействующие между собой посредством промежуточной подушки (скользящего слоя) [8], что во много раз снижается влияние сейсмичности на техническое решение фундаментов.

Используя данный факт, было выполнено пространственное моделирование грунтового массива, вертикально армированного жесткими элементами. В качестве армирующих элементов приняты готовые железобетонные сваи сечением 350х350мм длиной 10м.

Снижение длины элементов обусловлено более полным использованием расчетной несущей способности свай (отсутствие горизонтальных нагрузок), а также уменьшением осевого расстояния между ними до 3-4 ё и расстановки в плане исключительно под несущими стенами здания. При такой расстановке требуемое количество свай составило 579 штук.

Рис.3 — Результаты пространственного моделирования вертикально-армированного основания плитного фундамента исследуемого жилого дома

Проанализировав результаты, выявлено, что деформации системы относительно первоначального варианта (плитного фундамента) снизились на 84%, а усилия, передаваемые на сваи, находятся в пределах, не превышающих расчетных значений. Переход к сваям длиной 10 м обеспечивается соблюдением требований двух групп предельных состояний, а показатели материалоемкости снижаются в 1,5 раза.

Результаты сравнения рассчитанных фундаментов на объекте трехсекционного 10-

этажного жилого дома

Тип фундамента Максимальная осадка, мм Сечение мм Длина, м >(1ХЭ1№ИС ' 11' 111 во свай, шт Кол-во пог. м Кол-во 3 материала, м

Свайный 77,7 350х350 20 5-6ё 541 10820 1325,45

промежуточной 131,8 350х350 10 579 5790 709,275

Анализ результатов расчётов в программном комплексе позволил выявить следующее:

1) Выбор рационального технического решения плитного фундамента высотного здания, вида свай, осевого расстояния между ними позволяют снизить стоимость фундамента с соблюдением требований обеих групп предельных состояний;

2) Использование щебёночной подушки между оголовками свай и фундаментной плитой толщиной порядка 0,4-0,6м позволяет компенсировать сейсмическое воздействие, а также распределить вертикальное давление от надземного сооружения на сваи более равномерно;

3) Установлено, что за счёт работы промежуточного слоя нагрузка на сваи снижается при вовлечении в работу плитной части фундамента. что подтверждается расчётами;

4) Выявлено, что вертикальными армирующими элементами не воспринимаются

горизонтальные усилия и изгибающие моменты, возникающие при сейсмическом

воздействии на фундаменты зданий;

5) Для всех жилых домов рассчитанная величина максимальных и неравномерных

деформаций основания оказалась ниже рекомендуемой действующими нормами.

1. СП 14.13330.2011. Строительство в сейсмических районах. Актуализированная редакция СНиП II-7-81*. - Москва, 2011. - 167 с.

2. ТСН 22-301-2002. Строительство в сейсмических районах Краснодарского края. - Краснодар, 2002.

3. СП 22.13330.2011. Основания зданий и сооружений. Актуализированная редакция СНиП 2.02.01-83*. - Москва, 2011

4. К. Ш. Шадунц, М. Б. Мариничев - К расчету зданий и сооружений на сложных, неравномерно сжимаемых основаниях // Основания, фундаменты и механика грунтов. - 2003. - № 2. - С. 7-10.

5. К.Ш. Шадунц, М.Б. Мариничев - Плитные фундаменты многоэтажных зданий на просадочных грунтах // Жилищное строительство. - 2003.- № 11. - С. 16-18.

7. Мариничев М.Б. Опыт реализации нестандартных методов проектирования и строительства фундаментов высотных зданий в сейсмических районах // Политематический сетевой электронный научный журнал Кубанского государственного аграрного университета (Научный журнал КубГАУ) [Электронный ресурс]. - Краснодар: КубГАУ, 2017. - №01(125). С. 623 - 657.

8. Патент РФ 2242563, 20.12.2004. Шадунц К.Ш., Мариничев М.Б., Угринов В.В. Способ подготовки основания резервуара // Патент России № 2242563. 2004

9. Мариничев М. Б. Эффективные фундаментные конструкции в сложных грунтовых условиях / М. Б. Мариничев, К. Ш. Шадунц, А. Ю. Маршалка // Промышленное и гражданское строительство.

- 2013. - № 2. - С. 34-36

10. Патент РФ 2321703, 10.04.2008. Шадунц К.Ш., Мариничев М.Б. Способ строительства свайно-плитного фундамента// Патент России № 2321703. 2008

В настоящей статье рассмотрен пример реализации свайно-плитного фундамента с промежуточной подушкой из забивных свай для многоэтажного здания, возведенного на слабых глинистых грунтах в сейсмическом районе. Приведены методы расчета и конструирования фундамента, а также обоснована его высокая эффективность.

Текст научной статьи

В любом крупном городе часто возникает необходимость освоения территорий, ранее считавшихся непригодными для строительства. К таким участкам можно с уверенностью отнести заболоченные, частично подтопляемые, а также участки со значительной толщей слабых и сильно сжимаемых грунтов [4]. В таких условиях особую роль играют фундаментные конструкции - их надежность оказывает большое влияние работу всего здания в целом [9]. Недоучет различных факторов при выборе типа фундамента может повлиять на работу грунтового массива, в связи с чем в основании фундамента высотного здания могут развиться значительные неравномерные деформации. С ростом высоты чувствительность конструкций здания и его инженерных систем к неравномерным осадкам возрастает [5]. Рис. 1 - Визуализация генерального плана застройки жилого комплекса Решая задачу по поиску рационального типа фундаментов для группы 10-этажных жилых домов, возведённых в Тахтамукайском районе республики Адыгея (рисунок 1), были проанализированы данные инженерно-геологических изысканий, а также условия территориального расположения исследуемого жилого комплекса. Застройка квартала состоит из одиннадцати блоков, которые в свою очередь насчитывают от одной до трех монолитных железобетонных секций. Площадка строительства жилого комплекса располагается в пгт. Яблоновский. В геоморфологическом отношении участок приурочен к III правобережной надпойменной террасе р. Кубань. Территория участка строительства сложена четвертичными техногенными и аллювиальными отложениями, изученными до глубин 20,0 м. Сейсмичность является основным фактором, осложняющим строительство. Для сооружений нормального уровня ответственности по СП 14.13330.2011 [1], (карта ОСР-97-А) и по ТСН 22-301-2002 [2] фоновая сейсмичность пгт. Яблоновский для объектов нормального уровня ответственности составляет 8 баллов. Здание представляет собой монолитный железобетонный каркас с несущими продольными и поперечными стенами высотой 30,3м. Фундаментная часть здания представлена в виде фундаментной плиты высотой 500мм. Нагрузка, передаваемая основанию десятиэтажным зданием, составляет 200-250кПа. Первоначально был рассмотрен вариант плитного фундамента на естественном основании [6]. Для всех жилых домов были выполнены расчеты деформаций по нормативной методике, описанной в СП 22.13330.2011 [3]. В ходе данных расчетов было установлено, что прогнозируемая осадка блоков составит от 16,5 до 22 см, что значительно превышает нормативный максимум. Для проверки влияние слоев мягкопластичных глин в пределах сжимаемой толщи на деформируемость системы были проведены пространственные расчеты в MIDAS GTS NX [7]. Результаты вычислений (рисунок 2) подтвердили аналитический расчет осадки методом послойного суммирования. В такой ситуации требуется переход на свайный вариант фундаментов для данного здания, при этом необходимо выполнить подбор вида и геометрических характеристик свай [10]. Рис. 2- Результаты расчетов осадки плитного фундамента трехсекционного жилого дома в ПК MIDAS GTS NX Инженерно-геологические условия площадки строительства и физико-механические характеристики грунтов сведены в таблице 1. Таблица 1 Физико-механические свойства грунтов площадки строительства многоэтажных жилых домов в пгт. Яблоновский, Республика Адыгея № п\п Полное наименование грунта Мощность, м Плотность ρ, г/см3 Угол внут. трения φ, град Сцепление С, кПа Модуль общей деформации Е, МПа 1 Супесь пластичная 2,0 - 2,6 1,9 28 13 7,9 2 Песок пылеватый, средней плотности, разжижаемый 1,5 - 4,6 1,96 28 - 17,8 3 Песок мелкий, средней плотности 6,2- 7,4 1,98 31 - 24,6 4 Песок мелкий, плотный 1 - 1,5 2,03 34 - 31,7 5 Песок средней крупности, плотный более 3,2 2,06 36 - 39,8 5а Песок средней крупности, средней плотности Более 2,5 2,05 35 - 37,3 6 Глина мягкопластичной консистенции 0,3 - 0,5 1,86 12 23 9,7 Первоначально для данного здания рассматривался свайный фундамент из забивных свай. Данный фундамент является наиболее технологичным и надежным в условиях отсутствия плотной городской застройки, где нет влияния динамических нагрузок при забивке свай на соседние здания и сооружения. При подборе геометрических характеристик забивных свай учитывалась сейсмичность площадки строительства 8 баллов, снижающая расчетную несущую способность свай до 25%. Для достижения необходимой несущей способности свай их необходимо было выполнить составного сечения 350х350 мм и длиной 20 м с шагом по полю 5-6 диаметров. После расстановки свай в плане их общее количество составило 541 штук. Для проверки данного технического решения было проведено численного моделирование его работы в ПК MIDAS NX. По результатам моделирования установлено, что использование свайного фундамента в таких грунтовых условиях обеспечивает нормативные требования по деформируемости основания (Smax˂Su), то есть по второй группе предельных состояний. Однако проанализировав результаты горизонтальных усилий в сваях выявлено, что их значения превышают прочность грунта окружающего сваю. Следовательно, при расчетной сейсмичности 8 баллов необходимо увеличить количество свай в основании исследуемого здания и расставлять их по более мелкой сетке в плане. При пробном устройстве фундамента с шагом свай 3-4 d установлено, что до проектной отметки при таком шаге элементов невозможно добить сваи, что связано с переуплотнением песчаных грунтов основания. Учитывая вышеперечисленные трудности при устройстве фундаментов зданий, был выполнен поиск технического решения, обеспечивающего снижение горизонтальных усилий в сваях [11]. Данное решение заключается в разделении фундамента на две составляющие: фундаментную плиту и вертикально армированное основание, взаимодействующие между собой посредством промежуточной подушки (скользящего слоя) [8], что во много раз снижается влияние сейсмичности на техническое решение фундаментов. Используя данный факт, было выполнено пространственное моделирование грунтового массива, вертикально армированного жесткими элементами. В качестве армирующих элементов приняты готовые железобетонные сваи сечением 350х350мм длиной 10м. Снижение длины элементов обусловлено более полным использованием расчетной несущей способности свай (отсутствие горизонтальных нагрузок), а также уменьшением осевого расстояния между ними до 3-4 d и расстановки в плане исключительно под несущими стенами здания. При такой расстановке требуемое количество свай составило 579 штук. Рис.3 - Результаты пространственного моделирования вертикально-армированного основания плитного фундамента исследуемого жилого дома Проанализировав результаты, выявлено, что деформации системы относительно первоначального варианта (плитного фундамента) снизились на 84%, а усилия, передаваемые на сваи, находятся в пределах, не превышающих расчетных значений. Переход к сваям длиной 10 м обеспечивается соблюдением требований двух групп предельных состояний, а показатели материалоемкости снижаются в 1,5 раза. Таблица 2 Результаты сравнения рассчитанных фундаментов на объекте трехсекционного 10-этажного жилого дома Тип фундамента Максимальная осадка, мм Сваи Кол-во свай, шт Кол-во пог. м Кол-во материала, м3 Сечение, мм Длина, м Шаг, диаметров Плитный 247,4 - - - - - - Свайный 77,7 350х350 20 5-6d 541 10820 1325,45 Свайный с промежуточной подушкой 131,8 350х350 10 3-4d 579 5790 709,275 Анализ результатов расчётов в программном комплексе позволил выявить следующее: 1) Выбор рационального технического решения плитного фундамента высотного здания, вида свай, осевого расстояния между ними позволяют снизить стоимость фундамента с соблюдением требований обеих групп предельных состояний; 2) Использование щебёночной подушки между оголовками свай и фундаментной плитой толщиной порядка 0,4-0,6м позволяет компенсировать сейсмическое воздействие, а также распределить вертикальное давление от надземного сооружения на сваи более равномерно; 3) Установлено, что за счёт работы промежуточного слоя нагрузка на сваи снижается при вовлечении в работу плитной части фундамента. что подтверждается расчётами; 4) Выявлено, что вертикальными армирующими элементами не воспринимаются горизонтальные усилия и изгибающие моменты, возникающие при сейсмическом воздействии на фундаменты зданий; 5) Для всех жилых домов рассчитанная величина максимальных и неравномерных деформаций основания оказалась ниже рекомендуемой действующими нормами.

13.1 Свайные фундаменты зданий и сооружений, возводимых на закарстованных территориях, должны проектироваться с учетом возможности образования поверхностных карстовых деформаций - провалов и оседаний, а также особенностей развития карстовых процессов.

13.2 Прогнозируемые параметры карстовых деформаций и их поверхностных проявлений определяют расчетом на основе анализа инженерно-геологических и гидрогеологических условий и их возможных изменений за время эксплуатации сооружений с привлечением специализированных организаций.

13.3 Объемы инженерно-геологических изысканий на закарстованных территориях должны назначаться в соответствии с требованиями СП 22.13330 на основании предварительной оценки по архивным данным степени карстовой опасности. Должно быть предусмотрено выполнение не менее двух скважин, вскрывающих карстующиеся грунты на глубину, назначаемую в зависимости от степени их закарстованности, гидрологических и гидрогеологических условий, но не менее чем на 5 м.

13.4 При изысканиях должны быть получены сведения о поверхностных проявлениях карстово-суффозионных процессов (провалы, оседания земной поверхности) как на момент проведения изысканий, так и на основании имеющихся архивных данных, а также сведения о зафиксированных в ходе бурения провалах инструмента, выявленных полостях, кавернах, наличии в них заполнителя, осуществлено районирование площадки строительства и установлена категория суффозионно-карстовой ее опасности.

13.5 В результате выполненных инженерно-геологических исследований должны быть выявлены сформировавшиеся карстовые формы и проявления, установлена степень опасности воздействия карста на вновь возводимые или реконструируемые сооружения и составлен прогноз развития карста на период строительства и дальнейшей эксплуатации.

13.6 На закарстованных территориях висячие сваи могут применяться только при необходимости прорезки в верхних слоях основания насыпных, органоминеральных и других слабых грунтов. При этом следует принимать плитные или перекрестно-ленточные ростверки, объединяющие сваи. Узел сопряжения свай с ростверком должен предусматривать возможность их выскальзывания, чтобы исключить дополнительное нагружение основания и конструкций сооружения зависающими сваями, находящимися на участке образовавшегося провала.

13.7 При неглубоком залегании карстующихся грунтов следует применять сваи, прорезающие эти грунты. В этом случае при расчете свай и монолитных ростверков необходимо учитывать дополнительные негативные усилия, возникающие на боковой их поверхности из-за перемещения грунтов надкарстовой толщи.

13.8 Основным параметром при проектировании свайных фундаментов при карстовых провалах является расчетный диаметр карстового провала. Его определение производят по данным физико-механических характеристик грунтов основания с учетом нагрузки, передаваемой от сооружения на основание.

13.9 При проектировании положение возможных карстовых провалов под сооружением принимают исходя из наиболее неблагоприятного их влияния на работу сооружения. При этом обязательным является расчетное положение провала под колоннами, пересечениями стен, углами сооружений, в середине большей и меньшей сторон.

13.10 При карстовых деформациях в виде оседания поверхности допускается применять методику расчета сооружений на подрабатываемых территориях согласно разделу 11, с учетом прогнозируемых карстовых деформаций.

13.11 Расчет свайных фундаментов, возводимых на закарстованных территориях, должен производиться с соблюдением требований раздела 7; при наличии на участке строительства грунтов со специфическими свойствами (просадочных, набухающих и пр.) с учетом требований раздела 9 и 10, а в сейсмических районах - с учетом требований раздела 12.

13.12 При проектировании сооружений на закарстованных территориях необходимо предусматривать проведение геотехнического мониторинга по СП 22.13330 в процессе строительства, а в случае необходимости - карстомониторинга в процессе эксплуатации объекта.

14.1 Для свайных фундаментов опор воздушных линий электропередачи (ЛЭП) и открытых распределительных устройств (ОРУ) подстанций применяют различные виды свай (раздел 6). Для свайных фундаментов опор ЛЭП не допускается применение булавовидных, пирамидальных и ромбовидных свай.

14.2 Глубина погружения свай в грунт, воспринимающих выдергивающие или горизонтальные нагрузки, должна быть не менее 4,0 м, а для фундаментов деревянных опор - не менее 3,0 м.

Примечание - Деревянные сваи для фундаментов деревянных опор допускается применять независимо от наличия и положения уровня подземных вод. При этом в зоне переменной влажности необходимо предусматривать усиленную защиту древесины от гниения.

14.3 Несущую способность забивных висячих и набивных и буровых свай, работающих на сжимающую нагрузку, следует определять соответственно по формулам (7.8) и (7.11) с учетом указаний, приведенных в 14.5 и 14.6; при этом коэффициент условий работы в формулах (7.8) и (7.11) следует принимать: для нормальных промежуточных опор 1,2, а в остальных случаях 1,0.

14.4 Несущую способность забивных и набивных свай, работающих на выдергивание, следует определять по формулам (7.10) и (7.14) с учетом дополнительных указаний, приведенных в 14.5-14.7; при этом коэффициент условий работы в формулах (7.10) и (7.14) следует принимать для опор:

нормальных промежуточных	1,2
анкерных и угловых	1,0
больших переходов:
если удерживающая сила веса свай и ростверка равна расчетной выдергивающей нагрузке	1,0
если удерживающая сила составляет 65% и менее расчетной выдергивающей нагрузки	0,6
в остальных случаях	по интерполяции.

14.5 Расчетные сопротивления грунта под нижним концом забивных свай R и расчетные сопротивления на боковой поверхности забивных свай в фундаментах опор воздушных линий электропередачи принимают по таблицам 7.2 и 7.3, при этом в фундаментах нормальных опор расчетные значения для глинистых грунтов при их показателе текучести следует повышать на 25%.

14.6 Расчетные сопротивления грунта на боковой поверхности забивных свай, вычисленные в соответствии с требованиями 14.5, должны быть умножены на дополнительные коэффициенты условий работы , приведенные в таблице 14.1.

14.7 При расчете на выдергивающие нагрузки сваи, работающей в свайном кусте из четырех свай и менее, расчетную несущую способность сваи следует уменьшить на 20%.

14.8 Для свай, воспринимающих выдергивающие нагрузки, допускается предусматривать погружение их в лидерные скважины, при этом разница между поперечным размером сваи и диаметром лидерной скважины должна быть не менее 0,15 м.

Читайте также:

Свайные фундаменты с промежуточной подушкой

1 ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ

Аннотация научной статьи по строительству и архитектуре, автор научной работы — Ткачев И.Г.

Похожие темы научных работ по строительству и архитектуре , автор научной работы — Ткачев И.Г.

Текст научной работы на тему «ПРАКТИЧЕСКИЙ ОПЫТ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ СВАЙНО-ПЛИТНОГО ФУНДАМЕНТА ИЗ ЗАБИВНЫХ СВАЙ С ПРОМЕЖУТОЧНОЙ ПОДУШКОЙ»

Текст научной статьи