Расчет основании из висячих свай на вертикальную нагрузку производится по двум методам: методом одиночно стоящих сваи и методом определения напряжений на грунт в плоскости острия свай в зависимости от расстояния между осями свай.

              Расчет основании из висячих свай методом одиночных свай и методом определения напряжений на грунт Расчет свайных оснований методом одиночных свай Расчет свайных оснований методом определения напряжений на грунт                  Расчет основании из висячих свай на вертикальную нагрузку производится по двум методам: методом одиночно стоящих сваи и методом определения напряжений на грунт в плоскости острия свай в зависимости от расстояния между осями свай. 1.3.5.1. Расчет свайных оснований методом одиночных свай             Методом одиночных свай рассчитываются основания, при конструировании которых может быть соблюдено одно из следующих условий:  расстояние между осями свай равно или больше 1/4.l (l – длина сваи); число свай в основании (кусте) не более 4; число продольных рядов свай не более 3, а соотношение размеров основания в плане при этом больше 5.         Если при конструировании основания соблюдается одно из приведенных условий, считают, что несущая способность основания Qпр.в равна сумме несущих способностей одиночно стоящих свай, входящих в основание S Рпр.в, а осадка основания равна осадке одиночной сваи в тех же грунтах. Этим требованиям, как правило, удовлетворяют свайные основания (рис. 32, а) в виде куста с числом свай не более четырех (сваи, отделенные пунктиром) и ленточные основания гражданских зданий, в которых число рядов свай обычно не превышает трех. В этих случаях расчет оснований из висячих свай производится по формуле:  (35) где Рпр.в – несущая способность висячей сваи; Qnp.в – несущая способность основания из висячих свай, равная сумме несущих способностей одиночных висячих свай, входящих в основание. Рис. 32. Основание из висячих свай: а – ленточное основание с числом рядов не более трех или куст с числом свай не более четырех (между пунктирными линиями); б – к примеру 5.                Вертикальная нагрузка на одиночную висячую сваю, приходящаяся на нее от веса фундамента, ростверка и грунта на обрезах Р, не должна быть больше расчетного сопротивления сваи в грунте. Сопротивление висячей сваи в грунте сжатию Рпр.в зависит от рода грунтов и их плотности, сечения и длины сваи.  Существуют три метода определения Рпр.в: теоретический метод, метод пробных нагрузок и динамический метод.                      1. Теоретический метод определения величины Рпр.в заключается в определении реакции грунта под острием сваи RhF и сопротивления грунта на боковой поверхности сваи ulf, которые в сумме должны быть равны или больше нагрузки Р, приходящейся на одну сваю. Величина Рпр.в определяется по формуле:  (36) где Rh – расчетное сопротивление грунта, кг/см2, на глубине l (на уровне острия свай) с учетом заглубления по формуле (12); F – площадь поперечного сечения сваи, м2; u – периметр поперечного сечения сваи, м; l – глубина погружения сваи относительно подошвы ростверка, м; f – удельное сопротивление грунта на боковой поверхности сваи из любого материала, т/м2, зависящее от вида грунта. Величины удельных сопротивлений f, т/м2, грунтов такие: Пески и гравелистые грунты: - плотные 5,0—6,0 - средней плотности 3,0—4,0 - рыхлые 0,5—1,0 Супеси, в зависимости от плотности 1,0—2,0 Суглинки: - в твердом состоянии 3,0—4,0 - в пластичном состоянии 1,5—2,0 - в текучем состоянии 0,5—1,0 Илы, в зависимости от плотности 0,1—0,5               Висячие сваи могут иметь любую длину, так как они не ограничены материком — пластом, на который опираются сваи-стойки. При этом с увеличением длины висячей сваи ее несущая способность увеличивается, между тем как с увеличением длины сваи-стойки ее несущая способность уменьшается при равных прочих условиях. Для решения вопроса о длине и сечении висячих свай при заданных грунтовых условиях производится испытание пробных свай статической нагрузкой и определяется осадка. Эта осадка S от нормативной нагрузки не должна быть больше предельной осадки f, приведенной в табл. 5                   Пример 5. Определить несущую способность висячей железобетонной сваи ленточного фундамента при данных, приведенных на рис. 32, б: сечение сваи b ´ ´ 30 см (,09 м2); длина сваи ,0 м; расчетное сопротивление грунта на глубине 2,0 м ,6 кг/см2.  Расчетное сопротивление грунта на уровне острия свай с учетом заглубления по формуле (12): Удельное сопротивление грунта на боковой поверхности сваи: Предельное сопротивление сваи по формуле (36):           В рассмотренном примере сопротивление висячей сваи Рпр.в , зависящее от грунтовых условий, меньше сопротивления сваи-стойки Рпр.с — из условий прочности бетона (см. табл. 21). Однако величина Рпр.в может быть и больше Pпp.c. Это зависит от поперечного сечения и длины сваи и удельного сопротивления грунта. Поэтому глубина забивки висячей сваи в грунт принимается в зависимости от требуемого сопротивления сваи — нагрузки, передаваемой свае ростверком.                2. Метод пробных нагрузок заключается в том, что на строительной площадке забиваются две или больше (в зависимости от однородности грунта) пробных свай, которые подвергаются испытанию на вертикальную статическую нагрузку. Испытание производится постепенно возрастающей одинаковыми ступенями от 2 до 5 т пробной нагрузкой Р, под действием которой свая погружается в грунт. Осадка сваи возрастает пропорционально нагрузке до ее величины Рпр. Функциональная зависимость осадки S от нагрузки Р показана на рис. 33, а: линейная зависимость на рисунке показана отрезком 0–а. С возрастанием нагрузки сверх Рпр пропорциональность резко нарушается, и осадка сваи начинает расти быстрее нагрузки. Найденная таким путем величина Р и есть предельная нагрузка на сваи.         Коэффициент запаса при этом принимается равным 2–3. Метод пробных нагрузок связан с большими расходами по оборудованию испытания. Если к тому же учесть, что пробная нагрузка должна быть повторена несколько раз, то приходится сделать вывод, что к определению величины Рпр методом пробных нагрузок следует прибегать только при проектировании ответственных сооружений, а также, когда количество свай в основании превышает 300 при забивных и 50 при набивных. 3. Динамический метод является самым распространенным методом определения предельного сопротивления сваи. Он заключается в определении предельной нагрузки на сваю Pпp по величине погружения сваи в грунт (в см) при последнем ударе бабы или молота (по отказу е). Как известно, погружение сваи в грунт от каждого последующего удара бабы (молота) встречает со стороны грунта все большее сопротивление, и осадки постепенно уменьшаются. Когда осадки по величине достигают расчетного отказа ер , забивка сваи прекращается. Термин «отказ» следует понимать в том смысле, что свая погрузилась в грунт настолько, что от последующих ударов бабы (если бы забивание сваи продолжалось) она встретила бы со стороны грунта одинаковые (практически) по величине сопротивления, а свая получила бы одинаковые по величине осадки. Расчетный отказ свидетельствует, что при принятых весе бабы Qб и высоте ее падения Hб свая достигла предельного сопротивления и что дальнейшая забивка практически не увеличивает сопротивление сваи, а лишь может привести к ее повреждению. Изменения величины погружения сваи от одного удара бабы по мере увеличения общего числа ударов показаны на рис. 33, б. Там же показаны две зоны изменения величины текущего отказа еТ. зона I, где еТ > ер, и зона II, где еТ Рис. 33. Графики зависимости осадки сваи S: а – от нагрузки Р; б – от ударов бабы.        Если забивка сваи производится копрами со свободно падающей бабой, то величина Рпр может быть определена по формуле Герсеванова, дающей результаты, почти совпадающие с опытными данными:  (37)       где Рпр – предельная нагрузка на сваю, кг; m – коэффициент запаса, равный 2; п – коэффициент, равный для деревянных свай 8–10, для железобетонных свай — 15; F – площадь поперечного сечения сваи, см2; ер – расчетный отказ, то есть величина погружения сваи в грунт от последнего удара бабы, см; Qб – вес бабы, кг; hб – высота падения бабы, см; q – вес сваи, кг; k – коэффициент, равный 0,2.           На практике чаще всего задаются величиной предельной нагрузки на сваю Рпр, которая может быть принята по таблицам, и по той же формуле Герсеванова определяют величину отказа:  (38)               После определения величины ер в грунт забивают две или больше пробных свай на такую глубину (длину сваи). при которой текущий отказ сваи еТ. будет равен или менее расчетного отказа ер. Кроме того, забивка пробных свай при слабых грунтах необходима для суждения о возможности получения расчетного отказа. Забивку пробных свай следует производить в тех же производственных условиях, которые будут иметь место при строительстве будущего искусственного основания.          Отказ следует измерять во время забивки сваи и после некоторого промежутка времени — «отдыха» сваи (отдых сваи измеряется для песчаных грунтов 2–3 днями, для глинистых, илистых и пылеватых 6–8 днями). Расчетным считается отказ, измеренный после отдыха сваи, ео.              При забивке сваи в производственных условиях устанавливается контрольный отказ ек , равный частному от деления величины текущего отказа еТ (когда еТ при забивке свай достигает расчетного отказа ер) на коэффициент k1:  (39) где k1 – отношение отказа ео после отдыха сваи к текущему отказу еТ от последнего удара бабы.          Коэффициент k1 определяется при забивке пробных свай, причем отказы ео и еТ принимаются при таких величинах Qб и Нб, при которых будет производиться забивка свай основания:  (40)        Если после забивки пробных свай оказалось, что при данных грунтовых условиях и принятой длине свай нельзя получить расчетного отказа, увеличивают длину свай или число свай в основании.         Для облегчения расчета свай по формуле Герсеванова построен график (рис. 34). На графике показана зависимость между переменными величинами Рпр, d и е. С помощью графика определяем одну из этих величин, задавшись остальными.  Величину расчетного отказа определяем по формуле: (41) где е – отказ, найденный по графику; k – коэффициент (табл. 22), зависящий от веса бабы Qб и сваи q. При построении графика приняты: коэффициент запаса т = 2, коэффициент для деревянных свай , для железобетонных        Чтобы определить величину е по графику, восстанавливают перпендикуляр от точки Рпр (ось абсцисс) до пересечения с кривой d. Через найденную точку проводят горизонтальную линию влево до шкал, по которым (в зависимости от материала сваи) отсчитывают отказ е.