Висячие набивные сваи, сваи-оболочки и сваи-столбы

5.9. Несущую способность Ф, тс, набивной сваи с уширенной пятой и без уширения, а также сваи-оболочки и сваи-столба, работающих на осевую сжимающую нагрузку, следует определять по формуле

Ф = m (m_RRF + иå т_ff_il_i), [14(10) ]

где т — коэффициент условий работы сваи, принимаемый в случае опирания ее на покровные глинистые грунты со степенью влажности G < 0, 85 и на лессовые или лессовидные грунты т = 0, 8, а в остальных случаях т = 1;

m_R — коэффициент условий работы грунта под нижним концом набивной сваи, сваи-оболочки и сваи-столба. Принимаемый m_R =1во всех случаях, за исключением свай с камуфлетными уширениями, для которых этот коэффициент следует принимать m_R = 1, 3, и устройства свай с уширенной пятой, бетонируемой подводным способом, для которых m_R = 0, 9;

R — расчетное сопротивление грунта под нижним концом буронабивной сваи, сваи-оболочки и сваи-столба, тс/м², принимаемое согласно требованиям пп. 5.10 и 5.11 настоящих норм, а для набивной сваи, изготовляемой по технологии, указанной в п. 2.6 «а», «б» — по табл. 1 настоящих норм;

F — площадь опирания набивной сваи, сваи-оболочки и сваи-столба, м², принимаемая равной: для набивных свай без уширения и для свай-столбов — площади поперечного сечения сваи или сваи-столба; для набивных свай с уширением — площади поперечного сечения уширения в месте наибольшего его диаметра; для свай-оболочек, заполненных бетоном, — площади поперечного сечения оболочки брутто; для свай-оболочек с грунтовым ядром без наполнения полости бетоном — площади поперечного сечения нетто;

u — периметр ствола сваи, м, принимаемый по диаметру скважины, обсадной трубы или сваи-оболочки;

т_f — коэффициент условий работы грунта на боковой поверхности набивной сваи, сваи-оболочки и сваи-столба, зависящий от способа образования скважины и их стволов, принимаемый по табл. 5;

f_i — расчетное сопротивление i -го слоя грунта на боковой поверхности ствола набивной сваи, сваи-оболочки и сваи-столба, тс/м², принимаемое по табл. 2;

l_i — то же, что и в формуле 7(7).

Примечание. Сопротивление песчаных грунтов на боковой поверхности сваи с уширенной пятой должно учитываться на участке, от уровня планировки до уровня пересечения ствола сваи с поверхностью воображаемого конуса, имеющего в качестве образующей линию, касающуюся границы уширения под углом j_I /2 к оси сваи, где j_I — осредненное (по слоям) расчетное значение угла внутреннего трения грунта, залегающего в пределах указанного конуса, определяемое в соответствии с требованиями п. 4.6 настоящей главы. Допускается учитывать сопротивление глинистых грунтов по всей длине ствола.

Таблица 7(5)

К п. 5.9. Формулой [14(10)] следует пользоваться при расчете несущей способности по грунту на вертикальную осевую сжимающую нагрузку висячих набивных свай и свай-оболочек следующих типов:

а) набивных свай любых диаметров с уширенной пятой и без уширения, в том числе буронабивных и частотрамбованных;

б) свай-оболочек диаметром более 0, 8 м, погружаемых с полной выемкой грунта из полости, бетонируемой по окончании погружения свай, а также свай-оболочек, погружаемых без выемки или с частичной выемкой грунта из полости, но с оставлением на последнем этапе погружения грунтового ядра ненарушенной структуры высотой не менее двух диаметров сваи-оболочки без заполнения полости бетоном.

При наличии опытных данных о расчетных величинах угла внутреннего трения грунта j_Ii, сцепления c_Ii и объемного веса грунтов основания у_Ii уточненные величины сопротивлении грунта на боковой поверхности буронабивных свай могут быть определены по формуле

f_i = (у_Iсрi h_itgj_Ii + c_Ii) x_i,

где у_Iсрi — осредненное расчетное значение объемного веса грунта в пределах глубины расположения h_i, середины i -го слоя, тс/м³, определяемое с учетом взвешивающего действия воды;

—коэффициент активного бокового давления грунта;

h_i — глубина расположения слоя.

5.10. Расчетное сопротивление R, тс/м², грунта под нижним концом набивной сваи, сваи-оболочки, погружаемой с выемкой грунта из полости с последующим заполнением ее бетоном, и сваи-столба допускается принимать:

а) для крупнообломочных грунтов с песчаным заполнителем и песчаных грунтов в случае устройства набивной сваи с уширенной пятой и без уширения, сваи-оболочки, погружаемой с полным удалением грунтового ядра, и сваи-столба — по формуле [15(11)], а в случае сваи-оболочки, погружаемой с сохранением ненарушенного ядра из указанных грунтов на высоту 0, 5 м и более, — по формуле [16(12)]:

[15(11)]

[16(12)]

где a, b, A^o_к и B^о_к — безразмерные коэффициенты, принимаемые по табл. 8(6) в зависимости от расчетного значения угла внутреннего трения j_I грунта основания, определенного в соответствии с указаниями п. 4.6 настоящей главы;

у¢ _I — расчетное значение объемного веса грунта, тс/м³, в основании набивной сваи, сваи-оболочки и сваи-столба (при водонасыщенных грунтах с учетом взвешивания в воде);

Таблица 8(6)

Обозначение коэффи­	Коэффициенты Аок, Вок, a и b при расчетных значениях угла внутреннего трения грунта jI, град
циентов
Аок	9, 5	12, 6	17, 3	24, 4	34, 6	48, 6	71, 3
Вок	18, 6	24, 8	32, 8	45, 5		87, 6
		0, 78	0, 79	0, 8	0, 82	0, 84	0, 85	0, 85	0, 86	0, 87
		0, 75	0, 76	0, 77	0, 79	0, 81	0, 82	0, 83	0, 84	0, 85
	7, 5	0, 68	0, 7	0, 71	0, 74	0, 76	0, 78	0, 8	0, 82	0, 84
		0, 62	0, 65	0, 67	0, 7	0, 73	0, 75	0, 77	0, 79	0, 81
a	12, 5	0, 58	0, 61	0, 63	0, 67	0, 7	0, 73	0, 75	0, 78	0, 80
при		0, 55	0, 58	0, 61	0, 65	0, 68	0, 71	0, 73	0, 76	0, 79
	17, 5	0, 51	0, 55	0, 58	0, 62	0, 66	0, 69	0, 72	0, 75	0, 78
		0, 49	0, 53	0, 57	0, 61	0, 65	0, 68	0, 72	0, 75	0, 78
	22, 5	0, 46	0, 51	0, 55	0, 6	0, 64	0, 67	0, 71	0, 74	0, 77
	25 и более	0, 44	0, 49	0, 54	0, 59	0, 63	0, 67	0, 7	0, 74	0, 77
b при d =	0, 8 м и менее	0, 34	0, 31	0, 29	0, 27	0, 26	0, 25	0, 24	0, 23	0, 22
	4 м	0, 25	0, 24	0, 23	0, 22	0, 21	0, 20	0, 19	0, 18	0, 17
Примечание. Для промежуточных значений j1, d величины коэффициентов Аок, Вок, a и b определяются интерполяцией.

у₁ — осредненное (по слоям) расчетное значение объемного веса грунтов, тс/м³, расположенных выше нижнего конца набивной сваи, сваи-оболочки и сваи-столба;

d — диаметр, м, набивной сваи, уширения (сваи с уширенной пятой), сваи-оболочки и сваи-столба;

h — глубина заложения, м, нижнего конца набивной сваи или ее уширенной пяты, сваи-оболочки и сваи-столба, отсчитываемая от природного рельефа или планировочной отметки (при планировке срезкой), а для опор мостов — от дна водоема с учетом его общего размыва при расчетном паводке;

б) для глинистых грунтов в случае устройства набивной сваи с уширением и без уширения, сваи-оболочки, погружаемой с выемкой грунтового ядра (частичной или полной) и заполнением полости бетоном, и сваи-столба в фундаментах зданий и сооружений — по табл. 9(7).

Таблица 9(7)

Примечание. Положения, предусмотренные п. 5.10, относятся к случаям, когда обеспечивается заглубление набивной сваи, сваи-оболочки и сваи-столба в грунт, принятый за основание их нижних концов, во всех случаях не менее чем на диаметр сваи (или уширения для сваи с уширенной пятой), сваи-оболочки и сваи-столба, но не менее 2 м.

5.11. Расчетное сопротивление R, тс/м², грунтов под нижним концом не заполняемых бетоном свай-оболочек с грунтовым ядром, оставляемым на последнем этапе погружения на высоту 0, 5 м и более (при условии, что грунтовое ядро образовано из грунта, имеющего те же характеристики, что и грунт, принятый за основание концов сваи-оболочки), принимается по табл. 1(1) настоящей главы с коэффициентом условий работы, учитывающим способ погружения свай-оболочек в соответствии с поз. 4 табл. 3 настоящей главы, причем расчетное сопротивление в указанном случае относится к площади поперечного сечения сваи-оболочки нетто.

К п. 5.10 и п. 5.11. Настоящая глава СНиП дифференцированно подходит к двум качественно различным случаям погружения и работы в грунте свай-оболочек.

Первый случай предусматривает вибропогружение сваи-оболочки с полной выемкой грунта из ее полости. В этом случае в процессе погружения сваи-оболочки преимущественно производится опережающая выемка грунта, которая прекращается не менее чем за 2 м до достижения нижним концом сваи-оболочки проектной отметки. Затем погружение производится с удалением грунта из полости до уровня ножа или с оставлением грунтового сердечника на последней стадии погружения, после чего полость заполняется бетоном. Выемка грунта предотвращает образование грунтового ядра в полости сваи-оболочки и значительно облегчает ее погружение.

В результате происходит разуплотнение грунта под подошвой и снижение сил сопротивления грунта на боковой поверхности сваи-оболочки. Поэтому расчетные сопротивления R под нижним концом свай-оболочек, погруженных с выемкой грунта из полости (п. 5.9), предусматриваются меньшими в сравнении со значениями R, принимаемыми для забивных свай, а для расчетных сопротивлений f вводятся понижающие коэффициенты m_f £ 1 [см. табл. 7(5)].

Площадь опирания F сваи-оболочки, заполняемой бетоном, принимается в формуле [14(10)] равной площади поперечного сечения брутто (по наружному диаметру) независимо от того, производится бетонирование полости от уровня ножа или от уровня верха грунтового сердечника, оставляемого на последнем этапе погружения.

Второй случай предусматривает погружение свай-оболочек (если позволяют грунтовые условия) вибрированием без выемки или с частичной выемкой грунта из полости и оставлением на последнем этапе погружения ненарушенного грунтового ядра высотой не менее двух диаметров сваи-оболочки.

Эта категория свай-оболочек по характеру работы в грунте на воспринятие вертикальных сжимающих нагрузок существенно отличается от свай-оболочек, догружаемых с полной выемкой грунта из полости, и приближается к забивным сваям.

При погружении сваи-оболочки без выемки грунта уплотняется как основание, примыкающее к боковой наружной и внутренней поверхностям сваи-оболочки, так и основание под ее нижним концом.

Частичная выемка грунта при погружении сваи-оболочки с грунтовым ядром производится для облегчения ее погружения только при прохождении наиболее плотных слоев грунта. При этом не допускается выемка грунта из полости до нижнего конца сваи-оболочки, так как это может вызвать разуплотнение грунтов под нижним концом и на боковой поверхности сваи.

В соответствии с изложенным в п. 5.10, по существу, приравнивается работа сваи-оболочки с грунтовым ядром к работе забивных висячих свай, т. е. в расчете принимаются те же значения расчетных сопротивлений под нижним концом R и на наружной боковой поверхности сваи f, что и для забивных свай. Расчет несущей способности свай-оболочек с грунтовым ядром производится по формуле [14(10)], принимая в качестве площади опирания сваи по подошве F — площадь кольцевого сечения сваи-оболочки, коэффициент m_f = 1, а значения R и f — по табл. 1(1) и 2(2), п. 5.5 с учетом способа погружения свай-оболочек согласно поз. 4 табл. 3(3).

В формулу [14(10)] не входит сопротивление сдвигу грунта ядра-сердечника на внутренней боковой поверхности сваи-оболочки, которое идет в запас несущей способности сваи-оболочки.

Расчет несущей способности сван-оболочки с учетом сопротивления грунта на внутренней боковой поверхности сваи-оболочки рекомендуется производить в соответствии с прил. 4.

Пример 14. Требуется определить несущую способность сваи-оболочки длиной 12 м, диаметром 1, 2 м, погруженную с выемкой грунта из полости с последующим заполнением ее бетоном. Грунты, прорезаемые сваей-оболочкой, и их физико-механические характеристики приведены на рис. 12.

Рис. 12. Схема геологического разреза

1 — суглинок мягкопластичный e = 0, 65, I_L = 0, 6, у = 1, 65 гс/м³; j = 22°; II — песок пылеватый e = 0, 75, j = 26°; у = 19 тс/м³; III — суглинок тугопластичный I_L = 0, 4, j = 22°, e = 0, 55, у = 17 тс/м³; IV — песок средней крупности e = 0, 55, j = 38°, у = 21 тс/м²

Рис. 13. Схема геологического разреза

I — суглинок тугопластичный i_l = 0, 4; II — суглинок тугопластичный i_l = 0, 5, j = 22°; III — глина полутвердая i_l = 0, 3

Решение. Расчетное сопротивление R грунта под нижним концом сваи-оболочки определяем по формуле [15(11)].

.

Безразмерные коэффициенты a, b, А^о_к и В^о_к, входящие в формулу [15(11)], определяем по табл. 8(6):

при j = 35° А^о_к = 71, 3; В^о_к = 127;

при ;

при d = 1, 2 b = 0, 235.

Приведенный объемный вес у₁ грунтов, расположенных выше нижнего конца сваи-оболочки, равен:

тс/м³;

R = 0, 65 × 0, 235 (2, 1 × 1, 2 × 71, 3 + 0, 776 × 1, 74 ´

´ 11, 4 × 127) = 325 тс/м²;

м2; u = 3, 78 м;

m_f1 = 0, 9; m_f2 = 1; m_f3 = 0, 7; m_f4 = 1, 0

[по табл. 7(5)].

В соответствии с примеч. 2 к табл. 2(2) расчленяем пласты грунта на однородные слои толщиной не более 2 м и определяем соответствующие значения f_i:

f₁ = 0, 8 тс/м²; f₂ = 1, 28 тс/м²; f₃ = 1, 48 тс/м²; f₄ = 2, 92 тс/м²; f₅ = 3, 15 тс/м²; f₆ = 3, 28 тс/м²; f₇ = 3, 38 тс/м²; f₈ = 7, 04 тс/м².

Определяем несущую способность сваи-оболочки по формуле [14(10)]:

Ф = m (m_RRF + uSm_ff_il_i) = 1 (325 × 1, 13 + 3, 78 (0, 9 × 0, 8 × 2 +

+ 0, 9 × 1, 28 × 1, 2 + 0, 9 × 1, 48 × 1, 2 + 1 × 2, 92 × 1, 5 + 0, 7 × 3, 15 × 1, 5 +

0, 7 × 3, 28 × 1, 5 + 0, 7 × 3, 38 × 1, 5 + l × 7, 04 × 1) = 368 + 98, 8 = 466, 8 тс.

Расчетная нагрузка на сваю-оболочку

тс.

Пример 15. Требуется определить несущую способность сваи-оболочки длиной 12 м, наружным диаметром D = l, 2 м и внутренним d = 0, 96м с грунтовым ядром без заполнения бетоном, погруженной вибропогружателем. Грунты, прорезаемые сваей-оболочкой, и их физико-механические характеристики аналогичны приведенным в примере 14 (см. рис. 12).

Решение. Расчетное сопротивление R грунта под нижним концом сваи-оболочки определяем в соответствии с п. 5.11.

Коэффициент условий работы, учитывающий способ погружения, в соответствии с поз. 4 табл. 3(3) m_R = 1, 2:

R = 411, 2 × 1, 2 = 495 тс/м²;

м²;

u = 3, 78 м;

m_f1 = 0, 9; m_f2 = 1; m_f3 = 0, 7; m_f4 = 1, 0

[по табл. 7(5)].

В соответствии с примеч. 2 к табл. 2(2) расчленяем пласты грунтов на однородные слои толщиной не более 2 м и определяем значения f_i:

f₁ = 0, 8 тс/м²; f₂ = 1, 28 тс/м²; f₃ = 1, 48 тс/м²; f₄ = 2, 92 тс/м²; f₅ = 3, 15 тс/м²; f₆ = 3, 28 тс/м²; f₇ = 3, 38 тс/м²; f₈ = 7, 04 тс/м².

Определяем несущую способность сваи-оболочки по формуле [14(10)]:

Ф = m (m_RRF + uSm_ff_il_i) = 1[495 × 0, 409 +

+ 378 (0, 9 × 0, 8 × 2 + 0, 9 × 1, 28 × 1, 2 + 0, 9 × 1, 48 × 1, 2 +

+ 1 × 2, 92 × 1, 5 + 0, 7 × 3, 15 × 1, 5 + 0, 7 × 3, 28 × 1, 5 +

+ 0, 7 × 3, 38 × 1, 5 + 1 × 7, 05 × 1)] = 1 (202 + 98, 8) = 300, 8 тс.

Расчетная нагрузка, допускаемая на сваю-оболочку:

тс.

Пример 16. Требуется определить несущую способность набивной сваи с уширенной пятой по грунту основания. Длина сваи 11, 4 м, диаметр ствола сваи 0, 5 м, диаметр уширения 1 м. Свая погружается в грунты, физико-механические характеристики которых приведены на рис. 13.

Решение. По табл. 7 (7) определяем расчетное сопротивление под пятой сваи: R = 134 тс/м²; F = 0, 785 м²; u = 1, 57 м.

Согласно п. 5.9, следует определить участок, где действует сопротивление грунта на боковой поверхности. Для этого определяем значение j_1ср.

Принимаем j_1ср =18°; j_1ср /2 = 9°.

Участок сваи, где боковое сопротивление грунта не учитывается, равен:

;

т_f = 0, 6 [табл. 7(5)].

По табл. 2(2) определяем значение f_i:

f₁ = 1, 5 тс/м²; f₂ = 2, 35 тс/м²; f₃ = 2, 7 тс/м²;

f₄ = 2, 43 тс/м²; f₅ = 2, 51 тс/м².

Несущую способность определяем по формуле [14(10)]:

Ф = m (m_RRF + uSm_ff_il_i) = 1 [134 × 0, 785 +

+ 1, 57 × 0, 6 (1, 5 × 2 + 2, 38 × 1, 4 + 2, 74 × 1, 2 + 2, 44 × 1, 6 +

+ 2, 55 × 1, 6 + 2, 63 × 1, 6 + 6, 43 × 0, 4)] =

= 1 (105 +0, 942 × 24, 4) = 128 тс.

Расчетная нагрузка на сваю

тс.

5.12. Несущую способность Ф_в, тс, набивной сваи, сваи-оболочки и сваи-столба, работающих на выдергивающие нагрузки, следует определять по формуле

Ф_в = тuSm_ff_il_i, [17(13)]

где т — значение то же, что и в формуле [13(9)];

и, т_f; f_i и l_i — обозначения те же, что и в формуле [14(10)].

К п. 5.12. Поскольку приведенная в этом параграфе формула [17(13)] учитывает только сопротивление грунта на боковой поверхности свай, ее можно использовать лишь для определения несущей способности свай-столбов, свай-оболочек и набивных свай, не имеющих уширенной пяты.