книги / Расчет осадок ленточных свайных фундаментов

стоянии между сваями 6 d (кривые 1,2) и 3 d (кривые 3, 4) ■приведены на рис. 8. На планах фундаментов показано размеще­ ние меосдоз для замера напряжений под ростверками при их включении в работу. Исследования показали, что при расстоя­ нии между сваями б d .ростверк вступает в работу при осадке 1,5 мм и напряжения возрастают с 0,7 до 1,4 кгс/см2, при рас­ стоянии между сваями 3 d ростверк вступает в работу при осад­ ке 2 мм, напряжения достигают максимального значения при осадках 10 мм и в дальнейшем остаются постоянными. Средние напряжения под ростверком составляют 0,5—0,65 кгс/см2 и прак­ тически не меняются при изменении осадки от 15 до 60 мм. Это говорит о том, что после некоторого уплотнения грунта роствер­

длительные наблюдения за фундаментом показали, что осадка свайных фундаментов в 10—12 раз больше осадки, полученной при стандартных испытаниях одиночной сваи. При расстоянии между сваями 6d осадки свайного фундамента при расположе­ нии свай в два ряда (кривая 3) и один ряд (кривая 4) в интер­ вале обычных нагрузок также превышают осадку одиночной сваи в 1,5—2 раза.

Однако следует отметить, что общая осадка свайных фунда­ ментов при назначаемых в настоящее время нагрузках не превы­ шает 30—40 мм, что в 2—3 раза меньше предельно допустимых для зданий. При работе свай в составе фундаментов не наблюда­ ется резкой потери несущей способности. В данном случае нель­ зя выделить четко предельную нагрузку, как, например, при ис­ пытаниях одиночных свай. Для ленточных свайных фундаментов можно принимать нагрузку из условия предельно допустимой осадки для здания, т. е. проектировать ленточные свайные фун­ даменты по второму предельному состоянию (по методу, пред­ ложенному в п. 3 главы II).

На рис. 9 приведены также результаты сравнения данных ис­ пытаний одиночной сваи с ростверком и свай в составе фунда­ ментов, когда ростверки включены в работу (кривые /'; Г, 2', 3', 4'). Соотношения между осадками и несущей способностью одиночной сваи с ростверками (кривая /') и свай в составе лен­ точных свайных фундаментов с учетом работы ростверков ана­ логичны тем, которые установлены для фундаментов без вклю­ чений в работу ростверка.

Фундамент на естественном основании испытывался с целью определения нормального давления на грунт и сопоставления напряжений под фундаментом на естественном основании с на­ пряжениями под ростверками при одинаковых осадках.

Результаты испытания элемента ленточного фундамента на естественном основании (кривая 1 ) приведены на рис. 10 (длина фундамента 400 см, ширина 80 см). Нагрузка на фундамент пе­ редавалась ступенями по 10 тс. Каждая ступень выдерживалась до стабилизации осадок так же, как и для свайных фундамен­ тов. Осадки замерялись при помощи четырех прогибомеров. Для определения напряжений под фундаментом были заложены мессдозы. Схема расположения меесдоз показана на плане фун­ дамента. При небольших нагрузках эпюры 'напряжений имели седлообразный вид. При дальнейшем увеличении нагрузки эпю­ ры приняли вид параболы. При нагрузке на фундамент 80 тс и осадке 8 см напряжения под фундаментом составили 2,65 кгс/см2.

На рис. 10 для сравнения нанесены кривые «напряжения — осадки» для ленточных свайных фундаментов при расстоянии между сваями 6 и 3 d (кривые 2 и 3). Приведенные данные по­ казывают, что при расстоянии между сваями 3 d роль роствер­ ка незначительна, так как сваи и зажатый между ними грунт работают как единый массив и напряжения под ростверком по­ сле некоторого уплотнения грунта остаются постоянными.

Экспериментальные исследования характера работы ленточ­ ных свайных фундаментов в различных грунтовых условиях по­ казали, что ростверк может учитываться .при передаче нагрузки грунту в следующих случаях:

а) при работе свай в однородных грунтах; б) при опирании острия свай на грунт мягкопластичной кон-

•систенции, а ростверка — на грунт полутвердой и тугопластич ной консистенции;

в) при опирании ростверка и острия сван на грунты тугопла стичной, полутвердой консистенции.

О__________ 1____________2_________ Зкгс/см*

Рис. 10. Результаты испытания фундамента на естественном ос­ новании и сравнение напряжений под ростверками и фундаментом

/ — для фундамента на естественном основании; 2 н 3 — для ростверков ленточных* свайных фундаментов при расстоянии между сваями 6d и 3d

Исследования показали, что при расстоянии между сваями 3—6 d ростверк воспринимает от 10 до 35—40% общей нагрузки на фундамент.

Результаты исследования роли ростверка в несущей способ' ности ленточных свайных фундаментов были использованы при строительстве пяти крупнопанельных 5-этажных домов серии 1-464А в микрорайоне VI «Данилиха» Дзержинского района

Перми. Площадка сложена мощным слоем суглинков, консистен­ ция которых изменяется сверху вниз от тугопластичной до мяг­ ко-текучепластичной, 'грунтовые воды находятся на глубине 5— 6 м. Глубина заложения ростверка 1,1—1,3 м.

Для строительства домов серии Ï-464A в указанном районе были забиты сваи сечением 30X30 см, длиной 6—7 м с проект­ ной нагрузкой на сваю 27 тс. Статические испытания показали, что несущая способность свай равна 20—21 тс, а сваи с элемен­ том ростверка (6=40 см, /= 9 0 см) — 28—32 тс. Длина элемента ростверка 90 см была принята исходя из минимального расстоя­ ния между сваями фундамента 3d. Доля ростверка в несущей способности свайных фундаментов указанных зданий составила 20—35% общей нагрузки.

В последние годы появился целый ряд работ, посвященных учету ростверка в несущей способности свайных фундаментов жилых зданий. Однако предложенные различными авторами ме­ тоды учета ростверка в передаче нагрузки грунту нуждаются в экспериментальной проверке. Поэтому в настоящее время при учете работы ростверка в передаче нагрузки грунту необходимо иметь данные статических испытаний элементов свайных фунда­ ментов с ростверком в реальных грунтовых условиях. При обес­ печении контакта ростверка с грунтом его можно учитывать в передаче нагрузки в следующих грунтовых условиях: острие свай и ростверк опираются на однородные грунты; острие сван опирается на глинистые .грунты текучепластичной, мягкопластич­ ной, тугопластичной консистенции, а ростверк— на песчаные грунты средней плотности, глинистые грунты полутвердой, туто­ пластичной консистенции. При опирании острия свай на плотные пески, гравий, глинистые грунты полутвердой и твердой консис­ тенции роль ростверка в передаче нагрузки будет весьма незна­ чительна и при проектировании не должна учитываться.

Опыты с ленточными свайными фундаментами при располо­ жении свай в два и три ряда показали, что при расстоянии меж­ ду сваями 3 d ростверк воспринимает 7—15% нагрузки. После некоторого уплотнения грунта можно с достаточной для практи­ ки точностью считать, что сваи и зажатый между ними грунт ра­ ботают как единый массив.

Исследования различных маломасштабных ленточных свай­ ных фундаментов в глинистых и песчаных грунтах показали так­ же, что на осадку влияет не только расстояние между сваями н

/), для ряда свай (кривая 2), при расположении свай по контуру модели (кривая 3), при расположении свай по контуру и при наличии внутреннего продольного ряда (кривая 4). Эти зависи­ мости получены для свай длиной 650 мм, диаметром 30 мм, при расстоянии между сваями 3 и б d. Аналогичные зависимости по­

и при наличии внутреннего продольного ряда осадка свайного фундамента при расстоянии между сваями б d в три раза боль­ ше осадки одиночной сваи, а при расстоянии между сваями 3 d в пять раз (при нагрузке, близкой к предельной).

Значительное расхождение осадок свайных фундаментов и осадки одиночной сваи объясняется взаимовлиянием свай. Ана­ лиз графиков зависимости осадки от нагрузки показал, что не­ сущая способность свай при их работе в составе ленточных свай­ ных фундаментов снижается на 20—40% в зависимости от дли­ ны свай, расстояния между сваями и расположения свай в сос­ таве фундамента. Снижение несущей способности свай при их работе в составе фундаментов отмечено в работах Р. Д. Челиса [75], В. Шенка [76], А. П. Хамова [65], H. М. Дорошкевич,

Б.А. Сальникова [38] и др.

4.О РАБОТЕ БОКОВОЙ ПОВЕРХНОСТИ

ИО СОПРОТИВЛЕНИИ ОСТРИЯ СВАИ ПРИ ИХ РАБОТЕ

ВСОСТАВЕ ЛЕНТОЧНЫХ СВАЙНЫХ ФУНДАМЕНТОВ

За последние годы проведено большое количество опытов с целью установления распределения сил трения по боковой по­ верхности свай и определения усилий, приходящихся на острие свай. Интересные данные получил Ж. Керизель [72], который определил несущую способность острия и боковой поверхности при помощи сваи, снабженной гидравлическим домкратом на острие. Трение по боковой поверхности определялось при помо­ щи индукционных датчиков. Эти опыты показали, что с опреде­ ленной глубины (примерно 3—4 м) сопротивление острия оста­ ется постоянным. Следует отметить, что это справедливо для частного случая. Сопротивление острия зависит от плотности грунта, диаметра сваи, мощности прорезаемых слоев и других факторов. Методы электротензометрии позволяют установить трение по боковой поверхности и сопротивление острия непо­ средственно в процессе погружения свай. Для этих целей обыч­ но используют тензосваи. Однако опыты проводились, как пра­ вило, с одиночными сваями. Для определения несущей способ­ ности боковой поверхности и острия свай, изменения сил трения по боковой поверхности, сопротивления острия в зависимости от расположения свай в плане, расстояния между сваями н дейст­ вующей нагрузки автором включались в состав свайных фунда­ ментов тензосваи [5].

В 1962—1963 гг. автором совместно с В. Д. Яблочковым бы­ ла изготовлена и испытана тензосвая длиной 6 м, диаметром 25 см [70]. Аналогичные сваи диаметром 30 см и железобетон­ ные сваи, снабженные тензометрическими датчиками сопротив­ ления, были впоследствии включены в состав ленточных свай­ ных фундаментов. Основным элементом тензосваи является тонкостенная труба с толщиной стенок 4 мм, диаметром 25—

30 см, длиной 5—6 м. Для наклейки проволочных тензодатчиков на внутренние поверхность трубу разрезали на две половины по продольной оси. На каждую половину трубы наклеивали прово­ лочные тензодатчики с базой 12 мм сопротивлением 103,3 ом. В качестве гидроизоляции применялась кабельная мастика — сплав канифоли и битума с добавкой минерального масла. Ра­

Для определения касательных напряжений вдоль тензосваи принято положение, что падение напряжений на некотором участке сваи зависит от величины сил трения, приложенных к поверхности сваи на этом участке, которые, в свою очередь, за­ висят от деформативной способности сваи и грунта. Математи­ чески это выражается так:

где С — произвольная постоянная интегрирования. Значение ее

.находится из рассмотрения граничных условий на по­ верхности грунта.

Если интегрирование начинается с поверхности, то произволь­ ная постоянная С равняется а, т. е. напряжению в сечении, рас­ положенном выше поверхности грунта. В общем виде уравнение запишется:

рассматриваемого участка;

I —длина рассматриваемого участка; U— периметр сваи.

Если будут известны напряжения в различных точках сваи, то ординаты т определяются из уравнения (6).

Проведенные опыты с применением тензосвай показали, что подошва вступает в работу при первых ступенях нагрузок, если хотя бы частично мобилизовались силы трения по боковой по­ верхности сваи. После достижения таких осадок, при которых силы трения имеют максимальные значения, доля подошвы в восприятии нагрузки постепенно повышается. При этом абсо­ лютное значение сопротивления ствола остается постоянным. Со­ противление трению развивается с ростом осадок. При первых ступенях нагрузки напряжения в плоскости острия еще недоста­ точно велики, чтобы вызвать осадки, при которых могли бы пол­ ностью развиваться силы трения, так как подошва не дает свае оседать при этих нагрузках. В начале загружения подошва за­ держивает развитие сил трения. Дальнейшее увеличение нагруз­ ки вызывает большие осадки самой подошвы, и силы трения на­ чинают достигать максимального значения. Когда осадки сваи достигнут таких величин, при которых грунт не может далее развивать сопротивление по стволу, начинает интенсивно увели­ чиваться доля подошвы в восприятии .нагрузки на сваю. Несу­ щая способность .подошвы увеличивается до тех пор, пока не

произойдет нарушения равновесия в основании подошвы и рез­ ко увеличится осадка сваи.

В наших опытах силы трения достигали максимального зна­ чения при осадках сваи 2—3 мм. На рис. 14 приведены графики сопротивления острия и боковой поверхности тензосваи диамет­ ром 30 см, забитой на 6 м, в зависимости от нагрузки и осадки. Физико-механические свойства грунтов приведены в табл. 2. Со­

Следует отметить, что свая-штамп может быть использована для определения модуля деформации в плоскости острия сваи. Откопка свай показала, что под острием образуется уплотнен­ ная зона на глубину до 3d, где плотность грунта, а следователь­ но, и модуль деформации намного выше природных. Лаборатор­ ные исследования образцов грунта из уплотненной зоны показа­ ли, что объемный вес изменяется от 1,82—1,93 до 2,15—2,26т/м3.

Острие сваи-штампа не соединяется с трубой, а крепится на стержне, проходящем внутри трубы. С помощью специального наголовника можно передать нагрузку на острие сваи, отдельно на боковую поверхность и на сваю в целом при совместной ра­ боте острия и боковой поверхности.