Опыт проектирования и устройства свайных фундаментов с несущими ростверками
Сообщение, сделанное старшим преподавателем БНТУ Вячеславом Серновым на научно-техническом семинаре «Прогрессивные конструкции фундаментов в грунтовых условиях Беларуси».
Традиционно свайные фундаменты проектируются, когда под подошвой сооружения залегают слабые грунты. В этом случае нагрузка от сооружения передается на нижележащие более плотные слои основания. Тогда применяется упрощенная расчетная схема, в которой общая несущая способность фундамента определяется суммированием несущей способности свай, а осадка фундамента определяется как условная (предполагается, что грунт межсвайного пространства оседает вместе со сваями). В настоящее время наметилась тенденция увеличения этажности зданий и соответственно роста нагрузок на фундаменты. В данной ситуации свайные фундаменты нередко применяются и при наличии под ростверками плотных грунтов. В этом случае для увеличения эффективности использования несущей способности основания необходимо учитывать сопротивление ростверка под подошвой фундамента. Вопрос учета этой характеристики поднимался еще в 1930-е гг. К настоящему времени проведено много испытаний для конических и пирамидальных свай в глинистых грунтах. Огромный экспериментальный вклад в изучение данной проблемы был внесен учеными Пермского государственного университета. Уникальность их эксперимента заключается в том, что были испытаны довольно большие (до 8 свай) фрагменты фундаментов, прикладываемые же нагрузки достигали 500 т. В условиях Беларуси невозможно приложение нагрузки более 200 т. Интерес представляет такой параметр, как коэффициент включения ростверка, получающийся делением несущей способности свайного фундамента с ростверком на несущую способность группы свай без ростверка. При включении ростверка несущая способность возрастает до 65%. Зависит она и от количества свай, и от их шага (чем больше шаг свай, тем больше коэффициент включения ростверка). Эффективность ростверка увеличивается при уменьшении длины сваи.
В Минске испытано немало свайных фундаментов с несущими ростверками. Чаще всего изначально это были традиционные свайные фундаменты, несущая способность которых оказывалась недостаточной, и приходилось принимать дополнительные меры по ее увеличению. В частности, наибольший эффект достигался при включении ростверка в работу фундамента. На одном из объектов это помогло удвоить несущую способность. Для того, чтобы установить факторы, влияющие на взаимодействие свай и ростверка, был проведен ряд лабораторных испытаний на масштабных моделях с варьированием длины свай и их количества. В зависимости от этих факторов несущая способность возрастала от 100% до 400%. В этих испытаниях использовалась опытная установка для получения качественной картины развития деформаций в межсвайном пространстве. Как уже было сказано, часто при расчетах принимается, что грунт межсвайного пространства оседает вместе с фундаментом. Разумеется, в этом случае под ростверком не может наблюдаться никакого сопротивления. В конце концов было установлено, что грунт межсвайного пространства все же не оседает вместе со сваями, а если и оседает, то осадка грунта значительно меньше, чем осадка свай. Поэтому грунт может воспринимать часть нагрузки. Опытным путем установлено, что деформации грунта межсвайного пространства уменьшаются по мере удаления от подошвы ростверка в глубину. Аналогичные результаты были получены еще в 1970-е гг. По данным исследований получены следующие выводы. В первую очередь доля работы ростверка напрямую зависит от длины свай. Чем короче свая, тем больше доля работы ростверка. Кроме того, эта величина зависит от геометрических параметров фундамента, модулей деформации грунтов под подошвой ростверка и остриями свай. И еще она зависит от осадки фундамента. Чем больше осадка фундамента, тем больше сопротивление грунта, тем больше доля нагрузки, принимаемая на себя ростверком. (Точно так же, как под фундаментом на естественном основании).
В соответствии с заключенным с Минстройархитектуры Беларуси договором по результатам своих исследований группа специалистов БНТУ разработала Рекомендации по учету работы ростверка в работе свайного фундамента. Осадка свайного фундамента с несущим ростверком определяется как осадка свайного фундамента по известным методам с учетом доли нагрузки, которую воспринимают сваи. Напряжение под ростверком затухает в межсвайном пространстве. Если длина свай больше сжимаемой толщи, напряжение под ростверком можно не учитывать. Если же сваи короткие, напряжение будет распространяться от плиты ростверка вглубь ниже концов свай. В этом случае необходимо учитывать дополнительную осадку от напряжения под ростверком. Несущая способность свайного фундамента с ростверком определяется с учетом уменьшения сил трения в верхней части основания. Здесь грунт оседает практически вместе со сваями, поэтому в верхней части свай необходимо учитывать уменьшение осадки грунта. Практически включение ростверка в работу осуществляется путем обеспечения плотного контакта подошвы ростверка с грунтом. Основание рекомендуется уплотнить — при использовании забивных свай, для которых характерно разуплотнение в верхней части, для этого используется устройство щебеночной подготовки.
Традиционно свайные фундаменты проектируются, когда под подошвой сооружения залегают слабые грунты. В этом случае нагрузка от сооружения передается на нижележащие более плотные слои основания. Тогда применяется упрощенная расчетная схема, в которой общая несущая способность фундамента определяется суммированием несущей способности свай, а осадка фундамента определяется как условная (предполагается, что грунт межсвайного пространства оседает вместе со сваями). В настоящее время наметилась тенденция увеличения этажности зданий и соответственно роста нагрузок на фундаменты. В данной ситуации свайные фундаменты нередко применяются и при наличии под ростверками плотных грунтов. В этом случае для увеличения эффективности использования несущей способности основания необходимо учитывать сопротивление ростверка под подошвой фундамента. Вопрос учета этой характеристики поднимался еще в 1930-е гг. К настоящему времени проведено много испытаний для конических и пирамидальных свай в глинистых грунтах. Огромный экспериментальный вклад в изучение данной проблемы был внесен учеными Пермского государственного университета. Уникальность их эксперимента заключается в том, что были испытаны довольно большие (до 8 свай) фрагменты фундаментов, прикладываемые же нагрузки достигали 500 т. В условиях Беларуси невозможно приложение нагрузки более 200 т. Интерес представляет такой параметр, как коэффициент включения ростверка, получающийся делением несущей способности свайного фундамента с ростверком на несущую способность группы свай без ростверка. При включении ростверка несущая способность возрастает до 65%. Зависит она и от количества свай, и от их шага (чем больше шаг свай, тем больше коэффициент включения ростверка). Эффективность ростверка увеличивается при уменьшении длины сваи.
В Минске испытано немало свайных фундаментов с несущими ростверками. Чаще всего изначально это были традиционные свайные фундаменты, несущая способность которых оказывалась недостаточной, и приходилось принимать дополнительные меры по ее увеличению. В частности, наибольший эффект достигался при включении ростверка в работу фундамента. На одном из объектов это помогло удвоить несущую способность. Для того, чтобы установить факторы, влияющие на взаимодействие свай и ростверка, был проведен ряд лабораторных испытаний на масштабных моделях с варьированием длины свай и их количества. В зависимости от этих факторов несущая способность возрастала от 100% до 400%. В этих испытаниях использовалась опытная установка для получения качественной картины развития деформаций в межсвайном пространстве. Как уже было сказано, часто при расчетах принимается, что грунт межсвайного пространства оседает вместе с фундаментом. Разумеется, в этом случае под ростверком не может наблюдаться никакого сопротивления. В конце концов было установлено, что грунт межсвайного пространства все же не оседает вместе со сваями, а если и оседает, то осадка грунта значительно меньше, чем осадка свай. Поэтому грунт может воспринимать часть нагрузки. Опытным путем установлено, что деформации грунта межсвайного пространства уменьшаются по мере удаления от подошвы ростверка в глубину. Аналогичные результаты были получены еще в 1970-е гг. По данным исследований получены следующие выводы. В первую очередь доля работы ростверка напрямую зависит от длины свай. Чем короче свая, тем больше доля работы ростверка. Кроме того, эта величина зависит от геометрических параметров фундамента, модулей деформации грунтов под подошвой ростверка и остриями свай. И еще она зависит от осадки фундамента. Чем больше осадка фундамента, тем больше сопротивление грунта, тем больше доля нагрузки, принимаемая на себя ростверком. (Точно так же, как под фундаментом на естественном основании).
В соответствии с заключенным с Минстройархитектуры Беларуси договором по результатам своих исследований группа специалистов БНТУ разработала Рекомендации по учету работы ростверка в работе свайного фундамента. Осадка свайного фундамента с несущим ростверком определяется как осадка свайного фундамента по известным методам с учетом доли нагрузки, которую воспринимают сваи. Напряжение под ростверком затухает в межсвайном пространстве. Если длина свай больше сжимаемой толщи, напряжение под ростверком можно не учитывать. Если же сваи короткие, напряжение будет распространяться от плиты ростверка вглубь ниже концов свай. В этом случае необходимо учитывать дополнительную осадку от напряжения под ростверком. Несущая способность свайного фундамента с ростверком определяется с учетом уменьшения сил трения в верхней части основания. Здесь грунт оседает практически вместе со сваями, поэтому в верхней части свай необходимо учитывать уменьшение осадки грунта. Практически включение ростверка в работу осуществляется путем обеспечения плотного контакта подошвы ростверка с грунтом. Основание рекомендуется уплотнить — при использовании забивных свай, для которых характерно разуплотнение в верхней части, для этого используется устройство щебеночной подготовки.
Строительство и недвижимость. Статья была опубликована в номере 44 за 2008 год в рубрике материалы и технолгии
