РАСЧЕТ СВАЙНЫХ ФУНДАМЕНТОВ НА СОВМЕСТНОЕ ДЕЙСТВИЕ НАГРУЗОК

1. Расчет свайных фундаментов на совместное действие вертикальных,горизонтальных нагрузок и момента следует вести по методике нелинейногорасчета. Расчету подлежат одиночные сваи вертикальные или крутонаклонные исвайные группы с произвольным числом и расположением свай в плане.

2. Расчет дает возможность получить все необходимые для проектированияпараметры напряженно-деформированного состояния свайного фундамента,включающие: вертикальные осадки и горизонтальные перемещения, углы поворота,изгибающие моменты, продольные и поперечные силы в различных сечениях свай.Расчет позволяет определить также несущую способность сваи по грунту в осевомнаправлении (на вдавливание и на выдергивание). При этом за несущую способностьсваи принимается такая осевая сила, при которойвертикальные смещения головы сваи или ростверка в целом на единицу приращениянагрузки становятся на порядок больше первоначальных.

3. При расчете свай грунтовое основание (в общем случаенеоднородное по глубине) рассматривается как нелинейно-деформируемая среда,характеризуемая коэффициентами горизонтального и вертикального отпора, которыекроме свойств грунта зависят от глубины расположения рассматриваемого сечения ивеличины его горизонтальных и вертикальных перемещений, то есть:

K _r = f ₁(U, Z),

, (1)

.

4. Расчетная схема сваи принята ввиде сжато-изогнутого стержня, на который действуют нагрузки, горизонтальный Ри вертикальный q отпор (МПа´м) определяемые соотношениями:

,

, (2)

,

где K_r - коэффициент горизонтального отпора грунта (МПа);

- коэффициентвертикального отпора грунта по боковой поверхности сваи (МПа);

- коэффициентвертикального отпора грунта под нижним концом сваи (МПа);

Z - координата глубины (м);

U, W -соответственно, горизонтальное и вертикальное перемещения сечения сваи наглубине Z (м);

P(Z) -горизонтальный отпор грунта на глубине Z на сваюдиаметром (поперечным размером) d_ср (МПа×м);

- вертикальный отпоргрунта по боковой поверхности сваи диаметром d_ср (МПа×м);

q^нк(Z = l) -вертикальный отпор грунта под острием сваи (МПа).

5. Количественное описаниегоризонтальной и вертикальной сопротивляемости грунта реализуется зависимостяминелинейного деформирования грунта P - U (в горизонтальном направлении) и q - W (в вертикальном) для каждого расчетного сечениясваи в виде:

, (3)

гдеиндексами А, В, С, D обозначим следующие параметры:

а) при расчете горизонтального отпора грунта

A = P(Z), B = K₀(Z),C = U(Z), ,

здесь K₀(Z) - начальный коэффициентгоризонтальной сопротивляемости K₀(Z) = K _r(U,Z) приU ® 0определяется по рекомендациям п. 7;

- предельная величинагоризонтального отпора грунта при U ® ¥ определяется по рекомендациям п. 9;

б) при расчете вертикального отпора грунта по боковой поверхности

A = q ^бп(Z), B = K _V(Z), C = W(Z), ,

здесь при W ® 0 определяется по п. 8;

при W ® ¥ определяется по п. 9;

в) при расчете вертикального отпора грунта под острием сваи

A = q ^нк(Z = l), B = K _l(Z), C = W(Z= l), ,

здесь при W ® 0 определяется по п. 8;

при W ® ¥ определяется по п. 9;

m - показатель степени, принимающий значение: в случае несвязныхгрунтов m = 1; в случае связных грунтов m = 2,5.

6. При расчете свайных фундаментов, состоящих из близко расположенныхсвай, необходимо учитывать их взаимовлияние через грунтовую среду прирасстояниях между опорами в свету £ 7d_ср в соответствии со следующимиуказаниями:

а) Взаимодействие горизонтально нагруженных свай учитываетсяизменением расчетных параметров нелинейной контактной модели грунта для каждойсваи группы. При этом значения начальных коэффициентов горизонтального отпора К₀и предельных величин отпора грунта Р_пред, полученных для одиночнойизолированной сваи согласно п. 5,умножают на коэффициент горизонтального взаимовлияния a_г, величина которого вычисляется по формуле:

, (4)

где (a_г)_i - коэффициент горизонтального взаимовлияния для каждой i-й сваигруппы;

r_ij - расстояние междувзаимодействующими сваями, ;

x_i, y_i, x_j, y_j - координаты расположения центров свай соответственно по оси x и оси y. Причем,ось x совпадает с направлением действия горизонтальной силы;

Õ - обозначение перемножения«элементарных» коэффициентов взаимовлияния, определенных для каждой возможнойкомбинации пар свай. Причем произведение Õ берется только по тем сваям j длякоторых r_ij £ 1,6(r_ij)_min,

где (r_ij)_min - минимальное расстояние от оси i-ой сваидо ближайшей j-й сваи в группе.

б) Взаимодействие вертикально нагруженных свай учитывается за счетопределения дополнительной осадки рассматриваемой i-ой сваи от действия на соседнюю j-ю силы N_j, которая вычисляется по формуле:

, (5)

где ;

K_m = 2,82 - 3,78m +2,18m², здесь m =(m₁ + m₂)/2, m = n;

G₁, m₁ - доформативные характеристики грунта, осредненные по слоям доглубины Z₁ = l, равнойдлине погруженной части сваи;

G₂, m₂ - деформативные характеристики грунта, осредненные на глубину Z₂ ниже острия сваи;

Z = max(0,5l - 1,5A), где А -поперечный размер группы.

Осреднение проводится по формуле:

, (6)

где X -рассматриваемая характеристика;

h_i - толщина i-ого слоя грунта, в пределахкоторого изменением характеристики X можно пренебречь.

7. Расчетные величины начальногокоэффициента горизонтального отпора грунта - К₀ следует определятьпо формуле:

K₀(Z)= K₀ (Z = 0) + K_0i×Z, (7)

где K₀ (Z = 0) - значение коэффициента K₀ на поверхности грунта;

K_0i -градиент нарастания начального коэффициента К₀ с глубиной.

В зависимости от вида грунта и его свойств рекомендуется следующаяметодика назначения коэффициентов K₀.

а) Для несвязных грунтов

При отсутствии каких-либо дополнительных данных величина K₀ (Z = 0) в выражении (7) для песков и супесей принимается равная нулю.Градиент нарастания коэффициента K_0i сглубиной следует назначать в зависимости от вида грунта и способа погружениясвай в соответствии с табл. 3.

Таблица3

Вид грунта, окружающего сваю	Градиент нарастания начального коэффициента горизонтального отпора МПа/м для свай
	забивных	бурозаливные
Пылеватые пески (0,6 £ l £ 0,8)	3,5 - 7,0	2,8 - 5,6
Пески мелкие (0,6 £ l £ 0,75) и средней крупности (0,55 £ l £ 0,7)	7,0 - 11,0	5,6 - 8,3
Крупные пески (0,55 £ l £ 0,7)	11,0 - 20,0	8,3 - 15,0
Гравелистые пески (0,56 £ l £ 0,7)	-	15,0 - 30,0

Примечания.

1.Значения коэффициента K_0i в таблице охватываютдиапазон грунтов средней плотности (I_a - 1/3 - 2/3), находящихся под водой.

2.Меньшие значения коэффициента K_0i соответствуют более высоким значениямкоэффициента пористости lпесчаных грунтов.

3.Коэффициент K_0i для плотных песков долженприниматься на 30 % выше, чем наибольшие значения указанных в таблицекоэффициентов K_0i для данного грунта.

4. Для получения коэффициента K_0i песчаныхгрунтов естественной влажности необходимо табличные значения умножить накоэффициент 2,0.

б) Для связных грунтов

Расчетная величина коэффициента K₀ (Z = 0) в формуле (7) рассчитывается по выражению:

, (8)

где С_н - сопротивление связного грунта сдвигу порезультатам лабораторных испытаний образцов ненарушенной структуры на трехосноесжатие консолидированно-недренированным методом или с помощью методавращательного среза в полевых условиях;

e₅₀ - относительная деформацияобразцов грунта, получаемая из опытов на трехосное сжатие, соответствующаяполовине разрубающего напряжения. При отсутствии лабораторных данных параметр e₅₀ можно принимать в зависимости от сопротивления связного грунтасдвигу С_н по табл. 4.

Таблица4

	Среднее сопротивление сдвигу верхнего слоя грунта Сн (МПа)
	0 - 0,05	0,05 - 0,1	0,1 - 0,2	0,1 - 0,4
e50	2 - 1	0,7	0,5	0,4

Значения коэффициента K_0iпринимается в зависимости от вида связного грунта и способа погружения сваи потаблице 5.

Таблица5

Вид грунта, окружающего сваю	Градиент нарастания начального коэффициента горизонтального отпора K0i, МПа/м для свай
	забивных	буровых
Глины и суглинки текучепластичные (0,75 £ IL £ 1)	1,6 - 6,3	1,25 - 5,0
Глины и суглинки мягкопластичные - (0,5 £ IL £ 0,75)	6,3 - 13,0	5,0 - 10,0
Глины и суглинки тугопластичные и полутвердые (0 £ IL £ 0,5)	13,0 - 20,0	10,0 - 15,0
Глины и суглинки твердые (IL < 0)	20,0 - 36,0	15,0 - 27,0

Примечание: Меньшие значениякоэффициента К_0i соответствуют более высоким значениям консистенции I_Lглинистых грунтов, указанных в скобках, а большие значения К_0i - соответственно болеенизким значениям I_L.

8. Расчетные величины начальногокоэффициента вертикального отпора грунта для несвязных и связных грунтовследует определять по следующим зависимостям:

Начальный коэффициент вертикального отпора грунта по боковойповерхности сваи K_v(Z):

, m₁ = n₁; (9)

где G(Z) - текущее значение модуля сдвига на данной глубине Z.

Начальный коэффициент вертикального отпора грунта по нижнему концусваи (коэффициент лобового отпора грунта) K_l:

. (10)

Следует учесть, что формула (10) дает значения начального лобового отпора K_l при положительных значениях вертикальной силы (вдавливающаянагрузка) при действии растягивающей (выдергивающей) силы коэффициент K_l принимается равным 0.

Примечание. Принятые вформулах (7) - (10) обозначения аналогичны использованным в п. 4.

9. Расчетные величины предельногогоризонтального отпора P_пред(Z) на глубине Z в зависимости от вида грунта и его свойствследует назначать в соответствии со следующими рекомендациями:

а)Для несвязных грунтов

Ординаты предельного горизонтального давления на грунт вповерхностной зоне (область поверхностно-пространственного выпора) необходимовычислять по формуле:

, (11)

где j - угол внутреннего трения грунта;

C -сцепление;

h₁, h₂ - безразмерные коэффициенты, зависящие от j и q, которые принимаются по графикам черт. 1;

q - угол выпирания, определяемый пографику черт. 1;

g - удельный вес грунта с учетомвзвешивания.

Ординаты предельного горизонтального давления на грунт в глубиннойзоне (область прорезания грунта сваей) вычисляются по формуле:

, (12)

где А₀, В₀, С₀ - коэффициенты несущейспособности, являющиеся функциями угла внутреннего трения j, которые принимаются по графикамчерт. 2.

Из условия находится критическаяглубина Z_крит.. При Z < Z_крит. предельное горизонтальное давление на грунт рассчитывается повыражению (11), a при Z > Z_крит. - по (12).

б)Для связных грунтов

Ординаты предельного горизонтального давления определяютсяследующим образом:

если Z £ Z_крит.

, (13)

если Z ³ Z_крит.

, (14)

где С_н- сопротивление сдвигу.

Черт. 1. Графики для определения коэффициентов h₁ и h₂ и угла выпирания q в зависимости от угла внутреннеготрения j

Черт. 2. Графики для определения коэффициентов несущей способностиA₀, B₀, С₀, в зависимости от угла внутреннего трения j

Критическаяглубина Z_крит. находитсяследующим образом: если можно условно считать, что грунты обладают постоянным сопротивлениемсдвигу С_н, т.е. наблюдается незначительное изменение его значений впределах глубины порядка (6 - 8)d_C, то в этомслучае Z_крит.находитсяиз выражения:

, (15)

если изменение С_н сглубиной описывается зависимостью С_н(Z) = C_н(Z = 0) + d_CgZ, то в этомслучае критическая глубина Z_крит.определяется решением уравнения

. (16)

10.Расчетные величины предельного вертикального отпора грунта по боковойповерхности и под острием сваи следует определять поформулам ; , где f и R принимаются по СНиП 2.02.03-85.

11. Учетвлияния многократно-повторных горизонтальных нагрузок при расчете допускаетсяосуществлять приближенно путем умножения значений коэффициента начальногоотпора К_0i (табл. 3 ¸ 5) ипредельного горизонтального давления Р_пред.(Z) (11), (12) накоэффициент условия работы 0,5.

Примечание.Влияние многократности действия вертикальных нагрузок в расчете не учитывается.

ПРИЛОЖЕНИЕ 4

Обязательное