Файл: Симагин В.Г. Свайные фундаменты. Особенности проектирования и возведения.pdf

мость постоянного повышения уровня инженерно-геоло­ гических изысканий.

Однако в практике проектирования еще не редки случаи недооценки важности геологических изысканий, приводящие к неоправданному сокращению объема изы­ скательских работ, а также имеются случаи проектиро­ вания зданий по аналогии, без достаточного обоснова­ ния.

Основные ошибки при проектировании свайных фун­ даментов имеют следующие причины: неточную класси­ фикацию грунтов при бурении; отсутствие скважин в пределах контура здания; отсутствие данных физико­ механических свойств грунтов, расположенных ниже острия свай; неправильное определение плотности пес­ чаных и консистенции глинистых грунтов.

Инженерные изыскания должны выполняться по про­ грамме, составленной изыскательской организацией на’ основании технического задания заказчика в соответст­ вии с требованиями СНиП ІІ-Б.5—67*, ОНиП II-A.13—69 и других нормативных документов. Объем инженерно­ геологических исследований зависит от здания и соору­ жения, его капитальности, стадии проектирования и сте­ пени изученности площадки.

Если грунтовые условия строительной площадки оди­ наковые с соседними участками, то с согласия проект­ ной организации объем изысканий может быть сокра­ щен. Однако следует иметь в виду, что разработка рабо­ чих чертежей свайных фундаментов допускается лишь при наличии скважин в пределах контура здания или на расстоянии от него до 5 м.

Глубина бурения скважин согласно СНиП ІІ-Б.5—67* должна превышать глубину погружения свай на 5 м при нагрузке на обрез фундамента до 300 т и на 10 м — при большей нагрузке.

На работу свайных фундаментов существенное влия­ ние оказывают сильносжимаемые прослойки грунта (торф, ил), находящиеся ниже границы сжимаемой тол­ щи. Поэтому в таких случаях глубина исследуемой тол­ щи грунта ниже острия свай должна быть доведена до прочного грунта.

При строительстве сельскохозяйственных и других сравнительно легких зданий можно идти по пути сокра­ щения глубины и количества выработок, так как проек­

55

тирование таких зданий можно вести по нормативным давлениям без вычисления ожидаемых осадок.

Инженерно-геологическими изысканиями устанавли­ вается: мощность и характер залегания отдельных слоев грунта; физико-механические характеристики грунтов и возможность их изменения при увлажнении; поло­ жение уровня грунтовых вод и их агрессивность. Изыскания для проектирования свайных фундамен­ тов должны также включать зондирование и испытание свай.

В состав лабораторных работ в обязательном поряд­ ке должно входить определение всех характеристик грунта, необходимых для расчета свайных фундаментов по предельным состояниям. Для грунтов, находящихся в пределах длины свай, эти характеристики следующие: для п е с к о в — грансостав, плотность, влажность,удель­ ный и объемный вес и угол внутреннего трения; для г л ин — влажность естественная, на границах текучести и раскатывания, удельный и объемный вес, консистен­ ция и угол внутреннего трения.

Для образцов грунта, взятых ниже отметки острия свай, дополнительно определяются нормативное сцеп­ ление и модуль деформации. Детальному исследованию подлежит слой грунта мощностью 0,25 Ь, лежащий ниже острия свай, так как ошибка в определении ср на 1—1,5 градуса и С на 0,02—0,04 кг/см2 влечет ошибку в опре­ делении R" на 10%.

Как известно, выбор значений /?" и /" производится в. зависимости от глубины залегания середины слоя грунта, крупности и плотности песков и консистенции глинистых грунтов. Поэтому особенно тщательно необ­ ходимо определить показатель консистенции глинистых грунтов, так как ошибка в определении характерных влажностей на один процент может привести к ошибке в определении несущей 'способности сваи в полтора и бо­ лее раза [Б. И. Далматов, 1972].

Изыскателям и проектировщикам следует особое внимание уделять вопросам оценки изменения физикомеханичеоких свойств грунтов при изменении их водного режима. Как известно, в связи с застройкой территории уровень грунтовых вод повышается на 0,5—1,5 м и более

56

Нередко, стремясь обеспечить минимальный объем земляных работ, планировочные работы на площадке проводят без учета естественных путей стока атмосфер­ ных вод. Это может принести к обводнению территории. Особенно тщательный анализ гидрогеологической обета-, новки на площадке должен проводиться в случае, когда строительство объектов продолжается несколько лет, так как данные гидрогеологичеокой обстановки в период изысканий и проектирования могут существенно отли-. чаться от таковой в период строительства.

Данные по прогнозу влажности грунтов в период строительства необходимы при назначении величины нормативного давления на основания, глубины заложе­ ния фундаментов, проектировании подземных сооруже­ ний. Дополнительное увлажнение глинистых грунтов приводит к увеличению консистенции, от которой зави­ сит величина нормативного сопротивления грунта по боковой поверхности сваи и нормативного сопротивле­ ния грунта под ее острием, а следовательно, несущая способность сваи.

Плотность песчаных грунтов должна определяться в условиях его естественного залегания. Однако ото-, брать образцы песчаного грунта ненарушенной структу­ ры из скважин довольно сложно, поэтому лучше исполь­ зовать статическое зондирование, позволяющее одновре­ менно определить напластование, модуль деформации, угол внутреннего трения и нормативное сцепление пес­ ков, а также консистенцию глинистых грунтов (Указа­ ния по зондированию грунтов для строительства СН 448—72). По результатам статического зондирова­ ния строят графики изменения с глубиной грунта погру­ жения острия и трения грунта по боковой поверхности зонда, используя которые, можно выбрать глубину за­ легания и определить несущую способность сваи.

Наибольшая достоверность в правильном определе­ нии несущей способности сваи может быть получена при сочетании статичеокого зондирования с испытанием свай пробным загружением. Стоимость таких испытаний несколько больше обычных. Однако, как показала прак­ тика изысканий института «Фундаментпроект», общая стоимость проектирования и строительства снижается вследствие более полного использования несущей спо­ собности овай.

5?

Согласно нормам для большинства зданий и соору­ жений, в том числе на свайных фундаментах, обязатель­ ным является расчет по деформациям. Для проведения такого расчета необходимо иметь достоверные значения характеристик сжимаемости грунтов основания. Поэто­ му необходимо особо остановиться на методах опреде­ ления модуля деформации грунтов и их недостатках.

Модуль деформации грунтов определяется в полевых и лабораторных условиях. Для одного и того же грунта их значения могут отличаться в 2—8 и более раз. Наи­ большего расхождения следует ожидать для плотных, а наименьшего — для более слабых грунтов. Такая раз­

нагрузки при проведении полевых и компрессионных испытаний грунтов различны. Условная стабилизация осадки при испытании штампами принимается равной 0,1 мм для крупнообломочных и песчаных грунтов за 1 час, глин — за 2 часа. При компрессионных испыта­ ниях за условную стабилизацию принимается осадка 0,01 мм для песков за 30 минут, супесей—-за 3 часа, суглинков и глин — за 12 часов.

В о - в т о р ы х , модуль деформации грунтов зависит от скорости приложения нагрузки: с ее увеличением увеличивается осадка, следовательно, уменьшается зна­ чение модуля деформации грунтов.

Сопоставление результатов длительных испытаний в полевых условиях с испытаниями, выполненными по ГОСТ 12374—66, указывают на расхождение для твер­ дых глинистых грунтов почти в два раза, а для легких супесей — примерно на 20%• Для уменьшения этого вли­ яния при проведении испытаний штампами скорость воз­ растания нагрузки должна соответствовать темпам строительства.

ß - т ре т ь их, при обработке данных полевых испы­ таний модуль деформации определяется по формуле, полученной для жесткого штампа, установленного на поверхности линейно деформируемого полупространства, для которого напряжения, а следовательно, и деформа­ ции распространяются на бесконечную глубину. Факти­ чески, как показывают опыты послойных измерений деформаций грунтов, под штампами сжимается ограни­ ченный слой грунта. Если учесть это обстоятельство, то

58

значение модуля деформации должно быть примерно на 30—40% меньше значения Е0, найденного по формуле ГОСТ. Поэтому, если модуль деформации определялся по методике ГОСТ, то расчет осадок фундаментов целе­ сообразно вести методом эквивалентного слоя Н. А. Цытовича, рассматривающего деформации бесконечного линейно деформируемого полупространства, а метод суммирования будет давать значения осадок, отличные от фактических, ввиду различия расчетных схем опре­ деления модуля деформации грунтов и осадок фунда­ ментов.

Таким образом, только все звенья — изыскание, про­ ектирование и строительство, выполненные на высоком техническом уровне, позволят избежать указанных выше ошибок и сэкономить 'Средства на дополнительные работы.

НАЗНАЧЕНИЕ ТИПА И РАЗМЕРОВ СВАЙ

Выбор конструкции и типа свай производится в соот­ ветствии с требованиями и указаниями СНиП ІІ-Б.5—67* с учетом:

а) инженерно-геологических и гидрогеологических

з) условий производства работ, сроков работ и т. д.; и) технико-экономических показателей сравниваемых вариантов свайных фундаментов в конкретных условиях площадки с учетом начальной стоимости, долговечности

и эксплуатационных расходов.

Рассмотрение инженерно-геологичеоких материалов

ловливается положением несущего слоя, глубиной зало­

59

жения ростверка, величиной заглубления свай в несу­ щий слой грунта и в ростверк. Залегающие сверху сла­ бые грунты необходимо прорезать и острие сваи заглуб­ лять в плотные грунты.

При наличии на глубине 10—15 м скальных пород или прочных грунтов почти всегда оказываются целесо­ образными сваи-стойки. Если по длине сваи имеются прослойки плотных грунтов, ниже которых залегают более слабые грунты, нижние концы свай должны заглубляться в плотные, прорезая слабые прослойки.

При резком колебании кровли несущего слоя по дли­ не здания необходимо проектировать две-три длины свай. При планировке площадки подсыпкой длина свай, погружаемых до планировки, намечается с учетом повы­

иметь в виду, что экономически почти всегда более рен­ табельно принимать фундамент с меньшим числом более длинных свай, чем с большим числом свай меньшей длины.

П о п е р е ч н о е с е ч е н и е свай обычно устанавли­ вают в соответствии с действующими стандартами в за­ висимости от длины сваи, характеристики прорезаемых грунтов, грунтов, залегающих ниже концов сваи, и дей­ ствующей нагрузки.

М е н ь ш и е сечения принимаются при передаче малых нагрузок и при наличии под нижними концами скальных и крупнообломочных грунтов и других плот­ ных грунтов. Б о л ь ш е е сечение сваи по грунтовым условиям может быть принято для свай, нижние концы которых опираются иа грунты средней плотности и сла­ бые, а также при большой мощности слабых грунтов в целях увеличения боковой поверхности. Иногда при­ меняют увеличенные сечения свай при небольшой длине (при наличии больших сосредоточенных нагрузок от колонн и плотных грунтов под нижними концами), что позволяет уменьшить количество свай и размеры рост­ верка.

ВЫБОР ГЛУБИНЫ ЗАЛОЖЕНИЯ ПОДОШВЫ РОСТВЕРКА

Ростверк устраивается по верху свай для обеспече­ ния их совместной работы под нагрузкой. Глубина зало­ жения его подошвы назначается в зависимости от:

£0

а) конструктивных решений нулевого цикла и про­

даментов.

При строительстве на иучинистых грунтах необходи­ мо предусмотреть меры, предотвращающие влияние пучения грунта на ростверк. При малонагруженных фундаментах в пучиниетых грунтах подошва ростверка закладывается ниже расчетной глубины промерзания. Как известно, морозное пучение грунта происходит в основном за счет перемещения влаги к границе про­ мерзания из нижележащих слоев. Такое перемещение влаги возможно в глинистых грунтах, а мелких и пыле­ ватых песках тем интенсивнее, чем ближе уровень грун­ товых вод к фронту промерзания. Считают, что мигра­ ция влаги к фронту промерзания не происходит, если расстояние от уровня грунтовых вод до расчетной глу­ бины промерзания грунтов превышает два метра.

Следовательно, глубину заложения подошвы, свай­ ного ростверка по условиям возможности пучения грун­ тов при промерзании необходимо назначать с учетом вида и состояния грунтов, положения уровня грунтовых вод в период промерзания, вида проектируемого здания пли сооружения.

Если глубина заложения подошвы ростверка в пучинистых грунтах принята с учетом влияния теплового режима здания менее нормативной глубины промерза­ ния, то необходимо в период строительства предохранить грунты основания от промерзания. Заложение подошвы ростверка выше или ниже уже существующих фунда­ ментов, расположенных в непосредственной близости, возможно при соблюдении особых требований к произ­ водству работ (забивка шпунта и т. д.).

Ростверки бесподвальных зданий допускается заглуб­ лять на 0,1—0,15 м ниже планировочных отметок с укладкой под ростверки наружных стен слоя шлака толщиной не менее 30 см или песка мощностью 50 см. При непучинистых грунтах ростверк укладывается по

61