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

слою бетона, щебня или песка толщиной 0,1 м, а техни­ ческое подполье в таком случае защищается от промер­ зания.

При залегании под ростверком глинистых грунтов пластичной « текучей консистенции необходимо устраи­ вать подготовку из щебня или бетона толщиной 10 см.

ЗАЩИТА СВАЙНЫХ ФУНДАМЕНТОВ ОТ КОРРОЗИИ1

Применение свайных фундаментов часто сопряжено с возможностью значительного воздействия на них грун­

трация ионов водорода в воде, являющаяся основной характеристикой агрессивности воды). При рН<3 грун­

ными грунтовыми водами являются воды с pH>9.

Как правило, агрессивность грунтовых вод обуслов­ ливается наличием большого количества болот и остат­ ков болотной растительности — заторфованностн с вели­ чиной pH от 3 до 6. Такая кислотность является весьма опасной для бетона свайных фундаментов и требует принятия надлежащих профилактических мер.

Кроме того, при строительстве промышленных объек­ тов, даже при наличии нейтральных грунтовых вод, в ря­ де случаев также требуются конструктивные меры по защите свай от коррозии. Опыт строительства показы­ вает, что в ряде случаев сточные воды производств сильно загрязняют грунтовые воды, повышая их кислот­ ность с 6 до 3,5 pH. При этом загрязнение грунтовых вод обнаруживается даже на расстоянии в 30—40 м от здания цехов.

В некоторых случаях практически нейтральные грун­ товые воды, имеющие высокую концентрацию ионов S 0 4" (до 400—500 мг/л) или хлора С1' (до 400—500 мг/л) также могут приводить к усиленной коррозии железо­

1 Раздел написан камд. техн. наук Е. В. Шушаковы.м.

62

бетона в грунтах [Е. В. Шушаков н А. Н. Юндин, 1968]. Поэтому строительству свайных фундаментов должно предшествовать тщательное изучение грунтовых условий с целью принятия при проектировании необходимых за­ щитных средств.

При строительстве каких-либо объектов вблизи рельсового транспорта, 'работающего на электрифициро­ ванной тяге, а также в районе линий электропередач, электростанций, трансформаторных и тяговых подстан­ ций и распределительных устройств может быть встречен другой вид коррозии железобетонных свай — электриче­ ская или электрохимическая коррозия. В этом случае источниками коррозии являются блуждающие токи. Рас­ текаясь в земле на большие расстояния (до 500—1000 м от их источника) и встречая на своем пути сваи, удель­ ное сопротивление арматуры которых значительно меньше удельного сопротивления окружающей их грун­ товой среды, блуждающие токи входят в сваи и проте­

Известно, что бетон от коррозии можно защитить путем его пропитки, а также покрытием его поверхно­ стей различными коррозионно-стойкими материалами. Правда, при забивке свай в грунты, содержащие в себе обломочные и плохоокатаиные включения, а также абра­ зивные породы, предварительно нанесенные защитные покрытия могут нарушаться. Однако в настоящее время существует опыт применения таких покрытий на основе износоустойчивых эпоксидных компаундов, стоимость которых незначительна.

При пропитке бетона свай пропитывающий изоляци­ онный материал (нефтяные ‘битумы, петролатум или их смесь) проникает на некоторую глубину: битумы на 2—3 мм, а петролатум до 40—50 мм. Петролатум менее стоек в условиях кислой среды.

В последнее время в качестве пропитывающих кор­ розионно-стойких материалов предложено применять крекинг-остатки и гудрон, обеспечивающие пропитку бетона на глубину 8—10 мм [Г. Н. Гельфман, С. И. Ко­ корев и др., 1968]. Режим пропитки, проверенный в мно­ гократных натурных условиях, предусматривает подо­ грев материала изоляции до температуры 180—250° с выдерживанием в нем свай в течение 3—5 часов с по-

63

следующим постепенным охлаждением (естественным образом) в течение 2—4 часов.

В условиях индустриального производства свайных конструкций наиболее целесообразно выполнять анти­ коррозийное покрытие свай в заводских условиях, непо­ средственно после изготовления свай и разгрузки про­ парочных камер, помещая их в нагретом виде в пропи­ точные ванны. Это значительно повышает выходную прочность бетона.

С целью использования затрат энергии на поддержа­ ние материалов пропитки в горячем состоянии можно рекомендовать также уменьшать цикл пропарки свай в пропарочных камерах, доводя его до 6 — 8 часов. Этим можно не только снизить общую стоимость антикорро­ зийного покрытия, но и в целом получить значительную экономию денежных средств (за счет увеличения обора­ чиваемости форм, увеличения производительности про­ парочных камер и упрощения и ускорения технологиче­ ского процесса).

Для защиты свайных фундаментов от электрокорро­ зии обычно применяют упрощенные вентильные электродренажи на базе германиевых выпрямителей, собирае­ мых на медных листах. Такие электродренажи способны надежно защищать подземный контур зданий и соору­ жений от блуждающих токов силою до 50 а, что исчер­ пывает практические случаи и отводит блуждающие токи в требуемом направлении (на отрицательные шины трансформаторных подстанций).

ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЛИЧЕСТВА СВАЙ В ФУНДАМЕНТЕ

При известном значении несущей способности сваи необходимое количество свай для вооприятия действую­ щей нагрузки иногда определяют по формуле

NP

где N1’— расчетная нагрузка на уровне обреза фунда­ мента, г;

Р — несущая способность сваи, т.

Это выражение не учитывает веса ростверка и грунта на его уступах, что приводит к занижению количества

64

свай, а следовательно, к необходимости корректировки расчета.

При определении нагрузки на свайный фундамент, включая вес ростверка и грунта на его уступах, обычно исходят из допущения, что при шаге забивки свай 3d на каждую сваю приходится площадь ростверка (3d)2. При указанном допущении число свай определяется из выра­ жения

п — коэффициент перегрузки: /г= 1,1 .

Указанный подход приводит к завышению необходи­ мого количества свай. Кроме того, при получении дроб­ ного значения числа свай их количество увеличивают до ближайшего целого. В итоге сваи довольно часто оказываются существенно недогруженными.

Значительно точнее количество свай в фундаменте с учетом веса ростверка и грунта на его уступах можно определить, зная зависимость площади ростверка от числа свай в фундаменте. Проведенный анализ показал,

Приведенное выражение получено из условия равно­ весия действующих сил на вертикальную ось, поэтому

Для ленточных свайных фундаментов при шаге за­ бивки сваи 3d и свесе ростверка за наружную грань сваи 5 см площадь ростверка, приходящаяся на одну сваю, может быть найдена из следующих выражений:

для однорядного фундамента

/-р = ( d - 1- 10) 3d;

для двухрядного фундамента с рядовой забивкой свай

,Fp = (4d + 10) 1,5af;

для двухрядного фундамента с забивкой свай в шах­ матном порядке

/•'р = (4d-|- 10) 2d;

для трехрядного фундамента

Fp — (7d-p 10) d.

Тогда количество свай на 1 пог.м ленточного фунда­ мента может быть найдено по формуле

Указанная методика определения числа свай в фун­ даменте способствует уменьшению трудоемкости вы­ числений « повышению степени использования несущей способности свай.

РАСЧЕТ СВАЙНЫХ ФУНДАМЕНТОВ ПО ДЕФОРМАЦИЯМ

ВЫБОР РАСЧЕТНОЙ СХЕМЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОСАДОК СВАЙНЫХ ФУНДАМЕНТОВ

В настоящее время все известные способы расчета осадок свайных фундаментов исходят из рассмотрения фундамента как условного массива независимо от вида грунтов, числа свай, а также способа погружения. Такая схема определения осадок применима в ограниченном числе случаев, а подобное представление о работе свай­ ных кустов базируется иа предпосылках, не отражаю­

66

щих всех сложных процессов, происходящих в свайных фундаментах, от момента забивки свай и до загружения весом сооружения.

Сопоставление данных испытаний свайных кустов и одиночных свай и изучение совместной работы свай­ ных фундаментов и грунтов основания, проведенные на моделях и в натуре [А. В. Пилягин, 1968], а также анализ литературных данных показывает, что в зависимости от грунтовых условий, числа свай, шага забивки и спо­ соба погружения свайный фундамент может работать, как: 1 ) фундамент на естественном основании, когда грунт междусвайного пространства перемещается вместе со сваями; 2 ) отдельные сваи с взаимным влиянием; 3) одиночная свая (при значительных расстояниях меж­ ду сваями).

Расчетные схемы определения осадок свайных фунда­ ментов могут быть следующие:

Схема I. При частой забивке свай (до трех диамет­ ров) длиной до 15 м и наличии под остриями свай грун­ тов, способных уплотняться при забивке, в порядке первого приближения осадку свайных кустов можно рассчитывать как для условного массива шириной, рав­ ной расстоянию между наружными гранями крайних рядов свай, с учетом сил трения, развивающихся по его боковой поверхности.

Схема II. При шаге забивке сваи от 3 до 15с? и на­ личии под остриями свай грунтов, не способных уплот­ няться при их забивке, осадку свайных кустов правиль­ нее определять как для отдельных свай с учетом их взаимного влияния.

Схема III. При раостоянии между сваями больше 15с? осадка фундамента может быть принята равной осадке одиночной сваи, испытанной статическим загружением в одинаковых грунтовых условиях при условии равенства скорости загружения и времени действия нагрузки.'

Для уточнения возможных схем работы свайных фундаментов необходимы дальнейшие наблюдения за послойными перемещениями грунтов при свайных фун­ даментах, а также сбор данных испытаний статическим загружением свайных кустов, одиночных свай, свай в со­ ставе кустов и пенетрацин, проведенной до и после забивки свай в кусты.

67

РАСЧЕТ СВАЙНЫХ ФУНДАМЕНТОВ ПО ДЕФОРМАЦИЯМ МЕТОДОМ ОГРАНИЧЕННОЙ СЖИМАЕМОЙ ТОЛЩИ

Определение осадки спайных фундаментов как для условного массива (схема I) с шириной, равной рассто­ янию между наружными гранями крайних рядов свай, необходимо вести с учетом сил трения, развивающихся по его боковым граням, и вертикальных напряжений, создающих пригрузку в 'плоскости острия свай, так как вся нагрузка передается в плоскости острия лишь в слу­ чае опирания свай на несжимаемые скальные грунты.

Осадку свайного фундамента в таком случае целесо­ образно определять отдельно от нагрузки, воспринимае­ мой боковой поверхностью 5 гюк- и остриями 5 0СХ

5 --- 'S'flOK і ^ост*

Литературных данных по определению величин сил трения, развивающихся по боковым поверхностям свай­ ных фундаментов, недостаточно. Поэтому в порядке первого приближения (учитывая, что это идет в запас) можно считать, что вся нагрузка приложена в плоскости свай, а ширину фундамента принимать равной расстоя­ нию между наружными гранями крайних рядов свай. Осадку от нагрузки, передаваемой в плоскости подошвы свайных фундаментов, можно определить известными методами (суммирования, эквивалентного слоя, ограни­ ченной сжимаемой толщи).

Расчет осадок свайных фундаментов указанными методами требует соблюдения условия

Р" < /?",

где Р" — среднее давление по подошве фундамента от нормативных нагрузок;

R" — нормативное давление на грунт основания. Свайные фундаменты в условиях слабых грунтов

часто нельзя рассматривать как условный массив, следо­ вательно, нельзя рассчитывать по деформациям как фундаменты на естественном основании. В таких случа­ ях расчет 'свайных фундаментов по деформациям необ­ ходимо производить как для отдельных свай с учетом их взаимного влияния (схема II). Осадку свайных кустов, условия работы которых соответствуют схеме II,

68

можно определить по методу суммирования с дополни­ тельным учетом влияния соседних свай методом угловых точек. Однако такой расчет трудоемок.

Учитывая ограниченное развитие активной зоны под остриями свай, целесообразно для расчета по деформа­ циям свайных фундаментов использовать метод проф. Б. И. Далматова, позволяющий быстро и просто опреде­ лять загружение соседних свай.

Осадку свайиых кустов, работающих по схеме II, необходимо определять отдельно от нагрузок, переда­ ваемых грунту остриями и боковыми поверхностями свай с учетом взаимного влияния. Осадка свай от нагрузки, воспринимаемой боковой поверхностью, может быть определена из выражения

■ Нэ = Лшср (b — d) = SAwcpd.

Здесь А — коэффициент, зависящий от р и определяе­

расчетной сжимаемой толщи к ширине подо-

я Р

ШВЫ — j j ~ .

Расчетная мощность сжимаемой толщи принимается равной

Яр= 1,116 = 5,55с/.

На осадку сваи, входящей в состав куста, оказывает влияние загружение соседних участков поверхности,

69