СП 24.13330.2021 «Свайные фундаменты»

7.1Основные указания по расчету

первой группы :

• а) по прочности материала свай и свайных ростверков;
• б) по несущей способности (предельному сопротивлению) грунта основания свай; в) по потере общей устойчивости оснований свайных фундаментов, если на них передаются значительные горизонтальные нагрузки (подпорные стены, фундаменты распорных конструкций и др.), в том числе сейсмические, если сооружение расположено на откосе или вблизи него или если основание сложено крутопадающими слоями грунта. Этот расчет следует выполнять с учетом конструктивных мероприятий, предусмотренных для предотвращения смещения проектируемого фундамента; второй группы : а) по осадкам оснований свай и свайных фундаментов от вертикальных нагрузок (см. 7.4); б) по перемещениям свай совместно с грунтом оснований от действия горизонтальных нагрузок и моментов (см. приложение Б); в) по образованию или чрезмерному раскрытию трещин в элементах железобетонных конструкций свайных фундаментов.

Сооружение и его основание должны рассматриваться совместно, т. е. должно учитываться взаимодействие сооружения со сжимаемым основанием.

Расчетная схема системы «сооружение - основание» или «фундамент основание» должна выбираться с учетом наиболее существенных факторов, определяющих напряженное состояние и деформации основания и конструкций сооружения (статической схемы сооружения, особенностей его возведения, характера грунтовых напластований, свойств грунтов основания, возможности их изменения в процессе строительства и эксплуатации сооружения и т. д.). Рекомендуется учитывать пространственную работу конструкций, геометрическую и физическую нелинейность, анизотропность, пластические и реологические свойства материалов и грунтов, развитие областей пластических деформаций под фундаментом.

Свайные фундаменты должны рассчитываться с построением математических моделей, описывающих механическое поведение свайных фундаментов для предельных состояний первой или второй группы. Расчетная модель может представляться в аналитическом или численном виде. При проведении расчетов несущей способности и осадок одиночных свай предпочтение следует отдавать табулированным или аналитическим решениям, приведенным в настоящем своде правил. Расчеты большеразмерных свайных кустов и комбинированных свайно-плитных фундаментов (КСП) следует, преимущественно, проводить численно.

При проектировании свайных фундаментов следует учитывать жесткость ростверка и опирающихся на него конструкций, что должно отражаться в расчетной модели. При составлении расчетной модели должны также учитываться:

• грунтовые условия площадки строительства;
• гидрогеологический режим;
• температурный режим грунтов;
• особенности устройства свай;
• наличие шлама под нижним концом свай.

Расчетные значения характеристик материалов свай и свайных ростверков следует принимать в соответствии с СП 16.13330, СП 35.13330, СП 40.13330, СП 63.13330, СП 64.13330.

Расчетные значения характеристик грунтов следует определять в соответствии с ГОСТ 20522, расчетные значения коэффициентов постели грунта сz , окружающего сваю, следует принимать в соответствии с приложением Б. Допускается определение сz путем численного моделирования.

Расчетные сопротивления грунта под нижним концом сваи R и на боковой поверхности сваи f i следует определять по 7.2 или 7.3, а также расчетом с применением численного моделирования.

При наличии результатов полевых исследований, проведенных в соответствии с 7.3, несущую способность грунта основания свай следует определять с учетом данных статического зондирования грунтов, испытаний грунтов эталонными сваями или по данным динамических испытаний свай. В случае проведения испытаний свай статической нагрузкой несущую способность грунта основания сваи следует принимать по результатам этих испытаний, учитывая 7.3.

Расчет элементов железобетонных конструкций свайных фундаментов по образованию и раскрытию трещин следует выполнять в соответствии с СП 63.13330, для мостов и гидротехнических сооружений - также с учетом СП 35.13330 и СП 40.13330 соответственно.

где l 0 - длина участка сваи от подошвы высокого ростверка до уровня планировки грунта, м; αε - коэффициент деформации, 1/м, определяемый по приложению Б.

Если для буровых свай и свай-оболочек, заглубленных сквозь толщу нескального грунта и заделанных в скальный грунт, отношение 2/ αε > h, то следует принимать l 1 = l 0 + h (где h глубина погружения сваи или сваиоболочки, м, отсчитываемая от ее нижнего конца до уровня планировки грунта при высоком ростверке, подошва которого расположена над грунтом, и до подошвы ростверка при низком ростверке, подошва которого опирается или заглублена в нескальные грунты, за исключением сильносжимаемых).

При расчете по прочности материала буроинъекционных свай, прорезающих очень сильно деформируемые грунты с модулем деформации Е ≤ 5 МПа, расчетную длину свай на продольный изгиб l d в зависимости от диаметра свай d следует принимать равной: при Е ≤ 2 МПа l d = 25 d ; при 2 < Е ≤ 5 МПа l d = 15 d .

В случае, если l d превышает толщину слоя очень сильно деформируемого грунта hg , расчетную длину следует принимать равной 2 hg .

Примечания

1 Бетонирование свай под водой или под глинистым раствором следует производить только методом вертикально перемещаемой трубы (ВПТ) или с помощью бетононасосов.

2 Коэффициент γb1 (СП 63.13330) в расчетах следует принимать равным 1.

При этом усилие в свае от воздействия собственного веса следует определять с учетом коэффициента динамичности, равного:

• 1,5 - при расчете по прочности;

1,25 - при расчете по образованию и раскрытию трещин.

В этих случаях коэффициент надежности по нагрузке к собственному весу сваи принимают равным единице.

где N - расчетная нагрузка, передаваемая на сваю от наиболее невыгодного сочетания нагрузок, действующих на фундамент, определяемая в соответствии с 7.1.12;

• Fd -предельное сопротивление грунта основания одиночной сваи, называемое в дальнейшем несущей способностью сваи и определяемое в соответствии с 7.2 и 7.3;
• γ n -коэффициент надежности по ответственности сооружения, принимаемый по ГОСТ 27751, но не менее 1; γ с,g - коэффициент надежности по грунту, принимаемый равным:
• 1,2 - если несущая способность сваи определена по результатам полевых испытаний статической нагрузкой;
• 1,25 - если несущая способность сваи определена расчетом по результатам статического зондирования грунта или по результатам динамических испытаний сваи, выполненным с учетом упругих деформаций грунта, а также по результатам полевых испытаний грунтов эталонной сваей или сваей-зондом;
• 1,4 -если несущая способность сваи определена расчетом с использованием таблиц настоящего свода правил, в том числе по результатам динамических испытаний свай, выполненных без учета упругих деформаций грунта;
• 1,4 (1,25) - для фундаментов опор мостов при низком ростверке, на висячих сваях (сваях трения) и сваях-стойках, а при высоком ростверке - только при сваях-стойках, воспринимающих сжимающую нагрузку независимо от числа свай в фундаменте;
• 1,5 -если несущая способность сваи определена расчетом с использованием компьютерных программ на основании численного моделирования.

Для фундаментов опор мостов и гидротехнических сооружений при высоком или низком ростверке, подошва которого опирается на очень сильно деформируемые грунты, и висячих сваях, воспринимающих сжимающую нагрузку, а также для любых сооружений при любом виде ростверка и висячих сваях и сваях-стойках, воспринимающих выдергивающую нагрузку γ с,g принимают в зависимости от числа свай в фундаменте:

При 21 свае и более - 1,4 (1,25);

Для фундаментов из одиночной сваи под колонну при нагрузке на забивную сваю квадратного сечения более 600 кН, набивную или буровую сваю - более 2500 кН, значение коэффициента γ с,g следует принимать равным 1,4, если несущая способность сваи определена по результатам испытаний статической нагрузкой, и 1,6, если несущая способность сваи определена другими способами.

Примечания

• 1 В скобках приведены значения γ с,g для случая, когда несущая способность сваи определена по результатам полевых испытаний статической нагрузкой или расчетом по результатам статического зондирования грунтов.
• 2 При расчете свай всех видов как на вдавливающие, так и на выдергивающие нагрузки продольное усилие, возникающее в свае от расчетной нагрузки N , следует определять с учетом собственного веса сваи, принимаемого с коэффициентом надежности по нагрузке, увеличивающим расчетное усилие.
• 3 Если расчет свайных фундаментов производится с учетом ветровых и крановых нагрузок, то воспринимаемую крайними сваями расчетную нагрузку допускается повышать на 20 % (кроме фундаментов опор линий электропередачи).
• 4 Если сваи фундамента опоры моста в направлении действия внешних нагрузок образуют один или несколько рядов, то при учете (совместном или раздельном) нагрузок от торможения, давления ветра, льда и навала судов, воспринимаемых наиболее нагруженной сваей, расчетную нагрузку допускается повышать на 10 % при четырех сваях в ряду и на 20 % при восьми сваях и более. При промежуточном числе свай процент повышения расчетной нагрузки определяют интерполяцией.
• 5 При расчете сваи в составе большеразмерных кустов и полей свай на основании численного моделирования допускается учитывать возможность увеличения предельного сопротивления грунта основания сваи по сравнению с предельным сопротивлением грунта основания одиночной сваи.

Для фундаментов с вертикальными сваями расчетную нагрузку на сваю допускается определять по формуле

где Nd - расчетная сжимающая сила, кН, передаваемая на свайный ростверк в уровне его подошвы;

• Mx , My - передаваемые на свайный ростверк в плоскости подошвы расчетные изгибающие моменты, кН · м, относительно главных центральных осей x и y плана свай в плоскости подошвы ростверка; n - число свай в фундаменте; x , y - расстояния от главных осей до оси каждой сваи, для которой вычисляют расчетную нагрузку, м; xi , yi - расстояния от главных осей до оси каждой сваи, м.

Примечание - Окончательные расчеты фундаментов следует проводить с применением численных методов.

• где s - совместная деформация сваи, свайного фундамента и сооружения (осадка, перемещение, относительная разность осадок свай, свайных фундаментов и т. п.), определяемая расчетом с учетом 7.1.4, 7.1.5, по 7.4 и приложению Б; с
• s u - предельное значение совместной деформации основания сваи, свайного фундамента и сооружения, устанавливаемое в соответствии СП 22.13330, а для мостов - СП 35.13330.

7.2Расчетные методы определения несущей способности свай Сваи-стойки

Несущую способность Fd , кН, набивной и буровой свай, взаимодействующих со скальным грунтом, а также забивной сваи и сваиоболочки, опирающейся на скальный или слабодеформируемый грунт, принимают равной несущей способности основания под нижним концом сваи Fdb

Несущую способность основания под нижним концом сваи Fdb следует определять, используя расчетное сопротивление грунта под нижним концом сваи, по формуле

где γ с - коэффициент условий работы сваи в грунте, принимаемый равным 1;

R - расчетное сопротивление грунта под нижним концом сваи-стойки, кПа;

А - площадь опирания на грунт сваи, м² , принимаемая для свай сплошного сечения и полых свай с закрытым нижним концом равной площади поперечного сечения брутто, для полых свай круглого сечения с открытым нижним концом и свай-оболочек - равной площади поперечного сечения нетто при отсутствии заполнения их полости бетоном и равной площади поперечного сечения брутто при заполнении этой полости бетоном на высоту не менее трех ее диаметров.

Для набивных, буровых свай и свай-оболочек, заполняемых бетоном, опирающихся на невыветрелые скальные грунты (без слабых прослоек) при l d < 0,5 м, R следует определять по формуле

где Rm - расчетное сопротивление массива скального грунта под нижним концом сваи-стойки, определяемое по Rс,m,n -нормативному значению предела прочности на одноосное сжатие массива скального грунта в водонасыщенном состоянии, кПа, определяемому, как правило, в полевых условиях; γ g - коэффициент надежности по грунту, принимаемый равным 1,4.

Для предварительных расчетов оснований сооружений всех уровней ответственности значения характеристик Rm и Rс,m,n допускается принимать равным

где Rc и Rc,n - соответственно расчетное и нормативное значения предела прочности на одноосное сжатие скального грунта в водонасыщенном состоянии, кПа, определяются по результатам испытаний образцов отдельностей (монолитов) в лабораторных условиях;

Кs -коэффициент, учитывающий снижение прочности ввиду трещиноватости скальных грунтов, принимаемый по таблице 7.1.

Примечание - При опирании забивных свай на слабодеформируемые грунты, для которых не задано значение предела прочности на одноосное сжатие, допускается принимать величину R по таблице 7.2 как для гравелистых песков с повышающим коэффициентом Е гр / Еk 0 , где Е гр -модуль деформации слабодеформируемого грунта, а Еk 0 - 50 МПа.

Таблица 7.1

Примечания

1 Бόльшим значениям RQD соответствуют бόльшие значения Ks.

2 Для промежуточных значений RQD коэффициент Ks определяется интерполяцией.

В любом случае значение R следует принимать не более 20 000 кПа и не менее величины расчетного сопротивления под нижним концом сваи для крупнообломочных грунтов с песчаным заполнителем и с углом внутреннего трения φI = 32° согласно 7.2.7.

Расчетное сопротивление скального грунта R для набивных и буровых свай и свай-оболочек, заполняемых бетоном и заделанных в невыветрелый скальный грунт (без слабых прослоек) не менее чем на 0,5 м, определяется по формуле

где Rm - определяется по формуле (7.7); l d - расчетная глубина заделки набивной и буровой сваи и сваи-оболочки в скальный грунт, м (рисунок 7.1); df - наружный диаметр заделанной в скальный грунт части набивной и буровой свай и сваи-оболочки, м.

Q вертикальная нагрузка на сваю; Qb - вертикальная нагрузка, воспринимаемая пятой сваи, Q = Qb

Рисунок 7.1 - Опирание сваи на скальный грунт

Значение фактора заглубления f d d l 0,4 1 + принимается не более 3.

Для свай-оболочек, равномерно опираемых на поверхность невыветрелого скального грунта, прикрытого слоем нескальных неразмываемых грунтов толщиной не менее трех диаметров сваи-оболочки расчетное сопротивление скального грунта R определяется по формуле (7.8), принимая фактор заглубления f d d l 0,4 1 + равным единице.

Примечание -При наличии в основании набивных, буровых свай и свай-оболочек выветрелых, а также размягчаемых скальных грунтов их предел прочности на одноосное сжатие следует принимать по результатам испытаний штампами или по результатам испытаний свай и свай-оболочек статической нагрузкой.

Висячие забивные, вдавливаемые всех видов и железобетонные сваиоболочки, погружаемые без выемки грунта (забивные сваи трения)

где γ c -коэффициент условий работы сваи в грунте, принимаемый равным 1.

Примечание - Коэффициент условий работы γ c в формулах (7.9) и (7.12) следует принимать: для нормальных промежуточных опор линий электропередачи 1,2, а в остальных случаях 1,0;

• R расчетное сопротивление грунта под нижним концом сваи, кПа, принимаемое по таблице 7.2;
• A площадь опирания на грунт сваи, м² , принимаемая по площади поперечного сечения сваи брутто или по площади поперечного сечения камуфлетного уширения по его наибольшему диаметру, или по площади сваи-оболочки нетто;
• u наружный периметр поперечного сечения ствола сваи, м;
• f i -расчетное сопротивление i -го слоя грунта основания на боковой поверхности сваи, кПа, принимаемое по таблице 7.3;
• hi -толщина i -го слоя грунта, соприкасающегося с боковой поверхностью сваи, м;
• γ R,R , γ R,f -коэффициенты условий работы грунта соответственно под нижним концом и на боковой поверхности сваи, учитывающие влияние способа погружения сваи на расчетные сопротивления грунта и принимаемые по таблице 7.4.

В формуле (7.9) следует суммировать сопротивления грунта по всем его слоям, пройденным сваей, за исключением случаев, когда проектом предусматривается планировка территории срезкой или возможен размыв грунта. В этих случаях следует суммировать сопротивления всех слоев грунта, расположенных соответственно ниже уровня планировки (срезки) и дна водоема после его местного размыва при расчетном паводке.

Примечания

1 Несущую способность забивных булавовидных свай следует определять по формуле (7.9), при этом за периметр и на участке ствола следует принимать периметр поперечного сечения ствола сваи, на участке уширения -периметр поперечного сечения уширения. Расчетное сопротивление f i грунта на боковой поверхности таких свай на участке уширения, а в песках и на участке ствола следует принимать таким же, как для свай без уширения; в глинистых грунтах сопротивление f i на участке ствола, расположенного выше уширения, следует принимать равным нулю.

2 Расчетные сопротивления грунтов R и f i в формуле (7.9) для лессовых грунтов при глубине погружения свай более 5 м следует принимать по значениям, указанным в таблицах 7.2 и 7.3 для глубины 5 м. Кроме того, для этих грунтов в случае возможности их замачивания расчетные сопротивления R и f i , указанные в таблицах 7.2 и 7.3, следует принимать при показателе текучести, соответствующем полному их водонасыщению.

Таблица 7.2

Примечания

• 1 Над чертой даны значения R для песков, под чертой - для глинистых грунтов.
• 2 В настоящей таблице и таблице 7.3 глубину погружения нижнего конца сваи и среднюю глубину расположения слоя грунта при планировке территории срезкой, подсыпкой, намывом до 3 м следует принимать от уровня природного рельефа, а при срезке, подсыпке, намыве от 3 м - от условной отметки, расположенной соответственно на 3 м выше уровня срезки или на 3 м ниже уровня подсыпки.

Глубину погружения нижнего конца сваи и среднюю глубину расположения слоя грунта в водоеме следует принимать от уровня дна после общего размыва расчетным паводком, на болотах - от уровня дна болота (кроме наличия в геологических разрезах погребенного торфа) .

В случаях, когда слежавшиеся насыпные грунты на геологическом разрезе расположены над торфом, они участвуют в пригрузе коренных грунтов, а следовательно значения hi следует принимать от уровня верха насыпи.

При проектировании путепроводов через выемки глубиной до 6 м для свай, забиваемых молотами без подмыва или устройства лидерных скважин, глубину погружения в грунт нижнего конца сваи следует принимать от уровня природного рельефа в месте сооружения фундамента. Для выемок глубиной более 6 м глубину погружения свай следует принимать как для выемок глубиной 6 м.

• 3 Для промежуточных глубин погружения свай и промежуточных значений показателя текучести IL глинистых грунтов значения R и f i в настоящей таблице и таблице 7.3 определяют интерполяцией.
• 4 Для плотных песков, плотность которых определена по данным статического зондирования, значения R по настоящей таблице для свай, погруженных без использования подмыва или лидерных скважин, следует увеличивать на 100 % - для песков крупных и средней крупности и на 130 % - для песков мелких и пылеватых. При определении плотности грунта по данным других видов инженерных изысканий и отсутствии данных статического зондирования для плотных песков значения R по настоящей таблице следует увеличивать на 60 % - для песков крупных и средней крупности и на 75 % для песков мелких и пылеватых, но не более чем до 20 000 кПа.
• 5 Значения расчетных сопротивлений R по настоящей таблице допускается использовать при условии, если заглубление свай в неразмываемый и несрезаемый грунт составляет не менее, м:
• 4,0 - для мостов и гидротехнических сооружений;
• 3,0 - для прочих сооружений.
• 6 Значения расчетного сопротивления R под нижним концом забивных свай сечением 0,15 × 0,15 м и менее, используемых в качестве фундаментов под внутренние перегородки одноэтажных производственных зданий, допускается увеличивать на 20 %.
• 7 Для супесей при числе пластичности I p ≤ 4 и коэффициенте пористости e < 0,8 расчетные сопротивления R и f i следует определять как для пылеватых песков средней плотности.
• 8 При расчетах показатель текучести грунтов следует принимать применительно к прогнозируемому их состоянию в период эксплуатации проектируемых сооружений.
• 9 В фундаментах опор воздушных линий электропередачи в фундаментах нормальных опор расчетные значения f i для глинистых грунтов при их показателе текучести IL ≥ 0,3 следует увеличивать на 25 %.

Таблица 7.3

Примечания

• 1 При определении расчетного сопротивления грунта на боковой поверхности свай f i следует учитывать требования, изложенные в примечаниях 2, 3 и 8 к таблице 7.2.
• 2 При определении расчетных сопротивлений грунтов на боковой поверхности свай f i пласты грунтов следует расчленять на однородные слои толщиной не более 2 м.
• 3 Значения расчетного сопротивления плотных песков на боковой поверхности свай f i следует увеличивать на 30 % по сравнению со значениями, приведенными в настоящей таблице.
• 4 Расчетные сопротивления супесей и суглинков с коэффициентом пористости e < 0,5 и глин с коэффициентом пористости e < 0,6 следует увеличивать на 15 % по сравнению со значениями, приведенными в настоящей таблице, при любых значениях показателя текучести.

Таблица 7.4

Примечание - Коэффициенты γ R,R и γ R,f по пункту 4 настоящей таблицы для глинистых грунтов с показателем текучести 0,5 > IL > 0 определяют интерполяцией.

где γ c , R , A , hi , f i , γ R,R , γ R,f - см. формулу (7.9); ui - наружный периметр i -го сечения сваи, м; u 0, i - сумма размеров сторон i -го поперечного сечения сваи, м, имеющих наклон к оси сваи; i p - наклон боковых граней сваи, дол. ед.;

Ei - модуль деформации слоя грунта, окружающего боковую поверхность сваи, кПа, определяемый по результатам компрессионных испытаний; ki коэффициент, зависящий от вида грунта и принимаемый по таблице 7.5; ζ r -реологический коэффициент, принимаемый равным 0,8.

Примечания

1 При ромбовидных сваях суммирование сопротивлений грунта на боковой поверхности участков с обратным наклоном в формуле (7.10) не производится.

2 Расчет пирамидальных свай с наклоном боковых граней i p > 0,025 допускается выполнять в соответствии с приложением В.

Таблица 7.5

Примечание - Для глин с числом пластичности 18 < I p < 25 значения коэффициента ki определяют интерполяцией.

где u , γ R,f , f i , hi - см. формулу (7.9); γ c - коэффициент условий работы сваи в грунте (для свай, погружаемых в грунт на глубину менее 4 м, γ c = 0,6, на глубину 4 м и более γ c = 0,8 - для всех сооружений.

Примечания

1 В формулах (7.11) и (7.16) следует принимать для нормальных промежуточных опор линий электропередачи γ c =1,2, для анкерных и угловых опор γ c =1,0, если удерживающая сила веса свай и ростверка равна расчетной выдергивающей нагрузке γ c =1,0, если удерживающая сила составляет 65 % и менее расчетной выдергивающей нагрузки γ c =0,6, а в остальных случаях по интерполяции.

• 2 В фундаментах опор мостов не допускается работа свай на выдергивание при основном сочетании нагрузок, включающем только постоянные нагрузки и воздействия.

F

• где k -эмпирический коэффициент, определенный на основании сопоставления результатов значений несущей способности свай по ГОСТ 5686 и максимального усилия вдавливания при погружении свай. Допускается принимать величину k равной 1,6 для песков пылеватых, мелких и средней плотности и 2,0 - для плотных песков, для пылевато-глинистых грунтов с Е более 12 МПа - 1,3 и 1,1 для грунтов с Е менее 12 МПа.

Примечания

1 Допускается корректировка k , исходя из местных условий, с учетом имеющихся архивных данных по погружению свай.

• 2 При погружении свай в грунты, меняющие свои свойства при замачивании, величина Fd должна быть определена для состояния грунта, при котором производится погружение свай.

Висячие набивные, буровые и сваи-оболочки, погружаемые с выемкой грунта и заполняемые бетоном (сваи трения)

• где γ c - коэффициент условий работы сваи; в случае опирания ее на глинистые грунты со степенью влажности Sr < 0,85 и на лессовые грунты - γ c = 0,8, в остальных случаях - γ c = 1;
• γ R,R - коэффициент надежности по сопротивлению грунта под нижним концом сваи; γ R,R = 1 во всех случаях, за исключением свай с камуфлетными уширениями и буроинъекционных свай по перечислению е) 6.5, для которых этот коэффициент следует принимать равным 1,3, и свай с уширением, устраиваемых путем механического разбуривания грунта, бетонируемых насухо γ R,R = 0,5 и бетонируемых подводным способом, для которых γ R,R = 0,3;
• R - расчетное сопротивление грунта под нижним концом сваи, кПа, принимаемое по 7.2.11; для набивной сваи, изготавливаемой по технологии, указанной в перечислениях а), б) 6.4 - по таблице 7.2;
• A
• площадь опирания сваи, м² , принимаемая равной: для набивных и буровых свай без уширения - площади поперечного сечения сваи; для набивных и буровых свай с уширением - площади поперечного сечения уширения в месте наибольшего его диаметра; для свай-оболочек, заполняемых бетоном, - площади поперечного
• сечения оболочки брутто; u - периметр поперечного сечения ствола сваи, м;
• γ R,f - коэффициент условий работы грунта на боковой поверхности сваи, зависящий от способа образования скважины и условий бетонирования и принимаемый по таблице 7.6;
• f i - расчетное сопротивление i -го слоя грунта на боковой поверхности ствола сваи, кПа, принимаемое по таблице 7.3; hi - см. формулу (7.9).

Примечания

1 Сопротивление песков на боковой поверхности сваи следует учитывать на участке, расположенном на 1,5 d 0 выше уширения, как это показано на рисунке 7.2. Сопротивление глинистых грунтов допускается учитывать по всей длине ствола.

2 Периметр поперечного сечения ствола u для буроинъекционных свай следует принимать равным периметру скважины, пробуриваемой при их изготовлении.

Рисунок 7.2 - Схема к расчету сопротивления на боковой поверхности ствола сваи с уширением в песчаном грунте

Площадь опирания буроинъекционной сваи следует принимать по площади поперечного сечения уширения, а периметр поперечного сечения ствола - исходя из среднего значения диаметров dji сваи, которые следует определять по объему бетонной смеси, израсходованной на заполнение j -го разрядно-импульсного уширения в i -м слое грунта. Заданные в проекте уширения сваи уточняют при изготовлении опытных свай в конкретных грунтовых условиях.

Примечание - Для свай с уширением, устраиваемых путем механического разбуривания грунта, при наличии данных видеообследования скважин или результатов обследования скважин, указывающих на отсутствие бурового шлама на уровнях подошвы уширения скважин и дна приямка ниже уширения, допускается принимать: γ R,R = 1 - при бетонировании скважин насухо и γR,R = 0,9 - при бетонировании скважин подводным способом.

Таблица 7.6

• а) для крупнообломочных грунтов с песчаным заполнителем и песков в основании набивной и буровой свай с уширением и без уширения, сваиоболочки, погружаемой с полным удалением грунтового ядра, - по формуле (7.14), а сваи-оболочки, погружаемой с сохранением грунтового ядра из указанных грунтов на высоту 0,5 м, - по формуле (7.15):

где α1, α2, α3, α4 - безразмерные коэффициенты, принимаемые по таблице 7.7 в зависимости от расчетного значения угла внутреннего трения грунта основания;

• γ ' 1 -расчетное значение удельного веса грунта, кН/м³ , в основании сваи (при водонасыщенных грунтах с учетом взвешивающего действия воды);
• γ1 - осредненное (по слоям) расчетное значение удельного веса грунтов, кН/м³ , расположенных выше нижнего конца сваи (при водонасыщенных грунтах с учетом взвешивающего действия воды);
• d - диаметр, м, набивной и буровой свай, диаметр уширения (для сваи с уширением), сваи-оболочки или диаметр скважины для сваи-столба, омоноличенного в грунте цементнопесчаным раствором;
• h - глубина заложения, м, нижнего конца сваи или ее уширения, отсчитываемая от природного рельефа или уровня планировки (при планировке срезкой), для опор мостов - от дна водоема после его общего размыва при расчетном паводке;
• б) для глинистых грунтов в основании - по таблице 7.8.

Примечания

1 Требования настоящего пункта относятся к случаям, когда обеспечивается заглубление свай в грунт, принятый за основание их нижних концов не менее чем на 2 м.

• 2 Значения R , рассчитанные по формулам (7.14) и (7.15), не следует принимать выше значений, приведенных в таблице 7.2 для забивных свай той же длины и в тех же грунтовых условиях.

Таблица 7.7

Примечания

1 Расчетные значения угла внутреннего трения φ следует принимать φ = φI.

2 Для промежуточных значений φI, h / d и d значения коэффициентов α1, α2, α3, и α4 определяют интерполяцией.

Таблица 7.8

Примечания

1 В настоящей таблице глубину погружения нижнего конца сваи и среднюю глубину расположения слоя грунта при планировке территории срезкой, подсыпкой, намывом до 3 м следует принимать от уровня природного рельефа, а при срезке, подсыпке, намыве от 3 м -от условной отметки, расположенной соответственно на 3 м выше уровня срезки или на 3 м ниже уровня подсыпки.

Глубину погружения нижнего конца сваи и среднюю глубину расположения слоя грунта в водоеме следует принимать от уровня дна после общего размыва расчетным паводком, на болотах - от уровня дна болота.

2 Для промежуточных глубин погружения свай и промежуточных значений показателя текучести IL глинистых грунтов значения R в настоящей таблице определяют интерполяцией.

• 3 При расчетах показатель текучести грунтов следует принимать применительно к прогнозируемому их состоянию в период эксплуатации проектируемых сооружений.
• 4 Для свайных фундаментов опор мостов приведенные значения следует понижать при коэффициенте пористости грунта е > 0,6, при этом коэффициент понижения m следует определять интерполяцией между значениями m = 1,0 при e = 0,6 и m = 0,6 при e = 1,1.
• 5 Расчетное сопротивление R для крупнообломочных грунтов с глинистым заполнителем определяется по результатам раздельных испытаний грунта на боковой поверхности натурной сваи и под ее нижним концом.

• см. формулу (7.11); где γ c u , γ R,f , f i , hi - см. формулу (7.13).

Винтовые сваи

где γ c - коэффициент условий работы сваи, зависящий от вида нагрузки, действующей на сваю, и грунтовых условий и определяемый по таблице 7.9; γ R,R , γ R,f -коэффициенты условий работы грунта соответственно под нижним концом и на боковой поверхности сваи, учитывающие влияние способа погружения сваи на расчетные сопротивления грунта. Следует принимать γ R,R = 1, а γ R,f = 1 во всех случаях, кроме устройства лидерных скважин, для которых следует руководствоваться пунктом 2 таблицы 7.4;

Fd0 - несущая способность лопасти, кН;

Fdf - несущая способность ствола, кН.

Несущая способность лопасти винтовой сваи определяется по формуле

где α 1 , α 2 - безразмерные коэффициенты, принимаемые по таблице 7.10 в зависимости от расчетного значения угла внутреннего трения грунта в рабочей зоне φI (под рабочей зоной понимается прилегающий к лопасти слой грунта толщиной, равной d ); c 1 - расчетное значение удельного сцепления грунта в рабочей зоне, кПа; γ1 -осредненное расчетное значение удельного веса грунтов, залегающих выше лопасти сваи (при водонасыщенных грунтах с учетом взвешивающего действия воды), кН/м³ ;

• h 1 - глубина залегания лопасти сваи от природного рельефа, а при планировке территории срезкой -от уровня планировки, м;
• A - проекция площади лопасти, м² , считая по наружному диаметру, при работе винтовой сваи на сжимающую нагрузку, и проекция рабочей площади лопасти, т. е. за вычетом площади сечения ствола, при работе винтовой сваи на выдергивающую нагрузку.

Несущая способность ствола винтовой сваи определяется по формуле

где u - периметр поперечного сечения ствола сваи, м;

• f i - расчетное сопротивление грунта на боковой поверхности ствола винтовой сваи, кПа, принимаемое по таблице 7.3 (осредненное значение для всех слоев в пределах глубины погружения сваи); h - длина ствола сваи, погруженная в грунт, м; d - диаметр лопасти сваи, м.

Примечания

1 При определении несущей способности винтовых свай при действии вдавливающих нагрузок характеристики грунтов в таблице 7.10 относятся к грунтам, залегающим под лопастью, а при работе на выдергивающие нагрузки - над лопастью сваи.

2 Глубина заложения лопасти назначается от уровня планировки или дна болота (при устройстве подсыпки) должна быть не менее 5 d при глинистых грунтах и не менее 6 d - при песках (где d - диаметр лопасти).

Таблица 7.9

Примечание - При определении коэффициентов условий работы γ c для свай, работающих только на сжимающие нагрузки и силы пучения, значения коэффициента γ c следует принимать по графе «сжимающих», если по величине силы пучения не превышают 15 % от сжимающих нагрузок и по графе «знакопеременных» в иных случаях.

Таблица 7.10

Стальные трубчатые сваи

Стальные трубчатые сваи с открытым и закрытым концами с учетом сопротивления грунта под нижним торцом трубы сваи и сопротивления грунта по внешней боковой поверхности сваи.

Несущая способность свай из стальных труб, погружаемых с открытым нижним концом, работающих на вдавливающую нагрузку, должна определяться по результатам статических испытаний. Для назначения нагрузки при проведении статических испытаний стальных трубчатых свай, погружаемых с открытым концом, следует рассматривать два варианта работы сваи в предельном состоянии:

• а) с учетом сформированной грунтовой пробки, обусловленной сопротивлением грунта под нижним концом торца трубы (площадь нетто), площади грунтовой пробки (площадь брутто минус площадь нетто) и сопротивления грунта по внешней боковой поверхности сваи; б) с учетом сопротивления грунта под нижним торцом трубы сваи, без учета грунтовой пробки (площадь сечения нижнего конца сваи нетто) и сопротивления грунта по внешней и внутренней боковым поверхностям сваи.

Искомая величина несущей способности свай из стальных труб, погружаемых с открытым нижним концом, работающих на вдавливающую нагрузку, должна приниматься наименьшей из рассматриваемых вариантов.

Примечание - Определение несущей способности стальной трубчатой сваи с открытым нижним концом при опирании на скальные или слабодеформируемые грунты допускается только по результатам статических испытаний.

Комбинированные сваи

• для круглого сердечника диаметром d : D = 1,2…2,5 d ;
• для квадратного сердечника со стороной b : D = 1,5…3,0 b .

• инвентарного элемента без учета наличия грунтоцемента;
• по материалу бетонного или грунтоцементного элемента;
• по контакту инвентарного элемента и материалу бетонного или грунтоцементного элемента.

Примечание - Численное моделирование элементов, закрепленных по струйной или буросмесительной технологии, рекомендуется выполнять с использованием расчетных моделей - идеальной упруго-пластичной модели и модели, в основе которой заложен нелинейный критерий прочности на сдвиг, разработанной специально для скальных грунтов.

Учет отрицательного (негативного) трения грунта на боковой поверхности свай

• планировки территории подсыпкой толщиной более 1,0 м;
• загрузки пола складов полезной нагрузкой более 20 кН/м² ;
• загрузки пола около фундаментов полезной нагрузкой от оборудования более 100 кН/м² ;
• увеличения эффективных напряжений в грунте за счет снятия взвешивающего действия воды при понижении уровня подземных вод;
• незавершенной консолидации грунтов современных и техногенных отложений;
• уплотнения несвязных грунтов при динамических воздействиях;
• просадки грунтов при замачивании;
• при строительстве нового сооружения вблизи существующих.

Примечание - Отрицательные силы трения, возникающие в просадочных грунтах, следует учитывать в соответствии с разделом 9.

• а) при подсыпках высотой менее 2 м для грунтовой подсыпки и слоев торфа - равным нулю, для минеральных ненасыпных грунтов природного сложения - значениям по таблице 7.3 (рисунок 7.3, б );
• б) при подсыпках высотой от 2 до 5 м для грунтов, включая подсыпку, равным 0,4 значений, указанных в таблице 7.3, но со знаком «минус», а для торфа - минус 5 кПа (отрицательные силы трения) (рисунок 7.3, в );
• в) при подсыпках высотой более 5 м для грунтов, включая подсыпку, равным значениям, указанным в таблице 7.3, но со знаком «минус», а для торфа - минус 5 кПа (рисунок 7.3, г ).

Примечание - Осадку околосвайного грунта допускается определять методом послойного суммирования в соответствии с СП 22.13330 без учета наличия свай или путем проведения численных расчетов.

а - общий случай; б - наличие слабых прослоек и подсыпки высотой менее 2 м; в - наличие слабых прослоек и подсыпки высотой 2-5 м; г - наличие слабых прослоек и подсыпки высотой более 5 м

Рисунок 7.3 - Схема развития сил негативного трения

Если известны значения коэффициентов консолидации и модуля деформации торфов, залегающих в пределах длины погруженной части сваи, и возможно определение значения осадки основания от воздействия пригрузки территории для каждого слоя грунта, то при определении несущей способности сваи допускается учитывать силы сопротивления грунта с отрицательным знаком (отрицательные силы трения) не от уровня подошвы нижнего слоя торфа, а начиная от верхнего уровня слоя грунта, значение дополнительной осадки которого от пригрузки территории (определенной начиная с момента передачи на сваю расчетной нагрузки) составляет половину предельного значения осадки для проектируемого сооружения.

7.3Определение несущей способности свай по результатам полевых испытаний

• статические испытания свай и свай-штампов - до 1 % общего числа свай на объекте, но не менее трех для сооружений класса КС-2 и четырех для сооружений класса КС-3;
• динамические испытания свай - до 2 % общего числа свай на объекте, но не менее шести для сооружений класса КС-2 и девяти - для сооружений класса КС-3;
• испытания грунтов статическим зондированием - в соответствии с СП 446.1325800.

Примечания

1 Для сооружений класса КС-3 несущую способность свай допускается определять по результатам статических испытаний тензометрических свай, выполняемых по специально разработанной программе.

2 Для определения несущей способности свай мостовых сооружений классов КС-3 и КС-2 по результатам полевых испытаний число и тип испытаний следует назначать в соответствии с разделом 8 СП 46.13330.2012.

3 Несушая способность свай подтверждается одним или несколькими способами по выбору авторов проекта.

где γ c - коэффициент условий работы сваи; в случае вдавливающих или горизонтальных нагрузок γ c = 1; в случае выдергивающих нагрузок γ c принимают по 7.2.7;

• Fu , n -нормативное значение предельного сопротивления сваи, кН, определяемое в соответствии с 7.3.4 -7.3.7, а также 7.3.9 -7.3.11; γ c,g

1 - коэффициент надежности по грунту, принимаемый по 7.3.4.

Примечание - Результаты статических испытаний свай на горизонтальные нагрузки могут быть использованы для непосредственного определения расчетной нагрузки, допускаемой на сваю, если условия испытаний соответствуют действительным условиям работы сваи в фундаменте сооружения.

В случае если число свай, испытанных в одинаковых условиях, составляет шесть и более, Fu , n и γ c,g 1 следует определять на основании результатов статистической обработки частных значений предельных сопротивлений свай Fu , полученных по данным испытаний при значении доверительной вероятности α = 0,95. При этом для определения частных значений предельных сопротивлений следует руководствоваться 7.3.5 при вдавливающих, 7.3.6 - при выдергивающих и горизонтальных нагрузках и 7.3.7 - при динамических испытаниях.

Примечание - При обосновании допускается проведение испытания одной сваи в месте, с наиболее неблагоприятными условиями на участке строительства.

Во всех остальных случаях для фундаментов сооружений (кроме мостов и гидротехнических сооружений) за частное значение предельного сопротивления сваи Fu вдавливающей нагрузке следует принимать нагрузку, под воздействием которой испытуемая свая получает осадку, равную s, определяемую по формуле

где ζ - коэффициент перехода от предельного значения средней осадки фундамента сооружения su , mt к осадке сваи, полученной при статических испытаниях с условной стабилизацией (затуханием) осадки; su , mt - предельное значение средней осадки фундамента проектируемого сооружения, устанавливаемое по СП 22.13330 как для объекта нового строительства.

Примечание - Для реконструируемых сооружений значение s по формуле (7.21) допускается ограничивать значением максимальной осадки s ad,u max по приложению Е СП 22.13330.2016.

Значение коэффициента ζ следует принимать равным 0,2 в случаях, когда испытание свай проводят при условной стабилизации, равной 0,1 мм за 1 ч, если под их нижними концами залегают песчаные или глинистые грунты с консистенцией от твердой до тугопластичной, а также за 2 ч, если под их нижними концами залегают глинистые грунты от мягкопластичной до текучей консистенции.

Если осадка, определенная по формуле (7.21), составляет более 40 мм, то за частное значение предельного сопротивления сваи Fu следует принимать нагрузку, соответствующую s = 40 мм.

Для мостов и гидротехнических сооружений за предельное сопротивление сваи Fu при вдавливающих нагрузках следует принимать нагрузку на одну ступень менее нагрузки, при которой вызывается: а) приращение осадки за одну ступень загружения (при общем значении осадки более 40 мм), превышающее в пять раз и более приращение осадки, полученное за предшествующую ступень загружения; б) осадка, не затухающая в течение суток и более (при общем значении ее более 40 мм).

Если при максимальной достигнутой при испытаниях нагрузке, которая окажется равной или более 1,5 Fd , где Fd - несущая способность сваи, рассчитанная по формулам (7.6), (7.9), (7.10), (7.13), (7.17) и (7.18), а осадка сваи s при испытаниях окажется менее значения, определенного по формуле (7.21), или для мостов и гидротехнических сооружений - менее 40 мм, то в этом случае за частное значение предельного сопротивления сваи Fu допускается принимать максимальную нагрузку, полученную при испытаниях такой сваи.

Примечания

1 В отдельных случаях, при соответствующем обосновании, допускается принимать максимальную нагрузку, достигнутую при испытаниях, равной Fd .

2 Ступени загружения при испытаниях свай статической вдавливающей нагрузкой должны назначаться равными 1/10 - 1/15 предполагаемого предельного сопротивления сваи Fu .

Примечание - Результаты статических испытаний свай на горизонтальные нагрузки могут быть использованы для непосредственного определения расчетных параметров системы «свая -грунт», используемых в расчетах по приложению Б.

Если фактический (измеренный) остаточный отказ sa < 0,002 м, то в проекте свайного фундамента следует предусматривать применение для погружения свай молота с большей энергией удара, при которой остаточный отказ будет sa ≥ 0,002 м, а в случае невозможности замены сваебойного оборудования и при наличии отказомеров частное значение предельного сопротивления сваи Fu , кН, следует определять по формуле

В формулах (7.22) и (7.23):

• η - коэффициент, принимаемый по таблице 7.11 в зависимости от материала сваи, кН/м² ;
• A площадь, ограниченная наружным контуром сплошного или полого поперечного сечения ствола сваи (независимо от наличия или отсутствия у сваи острия), м² ;
• M коэффициент, принимаемый при забивке свай молотами ударного действия равным единице, а при вибропогружении свай - по таблице 7.12 в зависимости от вида грунта под их нижними концами;
• Ed расчетная энергия удара молота, кДж, принимаемая по таблице 7.13, или расчетная энергия вибропогружателей - по таблице 7.14;
• sa фактический остаточный отказ, равный значению погружения сваи от одного удара молота, а при применении вибропогружателей - от их работы в течение 1 мин, м;
• sel -упругий отказ сваи (упругие перемещения грунта и сваи), определяемый с помощью отказомера, м; m 1 -масса молота или вибропогружателя, т; m 2 -масса сваи и наголовника, т; m 3 -масса подбабка (при вибропогружении свай m 3 = 0), т; m 4 -масса ударной части молота, т;
• ε -коэффициент восстановления удара; при забивке железобетонных свай молотами ударного действия с применением наголовника с деревянным вкладышем ε 2 = 0,2, а при вибропогружателе ε 2 = 0;
• θ -коэффициент, 1/кН, определяемый по формуле

здесь A , m 4 , m 2 - см. формулы (7.22) и (7.23); np , nf - коэффициенты перехода от динамического (включающего вязкое сопротивление грунта) к статическому сопротивлению грунта, принимаемые соответственно равными: для грунта под нижним концом сваи np = 0,00025 с · м/кН и для грунта на боковой поверхности сваи nf = 0,025 с · м/кН;

Af площадь боковой поверхности сваи, соприкасающейся с грунтом, м² ; g ускорение свободного падения, равное 9,81 м/с 2 ;

H фактическая высота падения ударной части молота, м; h -высота первого отскока ударной части дизель-молота, принимаемая согласно примечанию 2 к таблице 7.13, для других видов молотов h = 0.

Частные значения предельного сопротивления при динамических испытаниях железобетонных свай длиной свыше 20 м, а также стальных свай любой длины по измеренным остаточным и упругим отказам при их погружении молотами следует определять с помощью компьютерных программ, методы расчета забивки свай в которых основаны на волновой теории удара. Указанные компьютерные программы допускается использовать при испытаниях буронабивных свай соответствующими подвесными молотами большой массы.

Примечание - При забивке свай в грунт, подлежащий удалению при разработке котлована, или в грунт дна водотока значение расчетного отказа следует определять исходя из несущей способности свай, вычисленной с учетом неудаленного или подверженного возможному размыву грунта, а в местах вероятного проявления отрицательных сил трения - с их учетом.

Таблица 7.11

Таблица 7.12

Примечание - При плотных песках значения коэффициента М для пунктов 2 -4 настоящей таблицы следует повышать на 60 %.

Таблица 7.13

О б о з н а ч е н и я:

G -вес, кН, и H ф и H п -фактическая и пусковая высоты падения, м, ударной части молота; h -высота первого отскока ударной части дизель-молота от воздушной подушки, определяемая по мерной рейке, м. Для предварительных расчетов допускается принимать: для штанговых молотов h = 0,6 м, для трубчатых молотов h = 0,4 м.

Примечание - Среднее значение Н ф за один залог из 10 ударов следует определять по формуле H ф =0,0156 t 2 , где t время работы дизель-молота в залоге, фиксируемое секундомером с точностью до 0,1 с. Секундомер включают в момент первого удара и выключают на десятом ударе, не считая пускового.

Таблица 7.14

При этом нормативное значение Fun определяют на основе частных значений предельного сопротивления сваи Fu , кН, в месте испытания грунтов эталонной сваей или зондированием, определенных в соответствии с 7.3.9, 7.3.10 или 7.3.11.

Коэффициент надежности по грунту γ c,g определяют на основе статистической обработки частных значений предельного сопротивления сваи Fu в соответствии с 7.3.4.

• а) при испытании грунтов эталонной сваей типа I - по формуле

где γ sp - коэффициент, принимаемый равным 1,25 при заглублении сваи в плотные пески независимо от их крупности или крупнообломочные грунты и равным 1,0 для остальных грунтов; u , usp - периметры поперечного сечения применяемой сваи и эталонной;

Fu , sp - частное значение предельного сопротивления эталонной сваи, кН, определяемое по результатам испытания статической нагрузкой по 7.3.5;

• б) при испытании грунтов эталонной сваей типа II или III - по формуле

где γ R,R - коэффициент условий работы под нижним концом натурной сваи, принимаемый по таблице 7.15 в зависимости от предельного сопротивления грунта под нижним концом эталонной сваи Rsp ;

Rsp - предельное сопротивление грунта под нижним концом эталонной сваи, кПа;

A - площадь поперечного сечения натурной сваи, м² ; γ R,f - коэффициент условий работы на боковой поверхности натурной сваи, принимаемый по таблице 7.15 в зависимости от f sp ; f sp - среднее значение предельного сопротивления грунта на боковой поверхности эталонной сваи, кПа; h - глубина погружения натурной сваи, м;

• u - периметр поперечного сечения ствола сваи, м.

Примечание - При применении эталонной сваи типа II следует проверять соответствие суммы предельных сопротивлений грунта под нижним концом и на боковой поверхности эталонной сваи ее предельному сопротивлению. Если разница между ними превышает 20 %, то расчет предельного сопротивления натурной сваи должен выполняться как для эталонной сваи типа I.

Таблица 7.15

Примечания

1 Для промежуточных значений Rsp и f sp значения γ R,R и γ R,f определяют интерполяцией.

2 В случае если по боковой поверхности сваи залегают пески и глинистые грунты, коэффициент γ R,f определяют по формуле

где Σ h'i , Σ hi ″ -суммарная толщина слоев соответственно песков и глинистых грунтов; γ ' R,f , γ R,f ″ -коэффициенты условий работы эталонных свай соответственно в песках и глинистых грунтах.

где Rs предельное сопротивление грунта под нижним концом сваи по данным зондирования в рассматриваемой точке, кПа;

• f среднее значение предельного сопротивления грунта на боковой поверхности сваи по данным зондирования в рассматриваемой точке, кПа; h глубина погружения сваи от поверхности грунта около сваи, м; u периметр поперечного сечения ствола сваи, м.

Предельное сопротивление грунта под нижним концом забивной сваи Rs, кПа, по данным зондирования в рассматриваемой точке следует определять по формуле

где β 1 -коэффициент перехода от qs к Rs, принимаемый по таблице 7.16 независимо от типа зонда по ГОСТ 19912;

• qs среднее значение сопротивления грунта, кПа, под наконечником зонда, полученное из опыта, на участке, расположенном в пределах одного диаметра d выше и четырех диаметров ниже отметки острия проектируемой сваи (где d -диаметр круглого или сторона квадратного, или бόльшая сторона прямоугольного сечения сваи, м).

Среднее значение предельного сопротивления грунта на боковой поверхности забивной сваи f , кПа, по данным зондирования грунта в рассматриваемой точке следует определять:

• а) при применении зондов типа I по ГОСТ 19912 - по формуле

б) при применении зондов типа II или III по ГОСТ 19912 - по формуле

где β 2 , β i коэффициенты, принимаемые по таблице 7.16; f s -среднее значение сопротивления грунта на боковой поверхности зонда, кПа, определяемое как частное от деления измеренного общего сопротивления грунта на боковой поверхности зонда на площадь его боковой поверхности в пределах от поверхности грунта в точке зондирования до уровня расположения нижнего конца сваи в выбранном несущем слое; f si -среднее сопротивление iго слоя грунта на боковой поверхности зонда, кПа; hi - толщина i -го слоя грунта, м.

Таблица 7.16

Примечание -Для винтовых свай в песчаных грунтах, насыщенных водой, значения коэффициента β 1 должны быть уменьшены в два раза.

• где R расчетное сопротивление грунта под нижним концом сваи, кПа, принимаемое по таблице 7.17 в зависимости от среднего сопротивления конуса зонда qc , кПа, на участке, расположенном в пределах одного диаметра выше и до двух диаметров ниже подошвы сваи;

A - площадь подошвы сваи, м² ;

• f i -среднее значение расчетного сопротивления грунта на боковой поверхности сваи, кПа, на расчетном участке hi сваи, определяемое по данным зондирования в соответствии с таблицей 7.17; hi - толщина i -го слоя грунта, которая должна приниматься не более 2 м; γ R,f - коэффициент работы, зависящий от технологии изготовления сваи и принимаемый:
• а) при сваях, бетонируемых насухо, равным 1,0;
• б) при бетонировании под водой, под глинистым раствором, а также при использовании обсадных инвентарных труб равным 0,7.

Таблица 7.17

Примечания

1 Значения R и f i для промежуточных значений qc определяют интерполяцией.

2 Приведенные в настоящей таблице значения R и f i относятся к буровым сваям диаметром 600-1200 мм, погруженным в грунт не менее чем на 5 м. При возможности возникновения на боковой поверхности сваи отрицательного трения значения f i для оседающих слоев принимают со знаком «минус».

3 Для принятых в настоящей таблице значениях R и f i осадка сваи при соответствующей нагрузке Fd не превышает 0,03 d .

где n F u ∑ - среднее значение предельного сопротивления сваи; γ c,g -коэффициент надежности по грунту, определяемый по результатам зондирования по формуле

где Vs -коэффициент вариации частных значений предельного сопротивления сваи, рассчитанных по данным зондирования.

7.4Расчет свай, свайных и комбинированных свайно-плитных фундаментов по деформациям

Осадка одиночной висячей сваи рассчитывается в соответствии с 7.4.2 и 7.4.3.

Осадка малой группы ( n ≤ 25) висячих свай (свайного куста) рассчитывается в соответствии с 7.4.4 и 7.4.5 по методике, учитывающей взаимное влияние свай в кусте.

Осадка большой группы висячих свай (свайного поля) может быть определена с применением модели условного фундамента на естественном основании в соответствии с 7.4.6-7.4.9.

Осадку комбинированных свайно-плитных фундаментов рекомендуется рассчитывать по 7.4.10-7.4.14.

Полученные расчетом значения осадок свайного фундамента не должны превышать предельных значений по формуле (7.4).

Расчет свай по деформациям на совместное действие вертикальной и горизонтальной сил и момента следует выполнять в соответствии с приложением Б.

При надлежащем обосновании расчеты деформаций свайных фундаментов допускается выполнять в нелинейной постановке с использованием апробированных моделей грунта и численных методов расчета.

Расчет осадки одиночной сваи

Формула для расчета выбирается на основе величины коэфициента κ= G 1 l / G 2 d , характеризующего геометрию и жесткость основания в зависимости от отношения жесткостей основания по боковой поверхности и по пяте:

где N - вертикальная нагрузка, передаваемая на сваю, МН; β - коэффициент, определяемый по формуле

здесь β′ = 0,17ln ( k ν κ ) - коэффициент, соответствующий абсолютно жесткой свае (EA = ∞ ) ; α′ = 0,17ln( k ν 1 l/d) - коэффициент для случая однородного основания с характеристиками G 1 и ν 1 ; χ = EA/G 1 l 2 - относительная жесткость сваи;

EA - жесткость ствола сваи на сжатие, МН; λ 1 - параметр, характеризующий увеличение осадки за счет сжатия ствола и определяемый по формуле

k ν , k ν 1 -коэффициенты, определяемые по формуле

соответственно при ν = ( ν 1 + ν 2)/2 и при ν = ν 1 ; б) для коротких свай, опирающихся на слабодеформируемые грунты (κ ≤ 7,5)

где ζ ′ = ζ0 1+(κ/mν) , ζ0 = 1-2ν 2ln(3-4ν) .

Значения расчетных коэффициентов ν, k ν , ζ 0 и m ν приведены в таблице 7.18.

Таблица 7.18

Модуль сдвига грунта G = E 0 /2(1+ ν ) допускается принимать равным 0,4 E 0, а коэффициент kν равным 2,0 (где E 0 - модуль общей деформации).

Расчетный диаметр d для свай некруглого сечения, в частности стандартных забивных свай заводского изготовления, вычисляется по формуле

где А - площадь поперечного сечения сваи.

Расчет осадки свайного куста

где s ( Ni ) - осадка одиночной сваи, определяемая по формуле (7.34); δ ij - коэффициенты, рассчитываемые по формуле (7.41) в зависимости от расстояния между i -й и j -й сваями;

Nj - нагрузка на j -ю сваю.

В случае когда распределение нагрузки между сваями неизвестно, формула (7.42) может быть применена для расчета взаимодействия свайного фундамента с надфундаментной конструкцией. При этом удобно использовать метод сил строительной механики.

Взаимное влияние кустов свай следует учитывать методом угловых точек.

При выполнении предварительных расчетов вертикально нагруженных групп свай, для моделирования абсолютно гибкого ростверка допускается принимать нагрузку на все сваи одинаковой и равной N ср= Nd / n . Для моделирования абсолютно жесткого ростверка осадка всех свай принимается одинаковой.

При выполнении окончательных расчетов величину нагрузки на каждую сваю рекомендуется уточнять в ходе проведения совместных расчетов с учетом жесткости ростверка и надфундаментного строения до обеспечения сходимости. При этом разница расчетных величин усилий в сваях в геотехнической модели свайного фундамента и общей модели надфундаментного строения должна составлять не более 10 %.

Для описания нелинейной зависимости осадки сваи от нагрузки допускается использование аппроксимирующих зависимостей по формуле

kw 0 -начальное значение коэффициента жесткости сваи, соответствующее начальному участку нагружения, вычисляемое как kw 0 = N/s , где s - значение осадки, рассчитываемое по формуле (7.34); m - поправочный коэффициент. где

Расчет осадки свайного фундамента как условного фундамента

где sef - осадка условного фундамента;

Δ sp - дополнительная осадка за счет продавливания свай на уровне подошвы условного фундамента;

Δ sс - дополнительная осадка за счет сжатия ствола свай.

Рисунок 7.4 -Определение границ условного фундамента при расчете осадки свайных фундаментов

Расчет осадки условного фундамента проводят методом послойного суммирования деформаций линейно-деформируемого основания с условным ограничением сжимаемой толщи (см. СП 22.13330). Вертикальное нормальное напряжение σ zp , определяющее деформации и глубину сжимаемой толщи, подсчитывается только от действия нагрузки, приложенной к свайному фундаменту, т. е. вес грунта в пределах условного фундамента не учитывается. Начальные напряжения σ zu определяются с учетом экскавации котлована.

Возможен также трехмерный численный расчет осадки условного фундамента как анизотропного массива с учетом его конечной жесткости на сдвиг по вертикальным плоскостям.

Примечание - При расчете оснований опор мостов условный фундамент допускается принимать ограниченным с боков вертикальными плоскостями АВ и БГ, отстоящими от наружных крайних рядов вертикальных свай на расстоянии h tg( ϕ II, n /4), где ϕ II, n - среднее значение угла внутреннего трения грунта.

где Е 1 - осредненные значения модуля общей деформации в пределах длины сваи;

• Е 2 , ν 2 -осредненные значения модуля общей деформации и коэффициента Пуассона в пределах активной зоны сжатия массива под подошвой условного фундамента; p - среднее давление по подошве условного фундамента, кПа;
• a - осевое расстояние между сваями фундамента при одинаковом шаге их расстановки и осевое расстояние между сваями в окрестности данной сваи при неодинаковом шаге их расстановки; d - диаметр сваи;
• P = pa 2 для свай квадратного сечения и P ≈ 0,79 pa 2 для свай круглого сечения;
• k = b / a для свай квадратного сечения, где b - сторона сечения сваи и k = d / a для свай круглого сечения.

Рисунок 7.5 - Расчетная схема метода ячейки

СП 24.13330.2021

Полученные при численном расчете значения δ для различных значений отношения a/d могут быть аппроксимированы формулой (7.41) или (7.50).

Расчет комбинированного свайно-плитного фундамента

• свай с грунтом;
• плиты (ростверка) с грунтом;
• взаимное влияние свай через грунт;
• взаимное влияние свай и плиты ростверка.

Указанные виды взаимодействий могут быть учтены путем расчетов с использованием численных моделей.

• определение деформаций конструктивной системы в целом и ее отдельных элементов;
• определение усилий в элементах конструктивной системы (в рядовых и крайних сваях), а также в плите ростверка.

Для сооружений геотехнических категорий 1 и 2 при расчете по пространственным расчетным схемам допускается определение суммарных жесткостных характеристик свайно-плитных фундаментов в соответствии с 7.4.8.

7.5Особенности проектирования большеразмерных кустов и полей свай и плит ростверка

• расчета свайных фундаментов мостовых сооружений;
• расчета свайных фундаментов на динамические нагрузки;
• определения смещений и углов поворота конструкций от кратковременных нагрузок и воздействий.

При определении усилий в сваях численными методами, учитывающими взаимодействие свай с примыкающим грунтом, принимается γ f = 1,3, при расчете по методике, учитывающей взаимное влияние свай (7.4.4), γ f = 1,4. При отсутствии указанных расчетов принимается γ f = 1,5.

Примечание - Для свай опор мостов может разрабатываться программа контроля их качества с учетом места расположения свай и способа их устройства.

7.6Особенности проектирования свайных фундаментов при реконструкции сооружений

Для свайных фундаментов могут быть использованы забивные, вдавливаемые, буроинъекционные и другие виды свай при соответствующем обосновании.

Безопасное по условиям динамических воздействий расстояние r , м, от погружаемых свай до сооружений, как правило, должно назначаться не менее 25 м и 35 м от памятников архитектуры.

Для сооружений, находящихся в удовлетворительном состоянии, при забивке свай молотами допустимые значения скоростей колебаний могут быть определены по таблице 7.19. В необходимых случаях, в том числе при вибропогружении свай, допустимые безопасные расстояния должны уточняться на основе инструментальных исследований параметров колебаний грунта и сооружений при пробном погружении свай.

Примечание - Уменьшение негативного динамического воздействия от забивки свай на сооружения возможно путем погружения свай в лидерные скважины, применением гидромолотов с большой массой ударной части при малой высоте ее подъема, вибропогружения и др.

Значения скорости колебаний V , см/с, сооружений вычисляют по формуле

где α и δ - соответственно амплитуда и частота колебаний, определяемые экспериментально при пробной забивке свай.

Таблица 7.19

Минимально необходимое усилие F , кН, для вдавливания свай допускается определять по формуле

где γ с -коэффициент условий работы, принимаемый при скорости погружения сваи до 3 м/мин равным 1,2;

Fd - несущая способность сваи при различных глубинах ее погружения в грунтовых условиях участка строительства, кН.

При применении вдавливания свай для усиления оснований реконструируемых сооружений их фундаменты и подземные конструкции должны быть проверены на возможность восприятия усилия вдавливания F и в случае необходимости усилены.

• грунтовых и гидрогеологических условий на площадке, включая присутствие или возможность присутствия препятствий в основании;
• напряжений в свае при ее установке;
• возможности сохранения и проверки целостности сваи при установке;
• влияния метода и последовательности установки свай на уже установленные и на примыкающие сооружения и коммуникации;
• допусков, в пределах которых свая может быть надежно установлена с учетом технологических осадок;
• разрушительных химических воздействий в основании;
• возможности связи различных горизонтов подземных вод;
• грузоподъемных и транспортных операций со сваями;
• влияния устройства свай на соседние сооружения.

• перемещения и вибрации соседних сооружений при устройстве свай;
• используемый тип молота или вибратора;
• динамические напряжения в свае при забивке;
• необходимость поддерживать давление жидкости на уровне, обеспечивающем устойчивость стенок скважины и исключающем возможность возникновения гидроразрывов при устройстве буровых свай, для которых используются жидкости внутри скважины;
• очистку дна, а иногда и ствола скважины от шлама, особенно при их наполнении бентонитовым раствором;
• местную неустойчивость ствола скважины при бетонировании, что может приводить к попаданию грунта в тело сваи;
• попадания грунта и воды в тело набивных свай в свежеуложенную бетонную смесь;
• замедляющее действие химических веществ, содержащихся в грунте и грунтовой воде;
• уплотнение грунта и возникновение порового давления при устройстве свай вытеснения;
• нарушение грунта при бурении скважин для свай.

7.7Особенности проведения расчетов с применением геотехнического программного обеспечения

• непосредственно реализующие методики настоящего свода правил;
• реализующие инженерные методики расчета;
• использующие численные методы механики сплошных сред.

При проведении численных расчетов расчетная схема системы «надфундаментное строение (включая ростверк) -сваи -грунтовое основание» должна выбираться с учетом наиболее существенных факторов, определяющих сопротивление указанной системы. Необходимо учитывать продолжительность и возможное изменение во времени нагружения свай и свайных фундаментов.

Расчетная модель свайных фундаментов должна строиться таким образом, чтобы содержать погрешность только в сторону запаса надежности проектируемых надземных конструкций. Если заранее такая погрешность не может быть определена, необходимо проведение вариантных расчетов и определение наиболее неблагоприятных воздействий для надземных конструкций.

При проведении компьютерных расчетов свайных фундаментов следует учитывать возможные неопределенности, связанные с назначением расчетной модели и выбором деформационных и прочностных показателей грунтов основания. Для этого при проведении численных расчетов, определяющих возможное сопротивление одиночных свай, кустов (групп свай) и свайно-плитных фундаментов, рекомендуется проводить сопоставление результатов расчета отдельных элементов расчетной схемы с аналитическими решениями, а также выполнять сопоставление альтернативных результатов расчета по различным геотехническим программам.

• определения несущей способности одиночных свай;
• расчета одиночных свай по деформациям;
• определения усилий в сваях и объединяющих их ростверках в составе свайных и плитно-свайных фундаментов при расчете на действие всех видов нагрузок;
• совместных расчетов сооружений и свайных фундаментов;
• расчетов противооползневых мероприятий с применением свай;
• расчетов свайных фундаментов на сейсмические воздействия;
• расчетов деформаций свайных фундаментов во времени;
• моделирования возведения свайных фундаментов.

Примечания

1 Совместные расчеты сооружений и свайных фундаментов представляют собой расчеты системы «верхнее строение-сваи-прилегающий массив грунта» с применением профильного программного обеспечения.

2 Моделирование возведения свайных фундаментов должно описывать постадийно все процессы устройства свай - бурение с или без бентонитового раствора, бетонирование свай и т. д.

Верификация расчетных схем и результатов расчета может осуществляться следующими способами:

• многоступенчатым контролем правильности задания исходных данных для проведения расчетов;
• расчетом с использованием различных типов программного обеспечения;
• проведением расчетов независимыми группами расчетчиков;
• сопоставлением результатов расчета с натурными данными или результатами расчетов по объектам-аналогам.

Для свайных фундаментов, проектируемых для сооружений класса КС3, расчет по двум независимым программным комплексам обязателен.

Примечание - Под существенным расхождением результатов расчетов по разным программам понимаются различия полученных по расчету усилий и деформаций конструкций сооружений, влияющих на принятие технических решений.

где OCR - параметр начального состояния (коэффициент переуплотнения грунта по ГОСТ Р 58326). Величину OCR рекомендуется принимать не более двух. При отсутствии данных о величине OCR, следует принимать его равным единице.

7.8Особенности проектирования свайных фундаментов для различных видов сооружений

Таблица 7.20

Примечания

1 В настоящей таблице приняты обозначения: l - погруженная в грунт длина сваи; d - диаметр круглого, сторона квадратного или бόльшая сторона прямоугольного сечения сваи; H - горизонтальная составляющая расчетной нагрузки; N - вертикальная составляющая расчетной нагрузки.

2 При погружении одиночной сваи с наклоном в сторону действия горизонтальной составляющей нагрузки и при угле наклона к вертикали более 10° дополнительный коэффициент условий работы следует принимать как для вертикальной сваи, работающей в составе куста.

Таблица 7.21

Примечание - Для промежуточных значений l , IL и e значения R определяют интерполяцией.

Таблица 7.22

Примечание - Для промежуточных значений hi , e и IL значения f i определяют интерполяцией.

Таблица 7.23

Примечание - При повреждении или отсутствии противопучинистых обмазок прочность металлических труб, из которых изготовлены погруженные сваи, допускается определять с учетом срока службы сооружения и скорости развития коррозии, которая должна определяться с учетом данных об агрессивности грунтов и наличии блуждающих токов.

А.3Определение коэффициентов конструктивной эффективности К к.э для каждого варианта фундаментных конструкций

В зависимости от требований, предъявляемых к объекту, обобщенный коэффициент эффективности по конструктивным требованиям для каждого варианта фундамента определяют по таблице А.1 - произведение частных коэффициентов конструктивной эффективности

Наиболее эффективным по конструктивным требованиям принимают вариант, имеющий наибольшее значение коэффициента Кк.э.

Частный коэффициент Кi ( i = 1...4) для пунктов 1-4 таблицы А.1 и соответственно обобщенный коэффициент К к.э должны удовлетворять условию

При оценке вариантов следует принимать технические решения, реально осуществимые с точки зрения исполнения на данном объекте.

Определение коэффициентов экономической эффективности К э.э для каждого варианта фундаментных конструкций выполняют по формуле

где Пус,макс - максимальное значение удельной стоимости фундаментных конструкций для рассматриваемых вариантов;

Пус,в - значение удельной стоимости фундаментных конструкций для каждого варианта.

Показатель удельной стоимости усиления Пус (Пус,макс или Пус,в), руб./кН, определяют по формуле

где С - значение обобщенной стоимости работ по устройству свайного фундамента или стоимость работ по устройству элемента свайного фундамента для одного из вариантов, руб.;

N - значение обобщенной нагрузки на свайный фундамент или элемент свайного фундамента, принятый для сравнения вариантов, кН.

Обобщенная стоимость работ по рассматриваемым при проектировании вариантам или стоимость работ по устройству элемента свайного фундамента может быть определена по объектам-аналогам или единичным расценкам на производство работ.

Наиболее эффективным по экономическим требованиям принимают вариант, имеющий большее значение коэффициента экономической эффективности К э.э .

А.4Определение интегральных коэффициентов эффективности и окончательный выбор варианта фундаментных конструкций

По значениям коэффициентов конструктивной и экономической эффективности выполняют оценку эффективности по интегральному коэффициенту эффективности К и для оцениваемых вариантов по формуле

Наиболее эффективным принимают вариант с бóльшим значением коэффициента К и .

Г.6Расчет отрицательной силы трения оттаивающих грунтов на сваи

При оттаивании сезонномерзлых или искусственно замороженных грунтов происходит их оседание, в результате чего на боковую поверхность свай действуют отрицательные (негативные) силы трения, направленные вертикально вниз.

Отрицательную (негативную) силу трения оттаивающего грунта по боковой поверхности сваи можно определять по формуле

где up - периметр поперечного сечения сваи, м; f n,i - отрицательное трение i -го слоя оттаивающего грунта по боковой поверхности сваи, кПа, определяемое по опытным данным; допускается принимать расчетные значения f n,i по таблице 7.3; hi - толщина i -го слоя оттаивающего грунта.

Таблица Г.1

Примечания

1 Для промежуточных глубин промерзания τ fh принимается интерполяцией.

2 Значения τ fh для грунтов, используемых при обратной засыпке котлованов, принимается по первой строке таблицы.

3 В зависимости от вида поверхности фундамента приведенные значения τ fh умножают на коэффициент: при гладкой бетонной необработанной - 1; при шероховатой бетонной с выступами и кавернами до 5 мм 1,1-1,2, до 20 мм - 1,25-1,5; при деревянной антисептированной - 0,9; при металлической без специальной обработки - 0,8 (без учета 7.2.20). При применении противопучинистых обмазок или покрытий, в том числе термоусаживаемых оболочек, коэффициент определяется опытным путем по ГОСТ Р 56726.

4 Для сооружений класса КС-1 значения τ fh умножают на коэффициент 0,9.