Основания и фундаменты транспортных сооружений: Электронный учебник, страница 20

Свайные фундаменты с низким ростверком. К этому типу относятся свайные фундаменты с плитой ростверка, заглубленной в грунт - отметка подошвы плиты ростверка расположена ниже уровня планировки или отметки местного размыва (рис. 4.13). Такие фундаменты сооружают на суходолах, а также в руслах рек с тяжелым ледовым режимом или же при наличии зон интенсивного истирающего воздействия аллювия, перемещаемого быстрым течением реки. Работа свайных фундаментов с низким ростверком проходит в благоприятном режиме в том отношении, что сопротивление горизонтальным нагрузкам оказывают не только сваи, но и грунт, воздействуя на боковую поверхность плиты ростверка. Сооружение плиты ростверка в грунте сопряжено с дополнительными затратами на устройство котлована и его ограждение [2].

                    В свайных фундаментах с высоким ростверком плита расположена над поверхностью грунта - отметка подошвы плиты ростверка выше уровня планировки или отметки местного размыва (рис. 4.14).

           Этот тип фундаментов получил большое распространение в мостостроении как экономичная и надежная конструкция. Они менее материалоемки по сравнению с массивными фундаментами или свайными фундаментами с низким ростверком, не требуют устройства котлована и, следовательно, позволяют применить более легкие ограждения в русле реки. Для восприятия горизонтальных нагрузок в свайных фундаментах с высоким ростверком применяют наклонные сваи. Здесь широкое применение находят сваи-оболочки и буровые столбы больших диаметров [1, 4].

          В некоторых случаях в свайных фундаментах плита ростверка отсутствует как самостоятельный элемент. Ее функции выполняет опора в своей нижней части, непосредственно опирающаяся на сваи. Такие конструкции называются свайными опорами (рис. 4.15). Этот способ устройства фундаментной части целесообразно применять, когда требуемые размеры плиты ростверка в плане не превосходят поперечного сечения опоры в нижней части [4].

          Большое  распространение при строительстве путепроводов и пойменных участков мостовых переходов получили безростверковые опоры (эстакадного типа) [1, 4]. В этих опорах в качестве плиты ростверка выступает подферменная плита, объединяющая головы свай и передающая на них нагрузку от пролетных строений (рис. 4.16). При большой протяженности эстакадной части мостового перехода целесообразно использование сборного железобетона и применение поточной технологии строительства для устройства безростверковых опор. В этих условиях безростверковые опоры отличаются высокой экономической эффективностью.

          В рассмотренных типах свайных фундаментов основным несущим элементом являются сваи. Именно через них нагрузка передается на основание. Плита ростверка обеспечивает совместную работу свай. В то же время, если плита заглублена в грунт и опирается на достаточно прочные породы, то по подошве плиты ростверка будут развиваться силы сопротивления вертикальным перемещениям, оказывая существенное воздействие на работу фундамента в целом. Если плита передает на грунт через свою подошву не менее 15% общей нагрузки, то такие конструкции называются комбинированными свайно-плитными фундаментами (рис. 4.17) [5, 6].

            Когда же на сваи приходится менее 50% общей нагрузки, то фундамент называется комбинированным плитно-свайным. Обеспечение совместной работы свай и плиты ростверка, заглубленной в грунт позволяет полнее использовать резервы несущей способности свайного фундамента. Комбинированные свайно-плитные и  и плитно-свайные конструкции используются в качестве фундаментной части для сооружений больших размеров и веса, как, например, высотные здания. В транспортном строительстве  этот тип фундаментов может оказаться полезным при сооружении пилонов висячих и вантовых мостов больших пролетов.

                               4.4 Несущая способность свай

           4.4.1 Понятие о несущей способности свай

        При действии на сваю осевой вдавливающей нагрузки в грунте развиваются силы сопротивления перемещению сваи. По боковой поверхности действуют распределенные силы трения  (расчетное сопротивление грунта по боковой поверхности сваи), а по торцу сваи - нормальное давление  (расчетное сопротивление грунта под нижним концом сваи). Суммарная величина максимальных сил сопротивления называется несущей способностью сваи на вдавливание по грунту .

        Если свая опирается на сжимаемые грунты и имеет возможность перемещаться в осевом направлении, то силы сопротивления развиваются в равной степени - и по боковой поверхности  и по торцу  (рис.4.18, а,б). Такие сваи называются висячими сваями.

        Несущая способность  определяется суммой , где слагаемое  обусловлено силами трения, а составляющая  - лобовым сопротивлением . Для свай с уширенным нижним концом сопротивление по боковой поверхности не учитывается на нижнем участке ствола сваи (рис.4.18, б). Размеры этого участка определяются конусом с образующей, наклоненной к осевому направлению на угол и касающейся края уширения ( - средневзвешенное значение угла внутреннего трения грунтов в пределах высоты конуса).

          Если свая опирается на практически несжимаемые грунты, то несущая способность сваи определяется в основном расчетным сопротивлением:  (рис.4.18, в). Силы трения  могут включиться в работу на завершающем этапе, когда грунт под нижним концом исчерпает свою прочность. Однако этот этап работы сваи недопустим. К практически несжимаемым породам в данном случае относят скальные грунты, крупнообломочные грунты и глины твердой консистенции. Сваи, опирающиеся на эти грунты, называют сваями-стойками.