Основания и фундаменты транспортных сооружений: Электронный учебник, страница 29

4.34. К приближенной формуле расчета усилий в сваях

4.7  Расчеты свайного фундамента по первой группе предельных состояний

4.7.1 Проверки несущей способности свай на вдавливание в грунт  и выдергивание из грунта

Данная проверка выполняется после установления нормальных сил , действующих на сваи в уровне подошвы плиты ростверка от расчетных нагрузок на фундамент. Вдавливающие нагрузки не должны превышать несущей способности сваи по грунту : По несущей способности грунтов в основании сваи в составе фундамента следует рассчитывать исходя из условия [6, 7]:

                                      для                               (4.50)                           

Также нельзя превышать несущей способности сваи на выдергивание:

                                      для                              (4.51)                            

В формулах (4.49) и (4.50) - нормативный вес сваи, - коэффициент надежности (см. таблицу 4.6). Коэффициент сочетания нагрузок  принимается равным 1,0 когда расчет выполняется для одной плоскости действия расчетных нагрузок и 1,2 при определении  алгебраическим сложением усилий, полученных в расчетах по двум взаимно перпендикулярным плоскостям действия нагрузок (например, вдоль и поперек моста).

                          4.7.2 Проверка прочности ствола сваи

Прочность ствола сваи проверяют на сжатие с изгибом и на растяжение. Для проверки прочности необходимо построить эпюру изгибающих моментов в поперечных сечениях сваи вдоль ее оси. Это построение осуществляется с использованием значений усилий  и , действующих в уровне подошвы плиты ростверка. В случае высокого ростверка имеем:

на участке свободной длины сваи (от подошвы ростверка до расчетной поверхности грунта) [6, 7]:

                                                                     (4.52)

ниже расчетной поверхности основания по формуле (> 0 ) по формуле:

                                (4.53)

где:

          .

          Пример эпюры изгибающих моментов показан на рис. 4.35.

4.35 Пример эпюры изгибающих моментов по длине сваи

Расчет на сжатие с изгибом при внутренних усилиях  и  производится в соответствии с правилами расчета строительных конструкций, в данном случае - сваи. Для облегчения выполнения данной проверки пользуются кривыми прочности, предварительно построенными для выбранного типа сваи.   Кривая прочности представляется в координатах  ,  (рис. 4.36).

4.36.  Кривая прочности сваи

Для растянутых свай должно удовлетворяться условие прочности ствола сваи на растяжение:

                                                                                                           (4.54)

где  - расчетная прочность сваи на растяжение.

                    4.7.3 Проверка устойчивости грунта, окружающего сваю

Возможной формой потери устойчивости окружающего сваю грунта является пластический выпор грунта вследствие бокового давления, возникающего при поперечных перемещениях сваи. Для обеспечения устойчивости грунта против пластического выпора необходимо выполнить следующее условие [6, 7]:

                                                                             (4.55)

где  - расчетные значения удельного сцепления, кПа, и угла внутреннего трения грунта;  - расчетный удельный вес грунта, определяемый в водонасыщенных грунтах с учетом взвешивания в воде;  - коэффициент, принимаемый для забивных свай равным 0,6.

          Коэффициент принимается равным 0,7 для распорных сооружений и 1,0 в остальных случаях. Коэффициент  рассчитывается в зависимости от соотношения постоянных и временных нагрузок по формуле:

                                                                                                 (4.56)

где  принимается в диапазоне 2,5 … 4,0 в зависимости от особенностей сооружения.

Расчетное давление на грунт , кПа, боковой поверхностью сваи, определяемое для глубины  выражением:

                              (4.57)

          На рис. 4.37 для примера показана эпюра бокового давления . Проверка (4.54) осуществляется при  для двух глубин:   и , а при  для глубины .

4.37.  Пример эпюры бокового давления сваи на грунт по длине сваи (0,4 м; 10 м; ; 160 кН·м; 20 кН)

4.7.4 Проверка прочности опорного и подстилающего слоев основания

Эти проверки выполняются по схеме условно массивного фундамента [6, 9]. Условный фундамент принимают в форме прямоугольного параллепипеда. Определение его размеров для фундамента с низким ростверком показано на рис. 4.38, а для фундамента с высоким ростверком - на рис. 4.39.

Рис. 4.38. Схема условно массивного фундамента для случая низкого ростверка

Рис. 4.39. Схема условно массивного фундамента для случая высокого ростверка

На этих рисунках  - угол наклона крайних свай, а - средневзвешенное значение угла внутреннего трения для пройденных сваей грунтов (показаны случаи  и ):

                                                                                             (4.58)

где    - угол внутреннего трения -того слоя грунта, расположенного в пределах глубины заложения свай с учетом размыва дна ;   - толщина -того слоя грунта  в пределах глубины .

Несущую способность основания условного фундамента проверяют, как и фундамента мелкого заложения, по среднему  и максимальному давлению по его подошве [9]:

(4.59)

где  - нормальная составляющая давления условного фундамента на грунт основания, кН, определяется с учетом веса грунтового массива 1-2-3-4 вместе с заключенными в ней сваями;  - расстояние от подошвы ростверка до поверхности основания с учетом размыва (в случае низкого ростверка принимается отрицательным), м; - глубина заложения условного фундамента по отношению к расчетной поверхности грунта, м; - размеры в плане условного фундамента в направлении , параллельном плоскости действия нагрузки и перпендикулярном ей, м;  - то же, что и в формуле (    );  - коэффициент постели в уровне подошвы условного фундамента, кН/м³ , определяемый по формулам: при £ 10 м, , при >10 м, ; - расчетное сопротивление грунта несущего слоя основания условного фундамента, определяемое по формуле (см. подраздел             ).