Особенности проектирования свайных фундаментов на подрабатываемых территориях

11.1. При проектировании свайных фундаментов на подрабатываемых территориях кроме требований настоящей главы должны соблюдаться также требования главы СНиП по проектированию зданий и сооружений на подрабатываемых территориях: при этом наряду с данными по инженерным изысканиям для проектирования свайных фундаментов, предусмотренными в разделе 3 настоящей главы, должны также использоваться данные горно-геологических изысканий и сведения об ожидаемых деформациях земной поверхности.

11.2. В задании на проектирование свайных фундаментов на подрабатываемых территориях должны содержаться полученные по результатам маркшейдерского расчета данные об ожидаемых максимальных деформациях земной поверхности на участке строительства, в том числе:

h — оседание, мм,

i — наклоны, мм/м;

e _г — относительные горизонтальные деформации растяжения или сжатия, мм/м;

r_к — радиус кривизны земной поверхности от подработки территории, км;

S _г — горизонтальное сдвижение, мм.

11.3. Расчет свайных фундаментов зданий и сооружений, возводимых на подрабатываемых территориях, должен производиться по предельным состояниям на особое сочетание нагрузок, назначаемых с учетом воздействий со стороны деформируемого при подработке основания.

11.4. В зависимости от характера сопряжения голов свай и свай-оболочек с ростверком и взаимодействия фундамента с грунтом основания в процессе развития в нем горизонтальных деформаций от подработки территории различаются следующие схемы свайных фундаментов:

а) жесткие — при жесткой заделке голов свай и свай-оболочек в ростверк путем заанкеривания в нем выпусков арматуры свай и свай-оболочек либо при непосредственной заделке в нем головы сваи и сваи-оболочки в соответствии с требованиями, изложенными в п. 8.5 настоящей главы;

б) податливые — при условно-шарнирном сопряжении сваи и сваи-оболочки с ростверком, выполненным путем заделки ее головы в ростверк на 5 — 10 см или сопряжении через шов скольжения.

Примечание. Шов скольжения должен предусматриваться в виде прокладки материалов с малыми коэффициентами трения (графита, слюды, полиэтиленовой пленки и т.п.) между ростверком и железобетонным башмаком колонны или опорной плоскостью стены здания. Конструкция швов скольжения должна предусматриваться в соответствии с требованиями главы СНиП по проектированию зданий и сооружений на подрабатываемых территориях.

Рис. 42. Схема свайного фундамента для каркасного здания при наличии связей-распорок в двух направлениях и ростверка, отделенного от фундаментов швом скольжения

а — план; б — разрез; в — эпюра продольных усилий в связях-распорках; 1 — колонны; 2 — фундаменты; 3 — распорки; 4 — ростверк; 5 — шов скольжения; 6 — сваи

К п. 11.4. Высота плиты ростверка под башмаком колонны или железобетонной плиты должна определяться из условия расчета ее на продавливание.

Шов скольжения должен устраиваться в пределах отсека на одной отметке. Плоскость шва скольжения должна быть ровной, без выступов.

Для недопущения горизонтальных перемещений колонн при подработке, между башмаками под колонны следует предусматривать в продольном, а в необходимых случаях и в поперечном направлениях связи-распорки, подошва которых должна быть на уровне шва скольжения. Минимальное сечение связи-распорки 20´ 20 см; увеличение сечения связи-распорки из условия размещения арматуры целесообразно осуществлять за счет увеличения ее ширины. Размещение арматуры в связи-распорке должно быть в основном у боковых граней ее сечения.

Сопряжение связи-распорки с башмаками под колонны должно осуществляться в вертикальной плоскости по шарнирной схеме.

При направлении подработки к главным осям здания под углом, близким к 45°, целесообразно предусматривать также диагональные связи-распорки.

При устройстве между отдельными фундаментами каркасных зданий связей-распорок и отделении ростверка от фундаментных башмаков швом скольжения продольные усилия в любом сечении связи-распорки от трения по шву скольжения при воздействии перемещений грунта определяют по формуле (рис. 42):

, (79)

где т¢ — коэффициент, учитывающий неодновременность сдвига ростверков по шву скольжения (принимается по табл. 29 в зависимости от числа колонн на участке от 0, 5 L до х, где: L — длина отсека, х — расстояние от оси отсека до рассматриваемого сечения);

T_i — сила трения под i -м фундаментом, определяемая по формуле (80), тс;

п — число колонн на участке от 0, 5 L до х;

T_i = fN_i, (80)

где f — коэффициент трения по шву скольжения, принимается по указаниям главы СНиП по проектированию зданий и сооружений на подрабатываемых территориях;

N_i — вертикальная нагрузка на ростверк i -го фундамента, тс.

Таблица 29

Величину изгибающего момента в свае независимо от характера ее сопряжения с ростверком следует определять по формуле (108) по величине опорной реакции, приходящейся на одну сваю: N _г = , где k — число свай в ростверке под фундаментным башмаком.

Примечания: 1. Для определения полного усилия в связи-распорке необходимо учесть также боковое нормальное давление грунта на фундаментный башмак и трение по боковым поверхностям башмака (трение о связь-распорку не учитывается).

2. При устройстве шва скольжения под сплошной железобетонной плитой ростверк необходимо разрезать на отдельные участки с кустом свай под ними. Расчет дополнительных усилий в плите от сдвига элементов ростверка по шву скольжения следует осуществлять по формуле (79).

11.5. Расчет фундаментов и их оснований на подрабатываемых территориях должен производиться с учетом:

а) изменений физико-механических свойств грунтов, вызванных подработкой территории, в соответствии с требованиями п. 11.6 настоящей главы;

б) перераспределения вертикальных нагрузок на отдельные сваи, вызванного искривлением и наклоном земной поверхности, в соответствии с требованиями п. 11.7 настоящей главы;

в) дополнительных нагрузок в горизонтальной плоскости, вызванных развитием деформаций грунтов основания при подработке территории, в соответствии с требованиями пп. 11.8 и 11.9 настоящей главы.

11.6. Несущая способность по грунту основания Ф _подр, тс, свай всех видов и свай-оболочек, работающих на сжимающую нагрузку, при подработке территории определяется по формуле

Ф _подр = т _подр Ф, [81(32)]

где m _подр — коэффициент условий работы, учитывающий изменение структуры грунта и перераспределение вертикальных нагрузок при подработке территории, принимаемый по табл. 30 (16);

Таблица 30(16)

Примечание к табл. 30(16). Подразделение на жесткие и податливые здания осуществлено по их реакции на неравномерные осадки фундаментов в вертикальной плоскости; в жестких зданиях при этом происходит перераспределение отпора грунта, а в податливых перераспределения практически не происходит или оно мало и его можно не учитывать.

Ф — несущая способность сваи, тс, определенная расчетом в соответствии с требованиями раздела 5 настоящей главы или определенная по результатам полевых исследований (динамических и статических испытаний свай или свай-оболочек, зондирования грунта), в соответствии с требованиями раздела 6 настоящей главы.

Сваи на подрабатываемых территориях, как правило, должны рассчитываться на внецентренное сжатие, а в случае превышения дополнительных выдергивающих нагрузок от искривления основания, действия наклонов и ветровой нагрузки над сжимающими нагрузками — на внецентренное растяжение.

Несущую способность свай по грунту следует рассчитывать на сочетания, при которых в них возникают максимальные сжимающие нагрузки с учетом дополнительных нагрузок сжатия от искривления основания, наклона и ветровой нагрузки.

Несущую способность свай по материалу следует определять при максимальном значении изгибающего момента для двух сочетаний вертикальных нагрузок, при которых возникают максимальная и минимальная нагрузки. При этом в соответствии с п. 5.2 настоящей главы СНиП свая рассматривается как стержень, жестко защемленный в грунте в сечении, расположенном на расстоянии l₁ = H + l_o, где Н — длина участка сваи от подошвы ростверка до уровня поверхности грунта; l_o — длина участка сваи в грунте, определяемая по формуле (102).

Приведенные (расчетные) максимальную N _макс и минимальную N _мин вертикальные нагрузки на сваю в свайном фундаменте жесткого здания или сооружения следует определять по невыгодным сочетаниям основных и дополнительных нагрузок, действующих в направлении продольной и поперечной главных осей здания по формуле

, (82)

где N — расчетная вертикальная нагрузка от всего отсека здания, тс;

п — общее число свай в отсеке;

DN — дополнительная вертикальная нагрузка на сваю от искривления основания, определяемая по формуле (85), тс;

— дополнительная вертикальная нагрузка от наклона и ветровой нагрузки, определяемая по формуле (84), тс;

0, 8 и 0, 7 — коэффициенты, учитывающие сочетания нагрузок.

Примечание. Максимальные и минимальные вертикальные нагрузки возникают в угловых сваях по контуру отсека здания, а также в крайних сваях, расположенных по главным осям отсека.

Под воздействием наклонов земной поверхности, возникающих при подработке территории и от ветровой нагрузки, дополнительные горизонтальные и вертикальные нагрузки в сваях определяют по формулам:

; (83)

; , (84)

где Т — общая горизонтальная нагрузка, действующая на отсек здания, вызванная наклоном земной поверхности и ветровой нагрузкой, тс;

п — число свай в фундаменте отсека;

М_х и M_y — расчетные моменты относительно главных осей х и у от действия наклона земной поверхности, вызванного подработкой территории, и ветровой нагрузки, тс× м;

x y, х_i и y_i — по формуле 44 (26).

11.7. Дополнительные вертикальные нагрузки ±D N на сваи или сваи-оболочки зданий и сооружений с жесткой конструктивной схемой, вызванные искривлением земной поверхности при подработке территории, следует определять в зависимости от ожидаемого радиуса кривизны поверхности R _к и ее наклона при следующих допущениях:

а) свайные фундаменты из висячих свай и свай-оболочек и их основания заменяются в соответствии с п. 7.1 настоящей главы условным фундаментом на естественном основании;

б) основание условного фундамента принимается линейно-деформируемым с постоянным модулем деформации по длине здания (сооружения) или выделенного в нем отсека.

Определение дополнительных вертикальных нагрузок ±DN производится относительно продольной и поперечной осей здания.

К п. 11.7. Дополнительные нагрузки на сваи вызываются перераспределением их в результате взаимодействия здания бесконечной жесткости на условных фундаментах на естественном основании по цилиндрической поверхности, с условным радиусом кривизны, определяемым по формуле (89).

Дополнительная вертикальная нагрузка D N на любую сваю, расположенную на расстоянии Х от главной оси фундамента (рис. 43), от искривления основания определяется по формуле

(85)

где А _x — общая длина условного фундамента в направлении оси х, определяемая по формуле (86), м;

К — коэффициент жесткости основания для условного фундамента, определяемый по формуле (87), тс/м³;

l_у1 — момент инерции площади подошвы условного фундамента, расположенной по одну сторону от главной оси УУ относительно оси y’у’, м⁴;

x₀ — расстояние от главной оси УУ до центра тяжести рассматриваемой половины фундамента (определяется как отношение статического момента к площади фундамента), м;

х — расстояние от главной оси уу до оси сваи, для которой вычисляется D N, м;

x_i — то же, до оси любой сваи, находящейся на рассматриваемой половине площади условного фундамента, м;

R _ж ¾ условный радиус кривизны основания от влияния горных выработок, учитывающий конечную жесткость здания и определяемый по формуле (89); при кривизне выпуклости принимается со знаком плюс, при кривизне вогнутости — со знаком минус, м;

п — общее число свай в свайном фундаменте:

; (86)

где L ¾ расстояние между осями крайних свай отсека (см. рис. 43, а), м;

d — размер поперечного сечения свай, м;

l и j_IIcp — по п. 7.1 настоящей главы СНиП;

a_yc ¾ размер условного фундамента, м;

, (87)

где K_i — коэффициент жесткости основания под отдельным условным фундаментом или условной фундаментной лентой, определяемый соответственно по формулам (88а);

F_i — площадь фундамента, м²;

; (88а)

; (88б)

где Е_о — модуль вертикальной деформации основания на уровне острия свай, тс/м²;

a_i — отношение длины условного ленточного фундамента (например, A_x) к его ширине;

, (89)

где п_к и т_к — соответственно коэффициенты перегрузки и условий работы к радиусу кривизны, принимаемые по указаниям главы СНиП на здания и сооружения на подрабатываемых территориях;

m_ж — коэффициент (меньше или равный единице), учитывающий конечную жесткость здания, определяемый по формуле

, (90)

где b — приведенная ширина подошвы условного фундамента, м;

ЕI — приведенная жесткость стен отсека, тc× м²;

L и К — по формулам (86) и (87).

Для коротких отсеков жестких зданий, имеющих отношение L/H £ 1 (где L — длина отсека, Н — высота здания от подошвы ростверка до карниза), допускается принимать m _ж = l, а R _ж равным расчетному радиусу кривизны.

Рис. 43. Схема замены свайного фундамента условным на естественном основании и эпюра перераспределения нагрузок на сваи при кривизне выпуклости

а — здание на искривленном основании; б — план свайного поля, ростверка и условного фундамента: в — эпюра перераспределения нагрузок на сваи; 1 — ростверк; 2 — сваи; 3 — условный фундамент на естественном основании; аbесd — эпюра нагрузок на сваи до искривления основания; ab’e’c’d — эпюра нагрузок на сваи при искривлении основания; уу — главная ось; y’y’ ¾ ось, проходящая через центр тяжести половины условного фундамента

Дополнительные обобщенные усилия в вертикальной плоскости коробки жесткого здания в любом сечении х, вызванные искривлением основания, определяются по формулам:

; (91)

, (92)

где D N — дополнительная нагрузка на i -ю сваю с учетом ее знака, определяемая по формуле (85), тс;

k — количество свай на участке от 0, 5 L до х (см. рис. 43);

x_i и х — то же, что и в формуле (85).

На обобщенные усилия следует рассчитывать элементы несущих конструкций здания (ростверк, пояса и простенки).

11.8. В расчетах свайных фундаментов, возводимых на подрабатываемых территориях, должны учитываться дополнительные усилия, возникающие в сваях или сваях-оболочках вследствие их работы на изгиб под влиянием горизонтальных перемещении грунта основания при подработке территории по отношению к проектному положению свай или свай-оболочек.

Величину этих усилий следует определять, используя методику расчета свай и свай-оболочек на горизонтальные перемещения по величине расчетного горизонтального перемещения грунта D_г.

11.9. Расчетное горизонтальное перемещение D_г, мм, грунта при подработке территории (рис. 44) следует определять по формуле

D _г = n_e m_e e _г x [93(33)]

где n_e и m_e — соответственно коэффициенты перегрузки и условий работы для относительных горизонтальных деформаций, принимаемые в соответствии с главой СНиП по проектированию зданий и сооружений на подрабатываемых территориях;

e _г ¾ ожидаемая величина относительной горизонтальной деформации, указанная в задании на проектирование и определяемая по результатам маркшейдерского расчета, мм/м;

х — расстояние от оси рассматриваемой сваи до центральной оси здания (сооружения) с ростверком, устраиваемым на всю длину здания (отсека), или до блока жесткости каркасного здания (отсека) с ростверком, устраиваемым под отдельные колонны, м.

К п. 11.9. Расчет свай на горизонтальные перемещения и нагрузки осуществляется при следующих допущениях:

а) основание принимается упругим, характеризуемым горизонтальным (боковым) модулем деформации, увеличивающимся по глубине с нулевой ординатой на поверхности грунта или под подошвой ростверка;

б) в результате взаимодействия упругой оси сваи с упругой грунтовой средой под воздействием горизонтальных перемещений в заглубленной части сваи возникают два участка ¾ верхний длиной b и нижний длиной с (рис. 45 и 46), в пределах которых боковое давление грунта на сваю имеет противоположные направления;

в) максимальная ордината эпюры бокового давления p₁ на участке b, располагаемая посередине этого участка, принимается пропорциональной величине обжатия грунта сваей в точке Е и определяется по формуле (99);

г) длина погружения сваи l в грунт должна удовлетворять неравенству

(94)

Рис. 44. Воздействие горизонтальных перемещений грунта на свайный фундамент с жесткой заделкой голов свай в низкий ростверк

а — свайный фундамент: б — эпюра перемещений грунта: 1 — сваи до подработки; 2 — изгиб оси свай, вызванный перемещением грунта

Рис. 45. Схема взаимодействия упругой оси сваи, имеющей шарнирное сопряжение с ростверком, и грунта при действии горизонтальной нагрузки или перемещения

а — деформация оси сваи (1) и эпюра обжатия грунта (2); б — эпюра давления грунта на сваю; в, г — эпюра поперечных сил и изгибающих моментов в свае; 3 — касательная к эпюрам давления в точке В

Рис. 46. Схема взаимодействия упругой оси сваи с жесткой заделкой головы в ростверк с грунтом при действии горизонтальной нагрузки или перемещения

а — деформация оси.сваи (1) и эпюра обжатия грунта (2); б — эпюра давления грунта на сваю; в, г — эпюры поперечных сил и изгибающих моментов в свае; 3 — касательная к эпюрам давления в точке В

Примечание. Для практических целей методику допускается применять при l ³ 0, 9 (b + с).

При расчете свай на горизонтальные перемещения и нагрузку метод предусматривает выполнение следующих граничных условий:

1) в точках В и С (см. рис. 45 и 46), прогибы которых относительно первоначального положения оси сваи (до приложения воздействия) равны нулю, боковое давление грунта на сваю принимается равным нулю;

2) в нулевой точке В касательная к эпюрам давления на участках b и с вследствие однородности грунта или его равномерного изменения по глубине является общей;

3) в точке С поперечная сила и изгибающий момент в свае равны нулю.

Рис. 47. График зависимости коэффициентов a, q, q, т, c и (левая шкала) и b (правая шкала) от коэффициента при жесткой заделке голов свай в ростверк

a, q, q, т, c и

Рис. 48. График зависимости коэффициентов a, q, q, т, c и (левая шкала) и b (правая шкала) от коэффициента при шарнирном сопряжении голов свай с ростверком.

Для свайных фундаментов с шарнирной заделкой голов в ростверк добавляется четвертое граничное условие — сумма моментов всех сил относительно заделки (головы сваи) равна нулю.

Ординаты поперечных сил и изгибающих моментов для характерных сечений сваи при шарнирной или жесткой заделке голов в высокий или низкий ростверки под воздействием горизонтальных перемещений определяют по формулам:

Q_i = Qq_i; (95)

m_i = Мm_i, (96)

где Q и М — определяются по формулам

; (97)

; (98)

где q_i и m_i — коэффициенты, определяемые по графикам (рис. 47 и 48) соответственно для жесткой заделки и шарнирного сопряжения голов свай с ростверками в зависимости от коэффициента = Н/l (где Н — свободная высота сваи, м;

l — длина ее погружения, м;

p_i — максимальная ордината эпюры бокового давления грунта, тс/м, на участке b, определяемая по формуле

; (99)

где Е _г — модуль горизонтальной деформации грунта, определяемый по формуле (101), тс/м²;

q _Е — коэффициент обжатия грунта посередине участка b, определяемый по графикам рис. 47 или 48;

D_г — расчетное перемещение грунта, определяемое по формуле [93 (33)];

w — коэффициент, принимаемый по табл. 31 в зависимости от коэффициента п (отношения глубины погружения сваи l к ее размеру поперечного сечения d в направлении, перпендикулярном плоскости действия перемещения);

m — коэффициент Пуассона;

b — длина верхнего участка эпюры бокового давления грунта, м, определяемая по формуле

, (100)

где b — коэффициент, определяемый по графикам рис. 47 или 48.

EI — жесткость сваи;

E _г = m E_o, (101)

где т — коэффициент условий работы, учитывающий анизотропность грунта; рекомендуется принимать в соответствии с п. 11.2 главы СНиП II-15-74 для глинистых грунтов равным 0, 5, а для песчаных 0, 65 (значение коэффициента т можно уточнять в зависимости от способа погружения свай, явлений засасывания, длительного действия нагрузки и т. п.);

E_o — модуль вертикальной деформации грунта, тс/м², определяемый ориентировочно на уровне середины участка b (для грунтов с относительно высокой несущей способностью на глубине (4 — 5) d и для грунтов с низкой несущей способностью — (6 — 7) d от поверхности грунта для свайных фундаментов с высоким ростверком или от подошвы ростверка для свайных фундаментов с низким ростверком).

Таблица 31

Для построения эпюр поперечных сил и изгибающих моментов в свае под воздействием горизонтальных перемещений по графикам рис. 47 или 48 следует определить коэффициенты:

для поперечной силы q_A и q_B (q_D = q_A; q_C = 0; q_G = 0, 5 q_B), а также по формуле (102) положение сечения в заглубленной части сваи с нулевым значением поперечной силы и максимальным значением изгибающего момента M _пp;

для изгибающего момента соответственно коэффициенты (для шарнирного сопряжения т_А = 0): т_А; т_D; т_пр; т_В (т_С = 0; m_G = 0, 1875) и расстояние l_o до точки с максимальной ординатой изгибающего момента в свае:

, (102)

где — коэффициент, определяемый по графику рис. 47 или 48.

Длину участка с и максимальную ординату эпюры бокового давления грунта p₂, находящуюся посередине участка с, определяют по формулам:

с = ab; (103)

p₂ = ap₁. (104)

где a — коэффициент, определяемый по графикам рис. 47 или 48.

Для определения только максимальных значений поперечной силы и изгибающего момента в свае по графикам рис. 47 или 48 достаточно выбрать максимальные значения коэффициентов q_i и m_i и по формулам (95) и (96) вычислить Q _макс и М _макс.

Прогиб упругой оси сваи под воздействием горизонтальных перемещений определяют по формулам:

максимальный в уровне головы сваи

; (105)

прогиб в характерных сечениях сваи

; (106а)

, (106б)

где c, q_d и q_e — коэффициенты, определяемые по графикам рис. 47 или 48 в зависимости от коэффициента (для шарнирного сопряжения свай с ростверком кривые c на графике рис. 48 увеличены в 5 раз).

По графику рис. 48 можно также определить прогиб точки G, расположенной посередине участка с:

, (106в)

Ординаты q_G на графике рис. 48 увеличены в 10 раз.

Примечание. Учитывая, что прогибы точек С и В равны нулю, формулы (105) — (106) дают возможность построить эпюры прогиба упругой оси сваи.

Максимальные усилия в сваях свайного поля, имеющих различные перемещения D_г, целесообразно определять через усилия Q₁ и M₁), получаемые при единичном перемещении D_г1 = 1 см, а затем вычислять искомые Q и М при заданных перемещениях D_г, см, по формулам:

Q = [D_г] Q₁; M = [D_г] M₁, (107)

где [D_г] — абсолютная величина заданного перемещения сваи.

При решении обратных задач, когда по заданным горизонтальным нагрузкам (например, от наклона земной поверхности и ветровой нагрузки в виде опорных реакций N _г = Q_A) требуется определить величины максимальных усилий в сваях или построить эпюры давления грунта, поперечных сил, изгибающих моментов и прогиба сваи, расчеты рекомендуется осуществлять через значение опорной реакции q_a1, полученной при единичном перемещении D_г1 = 1 см. Например, максимальную величину изгибающего момента в свае от действия горизонтальной нагрузки N _г можно определить по формуле

, (108)

где М₁ — максимальный изгибающий момент в свае при единичном перемещении D_г1 = 1 см.

В свайных фундаментах с высоким ростверком в случаях, когда коэффициент q_в > 0, 5, максимальное значение поперечной силы следует определять для заглубленной части сваи (точки В — см. рис. 45 и 46) по формуле

, (109)

где q_а — коэффициент для сечения А в уровне головы сваи.

Рис. 49. Схемы взаимодействия коротких свай-стоек с низким ростверком при действии горизонтального перемещения грунта

А — при жесткой заделке голов в ростверк; Б — при шарнирном сопряжении свай с ростверком; а — деформации упругой оси свай и эпюры обжатия грунта; б — эпюры давления грунта; в, г — эпюры поперечных сил и изгибающих моментов

Максимальный прогиб сваи под воздействием горизонтальной нагрузки N _г, приложенной к голове сваи (от наклона или ветровой нагрузки), определяют по формуле

, (110)

где q_a1 — опорная реакция в свае при действии единичного горизонтального перемещения, тс.

Для коротких свай-стоек с низким ростверком, глубина погружения которых удовлетворяет неравенству (114), максимальные усилия в сваях при воздействии горизонтальных перемещениq определяют по формулам:

а) при условно-шарнирном сопряжении свай с ростверком (рис. 49, Б)

Q = 0, 33 рl; (111)

M = 0, l04 pl², (112)

где p — максимальная ордината бокового давления грунта на сваю, тс/м, определяемая по формуле

; (113)

l — глубина погружения сваи, м, которая должна удовлетворять неравенству

0, 85 b £ l £ 1, 35 b; (114)

b — длина верхнего участка сваи, м, определенная по формуле (100) при = 0;

Е _г, w, m — по формуле (99);

б) при жесткой заделке голов свай в ростверк (см. рис. 49, А)

; (115)

, (116)

где р — максимальная ордината бокового давления грунта на сваю, определяемая по формуле (113) с заменой коэффициента 0, 33 на 0, 395; N — сосредоточенная сила, тc, приложенная в уровне острия сваи, имеющая направление, противоположное направлению р, и определяемая по формуле

, (117)

где ЕI — жесткость сваи.

Остальные обозначения расшифрованы выше.

Дополнительный изгибающий момент от воздействия вертикальной нагрузки на изогнутую ось сваи допускается приближенно определять по формулам:

а) для шарнирного сопряжения свай с ростверком

D M _пр = N ^b (1 ‑ q_E)D_г; (118)

б) для жесткой заделки свай с ростверком

D M_А = N^b (1 ‑ q_E)D_г/2. (119)

В формулах (118) и (119):

N^b ¾ нормативная вертикальная нагрузка на сваю, тс;

q_E — коэффициенты, определяемые по графику рис. 47 или 48;

D_Г —расчетное перемещение грунта для сваи, м.

Приведенные (расчетные) максимальные усилия в свае от воздействия горизонтальных перемещений, наклона и ветровой нагрузки, а также от внецентренного действия вертикальной нагрузки определяют по формулам:

Q_Р = 0, 8 (Q _г + 0, 7 Q _н); (120)

М_Р = 0, 8 (М _г + 0, 7 М _н + М_N); (121)

где Q _г, M _г — максимальные значения поперечной силы, тс, и изгибающего момента, тс× м, в свае от воздействия горизонтальных перемещений;

Q _н, М _н — то же, возникающие в тех же сечениях от воздействия наклонов земной поверхности и ветровой нагрузок;

М_N — дополнительный изгибающий момент в свае от внецентренного действия вертикальной нагрузки на изогнутую ось сваи, определяемый по формуле (118) или (119);

0, 8 и 0, 7— понижающие коэффициенты, учитывающие сочетания нагрузок.

11.10. Свайные фундаменты зданий и сооружений, возводимых на подрабатываемых территориях, следует проектировать исходя из условий необходимости передачи на ростверк минимальных усилий от свай, возникающих в результате деформации земной поверхности.

Для выполнения этого требования необходимо в проектах предусматривать:

а) разрезку здания или сооружения на отсеки для уменьшения влияния горизонтальных перемещений грунта основания;

б) преимущественно висячие сваи для зданий и сооружений с жесткой конструктивной схемой для снижения дополнительно возникающих усилий в вертикальной плоскости от искривления основания;

в) сваи возможно меньшей жесткости, например, призматические сваи квадратного или прямоугольного поперечного сечения, причем сваи прямоугольного сечения следует располагать меньшей стороной в продольном направлении отсека здания;

г) преимущественно податливые конструкции сопряжения свай с ростверком, указанные в п. 11.4 настоящей главы.

Примечание. При разрезке здания и сооружения на отсеки в ростверке между ними следует предусматривать зазоры (деформационные швы), размеры которых определяют как для нижних конструкций зданий и сооружений в соответствии с требованиями главы СНиП по проектированию зданий и сооружений на подрабатываемых территориях.

11.11. Свайные фундаменты на подрабатываемых территориях в зависимости от величины ожидаемых деформаций земной поверхности допускается применять, как правило, только в случае пологого и наклонного (менее 45°) залегания пластов:

а) с висячими сваями — на территориях II — IV групп для любых видов и конструкций зданий и сооружений;

б) со сваями-стойками — на территориях III — IV групп для зданий и сооружений, проектируемых с податливой конструктивной схемой здания при искривлении основания, а для IV группы также и для зданий и сооружений, проектируемых с жесткой конструктивной схемой.

Применение висячих свай или свай-оболочек на территориях I группы и свай-стоек на территориях I и II групп допускается только на основании специального технико-экономического обоснования.

Примечания: 1. Деление подрабатываемых территорий на группы принято по главе СНиП по проектированию зданий и сооружений на подрабатываемых территориях.

2. Сваи-оболочки, буронабивные сваи диаметром более 600 мм и другие виды жестких свай допускается применять, как правило, только в свайных фундаментах с податливой схемой при сопряжении их с ростверком через шов скольжения (п. 11.4 настоящей главы).

3. Величина заглубления в грунт свай и свай-оболочек на подрабатываемых территориях должна быть не менее 4 м, за исключением случаев опирания свай или свай-оболочек на скальные грунты.

11.12. В случае крутопадающих (более 45°) пластов, когда возможно образование уступов, а также на площадках с геологическими нарушениями применение свайных фундаментов допускается только при наличии специального обоснования.

11.13. Конструкция сопряжения свай или свай-оболочек с ростверком должна назначаться в зависимости от величины ожидаемого горизонтального перемещения грунта основания D_г, причем предельно допускаемые значения горизонтального перемещения для свай или свай-оболочек не должны превышать при сопряжении свай или свай-оболочек с ростверком (п. 11.4 настоящей главы):

а) жестком — 2 см;

б) податливом условно шарнирном — 5 см;

в) то же, через шов скольжения — 8 см.

Примечание. Для снижения величин усилий, возникающих в сваях или сваях-оболочках и в ростверке от воздействия горизонтальных перемещений грунта оснований, а также для обеспечения пространственной устойчивости свайных фундаментов и здания (сооружения) в целом, сваи и сваи-оболочки свайного поля в зоне действия небольших перемещений грунта (до 2 см) следует предусматривать с жестким сопряжением, а остальные — с податливым (шарнирным или сопряжением через шов скольжения).

К п. 11.13. Для свайных фундаментов с высоким ростверком указанные предельные перемещения грунта при соответствующем обосновании могут быть увеличены.

11.14. Свайные ростверки должны рассчитываться на внецентренное растяжение и сжатие, а также на кручение при воздействии на них горизонтальных опорных реакций от свай или свай-оболочек (поперечной силы и изгибающего момента), вызванных боковым давлением деформируемого при подработке грунта основания.

Рис. 50. К расчету свайного фундамента на искривленном основании ( + R_ж )

а — план свайного поля и условных фундаментов на естественном основании; б — эпюра перераспределения нагрузок на сваи; в, г — эпюры обобщенных поперечных сил и изгибающих моментов в стенах в вертикальной плоскости; 1 — ростверк; 2 — сваи; 3 — условные фундаменты

К п. 11.14. Продольное усилие в любом сечении х ростверка независимо от вида сопряжения голов свай с ростверком при воздействии горизонтальных перемещений основания определяется по формуле

, (122)

где Q_Ар — горизонтальная опорная реакция i ‑ сваи, тc, находящейся на расчетном участке от 0, 5 L до х продольного элемента ростверка, определяемая по формуле (120);

Q^*_Ар — часть опорной реакции от сваи, тс, находящейся на примыкающем элементе ростверка под поперечной стеной, определяемой по схеме простой балки от сосредоточенной нагрузки (рис. 50);

k — число свай на продольном участке ростверка от 0, 5 L до х;

п — то же, на примыкающих участках ростверка.

При передаче горизонтальных опорных реакций от свай на примыкающие элементы ростверка следует учитывать изгиб этих элементов от сосредоточенных сил, равных q_ap, и кручение. Сосредоточенные крутящие моменты от каждой сваи определяют по формуле

М _кр = М_ар + Q_Aph _p/2, (123)

где м _аp и Q_ap — усилия в свае в уровне ее головы;

h_p — высота ростверка, м;

На продольные элементы ростверка крутящие моменты передаются как сосредоточенные опорные изгибающие моменты, действующие в вертикальной плоскости и определяемые по формуле

, (124)

где M¢ _кр — аналогично Q¢ _ap формуле (122);

М_ap — сосредоточенный изгибающий момент от сваи, расположенной на продольном элементе на пересечении с осью примыкающей стены, определяемый по формуле (121);

n — число свай на примыкающем участке ростверка.

Для шарнирного сопряжения свай с ростверком в формулах (123) и (124) следует принимать M_ap = 0.

11.15. При применении свайных фундаментов с высоким ростверком в бетонных полах или других жестких конструкциях, устраиваемых на поверхности грунта, следует предусматривать зазор по всему периметру свай шириной не менее 8 см на всю толщину жесткой конструкции. Зазор следует заполнять пластичными или упругими материалами, не образующими жесткой опоры для свай при воздействии горизонтальных перемещений грунта основания.