Свайные фундаменты и сваи, рассчитываемые по пре­дельным состояниям второй группы (по деформациям), должны удовлетворять условию:

s≤ s_u,                    (8.1)   

где s – деформация, полученная в результате расчета оснований методами механики грунтов за определенный промежуток времени; s_u – предельно допустимая деформация, определяемая условиями нормальной эксплуатации данного здания и сооружения, устанавливаемая строительными нормами.

Несущую способность сваи-стойки по грунту опреде­ляют по формуле

Ф = γ_с RA,            (8.2)    

где γ_с - коэффициент условий работы, принимаемый равным 1; A - площадь опирания сваи на грунт; R - расчетное сопротивление сжатию грунта или скальной породы под нижним концом сваи, назначаемое для всех видов забивных свай, опирающихся на скальные породы, крупнообломочные грунты с песчаным заполнителем и гли­нистые грунты твердой консистенции, равным 20 МПа; для свай-обо­лочек, заполненных бетоном, и для свай-столбов, заделанных в невыветрелый скальный грунт (без слабых прослоек) не менее чем на 0,5 м, определяемое по формуле:

                       (8.3)   

здесь R _псж - нормативное временное сопротивление скального грун­та сжатию в водонасыщенном состоянии; γ_g - коэффициент надеж­ности по грунту, равный 1,4; h ₃ - расчетная глубина заделки свай в грунт; d ₃ - наружный диаметр сваи, заделанной в грунт.

Несущая способность висячих свай по грунту опреде­ляется двумя составляющими: первая зависит от сопро­тивления грунта под нижним концом сваи, а вторая—от сопротивления грунта по ее боковой поверхности:

   (8.4)   

где γ _c - коэффициент условий работы сваи в грунте, равный 1; γ _cR и γ _cfi - коэффициенты условий работы грунта соответственно под нижним концом сваи и по ее боковой поверхности; R - расчетное сопротивление грунта под нижним концом сваи; А - площадь опирания сваи на грунт, принимаемая по площади поперечного сечения сваи; и - наружный периметр поперечного сечения сваи; f_i - расчет­ное сопротивление i-го слоя грунта основания по боковой поверхно­сти сваи; l_i - толщина

i-го слоя грунта, прорезываемого сваей.

Расчетную нагрузку, допускаемую на железобетон­ную сваю по материалу, определяют по формуле:

N = γ _c( γ _cb R_bA_b+ R_scA_s),              (8.5)   

где γ _c - коэффициент условий работы, принимаемый для свай, изго­товляемых в грунте, равным 0,6; для остальных - 1; γ _cb - коэффи­циент условий работы бетона; R_b - расчетное сопротивление бетона сжатию; А _b - площадь поперечного сечения бетонной сваи; R_sc - расчетное сопротивление арматуры сжатию; A_s - площадь арматуры.

Вычисленная по формулам несущая способность сваи в некоторых случаях может существенно отличаться от их несущей способности в реальных условиях строитель­ной площадки, поэтому непосредственно на строительной площадке несущую способность свай проверяют по дан­ным испытаний динамической нагрузкой, статическим зондированием или статической нагрузкой.

При проектировании свайного фундамента из вися­чих свай его условно заменяют массивным жестким фун­даментом, контур которого АБВГ ограничен размерами ростверка, свай и некоторым объемом окружающего грунта (рис.8.1). При расчете предполагают, что нагруз­ка передается на грунт, залегающий непосредственно под плоскостью, проходящей через нижние концы свай.

Рис.8.1. К расчету свайного фундамента

При расчете свайных фундаментов из висячих свай должны выполняться требования расчета по второй груп­пе предельных состояний, т. е. среднее давление под по­дошвой условного фундамента не должно превышать расчетного сопротивления грунта R, а осадки не должны превышать допусти­мых. При центрально приложенной нагрузке среднее давление под подошвой условного фундамента определяется из выражения:

              (8.6)       

где п - коэффициент надежности, принимаемый равным 1; N - на­грузка от сооружения на уровне спланированной отметки земли; G ₁ - вес свай; G ₂ - вес грунта в объеме АБВГ; G ₃ - вес роствер­ка; А_усл - площадь условного фундамента, определяемая с помощью осредненного угла внутреннего трения (φ _{II cp}) грунтов, прорезывае­мых сваей:

               (8.7)     

здесь φ _IIn — угол внутреннего трения n-го слоя грунта; l_n — мощ­ность n-го слоя грунта.

При проектировании свайных фундаментов необхо­димо соблюдать следующие конструктивные требования: расстояние между осями висячих свай должно быть в пределах 3÷6 b ( b - ширина квадратной сваи или ди­аметр круглой); расстояние в свету между стволами свай-оболочек должно быть не менее 1 м; минимальное расстояние между осями свай-стоек - 1,5 b; расстояние от края ростверка до внешней стороны сваи при свобод­ном ее закреплении в ростверк принимается при разме­щении свай: однорядном - не менее 0,2 b + 5 см; двух- и трехрядном - 0,3 b + 5 см и при большем числе рядов - 0,4 b + 5 см.

Ростверки выполняют из монолитного или сборного железобетона. Высота ростверка назначается согласно расчету на продавливание в соответствии с требования­ми норм проектирования железобетонных конструкций по формуле

            (8.8)   

где b - ширина или диаметр сваи; N - усилие, приходящееся на од­ну сваю; k - коэффициент, принимаемый равным 1; R_bt - расчетное сопротивление бетона осевому растяжению.

Примеры расчетов несущей способности и осадки свайного фундамента даны в Приложении VI, VII.

1. РАСЧЕТ КРЕНА ФУНДАМЕНТА

Фундаменты сооружения получают крен вследствие внецентренного нагружения основания; несимметричной загрузки, окружающей фундамент поверхности грунта, неоднородного напластования грунтов основания.

При внецентренном нагружении фундамента рассматривают раздельно деформации основания от центрально приложенной нагрузки, приводящей к равномерной осадке фундамента, и его поворота от действия момента. Различают два основных случая расчета крена фундаментов или сооружений.

Первый случай - сооружение (несущая конструкция) опирается на отдельный жесткий фундамент. При этом фундамент совместно с сооружением (дымовой трубой, телебашней, водонапорной башней и пр.) поворачивается на определенный угол, тангенс которого называют креном.

Второй случай - жесткое сооружение опирается на несколько фундаментов (бункерные корпуса, здания элеваторов и т.п.). При этом крен сооружения возникает из-за неравномерных осадок отдельных фундаментов.           

А. Первый случай крена фундамента совместно с сооружением (или отдельной его конструкцией). Крен отдельного фундамента i СНиП рекомендует определять по формуле:

,     (9.1)

где Е₀ и ν - соответственно модуль деформации, кПа, и коэффициент Пуассона грунта основания (при неоднородном напластовании грунтов значения Е₀ и ν усредняются в пределах сжимаемой толщи Н_с согласно п. 11 прил. 2 СНиП); k_e - коэффициент, принимаемый по табл. 6.14; N _II - вертикальная составляющая равнодействующей всех нагрузок на фундамент в уровне его подошвы; е - эксцентриситет; а - диаметр круглого или сторона прямоугольного фундамента, в направлении которой действует момент; k_m - коэффициент, учитываемый при расчете крена фундамента по схеме линейно деформируемого полупространства (при использовании расчетной схемы линейно деформируемого полупространства k_m = 1).

Коэффициент Пуассона ν в указанном расчете СНиП рекомендует принимать равным для грунтов: крупнообломочных - 0,27; песков и супесей - 0,30; суглинков - 0,35; глин - 0,42.

Для круглых фундаментов крен:

,            (9.2)

где r - радиус фундамента, м; остальные обозначения те же, что в формуле (9.1).

Если крен фундамента обусловлен неравномерным напластованием грунтов или неравномерной загрузкой прилежащих к фундаменту площадей, то его находят по формуле:

,                                (9.3)

где s ₁ и s ₂ - осадки, подсчитанные около противоположных краев фундамента; L­ - расстояние между точками, в которых определялись осадки.