Общие положения

Область применения свайных фундаментов в сейсмических районах в основном та же, что и в несейсмических. При проектировании свайных фундаментов в сейсмических районах нижние концы свай следует опирать на скальные грунты, крупнообломочные грунты, плотные и средней плотности пески, твердые, полутвердые и тугопластичные глинистые грунты (IL£0,5). Опирание нижних концов свай на рыхлые пески, глинистые грунты мягкопластиной, текучепластичной консистенции (IL>0,5) не допускается.

Величина заглубления в грунт свай в сейсмических районах должна быть не менее 4 м, а при наличии в основании нижних концов свай водонасыщенных песков средней плотности - не менее 8 м. Допускается уменьшение заглубления свай при соответствующем обосновании, полученном в результате полевых испытаний свай имитированными сейсмическими воздействиями. Для одноэтажных сельскохозяйственных зданий, не содержащих ценного оборудования, и в случае опирания свай на скальные грунты их заглубление в грунт принимают таким же, как и в несейсмических районах.

Для свайных фундаментов в сейсмических районах следует применять сваи всех видов, кроме свай без поперечного армирования и булавовидных. Не допускается также применение бетонных свай (свай, не имеющих арматурных каркасов по всей длине свайного ствола).

Буронабивные сваи в сейсмических районах следует устраивать в маловлажных устойчивых грунтах при диаметре свай не менее 40 см и отношении их длины к диаметру не более 25. При этом необходимо вести строгий контроль за качеством изготовления свай, гарантирующий точное соответствие их формы и размеров проекту. Как исключение допускается прорезание слоев водонасыщенных грунтов с применением извлекаемых обсадных труб или глинистого раствора. В структурно-неустойчивых грунтах применять набивные сваи можно только с обсадными оставляемыми трубами.

Ростверк свайного фундамента под несущими стенами здания в пределах отсека должен быть, как правило, непрерывным и расположенным в одном уровне. Верхние концы свай должны быть жестко заделаны в ростверк на глубину, определяемую расчетом, учитывающим сейсмические нагрузки.

Устройство безростверковых свайных фундаментов зданий и сооружений не допускается.

При соответствующем технико-экономическом обосновании можно применять свайные фундаменты с промежуточной подушкой из сыпучих материалов (щебня, гравия, песка крупного и средней крупности). Такие фундаменты не следует применять в органоминеральных, органических и просадочных грунтах II типа, на подрабатываемых территориях, геологически неустойчивых площадках (на которых имеются или могут возникать оползни, сели, карсты и т.п.) и на площадках, сложенных нестабилизированными грунтами. Для свайных фундаментов с промежуточной подушкой следует применять такие же виды свай, как и в несейсмических районах (кроме булавовидных).

При проектировании свайных фундаментов в сейсмических районах расчет должен проводиться по I группе предельных состояний на особое сочетание нагрузок, в состав которых входят постоянные, 1-2 временные и особая (сейсмическая) нагрузки. При этом необходимо предусматривать: 1) определение несущей способности сваи по грунту на сжимающую (выдергивающую) нагрузку; 2) проверку устойчивости грунта по условию ограничения давления, передаваемого на грунт боковыми поверхностями сваи; 3) расчет свай на совместное действие расчетных усилий (продольной силы, изгибающего момента и поперечной силы). Аналитическое определение несущей

Рис.1. а) изгиб сваи, защемленной в ростверк при землетрясении; б) расчетная схема сваи на вертикальную нагрузку.

способности сваи по грунту на сжимающую нагрузку при жестком сопряжении свай с ростверком производится с использованием стандартных формул для несейсмоопасных районов, но с учетом сложных процессов, возникающих на контакте между сваей и грунтом при воздействии сейсмического импульса. В момент землетрясения происходит горизонтальное раскачивание свай колеблющимся сооружением, горизонтальные динамические (сейсмические) силы, передаваясь от сооружения через ростверк на сваи, вызывают их знакопеременный изгиб. В результате этого на некотором расстоянии от подошвы ростверка между сваей и грунтом возникает зазор, исключающий в пределах данной длины сопротивление грунта по боковой поверхности сваи (рис.1). Кроме этого, в результате прохождения сейсмических волн возможно дополнительное снижение несущей способности сваи за счет уменьшения сил трения на оставшейся длине сваи, а так же за счет уменьшения лобового сопротивления грунта под острием сваи. Для учета этих факторов в нормах проектирования введены следующие требования:

· Согласно п. 12.3 [2] при определении несущей способности сваи по грунту с учетом сейсмической нагрузки, значения R и f_i следует умножать на понижающие коэффициенты условий работы грунта основания  и  соответственно, принимаемые в зависимости от характеристик окружающего сваю грунта и расчетной балльности площадки строительства.

Примечание: Расчетная балльность площадки строительства принимается на основании карт сейсмического микрорайонирования для рассматриваемого населенного пункта, а при их отсутствии – на основании [1] с использованием описания инженерно-геологических условий строительной площадки и комплекта карт общего сейсмического районирования территории Российской Федерации ОСР-97.

· Значения коэффициентов  и  следует умножать на 0,85, 1,0 или 1,15 для зданий и сооружений, возводимых в районах с повторяемостью 1, 2, 3 соответственно.

Примечание: Анализ многолетних наблюдений показывает, что в разных районах землетрясения с максимальной для данного района интенсивностью повторяется через различный период времени. Чем больше промежуток времени между такими землетрясениями, тем меньше вероятность того, что данное сооружение вообще попадает в условия максимальных по интенсивности землетрясений. Учитывая это, в картах сейсмического районирования ОСР-97 указаны не только ожидаемые максимальные интенсивности, но и ожидаемая категория их повторяемости: 1 – раз в 500 лет; 2 – раз в 1000 лет; 3 – раз в 5000 лет. То есть повторяемость землетрясений принимается на основании [1] в соответствии с выбранной картой сейсмического районирования ОСР-97 (А, В, С). Карта А отражает 10%-ую вероятность превышения в течение 50 лет интенсивности сейсмических воздействий, указанных на карте, и соответствует повторяемости землетрясений 1 (один раз в 500 лет). Карта В отражает 5%-ую вероятность и соответствует повторяемости 2 (один раз в 1000 лет). Карта С отражает 1%-ую вероятность и соответствует повторяемости 3 (один раз в 5000 лет). Выбор карты осуществляется в зависимости от функционального назначения проектируемого сооружения и уровня его ответственности.

· Несущую способность свай-стоек, опирающихся на скальные и крупнообломочные грунты, определяют без введения дополнительных коэффициентов условий работы  и .

· Сопротивление грунта f_i на боковой поверхности висячей сваи до расчетной глубины  следует принимать равным нулю (п. 12.3[2]). Расчетную глубину , до которой не учитывают сопротивление грунта на боковой поверхности сваи, определяют по формуле (12.1[2]) в зависимости от вида ростверка, нагрузок, действующих на оголовок сваи и характеристик окружающего сваю грунта.

· Согласно п. 12.5 [2] определение расчетной глубины  при воздействии сейсмических нагрузок следует производить, принимая значения расчетного угла внутреннего трения  уменьшенным для расчетной сейсмичности
7 баллов - на 2°, 8 баллов - на 4°, 9 баллов - на 7°.

· Согласно п. 12.8 [2] расчет свай в просадочных грунтах на особое сочетание нагрузок с учетом сейсмических воздействий должен производиться при природной влажности, если замачивание грунта невозможно, и при полностью водонасыщенном грунте, имеющем показатель текучести, определяемый по формуле 9.1 [2], если замачивание грунта возможно; при этом определение несущей способности свай в грунтовых условиях II типа по просадочности производят без учета возможности развития отрицательных сил трения грунта.

Как отмечалось ранее, в сейсмических районах при соответствующем технико-экономическом обосновании возможно применение свайных фундаментов с промежуточной подушкой из сыпучих материалов (щебня, гравия, песка крупного и средней крупности), рис. 2.

Рис.2. Схема свайного фундамента с промежуточной подушкой.

1 — фундаментный блок; 2 — промежуточная подушка; 3 — железобетонные оголовки;
4 — железобетонные сваи; 5 — поверхность дна котлована.

Поскольку в фундаментах с промежуточной подушкой практически исключается передача на сваю горизонтальных нагрузок от колеблющегося сооружения (их воспринимает подушка), расчет свай на горизонтальные сейсмические нагрузки не производится. Несущую способность таких свай, работающих на сжимающую нагрузку в условиях сейсмических воздействий, следует определять в соответствии с требованиями 12.3 [2]; при этом сопротивление грунта необходимо учитывать вдоль всей боковой поверхности сваи, т.е. = 0, а коэффициент условий работы нижнего конца сваи при сейсмических воздействиях принимать =1,2. Фундаментный блок, устанавливаемый на промежуточную подушку, рассчитывается как ростверк обычного свайного фундамента в соответствии с [5], при этом предполагается, что подошва блока опирается непосредственно на сваи. При расчете свайных фундаментов с промежуточной подушкой по деформациям осадку фундамента следует вычислять как сумму осадки условного фундамента, определяемой в соответствии с требованиями подраздела 7.4 [2], и осадки промежуточной подушки.

Общая схема расчета свайного фундамента в сейсмоопасном районе следующая:

1) проводится расчет свайного фундамента на основные сочетания нагрузок (без учета сейсмики) по стандартным формулам как для несейсмоопасного района; подбираются длина, диаметр свай, количество свай в кусте, производится расчет осадки основания, определяются размеры ростверка;

2) проводится расчет свайного фундамента на особое сочетание нагрузок (с учетом сейсмической нагрузки), и по результатам расчета, в случае необходимости, производится корректировка принятого ранее решения. Необходимость корректировки возникает, если при принятых параметрах свайного фундамента не выполняются условия обеспечения его несущей способности по I группе предельных состояний. Выполнения необходимых условий можно достигнуть путем увеличения длины, диаметра, жесткости сваи, увеличения количества свай в кусте.