Приложение Д (рекомендуемое). Расчет свай на совместное действие вертикальной и горизонтальной сил и момента

Приложение Д

(рекомендуемое)

Расчет
свай на совместное действие вертикальной и горизонтальной сил и момента

Д.1 Расчет свай на совместное действие вертикальной и горизонтальной сил и момента должен производиться в соответствии со схемой, приведенной на рисунке Д.1, и включать следующие операции:

а) расчет свай по деформациям, предусматривающий проверку соблюдения условий (Д.1) и (Д.2):

; (Д.1)

; (Д.2)

где и - расчетные значения соответственно горизонтального перемещения головы сваи, м, и угла ее поворота, рад, определяемые в соответствии с указаниями Д.4;

и - предельные значения соответственно горизонтального перемещения головы сваи, м, и угла ее поворота, рад, устанавливаемые в задании на проектирование здания или сооружения;

б) расчет устойчивости грунта основания, окружающего сваю, выполняемый в соответствии с требованиями Д.6;

в) проверку сечений свай по сопротивлению материала по предельным состояниям первой и второй групп (по прочности, по образованию и раскрытию трещин) на совместное действие расчетных усилий: сжимающей силы, изгибающего момента и поперечной силы; указанный расчет выполняют в зависимости от материала свай согласно требованиям 7.1.7, а расчетные значения сжимающих сил , изгибающих моментов и поперечных сил , действующих в различных сечениях сваи, определяют согласно требованиям Д.7.

В случае жесткой заделки сваи в ростверк, если исключается возможность поворота ее головы (например, в жесткий ростверк с двумя рядами свай или более, установленных в направлении действия горизонтальной силы), в расчетах необходимо учитывать момент заделки , действующий в месте сопряжения сваи с ростверком и определяемый в соответствии с указаниями Д.8.

Д.2 При расчете свай на горизонтальную нагрузку грунт, окружающий сваю, допускается рассматривать как линейно-деформируемую среду, характеризующуюся коэффициентом постели , .

Расчетное значение коэффициента постели , , грунта на боковой поверхности сваи при отсутствии опытных данных допускается определять по формуле

, (Д.3)

где K - коэффициент пропорциональности, , принимаемый в зависимости от вида грунта, окружающего сваю, по таблице Д.1;

z - глубина расположения сечения сваи в грунте, м, для которой определяют коэффициент постели, по отношению к поверхности грунта при высоком ростверке или к подошве ростверка при низком ростверке.

При наличии в пределах длины сваи нескольких слоев грунта рекомендуется для определения сопротивления грунта на боковой поверхности сваи пользоваться одним приведенным значением коэффициента пропорциональности K, принимаемым в зависимости от грунтов, расположенных до глубины , м, отсчитываемой от поверхности грунта при высоком ростверке или от подошвы ростверка при низком ростверке

, (Д.4)

где d - наружный диаметр круглого или сторона квадратного или прямоугольного сечения сваи, параллельная плоскости действия нагрузки, м;

- коэффициент, принимаемый равным 1,5 м.

Если в пределах глубины расположено два слоя грунта, то приведенное значение К определяют по формуле

, (Д.5)

где - толщина первого (верхнего) слоя грунта, м;

и - коэффициенты пропорциональности, принимаемые по таблице Д.1, для грунтов I и II слоев.

Д.3 Расчеты свай по предельным состояниям двух групп следует выполнять с использованием значений приведенной глубины погружения сваи в грунт и приведенной глубины расположения сечения сваи в грунте , определяемых по формулам:

, (Д.6)

, (Д.7)

где l и z - действительная глубина погружения сваи (ее нижнего конца) в грунт и действительная глубина расположения сечения сваи в грунте, соответственно отсчитываемые от поверхности грунта при высоком ростверке или от подошвы ростверка при низком ростверке, м;

- коэффициент деформации, 1/м, определяемый по формуле

, (Д.8)

где K - то же, что и в формуле (Д.3);

- условная ширина сваи, м, принимаемая равной: для свай-оболочек, а также свай-столбов и набивных и буровых свай с диаметром стволов от 0,8 м и более м, а для остальных видов и размеров сечений свай м;

d - наружный диаметр круглого или сторона квадратного, или сторона прямоугольного сечения сваи в плоскости, перпендикулярной действию нагрузки, м;

Е - начальный модуль упругости бетона сваи при сжатии и растяжении, кПа, для железобетонных свай; модуль упругости древесины для деревянных свай;

I - момент инерции поперечного сечения сваи, .

Таблица Д.1

Грунты, окружающие сваю, и их характеристики	Коэффициент пропорциональности К, кН/м4, для свай
	забивных	набивных, буровых, свай-оболочек и свай-столбов
Глины и суглинки текучепластичные (0,75 < I_L <= 1)	650-2500	500-2000
Глины и суглинки мягкопластичные (0,5 < I_L <= 0,75); супеси пластичные (0 <= I_L <= 1); пески пылеватые (0,6 <= е <= 0,8)	2500-5000	2000-4000
Глины и суглинки тугопластичные и полутвердые (0 <= I_L <= 0,5); супеси твердые (I_L < 0); пески мелкие (0,6 <= е <= 0,75); пески средней крупности (0,55 <= е <= 0,7)	5000-8000	4000-6000
Глины и суглинки твердые (I_L < 0); пески крупные (0,55 <= e <= 0,7)	8000-13000	6000-10000
Пески гравелистые (0,55 <= е <= 0,7); гравий и галька с песчаным заполнителем	-	10000-20000
Примечания 1 Меньшие значения коэффициента К в таблице соответствуют более высоким значениям показателя текучести I_L глинистых и коэффициентов пористости е песчаных грунтов, указанным в скобках, а большие значения коэффициента К - соответственно более низким значениям I_L и е. Для грунтов с промежуточными значениями характеристик I_L и е значения коэффициента К определяются интерполяцией. 2 Коэффициент К для плотных песков должен приниматься на 30% выше, чем наибольшие значения указанных в таблице коэффициентов K для заданного вида грунта.

Под глубиной l следует понимать фактическую глубину погружения свай при опирании их на дисперсный или скальный грунт в случае отсутствия заделки (забуривания) в него. В случаях когда набивные и буровые сваи, сваи-оболочки или сваи-столбы заделаны не менее чем на 0,5 м в невыветрелый скальный грунт, глубину l определяют по формуле

, (Д.9)

где - глубина расположения кровли невыветрелого скального грунта, м, отсчитываемая от поверхности грунта при высоком ростверке или от подошвы ростверка при низком ростверке;

- дополнительная глубина, м, принимаемая равной:

а) при заделке нижнего конца сваи в магматические породы (гранит, диорит, базальт и др.) - 0;

б) при заделке в прочие породы - d/2.

Д.4 Расчетные значения горизонтального перемещения сваи в уровне подошвы ростверка , м, и угол ее поворота , рад, следует определять по формулам:

, (Д.10)

, (Д.11)

где Н и М - расчетные значения поперечной силы, кН, и изгибающего момента, , действующие на голову сваи (см. рисунок Д.1);

- длина участка сваи, м, равная расстоянию от подошвы ростверка до поверхности грунта под ростверком;

Е и I - то же, что и в формуле (Д.8);

и - горизонтальное перемещение, м, и угол поворота поперечного сечения сваи, рад, в уровне поверхности грунта при высоком ростверке, а при низком ростверке - в уровне его подошвы, определяемые по Д.5.

Примечание - При расчете считают положительными:

момент и горизонтальную силу, приложенные к голове сваи, если момент и сила направлены соответственно по часовой стрелке и вправо;

изгибающий момент и поперечную силу в сечении сваи, если момент и сила, передающиеся от верхней (условно отсеченной) части сваи на нижнюю, направлены соответственно по часовой стрелке и вправо;

горизонтальное смещение сечения сваи и его поворот, если они направлены соответственно вправо и по часовой стрелке.

Д.5 Горизонтальное перемещение , м, и угол поворота , рад, следует определять по формулам:

; (Д.12)

; (Д.13)

где и - расчетные значения соответственно поперечной силы, кН, и изгибающего момента, , в рассматриваемом сечении сваи, принимаемые равными и [здесь H и М - значения те же, что и в формулах (Д.10) и (Д.11)];

- горизонтальное перемещение сечения, м/кН, от силы (рисунок Д.2, а);

- горизонтальное перемещение сечения, , от момента (рисунок Д.2, б);

- угол поворота сечения, 1/кН, от силы (рисунок Д.2, а);

- угол поворота сечения, , от момента (рисунок Д.2, б).

Перемещения , и вычисляют по формулам:

; (Д.14)

; (Д.15)

, (Д.16)

где , Е и I - то же, что и в формуле (Д.8);

, , - безразмерные коэффициенты, принимаемые по таблице Д.2 в зависимости от приведенной глубины заложения свай в грунте , определяемой по формуле (Д.6). При значении глубины , соответствующей промежуточному значению, указанному в таблице Д.2, его следует округлить до ближайшего табличного значения.

Таблица Д.2

_ l	Опирание сваи на дисперсный грунт			Опирание сваи на скальный грунт			Заделка сваи в скальный грунт
	А_0	В_0	C_0	А_0	В_0	C_0	А_0	В_0	C_0
0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1 1,1 1,2 1,3 1,4 1,5 1,6 1,7 1,8 1,9 2 2,2 2,4 2,6 2,8 3 3,5 >= 4	72,004 50,007 36,745 28,14 22,244 18,03 14,916 12,552 10,717 9,266 8,101 7,154 6,375 5,73 5,19 4,737 4,032 3,526 3,163 2,905 2,727 2,502 2,441	192,026 111,149 70,023 46,943 33,008 24,106 18,16 14,041 11,103 8,954 7,349 6,129 5,189 4,456 3,878 3,418 2,756 2,327 2,048 1,869 1,758 1,641 1,621	576,243 278,069 150,278 88,279 55,307 36,486 25,123 17,944 13,235 10,05 7,838 6,268 5,133 4,299 3,679 3,213 2,591 2,227 2,013 1,889 1,818 1,757 1,751	48,006 33,344 24,507 18,775 14,851 12,049 9,983 8,418 7,208 6,257 5,498 4,887 4,391 3,985 3,653 3,381 2,977 2,713 2,548 2,453 2,406 2,394 2,419	96,037 55,609 35,059 23,533 16,582 12,149 9,196 7,159 5,713 4,664 3,889 3,308 2,868 2,533 2,277 2,081 1,819 1,673 1,6 1,572 1,568 1,597 1,618	192,291 92,942 50,387 29,763 18,814 12,582 8,836 6,485 4,957 3,937 3,24 2,758 2,419 2,181 2,012 1,894 1,758 1,701 1,687 1,693 1,707 1,739 1,75	0,042 0,072 0,114 0,17 0,241 0,329 0,434 0,556 0,695 0,849 1,014 1,186 1,361 1,532 1,693 1,841 2,08 2,24 2,33 2,371 2,385 2,389 2,401	0,125 0,18 0,244 0,319 0,402 0,494 0,593 0,698 0,807 0,918 1,028 1,134 1,232 1,321 1,397 1,46 1,545 1,586 1,596 1,593 1,586 1,584 1,6	0,5 0,6 0,699 0,798 0,896 0,992 1,086 1,176 1,262 1,342 1,415 1,48 1,535 1,581 1,617 1,644 1,675 1,685 1,687 1,687 1,691 1,711 1,732

Д.6 Расчет устойчивости основания, окружающего сваю, должен производиться по условию (Д.17) ограничения расчетного давления , оказываемого на грунт боковыми поверхностями свай

, (Д.17)

где - расчетное давление на грунт, кПа, боковой поверхности сваи, определяемое по формуле (Д.19) на следующих глубинах z, м, отсчитываемых при высоком ростверке от поверхности грунта, а при низком ростверке - от его подошвы:

а) при - на двух глубинах, соответствующих z = l/3 и z = l;

б) при l > 2,5 - на глубине , где определяют по формуле (Д.8);

- коэффициент, равный единице, кроме случаев расчета фундаментов распорных сооружений (например, распорных пролетных строений), в которых следует принимать равным 0,7;

- коэффициент, учитывающий долю постоянной нагрузки в суммарной нагрузке, определямый по формуле (Д.18);

- расчетный удельный вес грунта ненарушенной структуры, , определяемый в водонасыщенных грунтах с учетом взвешивания в воде;

и - расчетные значения соответственно угла внутреннего трения грунта, град., и удельного сцепления грунта, кПа;

- коэффициент, принимаемый равным при забивных сваях и сваях-оболочках 0,6, а при всех остальных видах свай - 0,3;

, (Д.18)

где - момент от внешних постоянных расчетных нагрузок в сечении фундамента на уровне нижних концов свай, ;

- то же, от внешних временных расчетных нагрузок, ;

- коэффициент, принимаемый , за исключением случаев расчета:

а) особо ответственных сооружений, для которых при принимают равным 4 и при (при промежуточных значениях значение определяют интерполяцией);

б) фундаментов с однорядным расположением свай, работающих на внецентренно приложенную вертикальную сжимающую нагрузку, для которых следует принимать независимо от величины .

Примечание - Если расчетные горизонтальные давления на грунт , определенные по формуле (Д.19), не удовлетворяют условию (Д.17), но при этом несущая способность свай по материалу недоиспользована и перемещения сваи меньше предельно допускаемых величин, то при приведенной глубине свай расчет следует повторить, приняв уменьшенное значение коэффициента пропорциональности K (см. Д.2). При новом значении K необходимо проверить прочность сваи по материалу, ее перемещения, а также соблюдение условия (Д.17).

Д.7 Расчетное давление , кПа, на грунт по контакту с боковой поверхностью сваи, возникающее на глубине z, а также расчетный изгибающий момент , , поперечную силу , кН, продольную сжимающую силу , кН, действующие на глубине z в сечении сваи, следует определять по формулам:

; (Д.19)

; (Д.20)

; (Д.21)

, (Д.22)

где K - коэффициент пропорциональности, определяемый по таблице Д.1;

, Е и I - то же, что и в формуле (Д.8);

- приведенная глубина, определяемая по формуле (Д.7) в зависимости от значения действительной глубины z, для которой определяют значения давления , момента и поперечной силы ;

, , и - то же, что и в Д.4 и Д.5;

, , и - коэффициенты, значения которых принимают по таблице Д.3;

, , и - то же;

, , и - то же;

N - расчетная осевая нагрузка, кН, передаваемая на голову сваи.

Д.8 Расчетный момент заделки , , учитываемый при расчете свай, имеющих жесткую заделку в ростверк, обеспечивающий невозможность поворота головы сваи, следует определять по формуле

, (Д.23)

где все буквенные обозначения те же, что и в предыдущих формулах.

При этом знак "минус" означает, что при горизонтальной силе Н, направленной слева направо, на голову сваи со стороны заделки передается момент, направленный против часовой стрелки.

Таблица Д.3

Приве- денная глубина распо- ложения сечения сваи в грунте z(_)	Коэффициенты
	A_1	B_1	C_1	D_1	A_3	B_3	C_3	D_3	A_4	B_4	C_4	D_4
0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1 1,1 1,2 1,3 1,4 1,5 1,6 1,7 1,8 1,9 2 2,2 2,4 2,6 2,8 3 3,5 4	1 1 1 1 1 1 0,999 0,999 0,997 0,995 0,992 0,987 0,979 0,969 0,955 0,937 0,913 0,882 0,843 0,795 0,735 0,575 0,347 0,033 -0,385 -0,928 -2,928 -5,853	0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,799 0,899 0,997 1,095 1,192 1,287 1,379 1,468 1,553 1,633 1,706 1,77 1,823 1,887 1,874 1,755 1,49 1,037 -1,272 -5,941	0 0,005 0,02 0,045 0,08 0,125 0,18 0,245 0,32 0,405 0,499 0,604 0,718 0,841 0,974 1,115 1,264 1,421 1,584 1,752 1,924 2,272 2,609 2,907 3,128 3,225 2,463 -0,927	0 0 0,001 0,005 0,011 0,021 0,036 0,057 0,085 0,121 0,167 0,222 0,288 0,365 0,456 0,56 0,678 0,812 0,961 1,126 1,308 1,72 2,195 2,724 3,288 3,858 4,980 4,548	0 0 -0,001 -0,005 -0,011 -0,021 -0,036 -0,057 -0,085 -0,121 -0,167 -0,222 -0,287 -0,365 -0,455 -0,559 -0,676 -0,808 -0,956 -1,118 -1,295 -1,693 -2,141 -2,621 -3,103 -3,541 -3,919 -1,614	0 0 0 -0,001 -0,002 -0,005 -0,011 -0,02 -0,034 -0,055 -0,083 -0,122 -0,173 -0,238 -0,319 -0,42 -0,543 -0,691 -0,867 -1,074 -1,314 -1,906 -2,663 -3,6 -4,718 -6 -9,544 -11,731	1 1 1 1 1 0,999 0,998 0,996 0,992 0,985 0,975 0,96 0,938 0,907 0,866 0,811 0,739 0,646 0,53 0,385 0,207 -0,271 -0,949 -1,877 -3,108 -4,688 -10,34 -17,919	0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,699 0,799 0,897 0,994 1,09 1,183 1,273 1,358 1,437 1,507 1,566 1,612 1,64 1,646 1,575 1,352 0,917 0,197 -0,891 -5,854 -15,076	0 -0,005 -0,02 -0,045 -0,08 -0,125 -0,18 -0,245 -0,32 -0,404 -0,499 -0,603 -0,716 -0,838 -0,967 -1,105 -1,248 -1,396 -1,547 -1,699 -1,848 -2,125 -2,339 -2,437 -2,346 -1,969 1,074 9,244	0 0 -0,003 -0,009 -0,021 -0,042 -0,072 -0,114 -0,171 -0,243 -0,333 -0,443 -0,575 -0,73 -0,91 -1,116 -1,35 -1,613 -1,906 -2,227 -2,578 -3,36 -4,228 -5,14 -6,023 -6,765 -6,789 -0,358	0 0 0 -0,001 -0,003 -0,008 -0,016 -0,03 -0,051 -0,082 -0,125 -0,183 -0,259 -0,356 -0,479 -0,63 -0,815 -1,036 -1,299 -1,608 -1,966 -2,849 -3,973 -5,355 -6,99 -8,84 -13,692 -15,611	1 1 1 1 1 0,999 0,997 0,994 0,989 0,98 0,967 0,946 0,917 0,876 0,821 0,747 0,652 0,529 0,374 0,181 -0,057 -0,692 -1,592 -2,821 -4,445 -6,52 -13,826 -23,14