Приложение Б. Расчет свай на совместное действие вертикальной и горизонтальной сил и момента

Приложение Б

Расчет
свай на совместное действие вертикальной и горизонтальной сил и момента

Б.1 Расчет должен включать в себя проверку сечений свай по предельным состояниям первой и второй групп. При проведении расчетов сооружений категории КС-3 рекомендуется преимущественно использовать компьютерные программы, описывающие механическое взаимодействие свай и прилегающего грунтового массива в нелинейной постановке. При этом расчеты должны проходить обязательную верификацию с результатами расчета по Б.4-Б.8. Для сооружений категорий КС-1 и КС-2 допускается применение расчетных схем, описывающих взаимодействие балки и упругого основания (балка на упругом основании с переменным коэффициентом постели).

Расчет свай, свай-оболочек и свай-столбов (далее - сваи) на совместное действие вертикальных и горизонтальных нагрузок и моментов допускается проводить в соответствии со схемой, приведенной на рисунке Б.1.

Примечание - При расчете опор мостов во всех случаях допускается применение зависимостей, приведенных в Б.4-Б.8.

Б.2 Расчет по предельному состоянию первой группы должен включать в себя проверку сечений свай по прочности, по образованию и раскрытию трещин на совместное действие расчетных усилий: сжимающей силы, изгибающего момента и перерезывающей силы. Указанный расчет сваи должен выполняться в зависимости от материала свай в соответствии с разделом 7.

Б.3 Расчет по предельному состоянию второй группы сводится к проверке соблюдения условий допустимости расчетных значений горизонтального перемещения голов свай и угла их поворота:

; (Б.1)

, (Б.2)

где , - расчетные значения соответственно горизонтального перемещения головы сваи, м, и угла ее поворота, рад;

, - предельные допустимые значения соответственно горизонтального перемещения головы сваи, м, и угла ее поворота, рад.

Значения и должны задаваться в проекте из условия нормальной эксплуатации проектируемых строительных конструкций сооружения.

Б.4 При расчете свай и свайных кустов с применением компьютерных программ, реализующих модели сплошной среды, по боковой поверхности свай следует вводить интерфейсные элементы. Свойства интерфейсных элементов должны назначаться с учетом коэффициента условий работы сваи по таблице 7.6.

Б.5 Расчеты по определению прочности свай всех видов при применении упрощенных расчетных схем следует проводить с учетом формулы (7.1) с коэффициентом деформации , 1/м, определяемым по формуле

, (Б.3)

где Е - модуль упругости материала сваи, кПа ();

I - момент инерции поперечного сечения сваи, ;

- условная ширина сваи, м, принимаемая равной: для свай диаметром стволов 0,8 м и более , а для остальных размеров сечений свай , м;

d - наружный диаметр круглого или сторона квадратного, или сторона прямоугольного сечения свай в плоскости, перпендикулярной к действию нагрузки, м.

Б.6 При применении в расчетах свай на горизонтальную нагрузку схемы балки на упругом основании принимается, что значение коэффициента постели линейно растет с глубиной. Расчетные значения коэффициента постели грунта на боковой поверхности сваи допускается определять по формуле

, (Б.4)

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

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

- коэффициент условий работы ().

Таблица Б.1

Вид и характеристика грунта, окружающего сваи	Коэффициент пропорциональности K, ()
Пески крупные (); глины и суглинки твердые ()	6000-10000 (600-1000)
Пески мелкие (); пески средней крупности (), супеси твердые (); глины и суглинки тугопластичные и полутвердые ()	4000-6000 (400-600)
Пески пылеватые (); супеси пластичные (); глины и суглинки мягкопластичные ()	2350-4000 (235-400)
Глины и суглинки текучепластичные ()	1350-2350 (135-235)
Пески гравелистые (); крупнообломочные грунты с песчаным заполнителем	16750-33350 (1675-3335)
Примечание - Меньшие значения коэффициента К соответствуют более высоким значениям показателя текучести глинистых грунтов и коэффициентов пористости у песчаных грунтов, а большие значения коэффициента К - соответственно более низким значениям. Для грунтов с промежуточными значениями характеристик и и e значения коэффициента К определяются интерполяцией.

При расчете одиночных свай на действие горизонтальной нагрузки допускается пользоваться схемой, включающей дискретные опоры с постоянным шагом. Схема для проведения таких расчетов приведена на рисунке Б.2, а. При этом шаг опор должен составлять не более 0,25 м. Жесткость одной опоры определяется формулой

, (Б.5)

где K(z) - значение коэффициента пропорциональности в зависимости от слоя грунта;

- шаг пружинных опор в принятой расчетной схеме.

Схема для расчета свайных кустов приведена на рисунке Б.2, б. При проведении расчетов следует учитывать податливость опор от действия вертикальных нагрузок. Жесткость свай при расчете на вертикальную нагрузку следует определять в соответствии с 7.4.4. Значение должно определяться по Б.7.

Б.7 При статическом расчете свай в составе куста рекомендуется учитывать их взаимодействие. В этом случае допускается проводить расчет как для одиночной сваи, но коэффициент пропорциональности K умножается на понижающий коэффициент , определяемый по формуле

, (Б.6)

где - коэффициент, учитывающий уплотнение грунта при погружении свай и принимаемый: для забивных свай сплошного сечения и для остальных видов свай;

d - диаметр или сторона поперечного сечения сваи, м;

, (Б.7)

где , - координаты оси i-й сваи в плане, причем горизонтальная нагрузка приложена в направлении оси х;

, - то же, для j-й сваи.

Произведение в формуле (Б.6) распространяется только на сваи куста, непосредственно примыкающие к i-й свае.

Примечания

1 Для опор мостов в случаях, если , или поле свай несимметрично, или при наличии в составе опоры наклонных свай, коэффициент допускается принимать равным 1,0.

2 Значение понижающего коэффициента для кустов из забивных свай допускается определять по таблице Б.2.

Таблица Б.2

Число свай в группе n	Значения коэффициента взаимовлияния свай при шаге свай, равном
	3d	4d	5d	6d
3	0,649	0,737	0,813	0,881
4	0,626	0,713	0,800	0,858
6	0,585	0,673	0,751	0,821
9	0,539	0,628	0,708	0,781
12	0,504	0,596	0,678	0,755
16	0,470	0,566	0,654	0,736
20	0,446	0,546	0,640	0,729

Б.8 Возможность применения линейных зависимостей при расчете свай должна проверяться по условию ограничения расчетного давления , оказываемого на грунт боковыми поверхностями свай

, (Б.8)

где - расчетное давление на грунт, кПа (), боковой поверхности сваи на глубине z, м, отсчитываемой при высоком ростверке от поверхности грунта, а при низком ростверке - от его подошвы [при - на двух глубинах, соответствующих z = l / 3 и z = l; при - на глубине , где определяется по формуле (Б.4)];

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

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

- коэффициент, принимаемый для забивных свай и свай-оболочек , а для всех остальных видов свай ;

- коэффициент, равный единице, кроме случаев расчета фундаментов распорных сооружений, для которых ;

- коэффициент, учитывающий долю постоянной нагрузки в суммарной нагрузке, определяемый по формуле

, (Б.9)

где - момент от внешних постоянных нагрузок в сечении фундамента на уровне условной заделки на глубине по формуле (7.1), ();

- то же, от внешних временных расчетных нагрузок, ();

- коэффициент, принимаемый , за исключением случаев расчета:

а) особо ответственных сооружений, для которых при принимается и при принимается ; при промежуточных значениях значение определяется интерполяцией;

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

Примечание - Если расчетные горизонтальные давления на грунт не удовлетворяют условию (Б.7), но при этом несущая способность свай по материалу недоиспользована и перемещения свай меньше предельно допускаемых значений, то при приведенной глубине свай расчет следует повторять, приняв уменьшенное значение жесткости опоры в соответствии с формулой (Б.10). Расчет следует повторять до тех пор, пока условие (Б.7) выполнится во всех точках.

, (Б.10)

где - скорректированное значение жесткости опоры.