Эффективное применение свайных кустов при различных грунтовых условиях

Кочеткова М.В., Глухов В.С.

Пензенский государственный университет архитектуры и строительства

(Россия, г.Пенза)

Свайные фундаменты широко используются в строительстве. В настоящее время применяется более 150 типов свай и их конструктивных видов, которые принято классифицировать по двум основным признакам: по характеру передачи нагрузки на грунт и по условиям изготовления свай. Группу свай объединяет плита, называемая ростверком. Расчет свайных фундаментов включает в себя как определение прочности материала свай, так и прочности свайных ростверков. Очевидно, что наиболее достоверные значения прочности можно получить на основе физических экспериментов. Испытание свайных фундаментов, состоящих из нескольких свай, вызывают определенные производственные трудности. Поэтому испытываются в основном одиночные сваи, а несущая способность свайного куста принимается равной произведению числа свай на несущую способность одиночной сваи.

Однако, как показывают опыты, несущая способность свайного куста не равна произведению несущей способности одной сваи на число свай в фундаменте. В песчаных грунтах она оказывается больше указанного произведения, а в глинистых грунтах наоборот – меньше, что объясняется неравномерным распределением нагрузок на отдельные сваи в составе фундамента. Испытания моделей свайных фундаментов в песчаных грунтах показали, что нагрузки, воспринимаемые любой сваей в составе фундамента больше таковой для одиночной сваи. Причем при всех ступенях загружения, центральные сваи воспринимают большую нагрузку, чем угловые. Но при расчете ростверка этот факт в нормативной литературе никак не учитывается.

Распределение нагрузки между отдельными сваями в фундаменте зависит от многих факторов: от грунтовых условий, способа погружения свай, расстояния между сваями, высоты ростверка и его армирования, величины нагрузки, порядка и способа нагружения свай.

При опирании свай на сжимаемые грунты (висячие сваи), принято считать, что вертикальные напряжения распределяются по площади, равной основанию конуса, образующая которого составляет со сваей угол , зависящий от сил трения грунта по его боковой поверхности. При расстоянии между сваями менее 6d (d – ширина поперечного сечения сваи) происходит наложение напряжений, вследствие чего давление на грунт в уровне нижних концов свай возрастает. Поэтому для более эффективной работы свай, их рекомендуют располагать на расстоянии не менее 3d друг от друга. Зона сжатия грунта под кустом свай по сравнению с одиночной сваей значительно больше. Что касается несущей способности свайного куста, то, с одной стороны, дополнительное уплотнение грунта, вызванное забивкой соседних свай, приводит к ее увеличению. С другой – осадка грунта межсвайного пространства в результате совместной работы свай и осадка грунта под подошвой ростверка приводит к ее уменьшению, поскольку снижаются силы трения по боковым поверхностям свай. Влияние кустового эффекта на работу свайных фундаментов сложно, иногда противоречиво и требует тщательного экспериментального изучения. Изменение начальных свойств грунтов при погружении свай, зависимость этих изменений от технологии устройства свайных фундаментов и используемого оборудования, взаимное влияние свай при их совместной работе в кустах, включение в работу ростверка и многое другое предопределили чрезвычайно сложный характер взаимодействия свай с грунтовым основанием и ростверком.

При опирании свай на практически несжимаемые скальные грунты (сваи-стойки) крайние сваи менее нагружены, чем средние сваи вблизи колонны. Эксперименты, проведенные в Пензенском государственном университете архитектуры и строительства, показали, что напряжения над средними опорами больше чем над крайними в 1,2 - 4 раза, в зависимости от схемы расположения свай (шага и количества), схемы и процента армирования ростверков. Выводы сделаны не только по характеру образования и развития трещин в ростверках, но и по показаниям тензодатчиков, расположенных на бетоне и арматуре исследуемых конструкций, а также показания индикаторов часового типа и тензодатчиков, измеряющих деформации сжатия над сваями-опорами. На основе физического эксперимента были получены зависимости изменения разрушающей силы при изменении числа опор. Для сопоставления возьмем ростверки с количеством опор 4, 6, и 8. При увеличении опор с четырех до шести, прочность возрастает в 1,6 раза. С увеличением числа опор от шести до восьми прочность возрастает в 1, 025 раза ( на 2,5 %), то есть практически не изменяется. Неравномерное распределение нагрузки между сваями привело к тому, что средняя нагрузка на сваю при увеличении числа опор с шести до восьми снизилась в 1,3 раза. Таким образом, в шестисвайных ростверках сваи используются наиболее эффективно. Исследованные схемы расположения свай можно разделить на две группы. Схемы расположения свай, при которых горизонтальные оси колонны не совпадают с поперечными, либо продольными осями свай, т.е. ростверки с числом свай 4 и 8 , - отнесены к первой группе, при совпадении указанных осей для одного ряда свай, т.е. ростверки с числом свай 6 и 12 - ко второй группе. Исследования показали, что наиболее эффективной является вторая группа схем расположения свай. При увеличении числа свай происходит переход от более эффективной схемы расположения свай к менее эффективной таким образом, что разрушающая сила при этом не изменяется.

Эффективное применение свай и свайных ростверков позволит сделать свайные фундаменты более дешевыми. Для решения практических задач фундаментостроения необходимо учитывать совместную работу свай, ростверка и грунтового основания.