Что такое отрицательное трение грунта

Ф.14.48. Что такое отрицательное трение грунта, окружающего сваю?

Отрицательное трение возникает тогда, когда окружающий сваю грунт вместо того, чтобы сопротивляться вдавливанию сваи в грунт и создавать силы сопротивления, направленные вверх, наоборот, из-за оседания грунта вокруг сваи тянет ее вниз. В этих расчетах изменяется знак сил трения.

Ф.14.49. В чем заключается динамический способ определения несущей способности свай?

Динамический способ заключается в нахождении несущей способности сваи по величине отказа при забивке ее на глубину, близкую к проектной.

Ф.14.50. На что затрачивается энергия при забивке сваи?

Энергия при забивке сваи затрачивается на преодоление сопротивления грунта погружению сваи, на упругие деформации соударяемых молота и сваи, на превращение механической энергии в тепловую, на разрушение головы сваи.

Ф.14.51. В чем заключается статический метод испытания свай?

Статический метод испытания сваи заключается в том, что к забитой на заданную глубину свае ступенями прикладывается нагрузка, чаще всего создаваемая домкратом, и выжидается стабилизация осадки при данной ступени нагрузки, после чего прикладывается следующая ступень нагрузки. Ступени составляют обычно 1/10-1/15 ожидаемой величины предельной нагрузки. После этого строится график зависимости осадки от нагрузки, причем за предельную принимается нагрузка, вызывающая 20 % осадки от предельной для проектируемого здания или сооружения. Эта нагрузка делится на коэффициент надежности, равный 1,2.

Ф.14.52. В чем заключается метод статического зондирования для определения несущей способности свай?

Статическое зондирование представляет собой вдавливание в грунт штанги с конусом стандартного размера (диаметр его основания 36 мм, угол заострения 60 ° ). Измеряется вдавливающее усилие в зависимости от глубины и с помощью переходных формул находится несущая способность сваи.

Источник

3. Явление отрицательного трения

При возведении зданий на фундаментах мелкого заложения могут возникнуть значительные неравномерные осадки вблизи стоящих зданий, построенных на свайных фундаментах. Это происходит вследствие развития отрицательного трения между сваей и окружающим грунтом (рис. 2.4).

Следовательно, необходимо оценивать дополнительную неравномерную осадку свайного фундамента, возникающую от действия дополнительных напряжений при возведении нового здания, от изменения условий передачи давления за счет уменьшения сопротивления грунта по боковой поверхности свай и увеличения давления, передаваемого их остриями, а также от отрицательного трения [6]. Величину каждого из этих слагаемых трудно оценить, поэтому нужно стремиться исключить возможность дополнительной загрузки свай.

Если сваи заглублены в плотный грунт не менее чем на 3—4 диаметра поперечного сечения и имеют некоторый запас несущей способности, то значительных дополнительных осадок от действия отрицательного трения, как правило, не может быть [6].

4. Деформации зданий на свайных фундаментах при разработке вблизи них котлованов

При разработке котлована в непосредственной близости от свайных фундаментов существующих зданий и сооружений на глубину ниже отметки заложения ростверка возможно оголение свай и сползание (вывалы, обрушение) грунта из межсвайного пространства, что может вызвать:

Поэтому при разработке проекта производства работ в указанных условиях необходимо детально продумать вопрос о последовательности строительства.

Сотников С.Н. Проектирование и возведение фундаментов вблизи существующих сооружений

Источник

Учет отрицательного (негативного) трения грунта на боковой поверхности свай

7.2.11 Основание, в котором расположены сваи, может испытывать деформации из-за консолидации, набухания, пригрузки смежных областей и т. д. Отрицательное (негативное) трение, возникающее на боковой поверхности свай при осадке околосвайного грунта и направленное вертикально вниз, следует учитывать в случаях:

планировки территории подсыпкой толщиной более 1,0 м;

загрузки пола складов полезной нагрузкой более 20 кН/м 2 ;

загрузки пола около фундаментов полезной нагрузкой от оборудования более 100 кН/м 2 ;

увеличения эффективных напряжений в грунте за счет снятия взвешивающего действия воды при понижении уровня подземных вод;

незавершенной консолидации грунтов современных и техногенных отложений;

уплотнения несвязных грунтов при динамических воздействиях;

просадки грунтов при замачивании;

при строительстве нового здания вблизи существующих.

П р и м е ч а н и е — Учет отрицательных сил трения, возникающих в просадочных грунтах, следует производить в соответствии с требованиями раздела 9.

7.2.12 Отрицательное трение учитывают до глубины, на которой значение осадки околосвайного грунта после возведения и загрузки свайного фундамента превышают половину предельного значения осадки фундамента. Расчетные сопротивления грунта f_i принимают по таблице 7.3 со знаком «минус», а для торфа, ила, сапропеля — минус 5 кПа.

Если в пределах длины погруженной части сваи залегают напластования торфа толщиной более 30 см и возможна планировка территории подсыпкой или иная ее загрузка, эквивалентная подсыпке, то расчетное сопротивление грунта f_i, расположенного выше подошвы наинизшего (в пределах длины погруженной части сваи) слоя торфа, следует принимать:

а) при подсыпках высотой менее 2 м для грунтовой подсыпки и слоев торфа — равным нулю, для минеральных ненасыпных грунтов природного сложения — положительным значениям по таблице 7.3;

б) при подсыпках высотой от 2 до 5 м для грунтов, включая подсыпку, равным 0,4 значений, указанных в таблице 7.3, но со знаком «минус», а для торфа — минус 5 кПа (отрицательные силы трения);

в) при подсыпках высотой более 5 м для грунтов, включая подсыпку, равным значениям, указанным в таблице 7.3, но со знаком «минус», а для торфа — минус 5 кПа.

В пределах нижней части свай, где осадка околосвайного грунта после возведения и загрузки свайного фундамента менее половины предельного значения осадки свайного фундамента, расчетные сопротивления грунта f_i следует принимать положительными по таблице 7.3, а для торфа, ила, сапропеля — равными 5 кПа.

7.2.13 В случае когда консолидация грунта от подсыпки или пригрузки территории к моменту начала возведения надземной части зданий или сооружений (включая свайный ростверк) завершилась или возможное значение осадки грунта, окружающего сваи, после указанного момента в результате остаточной консолидации не будет превышать половины предельного значения осадки для проектируемого здания или сооружения, сопротивление грунта на боковой поверхности сваи допускается принимать положительным вне зависимости от наличия или отсутствия прослоек торфа. Для прослоек торфа значение f_i, следует принимать равным 5 кПа.

Если известны значения коэффициентов консолидации и модуля деформации торфов, залегающих в пределах длины погруженной части сваи, и возможно определение значения осадки основания от воздействия пригрузки территории для каждого слоя грунта, то при определении несущей способности сваи допускается учитывать силы сопротивления грунта с отрицательным знаком (отрицательные силы трения) не от уровня подошвы нижнего слоя торфа, а начиная от верхнего уровня слоя грунта, значение дополнительной осадки которого от пригрузки территории (определенной начиная с момента передачи на сваю расчетной нагрузки) составляет половину предельного значения осадки для проектируемого здания или сооружения.

Определение несущей способности свай по результатам полевых

Испытаний

7.3.1 Несущая способность свай в полевых условиях может быть определена следующими методами: статическими испытаниями свай, динамическими испытаниями свай, испытаниями грунтов эталонной сваей, испытаниями грунтов статическим зондированием.

П р и м е ч а н и е —Для зданий (сооружений) I уровня ответственности несущую способность свай рекомендуется определять по результатам статических испытаний тензометрических свай, выполняемых по специальной программе и при научном сопровождении специализированной научно-исследовательской организации.

7.3.2 Испытания свай статической и динамической нагрузками и испытания грунтов эталонной сваей следует производить, соблюдая требования ГОСТ 5686, а испытания грунтов статическим зондированием —ГОСТ 19912.

Объем полевых испытаний рекомендуется принимать в соответствии с приложением Б.

7.3.3 Несущую способность F_d, кН, свай по результатам их испытаний вдавливающей, выдергивающей и горизонтальной статическими нагрузками, а также по результатам их динамических испытаний следует определять по формуле

где γ_c — коэффициент условий работы сваи; в случае вдавливающих или

горизонтальных нагрузок γ_c = 1; в случае выдергивающих нагрузок γ_c

F_u,n — нормативное значение предельного сопротивления сваи, кН, определяемое в

соответствии с 7.3.4 — 7.3.7, а также 7.3.9 — 7.3.11;

γ_g — коэффициент надежности по грунту, принимаемый по указаниям 7.3.4.

П р и м е ч а н и е — Результаты статических испытаний свай на горизонтальные нагрузки могут быть использованы для непосредственного определения расчетной нагрузки, допускаемой на сваю, если условия испытаний соответствуют действительным условиям работы сваи в фундаменте здания или сооружения.

7.3.4 В случае если число одинаковых свай, испытанных в одинаковых грунтовых условиях, составляет менее шести, нормативное значение предельного сопротивления сваи в формуле (7.18) следует принимать равным наименьшему предельному сопротивлению, полученному из результатов испытаний, т.е. F_u,n = F_u,min, а коэффициент надежности по грунту γ_g = 1.

В случае если число свай, испытанных в одинаковых условиях, составляет шесть и более, F_u,n и γ_g следует определять на основании результатов статистической обработки частных значений предельных сопротивлений свай F_u, полученных по данным испытаний, руководствуясь требованиями ГОСТ 20522 применительно к методике, приведенной в нем для определения временного сопротивления при значении доверительной вероятности α = 0,95. При этом для определения частных значений предельных сопротивлений следует руководствоваться требованиями 7.3.5 при вдавливающих, 7.3.6 — при выдергивающих и горизонтальных нагрузках и 7.3.7 —при динамических испытаниях.

П р и м е ч а н и е —При специальном обосновании допускается проведение испытания одной сваи в месте, имеющем наиболее неблагоприятные условия на участке строительства.

7.3.5 Если нагрузка при статическом испытании свай на вдавливание доведена до нагрузки, вызывающей непрерывное возрастание их осадки s без увеличения нагрузки (при s ≤ 20 мм), то за частное значение предельного сопротивления F_u испытываемой сваи принимают нагрузку, зарегистрированную при предыдущей ступени загружения.

Во всех остальных случаях для фундаментов зданий и сооружений (кроме мостов и гидротехнических сооружений) за частное значение предельного сопротивления сваи F_u вдавливающей нагрузке следует принимать нагрузку, под воздействием которой испытываемая свая получит осадку, равную s, определяемую по формуле

где s_u,mt — предельное значение средней осадки фундамента проектируемого здания

или сооружения, устанавливаемое по СП 22.13330;

ζ — коэффициент перехода от предельного значения средней осадки фундамента

здания или сооружения s_u,mt к осадке сваи, полученной при статических

испытаниях с условной стабилизацией (затуханием) осадки.

Значение коэффициента ζ следует принимать равным 0,2 в случаях, когда испытание свай производят при условной стабилизации, равной 0,1 мм за 1 ч, если под их нижними концами залегают песчаные или глинистые грунты с консистенцией от твердой до тугопластичной, а также за 2 ч, если под их нижними концами залегают глинистые грунты от мягкопластичной до текучей консистенции.

Если осадка, определенная по формуле (7.19), окажется более 40 мм, то за частное значение предельного сопротивления сваи F_u следует принимать нагрузку, соответствующую s = 40 мм.

Для мостов и гидротехнических сооружений за предельное сопротивление сваи F_u при вдавливающих нагрузках следует принимать нагрузку на одну ступень менее нагрузки, при которой вызываются:

а) приращение осадки за одну ступень загружения (при общем значении осадки более 40 мм), превышающее в пять раз и более приращение осадки, полученное за предшествующую ступень загружения;

б) осадка, не затухающая в течение суток и более (при общем значении ее более 40 мм).

Если при максимальной достигнутой при испытаниях нагрузке, которая окажется равной или более 1,5F_d, где F_d — несущая способность сваи, рассчитанная по формулам (7.5), (7.8), (7.9), (7.11), (7.15) и (7.16), а осадка сваи s при испытаниях окажется менее значения, определенного по формуле (7.19), или для мостов и гидротехнических сооружений — менее 40 мм, то в этом случае за частное значение предельного сопротивления сваи F_u допускается принимать максимальную нагрузку, полученную при испытаниях такой сваи.

П р и м е ч а н и я

1 В отдельных случаях при соответствующем обосновании допускается принимать максимальную нагрузку, достигнутую при испытаниях, равной F_d.

2 Ступени загружения при испытаниях свай статической вдавливающей нагрузкой должны назначаться равными 1/10 — 1/15 предполагаемого предельного сопротивления сваи F_u.

7.3.6 При испытании свай статической выдергивающей или горизонтальной нагрузкой за частное значение предельного сопротивления F_u (7.3.4) по графикам зависимости перемещений от нагрузок принимают нагрузку на одну ступень менее нагрузки, без увеличения которой перемещения сваи непрерывно возрастают.

П р и м е ч а н и е — Результаты статических испытаний свай на горизонтальные нагрузки могут быть использованы для непосредственного определения расчетных параметров системы «свая — грунт», используемых в расчетах по приложению В.

7.3.7 При динамических испытаниях забивных железобетонных и деревянных свай длиной не более 20 м частное значение предельного сопротивления F_u, кН (7.3.4), по данным их погружения при фактических (измеренных) остаточных отказах s_a ≥ 0,002 м следует определять по формуле

. (7.20)

Если фактический (измеренный) остаточный отказ s_a 2 ;

A — площадь, ограниченная наружным контуром сплошного или полого поперечного

сечения ствола сваи (независимо от наличия или отсутствия у сваи острия), м 2 ;

M — коэффициент, принимаемый при забивке свай молотами ударного действия равным

единице, а при вибропогружении свай — по таблице 7.12 в зависимости от вида

грунта под их нижними концами;

E_d — расчетная энергия удара молота, кДж, принимаемая по таблице 7.13, или расчетная

энергия вибропогружателей — по таблице 7.14;

s_a — фактический остаточный отказ, равный значению погружения сваи от одного удара

молота, а при применении вибропогружателей — от их работы в течение 1 мин, м;

s_el — упругий отказ сваи (упругие перемещения грунта и сваи), определяемый с помощью

m₁ — масса молота или вибропогружателя, т;

m₂ — масса сваи и наголовника, т;

m₃ — масса подбабка (при вибропогружении свай m₃ = 0), т;

m₄ — масса ударной части молота, т;

ε — коэффициент восстановления удара; при забивке железобетонных свай молотами

ударного действия с применением наголовника с деревянным вкладышем ε 2 = 0,2, а

при вибропогружателе ε 2 = 0;

θ — коэффициент, 1/кН, определяемый по формуле

(7.22)

n_p, n_f — коэффициенты перехода от динамического (включающего вязкое сопро-

тивление грунта) к статическому сопротивлению грунта, принимаемые

соответственно равными: для грунта под нижним концом сваи n_p =

= 0,00025 с×м/кН и для грунта на боковой поверхности сваи n_f =

A_f — площадь боковой поверхности сваи, соприкасающейся с грунтом, м 2 ;

g — ускорение свободного падения, равное 9,81 м/с 2 ;

H — фактическая высота падения ударной части молота, м;

h — высота первого отскока ударной части дизель-молота, принимаемая

Частные значения предельного сопротивления при динамических испытаниях железобетонных свай длиной свыше 20 м, а также стальных свай любой длины по измеренным остаточным и упругим отказам при их погружении молотами следует определять с помощью компьютерных программ, методы расчета забивки свай в которых основаны на волновой теории удара. Указанные компьютерные программы допускается использовать при испытаниях буронабивных свай специальными подвесными молотами большой массы.

П р и м е ч а н и е —При забивке свай в грунт, подлежащий удалению при разработке котлована, или в грунт дна водотока значение расчетного отказа следует определять исходя из несущей способности свай, вычисленной с учетом неудаленного или подверженного возможному размыву грунта, а в местах вероятного проявления отрицательных сил трения —с их учетом.

7.3.8 Несущую способность F_d, кН, забивной висячей сваи, работающей на вдавливающую нагрузку, по результатам испытаний грунтов эталонной сваей или статическим зондированием следует определять по формуле (7.18), в которой следует принять γ_c = 1.

При этом нормативное значение F_un определяют на основе частных значений предельного сопротивления сваи F_u, кН, в месте испытания грунтов эталонной сваей или зондированием, определенных в соответствии с требованиями 7.3.9, 7.3.10 или 7.3.11.

Коэффициент надежности по грунту γ_g определяют на основе статистической обработки частных значений предельного сопротивления сваи F_u в соответствии с 7.3.4.

7.3.9 Частное значение предельного сопротивления забивной сваи в месте испытания грунтов эталонной сваей F_u, кН, следует определять:

а) при испытании грунтов эталонной сваей типа I (ГОСТ 5686) — по формуле

где γ_sp — коэффициент, принимаемый равным 1,25 при заглублении сваи в плотные

пески независимо от их крупности или крупнообломочные грунты и равным

1,0 для остальных грунтов;

u, u_sp — периметры поперечного сечения сваи и эталонной сваи;

F_u,sp—частное значение предельного сопротивления эталонной сваи, кН, определяемое по

результатам испытания статической нагрузкой по 7.3.5;

б) при испытании грунтов эталонной сваей типа II или III (ГОСТ 5686) — по формуле

где γ_cR — коэффициент условий работы под нижним концом натурной сваи, принимаемый

по таблице 7.15 в зависимости от предельного сопротивления грунта под

нижним концом эталонной сваи R_sp;

R_sp—предельное сопротивление грунта под нижним концом эталонной сваи, кПа;

A—площадь поперечного сечения натурной сваи, м 2 ;

γ_cf—коэффициент условий работы на боковой поверхности натурной сваи,

принимаемый по таблице 7.15 в зависимости от f_sp;

f_sp—среднее значение предельного сопротивления грунта на боковой поверхности

эталонной сваи, кПа;

h—глубина погружения натурной сваи, м;

u—периметр поперечного сечения ствола сваи, м.

П р и м е ч а н и е — При применении эталонной сваи типа II следует проверить соответствие суммы предельных сопротивлений грунта под нижним концом и на боковой поверхности эталонной сваи ее предельному сопротивлению. Если разница между ними превышает 20 %, то расчет предельного сопротивления натурной сваи должен выполняться как для эталонной сваи типа I.

Rsp, кПа	Коэффициент γcR в зависимости от Rsp	fsp, fps,i, кПа	Коэффициент γcf в зависимости от fsp для эталонных свай типов II и III	Коэффициент γcf в зависимости от fps,i для сваи-зонда
для эталонных свай типа II	для эталонных свай типа III
при песках	при глинистых грунтах
≤ 2000	1,15	1,40	≤ 20	2,00	1,20	0,90
1,05	1,20	1,65	0,95	0,85
1,00	0,90	1,40	0,80	0,80
0,90	0,80	1,20	0,70	0,75
0,80	0,75	1,05	0,65	0,70
0,75	0,70	0,80	0,55	—
0,65	0,60	≥ 120	0,50	0,40	—
≥ 13000	0,60	0,55	—	—	—	—
П р и м е ч а н и я 1 Для промежуточных значений Rsp и fsp значения γcR и γcf определяют интерполяцией. 2 В случае если по боковой поверхности сваи залегают пески и глинистые грунты, коэффициент γcf определяют по формуле где Σh’i, Σh«I — суммарная толщина слоев соответственно песков и глинистых грунтов; γ‘cf, γ»cf — коэффициенты условий работы эталонных свай соответственно в песках и глинистых грунтах.

7.3.10 Частное значение предельного сопротивления забивной сваи в точке зондирования F_u, кН, следует определять по формуле

где R_s — предельное сопротивление грунта под нижним концом сваи по данным

зондирования в рассматриваемой точке, кПа;

f — среднее значение предельного сопротивления грунта на боковой поверхности

сваи по данным зондирования в рассматриваемой точке, кПа;

h — глубина погружения сваи от поверхности грунта около сваи, м;

u — периметр поперечного сечения ствола сваи, м.

Предельное сопротивление грунта под нижним концом забивной сваи R_s, кПа, по данным зондирования в рассматриваемой точке следует определять по формуле

гдеb₁ — коэффициент перехода от q_s к R_s, принимаемый по таблице 7.16 независимо

от типа зонда по ГОСТ 19912;

q_s — среднее значение сопротивления грунта, кПа, под наконечником зонда,

полученное из опыта, на участке, расположенном в пределах одного диаметра

d выше и четырех диаметров ниже отметки острия проектируемой сваи (где

d — диаметр круглого или сторона квадратного, или бόльшая сторона

прямоугольного сечения сваи, м).

Среднее значение предельного сопротивления грунта на боковой поверхности забивной сваи f, кПа, по данным зондирования грунта в рассматриваемой точке следует определять:

а) при применении зондов типа I — по формуле

б) при применении зондов типа II или III — по формуле

, (7.28)

гдеb₂, b_i — коэффициенты, принимаемые по таблице 7.16;

f_s — среднее значение сопротивления грунта на боковой поверхности зонда, кПа,

определяемое как частное от деления измеренного общего сопротивления

грунта на боковой поверхности зонда на площадь его боковой поверхности

в пределах от поверхности грунта в точке зондирования до уровня расположения

нижнего конца сваи в выбранном несущем слое;

f_si — среднее сопротивление i-го слоя грунта на боковой поверхности зонда, кПа;

Окончание таблицы 7.16

7.3.11 Несущую способность винтовой сваи, работающей на сжимающую и выдергивающую нагрузки, по результатам статического зондирования следует определять по формуле (7.18), а частное значение предельного сопротивления сваи в точке зондирования — по формуле (7.25), где глубина принимается уменьшенной на значение диаметра лопасти. Предельное сопротивление грунта под (над) лопастью сваи по данным зондирования грунта в рассматриваемой точке следует определять по формуле (7.26). В этом случае b₁ — коэффициент, принимаемый по таблице 7.16 в зависимости от среднего значения сопротивления грунта под наконечником зонда в рабочей зоне, принимаемой равной диаметру лопасти. Среднее значение предельного сопротивления грунта на боковой поверхности ствола винтовой сваи по данным зондирования грунта в рассматриваемой точке следует определять по формуле (7.27) или (7.28).

7.3.12 Для буровой сваи, устраиваемой в соответствии с 6.5 а и работающей на сжимающую нагрузку, несущую способность сваи в точке зондирования F_du, кН, допускается оценивать без использования данных о сопротивлении грунта на муфте трения установки статического зондирования, на основании расчета по формуле

где R — расчетное сопротивление грунта под нижним концом сваи, кПа, принимаемое

по таблице 7.17 в зависимости от среднего сопротивления конуса зонда q_c, кПа,

на участке, расположенном в пределах одного диаметра выше и до двух диаметров

A — площадь подошвы сваи, м 2 ;

f_i — среднее значение расчетного сопротивления грунта на боковой поверхности сваи,

кПа, на расчетном участке h_i сваи, определяемое по данным зондирования

в соответствии с таблицей 7.17;

h_i—толщина i-го слоя грунта, которая должна приниматься не более 2 м;

γ_cf—коэффициент, зависящий от технологии изготовления сваи и принимаемый:

а) при сваях, бетонируемых насухо, равным 1;

б) при бетонировании под водой, под глинистым раствором, а также при использовании обсадных инвентарных труб равным 0,7.

7.3.13Несущую способность F_d, кН, свай по результатам их расчетов по формуле (7.29), основанной на данных статического зондирования конусом, следует определять как среднее значение из частных значений F_du для всех точек зондирования.

7.3.14 Учитывая большие нагрузки, передаваемые на буровые сваи, рекомендуется параллельно с расчетом несущей способности сваи по результатам статического зондирования провести расчет в соответствии с подразделом 7.2. При расхождениях в полученных значениях несущей способности свай более 25 % следует выполнить статические испытания свай.

7.3.15 При наличии на площадке данных испытаний статической нагрузкой на вдавливание от 3 до 5 забивных свай в одинаковых грунтовых условиях, а также результатов статического зондирования (шесть и более испытаний), и если результаты расчетов отличаются между собой не более чем на 25 %, несущую способность определяют по формуле

, (7.30)

где — среднее значение предельного сопротивления сваи;

γ_gs — коэффициент надежности по грунту, определяемый по результатам

зондирования по формуле

где V_s — коэффициент вариации частных значений предельного сопротивления

сваи, рассчитанных по данным зондирования, определяемый по ГОСТ

Источник