К. С. Силин,Н.	М. Глотов,
К. С. ЗавриевПРОЕКТИРОВАНИЕФУНДАМЕНТОВГЛУБОКОГОЗАЛОЖЕНИЯМОСКВА «ТРАНСПОРТ» 1981
УДК 624.15:624.20.001.12Силин К С., Глотов Н. Завриев К. С. Проектирование фун¬
даментов глубокого заложения. — М.: Транспорт, 1981. — 252 с.В книге освещены основные принципы и методы проектирова¬
ния фундаментов. Изложены рекомендации по выбору основания
и типа фундаментов, по конструированию, расчету и определению
несущей способности фундаментов из свай, свай-оболочек, свай-
столбов и опускных колодцев, сооружаемых в разных геологических
условиях. Рассмотрены наиболее характерные конструкции построен¬
ных в СССР и за рубежом фундаментов мостов.Книга рассчитана на инженерно-технических работников, зани¬
мающихся проектированием и строительством мостов, а также бу¬
дет полезна студентам строительных специальностей.Ил. 83, табл. 16, библиогр. 68 назв.Рецензент И. С. Файнштейн31801-176049(01)-81176-81. 3601020000«Транспорт*, 1981.
ВведениеРешение поставленных XXVI съездом КПСС задач по повыше¬
нию эффективности капитального строительства требует дальней¬
шего развития и совершенствования строительной индустрии на ба¬
зе эффективного использования достижений технического про¬
гресса.Неуклонное развитие строительной индустрии и связанное с
ним снижение стоимости, сокращение затрат ручного труда и
повышение качества зданий и сооружений может быть обеспечено
за счет широкого применения прогрессивных конструкций и спо¬
собов строительства, более рационального использования материа¬
лов, внедрения сборного железобетона и осуществления комплекс¬
ной механизации работ.В общем объеме работ по строительству мостов значительное
место занимают фундаменты, на устройство которых приходится
до 40% времени и затрат труда и до 30% стоимости сооружения;
для фундаментов, возводимых в сложных инженерно-геологиче¬
ских условиях, эти показатели еще более высокие.Задачи повышения экономической эффективности фундамен-
тостроения должны решаться в неразрывной связи с повышением
качества фундаментов, которое во многом предопределяет надеж¬
ность и долговечность любых зданий и сооружений в целом.
Ошибки, погрешности, недоброкачественное выполнение работ,
незамеченное в период строительства фундаментов, в дальнейшем,
спустя некоторое время, начинает проявляться в виде разного
рода недопустимых осадок и кренов сооружений, затрудняющих
или исключающих нормальную их эксплуатацию. Устранение же
допущенных дефектов требует, как правило, затрат значительно
больше первоначальных.В области фундаментостроения задачи повышения эффектив¬
ности и качества дополняются требованиями обеспечения макси¬
мальной сохранности, окружающей среды_и необходимостью облег¬
чения и оздоровления условий труда и в связи с этим сокращения
до минимума ^применения ручного труда, а также вредного для
здоровья работающих трудоемкого и дорогостоящего кессонного
способа производства работ. Этим требованиям в наибольшей
степени отвечают широко применяемые свайные фундаменты глу¬
бокого заложения из свай разных типов, в том числе из свай-обо¬
лочек (оболочек) и свай-столбов (столбов). Ввиду того, что
кессонные фундаменты в настоящее время применяют крайне
редко, они в книге не рассматриваются.3
В последние годы в строительстве зданий и сооружений раз¬
ного назначения четко прослеживается тенденция резкого увели¬
чения применения фундаментов глубокого заложения за счет соот¬
ветствующего сокращения фундаментов мелкого заложения1.Характерной особенностью’ фундаментов мелкого заложения
является передача на грунтовое основание ве^йкальныХГ"Г?5ри-
зонтальных и изгибающих (от моментов) нагрузок от надфунда-
ментной части сооружения только через подошву фундамента.
Боковая поверхность таких фундаментов в их работе не участвует
главным образом из-за практической невозможности обеспечить
засыпку пазух грунтом между боковыми поверхностями фунда¬
ментов и котлованов с плотностью, равной природной. В отличие
от фудаментов мелкого заложения нагрузки, воспринимаемые
фундаментами глубокого заложения, передаются на грунт не
только через их подошву или торец элементов (свай, оболочек,
столбов)/но и через их боковую поверхность в виде сил трения,
сопротивляющихся вдавливанию (вертикальному смещению) фун¬
дамента в грунт и сил бокового отпора грунта, сопротивляющихся
смещению (сдвигу или повороту) фундамента.Из-за того, что в работе фундаментов глубокого заложения,
кроме подошвы, участвует их боковая поверхность, повышается
степень использования прочностных свойств материалов, а следо¬
вательно,* сокращается их расход. Этим объясняется, что на фун¬
даменты глубокого заложения в равных условиях с фундамен¬
тами мелкого заложения требуется (в зависимости от особенно¬
стей конструкции фундаментов и сложности местных условий
строительства сооружений) в 2—4 раза, меньше бетона, объем
земляных работ сокращается в 5—10 раз, затраты труда и сроки
строительства фундаментов уменьшаются в 1,5—3 раза.Наиболее экономичны так называемые безростверковые (эста¬
кадного типа или просто эстакадные) опоры малых и средних
мостов со стойками из полых или сплошного сечения свай, оболо¬
чек, столбов. Характерной особенностью таких опор является
использование нижней заглубленной в грунт части стоек в каче¬
стве фундамента, не имеющего объединяющего их ростверка
(плиты), а верхней части, возвышающейся над грунтом и объе¬
диненной подфермённой плитой (насадкой)—в качестве надфун-
даментной конструкции опор.Опоры проектируют преимущественно из одного, реже из двух
рядов стоек по фасаду моста.Высокая экономическая эффективность безростверковых опор
достигается как за счет сокращения расхода материалов, так и
за счет исключения затрат ручного труда и времени на выполне¬
ние котлованных работ, которые полностью отпадают.1 Здесь и далее к фундаментам мелкого заложения отнесены массивные
и немассивные конструкции, сооружаемые в ограждаемых или неограждаемых
котлованах, независимо от их глубины, а к фундаментам глубокого заложения —
конструкции из свай, оболочек, столбов, опускных^ колодцев или же кессонов:4
Кроме высокой экономической эффективности, фундаменты
глубокого заложения и безростверковые опоры обладают более
высокой надежностью, поскольку в значительно меньшей степени
подвержены неблагоприятному воздействию многих факторов,
которые отрицательно влияют на фундаменты мелкого заложения.
К таким факторам, нередко вызывающим не предусмотренные
проектами большие, осадки и перекосы фундаментов мелкого за¬
ложения, относятся: допущенное в процессе строительства про¬
мерзание связных грунтов несущего слоя в котловане, механиче¬
ская суффозия песков, оттаивание льдонасыщенных вечномерзлых
трунтов~ основания и т. п. Отрицательное влияние этих факторов
на фундаменты глубокого заложения может быть значительно
снижено или полностью устранено в результате увеличения глу¬
бины их заложения. Следует отметить, что применение фундамен¬
тов с плитой, расположенной над грунтом (высоких ростверков),
способствует большей сохранности окружающей природной сре¬
ды — растительного покрова, режима поверхностных и грунтовых
вод, температуры вечномерзлых грунтов.Несомненные достоинства фундаментов глубокого заложения
можно реализовать только при правильном учете проектировщи¬
ками всех факторов, оказывающих решающее влияние на надеж¬
ность и долговечность запроектированных конструкций, а строи¬
телями — при возведении фундаментов в соответствии с проектом
и указаниями действующих нормативных документов по произ¬
водству работ.Анализ опыта строительства опор мостов и исследования
показывают», что фундаменты из свай^ оболрчек, столбов, несмот¬
ря на высокие экономические показатели по сравнению с фунда¬
ментами мелкого заложения, еще имеют резервы дальнейшего
снижения материалоемкости и повышения производительности
труда. Эти резервы могут быть реализованы путем увеличения
объемов применения безростверковых опор при соответствующем
сокращении опор с фундаментами мелкого заложения для мостов
как с цельноперевозимыми, так и монтируемыми на месте про¬
летными строениями. Повышению экономической эффективности
будут способствовать совершенствование конструкций, методов
расчета оснований; отработка высокопроизводительных способов
изготовления и заглубления в грунт свай, оболочек, столбов; соз¬
дание и серийный выпуск высокоэффективного оборудования для
комплексной механизации работ по строительству фундаментов.Дополнительные резервы сокращения материалоемкости фун¬
даментов могут быть реализованы после проведения исследова¬
ний, связанных с разработкой норм и методов расчета оснований
мостов по предельным деформациям. Такие исследования должны
быть ориентированы в первую очередь на более подробное изу¬
чение несущей способности оснований из связных грунтов, на
выявление влияния разных спосооов производства работ и осо¬
бенностей конструкций фундаментов на несущую	способностьпесчаных и глинистых грунтов.6
Дальнейшему повышению инорм расчета несущей способности
оснований фундаментов из буровых и бурообсадных столбов дол¬
жны предшествовать исследования, направленные на обработку
надежных методов контроля качества подземных работ и особенно
работ, связанных с бурением скважин в разных грунтах и под¬
водной укладкой в них бетонной смеси.Наряду с перечисленными факторами повышению экономиче¬
ской эффективности будет также способствовать разработка ти*
повых проектов безростверковых опор и фундаментов из свай,
оболочек и столбов. При наличии таких проектов устраняется
большое разнообразие форм и размеров фундаментов средних и
больших мостов для одинаковых местных условий, что облегчит
создание и применение инвентарной технологической оснастки,
в том числе направляющих устройств и ограждений котлованов
для фундаментов русловых опор мостов. Кроме того, упростится
заводское изготовление унифицированных элементов, что в конеч¬
ном счете приведет к повышению качества фундаментов и росту
производительности труда.
Глава 1ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ФУНДАМЕНТОВ1.1.	Основные принципы и задачиПроектирование фундаментов включает в себя их конструиро¬
вание и расчет, которые взаимосвязаны, поскольку эскизно на¬
значенные размеры конструкции фундаментов и их элементов
после детальных расчетов уточняют. Конструирование включает
выбор оснований и схемы фундаментов, назначение их размеров,
количества, размеров и расположения элементов в фундаментах,
а также необходимых деталей конструкции (армирование, стыки
элементов и т. п.). Расчетами определяют несущую способность
(прочность и устойчивость) оснований, осадки и крены фундамен¬
тов, прочность фундаментов и элементов, их давления на грунты
основания.Принятые исходные предпосылки и схемы расчета оснований
н фундаментов должны учитывать воздействие факторов,' оказы¬
вающих определяющее влияние на изменение напряженного и
деформированного состояния и характер взаимодействия фунда¬
ментов и их элементов между собой и с основанием. В ряде слу¬
чаев приходится учитывать пространственный характер работы
фундаментов. К таким факторам относят, кроме силовых воздей¬
ствий, физико-механические свойства грунтов, размеры попереч¬
ного сечения и глубину заложения элементов, их количество и
особенности расположения в фундаментах. Пространственную ра¬
боту конструкций фундаментов учитывают, как правило, при не¬
симметричных схемах, например в устоях, или при симметричном
расположении элементов, но резко несимметричном приложении
нагрузок (при разной длине пролетных строений, примыкающих
к опоре).Принимаемые к расчету схемы фундаментов глубокого зало¬
жения должны отражать с целесообразной степенью точности
действительные условия работы конструкций и ориентировать на
использование для расчетов ЭВМ.Проектирование фундаментов сооружений (мостов) представ¬
ляет сложную, комплексную задачу, требующую тщательного
анализа как инженерно-геологических данных, так и конструктив¬
ных особенностей фундаментов и сооружений в целом (чувстви¬
тельность к осадкам, перекосам и т. п.). При этом требуется
учитывать технико-экономические показатели фундаментов, усло¬
вия и способы их строительства, возможность изменения в период
эксплуатации сооружений физико-геологических процессов, режи¬
мов поверхностных и грунтовых вод и т. п. В каждом конкретном2
случае проектирования фундаментов всегда приходится обследо¬
вать ряд вариантов, каждый из которых имеет свои преимущества
и недостатки.Наиболее сложная часть проектирования фундаментов — вы¬
бор их оснований и количественная оценка особенностей совмест¬
ного взаимодействия грунтов с фундаментами. Однако в мосто¬
строении фундаменты продолжают проектировать без учета сов¬
местной их работылилролетными строениям^ ограничиваясь опре¬
делением осадок и кренов опор и сравнением полученных данных
с нормативными величинами. Подобное упрощение вполне допу¬
стимо для расчетов статически определимых систем мостов и мало
применимо при проектировании статически неопределимых кон¬
струкций, поскольку в расчетах таких конструкций приходится
учитывать влияние деформаций оснований на напряженное со¬
стояние опор и пролетных строений.Проектирование оснований фундаментов в общем случае вклю¬
чает в себя: определение физико-механических свойств грунтов
в основании; оценку^общей устойчивости массива грунтов на скло¬
нах логов и рек; оценку способносхи_хрунтов принять на себя
давление от сооружения с~ учетом соответствующих деформаций
как грунтового массива, так и самого сооружения; оценку ста¬
бильности свойств грунтов при изменении природной обстановки
в результате устройства сооружения. Кроме того, приходится
проводить выбор оптимальных способов производства работ, учи¬
тывающих специфику местных условий;"оценку влияния принятых
способов производства работ на несущую способность оснований
и на изменение окружающей природной среды.В результате проектирования оснований и фундаментов тре¬
буется обеспечить^выбор материалов и обоснование конструктив¬
ных форм фундамента; расчет глубины заложения фундамента
или его элементов; определение размеров фундамента, его эле¬
ментов и их количества; определение давления фундамента или
его элементов на грунт, а также осадки, крена и горизонтального
перемещения верха фундамента; расчет его устойчивости на сдвиг.
При проектировании фундаментов из сборных элементов тре¬
буется уделить особое внимание обеспечению надежности, добро¬
качественному стыкованию элементов, удобству установки и быст¬
рой выверке проёйтного положения конструкции с учетом возмож¬
ности монтажа передовыми методами при наименьших затратах
труда. Кроме того, надо стремиться к простоте изготовления эле¬
ментов на заводах (или полигонах) с использованием высокопро¬
изводительного оборудования и передовой технологии; назначать
размеры и массу элементов, допускающих погрузку оборудова¬
нием, беспрепятственное транспортирование и разгрузку, а в слу¬
чае целесообразности — также обеспечивать укрупнение элемен¬
тов на строительной площадке.Необходимые для проектирования оснований и фундаментов
исходные данные должны содержать сведения об инженерно¬
геологических, гидрологических и гидрогеологических условиях.8
а также характеристиках физико-механических свойств грунтов,о	конструкции проектируемого сооружения и нагрузках, о харак¬
теристиках применяемых материалов.1.2.	Методы и нормы проектированияНадежность оснований и фундаментов обеспечивается расче¬
тами, учитывающими возможные неблагоприятные характеристи¬
ки материалов, сочетания нагрузок и воздействий, а также условия
•эксплуатации сооружений, в том числе фундаментов.Основания и фундаменты рассчитывают на воздействие преду¬
смотренных соответствующими нормами нагрузок по методу пре¬
дельных состояний, при наступлении которых основание, фунда¬
мент или сооружение в целом перестают удовлетворять заданным
эксплуатационным требованиям или требованиям в период возве¬
дения сооружения.Предельные состояния подразделяют на две группы: первая —
по потере несущей способности или непригодности к эксплуата¬
ции; вторая — по непригодности к нормальной эксплуатации.К предельным состояниям первой группы относятся: общая
потеря устойчивости конструкции фундамента, например, в ре¬
зультате выпучивания свай; потеря устойчивости положения фун¬
дамента вследствие сдвига; хрупкое, вязкое или иного характера
разрушение фундамента из-за разрушения плиты или несущих
элементов; разрушение под совместным воздействием силовых
факторов и неблагоприятных влияний внешней среды, например,
вследствие разрушения свай от воздействия агрессивного и абра¬
зивного воздействий среды. К этой же группе относят состояния,
при которых возникает необходимость прекращения эксплуатации
сооружения в результате текучести материала, расстройства сое¬
динений элементов, ползучести или чрезмерного раскрытия тре¬
щин в конструкции или элементах фундамента.К предельным состояниям второй группы относятся состояния,
затрудняющие нормальную эксплуатацию оснований и фундамен¬
тов или снижающих их долговечность вследствие появления недо¬
пустимых перемещений (осадок, кренов, горизонтальных смеще¬
ний), трещин и т. п.Кроме расчетов на силовые воздействия, основания и фунда¬
менты мостов на вечномерзлых грунтах проверяют на возмож¬
ность оттаивания основания в период эксплуатации сооружения
и связанное с ним понижение прочностных и деформационных ха¬
рактеристик грунтов. Для опор, расположенных в русле водото¬
ков, проводят расчеты возможных глубин размыва дна с целью
определения его влияния на снижение несущей способности осно¬
ваний, увеличения осадок, кренов и смещений верха фундаментов.Чтобы не допустить наступления предельных состояний в
течение всего срока эксплуатации сооружений, а также при их
возведении, в нормах проектирования приводят необходимые для9
этого требования и ограничения, направленные на обеспечение
надежности сооружений, в том числе их оснований и фундаментов.Согласно действующим нормативным документам по первой
группе предельных состояний основания и фундаменты мостов
рассчитывают по прочности, устойчивости и трещиностойкости кон-
струкций фундаментов, по несущей способности оснований, устой¬
чивости положения фундаментов против опрокидывания и глубо¬
кого или плоского сдвига, а также морозного выпучивания грун¬
тов, по второй группе — по деформациям оснований и фундамен¬
тов с определением их осадок, горизонтальных смещений, пово¬
рота верха или крена фундамента.Целью расчета по первой группе предельных состояний явля¬
ется обеспечение несущей способности (при ограниченном разви¬
тии пластических деформаций) оснований и фундаментов в не¬
благоприятных условиях их работы в период строительства и
эксплуатации сооружений.Расчет по второй группе предельных состояний сводится к
к ограничению осадок и горизонтальных смещений фундаментов
величинами, при которых обеспечивается нормальная эксплуата¬
ция сооружений.Осадки фундаментов разрешается не рассчитывать: для осно¬
ваний из немерзлых грунтов; при опирании на скальные породы,
крупнообломочные грунты с песчаным заполнителем или твердые
глины фундаментов мостов всех систем и пролетов; при опирании
на прочие грунты мостов внешне статически определимых си¬
стем с пролетами до 50 м на железных дорогах. до 100 м на
автомобильных дорогах; для оснований из мерзлых грунтов: при
опирании на сохраняемые в мерзлом состоянии грунты фундамен¬
тов мостов всех систем и пролетов; при опирании на используемые
в оттаивающем состоянии вечномерзлые малосжимаемые крупно¬
обломочные, плотные песчаные, твердые и полутвердые глинистые
грунты фундаментов мостов внешне статически определимых си¬
стем с пролетами до 50 м включительно.Основными параметрами механических свойств грунтов, при¬
нимаемыми для расчетов несущей способности оснований и их де¬
формаций, являются нормативные значения прочностных и дефор¬
мационных характеристик грунтов (угла внутреннего трения,
удельного сцепления, модуля деформации или коэффициента про¬
порциональности, сопротивлений одноосному сжатию и сдвигу
скальных грунтов и твердых глин).При определении несущей способности оснований, для которых
не разработаны соответствующие достоверные методы расчета с
использованием прочностных характеристик грунтов, применяют
другие нормативные параметры, характеризующие взаимодействие
таких фундаментов с грунтом основания и устанавливаемые опыт¬
ным путем или принимаемые на основе ранее действовавших
норм, проверенных многолетней практикой проектирования фун¬
даментов. Учитывая это положение для определения несущей
способности фундаментов из опускных колодцев в СНиПе по про-10
ектированию мостов и труб предусмотрено использование норм
условных сопротивлений грунтов.За нормативное значение характеристик грунта или его пара¬
метров, определяющих взаимодействие фундаментов с основа¬
нием, принимают среднестатистическое, устанавливаемое в соот¬
ветствии с требованиями СНиП Н-15-74.Возможные отклонения прочностных и других характеристик
грунтов в неблагоприятную сторону от нормативных значений
учитывают коэффициентом безопасности по грунту кт, вводимым
в виде делителя к 'нормативных-значениям (см; рекомендации
гл. 5).Особенности действительной работы оснований, фундаментов
н их элементов, имеющие систематический характер, но не отра¬
жаемые в расчетах прямым путем, учитывают коэффициентами
условий работы т. Эти коэффициенты отражают влияние прибли-
женности расчетных схем и принятых в расчете предпосылок,
а также перераспределения силовых факторов и деформаций эле¬
ментов фундаментов.Степень ответственности и капитальности сооружений, а также
значимость последствий наступления тех или иных предельных
состояний учитывают коэффициентом надежности к„. Для расче¬
тов фундаментов мостов значения этого коэффициента дифферен¬
цированы в зависимости от количества свай, оболочек или стол¬
бов в фундаменте и приведены в СНиТГ И-17-77.В расчетах несущей способности оснований и устойчивости
положения фундаментов против опрокидывания и сдвига необхо¬
димо учитывать гидростатическое взвешивание фундамента и
грунтов основания:при опирании фундаментов на крупнообломочные грунты, пес¬
ки, супеси и илы во всех расчетах, кроме расчетов .несущей спо¬
собности грунтовых оснований по методике,-приведенной в п. 5.3
настоящей книги;при опирании фундаментов на глины и суглинки в расчетах
устойчивости положения фундаментов против опрокидывания и
плоского сдвига, а также несущей способности основания по усло¬
вию работы свай-оболочек и свай-столбов на выдергивание.Гидростатическое взвешивание следует учитывать при наи¬
более неблагоприятном уровне воды — наинизшем или наи¬
высшем.'Фундаменты глубокого заложения следует проектировать, pv-
ководствуясь указаниями СНиПа по проектированию: ~мостов и
труб; свайных фундаментов (Н-17-77); оснований и фундаментов
на вечномерзлых грунтах (11-18-76) с учетом изложенных в на¬
стоящей книге рекомендаций, “развивающих и поясняющих поло¬
жения перечисленных выше глав СНиПа.В сейсмических районах фундаменты следует проектировать с
учетом требований СНиПа по строительству в сейсмических райо¬
нах Л=2=Й1. а также • соответствующих разделов СНиП Н-17-77,СНиП. II-18-76.			 11
В описаниях результатов изысканий и в проектах фундамен¬
тов номенклатуру грунтов следует принимать в соответствии со
СНиП II-15-74. а вечномерзлых грунтов — в соответствии со СНиП
II-1F-76.Прочность, устойчивость формы и трещиностойкость конструк¬
ций фундаментов следует рассчитывать согласно указаниям СНиП
по проектированию мостов и труб.1.3. МатериалыФундаменты глубокого заложения опор мостов возводят пре¬
имущественно из железобетона и бетона, а в исключительных
случаях используют лесоматериал и сталь. Деревянные сваи при¬
меняют в местах наличия сильно агрессивной_среды по отношению
к железобетону при отсутствии эффективных мер защиты бетона
от агрессии. Стальные сваи применяют преимущественно в слож¬
ных грплпгичегких уровня*- когда непосредственное заглубление
железобетонных ?.вяй невозможно.Для фундаментов и безростверковых опор применяют тяжелый
бетон, отвечающий требованиям действующих ГОСТов и СНиПа
по строительству мостов и труб. Марки бетона принимают не
ниже указанных в табл. 1.1.Материалы для бетона и армирования фундаментов и опор
должны обязательно удовлетворять требованиям действующих
ГОСТов и СНиПов по строительству и проектированию мостов и
труб.В качестве ненапрягаемой арматуры свай, оболочек, столбов,
плит, бетонного заполнителя полости оболочек и скважин исполь¬
зуют стержни круглые гладкие из углеродистой горячекатаной
стали класса А-I. стержни периодического профиля из углероди¬
стой горячекатаной стали класса A-II и из -низколегирован¬
ной горячекатаной стали A-I1 или A-III, не подвергнутые упроч¬
нению.В качестве напрягаемой арматуры свай, оболочек, столбов ис¬
пользуют стержни периодического профиля из горячекатаной стали
класса A-IV.Закладные детали (элементы, стыки, обечайки, наконечники
и др.) для свай, оболочек, столбов и сборных насадок изготов¬
ляют из листовой или полосовой стали марки 16Д для сварных и
марки ВСтЗ сп5 для остальных элементов.Элементы опор и фундаментов, работающие при расчетной
минимальной температуре дпяпууя ниже —4П°С.. изготовляют из
материалов, удовлетворяющих требованиям действующих Инст¬
рукций по проектированию железобетонных и бетонных конструк¬
ций мостов и труб северного исполнения.Расчетные характеристики материалов принимают согласно
указаниям СНиПа по проектированию мостов и труб в части,
касающейся проектирования фундаментов и опор.12
Таблица 1.1Марка бетонало морозостойкостиРасположение элементов фундаментов
н безростверковых опор относительно
поверхности грунта и водыпо проч¬
ности на
сжатие
для всех
районов
страныдля всех районов,
кроме имеющих
расчетную тем¬
пературу воздуха
не ниже—*40*Сдля районов с
расчетной мини¬
мальной темпе¬
ратурой воздуха
ииже-40°СВ грунте или воде (ниже уровня
промерзания):сваи300Не нормируетсяНе нормируетсяоболочки400То жеТо жестолбы, устанавливаемые в сква¬
жины300>»столбы, бетонируемые в скважи¬
нах200>>колодцы монолитные200У»» сборные300»>заполнение полости оболочек и
уширений200»»заполнение скважин в скальной300>»породеплиты фундаментов сборные300100200» » монолитные200100200В зоне «переменного уровня» воды:оболочки400200Не применяютсястолбы400200300Над грунтом или над водой (выше
зоны «переменного уровня» воды):сваи300200300оболочки401200300столбы300200300плиты сборные300200300» монолитные200200300Примечания: 1. Для элементов фундаментов и опор, расположенных в зоне «пе¬
ременного уровня» воды, водонепроницаемость бетона должна быть не нижр В-8. .2- К зоне переменного уровня воды относится зона, в которой части фундамента или
опоры подвергаются периодическому увлажнению в пределах водной н грунтовой среды.верхнюю границу зоны «переменного уровня» воды принимается отметка на 1 м боль¬
ше наивысшего расчетного уровня воды нлн на I м выше поверхности грунта для фунда¬
мента нлн опоры, не затопляемой водой. За ннжнюю границу принимается отметка иа
м ниже наиннзщепгуровтг неженных вод, но не выше нижней поверхности льда при
наиннзшем ледоставе или не менее половины расчетной глубины промерзания грунта*13
Глава 2ВЫБОР ОСНОВАНИЙ И ТИПОВ ФУНДАМЕНТОВ2.1.	Исходные данные для проектирования основанийи фундаментовДля проектирования фундаментов моста, включая выбор их
типов и оснований, необходимы следующие исходные данные: ре¬
зультаты ™жеж$щд-геологических. изысканий; материалы о про¬
ектируемом^ сооружении, характере и величинах нагрузок, пере¬
даваемых на фундаменты; сведения об опыте возведения и
эксплуатации зданий и сооружений, ранее построенных вблизи
проектируемого объекта или в других местах, но в аналогичных
инженерно-геологических условиях.Основные задачи иш^нерно-геологических изысканий: изуче¬
ние геологического строения толщи, в том числе распространения,
сложения, состояния и свойств грунтов для оценки возможности
и целесообразности их использования в качестве оснований; полу¬
чение данных о физико-механических свойствах грунтов для рас¬
четов прочности, устойчивости и деформируемости оснований;
определение условий залегания, распространения, напора, степени
агрессивности и режима грунтовых вод; получение данных об
условиях протекания постоянных или периодических водотоков, их
расходах и характерных уровнях воды для определения глубины
возможных размывов дна русла в местах возведения фундаментов
моста; выявление характера, площади развития, интенсивности и
особенностей различных физико-геологических процессов для
оценки степени их влияния на производство строительных работ
и эксплуатацию построенного сооружения.Содержание и объем инженерно-геологических изысканий,
в том числе глубину бурения геолого-разведочных скважин, наз¬
начает проектная организация в зависимости от степени изучен¬
ности района строительства объекта, сложности геологического
строения, гидрогеологических и гидрологических особенностей в
местах проектируемых фундаментов, физико-геологических про¬
цессов, которые могут нарушить устойчивость сооружения в пе¬
риод его строительства и эксплуатации, а также от характерных
особенностей конструкции моста.В результате инженерно-геологических изысканий должны
быть получены данные: о характере напластования грунтов в ме¬
стах расположения проектируемых фундаментов (толщине пластов
и особенностях их залегания по глубине и площади); о физиче¬
ских свойствах (объемном и удельном весах грунтов, их плотно¬
сти и влажности); о классификационных характеристиках (грану¬
лометрическом составе, степени влажности, относительной плот¬
ности песчаных грунтов и показателе консистенции глинистых
грунтов); о прочностных характеристиках грунтов (параметрах
предельного сопротивления: угла внутреннего трения и сцепления14
грунтов природной плотности и влажности, а также структурной
прочности); о характеристиках деформативности грунтов (резуль¬
татах компрессионных испытаний, величинах модулей деформации
грунтов).Для скальных пород, кроме физических свойств, оценивают
(в местах естественного залегания) степень трещиноватости и
глубину выветренности, а по результатам испытаний кернов опре¬
деляют временное сопротивление пород одноосному сжатию в на¬
сыщенном водой и воздушно-сухом состояниях.Данные о показателях физико-механических свойств грунтов
и характере их напластования следует определять для каждого
слоя в пределах ожидаемой глубины заложения фундаментов с
увеличением ее rte менее чем на размер ширины их подошвы, но
не менее 10 м для случаев отсутствия прослоек сильносжимаемых
грунтов в пределах обследуемой толщи. При наличии прослоек
сильносжимаемых грунтов ниже подошвы фундаментов или их
элементов глубину бурения геолого-разведочных скважин увели¬
чивают минимум на двукратный габаритный размер ширины по¬
дошвы фундамента.В районах распространения лёссовых грунтов инженерно-геоло¬
гическими изысканиями должны быть выявлены: мощность толщи
лёссовых грунтов, а также вид и характеристики нижерасполо¬
женных нелёссовых грунтов; величина относительной просадочно-
сти каждого характерного слоя грунта после его замачивания под
действием собственного веса вышележащей толщи грунтов; тип
грунтовых условий по просадочности; изменение физико-механи¬
ческих характеристик грунтов по глубине исследованной толщи;
специфические природные формы рельефа местности (просадоч-
ные блюдца, суффозионно-просадочные воронки, эррозионные раз¬
мывы и т. п.), их приуроченность к определенным геоморфологи¬
ческим элементам (речным долинам, оврагам, балкам, склонам,
террасам и т. п.); наличие в толще лёссовых грунтов и распреде¬
ление по площади и глубине карбонатных и гипсовых образо¬
ваний.В районах распространения вечномерзлых грунтов при выпол¬
нении инженерно-геокриологических изысканий должны быть вы¬
явлены: температура и тип криогенной текстуры грунтов; характер
распространения по площади и глубине грунтов с разными тем¬
пературами и типами криогенных текстур; глубины сезонного
промерзания и оттаивания грунтов; данные о распределении и
интенсивности развития мерзлотных процессов (пучении грунтов,
наледях, термокарсте, солифлюкции, трещинообразовании в грун¬
тах), их приуроченность к определенным геоморфологическим
элементам; особенности климатических условий района строитель¬
ства объекта; характеристики грунтов, определенные по резуль¬
татам их полевых и лабораторных исследований и испытаний;
данные для прогнозирования возможных изменений мерзлотных
и гидрогеологических условий в местах построенных сооружений
в период их эксплуатации.15
В районах развития оползней должны быть выявлены: история
формирования рельефа оползневого склона и приуроченность
оползней к определенным геоморфологическим элементам склона;
влияние на формирование оползней особенностей рельефа, геоло¬
гических структур, тектонических процессов, современных физико¬
геологических процессов (выветривание горных пород, наличие и
изменение уровня грунтовых вод и пр.); типы оползней, особенно¬
сти их микрорельефа; наличие на площади распространения
оползней ранее построенных зданий и сооружений и их состояние.Особое внимание должно быть обращено на склоны с напла¬
стованием грунтов, имеющих наклон в сторону возможного спол¬
зания массива после пригрузки склона весом насыпи или только
сооружения.В районах развития карста следует выявить: распростране¬
ние, условия возникновения, закономерности проявления и разви¬
тия карста; влияние карста на существующие сооружения, а так¬
же влияние сооружений на дальнейшее развитие карста; виды
грунтов с полостями и состав грунтовых вод.В местах наличия прослоек сильносжимаемых грунтов необхо¬
димо указать их расположение в плане и по глубине; определить
физико-механические характеристики грунтов.В процессе инженерно-геологических изысканий должны быть
выявлены гидрогеологические условия строительной площадки:
абсолютные отметки уровней появления и установления грунто¬
вых вод; скорости и направление потока грунтовых вод; характер
сезонного колебания грунтовых вод во времени и, в частности,
отметки максимального и минимального уровней вод, а также
влияние атмосферных осадков на изменение этих уровней; хими¬
ческий состав грунтовых вод с целью определения основных по¬
казателей их агрессивности по отношению к бетону фундаментов;
характер гидравлической связи грунтовых вод с водами открытых
водоемов (рек, озер, прудов и т. п.).Кроме сведений о грунтовых водах, в процессе изысканий
должны быть получены следующие данные о поверхностных во¬
дах: абсолютные отметки и даты максимального, минимального и
рабочего уровней воды в водотоках; сведения о максимальных и
минимальных расходах воды; сведения о датах начала и конца
ледостава и ледохода, толщине льда, уровнях ледостава и ледо¬
хода, возможных заторах льда; сведения о характере и степени
агрессивности воды.При геологических изысканиях и анализе полученных резуль¬
татов следует обращать особое внимание на случаи «провала»
бурового инструмента при бурении скважин в скальных породах,
поскольку в районах, где залегают известняки, доломиты, мел,
мергели, гипс, каменная и калийные соли могут развиваться кар¬
стовые процессы в результате выщелачивания растворимых пород
движущимися подземными водами. При этом в толще пород обра¬
зуются разнообразные пустоты, каналы, пещеры, а на поверхности
грунта — воронки, провалы и другие характерные формы рельефа.16
Наиболее быстро растворяются каменная и калийные соли,
гипс. В этих породах в короткое время могут образоваться боль¬
шие подземные полости и связанные с ними внезапные провалы
поверхности грунта.В карбонатных породах провалы меньших размеров возникают
значительно реже. Однако давление от возводимого сооружения
может привести к обрушению относительно тонкой кровли давно
образовавшейся, но не обнаруженной карстовой полости. Поэтому
при изысканиях стремятся обнаружить такие полости, применяя,
кроме метода бурения, электро- и сейсморазведку.В настоящее время не существует достаточно надежных прак¬
тических методов определения мест и времени возможного обра¬
зования провалов. Но при наличии материалов глубокого бурения
можно прогнозировать потенциальную вероятность образования
провалов. При этом признаками, указывающими на такую веро¬
ятность, могут служить: наличие на поверхности грунта проявле¬
ний карстово-суффозных процессов в виде воронок и оседаний
независимо от их геометрической формы и размеров; разность на¬
поров водоносных горизонтов и возможность вертикальной фильт¬
рации воды; изменения режима карстовых вод и соответственно
дебита источников этих вод в зависимости от метеорологических
условий; интенсивное поглощение поверхностных вод закарсто-
ванными породами через поноры, колодцы, воронки и другие кар¬
стовые формы; наличие полостей в толще выщелачивающихся
пород; наличие в карстовых полостях просыпавшихся в них пес¬
ков, а также материалов осыпания и обрушения пород.В карстовых районах требуются более подробные (и на боль¬
шую глубину) инженерно-геологические исследования. В материа¬
лах таких исследований должны получить характеристику и оцен¬
ку следующие факторы: глубина залегания растворимых пород от
естественной поверхности грунтов, особенности рельефа их поверх¬
ности, мощность, состав и свойства покровных отложений; мощ¬
ность толщи растворимых пород, степень их закарстованности,
пространственное расположение поверхностных и глубинных форм
карста и их влияние на устойчивость территории; размеры рас¬
пространения активной (сжимаемой) зоны оснований в пределах
закарстованных пород; несущая их способность и покровых отло¬
жений; водопроницаемость и водосодержание закарстованных
пород, глубина залегания уровня карстовых вод и их напор;
интенсивность развития карста, виды, формы его проявления,
причины и условия, способствующие его развитию.В местах вынужденного строительства моста на закарстован-
ной территории материалы изысканий должны быть исчерпываю¬
щими и совершенно однозначно характеризовать степень и мас¬
штаб закарстованности пород, пространственное расположение
всех поверхностных и глубинных форм карста. Несмотря на су¬
щественные дополнительные затраты средств и времени требуется
получить необходимые материалы. Только при этом условии
можно обоснованно предусмотреть осуществление, как правило,17
дорогостоящих мероприятий, обеспечивающих надежность соору¬
жений, возводимых на закарстованной территории.Поскольку результаты инженерно-геологических изысканий
сказывают определяющее влияние на правильный выбор основа¬
ния и типов фундаментов, их надежность, долговечность и эконо¬
мичность, а следовательно, и сооружения в целом, то вопросам
полноты и качества этих изысканий необходимо уделять серьез¬
ное внимание. Необходимо наряду с известными методами иссле¬
дования грунтов широко применять наиболее прогрессивный и
объективный метод статического зондирования грунтов. Это обус¬
ловлено тем, что погрешности и ошибки в результатах изысканий
могут приводить к увеличению стоимости фундаментов или же к
недостаточной их несущей способности по грунту и как следствие
к осложнениям в эксплуатации сооружений, а иногда и к ава¬
риям и последующему их переустройству. Как в первом, так и во
втором случаях дополнительные расходы, связанные с устране¬
нием погрешностей и ошибок в фундаментах построенных соору¬
жений, во много раз превышают стоимость изысканий.Практика проектирования и строительства фундаментов соору¬
жений разного назначения, включая мосты, показывает, что наи¬
более распространенными недостатками и дефектами инженерно¬
геологических изысканий являются: малая глубина исследованной
толщи грунтов; ошибки в определении положения границ пластов
в плане и по глубине толщи; отступления от общепринятой но¬
менклатуры грунтов; ошибки в определении физико-механических
характеристик грунтов; недостаточная полнота освещения особен¬
ностей напластования грунтов в пределах склонов и косогоров,
а главное, отсутствие оценки их устойчивости.В подавляющем большинстве случаев здания и сооружения
приходится проектировать на неоднородной грунтовой толще,
в пределах которой возможно самое разнообразное залегание
грунтовых пластов. Поэтому при недостаточной глубине исследо¬
вания переслаивающейся толщи грунтов с разными физико-меха¬
ническими свойствами, а также при ошибках в определении поло¬
жения пластов в плане и по глубине возможны существенные
погрешности при выборе несущего пласта основания и связанные
с ним ошибки в назначении оптимального типа фундаментов,
а также глубины их заложения.Иногда в отчетах об инженерно-геологических изысканиях
глинистые грунты характеризуют степенью их плотности, а не
показателем консистенции, как это предусмотрено действующими
нормативными документами по проектированию оснований и фун¬
даментов. Допускают погрешности при характеристике песчаных
грунтов, например — мелких пылеватых песков, хотя известно, что
несущая способность “забивных сваи~~в мелких песках примерно в1,5 раза выше, чем в пылеватых. Подобные отступления от при¬
нятых номенклатуры и характеристик грунтов иногда дезориенти¬
руют проектировщиков и являются причиной ошибочных решений
в проектах фундаментов.18
Из-за недостаточной полноты освещения характерных особен¬
ностей напластования грунтов в пределах склонов и оценки их
устойчивости проектировщики не уделяют достаточно внимания
оценке надежности оснований фундаментов в таких условиях, что
нередко приводит к непредвиденным значительным деформациям
или авариям сооружений, например мостов из-за смещений их
устоев.Несмотря на имеющиеся в отечественной и зарубежной техни¬
ческой литературе публикации по авариям фундаментов зданий и
сооружений разного назначения, со случаями аварийных дефор¬
маций опор, особенно устоев _млсшв, к сожалению, еще прихо¬
дится встречаться. Как показывают такие публикации, основной
причиной аварий в большинстве случаев является недостаточнЬ
глубокий анализ исходных данных, предназначенных для проек¬
тирования фундаментов.2.2.	Анализ исходных данныхХарактерной особенностью проектирования фундаментов мос¬
тов является необходимость учета ряда специфических факторов,
существенно усложняющих выбор основания и оптимального типа
фундаментов, а также их конструирование и расчет. Такими фак¬
торами являются: воздействие _на_фундаменты значительных со¬
средоточенных вертикальных-и горизонтальных нагрузок, небла¬
гоприятное влияние больших местных размывов дна водотоков у
фундаментов на их устойчивость и несущую способность основа¬
ний, необходимость в ряде случаев возведения фундаментов в
сложных местных условиях (на большой толще слабых грунтов,
на неустойчивых склонах, при наличии карстов и т. п.), если по
тем или иным условиям исключена возможность переноса трассы
проектируемой дороги, а следовательно, переноса сооружений в
места с более благоприятными геологическими условиями.Анализируя исходные данные, следует учитывать, что одина¬
ковые инженерно-геологические условия и процессы могут по-раз¬
ному влиять на состояние и работу различных по типу и конст¬
рукции фундаментов и сооружений в целом. В свою очередь, по¬
стройка сооружений и последующая их эксплуатация могут изме¬
нять характер и интенсивность проявления этих процессов.Известно, например, что под влиянием сотрясений, возникаю¬
щих при действии динамических нагрузок на грунты, их сопро¬
тивление сдвипГ уменьша~ется: увеличиваются осадки фундамен¬
тов, нарушается устойчивость грунтовых массивов.Не только механические воздействия оказывают неблагопри¬
ятное влияние на основания. Подтопление ранее устойчивых скло¬
нов после отсыпки насыпи и постройки опор может вызвать их
оползание. Из-за оттаивания вечномерзлых грунтов в основании
в ряде случаев появляются не предусмотренные проектом осадки
и перекосы фундаментов.19
а)V.6)8)г)I'/W/fW/MWWWAV'У ‘ V.’л--.4. wл ■ .a.Vd ' “* - WS.--:+-.• о - А *•.. • л. -V- -". • ‘л. *i/"- V*X- :V-: ь . . ..4-.'А • * & ‘"А'0тл" ’■л.\; *. .у:; :ь - *.д•.t.: -Ал.-А-:?.*’ «Рис. 2.1. Характерные схемы напластования (залегания) грунтов:I — слой или толща сильно сжимаемого грунта; 2 — то же, мало сжимаемого грунтаЧтобы исключить возможность появления недопустимых (по
условиям нормальной эксплуатации сооружений) деформаций
оснований и фундаментов, проектировщики должны иметь доста¬
точно полные, а главное, достоверные исходные данные и на
основе их обеспечить правильную оценку влияния разных инже¬
нерно-геологических и других факторов на прочность, устойчи¬
вость и деформативность грунтовых оснований как во время
строительства, так и в период эксплуатации сооружений. К этому
следует добавить, что проектирование фундаментов значительно
осложняется тем, что основание и фундамент при передаче нагру-
зок на грунт представляют "единую систему, элементы которой
состоят из матер"иаЛОИ о резке различающимися физико-механи¬
ческими свойствами.	“Так, фундаменты состоят из высокопрочных материалов (бе¬
тона и стали), физические и механические свойства которых почти
не изменяются под воздействием природных факторов. Основа¬
нием фундаментов я£лщотся грунты, имеющие значительно более
низкие характеристики физико-механических свойств, которые мо¬
гут изменяться под воздействием ряда природных факторов, в том
числе влажности и плотности. Из этого следует, что при выборе
типа и глубины заложения фундаментов решающее значение
имеют геологические условия, а именно характер напластования
грунтов и показатели их прочности и деформируемости.Несмотря на большое многообразие геологических условий,
их можно свести в несколько характерных схем напластования
(залегания) грунтов: толща сильно сжимаемых или малосжимае-
мых грунтов на глубину, превышающую возможности заложения
фундаментов современными способами, сложена однородными по
составу и сжимаемости грунтами (рис. 2.1, а); верхняя часть тол¬
щи, сложенная сильно сжимаемыми грунтами, подстилается мало
сжимаемыми грунтами или скальной породой (рис. 2.1, б); слои¬
стая толща с согласным (рис. 2.1, в) или выклинивающими¬
ся (рис. 2.1, г) залеганием пластов из грунтов, мало отличаю¬
щихся или сильно отличающихся 'по степени сжимаемости и со¬
ставу.20
Кроме перечисленных, могут быть и другие схемы с более
сложным залеганием грунтов, встречающиеся значительно реже
в фундаментостроении.К сильно сжимаемым грунтам относятся рыхлые пески, глини¬
стые £рунты с показателем консистенции 0,5 и больше, высокопо¬
ристые связные грунты. К мало сжимаемым относятся плотные
несвязные, твердые и полутвердые связные грунты.При анализе результатов изысканий, выполненных в местах:
строительства фундаментов, в первую очередь оценивают особен¬
ности залегания слоев и физико-механические свойства грунтов
каждого слоя с целью выбора несущего пласта и определения
прочности и сжимаемости основания.В качестве несущего пласта или основания в целом лучшими
являются скальные породы или мало сжимаемые грунты. Не ре¬
комендуется^ опирать низ свай, оболочек, столбов или подошву
опускных колодцев на сильно сжимаемые грунты.При определении несущей способности оснований фундаментов
глубокого заложения (методы — см. в гл. 5) в случаях обосно¬
ванного сомнения в достоверности исходных данных при сложных
геологических условиях, а также при необходимости допустить
нагрузки на фундаменты больше получаемых расчетом по дей¬
ствующим нормам проводят полевые испытания несущей способ¬
ности свай, оболочек и столбов, а также грунтов в основании
фундаментов.Полученные в результате полевых испытаний данные не мо¬
гут непосредственно отразить влияние на несущую способность
оснований таких факторов, как размывов дна водотоков, срезок
или подсыпок грунтов в местах возведения фундаментов, способов
разработки грунтов при погружении свай, оболочек и устройства
столбов. Эти факторы нужно учитывать (см. рекомендации гл. 5
и СНиП Н-17-77).В ряде случаев неблагоприятное влияние на прочность; устой¬
чивость и деформируемость оснований может оказывать повыше¬
ние или понижение уровня грунтовых вод в период эксплуатации
сооружений. Так, при заполнении водохранилищ вблизи сооруже¬
ний, построенных на просадочных или набухающих грунтах, воз¬
можно их замачивание и как следствие этого снижение их несу¬
щей способности и появление больших, не предусмотренных про¬
ектом неравномерных осадок фундаментов. Подобные осадки
могут происходить, если подошва фундаментов или низ их эле¬
ментов оперты на мало сжимаемые грунты, а вышерасположенная
большая толща грунтов будет уплотняться_ЕСледствие изменения
уровня грунтовых вод и зависать на боковой поверхности фунда¬
ментов, создавая значительную дополнительную нагрузку, а сле¬
довательно, существенно снижать расчетную (полезную) несу¬
щую способность основания фундаментов. При повышении уровня
вод возможно уплотнение просадочных грунтов. Рыхлые песчаные
грунты уплотняются при понижении уровня воды. Особенно боль¬
шие дополнительные нагрузки на фундаменты могут возникать21
при значительном уплотнении грунтов оснований устоев, которые
находятся в конусах высоких насыпей.При проектировании фундаментов необходимо уделять внима¬
ние проверке устойчивости с^онов^на которых будут возводиться
устои и промежуточные опоры, для предотвращения возможного
появления оползней.Оползни представляют массивы грунтов, сползшие или спол¬
зающие вниз по склону или откосу (искусственному склону) под
воздействием силы тяжести, веса пригрузки, гидродинамического
давления, сейсмических и других сил. Оползни чаще происходят
на крутых склонах, берегах водохранилищ и рек. Оползанию спо¬
собствует неблагоприятное чередование водоносных песчаных пла¬
стов с глинистыми грунтами или наличие подстилающих скальных
трещиноватых и водоупорных глинистых грунтов, наклон кровли
пластов и "плоскостей трещиноватости в сторону падения склона,
обводнения части или всего грунтового массива.Возникают оползни, когда силы, сопротивляющиеся движению
массива по склону, т. е. силы внутреннего сцепления и трения
грунтов, становятся меньше сил, стремящихся сдвинуть массив.
Сдвигающие силы возникают от воздействия веса сползающего
массива грунта и расположенных на нем насыпи и сооружения,
гидростатического и гидродинамического давлений, оказываемых
на массив подземными водами, перегрузок, вызываемых сейсми¬
ческими толчками или вибрацией от проходящих поездов.В практике строительства сооружений разного назначения
отмечены случаи оползания склонов: в результате их пригрузки
весом насыпи или сооружения; от значительного повышения или
понижения уровня поверхностных вод, омывающих склон; от ди¬
намического воздействия сваебойных молотов или вибропогру¬
жателей в процессе строительства фундаментов; при подрезке
основания склона; от вымывания пылеватых и песчаных частиц
выходящими к подошве склона грунтовыми водами и т. п. В пере¬
численных случаях во время изысканий и проектирования соору¬
жений оползней, как правило, не наблюдалось. Они появляются
лозже, после начала или в период строительных работ, а нередко
ii в период эксплуатации сооружений. Из этого следует, что мно¬
гие склоны, являющиеся потенциально оползнеопасными, могут
быть устойчивы в течение длительного времени, если действие
неблагоприятных факторов проявляется недостаточно интенсивно
(например, при малой высоте насыпи, отсутствии подтопления
склона) или когда склон обладает некоторым запасом устойчи¬
вости, который может уменьшаться постепенно.Следует помнить, что каждый случай неправильной оценки
устойчивости склонов при строительстве мостов приводит к до¬
полнительным затратам в сотни тысяч рублей, связанным с устра¬
нением последствий оползания склонов вместе с опорами и при¬
мыкающими участками подходных насыпей.В отдельных, к сожалению, еще нередко встречающихся слу¬
чаях к проектированию фундаментов приступают, не имея доста¬22
точно полных или достоверных результатов инженерно-геологи¬
ческих изысканий или же допускают непростительные погрешности
при анализе исходных данных, например, недооценивают возмож¬
ное уменьшение несущей способности и устойчивости грунтовых
оснований в период эксплуатации построенных сооружений в связи
с увеличением пригрузки склонов, изменением уровней грунтовых
и поверхностных вод, размывами дна водотоков и т. п.Чтобы исключить возможность появления недопустимых де¬
формаций фундаментов, проектировщики должны получать пол¬
ные, а главное, достоверные данные инженерно-геологических
изысканий, а затем объективно и правильно анализировать эти
данные. В случае обоснованного сомнения в их достоверности
или при недостаточной полноте данных, проектировщики обязаны
требовать проведения дополнительных изысканий, поскольку их
стоимость и трудоемкость в десятки, а иногда в сотни раз меньше
по сравнению с затратами на ликвидацию аварий.Только на основе всестороннего объективного анализа полных
и достоверных исходных данных можно правильно выбрать осно¬
вание и тип фундамента, т. е. по существу успешно начать проек¬
тирование фундаментов.2.3.	Рекомендации по выбору оснований и типов
фундаментовОснования и типы фундаментов выбирают в результате всесто¬
роннего анализа следующих, наиболее существенных факторов:
особенностей конструкции моста, а также требований, предъявляе¬
мых к фундаментам в отношении: допустимых значений осадок,
кренов и перекосов; величины и характера нагрузок, восприни¬
маемых фундаментами; особенностей напластования грунтов и их
физико-механических свойств; наличия грунтовых и поверхностных
вод и их режиме; наличия срезок, подсыпок и размывов дна
водотоков; климатических условий; характерных особенностей
местных условий; способов производства работ по строительству
фундаментов; результатов технико-экономического сравнения ва¬
риантов фундаментов разных типов.Выбор оснований и связанное с ним назначение глубины зало¬
жения фундаментов заключается в подборе несущего пласта
грунта, который будет воспринимать давление от сооружения и
передавать его на нижележащие подстилающие пласты слоистой
толщи. При однородной (неслоистой) толще грунтов выбор осно¬
вания сводится к определению необходимой глубины заложения
фундаментов, при которой грунты воспринимают нагрузки от соо¬
ружения. Как в первом, так и во втором случаях осадки и крены
фундаментов не должны превышать предельно допустимых зна¬
чений.Во всех случаях в качестве основания принимают малосжи-
маемые грунты или скальные породы, а также грунты средней23
сжимаемости (несвязные средней плотности или тугопластичные
связные грунты) (см. рис. 2.1, а, б).Иногда основаниями свайных фундаментов являются сильно
сжимаемые грунты (см. рис. 2.1, а) при условии обязательных
полевых испытаний статической нагрузкой свай для уточнения их
несущей способности.Выбор типа фундаментов рекомендуется начинать с обследо¬
вания экономической целесообразности и возможности применения
безростверковых опор из свай, оболочек или столбов. Если такие
опоры окажутся неприемлемыми, следует рассмотреть целесооб¬
разность применения фундаментов из тех же элементов, но с
плитой, расположенной над поверхностью грунта или дна водо¬
тока, а иногда и над уровнем низкшГвбдГ Фундаменты с плитой,
заглубленной в., грунт; надо применять в крайних случаях, когда
по местным условиям нормального пропуска~ледохода, лесоспла¬
ва, селевых потоков или по эстетическим требованиям плиту нель¬
зя расположить над грунтом или_ поверхностью воды.При выборе типа безростверковых опор под цельноперевози-
мые пролетные строения автодорожных и железнодорожных мос¬
тов следует в первую очередь воспользоваться типовыми_проек-
тами таких опор. Кроме типовых, рекомендуется обследовать
целесообразность применения безростверковых устоев из свай,
оболочек или столбов, сооружаемых с поверхности предваритель¬
но отсыпанных и уплотненных участков насыпей, примыкающих
к мостам.Преимущество таких устоев заключается в возможности ис¬
пользования связных грунтов насцпи взамен обсыпки их дрени¬
рующими грунтами; исключаются ручные работы, связанные с уп¬
лотнением грунта между сваями, оболочками или столбами и по¬
вышается его качество, резко уменьшается горизонтальное давле¬
ние грунтов насыпи на устои, что способствует значительному облег¬
чению их конструкции.На период до разработки типовых проектов безростверковых
опор под пролетные строения длиной 44 м и более такие опоры
рекомендуется проектировать индивидуально применительно к
конкретным местным условиям и реальным возможностям строи¬
тельных организаций.Для безростверковых опор под цельноперевозимые пролетные
строения автодорожных и железнодорожных мостов рекоменду¬
ются оболочки, столбы, сваи. Для опор под пролетные строения
длиной 44—55 м целесообразны колодцы-оболочки, а под пролет¬
ные строения длиной 55—110 м — облегченные цилиндрические
опускные колодцы.Фундаменты с плитой, расположенной над грунтом или в грун¬
те, следует проектировать преимущественно из свай, оболочек
или заранее изготовленных столбов. Использование буровых стол¬
бов, сооружаемых с применением инвентарных обсадных труб и
подводного бетонирования, допускается при строгом контроле за
соблюдением требований технологии работ.24
Применение буровых столбов, бетонируемых при наличии в
скважине глинистого раствора или избыточного давления воды,
следует рассматривать как вынужденное решение, возможное при
строгом контроле качества работ в период строительства фунда¬
ментов.В местах залегания вечномерзлых грунтов целесообразны
безростверковые опоры из столбов или оболочек. В сейсмических
районах рекомендуются опоры и фундаменты, низ элементов ко¬
торых опирается, как правило, на малосжимаемые грунты или
скальные породы. Нельзя опирать элементы на рыхлые несвязные
грунты, связные мягкопластичные, текучепластичные и текучие
связные грунты. Во всех случаях такие грунты необходимо проре¬
зать элементами до упора их низа в мало сжимаемые грунты.
В таких районах в конструкции свайных опор и фундаментов
с плитой над грунтом следует предусматривать, кроме вертикаль¬
ных, сваи с наклоном вдоль и поперек моста независимо от высоты
насыпи и длины пролетных строений. Столбы и оболочки в опорах
и фундаментах можно располагать вертикально при обеспечении
необходимой их жесткости в горизонтальном направлении.Выбору типа фундаментов на склонах и косогорах должна
обязательно предшествовать проверка их устойчивости на сдвиг
в период эксплуатации сооружений. При положительных резуль¬
татах такой проверки следует рассмотреть в первую очередь воз¬
можность и целесообразность строительства безростверковых
опор, а затем фундаментов с плитой, расположенной над грунтом.Фундаменты с заглубленной в грунт плитой можно рекомен¬
довать в виде исключён^, особенно для устоев. Если на склонах|
предстоит расположить устои и опоры, то в их конструкции мини¬
мум один-два передних ряда свай необходимо предусмотреть
с наклоном в сторону отверстия моста.Оболочки и столбы фундаментов и безростверковых опор реко¬
мендуются для любых немерзлых и мерзлых грунтов, включая
крупнообломочные и скальные породы.Сваи целесообразно применять в грунтах, допускающих воз¬
можность погружения на расчетную глубину без устройства лич
дерных скважин. Не рекомендуются сваи для фундаментов с пли-|
той над грунтом в пределах водотоков, где возможно абразивное
истирание бетона, а также для безростверковых опор в руслах!
замерзающих постоянных водотоков.	\Опускные колодцы целесообразны в разных грунтах, для раз¬
работки и удаления которых (из колодцев) у строительных орга¬
низаций имеется достаточно эффективное технологическое обору¬
дование, особенно по удалению крупных валунов, зачистке и пла¬
нировке поверхности скальных пород, твердых связных грунтов и
сцементированных песков и крупнообломочных отложений.В анализе исходных данных необходимо стремиться к созда¬
нию опор или фундаментов из минимального количества верти-
кальных элементов возможно меньшего поперечного сечения. Это
требование можно выполнить, еслитшз элементов опирать на ма-25
лосжимаемые грунты или скальные породы, а в грунтах средней
сжимаемости применять элементы с уширенной пятой.При недостаточной жесткости фундаментов или безростверко¬
вых опор в горизонтальном направлении часть элементов прихо¬
дится располагать в наклонном положении.Оптимальными следует считать решения, где в качестве осно¬
ваний приняты грунты, при заглублении в которые в поперечном
сечении элементов вблизи плиты фундамента или опоры осевые
сжимающие напряжения от расчетных нагрузок в полых и сплош¬
ных сваях или полых оболочках с утолщенной стенкой будут в
диапазонах 60—80 кгс/см2, в буровых и бурообсадных столбах
40—60 кгс/см2. Это условие можно выполнить, опирая низ элемен¬
тов на грунты с высокой несущей способностью или устраивая
уширенные пяты.	'В большинстве случаев более целесообразно увеличивать глу¬
бину заложения элементов с целью опирания их низа на хорошие
грунты, чем увеличивать количество элементов меньшей длины,
опертых на более слабые грунты.При назначении глубины заложения фундаментов необходимо
учитывать, что серийно выпускаемым в настоящее время обору¬
дованием можно погрузить в разные покровные отложения, напри¬
мер в рыхлые пески или в пластичные связные грунты: призма¬
тические сваи на глубину — до 24 м; полые железобетонные со¬
ставные сваи — до 40 м; стальные забивные сваи — до 70 м;
железобетонные оболочки — до 50 м; буровые сваи-столбы — до
40 м; опускные колодцы — до 40 м. Глубины погружения перечис¬
ленных элементов в случае необходимости могут быть увеличены,
если применить более эффективное технологическое оборудование.Тип и глубину заложения фундамента нужно выбирать на
основании эскизного обследования разных вариантов по затратам
материалов и стоимости (см. гл. 3 и 4).Глава 3КОНСТРУИРОВАНИЕ СВАЙНЫХ ФУНДАМЕНТОВ3.1.	Конструкции свайКлассификация свай. Большое количество типов свай (более
100), применяемых в отечественном и зарубежном фундаменто-
строении, можно классифицировать по трем наиболее существен¬
ным признакам: по особенностям передачи нагрузки на грунт;
по способу заглубления или устройства свай в грунте; по мате-
риалу."Специфической особенностью свай любого типа, в том числе
свай-оболочек и свай-столбов, является передача нагрузки на
грунт их нижним концом и боковой поверхностью. В зависимости26
от характера напластования и физико-механических свойств грун¬
тов сваи могут передавать всю воспринимаемую нагрузку на грунт
преимущественно нижним концом или боковой поверхностью.
В соответствии с этим их подразделяют на два основных типа:
сваи-стойки, передающие нагрузку в основном нижним концом
или уширением (уширенной пятой) на любые малосжимаемые
грунты; сваи висячие, передающие нагрузку на любые грунты
боковой поверхностью и нижним концом. Кроме перечисленных
основных типов, можно еще назвать сваи уплотнения с наклонной
боковой поверхностью (конические, пирамидальные, клиновид¬
ные), сваи трения, передающие нагрузку только трением по боко¬
вой поверхности (анкерные, воспринимающие растягивающие
усилия).По способу^ устройства различают сваи, изготавливаемые за¬
ранее и погружаемые в грунт в готовом виде; сваи, сооружаемые
(бетонируемые) в грунте, на месте возведения фундамента; ком¬
бинированные, состоящие из свай первых двух типов.В зависимости от материала сваи бывают деревянные, бетон¬
ные, железобетонные, стальные и комбинированные.Кроме перечисленных основных признаков, сваи различают:
по форме поперечного сечения — круглые, квадратные, прямо¬
угольные, треугольные, многогранные, трубчатые, крестового се¬
чения и др.; по форме продольного сечения — цилиндрические или
призматические, конические или пирамидальные, с рифленой по¬
верхностью и др.; по характеру действующего усилия — сжатые
и растянутые, а также работающие на изгиб; по расположению
в фундаменте — вертикальные и наклонные; по способу погруже-
ния— забивные, завинчиваемые, погружаемые вибрацией, заглуб¬
ляемые в предварительно пробуренные (лидерные) скважины
и др.Применяемые в конструкции фундаментов и безростверковых
опор сваи, сваи-оболочки и сваи-столбы различаются по разме¬
рам поперечного сечения, способу заглубления в грунт и харак¬
теру взаимодействия с грунтом. Под термином «свая» подразу¬
мевают полный или сплошного сечения деревянный, железобетон-
ный или стальной элемент диаметром не более 0,8 м, погружаемый
принудительно любым способом в грунт с'закрытым нижним кон¬
цом (или с открытым концом, но заглубляемый- без удаления
Грунта из его внутренней полости), а также элемент, устанавли¬
ваемый в полость заранее пробуренной скважины и принудитель¬
но допогружаемый до наступления сопротивления грунта, обеспе¬
чивающего восприятие расчетной нагрузки. Термином «свая-
оболочка» обозначают полый или заполняемый бетонной смесью
после заглубления в грунт железобетонный или стальной элемент
диаметром 1—3 м, который принудительно погружают открытым
нижним концом и выемкой грунта из его полости, или такой же
элемент, устанавливаемый в предварительно пробуренную сква-
жину. Термином «свая-столб» обозначается несущий элемент
диаметром 0,8 м и Тюлее, сооружаемый на месте строительства27
(фундамента путем устройства в грунте любым способом скважины
и последующего заполнения ее бетонной смесью, или же заранее
изготовленный элемент, устанавливаемый в предварительно про-
■буренную скважину без последующего принудительного заглубле¬
ния его нижнего конца в грунт.Общим для всех термином является понятие «свая», указыва¬
ющее на то, что обозначаемые этими терминами элементы явля¬
ются основной несущей частью фундаментов независимо от их
конструкции, методов расчета и возведения. Несмотря на общ¬
ность между этими элементами имеются и различия, по которым
произведена квалификация свай. Существенное различие в мето¬
дах заглубления элементов в грунт влияет на плотность, а сле¬
довательно, и на несущую способность грунтов, находящихся под
нижним концом и вдоль боковой поверхности элементов. Из-за
вытеснения грунта принудительно погружаемыми «сваями» его
плотность вблизи свай превышает природную. Вследствие прину¬
дительного заглубления низа свай-оболочек в грунт он сохраняет
природную плотность. В результате устройства свай-столбов про¬
исходит некоторое разуплотнение грунтов основания.Сваи и оболочкй7 погружашые в грунт. Сваи и оболочки наи¬
более распространены в фундаментах зданий и сооружений раз¬
ного назначения. К погружаемым относятся все виды деревянных,
стальных и заранее изготовленных железобетонных свай, прину¬
дительно заглубляемых в грунт разными способами.Из деревянных свай часто строят фундаменты и опоры вре¬
менных сооружений, в том числе мостов на автомобильных доро¬
гах местного значения, а также подмостей разных типов. Дере¬
вянные сваи применяют для фундаментов капитальных сооруже¬
ний в удаленных от транспортных магистралей лесных районах,
а также иногда в местах наличия среды, агрессивной по отноше¬
нию к бетону или металлу. Такие сваи просты в изготовлении,
имеют небольшую массу, что облегчает их транспортирование
.к месту работ и погружение в грунт.Сваи изготовляют преимущественно из сосны, реже из ели и
лиственницы, а также пихты, кедра и дуба. Используют древесину
зимней рубки как более прочную. Влажность древесины свай не
ограничивается.Одиночные сваи изготовляют из бревен со сбегом (конич-
ностью) не более 1 см на 1 м; кривизна бревен допускается
только односторонняя, не более 1%. Бревна очищают от коры,
сучьев и наростов. Естественную коничность сохраняют, если она
не препятствует погружению свай; в противном случае, например
для возможности погружения свай сквозь ячейки направляющего
каркаса, бревна цилиндруют.Диаметр одиночных свай в тонком конце — не менее 0,18 м,
длина свай — от 4,5 до 8,5 м. Более длинные сваи изготовляют
по индивидуальному заказу.Для облегчения погружения нижний конец сваи заостряют,
придавая ему форму трех- или четырехгранной пирамиды (рис.28
Рис. 3.1. Деревянные одиночные сваи и их детали:/—свая; 2— предохранительный диск; 3— штырь; 4 — острие сваи; 5 — бугель; б — баш¬
мак; 7 — накладка; в— шурупы; 9 — стык; 10 — патрубок; 11 — хомут; 12 — болт3.1,	а, б). Длину заострения принимают в зависимости от плот¬
ности грунтов, равной 1,5—2 диаметрам сваи. Во избежание смя¬
тия нижний конец сваи (острие) притупляют. Если сваи погру¬
жают в грунты с твердыми включениями, острие закрывают сталь¬
ным сварным башмаком. Чтобы предотвратить возможность
отклонения от заданного направления погружаемой сваи, ее острие
должно совпадать с продольной осью, а грани составлять одина¬
ковые углы наклона к оси.Если сваи забивают подвесным или одиночного действия мо¬
лотом, для предотвращения от размочаливания на верхний конец
(голову) сваи надевают предохранительный диск или бугель из
полосовой стали (см. рис. 3.1, а, б). Во всех случаях использова¬
ния молотов двойного действия и дизель-молотов диски и бугели
не применяют, поскольку конструкция шаботов этих молотов пре¬
дотвращает возможность размочаливания голов свай.При отсутствии длинномерного лесоматериала бревна наращи¬
вают, допуская не более одного стыка по длине сваи. В месте
стыка диаметры бревен должны быть одинаковыми и не менее
0,2 м. Стыкуют в торец, ставя по оси бревен штырь и перекрывая
стык четырьмя стальными полосовыми или уголковыми наклад¬
ками (рис. 3.1, в), или используют отрезок трубы (патрубок) той
же длины (рис. 3.1, г). Накладки или патрубок крепят болтами
диаметром 19—25 мм или шурупами. Иногда применяют стык
вполдерева на двух хомутах (рис. 3.1, д). Стыки следует распо¬
лагать так, чтобы они после забивки свай находились на глубине
не менее 2 м от поверхности грунта, а стыки смежных свай были29
в разных уровнях на взаим¬
ном расстоянии по высоте не
менее 0,75 м.Пакетные сваи длиной до
25 м изготовляют из трех
или четырех бревен (или
брусьев), соединенных меж¬
ду собой болтами диаметром
19—25 мм, которые разме¬
щают на взаимных расстоя¬
ниях 0,5—1 м. Вблизи голо¬
вы и острия сваи расстояния
Рис. 3.2. Типы поперечных сечений сталь- между болтами уменьшают
ных свай	до о,1—0,3 м. Стыки пере¬крывают стальными наклад¬
ками и располагают вразбежку на расстоянии не менее 1,5 м и не
менее шести диаметров бревен. Заострение пакетной сваи делают
общим на все бревна, усиливая его в случае необходимости сталь»-
ным башмаком. Для возможности забивки свай через направляю¬
щие каркасы стыковые накладки и головки болтов располагают
вровень с боковой поверхностью сваи.Недостатками деревянных свай являются ограниченная длина,
трудность погружения в плотные грунты, способность к загнива¬
нию, возможность повреждения насекомыми.Хорошо сохраняются деревянные сваи, длительное время на¬
ходящиеся постоянно под водой или в воздушно-сухой среде.Чтобы предотвратить возможность гниения, верх свай в кон¬
струкции фундаментов с заглубленной в грунт плитой срезают
на 0,5 м ниже самого низкого уровня грунтовых или поверхност¬
ных вод. Однако при назначении отметки срезки деревянных свай
приходится учитывать, что сведения о колебаниях грунтовых вод
значительно менее точны по сравнению с данными об изменении
поверхностных вод. Уровень грунтовых вод может резко изме¬
няться в период дождей и засух. При строительстве в городах
фундаментов из деревянных свай необходимо учитывать пониже¬
ние уровня воды вследствие использования грунтовых вод для
водоснабжения и других целей. Сваи, длительное время, располо¬
женные в зоне переменного увлажнения, защищают от загнива¬
ния, пропитав древесину креозотом или другими материалами.Стальные сваи применяют преимущественно в сложных геоло¬
гических условиях, когда непосредственное заглубление железо¬
бетонных свай невозможно; например, в галечно-валунные отло¬
жения, в грунты с твердыми включениями в виде валунов, заи¬
ленных предметов и т. п. Такие сваи допустимы также для усиле¬
ния фундаментов, поскольку значительно упрощается их наращи¬
вание по мере заглубления в грунт.Стальные сваи можно разделить на два основных типа. Сваи
замкнутого поперечного сечения (первый тип) погружают с выем¬
кой грунта (рис. 3.2, а) и затем заполняют бетонной смесью или30
погружают без выемки грунта из их полости. Для таких свай
используют стальные трубы, а также элементы, сваренные из двух
двутавров или двух швеллеров. В виде исключения для этих це¬
лей допустим стальной шпунт. Нижний конец сваи оставляют
открытым или закрывают наконечником. Сваи незамкнутого се¬
чения (второй тип) погружают без выемки грунта (рис. 3.2, б).
Изготовляют их из широкополых двутавров или элементов, состав¬
ленных из двутавров, равнобоких уголков, сваренных подошвами
рельсов. Кроме приведенных, применяют также элементы других
сечений.Существенным недостатком стальных свай является их корро¬
зия от воздействия окружающей среды. Наибольшая интенсив¬
ность коррозии стали 0,1—0,2 мм/год в зоне грунт — вода, в зоне
попеременного смачивания и высыхания — до 0,4—0,5 мм/год.Сведения, полученные отдельными исследователями на основе
изучения образцов стальных элементов, находящихся в воде и
грунте более 50 лет, показывают, что в ряде случаев коррозия
металлических конструкций происходит с интенсивностью ниже
упомянутых величин. Поэтому приводимые разными исследова¬
телями данные без подробной характеристики местных условий
нельзя распространять на другие условия ввиду их большого мно¬
гообразия.Для защиты от коррозии стальных свай используют разные
покрытия, в том числе из битума, бетона, каменноугольной смолы,
красок, эпоксидных смол. Покрытия наносят по всей длине свай
или только в наболее опасных местах.Железобетонные сваи широко применяют для фундаментов
капитальных зданий и сооружений разного назначения, в том
числе мостов. В фундаментах мостов наиболее часто используют
сплошные квадратного сечения сваи 0,3 X 0,3, 0,35X 0,35 и 0,4Х
X 0,4 м, реже находят применение сваи прямоугольного сечения.
На полые составные по длине сваи диаметром 0,4 и 0,6 м ориен¬
тируются, как правило, при необходимости заглубления их на
20 м и более.Призматические сваи для фундаментов мостов (рис. 3.3) с не-
напрягаемой и предварительно напряженной арматурой изготов¬
ляют по типовым проектам из бетона не менее М-300, а цилиндри¬
ческие сваи — из бетона М-400. Призматические сваи армируют
продольными стержнями диаметром от 12 до 32 мм. В зависимости
от величины расчетного изгибающего момента сечение продоль¬
ной арматуры изменяется от 0,8 до 4% площади поперечного
сечения сваи.Для экономии арматуры в сваях длиной более 10 м ставят
переменное по длине количество продольных стержней или умень¬
шают их сечение (при постоянном количестве) от точек подъема
сваи к ее концам.В качестве поперечной арматуры раньше использовали замкну¬
тые хомуты. В настоящее время применяют спираль из проволоки
6 8 мм с шагом 0,1—0,2 м. Ввиду значительных местных напря-31
IРис. 3.3. Железобетонная призматическая
сваяжений, возникающих в бетоне вблизи головы и острия сваи в
период забивки, поперечную арматуру в этих местах располагают
с уменьшенным до 5—10 см шагом.Чтобы предохранить от повреждения голову сваи, помимо кон¬
турных хомутов, иногда дополнительно размещают внутренние хо¬
муты или спиральную арматуру. Широко распространено армиро¬
вание голов свай горизонтальными сетками из стержней диаметром
6—8 мм. Первую сетку устанавливают на расстоянии 3—5 см от
торца, а затем через каждые 5 см четыре — шесть сеток с ячейка¬
ми до 5 см.Нижний конец сваи оформляют в виде острия из загнутых про¬
дольных стержней. Если сваи необходимо погружать в галечно-гра¬
вийные отложения, острие окантовывают стальным наконечником.Мощность армирования свай продольными стержнями определя¬
ют расчетом по условию восприятия изгибающих и сжимающих
нагрузок, возникающих в сваях в период эксплуатации сооружений
и проверяют на изгиб при подъеме свай на копер с коэффициен¬
том динамичности 1,25 при расчете на прочность и 1,5 на трещино-
стойкость.Защитный слой бетона в сваях для фундаментов мостов в обыч¬
ных условиях равен 3 см, для свай в районах с низкими отрица¬
тельными температурами воздуха — 5 см.Цельные сваи изготовляют, как правило, длиной, не более чем
в 50 раз превышающей размер их поперечного сечения. Если та¬
кой длины оказывается недостаточно, сваи стыкуют из отдельных
секций.Сваи большой длины применяют при необходимости их погруже¬
ния на значительную глубину в толщу сильно сжимаемых (сла¬
бых) грунтов. Если же под ней на большой глубине расположены
грунты средней сжимаемости, переходят на забивные сваи с уши¬
ренной пятой (уширением). Иногда такую пяту используют для
предохранения от повреждений антикоррозионной изоляции боко-32
вой поверхности свай в процессе их забивки в агрессивную по от¬
ношению к бетону среду.Применяют бетонируемые совместно со сваей прямоугольные или
квадратные уширения (рис. 3.4, а и б) или приставные квадратные
(рис. 3.4, в), а также квадратные или круглые (рис. 3.4, в, г). Пло¬
щадь: поперечного сечения уширения принимают в 2—4 раза боль¬
ше площади сечения ствола сваи. Используя типовое армирование
свай, бетонируемых совместно с уширениями, их не армируют, ес¬
ли высота уширений в 4—5 раз превышает ширину сваи.Уширенные пяты обеспечивают возможность уменьшить на 30—
50% длину свай и за счет этого соответственно сократить расход
бетона и в 2—3 раза потребность в арматуре. Железобетонные за¬
бивные сваи с пятами в последние годы встречаются в фундамен¬
тах нескольких построенных зданий и сооружений, а также мостах.Нагрузки на сваи назначают исходя из условий предельного
использования прочностных свойств материалов, если только позво¬
ляет несущая способность грунтов. Так, расчетные осевые нагрузки
при учете сжимающих напряжений от изгибающего момента (в
фундаментах, мостов) приняты для свай сечением 0,3X0,3 м от 50
до 90 тс, сечением 0,35X0,35 м —70—120 тс, 0,4 X 0,4 м — 80—
150 тс.Железобетонные оболочки применяют для фундаментов и опор
мостов, гидротехнических и других сооружений в местах, где сваи
экономически менее выгодны или технически нецелесообразны (на¬
пример, при строительстве эстакад значительной протяженности,\а1 1i\*щ,5»т/Рис. 3.4. Уширения нижней части железобетонных свай2—205733
в случае возведения фундаментов мостов в пределах глубоких во¬
дотоков и т. п.).Свая-оболочка представляет собой железобетонный тонкостен¬
ный пустотелый цилиндр с обычной или предварительно напряжен¬
ной продольной и спиральной поперечной арматурой. Такие оболоч¬
ки готовят преимущественно отдельными секциями, длина которых
определяется технологическими возможностями завода-изготовите-
ля (или полигона), условиями транспортирования, а также грузо¬
подъемностью кранового оборудования на строительной площадке.
Как правило, длину секции оболочки принимают от 6 до 12 м. Для
предварительного укрупнения оболочек на строительной площадке
и их наращивания в процессе погружения применяют стыки раз¬
личной конструкции. Нижние концы оболочек обустраивают нако-
иечниками-ножами, конструкция которых зависит главным образом
от местных геологических условий строительства.Оболочки после погружения их в грунт могут быть заполнены
бетоном или песком, а также оставлены в конструкции фундамен¬
та без заполнения их полости. В последнем случае сечения оболо¬
чек и их армирование определяют не только расчетом на монтаж¬
ные нагрузки и динамические усилия от вибропогружателя, но и
на эксплуатационные нагрузки. 'Применение оболочек из предварительно напряженного железо¬
бетона обычно обусловливается требованиями повышенной трещи-
ностойкости и коррозионной устойчивости (для фундаментов в аг¬
рессивной среде, в том числе для морских причальных сооруже¬
ний), экономии металла и, что наиболее важно, увеличения про¬
дольной жесткости оболочек при большой их длине (более 30 м) с
целью повышения эффективности вибропогружения.В отечественном мостостроении широко применяют оболочки
диаметром 1,2, 1,6 и 3 м (рис. 3.5) с обычной (ненапрягаемой) арма¬
турой. Продольная арматура оболочек имеет диаметр 20 мм и бо¬
лее из стали периодического профиля класса A-II, а спиральная из
проволоки — диаметр не менее 8 мм из гладкой стали класса A-I.
В оболочках диаметром 1,2 м продольную арматуру ставят в один
ряд, в оболочках диаметром 1,6 м и более арматура может быть
расположена в один и два ряда. Двухрядное расположение арма¬
туры рекомендуется для оболочек, оставляемых в фундаментах или
опорах без бетонного заполнения.Продольные стержни арматуры оболочек находятся на расстоя¬
нии в свету не менее 5 см и не более 20 см, но не свыше полуторной
толщины стенки оболочки. Шаг спиральной арматуры назначают
10—15 см. Вблизи стыковых соединений и наконечника на длине1	м шаг спирали уменьшают в 1,5—2 раза по сравнению с приня¬
тым на остальной части оболочки.Защитный слой бетона с внешней и внутренней сторон оболочек
должен быть не менее 3 см.В случаях когда армирование типовых оболочек недостаточно
для воспринятая растягивающих напряжений от эксплуатацион¬
ных нагрузок, в полость оболочек (заполняемых бетоном) устанав-34
Ф20\SРис. 3.5. Секция железобетонной оболочкиливают по расчету дополнительную арматуру в виде каркаса. Диа¬
метр стержней дополнительной арматуры — не менее 20 мм, а про¬
волоки спирали — не менее 8 мм.Секции оболочки соединяют между собой (при укрупнительной
сборке на строительной площадке или наращивании в процессе по¬
гружения их в грунт) стыковыми устройствами различной конст¬
рукции (рис. 3.6).Сварка выпусков продольной арматуры оболочек внахлестку
или двусторонними накладками с последующим омоноличиваннем
стыков бетоном или расширяющимся цементным раствором наибо¬
лее экономична по расходу стали и упрощает изготовление оболо¬
чек. Однако такой способ пригоден в основном лишь для предва¬
рительной укрупнительной сборки оболочек на строительной пло¬
щадке. Для наращивания секций оболочек в процессе погружения
этот тип стыка не рекомендуется.Фланцевый стык на болтах (рис. 3.6, а) наиболее универсален и
удобен в работе при соединении секций между собой и оболочки
с наголовником вибропогружателя. Фланцы могут быть сварными
или литыми. Для обеспечения точного расположения относительно
продольной оси оболочек фланцы приваривают к продольной арма¬
туре с применением специальных кондукторов. Между собой флан¬
цы соединяют на болтах, при этом во избежание отвертывания гай¬
ки приваривают к стержню болтов. Стыки на сварке стальных па¬
трубков (рис. 3.6, б), уголков (рис. 3.6, в) или фланцев (рис. 3.6,
г), заделанных в секции оболочек при их изготовлении, могут при¬
меняться как при укрупнительной сборке на строительной площад¬
ке, так и при наращивании оболочек в период погружения. Сталь¬
ные патрубки или фланцы приваривают к продольной арматуре
при заготовке арматурного каркаса оболочки.К недостаткам фланцево-болтовых стыков следует отнести за¬
метную упругую их податливость от воздействия изгибающих мо¬
ментов, большой расход стали и сложность изготовления. Вследст¬
вие податливости таких стыков в расчетах на изгиб свай-оболочек
их продольную арматуру допускается учитывать в работе только
частично исходя из фактического удлинения ввиду существенной де-
формативности стыковых колец фланцев (см. рис. 3.6, а). К недо¬
статкам сварных стыков относится трудность закрепления неавто¬
матического наголовника вибропогружателя на оболочке (прихо¬
дится приваривать временные болты, срезаемые по ходу погруже¬
ния) и возможность появления при сварке температурных трещин
в бетоне, примыкающем к стыку. Достоинство таких стыков воз¬
можность учета в работе на изгиб и растяжение продольной арма¬
туры оболочек.Анализ опыта применения стыков различной конструкции при
строительстве фундаментов из оболочек показал, что лучшим яв¬
ляется для предварительной укрупнительной сборки на строитель¬
ной площадке стык на сварке обечаек, а для наращивания оболо¬
чек в процессе погружения — фланцевый на болтах.В целях облегчения погружения оболочек в грунт, а также для
предотвращения их разрушения при встрече с препятствиями или
же при бурении скальных пород нижний конец оболочек снабжают
наконечником.В оболочках диаметром 1,2 м и более применяют, как правило,
наконечник (нож) открытой конструкции (рис. 3.7). При погруже-в) VTIT" I г)1гт*4f-.d£'ПРис. 3.6. Стыки секций оболочек:	1/ — спиральная арматура; 2 —стержень продольной арматуры; 3 —наконечник стержня;
4 — гайка; 5 — кольца; 6 — шайба; 7 — ребро; 8 — обечайка; 9 — бетон; 10 — кольцевой
стержень; // — уголок; 12 — стержень дополнительной арматуры36
а)i)в)I -fiiiV.Й\11aУA' "!f:Z&Уi4;/Рис. 3.7. Ножи оболочекнии таких оболочек в слабые и средней плотности грунты, а также
толстостенных оболочек, опираемых на поверхность слабых скаль¬
ных пород, рекомендуется нож, показанный на рис. 3.7, а.Оболочки, погружаемые в плотные и средней плотности грунты,
включая и гравийно-галечные отложения, целесообразно снабжать
ножом, изображенным на рис. 3.7, б. С целью предохранения ниж¬
ней части оболочек от разрушения при бурении станками скважин
в скальной породе (для заделки низа несущих столбов) использу¬
ют нож высотой 0,5—1 м (рис. 3.7, в). При погружении оболочек
с утолщенной стенкой сквозь рыхлые в средней плотности грунты
целесообразен нож клинового профиля (рис. 3.7, г).Ножи, как правило, приваривают непосредственно к продольной
арматуре нижних секций оболочек. Однако при необходимости их
можно изготовлять отдельно и крепить (болтами или сваркой) к
стыковым закладным частям секций оболочек.Изготовление оболочек секциями небольшой длины значительно
упрощает последующие транспортирование и погружение их в грунт
при условии оформления стыковых соединений с допусками, преду¬
смотренными действующими нормативными документами.Описанные типы соединений секций оболочек не могут охватить
большого разнообразия возможных решений. Здесь рассмотрены
только стыки, которые применяются в настоящее время отечествен¬
ными мостостроительными организациями. Из других решений наи¬
более перспективны стыки с применением, эпоксидных клеев. Пред¬
варительные исследования показывают, что такие соединения могут
оказаться в ряде случаев значительно эффективнее применяемых
стыков.Ножи, как правило, не делают для оболочек, устанавливаемых
в предварительно пробуренные скважины. В остальных случаях тип
ножа выбирают в зависимости от физико-механических свойств
грунтов, проходимых нижним концом оболочек, а также от спо¬
соба погружения. Попытки отказа от применения ножей с целью
экономии металла приводили к повреждению оболочек, в резуль¬
тате чего получились значительные убытки и непроизводительная
затрата времени на замену поврежденных оболочек.37
Сваи и столбы, сооружаемые в грунте. Сваи и столбы этого типа
применяют в случаях, когда использование погружаемых свай
или оболочек по тем или иным причинам затруднительно или эко¬
номически нецелесообразно. Для таких свай и столбов характерно
предварительное устройство в грунте скважин с последующим за¬
полнением их бетонной смесью или же установкой в них заранее
изготовленных элементов, как правило, без принудительного допо-
гружения.В зависимости от геологических и гидрогеологических условий
скважины разрабатывают насухо или подводным способом, прини¬
мая меры против обрушения грунтов. К таким мерам относятся за¬
полнение разрабатываемых скважин водой, глинистым раствором
или применение обсадных труб. Наиболее простая мера, предот¬
вращающая обрушение водонасыщенных несвязных грунтов — за¬
ливка воды в скважину до уровня на 3,6—5 м, превышающего от¬
метку грунтовой воды или акватории. Если по каким-либо причи¬
нам это нельзя осуществить, взамен воды применяют глинистый
раствор, уровень которого постоянно поддерживают на отметке
(или несколько выше) акватории или уровня грунтовых вод. Такой
раствор предотвращает обрушение как водонасыщенных, так и
влажных несвязных грунтов. Интенсивность его фильтрации сквозь
поры несвязного грунта значительно ниже, чем у воды.Самый надежный способ предотвращения обрушения грунтов —
использование инвентарных или оставляемых в грунте обсадных
труб. В зависимости от физико-механических свойств грунтов, ха¬
рактера напластования, диаметра и длины обсадных труб их погру¬
жают с закрытым или открытым нижним концом. С закрытым кон¬
цом погружают трубы диаметром до 0,8 м в грунты без валунов*
скальных прослоек и других твердых предметов. В остальных слу¬
чаях трубы заглубляют с открытым концом, периодически удаляя
из них грунт.В процессе принудительного погружения плотность грунтов во¬
круг труб с закрытым концом по сравнению с естественной увели¬
чивается и сохраняется повышенной после укладки бетонной смеси
и извлечения труб. Поскольку грунты уплотняются так же, как и
при забивке свай, то элементы, бетонируемые с применением об¬
садной трубы, заглубляемой с закрытым нижним концом, относят¬
ся к типу свай, сооружаемых в грунте. К сваям также относятся
элементы, бетонируемые в скважинах диаметром до 0,8 м, в кото¬
рых смесь укладывают беспрерывно, заполняя всю скважину в те¬
чение времени, не превышающего срока начала схватывания це¬
мента (по всей длине сваи). В этих случаях под воздействием дав¬
ления большого столба несхватившейся бетонной смеси устраняется
разуплотнение, наступившее в результате удаления грунта из сква¬
жины, и восстанавливается естественная плотность грунтов, а в ря¬
де случаев и несколько увеличивается по сравнению с естественной.
Характерной особенностью свай некоторых типов является также
принудительное уплотнение бетонной смеси, укладываемой в извле¬
каемую инвентарную трубу.38
К столбам, сооружаемым в грунте, относятся элементы, заранее
изготовленные и затем устанавливаемые в скважины или бетони¬
руемые на месте в скважинах, при устройстве которых плотносгь
грунтов на контакте с боковой поверхностью и торцом элементов
снижается по сравнению с естественной или сохраняется равной ей.Если применяют сваи и столбы без уширенной пяты в нескаль¬
ных грунтах, то лимитирующим фактором является прочность
грунтов, а не бетона. При опирании элементов на скальную породу
или устройстве в их основании уширенной пяты приходится учи¬
тывать величину нагрузки, которую безопасно по условиям проч¬
ности бетона может выдержать ствол сваи или столба.В построенных в нашей стране сооружениях напряжения сжа¬
тия в бетоне ствола свай и столбов в нескальных грунтах состав¬
ляют 50—60 кгс/см2.Вследствие специфических особенностей технологии сооружения
свай и столбов в грунте они обладают некоторыми преимущества¬
ми по сравнению с принудительно погружаемыми сваями и оболоч¬
ками. К наиболее существенным преимуществам относятся: возмож¬
ность изготовлять нестыкованные сваи-столбы большой длины; ар¬
мирование свай и свай-столбов производится только на действие
эксплуатационных нагрузок; отпадает необходимость в площадках
и оборудовании для изготовления и складирования свай; исклю¬
чается перевозка свай и связанная с этим опасность их поврежде¬
ния в этот период; возможность производства работ по сооружению
фундаментов (с применением задавливаемых инвентарных обсад¬
ных труб) вблизи существующих зданий и сооружений, для сохран¬
ности которых не допустимы сотрясения грунта.Наряду с преимуществами сваи и столбы имеют ряд недостат¬
ков, из которых наиболее существенны следующие: нагружение
сваи возможно через 28 сут после их изготовления, т. е. после при¬
обретения бетоном расчетной прочности; отсутствие контроля за
качеством уложенного бетона и свай в целом; возможность появ¬
ления не поддающихся контролю дефектов в виде разрывов сплош¬
ности ствола сван при подъеме обсадных труб; образование местных
сужений ствола и каверн; значительные затраты труда на зем¬
ляных работах по устройству скважин; необходимость дополнитель¬
ных затрат по осуществлению мер против обрушения грунта с бо¬
ковой поверхности устраиваемых скважин; осложнение работ по
сооружению свай при низких отрицательных температурах. В водо¬
насыщенных несвязных грунтах необходимо принимать меры про¬
тив возможного вымывания цемента свежеуложенной бетонной
смеси свай фильтрующимися грунтовыми водами.Несмотря на отмеченные недостатки, сооружаемые в грунте сваи
широко применяют в фундаментах опор мостов и несущих колонн
каркасных зданий, передающих на грунт большие сосредоточенные
давления, используют при необходимости передачи на фундаменты
значительных горизонтальных нагрузок: при наличии препятствий
в грунтах, исключающих возможносгь забивки свай или вибропо-
тружения, их возводят рядом с существующими зданиями и соору-39
жениямн, где имеется опасность их повреждения вследствие сотря¬
сения грунта в процессе принудительного заглубления свай и обо¬
лочек, применяют в местах, где поверхность несущего пласта име¬
ет значительную разницу в отметках, а также при необходимости
заделки низа столба в скальные породы.Вертикальные сваи диаметром 0,4; 0,5; 0,6 и 0,8 м и с ушире-
ниями диаметром 1,2; 1,4 и 1,6 м применяют для промышленных и
жилых зданий в сухих и водонасыщенных грунтах. Длина свай
5—16 м. Нагрузка на сваю 60—300 тс.В сухих и маловлажных связных грунтах скважины бурят без
обсадных труб. Для бетонирования используют литую смесь с осад¬
кой конуса 14—16 см (бетон не ниже М = 200). В неустойчивых
и водонасыщенных грунтах скважины разрабатывают при наличии
в них глинистого раствора. Бетонную смесь укладывают подводным
способом.В нашей стране из столбов диаметром от 0,9 до 1,7 м с уши-
рением от 2,5 до 3,5 м построены фундаменты многих мостов.На столбы диаметром ствола 0,9 м и уширением 2,5 м приняты
нагрузки 250—400 тс, а диаметром ствола 1,3—1,7 м и диаметром
уширения 3—3,5 м — 500—1000 тс. Столбы бетонировали подвод¬
ным способом, используя бетонную смесь с осадкой конуса 16—
20 см. Качество бетона столбов при необходимости контролиро¬
вали по результатам испытаний выбуренных кернов.В случаях отсутствия уверенности в доброкачественном выпол¬
нении работ по сооружению столбов (если нет контроля за уложен¬
ным подводным способом бетоном) за рубежом применяют футля¬
ры из полимерной пленки, надеваемые на арматурный каркас, что¬
бы предотвратить случайное обрушение грунта с боковой поверх¬
ности скважины (заполненной водой или глинистым раствором) и
образование каверн в бетоне ствола сваи. Известны предложения
об использовании для футляров вместо пленки сетки из тонкой про¬
волоки с ячейками до 1X1 см или гофрированной тонкой жести.
При строительстве фундаментов из буровых столбов в качестве
футляров иногда используют стальные трубы или железобетонные
оболочки.Чтобы столбы могли воспринять изгибающий момент, их армиру¬
ют, опуская перед бетонированием в скважину каркас из продоль¬
ных периодического профиля стержней, объединенных спиралью из
проволоки. В зависимости от величины растягивающих напряже¬
ний в бетоне столбы армируют стержнями диаметром 20—38 мм,
размещаемыми равномерно по периметру столба, и спиралью из
проволоки 8—10 мм. Защитный слой бетона вследствие неровностей
боковой поверхности скважин принимают не менее 10 см.Арматуру размещают на участке от верха столба до отметки,
находящейся на 2 м ниже уровня, где растягивающие напряжения
равны расчетному сопротивлению бетона столба на растяжение при
изгибе. Столбы с плитой фундамента сопрягают выпусками про¬
дольной арматуры на длине не менее 30 диаметров стержня перио¬
дического профиля.10
В местах, подверженных интенсивному истиранию перемещаю¬
щимися донными отложениями, столбы защищают железобетонны¬
ми или стальными оболочками, низ которых располагают на 1—2 м
вглубь от уровня размыва, возможного в период эксплуатации
моста.Сваи и столбы бетонируют в обсаженных трубами скважинах
при устройстве фундаментов в непосредственной близости от зда¬
ний и сооружений, в случае прорезки толщи слабых оплывающих
грунтов, принудительного уплотнения укладываемой бетонной сме¬
си, а также когда невозможно или нецелесообразно использовать
воду или глинистый раствор для предотвращения обрушения грун¬
тов с боковой поверхности разрабатываемых скважин.Погружаемые в грунт обсадные трубы с закрытым наконечни¬
ком бетоном или грунтовой тгробкой обеспечивают уплотнение
грунта вокруг свай, бетонируемых на месте. К таким относят сваи
Франки, частотрамбованные и другие, которые при диаметре 0,3—
0,6 м и длине до 15 м в зависимости от грунтовых условий вос¬
принимают нагрузки 50— 150 тс.Открытые снизу инвентарные трубы предназначены для формо¬
вания столбов, сооружаемых оборудованием фирм «Беното», «Ка¬
то», «Бадэ» и др. Грунт из труб удаляют грейфером. Затем по ме¬
ре укладки бетонной смеси трубы извлекают из грунта. Диаметр
столбов 0,8—2,5 м при длине до 100 м. Нагрузки на столб 100—
2000 тс.Комбинированные сваи. Сваи комбинированной конструкции со¬
стоят из стальных или железобетонных элементов в верхней части
и стальных, железобетонных, бетонных или деревянных элементов
в нижней части. Такие конструкции встречаются преимущественно
в местах, где несущий пласт грунта, прикрытый толщей слабых
грунтов, залегает на глубине 20 м более. Кроме того, сваи из оди¬
ночных или пакетных деревянных элементов в нижней части и же¬
лезобетонных в верхней целесообразны для безростверковых опор
при агрессивной по отношению к бетону среде. Такие конструкции,
несмотря на стыки, экономичнее железобетонных свай, особенно
при большой глубине погружения в грунт.Соединяемые в одну конструкцию элементы из разных или оди¬
наковых материалов, но разного поперечного сечения, представля¬
ют собой обычные сваи, которые изготовляют и заглубляют в грунт
соответствующими способами.Наиболее сложной частью комбинированных свай является стык
верхнего и нижнего элементов. Независимо от способа погружения
и наращивания комбинированных свай, стыки их делают равнопроч¬
ными сечению соединяемых элементов.Для предварительно изготовляемых или наращиваемых при
погружении свай применяют любые раииональные конструкции рав¬
нопрочных стыков, в том числе стальные, железобетонные и дере¬
вянные.Если сваи наращивают в толще грунта, то сопрягают трубчатые
стальные или железобетонные элементы с элементами сплошного41
сечения. В таких случаях вначале в грунт погружают до проект¬
ной отметки полые элементы. Из них удаляют грунт, а затем сквозь
их полость заглубляют элементы сплошного сечения. Стыкование
производят путем омоноличивания бетонной смесью, укладываемой
в полый элемент. Таким же образом стыкуют верхнюю часть сваи,
бетонируемую на месте (по мере извлечения инвентарной обсадной
трубы) с предварительно погруженной нижней частью.В фундаментах зданий и сооружений чаще применяли комби¬
нированные сваи из деревянных и железобетонных элементов
сплошного сечения. Для фундаментов мостов, строящихся в нашей
стране, такие сваи применяли крайне редко (только в качестве вы¬
нужденных решений).3.2.	Конструкции фундаментовТипы фундаментов. В отечественном и зарубежном мостострое¬
нии отработано и применяется значительное количество разнообраз¬
ных конструкций свайных фундаментов и методов их постройки.
Несмотря на разнообразие, свайные фундаменты можно классифи¬
цировать по двум основным признакам: 1) по расположению пли¬
ты фундамента, объединяющей верхнюю часть свай, относительно
поверхности грунта; 2) по типу несущих элементов.По расположению плиты относительно поверхности грунта фун¬
даменты подразделяют на фундаменты с плитой, заглубленной в
грунт, и фундаменты с плитой, возвышающейся над грунтом. По
типу несущих элементов фундаменты можно разделить на фунда¬
менты из свай, из свай-оболочек или свай-столбов.Фундамент с плитой, заглубленной в грунт, часто называют низ¬
ким ростверком, а с плитой, возвышающейся над грунтом, — вы¬
соким растверком. Однако в таких терминах имеется некоторая
неточность, поскольку под понятием ростверка всегда подразумева¬
лась подушка (которую раньше сооружали из лесоматериала, за¬
тем из бетона, а в настоящее время из железобетона), предназна¬
ченная для равномерной передачи давления от надфундаментной
конструкции на сваи. Исходя из этого следовало бы применять
названия: фундамент с заглубленным в грунт ростверком и фунда¬
мент с ростверком, расположенным над грунтом. Учитывая, что в
нормативных документах и технической литературе отсутствует
четкое определение понятия «ростверк» и термин употребляют как
для обозначения всего свайного фундамента, так и одной плиты
фундамента, в книге взамен термина «ростверк» принято понятие
«плита».В фундаментах мостов с плитой, расположенной над грунтом,
можно дополнительно выделить конструкции, в которых плита фун¬
дамента одновременно и подферменная, непосредственно восприни¬
мающая нагрузку от пролетных строений. При этом возможна пли¬
та в виде массива, подошва которого расположена ниже поверхно¬
сти воды или грунта, и плита в виде насадки (ригеля), низ которой42
находится над поверхностью воды или грунта. Такие конструкции
фундаментов являются по существу опорами мостов, поскольку
воспринимают нагрузку от пролетных строений, которые опирают¬
ся на подферменную плиту, объединяющую верхние концы свай,
оболочек или столбов.Если рассматривать такую конструкцию опоры исходя из усло¬
вий постройки ее фундамента и взаимодействия его с грунтом ос¬
нования, следует считать приемлемым термин «опора с бесплит-
ным фундаментом», так как ее фундамент из одного или несколь¬
ких элементов не имеет объединяющей их плиты. Но поскольку в
СНиП II-17-77 их плита названа термином «ростверк», то опора
рассматриваемой конструкции, как не имеющая этой плиты, назва¬
на выше безростверковой опорой. Под этим термином подразуме¬
вают опору из элементов, заглубленных нижней частью в грунт и
объединенных вверху подферменной плитой.Так как такие опоры часто применяли для мостов и путепро¬
водов эстакадного типа, их называли «опорами эстакадного типа»,
или «эстакадными опорами». Термины «безростверковая опора» и
«эстакадная опора» можно считать равнозначными.Поскольку мосты строят через водотоки, то наиболее сложны
по конструкции и особенно по методам постройки фундаменты про¬
межуточных опор. Поэтому проектированию таких фундаментов в
работе уделено большое внимание.Фундаменты с плитой, расположенной в грунте. Отличительной
особенностью фундаментов этого типа является расположение по¬
дошвы плиты ниже естественной поверхности грунта или поверхно¬
сти возможного размыва дна русла в период эксплуатации моста.
Такие фундаменты применяют на реках с тяжелым ледовым ре¬
жимом, например, в местах возможных заторов льда.Подобного типа фундаменты сооружают также при необходимо¬
сти заглубления свай ниже зоны интенсивного истирающего воздей¬
ствия наносов в местах, где в течение нескольких недель в году, а
иногда и месяцев могут перемещаться песчаные или гравийно-га¬
лечные грунгы. Поэтому проще дополнительно заглубить в грунт
плиту, чем осуществить какие-либо меры по защите свай от небла¬
гоприятного воздействия наносов. Чаще фундаменты с заглублен¬
ной в грунт плитой имеют сваи сплошного сечения и полые, реже
оболочки и столбы. Плиту таких фундаментов сооружают в ограж¬
даемых котлованах, как правило, бетонируя на месте.Основной недостаток расположения плиты фундамента в грун¬
те — необходимость дополнительных затрат труда и времени на
устройство и разборку более мощного ограждения котлованов, вос¬
принимающего давление не только воды, но и грунта, а также на
разработку и удаление грунта из котлованов.В качестве характерных примеров ниже приведены конструкции
свайных фундаментов с плитой, расположенной в грунте.Фундамент каждой русловой опоры железнодорожного моста по¬
строен из 24 стальных трубчатых свай диаметром 0,48 м и длиной
25 м (рис. 3.8). Отверстие моста перекрыто стальными пролетны¬43
ми строениями длиной33,6	м. В месте перехода
залегает толща илов (16
м), под которой располо¬
жены 7-метровый слой пе¬
ска, прикрывающий ко¬
ренные глины. Глубина
воды до 4,5 м.Все сваи забили с на¬
клоном 4 :1 в разные сто¬
роны. Максимальная на¬
грузка на сваю 102,8 тс.
Сваи с закрытым нижним
концом забили молотом,
а затем заполнили бетон¬
ной смесью. Плиту фунда¬
мента возвели в котлова¬
не, огражденном земля¬
ной перемычкой в двой¬
ном деревянном шпунте.Необходимость приме¬
нения наклонных свай в
рассматриваемом случае
вызвана тем, что располо¬
женная ниже подошвы
фундамента значительная
толща ила не может существенно сопротивляться перемещению
фундамента из вертикальных свай при действии на опору горизон¬
тальных нагрузок от торможения, давления льда или ветра. Толь¬
ко погрузив © наклонном положении сваи, можно обеспечить тре¬
буемую жесткость фундамента, прорезающего большую толщу
слабых грунтов.В период строительства совмещенного под железную и автомо¬
бильную дороги моста кессонный фундамент одной из опор пере¬
проектировали на свайный, состоящий из стальных трубчатых свай
диаметром 0,48 м, длиной 34—36 м и стенкой толщиной 13 мм. Пер¬
воначально запроектировали фундамент из 148 свай. После уточне¬
ния несущей способности по результатам статических испытаний
свай их количество в фундаменте сократили до 71 шт. Максималь¬
ная нагрузка на сваю 207 тс.В месте сооружения опоры залегают толща мелких песков
(16 м), подстилаемых пластом мягкопластичных глин (8,5 м), под
которым находится прослойка песка (2,5 м), еще ниже — коренные
глины тугопластичной и полутвердой консистенции. До опирания на
эти глины забили почти ©се сваи.В результате такой замены значительно сократили сроки строи¬
тельства фундамента, снизили на 2800 м3 расход бетона, уменьши¬
ли стоимость работ, исключили дорогостоящие работы по кессони-
рованию 8 тыс. м3 грунта.W-Рис. 3.8. Фундамент опоры железнодорож¬
ного моста44
Фундаменты с плитой, расположенной над грунтом. Для фунда¬
ментов этого типа характерно расположение подошвы плиты выше
дна водотока или естественной поверхности грунта на суходолах.
Такие фундаменты имеют следующие существенные преимущества
перед фундаментами с заглубленной плитой: при равной несущей
способности и жесткости на возведение фундаментов с плитой над
грунтом затрачивается меньше материалов и труда; отпадает не¬
обходимость в устройстве котлованов в грунте и связанных с этим
земляных работах; взамен шпунтовых ограждений котлованов мо¬
гут быть использованы менее дорогие и менее дефицитные пере¬
мычки разных конструкций; вместо монолитных, бетонируемых на
месте плит могут применяться плиты из сборного железобетона;
с большей экономической эффективностью используются оболочки
и столбы; применением наклонно расположенных элементов можно
создать фундаменты, по жесткости и несущей способности равные
фундаментам с заглубленной в грунт плитой; уменьшается величи¬
на местных размывов дна русла. Поэтому подавляющее количество
русловых опор больших мостов в нашей стране и за рубежом часто
строили и продолжают строить с фундаментами из свай, оболочек
и столбов с высоко расположенной плитой. Однако по условиям
обеспечения жесткости таких конструкций на действие горизонталь¬
ных нагрузок иногда приходится увеличивать размеры поперечного
сечения вертикальных свай или располагать их наклонно. Если
сваи при этом не могут обеспечить требуемую жесткость опор, при¬
меняют оболочки или столбы, которые располагают вертикально
или наклонно в зависимости от характера и величин расчетных на¬
грузок.С вертикальными и наклонными оболочками построены фунда¬
менты моста в г. Абиджане. Мост двухъярусный, совмещенный под
городское и двухпутное железнодорожное движение, имеет восемь
пролетов длиной по 42 м в свету.В месте перехода на глубине 28 м от поверхности воды залегает
ил слоем толщиной 20 м и более, подстилаемый пластичными гли-
нами, а ниже — песком с включением гравия.Фундамент каждой опоры (рис. 3.9) состоит из восьми оболочек
диаметром 1,25 м и длиной до 70 м с утолщением в нижней части до1,6	м. Нагрузка на оболочку 600 тс. В крайних рядах оболочки по¬
гружены с наклоном 6:1. Верхние концы оболочек объединены
железобетонным полым ящиком (7,5x17,5x6 м). Ящик в период
транспортирования по воде и установки в проектное в плане поло¬
жение обладал собственной плавучестью.Использование для каждого фундамента заранее изготовленного
железобетонного ящика в качестве плиты позволило отказаться от
направляющих каркасов для фиксирования в проектном положе¬
нии погружаемых оболочек, исключить работы по возведению и раз¬
борке ограждения котлована, обеспечить требуемую заделку верх¬
ней части оболочек. Кроме того, благодаря ящику обеспечена до¬
брокачественная защита бетона плиты от агрессивного воздействия
солоноватой воды.45
Рис. 3.9. Фундамент опоры моста в г. Абид¬
жане:i—полая железобетонная плита; 2—оболочка;
j — ушнрениеРис. ЗЛО. Фундамент опоры городского
моста:1 — плита; 2 — тампонажная подушка; 3 — обо¬
лочка; 4 — бетонное заполнение; 5 — уширенная
пятаОпыт строительства это-
го моста показал, что отсут¬
ствие направляющих карка¬
сов для погружения оболо¬
чек, ограждения котлова¬
нов, исключения арматур¬
ных и бетонных работ по
сооружению плиты способ¬
ствовали сокращению тру¬
довых затрат и сроков стро¬
ительства фундаментов. Ус¬
пешное завершение опор мо¬
ста подтвердило высокую
экономическую эффектив¬
ность фундаментов из сбор¬
ных железобетонных оболо¬
чек и сборной плиты.Подобную конструкцию
осуществили в фундаментах
двух промежуточных опор
под неразрезные пролетные
строения городского моста.
Каждый из двух фундамен¬
тов опоры (рис. 3.10) пост¬
роен из восьми вертикаль¬
ных оболочек диаметром 2 м
и стенкой толщиной 0,12 м,
заглубленных через напла¬
стования пылеватых супе¬
сей, мелкозернистых песков,
суглинков с включением
большого количества валу¬
нов докембрийских глин, в
толще которых сделаны
уширенные пяты диаметром3,5	м. Оболочки погружены
на 32 м ниже уровня воды в
реке. Расчетная нагрузка на
такую оболочку составила
1670 тс.Первоначальным проек¬
том предусматривалось под
каждой полуопорой заглу¬
бить на 45 м 11 оболочек без
уширений. Уширенные пяты
способствовали сокращению
расхода бетона на 60% и
снижению стоимости фунда¬
ментов на 40%.46
Буровые столбы диаметром 1,4 м, длиной до 40 м с пятой диа¬
метром 3,5 м и наклоном от 15: 1 до 5: 1 успешно использовали в
фундаментах 13 русловых опор железнодорожного моста под про¬
летные строения длиной по 132 м. Расчетная нагрузка на столб
около 800 тс. Пяты столбов заложены в тугопластичной высокопо¬
ристой глине, прикрытой толщей мелкозернистых песков.Из-за низкой несущей способности глин, а также больших мест¬
ных размывов дна русла наклонные столбы с уширенной пятой
обеспечили возможность создания фундаментов по жесткости и
прочности, равноценных фундаментам других типов, но намного
экономичнее.Подавляющее большинство мостов сооружают на нескальных
грунтах, 5—10% мостов возводят на скальных породах с фунда¬
ментами мелкого заложения или с фундаментами из свай, оболочек
и столбов.При невыветрелых прочных скальных породах, прикрытых не-
размываемой толщей наносных отложений, низ несущих элементов,
как правило, опирают на породы без заделки в них. В остальных
случаях нижнюю часть оболочек и столбов заделывают в скальные
породы. Высокая несущая способность скального основания позво¬
ляет проектировать высокоэкономичные конструкции фундаментов
из небольшого количества несущих элементов с предельной сте¬
пенью использования прочностных свойств материалов, а следова¬
тельно, их минимальным расходом.Когда приходится опирать открытые снизу оболочки на прочные
породы или любые породы с неровной их поверхностью, то из-за
неплотного прилегания к ней ножа возможны значительные одно¬
сторонние, не поддающиеся расчету перегрузки оболочек и как
следствие этого их разрушение. Поэтому низ столбов из оболочек,
как правило, заделывают в скальные породы бурением скважин,
установкой в них арматурного каркаса и последующим заполнени¬
ем бетонной смесью скважин и оболочек. По такой технологии по¬
строено на скальных породах подавляющее большинство фундамен¬
тов мостов из железобетонных оболочек.Фундаменты опор (рис. 3.11) под 158-метровые пролетные стро¬
ения совмещенного 'под железную и автомобильную дорогу моста
построили из оболочек диаметром 3 м, низ железобетонного запол¬
нения которых заглубили в скальную породу до 3 м.Поверхность породы прикрыта слоем песчано-гравийных отло¬
жений толщиной от 2 до 30 м. Глубина воды в реке до 22 м. Рас¬
четная нагрузка на оболочку 2500—3000 тс. Скважины в скаль¬
ной породе впервые в фундаментостроении бурили реактивно-тур-
бинным агрегатом из трех турбобуров.В месте сооружения одной из опор другого совмещенного же¬
лезнодорожного и автодорожного моста поверхность скальной по¬
роды имеет большой наклон в сторону русла. На скальной породе
располагается слой крупнообломочных отложений толщиной до 2 м,
прикрытый илисто-суглинистыми отложениями мощностью до 20 м.
При таком напластовании грунтов оптимальным оказался фунда¬47
мент из вертикальных оболочек диамегром 1,6 м, низ железобетон¬
ного заполнения которых заделан в скальную породу (рис. 3.12).
Для бурения скважин в скальной породе использовали одиночный
турбобур с шарошечным долотом индивидуальной проектировки.Свайные опоры. В таких конструкциях надфундаментная часть
опоры является продолжением плиты фундамента (без устройства
обреза фундамента). Эти конструкции применяли крайне редко, хо¬
тя в ряде случаев они целесообразны, особенно при наклонных
сваях или оболочках, когда их верхние концы за счет существен¬
ного сближения в плане можно разместить в пределах плиты, раз¬
меры которой не превышают размеров надфундаментной части
опоры.13 свайных фундаментах высоту плиты назначают в пределах
2—4 м. Кроме того, для изоляции котлованов от поступления воды
снизу укладывают водозащитную подушку толщиной от 1 до 3 м.
В результате образуется массивная плита высотой 3—7 м и раз¬
мерами в плане, превышающими размеры надфундаментной части
опоры.Рис. 3.11. Фундамент опоры совмещенного моста:/ — плита; 2 — оболочка; 3 — несвязный грунт; 4 — скальная породаРис. 3.12. Фундамент опоры совмещенного моста:/ — плита; 2 — тампонажная подушка; 3— оболочка; 4 — железобетонный заполнитель;
5 — скальная порода48
Необходимость устройства плиты и ее значительные размеры
в плане обусловлены требованиями доброкачественной заделки и
размещения большого количества свай, особенно вертикальных.
Если большинство свай расположить наклонно, то во многих слу¬
чаях плиту можно уменьшить до размеров надфундаментной части
опоры. Тогда отпадает необходимость в котлованах, а сваи можно
заделывать непосредственно в тело опоры над рабочим уровнем
воды. Для защиты свай от воздействия льда и наносных отложе¬
ний можно использовать железобетонную оболочку со стенами тол¬
щиной 0,3—0,4 м, расположенными по периметру плиты с верхним
концом, заделанным в тело опоры.Подобную конструкцию свайных опор успешно применили при
капитальном восстановлении моста через р. Дунай. Русловая часть
моста до разрушения перекрывалась семью пролетными строения¬
ми по 162 м. В 1940— 1944 гг. мост разрушали дважды. В резуль¬
тате этого на дне реки в отдельных местах оказалось по два обру¬
шенных пролетных строения, которые частично заилились песком.
Капитальное восстановление моста заключалось в установке двух
меньших пролетных строений взамен каждого большого.До начала сооружения дополнительных капитальных опор дно
русла в местах их возведения очистили от обрушенных пролетных
строений. В связи с тем что полностью удалить заиленные конст¬
рукции не удалось, использовали стальные сваи малого сечения с
закрытым нижним концом, которые удалось легче погрузить меж¬
ду элементами заиленных пролетных строений. В месте сооружения
опор толща песчано-гравелистых грунтов (14—18 м) прикрывает
мергели средней прочности, минимальная глубина воды до 15 м
при скорости течения 1,5 м/с.Каждая из опор (рис. 3.13) построена на 80 вертикальных сва¬
ях из стальных труб диаметром 0,24 м и 40 наклонных из сва¬
ренных шпунтин Ларсена длиной от 25 до 31 м. Наклон свай 3:1.Для фиксирования погружаемых свай в проектном положении
применили пространственный стальной каркас, который затем ис¬
пользовали для закрепления к нему сборных плит железобетонной
оболочки. Забитые сваи заполнили бетонной смесью.Массив опоры сборно-монолитной конструкции ниже уровня во¬
ды возвели с применением предварительно изготовленных железо¬
бетонных плит толщиной 0,3 и высотой 3,2 м, которые установили
по периметру опоры и закрепили нижним концом за обвязку напра¬
вляющего каркаса, а верхним к бетону опоры — выпусками арма¬
туры. Для ледореза использовали пространственный железобетон¬
ный блок массой 30 т. На верху забетонированной опоры разме¬
стили стальную рамную надстройку.Построенные в 1947 г. опоры успешно эксплуатировались до
1967 г., когда мост реконструировали, убрав дополнительные свай¬
ные опоры и установив новые большие пролетные строения.Опоры автодорожного моста построены из полых железобетон¬
ных свай центрифугированного изготовления. Опора (рис. 3.14)
имеет восемь свай диаметром 0,45 м, заглубленных бурообсадиым49
способом сквозь галечные отложения до поверхности скальной по¬
роды. Ниже свай в породе пробурены скважины на глубину 1 м.
Сваи и скважины заполнены бетоном. Верхняя часть — опоры из
трех железобетонных ящиков со стенками толщиной 10 см. Полость
ящиков тоже заполнена бетоном.Безростверковые (эстакадного типа) опоры. Конструкции таких
опор состоят преимущественно из одного-двух рядов вертикально
или наклонно погруженных свай, оболочек, или столбов, верхние
концы которых объединяют железобетонной подферменной плитой.
Опоры широко применяют для путепроводов и эстакад на суходо¬
лах и периодически затапливаемых поймах рек, реже — на аквато¬
риях. В США с такими опорами сооружают эстакадные мосты че¬
рез озера и водохранилища.Благодаря однотипности конструкций, простоте производства
работ и возможности применения сборного железобетона строитель¬
ство эстакад с такими опорами организуют по поточной техноло¬
гии с комплексной механизацией всех операций. Многочисленные
примеры успешного сооружения эстакадных мостов подтверждают
высокую экономическую эффективность безростверковых (эстакад¬
ного типа) опор как по стоимости, так и по затратам труда и вре¬
мени, а следовательно, целесообразность широкого их внедрения в
строительство мостов с цельноперевозимыми пролетными строе¬
ниями.Применение опор эстакадного типа для первого мостового ав¬
тодорожного перехода длиной 38,2 км через оз. Пончартрейн
(США) обеспечило возможность постройки моста за 19 мес, вклю¬
чая время, затраченное на создание полигона для изготовления
всех элементов из сборного предварительно напряженного железо¬
бетона.Рис. 3.13. Свайная опора моста через р. Дунай:/ — сборно-монолитная конструкция; 2 — направляющий каркас; 3 — сваи50
Глубина озера вдоль моста
4,6—6,1 м. Дно сложено слоем
ила толщиной около 7,5 м, под
которым залегают более плот¬
ные аллювиальные отложения,
подстилаемые, в свою очередь,
плотной глиной с включениями
песка и ракушечника.В связи с близостью Мекси¬
канского залива на озере часто
возникают туманы, бываюг
штормы и сильное волнение.Поэтому требовалось сокра¬
тить до минимума объем ра¬
бот, выполняемых с воды, а
также срок строительства мос¬
та. Исходя из этих соображе¬
ний приняли проект моста, мон¬
тируемого полностью из пред¬
варительно изготовленных
сборных железобетонных эле¬
ментов. Каждая из 2440 опор
моста состоит из двух полых
предварительно напряженных
железобетонных оболочек ди¬
аметром 1,37 и длиной до
26,5 м, объединенных по верху
насаркой сечением 92x107 см и длиной 9,8 м (рис. 3.15, а).
Опоры поддерживают пролетные строения размерами в плане
9,15х 17,1 ми массой 180 т. Расчетная нагрузка на оболочку 127 тс.
После успешного строительства этого перехода построено несколь¬
ко аналогичных мостов через оз. Пончартрейн, Часапикский прол.
и другие объекты в США.Промежуточные опоры железнодорожного моста через зал. Сан-
Луи состоят из двух наклонных и одной вертикальной оболочек,
расположенных в один ряд (рис. 3.15, б), тормозные опоры — из
четырех наклонных оболочек по две в каждом ряду. Предваритель¬
но напряженные оболочки диаметром 1,37 м, длиной от 20 до 36 м
и со стенкой толщиной 12,7 см готовили на полигоне первого моста
через оз. Пончартрейн. Мост имеет 163 опоры.Отверстие моста длиной 3,1 км перекрыто трехстенчатыми
преднапряженными пролетными строениями длиной по 18 м.Для построенного в Канаде автодорожного моста через р. Прай-
рис в пределах ее русла применили безростверковую опору
(рис. 3.16) в виде двух столбов из стальных оболочек диаметром
3 м, железобетонное заполнение которых заделано в предваритель¬
но пробуренные в скальной породе скважины на глубину 7,2—10,5	м. Выше уровня волы железобетонные столбы, объединенные
ригелем, имеют диаметр 2 м. Чтобы предотвратить истираниеРис. 3.14. Свайная опора автодорож¬
ного моста:/ — подферменная плита; 2 — сборные эле¬
менты; 3 — свая; 4 — бетонный заполни¬
тель51
Рис. 3.15. Безростверковые опоры моста:а — автодорожного через оз. Пончартрейн; б — железнодорожного через зал. Сан-Лун;
/ — ригель: 2 — оболочкальдом, поверхность столбов с верховой стороны защищена сталь¬
ным листом, установленным в пределах трети периметра столба.Комбинированные фундаменты. Такие фундаменты состоят из
опускного колодца, кессона или понтона, выполняющих роль плиты,
в которую заделывают верхние концы свай, оболочек или столбов,
непосредственно передающих нагрузку на грунт. Колодцы или кес¬
соны омоноличивают со сваями, как правило, вблизи уровня дна
русла или на несколько метров ниже. В отдельных комбинирован¬
ных конструкциях сопряжение производят значительно выше дна
водоема. Их сооружают чаще всего в пределах глубоких водотоков
при необходимости передать на основание значительные вертикаль¬
ные и горизонтальные нагрузки от больших пролетных строений.Так, для опор железнодорожного моста под неразрезные про¬
летные строения длиной по 127 м соорудили фундаменты из тонко¬
стенного колодца и забивных свай. Глубина воды у опор в межень
12—14 м. Дно реки на глубину до 4 м сложено уплотнившимися
илами, под которыми залегает толща песков (16 м), подстилаемая
пластом коренных известняков (5 м).В каждый фундамент русловых опор забиты до упора в извест¬
няки 92 стальные трубчатые сваи диаметром 0,426 м, заполненные
затем бетоном (рис. 3.17). Расчетная нагрузка на сваю 103 тс. Верх
свай расположен на глубине 12,3 м от меженного уровня реки.Железобетонный колодец массой 1720 т бетонировали непосред¬
ственно над местом погружения в грунт на платформе, которая52
была подвешена к объемлю¬
щим башенным подъемни¬
кам. После выстойки забето¬
нированной части колодца
ее опускали в воду с помо¬
щью песочниц. После дости¬
жения колодцем проектного
положения погружали сваи
длиной 35—37 м.Комбинированная конст¬
рукция фундаментов была
вполне приемлема при зна¬
чительной глубине воды и
наличии илов, так как ис¬
пользование кессонов иск¬
лючалось из-за большой
глубины заложения, колод¬
цы было трудно доброкаче¬
ственно опереть на неров¬
ную поверхность известня¬
ков, а фундаменты из обо¬
лочек в тот период еще не
применяли. Примером ком¬
бинированной конструкции
из кессона и забивных свай
являются фундаменты под
опоры пилонов висячего мо¬
ста через прол. Малый
Бельт. Отверстие моста пе¬
рекрыто центральным про¬
летом 600 м и двумя берего¬
выми по 240 м.Первоначально предпо¬
лагали заложить фундамен¬
ты непосредственно в толще
глин третичного периода.
Однако по наблюдениям в
течение более 20-летнего пе¬
риода за поведением опор
железнодорожного моста,
построенного в 1935 г. неда¬
леко от проектируемого, бы¬
ли отмечены деформации
опор вследствие консолида¬
ции глин: максимальная
осадка 28 см, наибольшее
горизонтальное смещение
поперек оси моста 14 см; то
же, вдоль оси моста 6 см.Рис. 3.16. Безростверковая опора моста через
р. Прайрис:1 — ригель; 2 — стойка; 3 — стальной лист; 4 —
железобетон; 5 — стальная оболочка; 6 — скаль¬
ная порода; 7 — железобетонная заделка в по¬
родуРис. 3.17. Фундамент опоры железнодорож¬
ного моста6$
Чтобы исключить нежелательные смещения высоких пилонов,
решили построить комбинированные фундаменты. Для каждого из
двух фундаментов забили 134 вертикальные и 72 наклонные сваи
(с наклоном 5: 1) сечением 0,38x0,48 м и длиной 31,5 м. Расчет¬
ная нагрузка на сваю 200 тс. Сваи забили молотом со стальным
трубчатым подбабком, расположенным на стационарных подмостях
при глубине воды в месте сооружения фундаментов до 20 м.Кессоны изготовляли в стороне и доставляли на плаву к месту
их опускания. Балластируя водой, кессоны опускали в проектное
по высоте положение. Затем при наличии сжатого воздуха в кес¬
сонной камере в нее укладывали бетонную смесь для обеспечения
заделки верха свай.Для предотвращения размыва дно по периметру кессонов обсы¬
пали камнем в виде полосы шириной 15—30 м и высотой до 5 м.3.3.	Рекомендации по конструированию фундаментовВыбор типа и схемы фундаментов. Тип и схему фундаментов
рекомендуется выбирать в результате технико-экономического срав¬
нения разных практически осуществимых вариантов конструкции
фундаментов. По затратам материалов, труда, стоимости и срокам
производства работ сравнивают варианты фундаментов свай, обо¬
лочек, столбов с плитой, заглубленной в грунт, и плитой, возвышаю¬
щейся над грунтом.Применительно к опорам больших мостов выясняют в первую
очередь целесообразность фундаментов с плитой, расположенной
над грунтом. Для мостов с цельноперевозимыми пролетными строе¬
ниями длиной до 33 м в качестве промежуточных опор, а также
vcToee применяют безростверковые конструкции (см. рис. 3.15 и
3.16).Для несущих элементов безростверковых конструкций пригодны
«сваи, оболочки и столбы. Кроме устоев, сооружаемых до отсыпки
подходных насыпей, рекомендуется шире применять устои, возво¬
димые с заранее отсыпанных подходов.Выбор оптимальной схемы свайных фундаментов и опор — слож¬
ная задача, решение которой сводится к выявлению конструкции
из наименьшего количества элементов минимально возможного
поперечного сечения. Задача осложняется еще тем, что в разных
условиях рациональность той или иной схемы фундамента и опоры
может оцениваться различными показателями. Например, при огра¬
ничении прочности фундамента несущей способностью элементов по
грунту более рациональна та конструкция, в элементах которой
(при одинаковом их числе) возникают меньшие продольные силы.
В случае ограничения прочности элементов по материалу более це¬
лесообразна конструкция, в элементах которой возникают меньшие
изгибающие моменты.Наиболее просты в строительстве фундаменты из вертикальных
элементов с плитой, расположенной над грунтом. Поэтому схему54
фундамента выбирают, исследуя возможность создания конструк¬
ции из одних вертикальных элементов увеличенного поперечного
сечения. Такие фундаменты рекомендуются в случаях, когда при
минимальном количестве вертикальных элементов, назначенном из
условия восприятия вертикальной и горизонтальной сил, изгибаю¬
щие моменты в элементах от воздействия горизонтальной силы не
опасны для их прочности.Возможны конструкции фундаментов из одного, двух или не¬
скольких рядов вертикальных элементов. Прочность и жесткость
таких фундаментов на действие горизонтальной нагрузки и момен¬
та обеспечивается работой элементов на изгиб и сопротивлением
грунта горизонтальному смещению и повороту элементов, а двух¬
рядных фундаментов, кроме того, — работой элементов в условиях
жесткой заделки их верхних концов в плиту.При недостаточной горизонтальной жесткости фундамента из
одних вертикальных элементов и больших изгибающих моментах в
них часть или все элементы погружают в грунт наклонно. В этом
случае существенно возрастает жесткость фундамента, без увеличе¬
ния числа элементов или размеров их поперечного сечения и длины.Некоторые соображения о выборе рациональной схемы фунда¬
ментов из элементов (свай, оболочек, столбов) приведены ниже на
примерах анализа особенностей работы фундаментов из свай.Эффект от наклонных свай будет тем больше, чем выше рас¬
положена плита фундамента по отношению к поверхности грунта,
меньше сечение свай, слабее верхние слои грунта и более прочен
грунт в уровне нижней части свай. Однако наличие наклонных свай
часто приводит к существенному увеличению в них продольных уси¬
лий.В связи с многообразием схем и сложным характером работы
фундаментов с наклонными сваями пока не возможно предложить
конкретные рекомендации по выбору оптимальной схемы в каждом
случае проектирования свайного фундамента. Рациональная схема
может быть выбрана в результате анализа нескольких вариантов
фундаментов, составленных с учетом излагаемых ниже основных
положений конструирования. Положения относятся к выбору ра¬
циональной плоской схемы фундамента, но их можно использовать
для выбора пространственной конструкции, если в качестве иссле¬
дуемых схем принять проекции рассматриваемой конструкции на
две взаимно перпендикулярные вертикальные плоскости, проходя¬
щие через оси опоры.При равном количестве свай одинакового сечения и одинаковых
размерах плиты симметричные фундаменты (рис. 3.18, а, б), у кото¬
рых сваи с меньшими углами наклона к вертикали (в том числе и
вертикальные сваи) расположены ближе к оси симметрии, в боль¬
шинстве случаев обладают меньшей прочностью и жесткостью по
сравнению с фундаментом, в котором такие сваи расположены
дальше от оси симметрии (рис. 3.18, в).Фундамент из свай, расположенных по козловой схеме (см*
рис. 3.18, в), обладает значительно большей жесткостью при дей-5S
Рис. 3.18. Схемы фундаментов с разным расположением свайствии на него горизонтальных нагрузок по сравнению с фундамен¬
том из свай, расположенных по веерной схеме (см. рис. 3.18, б).Если фундамент воспринимает большие горизонтальные нагруз¬
ки, то продольные усилия в сваях можно уменьшить, увеличивая
наклоны свай к вертикали. Следует избегать наклоны свай к вер¬
тикали 1 : 10 и меньше, так как незначительные отклонения фак¬
тических наклонов от проектных (в процессе производства работ)
могут существенно измеиить условия работы фундаментов.О	том, как влияют изменение величины наклона свай и сама
схема фундамента на усилия в сваях и перемещение плиты, мож¬
но судить по приведенным ниже результатам расчета (табл. 3.1)
трех плоских схем фундамента (рис. 3.19) из пяти железобетонных
полых свай диаметром 0,8 м и свободной длиной 5 м. В уровне
низа плиты верхние концы свай расположены по фасаду фундамен¬
та через 2 м. Сваи заглублены в грунт на 15 м. Наклон свай 3 : 1
и 8 : 1. Фундаменты рассчитаны на воздействие горизонтальной на¬
грузки 50 тс, приложенной в уровне подошвы плиты.Из приведенных в табл. 3.1 данных видно, что наибольшие про¬
дольные усилия в сваях разных схем при одной и той же нагрузке
отличаются от наименьших в 3,5 раза, изгибающие моменты — в
11 раз, а горизонтальные перемещения плиты — в 10,5 раза. Даже
в одной схеме фундамента, отличающейся только величиной накло-Таблица 3.1Схема располо¬
жения свай в
фундаментеНаклон свайНаибольшая
продольная сила
в свае, тсН а и больший
изгибающий
момент в свае, тс/мГоризонтальноеперемещениеПЛИТЫ, смВеерная3:120,228,65.28:125,840,510,6Козловая3:139,05,21.98:171.621,77,9Вертикальная24.756,619,956
В)50тсИРис. 3.19. Плоские схемы фундаментов с расположением свай:
а — веерным; б — козловым; е — вертикальнымна свай, продольные усилия и моменты имеют существенную раз¬
ницу. При других нагрузках влияние схемы расположения свай
может оказаться менее существенным. Так, при действии только
центрально приложенной вертикальной нагрузки продольные силы
в сваях всех схем фундаментов, рассмотренных в табл. 3.1, мало
отличаются одна от другой.Если на опоры воздействуют эксцентрично приложенные гори¬
зонтальные силы, например тормозные силы с одного пути двухпут¬
ного моста, боковые удары льда и другие, то рекомендуется сваи
в фундаменте располагать так, чтобы его жесткость на кручение
была возможно большей. Фундаменты с веерным расположением
наклонных свай в двух взаимно перпендикулярных плоско¬
стях (рис. 3.19, б) имеют значительно меньшую жесткость на кру¬
чение.Чтобы повысить жесткость фундамента на кручение от эксцент¬
рично приложенных горизонтальных сил при наклонных сваях, их
рекомендуется располагать, так, чтобы не менее 30—407о общего-
числа наклонных свай не пересекало вертикальной оси фундамен¬
та и обеспечивало создание возможно большего момента сил со¬
противления, возникающих в наклонных сваях от действия внешних
нагрузок.Характерная особенность фундаментов с несимметричными пло¬
скими схемами расположения свай, например фундаментов устоов,
заключается в том, что уменьшение горизонтальных нагрузок иног¬
да увеличивает перемещения плиты, а также продольные усилия в
сваях. Учитывая эту особенность, фундаменты несимметричной схе¬
мы следует рассчитывать не только на наибольшие, но и наимень¬
шие значения возможных горизонтальных нагрузок, например при
определении давления грунта на устои от веса подходных насыпей
при разных значениях угла внутреннего трения грунта.Отмеченная особенность в равной мере относится к фундамен¬
там с плитой, расположенной над грунтом и в грунте.Выбор типа и размеров свай. Тип свай выбирают исходя из ус¬
ловия обеспечения предельного использования прочностных свойств57
•материала свай при минимальной стоимости работ по возведению
фундамента. В соответствии с этим наиболее рациональны сваи-
стойки, передающие нагрузку нижним концом на скальные породы,
крупнообломочные отложения или твердые связные грунты, если
они залегают на глубине до 50 м. Не менее экономически целесо¬
образны также сваи с уширенной пятой.Целесообразность свай, оболочек и столбов в каждом конкрет¬
ном случае определяется в зависимости от местных геологических
V гидрологических условий, величины и характера действующих
нагрузок, воспринимаемых фундаментами.Для сокращения затрат труда и сроков строительства фунда¬
ментов стремятся к уменьшению количества свай за счет увеличе¬
ния их поперечного сечения. С этой точки зрения для фундаментов
опор мостов наиболее пригодны оболочки и столбы, поскольку их
использование, кроме отмеченного, обеспечивает возможность
уменьшения размеров, а следовательно, материалоемкости и стои¬
мости плиты фундамента. Уменьшению размеров плиты способст¬
вует наклонное расположение элементов. Исходя из технических
возможностей оборудования наклоны не должны превышать сле¬
дующих величин: для свай — 3: 1, оболочек и столбов диаметром
1—1,2 м — 4 : 1, то же, диаметром 1,6 м — 5 : LВертикальные оболочки и столбы погружают в любые грунты,
включая гравийно-галечные, а также при наличии скальных про¬
слоек, или опирают на скальные породы.Наклонные оболочки и столбы заглубляют, как правило, в грун¬
ты, не имеющие валунов размером более 0,3 м или скальных про¬
слоек.Буровые уширенные пяты в основании вертикальных и наклон¬
ных столбов устраивают в связных и несвязных грунтах без вклю¬
чений валунов, скальных прослоек, заиленных предметов.Вблизи существующих сооружений буровые столбы изготовля¬
ют с использованием инвентарных обсадных труб.Размеры поперечного сечения и длину элементов назначают на
основе результатов расчета несущей способности фундаментов при
обязательном учете характера и величины действующих нагрузок,
принятого типа и схемы фундамента; геологических и гидрогеоло¬
гических условий в местах сооружения фундаментов, глубины се¬
зонного промерзания грунтов, условий общего и местного размыва
дна русла, взаимовлияния фундаментов соседних сооружений и воз¬
водимого фундамента; особенностей технологии возведения фунда¬
ментов.Размеры свай и оболочек принимают в соответствии с действую¬
щими типовыми проектами. При выборе размеров свай, оболочек
и столбов, величины наклона и заглубления их в грунт рекомен¬
дуется учитывать технические возможности используемого обору¬
дования.Железобетонную оболочку каждого армированного бурообсад-
ного столба (бурового столба, имеющего оболочку в верхней его ча¬
сти) заглубляют, как правило, на 1—2 м ниже отметки местного58
размыва у опоры, а при отсутствии в столбе арматурного каркаса,
способного воспринять растягивающие напряжения от изгибающе¬
го момента, не менее чем на 2 м ниже уровня, на котором эти
напряжения равны расчетному сопротивлению бетона столба на ра¬
стяжение при изгибе.Глубину заложения плиты свайных фундаментов назначают:
в грунтах, не подверженных пучению в пределах суши, на лю¬
бом уровне независимо от глубины промерзания при условии про¬
стирания толщи этих грунтов ниже глубины промерзания не менее1	м и отсутствия при промерзании напорных грунтовых вод;в грунтах, подверженных пучению, вне пределов промерзания
(ниже глубины промерзания не менее 0,25 м или выше дневной по¬
верхности грунта на 0,5 м и более);в русле реки на любом уровне (в том числе выше дна русла)
при отсутствии промерзания воды до дна, но не менее чем на б +
+ 0,25 м ниже уровня низкого ледостава, где б — толщина льда, м;при наличии ледохода, карчехода с таким расчетом, чтобы сваи
не могли подвергаться их воздействию.В местах возможного размыва дна водотока низ элементов лю¬
бого типа заглубляют в грунт ниже уровня местного размыва на
величину, определяемую расчетом несущей способности элементов,
но не менее 4 м при расчетном паводке и 3 м при наибольшем па¬
водке.Сваи, оболочки и столбы, как правило, заглубляют сквозь тон¬
кие скальные прослойки. Иногда сваи опирают на скальные про¬
слойки толщиной более 1 м. В этом случае давление под торцом
сваи не превышает несущей способности породы, а давление на под¬
стилающий слой грунта, подсчитанное при тангенсе угла (равном
0,5) распространения давления в прослойке, не превышает несущей
способности грунта.Сваи любых типов опирают на поверхность скальных пород при
толще неразмываемых наносных отложений мощностью 4 м и бо¬
лее.Опираемые закрытым наконечником сваи вбивают в поверхност¬
ный слой породы молотами до получения отказа, близкого к нулю.
Тип и мощность молота назначают из условия обеспечения расчет¬
ной несущей способности свай.Толстостенные оболочки диаметром 1,2—1,6 м, опираемые сталь¬
ным наконечником на горизонтальную поверхность невыветрелых
скальных пород прочностью до 100 кгс/см2, заглубляют вибропо¬
гружателем до получения отказа, величину которого определяют
исходя из расчетной нагрузки на оболочку и при необходимости
уточняют, используя результаты статических испытаний.Для повышения несущей способности по грунту в нижнем кон¬
це оболочек и столбов диаметром 1,2—1,6 м устраивают уширен¬
ные пяты диаметром 2,5—3,5 м. Низ оболочек и столбов, а также
уширенных пят в уровне их наибольшего размера поперечного се¬
чения заглубляют в несущий слой из нескального грунта на вели¬
чину, определяемую расчетом, и принимают не менее величины (от5»
0,5 до 2 м), назначаемой в зависимости от физико-механических
-свойств грунтов несущего пласта и грунтов, расположенных над
ним и под ним, степени наклона кровли этого пласта и его толщи¬
ны, а низ забивных свай — не менее 0,-5 м.Если необходимо повысить несущую способность оболочек диа¬
метром 1,2 и 1,6 м, опираемых на поверхность выветрелых скаль¬
ных пород, в полости оболочек устраивают бетонную пробку высо¬
той не менее 3 м. При недостаточной несущей способности основа¬
ния из выветрелой породы низ бетонной пробки или низ сплошного
заполнения оболочки располагают в скважине, пробуренной на
0,25 м ниже отметки, на которой несущая способность основания
соответствует расчетной.Столбы заделывают в скальное основание при недостаточной
несущей способности верхнего слоя породы, возможности смыва
наносных отложений с поверхности пород, возможности размыва
верхнего слоя низкопрочных пород, необходимости передачи изги¬
бающих моментов на скальное основание, наклона поверхности по¬
род или наличия местных неровностей высотой более 20 см.Величину заделки столбов в скальные породы определяют поРасчету на действие сжимающих нагрузок и принимают не менее
,5 м в сплошных породах с пределом прочности на сжатие
500 кгс/см2 и выше и не менее 1 м в остальных породах.Для повышения несущей способности оболочек и столбов в не¬
скальные грунты их основания иногда втрамбовывают каменно-ще-
беночную смесь. В таких случаях степень повышения несущей спо¬
собности контролируют по результатам статических испытаний
оболочек и столбов в конкретных инженерно-геологических ус¬
ловиях.Поскольку фундаменты мостов воспринимают, кроме вертикаль¬
ных, значительные горизонтальные и моментные нагрузки, экономи¬
чески целесообразно в многорядных фундаментах несущие элемен¬
ты разного поперечного сечения, например сваи диаметром 0,3 м
расположить по периметру, а сваи сечением 0,35x0,35 м или 0,4Х
Х0,4 м — в пределах средней части фундаментов.Детали фундаментов и свай. Форму и размеры плиты фундамен¬
тов назначают на основании результатов расчета фундаментов, осо¬
бенностей размещения свай, размеров и формы надфундаментной
части опор.Размеры плиты (или железобетонной насадки) в плане зависят
от количества несущих элементов и размещения их в плане. Рас¬
стояние от края плиты до ближайшего элемента в свету (свес пли¬
ты) 10—25 см.Для оболочек диаметром свыше 1,6 м возможно устраивать
плиту без свеса, вровень с поверхностью оболочки. Высоту плит и
насадок определяют расчетом и назначают не меньше размера, не¬
обходимого для заделки верха свай, оболочек или столбов, но не
менее 0,5 м.Расстояния в свету между забивными висячими сваями в уров¬
не нижних концов принимают не менее двух толщин (диаметров)60
свай, а между верхними концами свай-стоек расстояния в свету
уменьшают до половины их толщины. Просвет между вертикаль¬
ными оболочками или столбами в уровне их нижних концов (а при
наличии уширенных пят в уровне наибольшего диаметра пяты) и
в уровне подошвы плиты оставляют не менее 1 м. Для наклонно
расположенных оболочек или столбов расстояние в уровне нижиих
концов назначают, как правило, не менее 2 м.Просвет между сваями, оболочками или столбами в уровне по¬
дошвы плиты фундамента можно уменьшать при доброкачествен¬
ном выполнении работ по установке и заглублению в грунт элемен¬
тов, а также армированию плиты.Величину обреза фундамента и его расположение по высоте опо¬
ры назначают исходя из обеспечения наиболее благоприятных ус¬
ловий судоходства, пропуска льда и лесосплава, а для городских
мостов также эстетических требований при минимально возможных
затратах на устройство и разборку ограждений котлованов вокруг
плиты фундаментов.Для бетонных плит, на которых расположено тело массивной
опоры, без расчета можно принимать линию уступов плиты или на¬
клон ее боковых граней к вертикали не более 30°. При наклонах,
превышающих указанный, размеры уступов проверяют расчетом и
при необходимости уступы армируют.Тампонажный слой бетона (водозащитная подушка), уложенно¬
го подводным способом с целью возможности осушения затоплен¬
ных котлованов, нельзя использовать в качестве составной части
плиты в расчетах несущей способности и деформируемости фунда¬
ментов.Бетонную плиту фундамента в промежутках между сваями лю¬
бого типа армируют вблизи подошвы плиты, а при тампонажном
слое бетона (уложенного подводным способом) над этим слоем.
Вдоль и поперек оси моста укладывают стержни суммарным сече¬
нием не менее 10 см2 на 1 м плиты, если по расчету не требуется
более мощного армирования.Толщину тампонажного слоя определяют в зависимости от ве¬
личины давления воды на этот слой снизу (при осушенном котло¬
ване), диаметра свай, оболочек или столбов, расстояния между ни¬
ми, а также прочности бетона к моменту начала водоотлива из кот¬
лована.Если бетонную смесь укладывают на искусственное дно котло¬
вана (из досок или железобетонной плиты), рекомендуемая толщи¬
на слоя не менее 1 м; .при укладке смеси на грунтовое дно — эта
толщина не менее 1,5 (при тщательных промерах отметки грунто¬
вого дна котлована).Железобетонные сваи и оболочки в конструкции фундаментов до¬
пускается применять без бетонного заполнения их полости при ус¬
ловии проверки прочности и жесткости стен и стыковых соедине¬
ний секций на воздействие расчетных вертикальных и горизонталь¬
ных нагрузок.61
Полость оболочек и свай заполняют бетонной смесью при уст¬
ройстве в их основании уширений, опирании на скальные породы
или крупнообломочные отложения, а также при недостаточной
прочности и жесткости стен и стыковых соединений.В полости оболочек, заглубленных с опережающей подводной
выемкой грунтов, а затем заполняемых (на часть высоты или на
полную высоту) бетонной смесью, следует сохранять на последнем
этапе погружения ядро (высотой 0,5—1 м из несвязных грунтов-
и 0,1—0,2 м из связных грунтов), уменьшающее разуплотнение ос¬
нования.В нижней части не заполненных бетоном на всю высоту обо¬
лочек диаметром 1 м и более (на поверхности грунтового ядра)
предусматривают устройство бетонной пробки на высоту, опреде¬
ляемую расчетом и принимаемую не менее 3 м при осуществлении
конструктивных мер, обеспечивающих передачу расчетных нагру¬
зок от стен оболочки на пробку.Такие меры включают в себя придание искусственной шерохо¬
ватости бетону с внутренней поверхности оболочки, удаление с нее
туфообразного слоя бетона в оболочках центрифугированного из¬
готовления.Наружную поверхность свай, оболочек и столбов, находящихся
в зоне перемещающихся гравийно-галечных и гравийно-валунных
отложений при средней скорости течения в реке более 3 м/с с по¬
вторяемостью 1 раз в 2 года, защищают от истирания, например»
стальными гильзами, железобетонными фартуками и т. п.Верхние концы свай, оболочек и столбов заделывают в бето¬
нируемую на месте плиту фундамента (выше слоя бетона, который
укладывают подводным способом) или в железобетонную насадку
(ригель), как правило, не менее чем на две толщины ствола эле¬
мента, а при толщине ствола диаметром более 0,6 м — не менее чем
на 1,2 м.Допускается заделывать элементы в монолитную или сборную
плиту на длине не менее 15 см при условии, что остальная часть
заделки осуществляется с помощью выпусков стержней продоль¬
ной арматуры (без устройства отгибов и крюков) на длине, опре¬
деляемой расчетом, но не менее 30 диаметров стержня при арма¬
туре периодического профиля и 40 диаметров стержня при глад¬
кой арматуре.Для составных по длине свай, свай-оболочек и сборных наса¬
док рекомендуются конструкции стыков, которые, как правило,
проверены в практике строительства фундаментов. Для незапол-
няемых полых свай и оболочек используют преимущественно свар¬
ные или клееные стыки.Напряжение в бетоне плиты от давления, передаваемого тор¬
цом сваи (оболочки или столба), как правило, не должно пре¬
вышать более чем на 30% расчетное сопротивление бетона плиты
(по нормам для осевого сжатия по всей площади). Для выполне¬
ния этого требования в необходимых случаях для плиты исполь¬
зуют бетон более высокой марки. Если напряжения превышают62
расчетное сопротивление бетона плиты, над верхним концом каж¬
дой сваи укладывают одну (в случае превышения напряжения на
15—20% расчетного сопротивления бетона плиты) или две (при
напряжениях, превышающих на 20—30% расчетное сопротивление
бетона) сетки из стержней диаметром 12 мм. Длину каждой сто¬
роны сетки принимают на 0,5 м больше толщины ствола элемен¬
та. Размеры ячеек сетки назначают от 10X10 см для свай, до
15 X15 см для оболочек и столбов.Нижнюю (или одиночную) сетку располагают непосредственно
над торцом элемента, а верхнюю — на расстоянии 10—15 см от
нижней.Для восприятия растягивающих напряжений в бетоне столбов
их следует армировать каркасами, длину и мощность которых оп¬
ределяют в зависимости от характера эпюры изгибающих момен¬
тов по высоте столбов.В бурообсадных столбах с железобетонными оболочками, име¬
ющими сварную конструкцию стыков, в расчетах на действие из¬
гибающих моментов частично учитывают армирование оболочек.
Дополнительное армирование столбов каркасом производится в
местах отсутствия железобетонных оболочек, а при недостаточной
мощности армирования оболочек каркас размещают в их поло¬
сти.Фундаменты мостов и их элементов проектируют, применяя,
как правило, стержневую арматуру. Рекомендуются стержни диа¬
метром не менее 16 мм, хомуты и спиральная арматура не менее
■8 мм.Полые сваи и оболочки центрифугированного изготовления
армируют продольными стержнями диаметром 14 мм. Для эле¬
ментов фундаментов других сооружений диаметр продольной (ра¬
бочей) арматуры назначают не менее 8 мм для свай и 12 м для
оболочек. Диаметр поперечных стержней арматуры принимают не
менее 6 мм.В качестве продольной арматуры столбов, бетонируемых под¬
водным столбом в грунтах и скальных породах, используют стерж¬
ни диаметром не менее 26 мм. Если скважины пробурены под
глинистым раствором, используют арматуру периодического про¬
филя.Принимаемое по расчету армирование столбов, бетонируемых
подводным способом, должно удовлетворять следующим требова¬
ниям: толщина защитного слоя бетона не менее 10 см; расстояние
между продольными стержнями и шаг спирали в пределах 15—
20 см; соединение продольных стержней со спиралью в местах
взаимного пересечения контактной сваркой (или вязальной про¬
волокой), так как дуговая сварка для этой цели не допускается
(поперечную жесткость арматурного каркаса обеспечивают при¬
варкой с его наружной стороны на расстоянии 2—3 м друг от дру¬
га колец из стержней такого же диаметра, что и продольная ар¬
матура).
Глава 4КОНСТРУИРОВАНИЕ ФУНДАМЕНТОВ ИЗ ОПУСКНЫХ КОЛОДЦЕВ4.1. Конструкции колодцев и фундаментовФундаменты из опускных колодцев возводят в местах располо¬
жения несущего пласта грунтов на глубине более 5 м, когда про¬
изводство работ в ограждаемых шпунтом или неограждаемых кот¬
лованах экономически неоправдано или практически затруднено.Характерной особенностью фундаментов из опускных колодцев
по сравнению с фундаментами мелкого заложения, сооружаемыми
в котлованах, является значительно меньшая степень разуплот¬
нения грунтов, окружающих фундаменты, что обеспечивает за¬
делку их в грунтах на действие горизонтальных нагрузок. Вслед¬
ствие этого при прочих равных условиях можно существенно
уменьшить размеры подошвы опускных колодцев и поэтому со¬
кратить расход материалов на фундаменты. Кроме того, при по¬
стройке фундаментов из колодцев в пределах акваторий можно
исключить дорогостоящие и трудоемкие работы по устройству и
разборке ограждений котлованов.Применение опускных колодцев для фундаментов мостов обес¬
печивает: повышенную горизонтальную жесткость опор; возмож¬
ность использования местных строительных материалов для при¬
готовления бетона; производство работ с поверхности грунта или
акватории безвредными для здоровья работающих способами; воз¬
можность погружения колодцев на глубину более 35 м, что не до¬
стижимо для кессонов.Наряду с достоинствами фундаменты из колодцев имеют и не¬
достатки, ограничивающие их широкое применение в мостострое¬
нии. К ним относятся недоиспользование (на 50—70%) прочност¬
ных свойств бетона фундаментов и как следствие значительный
его перерасход, большие сроки строительства по сравнению со
свайными.Несмотря на разнообразие, все опускные колодцы можно клас¬
сифицировать по материалу, из которого они изготовлены, конст¬
рукции и способу погружения в грунт.По материалу опускные колодцы подразделяют на бетонные,
железобетонные, металлические, деревобетонные, деревянные, ка¬
менные и кирпичные. Классификация колодцев по материалу яв¬
ляется определяющей потому, что в историческом развитии опуск¬
ных колодцев решающее влияние на выбор их конструкции, тех¬
нологии изготовления и погружения в грунт оказывали их мате¬
риалы. Так, из кирпичной и бутовой кладки сооружали преимуще¬
ственно толстостенные (массивные) колодцы цилиндрической
формы. Это объясняется тем, что от всестороннего давления грун¬
та, окружающего колодцы, в конструкции возникают сжимающие
напряжения. Толстые стены способствуют уменьшению в них до
безопасных значений растягивающих напряжений, иногда появля¬64
ющихся из-за неравномерного давления грунта по периметру ко¬
лодцев в процессе их опускания.В свою очередь, использование массивных конструкций колод¬
цев во многом предопределяло технологию их изготовления и опу¬
скания. Такие колодцы, как правило, сооружали и опускали с по¬
верхности грунта или искусственных островков.С началом использования чугуна, стали и железобетона нача¬
ли применять тонкостенные колодцы разных форм и опускать их
не только с поверхности грунта, но также с подмостей и с воды
(на плаву).В настоящее время в мостостроении не применяют деревобетон¬
ные, деревянные, каменные и кирпичные колодцы в связи с боль¬
шими затратами ручного труда, а главным образом потому, что
такие конструкции по многим технико-экономическим показате¬
лям уступают бетонным, железобетонным и металлическим ко¬
лодцам.По конструкции колодцы подразделяют на толстостенные и тон¬
костенные. Толстостенные конструкции — это массивные, имеющие
стены сплошного сечения (рис. 4.1, а) или же полые стены
(рис. 4.1, б), заполняемые бетонной смесью по мере опускания ко¬
лодцев в грунт. Толстостенные колодцы проектируют из бетона
или железобетона. Стальные колодцы с полыми стенами исполь¬
зуют, как правило, при необходимости опускания их на плаву.
Тонкостенные колодцы (рис. 41, е) проектируют преимуществен¬
но из железобетона и очень редко в виде стальных оболочек
(гильз).По способу изготовления колодцы бывают: монолитные, бе¬
тонируемые на месте их опускания в грунт; сборные, монтируе¬
мые на месте погружения из заранее изготовленных элементов;в)V-; fл~—у. ■.Рис. 4.1. Схемы опускных колодцев:/ — бетонные стены; 2 — стальные стены; 3 — бетонный заполнитель; 4 — железобетонные
стены3-2Э5765
сборно-монолитные из сборных элементов, заполняемые бетонной
смесью по мере опускания в грунт.По месту опускания колодцы подразделяют на опускаемые в
пределах суходолов с поверхности грунта, а в пределах акваторий
с искусственных островков, подмостей или на плаву.В зависимости от способа погружения выделяют колодцы, опу¬
скаемые под действием собственного веса и принудительно за¬
глубляемые с помощью пригрузки или вибропогружателей.По способу разработки и удаления грунта колодцы подразде¬
ляют на погружаемые с открытой разработкой грунга и с закры¬
той— после превращения колодцев в кессоны. Для подавляющего
большинства случаев постройки фундаментов колодцы погружают
с открытой разработкой грунта. Колодцы превращали в кессоны
в крайне редких случаях, когда требовалось произвести опирание
их низа на поверхность неровной скальной породы или преодо¬
леть какое-либо включение, препятствующее опусканию колодца
до проектной отметки.Бетонные и железобетонные колодцы. По конструкции, техно¬
логии изготовления и опускания в грунты такие колодцы имеют
много общего. Различие между ними заключается в характере ис¬
пользования арматуры.Наличие в железобетонных колодцах арматуры, устанавли¬
ваемой по расчету, способствует созданию экономичных конструк¬
ций, обладающих многими достоинствами каменных, деревянных,
бетонных и металлических колодцев и при этом лишенных боль¬
шинства их недостатков. По сравнению с бетонными на железобе¬
тонные колодцы расходуется в 2—5 раз меньше бетона, на 40—
80% меньше стали, чем на металлические. При этом изготовление
арматуры проще по сравнению с изготовлением металлических
конструций колодцев.В сопоставлении с деревянными железобетонные колодцы вы¬
годно отличаются возможностью придания им любой формы с обес¬
печением всех требований в отношении прочности, жесткости и мо¬
нолитности.По опыту построенных сооружений расход бетона на изготов¬
ление колодцев в общем объеме кладки фундаментов изменяется
от 10% для колодцев-оболочек, заполняемых сплошь бетоном, до
90% для толстостенных колодцев без бетонного заполнителя. Рас¬
ход арматурной стали на 1 м3 кладки колодцев изменяется от 50 кг
для массивных конструкций до 300 кг для колодцев-оболочек, при¬
нудительно опускаемых в грунт.В зависимости от конструктивных особенностей сооружений,
объемов работ и местных условий бетонные и железобетонные ко¬
лодцы изготовляют из монолитного или сборного железобетона.
Целесообразность применения того или другого вида колодцев оп¬
ределяется исходя из результатов сравнения стоимости работ и за¬
трат труда.В фундаментах мостов применяют преимущественно железобе¬
тонные колодцы; бетонные колодцы используют для фундамен¬66
тов площадью до нескольких десятков квадратных метров при
глубине заложения до 20 м.При небольших объемах работ монолитные, бетонируемые на
месте опускания колодцы применяются более часто, потому что
доставка сборных конструкций или их изготовление вблизи объек¬
та во многих случаях связана с необходимостью значительных до¬
полнительных затрат средств и времени.В подавляющем большинстве случаев фундаменты мостов со¬
оружают из одного колодца монолитной и очень редко сборно-мо¬
нолитной конструкции. Два колодца и больше в одном фундамен¬
те в настоящее время встречаются при сборных конструкциях, на¬
пример: колодцах-оболочках, погружаемых в грунт принудительно.На фундаменты из одного колодца ориентируются, как прави¬
ло, при необходимости опускания бетонируемых на месте колод¬
цев под действием собственного веса. На сооружение таких фун¬
даментов затрачивается меньше времени по сравнению с фунда¬
ментами из нескольких колодцев.Недостаток одиночных колодцев, опускаемых под действием
собственного веса, некоторое недоиспользование прочностных
свойств бетона, а следовательно, и его перерасход. Объясняется
это в основном тем, что в расчетах несущей способности силы тре¬
ния грунтов о боковую поверхность колодцев учитывают только
в пределах высоты от банкетки их ножа до первого снизу уступа,
устраиваемого для облегчения опускания колодцев в грунт. Выше
этого уступа силы трения не учитывают вследствие значительного
разуплотнения грунтов в результате осыпания их в прорезь, ко¬
торая образуется по периметру опускаемого колодца его уширен¬
ной нижней частью.Разуплотнившийся грунт в лучшем случае не воспринимает
вертикальную нагрузку по контакту с боковой поверхностью ко¬
лодца, а в худшем — зависает на ней, дополнительно пригружая
колодец. Наличие разуплотненного грунта в прорези также сни¬
жает сопротивляемость грунта возможным поворотам фундамента
под воздействием горизонтальных нагрузок.Если после опускания колодца не заполнить образующуюся
прорезь цементным раствором или искусственно уплотненным
грунтом, то естественное уплотнение осыпавшегося или оплывшего
в прорезь грунта может продолжаться годы, а иногда и больше.
Но поскольку за этот период проявится значительная часть осад¬
ки основания от воздействия полной постоянной нагрузки, то уп¬
лотняющиеся в течение длительного времени грунты на контакте
с боковой поверхностью колодца будут «зависать» на ней, созда¬
вая дополнительную пригрузку основания, которую трудно учесть
в расчетах из-за неопределенности влияния многих факторов, дей¬
ствующих в разнообразных сочетаниях.Расчетные сопротивления грунтов в несколько раз ниже проч¬
ности бетона, соприкасающегося с основанием. При этом разница
возрастает с уменьшением относительного заглубления, представля¬
ющего отношение глубины заложения фундамента к его ширине.з*67
Из этого следует, что при одном и том же абсолютном заглубле¬
нии и прочих равных условиях расчетное сопротивление грунтов
основания тем меньше, чем шире фундамент. Вследствие этого
степень использования прочностных свойств бетона фундаментов
из одиночных колодцев больших размеров в плане ниже по срав¬
нению с фундаментами из двух я больше колодцев, имеющих
меньшие размеры поперечного сечения.Ввиду малого относительного заглубления широких колодцев,
а также наличия разуплотненных грунтов на контакте с их боко¬
вой поверхностью заметно ослабляется защемление (заделка) ко¬
лодцев в грунте. Из-за этого увеличивается неравномерность дав¬
ления по площади подошвы фундамента при воздействии горизон¬
тальных нагрузок и расчет оснований производят исходя из тре¬
угольной или трапециевидной эпюры давлений, при которых огра¬
ничивающим фактором является величина расчетного сопротив¬
ления грунта под ребром фундамента, а не под всей площадью
его подошвы.Если просуммировать воздействие отмеченных неблагоприят¬
ных факторов, то для фундаментов, воспринимающих значитель¬
ные вертикальные и горизонтальные нагрузки, приведенная к 1 м2
площади основания несущая способность окажется в 1,5—4 раза
ниже у фундаментов из одиночных колодцев по сравнению с фун¬
даментами из нескольких колодцев-оболочек с меньшим в 2—Зра¬
за поперечным сечением (при равном абсолютном заглублении в
грунт первых и вторых).Более высокая приведенная несущая способность по грунту ко¬
лодцев-оболочек, особенно опускаемых принудительно, — резуль¬
тат не только увеличения относительного заглубления, но и отсут¬
ствия разуплотнения грунта на контакте с боковой поверхностью,
а следовательно, и улучшения заделки в грунте. Последнее об¬
стоятельство способствует выравниванию давлений под подошвой
колодцев-оболочек, и поэтому более полному использованию несу¬
щей способности основания. В свою очередь, повышение расчетной
несущей способности оснований обеспечивает возможность умень¬
шения размеров подошвы фундамента и связанного с этим сни¬
жения расхода материалов.В построенных фундаментах из нескольких колодцев-оболочек
расход бетона уменьшен в 2—4 раза по сравнению с фундамен¬
тами из одиночных колодцев, заполненных бетоном. При таком
сокращении кладки экономически оправдано и целесообразно ши¬
роко применять конструкции из сборного железобетона. Посколь¬
ку резко уменьшаются суммарные объемы и вес элементов одного
фундамента, то соответственно снижаются затраты труда, стои¬
мость изготовления и монтажа колодцев-оболочек по сравненшо
с толстостенными колодцами больших размеров. Возможно их
принудительное заглубление в разные грунты вибропогружате¬
лями.По данным опыта сооружения ряда мостов в нашей стране и
за рубежом установлено, что применение колодцев-оболочек, спо¬68
собствуя значительному сокращению объемов работ, обеспечива¬
ет при хорошо освоенной технологии снижение на 10—20% стои¬
мости фундаментов и уменьшение трудоемкости в 1,5—3 раза.В отличие от массивных колодцев больших размеров колодцы-
оболочки имеют еще значительные резервы дальнейшего повыше¬
ния их экономичности в первую очередь за счет отказа от устрой¬
ства бетонного заполнителя полости, совершенствования методов
погружения в разные грунты и оборудования. Эти конструкции в
наибольшей степени приспособлены для комплексной механизации
строительства фундаментов.При наличии высокоэффективного оборудования, обеспечиваю¬
щего разработку и удаление нескальных грунтов и скальных по¬
род, колодцы-оболочки успешно заменяют кессоны при строитель¬
стве фундаментов на скальных основаниях и в грунтах с различ¬
ными твердыми включениями.По результатам обобщения отечественного и зарубежного опы¬
та строительства мостов установлено, что фундаменты глубокого
заложения наиболее часто строили, а в настоящее время в от¬
дельных случаях продолжают строить из толстостенных опускных
колодцев. Это обусловлено тем, что они в наибольшей степени
удовлетворяют требованиям передачи полыми конструкциями боль¬
ших вертикальных и горизонтальных нагрузок на основания и
обеспечивают возможность опускания в различные грунты колод¬
цев под действием собственного веса на любые встречающиеся в
фундаментостроении глубины.Использование подмыва или тиксотропной рубашки наряду со
снижением сил трения грунта о боковую поверхность опускаемых
колодцев, способствует уменьшению толщины их стен только до
некоторой величины, определяемой условиями долговечности и
прочности фундаментов при воздействии на них эксплуатационных
нагрузок. Исходя из этого, колодцы с оптимальной толщиной стен,
удовлетворяющей требованиям прочности и условиям производст¬
ва работ, обеспечивают возможность создания эффективной кон¬
струкции фундамента, представляющего собой полый колодец со
сплошной плитой (подошвой) внизу, предназначенной для пере¬
дачи давлений на грунтовое основание, и распределительной пли¬
той вверху — для восприятия нагрузки от надфундаментной части
«опоры.В настоящее время подобная конструкция достаточно рас¬
пространена в фундаментах глубокого заложения, а также в опуск¬
ных сооружениях разного назначения.Опускные сооружения возводят преимущественно из цилиндри¬
ческих колодцев. Форма колодцев в фундаментах во многом зависит
от конструкции надфундаментной части сооружения. Для фунда¬
ментов опор мостов наиболее распространена вытянутая в плане
вдоль течения воды в реке форма. В зависимости от скорости те¬
чения и направления водотока колодцам придают круглое, овои-
дальное или прямоугольное с закруглениями очертание в плане.
Форма колодца в основном определяется необходимостью созда¬
ния благоприятных условий протекания воды под мостами для
уменьшения глубины местных размывов дна русла вблизи опор.Колодцы-оболочки конструируют в виде полых железобетон¬
ных цилиндров, которые обладают достаточно хорошей обтекаемо¬
стью, а, кроме того, при минимальном поперечном армировании
способны воспринять значительные нагрузки от горизонтального
давления грунта. Одиночным колодцам широких фундаментов
придают в плане очертание прямоугольника с полуокружностями
по торцам. При небольших скоростях течения ограничиваются уст¬
ройством закруглений по его углам.По условиям производства работ предпочтительнее колодцы
кольцевого сечения без внутренних стен, в том числе цилиндри¬
ческие колодцы-оболочки, способствующие удобству разработки
грунтов грейферами. Однако при такой форме колодцев проявля¬
ется их недостаточная устойчивость в вертикальном положении в
начальный момент погружения под воздействием собственного ве¬
са, особенно для случаев, когда высота превышает диаметр ко¬
лодца. Учитывая это обстоятельство, в проектах производства ра¬
бот приходится предусматривать меры по обеспечению нормального
лх опускания на глубину', превышающую один-два диаметра, по¬
сле достижения которой устойчивость колодцев повышается за счет
возрастания степени защемления в результате увеличения всесто¬
роннего горизонтального давления грунта.Большие колодцы некруглого очертания в плане, как прави¬
ло, имеют, кроме наружных, и внутренние стены, которые, умень¬
шая расчетный пролет первых, способствуют снижению в них из¬
гибающих моментов, возникающих от воздействия горизонтального
давления грунта, окружающего колодец. Внутренние стены стре¬
мятся располагать в плане симметрично относительно продольной
и поперечной осей колодца. Это упрощает расчеты, конструирова¬
ние, изготовление и опускание колодцев при условии, что расчет¬
ная постоянно действующая нагрузка приложена к колодцу сим¬
метрично относительно его осей.Толщина стен построенных бетонных и железобетонных колод¬
цев в зависимости от их размеров, заглубления, характера и ве¬
личины расчетных нагрузок изменяется от 0,2 до 3 м. По высоте
колодцев наружные стены конструируют одинаковой или перемен¬
ной толщины. В последнем случае изменение толщины достигает¬
ся устройством уступов с наружной, а иногда и внутренней сторо¬
ны стены, а также приданием наклона наружной поверхности.
Толщина внутренних стен, равная 0,5—0,9 толщины наружных
стен, как правило, не изменяется по высоте колодца.Размеры шахт в плане назначают исходя из условий наимень¬
шего расхода материалов и возможностей изготовления колодцев
и удаления из них грунта. При грейферной разработке грунтов
размеры шахт должны минимум на 0,5 м превышать габаритный
размер грейфера в раскрытом состоянии.Из многолетнего опыта строительства фундаментов глубокого
заложения установлено, что для облегчения заглубления колодцев70
на 10—15 м в грунты различной
плотности достаточно ограничить¬
ся устройством по периметру ко¬
лодцев одного уступа или поверх¬
ность наружных стен располо¬
жить с наклоном к вертикали от
0,01 до 0,1. С увеличением заглу¬
бления в различные грунты ко¬
лодцы конструируют с двумя и
большим количеством уступов.Иногда сочетают устройство ус¬
тупов с приданием боковой (По¬
верхности наружных стен наклон¬
ного положения.Так, например, для фундамен¬
тов железнодорожного моста бы¬
ли применены колодцы с трехъ¬
ярусной ступенчатой формой бо¬
ковой поверхности стен (рис. 4.2),
имевшей наклон 100:1 в преде¬
лах каждого яруса, и уступами
шириной по 4 см. Наибольшие
наклоны поверхности стен и раз¬
мер уступов назначены для пред¬
отвращения возможного появле¬
ния недопустимых перекосов ко¬
лодца при опускании его сквозь
песчаные грунты до опирания на глины. Подобное решение спо¬
собствовало сокращению на несколько процентов расхода бетонной
кладки. Однако заметно усложнялись работы по устройству опа¬
лубки наружных стен.В отдельных случаях, когда требовалось обеспечить устойчи¬
вость высоких опор под воздействием значительных горизонталь¬
ных нагрузок, для устройства мало заглубленных в грунт фунда¬
ментов использовали колодцы со значительно развитым в плане
контуром. При этом переход от нижней части колодца к верхней,
расположенной в уровне обреза фундамента, осуществляли путем
придания значительного наклона боковой поверхности колодца.Колодцы с наклонной боковой поверхностью более экономич¬
ны по расходу материалов, но эта экономия достигается усложне¬
нием опалубочных и арматурных работ. Кроме того, колодцы с за¬
глубленной в грунт наклонной поверхностью не устойчивы в про¬
цессы опускания из-за слабой их заделки в грунте с нарушенной
структурой. Достаточно возникнуть небольшому одностороннему
неуравновешенному горизонтальному давлению грунта на боко¬
вую поверхность колодца, и он в процессе опускания начнет откло¬
няться от проектного положения. Такое давление может появить¬
ся, например, в результате обвала грунта с одной стороны проре¬зи.	При двустороннем несиммеричном обвале грунта может со-Рис. 4.2. Фундамент опоры железно¬
дорожного моста71
Рис, 4.3. Фундамент опоры моста через р. Гароннуздаться разница в объемах и плотности обвалившегося грунта,
из-за которой и появляется неуравновешенное одностороннее гори¬
зонтальное давление на колодец. Отмеченные обстоятельства яви¬
лись причиной отказа от колодцев с большими наклонами боко¬
вой поверхности при необходимости опускания их на глубину свы¬
ше 10 м.В фундаментах мостов широко применяют колодцы с верти¬
кальными стенами. Иногда стенам придают небольшой наклон.
Первое решение предпочтительнее по условиям изготовления и по¬
гружения колодцев, поэтому оно более часто встречается, несмот¬
ря на некоторый перерасход материалов.Все колодцы, опускаемые в тиксотропной рубашке, конструи¬
руют с одним уступом шириной до 15 см и вертикальной боковой
поверхностью независимо от их размеров и глубины погружения в
грунт.Небольшую ширину уступа назначают с целью уменьше¬
ния потребности в глинистом растворе для тиксотропной рубаш¬
ки, а также для облегчения удержания колодца в вертикальном
положении в процессе опускания.Характерным примером опускания большого колодца в тиксо¬
тропной рубашке является опыт строительства фундамента рус¬
ловой опоры городского висячего моста через р. Гаронну. Желе¬
зобетонный колодец (рис. 4.3) опущен с водоотливом до мергеля72
сквозь переслаивающуюся толщу песка и гальки на глубину око¬
ло 25 м. Для облегчения опускания колодца по его периметру на
высоте 2 м от банкетки ножа сделали уступ шириной 0,12 м. Над
ним в процессе опускания образовалась прорезь, которую запол¬
няли глинистым раствором. Бетонирование и погружение колодца
осуществлено с искусственного островка.Чтобы обеспечить плотное соприкасание грунта с боковой по¬
верхностью колодца после его погружения до проектной отметки,
прорезь заполнили цементным раствором с целью удаления из нее
глинистого раствора и создания прочной рубашки.В процессе опускания толстостенных колодцев с подводной раз¬
работкой плотных связных грунтов наибольшие затруднения встре¬
чаются при удалении грунтов из-под ножа. Грейферы не в состоя¬
нии проникнуть в эту зону, а подмыв для рыхления таких грунтов
не эффективен. Поэтому в отдельных случаях, когда не применяют
тиксотропную рубашку, грунты разрабатывают методом бурения
сквозь отверстия диаметром 0,5—1,8 м, устраиваемые по перимет¬
ру ножа колодцев.Толстостенные колодцы, опускаемые с поверхности грунтов или
искусственных островков, бетонируют, как правило, на месте опу¬
скания в переставной или скользящей опалубке. Если колодцы
приходится опускать в период низких отрицательных температур,
а также для ускорения работ и сокращения затрат труда по стро¬
ительству фундаментов, применяют сборные конструкции.При строительстве мостов в районах Забайкалья и Дальнего
Востока применили сборные колодцы в местах, где на глубине 3—
5 м залегали скальные породы, прикрытые аллювиальными отло¬
жениями.Сборные колодцы (рис. 4.4) состояли из отдельных железобе¬
тонных секций высотой 0,5 м и ножа, соединенных между собой вер¬
тикальными стальными тяжами диаметром 28—36 мм. Для умень¬
шения вероятности затирания колодца при погружении в грунт
нож имел наклонную поверхность, выступающую на 10 см за пре¬
делы наружной стены колодца. Изготовленные на полигоне секции
монтировали на заранее спланированной площадке. В теплое вре¬
мя года на каждую секцию перед установкой последующей укла¬
дывали слой цементно-песчаного раствора толщиной 1,5 см. В зим¬
нее время между секциями укладывали металлические прокладки
толщиной 15 мм для образования зазоров с последующим запол¬
нением их цементно-песчаным раствором.По окончании монтажа опускного колодца в отверстия в сте¬
нах секций устанавливали металлические тяжи и стягивали ими
блоки между собой. Отверстия с закрепленными в них тяжами
заполняли цементным раствором. Грунт из полости колодца уда¬
ляли грейфером. После опускания до проектной отметки полость
колодца заполнили бетоном М150.Наряду со сборными колодцами применяют также сборно-моно-
литные. При этом возможны два типа колодцев. Характерная осо¬
бенность колодцев первого типа — устройство их нижней части73
Рис. 4.4. Сборный железобетонный колодециз монолитного железобетона, а верхней — из сборного. В колод¬
цах второго типа пустотелые стены, собираемые из железобетон¬
ных плит или полых блоков, по мере опускания колодцев в грунт
заполняют бетонной смесью.Из железобетонных колодцев первого типа строят фундамен¬
ты, из колодцев второго типа возводят преимущественно опуск¬
ные сооружения больших размеров.В качестве примера приведен фундамент из колодца сборно¬
монолитной конструкции для русловой опоры автодорожного мо¬
ста. Колодец (рис. 4.5) высотой 11,35 м составлен из двух частей:
нижней (высотой 6,2 м) монолитной конструкции и верхней (высо¬
той 5,15 м) сборной. Для лучшей связи подводного бетона запол¬
нения шахт со стенами колодца, а также для переустройства при
необходимости его в кессон предусмотрены три яруса штраб вы¬
сотой по 0,5 м. Железобетонный нож усилен стальной конструк¬
цией высотой 0,45 м из листовой стали толщиной 20 мм. Сборная
часть колодца составлена из 10 железобетонных секций высотой
по 0,5 м, армированных пространственным каркасом. Масса каж¬
дой секции 11 т.Важно отметить, что все сборные и сборно-монолитные колод¬
цы в конструкции фундаментов имеют горизонтальное членение на
секции. При таком расположении стыков обеспечивается возмож¬74
ность наращивания колодцев по мере заглубления их в грунт.В практике строительства опускных сооружений наряду с го¬
ризонтальным встречается и вертикальное членение сборных ко¬
лодцев. Оно оправдано возможностью упрощения работ по изго¬
товлению элементов и вполне допустимо, поскольку высота таких
колодцев определяется высотой сооружения и ее нельзя изменить
в зависимости от появившихся возможностей заглубления.Кроме толстостенных колодцев, в фундаментах мостов приме¬
няют тонкостенные колодцы, полость которых заполняют бетоном,
сплошь или только в виде кольца для утолщения стен, а также
оставляют без бетонного заполнения. Ввиду небольшого веса тон¬
костенные колодцы погружают в грунт вибропогружателями или
методом задавливания.Для опор автодорожного моста через р. Восточную Шельду
признали наиболее экономичной и осуществили конструкцию пол¬
ностью сборного фундамента (рис. 4.6) из трех предварительно
напряженных железобетонных колодцев-оболочек диаметром
4,25 м со стенками толщиной 0,35 м и длиной до 50 м, которые
заглубляли в грунт методом задавливания с подмывом. Поверху
колодцы-оболочки объединили пустотелым железобетонным бло¬
ком размером 22,55X6,5X4,5 м, заполненным бетоном после уста-Рис. 4.5. Сборно-монолнтный коло¬
дец:1 — сборные железобетонные элементы;
бетонная монолитная конструкцияРис. 4.6. Фундамент опоры моста че¬
рез р. Восточную Шельду:/ — пролетное строение; 2 — сборная опо¬
ра; 3 — сборно-монолитная плита фунда¬
мента; 4 — колодец-оболочка: 5 — бетон¬
ный заполнитель76
новки в проектное положение. Колодцы-оболочки заполнили бето¬
ном только в нижней части на высоту 4 м. Целесообразность стро¬
ительства фундаментов из цельноустанавливаемых колодцев-обо¬
лочек массой до 550 т для этого моста определялась тем, что в
распоряжении строительной организации имелись мощные подъ¬
емно-транспортные средства, предназначавшиеся для монтажа
опор и пролетных строений из крупных блоков большой массы.Металлические (стальные) колодцы. Из таких колодцев возво¬
дят фундаменты, расположенные преимущественно в пределах
глубоких водоемов. Стальные колодцы наиболее приемлемы и од¬
новременно самые дорогие конструкции фундаментов. Из-за боль¬
шого расхода стали и трудоемкости изготовления подобные ко¬
лодцы встречаются редко в зарубежной практике фундаменто-
строения и еще реже в нашей стране. Их применение может быть
оправдано в местах интенсивного абразивного воздействия пере¬
мещающихся донных отложений на бетон фундаментов, а также
при необходимости сооружения фундаментов в глубоких водото¬
ках для опор, воспринимающих большие вертикальные и горизон¬
тальные нагрузки, например опоры висячих мостов.По характерным особенностям конструкций металлические ко¬
лодцы можно подразделить на одностенчатые, двухстенчатые (с
полыми стенами) и комбинированные (ячеистые). Фундаменты
опор мостов конструируют из одного, двух или нескольких одно-
стенчатых или двухстенчатых колодцев. Комбинированные (ячеи¬
стые колодцы применяют, как правило, по одному в фундаменте.Одностенчатые из стали толщиной до 30 мм цилиндрические
колодцы диаметром до 5 м погружают мощными вибраторами, мо¬
лотами или принудительным вдавливанием. В настоящее время
в отечественной практике мостостроения такие колодцы вытесне¬
ны железобетонными тонкостенными колодцами-оболочками, в
конструкции которых значительно меньше дефицитной листовой
стали.Двухстенчатые цолодцы диаметром 5 м и более состоят из кон¬
центрически расположенных двух цилиндров из листов стали со
стенками толщиной 10—15 мм, соединенных между собой систе¬
мой связей. По мере опускания таких колодцев под действием
собственного веса пространство между наружным и внутренним
цилиндрами заполняют бетонной смесью. После заглубления ко¬
лодцев до проектного уровня в их полость укладывают бетонную
смесь, создавая бетонную пробку только в нижней части или же
сплошь по высоте колодцев.Комбинированные (ячеистые) колодцы состоят из нескольких
одностенчатых колодцев-шахт, объединенных системой связей и
наружной обшивкой в неизменяемую конструкцию. Погружаются
колодцы в грунт под действием собственного веса. Для возмож¬
ности транспортирования, установки в проектное положение и
опускания в пределах глубоких водотоков колодцам-придаюг пла¬
вучесть, которая обеспечивается за счет свободных от воды поло¬
стей между колодцами-шахтами и в них самих. Для предотвраще¬76
ния поступления воды их сверху закрывают съемными крышками,
под которые подают сжатый воздух, изменяя его давление, обес¬
печивают необходимую по расчету величину погружения колодца
в воду. Ранее применявшиеся в колодцах временные днища для
предотвращения поступления воды в полость шахт в последнее
время встречаются редко.Колодец опускают под действием веса бетонной смеси, укла¬
дываемой в пространство между цилиндрическими шахтами и на¬
ружной стенкой колодца, а плавучесть поддерживают нагнетани¬
ем сжатого воздуха в шахты, закрытые съемнымн крышками. Шах¬
ты наращивают в период погружения поочередно. Путем регули¬
руемой подачи в них воздуха облегчается установка колодца на
дно. Таким способом удобно опускать колодец на большую глуби¬
ну в илистое дно водотока, регулируя с помощью воздушной бал¬
ластировки положение колодца до тех пор, пока он не погрузится
до слоя надежного грунта. Подобное решение осуществлено при
сооружении фундаментов опор большого моста в США, где глуби¬
на воды в водоеме доходит до
32 м, а глубина заложения фунда¬
ментов до 67 м.Фундамент возведен из опуск¬
ного колодца пустотелой конст¬
рукции размерами в плане 22,7X
Х38.7 м. Колодец составлен из 28
металлических цилиндрических
шахт диаметром 4,57 м, скреплен¬
ных между собой жесткими свя¬
зями и наружной обшивкой из де¬
ревянных брусьев. Площадь зем¬
лечерпательных шахт равнялась
примерно половине площади ко¬
лодца.Нижнюю часть колодца запол¬
нили подводным бетоном, в верх¬
ней части устроили железобетон¬
ную распределительную плиту. В
период опускания колодца шахты
закрывали съемными металличе¬
скими куполами, под которые на¬
гнетали сжатый воздух, обеспечи¬
вая необходимую плавучесть ко¬
лодца.Нижнюю часть колодца высо¬
той 13,1 м изготовили на берего¬
вом стапеле, опустили на воду и
в плавучем состоянии доставили
к месту опускания. Шахты и сте¬
ны колодца наращивали в процес¬
се погружения секциями высотойРис. 4.7. Фундамент опоры мо¬
ста через р. Тахо:/ — надфундаментная конструкция
опоры; 2 — плита фундамента; 3 —
опускной колодец; 4—землечерпа¬
тельная шахта; 5 — бетонный за¬
полнитель77
по 3 м; при этом снимали одновременно не более 10% их купо¬
лов.Для уменьшения расхода стали в отдельных случаях после на¬
чала заглубления низа колодцев в грунт (сквозь толщу воды)
верхнюю их часть наращивают железобетонной кладкой. Такие
конструкции состоят, как правило, из нижней части в виде ме¬
таллического опускного колодца и верхней части в виде железобе¬
тонной конструкции. Назначение металлической части колодца в
этом случае сводится к облегчению транспортирования колодца на
плаву от места его сборки к месту опускания до дна.Погружение в толще грунта производится под действием веса
бетона, укладываемого при наращивании колодца. Этот сравни¬
тельно редко встречающийся прием используется при сооружении
фундаментов в русле глубоких рек. Примером такого решения яв¬
ляется постройка фундаментов двух русловых опор висячего мо¬
ста через р. Тахо в Лиссабоне, заложенных на рекордную в ми¬
ровой практике глубину от рабочего уровня воды в реке 79 м при
глубине воды до 35 м. Фундамент — прямоугольного очертания
(рис. 4.7) размерами в плане 40,7X23,8 м. Нижняя часть фунда¬
мента металлическая, верхняя — железобетонная. Каждый колодец
имеет 28 металлических землечерпательных шахт диаметром 4,7 м,
которые на время транспортирования колодца по воде и опускания
его до дна реки закрывали съемными куполами для возможности
регулирования сжатым воздухом положения колодца по глубине.4.2.	Детали фундаментов и колодцевПри строительстве фундаментов мостов бетонные колодцы го¬
товили из бетона марок 100—200 и железобетонные колодцы из
бетона марок 200—400. Погружаемые б грунт под действием соб¬
ственного веса бетонные колодцы имели стены толщиной до 2 м, а
железобетонные — до 1,5 м. Толщина внутренних стен составля¬
ла 0,5—1 от толщины наружных для массивных толстостенных бе¬
тонных и железобетонных колодцев и до 0,3 — для железобетонных
цилиндрических (толстостенных) колодцев-оболочек.Тонкостенные колодцы-оболочки конструируют с однорядной
арматурой. Для колодцев с утолщенной стенкой применяют арма-
туру, расположенную как в один, так и в два ряда. Предваритель¬
но напряженную арматуру располагают главным образом в один
ряд.Толстостенные железобетонные колодцы, которые опускаются
под действием собственного веса, имеют преимущественно двух¬
рядную арматуру.В построенных сооружениях защитный слой бетона в колодцах
принимали от 4 до 10 см в зависимости от места расположения
фундаментов: меньшие значения — для колодцев, находящихся в
пределах суходолов, большие — для погруженных в руслах рек
при неблагоприятных воздействиях перемещающихся наносов с аб¬
разивными по отношению к бетону свойствами.78
Для облегчения погружения в грунт наружные стены колодцев
в нижней части устраивают в виде заострения, которое называют
ножевой частью колодца, консолью или ножом. Понятие «кон¬
соль» принято из терминологии, относящейся к кессонам, одной
из характерных особенностей конструкции которых является на¬
личие боковых стен, жестко связанных с потолком кессонов и сво¬
бодных внизу. Поэтому такие стены рассчитывали по схеме кон¬
соли, что предопределило и соответствующее их название, широко
известное в практике использования кессонов. В той же термино¬
логии под понятием «нож» следует подразумевать только нижнюю
режущую часть консоли, которая непосредственно внедряется в
грунт.Если исходить из сохранения терминологии, принятой для кес¬
сонов, то применительно к опускным колодцам в наибольшей сте¬
пени подошли бы понятия: ножевая часть колодца и нож. Однако
в отечественной практике строительства заглубленных в грунтопу¬
скаемых сооружений банкетка (низ) ножевой части не имеет ка¬
кой-либо окантовки, которая могла бы служить условной грани¬
цей для зоны ножа. Кроме того, из-за отсутствия переломов в на¬
клоне внутренней поверхности ножевой части колодца также не
представляется возможным четко выделить границу ножа в том
понятии, которое было принято в кессонах.Исходя из этих соображений в терминологии заглубленных
(опускных) сооружений, устраиваемых из колодцев, под понятием
«нож» подразумевается вся нижняя часть стен колодца (перемен¬
ного сечения) с наклонной внутренней гранью, включая и сталь¬
ную окантовку, если она применяется.Поскольку в настоящее время в отечественной строительной
практике опускные колодцы наиболее часто используют для уст¬
ройства заглубленных сооружений и в связи с этим имеется мно¬
го публикаций, а также изданы нормативные документы, в кото¬
рых под термином «нож» колодца подразумевается вся ножевая
(нижняя) часть наружных стен колодца, во избежание недоразу¬
мений в настоящей работе принят этот термин, хотя он и не увя¬
зан с ранее применявшимся для кессонов. Учитывая отмеченные
обстоятельства, взамен термина «нож», принятого в кессонах, в
этой книге введено равнозначное понятие «режущая часть ножа».
Основное назначение ножа — облегчить вдавливание (проникно¬
вение) нижней части колодца в грунт. Стальная окантовка режущей
части ножа предназначается для предохранения его низа от воз¬
можных повреждений под воздействием больших сосредоточенных
давлений, возникающих при встрече с препятствием, например с
валунами, затопленными предметами, или же в случае опирания
колодца на неровную поверхность скальной породы.Стальная часть ножа может быть использована также в каче¬
стве рабочего элемента, участвующего в воспринятой изгибающих
моментов, особенно при опускании первой секции колодца. Если
колодец опускают в тиксотропной рубашке или сквозь прослойки
плывунных грунтов, то постоянно заглубленная в грунт режущая79
Рис. 4.8. Схемы поперечного сечения ножа опускных колодцевчасть ножа используется в качестве затвора, препятствующего про¬
рыву в полость колодца глинистого раствора или грунта.Очертание (профиль) ножа назначают в зависимости от
свойств прорезаемых грунтов. Наилучшей формой ножа для всех
случаев является клиновая (рис. 4.8, а), при которой колодец
легко врезается в грунт л создаются благоприятные условия для
его извлечения. Однако при таком ноже возможно неравномерное
по периметру колодца его погружение в слабые грунты и появле¬
ние в связи с этим перекосов. Поэтому на ножи такой формы ори¬
ентируются в случае необходимости прорезания значительных по
толщине прослоек плотных грунтов.Для уменьшения распорного (расклинивающего) давления
грунта на нож (при увеличении толщины стен колодца), а также
для предотвращения быстрого опускания или просадок колодца
лучше всего подходят ножи, поперечное сечение которых видоиз¬
меняется за счет устройства одной (рис. 4.8, б, в, г) или двух до¬
полнительных площадок (граней) (рис. 4.8, д, е) с углом наклона
к горизонту меньшим, чем угол наклона внутренней грани ножа.
Ножи, показанные на рис. 4.8, ж, з, применяют для колодцев,
используемых в качестве опускных сооружений, а также для уст¬
ройства фундаментов. Верхний уступ служит для предотвращения
резких просадок колодца при встрече с прослойками слабых грун¬
тов, а кроме того, для удержания опалубки ножа и в качестве
упора днища колодца. Из рассмотренных наиболее распростране¬
ны ножи, приведенные на рис. 4.8, а—г для тонкостенных колод¬
цев-оболочек (включая и сборные конструкции), а на рис. 4.8, д,
ж — для толстостенных колодцев.
Наклон внутренней поверхности ножа к горизонту принима¬
ют под углом ai^70° для плотных грунтов, ai^45° для грунтов
средней плотности и ai^30° для слабых грунтов. Угол наклона аг
принимают от 0 до 45°.В многолетней практике возведения сооружений разного на¬
значения из опускных колодцев применяли разнообразные конст¬
рукции режущей части ножей, в том числе из лесоматериала, ме¬
талла и железобетона. В настоящее время от деревянных и кле¬
паных стальных конструкций отказались. Наиболее часто встре¬
чаются стальные сварные конструкции для железобетонных ко¬
лодцев (рис. 4.9, а): с легкой металлической окантовкой или без
нее для бетонных колодцев (рис. 4.9, б), опускаемых с поверхно¬
сти грунта или искусственных островков.Часто вблизи ножа колодца на внутренней поверхности стен
устраивают углубления, называемые штрабами. Они предназначе¬
ны для обеспечения передачи давления от стен колодца на ниж¬
нюю плиту, находящуюся на грунте и являющуюся подошвой фун¬
дамента. Кроме того, штрабами закрепляли железобетонный по¬
толок при необходимости переустройства колодца в кессон. В этом
случае штрабы располагают выше ножа таким образом, чтобы
высота кессонной камеры была минимум 2,2 м от низа режущей
части ножа колодца.Размеры и количество ярусов штраб назначают по расчету в за¬
висимости от величины действующих нагрузок, конструкции и спо¬
соба изготовления плиты или потолка.Рис. 4.9. Характерные конструкции режущей части ножа колодцев:а — железобетонных; 6 — бетонных81
Для водозащитной подушки используют бетон марок 150—309,
для нижней железобетонной плиты и потолка кессонов марок
200—250, для верхней распределительной плиты марок 200—300.В практике фундаментостроения опускные колодцы сооружали
со штрабами шириной 0,2—0,4 м при высоте от 0,7 до 1,5 м, рас¬
полагая их в один ярус и более.Чтобы исключить возможность скола бетона стен, штрабы ар¬
мируют. Иногда для лучшей связи с бетоном нижней плиты или
потолка в штрабах оставляют выпуски арматуры. Если потолок
или плиту сооружают подводным способом, то в целях доброка¬
чественного заполнения штраб применяют литую бетонную смесь
с осадкой конуса 20—22 см.Кроме доброкачественного сопряжения нижней плиты со сте¬
нами колодца, к ней предъявляются дополнительные требования
в отношении обеспечения необходимой прочности, достаточной для
передачи на грунты основной части нагрузки, воспринимаемой
фундаментом, включая его собственный вес. Необходимость вы¬
полнения этих требований вызвана специфическими условиями
устройства нижней плиты, а именно наличием в полости колодца
воды, которую трудно откачать при постройке фундаментов в рус¬
ле рек. Поэтому плиту можно устраивать одним из двух способов,
который оказывает решающее влияние на ее конструкцию. По
первому способу плиту проектной высоты бетонируют под водой.
По второму — вначале устраивают водозащитную подушку из бе¬
тонной смеси, укладываемой под воду. После приобретения бето¬
ном прочности, достаточной для восприятия подушкой гидроста¬
тического давления воды, направленного снизу вверх, осушают
полость колодца, очищают от шлама поверхность подводного бе¬
тона, устанавливают арматуру и бетонируют нижнюю плиту, ко¬
торая в этом случае должна быть рассчитана на восприятие на¬
грузки, передаваемой фундаментом в период эксплуатации моста.4.3. Рекомендации по конструированию фундаментов
и колодцевДля фундаментов мостов рекомендуется применять преимуще¬
ственно железобетонные полые колодцы. Успешный опыт строи¬
тельства моста через р. В. Шельду с фундаментами из таких колод¬
цев (см. рис. 4.6) подтвердил их высокую экономическую эффек¬
тивность. По сравнению с тонкостенными колодцами-оболочками,
сплошь заполняемыми бетоном, на полые колодцы-оболочки с утол¬
щенной стенкой расход бетона уменьшен в 3 раза. Сроки соору¬
жения полых колодцев в несколько раз меньше массивных.При работе на внецентренное сжатие полых колодцев обеспечи¬
вается более высокая степень использования прочностных свойств
бетона, а следовательно, существенная его экономия по сравне¬
нию с колодцами, сплошь заполняемыми бетоном. Использование
сборных конструкций значительно сокращает затраты труда исро-82
ки строительства фундаментов, поскольку исключается производ¬
ство на месте бетонных и опалубочных работ, а также отпадает
необходимость выстойки забетонированных конструкций.Оптимальной конструкцией для индустриальною массового
строительства фундаментов, как показали исследования, являют¬
ся сборные или бетонируемые на месте полые колодцы цилиндри¬
ческой формы с утолщенной стенкой. В зависимости от размеров
надфундаментной части опоры фундаменты рекомендуется конст¬
руировать, как правило, из одного-двух цилиндрических колодцев
(для опор под пролетные строения длиной 44—110 м). При таком
количестве колодцев отпадает необходимость устройства роствер¬
ка фундамента, а следовательно, исключаются трудоемкие котло¬
ванные работы со шпунтовым ограждением.Опыт строительства фундаментов из колодцев-оболочек, а так¬
же расчеты подтверждают, что круглые в плане колодцы имеют
существенные преимущества перед колодцами других форм. Ци¬
линдрические колодцы наиболее просты в изготовлении как в за¬
водских условиях, так и на месте возведения фундаментов, более
экономичны по расходу бетона и арматуры, при равной площади
имеют наименьший периметр, что способствует облегчению опуска¬
ния колодцев. Существенно упрощается их транспортирование и
монтаж. Такие колодцы лучше других сопротивляются равномер¬
ному наружному давлению грунта и воды, так как в их стенах
возникают главным образом сжимающие напряжения. Они лучше
обтекаются водой в условиях косого направления потока к оси
моста.Наиболее существенным преимуществом цилиндрических ко¬
лодцев следует считать возможность максимальной механизации
разработки и выдачи на поверхность любых грунтов, включая и
скальные породы.Если двух или, в крайнем случае, трех цилиндрических колод¬
цев, опускаемых в грунт под действием собственного веса, недо¬
статочно для фундамента опоры, целесообразно использовать один
колодец увеличенных размеров, форму которого в плане опреде¬
ляют с учетом формы и размеров надфундаментной части опо¬
ры, величин расчетных нагрузок, несущей способности основания,
глубины водотока и других факторов.Исходя из технических возможностей мостостроительных орга¬
низаций, а также инженерно-геологических и гидрологических ус¬
ловий для подавляющего большинства больших и внеклассных мо¬
стов не потребуются колодцы диаметром более 10 м.Цилиндрические колодцы диаметром до 5 м рекомендуется про¬
ектировать преимущественно сборной конструкции для фундамен¬
тов, возводимых на скальных породах, крупнообломочных отложе¬
ниях, грунтах с твердыми включениями, т. е. в условиях разработ¬
ки таких грунтов или твердых включений вращательным буре¬
нием.Колодцы диаметром 5—8 м можно применять в грунтах без
твердых включений для фундаментов промежуточных опор, распо¬83
ложенных в русле постоянных водотоков при глубине воды бо¬
лее 5 м.Прямоугольные колодцы целесообразны в случаях опускания
их с поверхности грунта или -искусственных островков для фунда¬
ментов, сооружаемых в грунтах без твердых включений.Для улучшения условий обтекания рекомендуются колод¬
цы, имеющие закругленные углы или полукруглые торцовые
стены.Толщину стен колодцев любой формы, в том числе цилиндри¬
ческих, назначают из условия возможности передачи на стены
расчетных нагрузок во время строительства фундаментов и в пе¬
риод эксплуатации мостов. Если же при выполнении этого условия
вес колодца окажется недостаточным для его опускания, необходи¬
мо прежде всего рассмотреть техническую возможность и эконо¬
мическую целесообразность осуществления хорошо известных мер
по облегчению опускания колодцев (вибропогружение, опережаю¬
щая разработка грунтов, тиксотропная рубашка и т. п.).Наружные стены массивных колодцев назначают толщиной
1—2 м, а внутренние — до 1 м. Если предусматриваются меры
по облегчению заглубления колодцев в грунт, стены принимают
толщиной 0,3—0,6 м. Ориентировочно назначенную толщину стен
уточняют по результатам расчета колодцев на действие нагрузок
в строительный и эксплуатационные периоды.Размеры колодцев в плане определяют по расчету на эксплуа¬
тационные нагрузки и принимают такими, чтобы величина уступов
в уровне обреза фундаментов между боковой поверхностью ко¬
лодца и надфундаментной частью опоры была не меньше 0,25 м.
При этом необходимо учесть возможность смещения в плане осей
колодца в процессе опускания в уровне обреза фундамента до
0,02 глубины опускания. Максимальную величину уступов не огра¬
ничивают, поскольку в пределах верхней части колодца устраива¬
ют мощную распределительную железобетонную плиту, на кото¬
рую опирают надфундаментную часть опоры.Обрез фундаментов русловых опор располагают на 0,5 м ниже
самого низкого уровня воды или ледостава, возможного в период
эксплуатации сооружения, если для обеспечения нормальных ус¬
ловий судоходства не требуется большего заглубления. Допуска¬
ется располагать обрез фундамента в зоне переменного уровня
воды и ледохода.	~Очертание наружной поверхности колодцев принимают в зави¬
симости от величины сил трения грунтов и глубины заложения
фундаментов. Колодцы с вертикальной поверхностью просты в из¬
готовлении и устойчивы в процессе опускания, но возникающие
при этом силы трения могут достигать больших величин и вследст¬
вие этого препятствовать погружению колодцев на значительные
глубины. Для уменьшения сил трения наружную поверхность ко¬
лодцев назначают с одной или несколькими ступенями-уступами
шириной не менее 10 см, из которых первая располагается на вы¬
соте 2—4 м от низа колодца.84
Необходимо иметь в виду, что наклонные или ступенчатые по¬
верхности, способствуя уменьшению на 10—30% сил трения грун¬
тов, ухудшают условия заделки колодцев в грунтах.При конструировании фундаментов приходится обращать осо¬
бое внимание на технологию устройства днища колодцев. Возмож¬
ны три случая: все работы выполняют подводным способом; часть
работ производят подводным способом и часть насухо; все рабо¬
ты выполняют в осушенном котловане. При строительстве фунда¬
ментов глубокого заложения, особенно мостов, чаще приходится
сталкиваться с двумя первыми случаями.Применительно к первому случаю днище бетонируют из смеси,
уложенной подводным способом. Оно, как правило, не имеет ар¬
матуры (укладываемой в соответствии с расчетом на действие на¬
грузок, передаваемых фундаментами на грунт) вследствие затруд¬
нений с контролем качества ее укладки, а также качества сцеп¬
ления бетона с арматурой.Толщину днища, бетонируемого подводным способом, прини¬
мают равной 0,8—1 размера в свету колодца или его ячейки и
уточняют расчетом с учетом уменьшенной его толщины за счет
исключения местных неровностей его поверхности и дна котлова¬
на, а также с учетом пониженных на 10% расчетных сопротивле¬
ний бетона. Прочность днища проверяют на изгиб, а также сдвиг
по контакту с боковой поверхностью шахт колодца.Во втором случае бетонируемую подводным способом подушку
используют только в качестве водозащитного ограждения на пе¬
риод сооружения железобетонного днища в осушенном котло¬
ване.При конструировании днища колодцев учитывают следующие
требования. Толщину бетонной водозащитной подушки на дне кот¬
лована назначают по расчету на действие гидростатического дав¬
ления воды снизу (с учетом наиболее высокого ее уровня в период
производства работ). Расчетную толщину подушки конструктивно
увеличивают примерно на 1 м для компенсации ослаблений за счет
возможных местных неровностей дна котлована и поверхности уло¬
женной бетонной смеси.В расчетах устойчивости колодцев на случай возможного их
всплытия под воздействием давления воды в направлении снизу
вверх (с ориентировкой на производство работ в осушенном кот¬
ловане) необходимо учитывать существенное уменьшение сил тре¬
ния по боковой поверхности колодцев, погруженных под воздей¬
ствием собственного веса.При конструировании нижней части колодцев рекомендуется
обращать внимание на обеспечение надежного сопряжения дни¬
ща со стенками колодцев. Это обусловлено тем, что в конструк¬
ции ножа могут возникнуть значительные растягивающие усилия
от воздействия реактивного давления грунта на днище, которое
подобно клину стремится раздвинуть наклонные поверхности но¬
жа, т. е. разорвать последний. Поэтому необходимо усилить кон¬
струкцию ножа или реактивное давление воспринять путем обес¬85
печения надежного безраспорного сопряжения днища с внутрен¬
ней вертикальной поверхностью колодца. Последний способ наи¬
более распространен при устройстве фундаментов из опускных
колодцев. Объясняется это тем, что осуществление его более про¬
сто и экономичнее по сравнению с первым, особенно при больших
размерах в плане шахт и больших удельных давлениях фундамен¬
та на основание.Для возможности безраспорного закрепления днища выше но¬
жа колодца устраивают один или несколько ярусов штраб, рас¬
положенных по внутреннему периметру шахт. Ширину (величину
углубления в стену колодца) штраб принимают в пределах 0,2—
0,3 м при высоте их до 1 м. Для той же цели низ внутренних стен
располагают на 2—3 м выше ножа колодца.В последнее десятилетие наряду с монолитными применяют
сборно-монолитные и сборные колодцы, а также сборные колодцы-
оболочки.В фундаментах рекомендуется использовать колодцы, монти¬
руемые преимущественно из горизонтально члененных элементов.
Эта рекомендация обусловлена тем, что в ряде случаев, когда по
тем или иным причинам колодцы недопогружают до проектной от¬
метки, можно без осложнений уменьшать их высоту по сравне¬
нию с проектной. Кроме того, имеется возможность при необхо¬
димости использовать (уложить или снять) элементы соседних ко¬
лодцев в качестве дополнительной пригрузки.Вертикальное (дополнительно к горизонтальному) членение ко¬
лодцев возможно при необходимости уменьшения размеров эле¬
ментов исходя из особенностей изготовления и транспортирования.Для взаимного объединения элементов колодцев рекомендуют¬
ся клеевые или клеецементные стыки. При выполнении работ в
условиях положительной температуры окружающего воздуха целе¬
сообразны тонкошовные стыки с цементно-песчаным заполните¬
лем.Стремятся, как правило, применять конструкции стыков, тре¬
бующих минимальных затрат труда и времени на их осуществле¬
ние. Поэтому там, где это возможно по условиям грузоподъемно¬
сти кранов и транспортных средств, используют предварительно
укрупненные элементы.Монтажные соединения элементов на месте строительства фун¬
даментов рекомендуется осуществлять с помощью стыков с мини¬
мальным количеством работ по сварке или омоноличиванию це¬
ментным раствором, например, применяя стыки штепсельной кон¬
струкции.Взаимное соединение горизонтальных элементов по высоте ко¬
лодца может быть осуществлено сваркой стальных закладных ча¬
стей, используемых в качестве строповочных петель при подьем-
но-транспортных операциях, или стержневой арматурой, устанав¬
ливаемой в оставляемые в элементах стен проемы, которые после
окончания монтажа колодца заполняют бетоном или цементным
раствором. Ширину или диаметр проема в плане рекомендуетсяS6
принимать не свыше третьей части толщины стены колодца. Дли¬
на проема не должна превышать 0,2 м. Расстояния между проема¬
ми определяют в зависимости от количества и сечения стержней
вертикальной арматуры и принимают равными высоте элемента
колодца.Если элементы соединяют стальными закладными частями, то
они должны быть «втоплены» вровень с боковой поверхностью ко¬
лодца, а для предохранения от коррозии после предварительной
тщательной очистки их смазывают слоем эпоксидного клея или
каким-либо другим не менее коррозионно-устойчивым покрытием.Для колодцев, как правило, используют стержневую арматуру,
располагаемую в один ряд при толщине стен до 0,2 м и в два ряда
при более толстых стенах. Защитный слой бетона назначают не
менее 4 см в пределах суходолов и не менее 5 см для колодцев,
опускаемых в руслах рек.Стены колодцев проектируют из тяжелого бетона не ниже
М200 для бетонируемых на месте и не ниже М300 для сборных
конструкций. Для верхней и нижней плит фундаментов применя¬
ют бетон не ниже М200. В пределах русел рек с перемещающими¬
ся донными отложениями, которые могут значительно истирать бе¬
тон, заполняемые сплошь бетоном колодцы рекомендуется изго¬
товлять из бетона не ниже М300, а колодцы, не заполняемые бе¬
тоном, из бетона М400.Бетон колодцев должен иметь проектную марку: по водоне¬
проницаемости не ниже В-4, а для частей фундаментов (плиты
•и верхней части колодцев), расположенных в зоне воздействия
отрицательных температур, по морозостойкости не ниже Мрз 200.Для облегчения погружения в грунт колодцев в фундаменте-
строении применяют разные способы, в том числе воздействие при-
грузки или мощных вибропогружателей, устройство на контакте
с грунтом тонкой прослойки (рубашки) из глинистого раствора,
воды или воздуха, покрытие боковой поверхности материалами
с малым коэффициентом трения их о грунт, подмыв грунта, мик¬
ровзрывы и т. п. Рубашки из глинистого раствора или воды ис¬
пользуют для облегчения погружения колодцев с поверхности
грунта или искусственных островков. Остальные способы могут
применяться при строительстве фундаментов как в пределах во¬
дотоков, так и на суходолах.В мостостроении колодцы-оболочки диаметром 4—6 м заглуб¬
ляли в грунт до 26 м мощными вибропогружателями. При строи¬
тельстве в грунте сооружений разного назначения для облегчения
погружения колодцев наиболее часто применяют тиксотропную
рубашку из глинистого раствора. Состав и плотность глинистого
раствора назначают такими, чтобы обеспечивалась устойчивость
грунта от обрушения его в прорезь (щель) в течение всего време¬
ни опускания колодца. Прорезь, подлежащая заполнению глини¬
стым раствором, образуется по периметру колодца за счет созда¬
ния в его нижней части уступа шириной 10 см при глубине опу¬
скания в грунте до 15 м и шириной 15 см при большей глубине.87
Чтобы предотвратить вытекание глинистого раствора из ру¬
башки в полость колодца, непосредственно на уступе устраивают
уплотнитель -из смеси пластичной глины с рубленой соломой на вы¬
соту около 1 м, или любой другой конструкции. В дополнение к
уплотнителю рекомендуется кромку ножа выполнить из стальной
обечайки (высотой 0,3—0,5 м), к которой с внутренней стороны
через 0,5—1 м следует приварить ребра жесткости. Обечайка в пе¬
риод опускания колодца должна быть постоянно заглублена в
грунт независимо от уровня его разработки в полости колодца.Верхнюю часть грунтовой стенки (в уровне верха тиксотроп-
;ной рубашки) следует укрепить инвентарной стальной форшахтой
для предотвращения осыпания грунта в прорезь.К настоящему времени в отечественной практике промышлен¬
ного строительства накоплен большой опыт по изготовлению и
опусканию колодцев высокоэффективными способами. Используя
имеющиеся достижения, необходимо продолжать научно-исследо¬
вательские и проектно-конструкторские работы по дальнейшему
совершенствованию конструкций и технологии возведения фунда¬
ментов больших мостов из сборных железобетонных цилиндриче¬
ских колодцев для сокращения затрат труда и стоимости строи¬
тельства опор.Глава 5РАСЧЕТ НЕСУЩЕЙ СПОСОБНОСТИ ОСНОВАНИЙ5.1.	Факторы несущей способностиРасчеты несущей способности оснований фундаментов глубоко¬
го заложения производят по условиям прочности и устойчивости,
чтобы исключить возможность появления деформаций сооруже¬
ний, затрудняющих или исключающих их нормальную эксплуата¬
цию. Расчеты несущей способности оснований по условию их проч¬
ности включают определение величины нагрузки (на фундамент),
при воздействии которой в грунтах возникают напряжения сжа¬
тия, не превышающие значений, вызывающих недопустимые осадки
или крены фундамента. Расчеты несущей способности оснований
по условию их_устойчивости сводятся к определению величины на-
грузки, при воздействий которой напряжения сдвига в грунтах ос¬
нования нр превышают знячрнии яыяьтя^юптиу Недопустимый
плоский или глубокий сдвиг фундамента. Плоский сдвиг харак-
теризуется поступательным смещением фундамента почти без его
поворота относительно горизонтальной оси. При глубоком сдвиге
происходит смещение фундамента одновременно с его поворотом
относительно горизонтальной, а иногда и вертикальной оси.В действующих нормах расчета оснований не отражено непо¬
средственное влияние фактора времени на изменение несущей спо¬<88
собности свай и оболочек, хотя косвенно это обстоятельство учте¬
но в требованиях о динамических и статических испытаниях таких
элементов спустя несколько суток после их заглубления в грунт
(методы расчета — см. п. 5.2—5.3).Известно, что через некоторое время после окончания погру¬
жения свай в связных грунтах текучепластичной и текучей конси¬
стенции происходят сложные процессы по восстановлению нару¬
шенной структуры (в первую очередь тиксотропному упрочнению)
грунта вокруг свай, вследствие чего увеличиваются силы трения
грунтов о боковую поверхность свай и как следствие этого воз¬
растает их несущая способность. Это явление называется эффек¬
том «засасывания» свай.В результате исследований, а также испытаний свай в поле¬
вых условиях установлено, что в зависимости от свойств грунтов,
значительное увеличение несущей способности наблюдается в те¬
чение 6—80 сут с момента прекращения погружения свай. Затем
интенсивность нарастания сопротивления свай замедляется и по
истечении некоторого времени практически прекращается. В супе¬
сях это явление продолжается 6—10 сут, суглинках — 8—30, гли¬
нах 10—50, илах 30—80 сут. Чем больше глинистых частиц в грун¬
те и выше его степень водонасыщения, тем продолжительнее пе¬
риод существенного засасывания свай, а следовательно, увеличения
их несущей способности.За время интенсивного нарастания несущая способность свай
увеличивается в среднем от 0,5 до 2,5 в супесях, от 0,8 до 4 в су¬
глинках и глинах, до 6 раз и более в илах. Спустя год-два, иногда
и больше, несущая способность увеличивается дополнительно на
10—30%. Прирост 20—30% отмечается в грунтах текучепластич¬
ной и текучей консистенции. Для мягкопластичных и тугопластич¬
ных грунтов это увеличение составляет 10—20%.Наблюдениями установлено, что начальное сопротивление оди¬
наковых по размерам свай сразу после окончания их погружения
в одни и те же слабые связные грунты одним способом, например
забивкой, может существенно различаться. Однако спустя несколь¬
ко часов разброс значений несущей способности уменьшается. По¬
этому динамические испытания по определению начального сопро¬
тивления свай в таких грунтах приводят не ранее чем через 3—5 ч
после окончания погружения свай.Различие в способе погружения свай в тугопластичные и по¬
лутвердые грунты оказывает заметное влияние на их несущую
способность в течение длительного времени, затем эта разница по¬
степенно исчезает. Наименьшая несущая способность наблюдает¬
ся у свай, заглубленных вибропогружателями, наиболее высокая—
у погруженных способом задавливания свай. Забитые молотами
сваи обладают промежуточным значением несущей способности.
Если сваи погружают разными способами в текучие и текучепля-
стичные грунты, то различие в величине сопротивления исчеза¬
ет значительно быстрее, чем это наблюдается в более плотных
грунтах.89
Следует учесть, что полученные выводы справедливы только
для случаев статического нагружения свай. При динамическом
загружении на степень засасывания и его сохранность решающее
влияние будет оказывать продолжительность действия нагрузки,
ее величина, амплитуда и частота колебаний. Из-за отсутствия ис¬
следований динамического нагружения свай нельзя сказать что-
либо определенное о возможности и степени засасывания свай, под¬
вергающихся воздействию динамических нагрузок.На основе анализа имеющихся ограниченных материалов ис¬
следований упрочнения связных грунтов во времени можно сде¬
лать вывод, что величина прироста несущей способности зависит
от ряда факторов, влияющих по-разному на процесс засасывания
свай. Установить достоверно закономерности влияния каждого из
факторов в настоящее время не представляется возможным из-за
сложности протекающих процессов, а также недостаточного коли¬
чества экспериментальных исследований.Предложенные некоторыми -исследователями зависимости для
оценки величины прироста сопротивления свай от продолжитель¬
ности процесса упрочнения грунтов разработаны на основе обоб¬
щения ограниченного количества экспериментов и поэтому не мо¬
гут быть рекомендованы для широкого использования в фунда-
ментостроении.Из-за множества факторов, по-разному влияющих на увеличе¬
ние несущей способности, ее следует определять, как правило, ка
основании результатов статических испытаний свай в конкретных
местных условиях или по действующим региональным нормам, со¬
ставленным на основе материалов испытаний большого количества
свай. Такие нормы более правильно отражают несущую способ¬
ность свай.Для фундаментов мостов увеличение несущей способности свай
во времени можно практически реализовать после эксперименталь¬
ного подтверждения необратимости процесса засасывания свай в
течение всего периода эксплуатации сооружений в условиях воз¬
действия разных неблагоприятных факторов, в том числе воздей¬
ствия на фундаменты динамических нагрузок (вибрационных и
сейсмических сил), изменения влажности грунтов, кустового эф¬
фекта свайных фундаментов и пр.Все нескальные грунты в условиях естественного залегания с
течением времени уплотняются (обжимаются) под воздействием
силы тяжести и давления разного рода подсыпок и насыпей, тик-
сотропных изменений и других факторов.По мере обжатия происходит осадка грунтов, которые, будучи
связаны силами трения и сцепления с боковой поверхностью фун¬
даментов глубокого заложения, вынуждают их смещаться вниз.
Однако из-за наличия менее сжимаемых грунтов под фундамента¬
ми их осадки будут меньше величины обжатия окружающих грун¬
тов, поэтому они начнут «зависать» на боковой поверхности фун¬
даментов. Процессу зависания способствует также большая раз¬
ница в величине модулей упругости грунтов и материала фунда¬90
ментов, которые из-за этого сжимаются значительно меньше, чем
грунты. Возникающее в этом случае трение между уплотняющи¬
мися грунтами и фундаментами называют негативным (отрица¬
тельным), поскольку оно, действуя в противоположную сторону от
обычного трения, приводит к уменьшению полезной нагрузки на
сваи.Негативное трение проявляется во всех случаях, когда грунт,
окружающий фундаменты, смещается вниз относительно них. С та¬
ким явлением приходится встречаться при уплотнении всей или ча¬
сти толщи грунта под воздействием силы тяжести или внешней на¬
грузки, например в виде насыпи.Уплотнение верхней части толщи может происходить при по¬
нижении уровня грунтовых вод, замачивании лёссовых грунтов,
оттаивания вечномерзлых. С понижением уровня вод пригрузка от
грунта, ранее находившегося в воде, увеличивается примерно на
0,5—1 тс/м3. Под воздействием этой дополнительной пригрузки, а
также процессов, связанных с уменьшением количества свободной
воды в порах грунта, происходит уплотнение как обезвоженной
толщи, так и грунтов, расположенных ниже нее. В зависимости
от свойств грунтов, характера, напластования и величины пони¬
жения уровня воды поверхность грунта может оседать на десятки
сантиметров, а иногда и на несколько метров. Особенно большая
осадка грунтов наблюдается при удалении воды из толщи торфов
и заторфованных грунтов. Очень часто осадка территории наблю¬
дается в городах в результате откачки грунтовых вод для комму¬
нальных нужд.Значительные осадки территории, измеряемые десятками сан¬
тиметров, происходят вследствие замачивания лёссовых грунтов
атмосферными осадками или грунтовыми водами при подъеме их
уровня.Примерно такого же порядка осадки происходят при оттаива¬
нии вечномерзлых грунтов из-за нарушения их естественного тем¬
пературного режима.Грунт, досыпанный при планировке местности и насыпи на
подходах к мостам, являясь внешней распределенной по площади
нагрузкой, обжимает толщу грунтов с заглубленными в нее фун¬
даментами устоев. Если песчаные досыпки или насыпи отсыпают
на несвязные грунты, то процесс уплотнения всей грунтовой тол¬
щи завершается в течение 1—2 нед. В этом случае грунты, как
правило, не зависают на фундаментах, построенных после оконча¬
ния уплотнения. В остальных случаях возможно зависание грунта
и связанное с этим проявление негативного трения даже при не¬
больших осадках или же появление больших осадок при незна¬
чительном негативном трении для фундаментов на сжимаемых
грунтах.Особенно неблагоприятны для устоев неравномерные осадки
(крены) фундаментов на сжимаемых грунтах вследствие значи¬
тельной разницы в величине пригрузки основания насыпью по пе¬
редней и задней граням устоя.91
Нарушенные в процессе забивки свай сильносжимаемые связ¬
ные грунты, уплотняясь с течением времени, могут зависать на
сваях, опирающихся на скальные породы или галечные отложе¬
ния. При опирании низа свай на сжимаемые грунты зависания
почти не происходит, сваи перемещаются вниз с уплотняющимся
грунтом.В рассмотренных характерных случаях уплотнения (обжатия)
грунтовых массивов осадки, как правило, превышают величины
(1—2 см), при которых проявляются негативные силы трения
грунтов о боковую поверхность фундаментов.При опирании фундаментов на скальные породы негативное
трение может проявиться не только в пределах толщи сильносжи-
маемых грунтов, но и в более плотных грунтах, например если
сваи погружают подмывом или производят отсыпку конусов на¬
сыпи вокруг устоев.Расчетами установлено, что в зависимости от физико-механи¬
ческих свойств грунтов, прорезаемых фундаментами, глубины их
погружения и степени сжимаемости грунтов фундаментами допол¬
нительная нагрузка от воздействия негативного трения может до¬
стигать 50—70 тс на 1 м периметра сваи или фундамента. Оче¬
видно, что такие дополнительные нагрузки следует учитывать в
расчетах несущей способности как свай, так и фундаментов, осо¬
бенно если расчетную нагрузку на сваи, опирающиеся на сжимае¬
мые грунты, назначают исходя из условия предельного использо¬
вания прочностных свойств материалов. В таких случаях при не¬
доучете значительной перегрузки свай возможны их повреждения
или разрушения.5.2.	Сваи, оболочки и столбыНесущую способность грунтов основания свай, оболочек, стол¬
бов, называемую в дальнейшем для краткости «несущей способно¬
стью свай, оболочек, столбов» определяют по нормам проектиро¬
вания свайных фундаментов аналитическим и полевыми метода¬
ми. Аналитический метод основной в проектировании фундамен¬
тов. Полевые методы используют для уточнения или контроля вы¬
численной аналитическим методом несущей способности свай, обо¬
лочек и столбов, а также для уточнения их длины.Из-за большого многообразия грунтовых условий действующие
нормы не в состоянии предложить единую методику определения
несущей способности грунтов с достаточно высокой степенью точ¬
ности приближения к фактической. Поэтому при больших объемах
свайных работ несущую способность свай уточняют на основании
результатов полевых испытаний, к числу которых относятся зонди¬
рование грунтов, испытания свай динамической и статической на¬
грузками.Зондирование грунтов — один из широко известных методов
назначения глубины погружения свай и оценки их несущей спо¬92
собности. Достоинства этого метода — простота устройств, мини¬
мальные затраты времени и труда на исследование механических
свойств грунтов в местах возведения фундаментов.Испытание свай динамической нагрузкой — наиболее распрост¬
раненный метод определения момента прекращения погружения
свай после заглубления их в грунт на величину, при которой
обеспечивается расчетная несущая способность по грунту. Кроме
того, этот метод применяют для приближенного контроля несущсй
способности ранее погруженных свай.Метод испытания свай статической нагрузкой позволяет с бо¬
лее высокой степенью достоверности определять их несущую спо¬
собность. Несмотря на большие затраты труда и времени, стои¬
мость работ, этот метод предпочтительнее. В отдельных случаях
сочетают испытания статической и динамической нагрузками, на¬
пример для уточнения формул динамических испытаний примени¬
тельно к региональным условиям напластования грунтов, а также
с целью сокращения количества испытаний статической нагрузкой
за счет замены их испытаниями динамической нагрузкой.Испытания свай всех видов, в том числе оболочек и столбов,
динамической и статической нагрузками производят в соответствии
с требованиями ГОСТ 5686—78 «Сваи. Методы полевых испыта¬
ний». Несущую способность свай, оболочек и столбов по результа¬
там полевых испытаний определяют, руководствуясь указаниями
СНиПа по проектированию свайных фундаментов.Полевые испытания производят: динамической (ударной) на¬
грузкой — забивных свай всех видов и оболочек; статической осе¬
вой вдавливающей нагрузкой — свай, оболочек и столбов; статиче¬
ской горизонтальной нагрузкой — свай, оболочек и столбов (кроме
бетонных); статической осевой выдергивающей нагрузкой — свай,
оболочек и столбов (кроме бетонных).Вид нагрузки и метод испытания элементов устанавливают
в программе испытаний в зависимости от особенностей конструкции
и характера работы сооружения. Испытания элементов должны
проводиться на площадке возводимого сооружения по указанию
организации, разработавшей проект свайных фундаментов.При анализе результатов полевых испытаний свай, оболочек и
столбов следует учитывать: геологические, гидрогеологические и
гидрометеорологические условия строительной площадки; возмож¬
ность изменения гидрогеологических условий в процессе возведения
и эксплуатации сооружений; влияние слоя грунта, подлежащего
удалению при разработке котлована после испытания или размыва¬
емой толщи грунта у опор в пределах русла рек; характерные осо¬
бенности конструкций фундаментов и надфундаментной части со¬
оружений; характер и величины нагрузок, воспринимаемых фунда¬
ментом; положение плиты свайного фундамента по отношению к
поверхности грунта; требования к конструкции сооружения в отно¬
шении допустимых осадок и горизонтальных перемещений; цель
проводимых испытаний; результаты ранее проводившихся испыта¬
ний элементов на соседних объектах или в аналогичных геологиче¬93
ских условиях; опыт эксплуатации построенных вблизи зданий и
сооружений.Количество испытуемых свай, оболочек, столбов должна назна¬
чать проектная организация или же с ее разрешения, если испыта¬
ния проводятся по инициативе строительной организации или за¬
казчика.В расчетах (аналитическом методе определения) несущей спо¬
собности свай, оболочек, столбов необходимо учитывать освеща¬
емые ниже особенности. Несущую способность следует определять
с использованием расчетных характеристик грунтов: угла внутрен¬
него трения, объемного веса грунта, показателя консистенции.
К расчетным характеристикам условно отнесены также расчетные
сопротивления грунтов под нижним концом и на боковой поверх¬
ности свай, оболочек, столбов.Нормативные и расчетные значения характеристик грунтов оп¬
ределяют согласно указаниям СНиПа по проектированию основа¬
ний зданий и сооружений. При этом коэффициенты безопасности
для определения расчетных значений угла внутреннего трения и
объемного веса грунтов с учетом гидростатического взвешивания
и без него следует принимать соответственно 1,1 и 1.Глубину заложения нижнего конца сваи, оболочки и столба при
назначении под ними расчетных сопротивлений грунтов, а также
глубину расположения слоя грунта при назначении расчетных со¬
противлений трения грунтов на боковой поверхности свай, оболо¬
чек, столбов для фундаментов, находящихся в местах возможного
размыва грунтов, считают от уровня общего размыва дна водотока
при расчетном расходе'воды (расчетном паводке). При планиров¬
ке территории срезкой, подсыпкой, намывом до 3 м глубину зало¬
жения считают от уровня природного рельефа, а при срезке под¬
сыпке, намыве (до начала строительства фундаментов) от 3 до
10 м глубину заложения принимают от условного уровня, располо¬
женного соответственно на 3 м выше уровня срезки или на 3 м ни¬
же уровня подсыпки. При проектировании путепроводов для свай,
забиваемых молотами без подмыва или без устройства лидерных
скважин, глубину погружения нижнего конца сваи при назначении
под ним величины расчетного сопротивления грунтов считают от
уровня природного рельефа в месте сооружения фундамента.Перечисленные особенности обусловлены тем, что при удалении
(срезке, размыве) грунтов их природная плотность и сложение
в пределах толщи основания почти не нарушаются, а следователь¬
но, сохраняются их физико-механические характеристики и завися¬
щая от них несущая способность основания. В случае досыпки
или при намыве грунта до начала работ по строительству фунда¬
ментов вес добавленного грунта создает дополнительное к природ¬
ному уплотнение основания, способствующее повышению его несу¬
щей способности.Расчеты несущей способности грунтовых и скальных оснований
свай, оболочек и столбов, учитывающие отмеченные выше особен¬
ности, производят, руководствуясь указаниями СНиП II-17-77.94
5.3.	ФундаментыВ общем случае расчетов фундаментов глубокого заложения на
действие вертикальных, горизонтальных и моментных нагрузок не¬
сущую способность оснований определяют, используя данные о со¬
противлении грунтов под подошвой и на боковой поверхности фун¬
даментов.Несущую способность грунтовых оснований фундаментов из
свай, оболочек или столбов определяют расчетами в соответствии
с указаниями СНиП И-17-77.Несущую способность оснований фундаментов из опускных ко¬
лодцев определяют по результатам расчёта^согласно рекомендаци-
ям гл. 7 настоящей книги с использованием данных о величине рас¬
четного сопротивления оснований из нескальных грунтов осевому
сжатию:	"	“	"1.7 [R' [1 +1^0+2)1+^(^-3)),(5.1)где R' — условное сопротивление грунта, тс/м2, принимаемое по табл. 5.1—5.3;
Ki и к2 — коэффициенты, принимаемые по табл. 5.4; b — ширина (меньшая
сторона или диаметр) подошвы фундамента, м (при ширине более 6 м =
=6 м); у— средневзвешенное (по слоям) значение расчетного объемного (без
учета гидростатического взвешивания) веса грунта, расположенного выше
подошвы фундамента, тс/м3; h — глубина заложения подошвы фундамента от
наинизшей проектной отметки поверхности грунта после осуществления пре¬
дусмотренной срезки в пределах контура опоры, а в русле рек — от уровня,
расположенного ниже дна водотока на величину, равную глубине общего
и половине местного размывов дна при расчетном паводке.Средневзвешенное значение расчетного объемного веса грунтаY “(5.2)где у i — расчетный объемный вес грунта i-го слоя, тс/м3; hi — толщина /-го
слоя грунта, м. tТаблица 5.1Г рунгыеЛ'глинистых (непросадочных) грунтов, тс/м
при показателе консистенцииа»00,10,20,30,40,50,6Супеси при /р^ 0,0050,53530252015100,73025201510——Суглинки при 0,1<;0,540353025201510s^/p<0,150,73530. 25201510—1.03025201510——Глина (при /р>0,2)0,5604535302520150,6503530252015100,8403025* 201510—.1.13025201510——95
Таблица 5.2ГрунтыR'песчаных грунюв средней
плотности, тс/маПески гравелистые и крупные независимо от их35влажностиПески средней крупности:.маловлажные30очень влажные и насыщенные водой25Пески мелкие:маловлажные20очень влажные и насыщенные водой15Пески пылеватые маловлажные20» очень влажные15» насыщенные водой10Примечание. Для плотных песков значения R' нужно увеличивать на 100%. еслиплотность определена статическим зондированием, н на 60%.если их плотность определе-на другими способами, например по результатам лабораторных испытаний грунтов.Таблица 5.3Грунты/?' круп но облом очных
грунтов, тс/м2Галечниковый (щебенистый) из обломков пород:150кристаллическихосадочных100Гравийный (дресвяной) из обломков пород:80кристаллическихосадочных50Примечание. Условные сопротивления R' даны для крупнообломочных грунтов
с песчаным заполнителем. В случае глинистого заполнителя значения R' должны прини¬
маться по табл. 5.1 в зависимости от числа пластичности, показателя консистенции и ко¬
эффициента пористости заполнителя.Таблица 5.4Грунтык\ м—1лгуГравий, галька, песок гравелистый, крупный и0,103,0средней крупностиПесок мелкий0,082,5» пылеватый, супесь0,062,0Суглинок и глина твердые и полутвердые0,043,0Суглинок и глина тугопластичные и мягкопластич¬0,021,5ные96
Знак 2 в приведенной формуле означает суммирование по всем
слоям, расположенным выше подошвы фундамента (в пределах
глубины h).Допускается принимать \=2 тс/м3.При значениях числа пластичности /р в пределах 0,05—0,1
и 0,15—0,2 следует принимать средние значения R', приведенные
в табл. 5.1 соответственно для супесей и суглинков и для суглинков
и глин.Величина условного расчетного сопротивления для твердых гли¬
нистых грунтов (/*,<0)R'- 1,5/?с*.	(5-3>для супесей R' не более 100 тс/м2, для суглинков 200 тс/м2, для глин 300 тс/м2
(К СЖ 	 среднее арифметическое значение временного сопротивления на сжатие об¬
разцов глинистого грунта природной влажности).В расчетах несущей способности основания фундамента из ко¬
лодца не учитывают взвешивающее действие воды на фундамент.Расчетное сопротивление осевому сжатию скальных пород под
фундаментом из колодцаЯ - О*-	(5-4)где	— нормативное (среднее арифметическое значение) временное сопро¬тивление породы одноосному сжатию в водонасыщенном состоянии, тс/м2;кт — коэффициент безопасности по грунту, принимаемый кг= 1,4.Для фундаментов из колодцев, расположенных в пределах по¬
стоянных водотоков, расчетное сопротивление, определенное по
формуле (5.1) для оснований из глины или суглинка допускается
повышать на величину, равную 1,5 hB (в тонно-силах на метр квад¬
ратный), где hB — глубина воды (в м) от наинизшего уровня меже¬
ни до уровня, расположенного ниже дна водотока на величину,
равную глубине общего и половине местного размывов дна при рас¬
четном паводке, когда основание состоит только из связных грун¬
тов, а также если несущий пласт из связных грунтов прикрыт пе¬
реслаивающейся толщей или грунтами, объемный вес которых в
расчетах несущей способности принимается без учета гидростати¬
ческого взвешивания этих грунтов.В расчетах несущей способности грунтовых оснований и устой¬
чивости положения фундаментов против сдвига необходимо учи¬
тывать гидростатическое взвешивание фундаментов и грунтов во
всех случаях опирания подошвы колодца или низа свай, оболочек,
столбов на крупнообломочные грунты, пески, супеси, илы, включая
случаи, когда в пределах глубины заложения фундамента будут
встречаться слои разной толщины глин и суглинков. Если подошва
колодца или низ сваи, оболочки, столба заглублены в большую тол¬
щу глинистых, суглинистых грунтов или же в несущий пласт из
таких грунтов, то гидростатическое взвешивание фундаментов (для
наиболее неблагоприятного расчетного случая) учитывается в рас¬
чете устойчивости положения фундамента против глубокого сдвига,
а также при определении несущей способности основания по ус-4—2057	97
для ni-ямоуп льника с отношением сторон подошвы а : Ъ< равном«ою«ОSJ55*=:чоСОOSOO»CTHnS(NNnOOOi/5CO(NOO)OOS(Difll0^cOCOC4
OOOOSOlOrt'^CCcorOfNtNCJtNlN — — — — — — — — — —^^'^'"’^ОООООООООООООООООООО—	о о о о оо ь- — 'tgioooooiO^oooa'NooTfrtcocoiCoo - оOSOOJpcO^N-H0fNOOiOrtOoOS>O^«(N-' О G 03 ОО S
q 03 00S(Dii'J^TtcOCOCN(N(NlM---*--H^«'-0000—	оооооооооооооооооооооооооONOfOCDOWOOOiCOOJCO-OliO-OOSSiO-^OOfNN
OSOOlCCQT}<(Dg^ONCO-O)SiO^(N-OCTiO3OOSS0
О Ф 00 S (О iC '^ О S СО - CDIS^IO^CN
СО о: (N (N (N - — — — ——1 оооооооооооооооооооооооооо оз оо ь- со юO)O)rtOJii5-OO(NOW0(NOO-^SO»AO(D— OOXNNCDCDlOCOCO<M<T4<M — — — — —— — ООООООО—оооооооооооооооооооооооооOSOO(DfOOS03^0COOOOON03^ 00(N»0 030000t+
ONN.^OlCNCOCD-'NCOONiOCOC^-'OOiOONcpCDLOiOO
003 ОО N Ю Ю Tf ГО го^ (N (N (N — « — ~	' о О О О О О О >0— ООООООООООООООООООООООООО0c0i0s^ifl030^0^i0--^00000
OSNW-O^IOOJIC^OO0^(N"O3OO
О G « N CD uo го CS СЧ (N	- О О^— ООООООООООООООООООООООООО0(N(DQiO-STfооооооооOCDOScOCMtN^S^OfO-COOOuOiflCDoCKN^-SCOOS
ONNfNOiOOCniMCDlMOOCD^OJOCDQCS.aDlCiOiO^'f^OO
OOJOONuO'tCOCOlNtN-' — — — ^OOOOO^'-’^^nr^i3SSSоооооооооооооооооооооооооOiOONOOCOit^^OJOOOfNOlSSOXNCO-opMOJ^fO
О СО — NCDNOiOOhiOCO - O3OOS001OIO^T)<COCOCO
O0300M0^Wf0(M(N - ~ . ~ OOOOOOOOOOOO—'OOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOО (D W OO »5 (N О•- ■ ■ CO CO —o^ocooo-(n^(N(M-noo(no3oool,_ _ _СКЮСЮ^ЮООСОО0СО — OOONSOirjiO-rfTtCOCOcOCO
OO3^00t>^i0^C0C^CS — — — -^- OOOOOOOOOOOO— ооооооооооооооооооооооооо0(NOCKN(NTflflOOW»CWU2«0)0(NiAO)^ON^«00(D
OS^OOCO-ifNW-'STfCNOOJSS^iOTt^^COrOcO'MCI
00)OOOIO^COW(N« — —■ — 00000^000^00000— оооооооооооооооооооооооооOOOO-CDOOTt(NNcONS(NO)O)OCOOO(NOOi^-g)0^(N
OCDWiOO)SOiCOXin(MOO)SCDCDiO^^COCOfOWC4(N(N
OO300C0^C0C4CN — — — — OOOOOOOOOOOOOO— оооооооооооооооооооооооооОООО СО оOJ^S^OOCOONCDOO-iOOCOlNOitDTKNOO)
			N0,O^^^COCO(N(N(N(N(N-О СО со О 03
CN — — — ОО О О OOOOOOOOOOOOо о о о о о о о о о о о о о
оооооооооо« пс; иIO^IOO0SCO(NCO 0O<OcOOSincO-O)OON
об — СО со О ОО S СО 1Л tF^*cOCOCO<N<N<M<M — — —*ООО о^ О О О ООО— ОООООООООООООООООООООООООО 03 СО S оО Tf io Tt 03 	003NIOCO(N(N - — — ОООООCN TfCOOOOCN T^COOOOCN^COOOOCN^COOO— — — — — <N СЧ C^C^CSCQCOCOrOCOTtTt-^^TtiOО О О О^ СО 00 О CN СО ОО О98
ловию работы свай, оболочек, столбов на выдергивание. Если несу¬
щую способность оснований определяют без учета гидростатиче¬
ского взвешивания грунтов, то не учитывают взвешивание фунда¬
ментов.Проверка несущей способности подстилающего слоя грунта.При проектировании сооружений иногда встречаются случаи, когда
по многим причинам низ свай, оболочек, столбов или подошву ко¬
лодца целесообразно расположить на пласте грунта небольшой
мощности, но с высокой несущей способностью, который подстила¬
ется слоем грунта с более низкой несущей способностью. В подоб¬
ных случаях надо обязательно производить проверку несущей спо¬
собности подстилающего слоя грунта, используя условиеУ (h + г i) -f- a (Pcp—Yfi) ^	,	(5.5)Среднее давление подошвы условного фундамента на грунтЛ\гРср= 	г—•	(5.6)CLyUyЗдесь Ny — нормальное давление на грунт в уровне подошвы условного
фундамента, определяемое с учетом в его пределах веса массива грунта окру¬
жающего фундамент; размеры подошвы фундамента ау и Ьу принимаются исхо¬
дя из условия передачи давления боковой поверхностью фундамента за счет сил
трения об окружающий грунт под углом <рСр/4. Размеры подошвы условного
фундамента из опускного колодца принимают по рис. 5.1, а при отсутствии
уступов на боковой поверхности фундамента или по рис. 5.1, б при их наличии,
а свайного фундамента — по рис. 0.22; <рср — средневзвешенное значение расчет¬
ных углов внутреннего трения в пределах зоны условного уширения фундамен¬
та; у — средневзвешенное (по слоям) значение расчетного объемного веса грун¬
та (без учета гидростатического взвешивания), расположенного над кровлей
проверяемого подстилающего слоя грунта (допускается принимать у=2 тс/м3);
h — глубина заложения подошвы фундамента от естественной поверхности грун¬
та, а при срезке грунта или его размыве — от отметки срезки или местного раз¬
мыва при расчетном паводке; z*— расстояние от подошвы фундамента до по¬
верхности кровли проверяемого подстилающего слоя грунта; R — расчетное
сопротивление подстилающего слоя грунта, определяемое по формуле (5.1) для
глубины расположения кровли проверяемого слоя грунта; /сн=1,4 — коэффициент
надежности; а — коэффициент, принимаемый по табл. 5.5 в зависимости от отно¬
шения Zijby для кругового в плане фундамента и от отношений Zi/bv и avlbv
для прямоугольного; ау — большая сторона прямоугольного в плане фундамен¬
та; by — меньшая сторона его или диаметр кругового фундамента.Расчет устойчивости фундаментов против глубокого сдвига.При проектировании фундаментов на основаниях, устойчивость ко¬
торых может быть нарушена после пригрузки их весом опоры или
весом опоры и подходной насыпи, необходимо проверить возмож¬
ность глубокого сдвига некоторого объема грунта вместе с опорой
относительно нижерасположенного неподвижного массива.Расчет устойчивости против глубокого сдвига по круглоцилинд¬
рической или другой более неблагоприятной поверхности скольже¬
ния производят для фундаментов промежуточных опор, располо-4*99
женных на крутых косогорах, а также устоев в насыпях высотой
более 10 м во всех случаях, а при высотах насыпи до 10 м при
расположении в основании фундамента пласта немерзлого (или
оттаивающего в период эксплуатации моста) глинистого грунта
или прослойки насыщенного водой песка, подстилаемого глинистым
грунтом. Кроме того, для указанных условий проверяют возмож¬
ность появления плоских оползневых сдвигов на ранее устойчивых
склонах вследствие дополнительного их нагружения весом насы¬
пи и опоры, нарушения устойчивости пластов грунта в процессе
производства работ или изменения режима (уровня и скорости те¬
чения) грунтовых и поверхностных вод. Особое внимание требуется
обращать на устойчивость массива грунта при наличии в основа¬
нии пластов грунта, имеющих любой наклон в сторону отверстия
моста.Расчет устойчивости фундамента в предположении сдвига его
по круглоцилиндрической поверхности сводится к определению от¬
ношения момента удерживающих сил Муд относительно оси кругло¬
цилиндрической поверхности к моменту сдвигающих сил Мсд отно¬
сительно той же оси.Значения Муд и Мсд определяют для нескольких произвольно
заданных цилиндрических поверхностей скольжения, различа¬
ющихся положением точки (оси вращения) О и значениями радиу¬
са R (рис. 5.2). Наименьшее из отношений . подсчитанных длям с л100
каждой из этих поверхностей скольжения, должно удовлетворять
условию устойчивости*Н < ^УД ,	(5.7)мсдГДе кн=1,4 — коэффициент надежности; /лсд—коэффициент условий работы,
принимаемый равным 1, если поверхность скольжения не пересекает фунда¬
мент, и равным 1,1. если пересекает сваи, оболочки или столбы.Из реально возможных необходимо выбрать поверхность сколь¬
жения и соответствующую ей комбинацию нагрузок, при которыхотношение —ул . будет наибольшим.MenПри этом рассматривают не только поверхности, расположен¬
ные под фундаментом, но и те, которые пересекают сваи, оболочки,
столбы.Момент Мсд относительно оси О определяют от всех сил, дей¬
ствующих на сползающий массив грунта вместе с опорой, кроме
сил, препятствующих сдвигу на поверхности скольжения.Если поверхность скольжения пересекает элементы, в расчете
не учитывают влияние внешних сил, действующих на опору, и ее
собственный вес с фундаментом, поскольку эти силы через элемен¬
ты передаются на несущий пласт основания ниже поверхности
скольжения.Момент Муд относительно оси О определяют от сил трения и
сцепления, препятствующих сдвигу сползающего массива грунта на
поверхности скольжения. Силы нормального давления на поверх¬
ность скольжения не оказывают влияния на величину момента, так
как пересекают ось О.При определении удерживающего момента Муд не учитывают
сопротивление свай, оболочек или столбов скольжению грунта по
пересекающей их поверхности сдвига.Для определения Мсд сползающий массив грунта делят верти¬
кальными плоскостями на п участков и определяют размеры каж¬
дого участка в плоскости чертежа (см. рис. 5.2). В перпендикуляр¬
ном направлении ширину каждого участка fe* принимают условно
в соответствии с рис. 5.3, а для устоя или рис. 5.3, б для опоры, рас¬
положенной на сползающем склоне. Через <рСр на рис. 5.3 обозначе¬
на приведенная величина расчетного значения угла внутреннего
трения грунтов сползающего массива.Прямой а — а на рис. 5.3 обозначена поверхность скольжения
посередине рассматриваемого участка, контурами 1 — 2 — 3 — 4 —
5 — 6 и 1 — 2— 3— 4 на рис. 5.3 ограничены поперечные разрезы
участковсползающего массива. Зная размеры каждого г-го участка,
определяют его вес. Если поверхность скольжения проходит ниже
фундамента, то к весу грунта г-го участка добавляют вес опоры с
фундаментом и внешнюю вертикальную нагрузку, в том числе вре¬
менную подвижную. В результате такого суммирования определяют
силу Gi для данного участка. Эту силу считают приложенной посе¬
редине ширины t-ro участка (см. рис. 5.2).101
Рис. 5.3. К определению ширины поверхности сдвига грунтового массива
Значение момента/-Мсд = Gir/ -\-ТгГу	(5.8)1fjxe Gi — сила, равная сумме расчетного веса i-го участка сползающего масси¬
ва, заключенного между двумя вертикальными плоскостями и равнодействую¬
щей внешней нагрузки, расположенной в его пределах. Если поверхность
скольжения в пределах /-го участка проходит по водопроницаемому слою
(из песка, супеси) или по границе водопроницаемого и водонепроницаемого
слоев, то вес Gi следует определять с учетом гидростатического взвешивания
грунта, расположенного ниже уровня воды при расчетном паводке; г* — пле¬
чо силы Gi относительно оси О (положительно при расположении силы Gi
со стороны насыпи от вертикали, проходящей через ось О); Т — расчетное
значение горизонтальной силы, передаваемой сползающему массиву грунта от
торможения временной нагрузки в сторону пролета; гт — плечо силы Т отно¬
сительно оси О; п — количество участков, на которые сползающий массив
разделен вертикальными плоскостями (рекомендуется принимать п ^8).Сползанию массива будут сопротивляться силы трения и сцеп¬
ления, возникающие на поверхности скольжения. Сила трения в
пределах /-го участка массива равняется произведению силы нор¬
мального давления G* cos а на коэффициент трения грунта tg<pt.
Кроме этого, в пределах i-ro участка сползанию массива сопротив¬
ляется сила сцепления, равная произведению расчетного значения
сцепления с* на площадь основания i-ro участка biLu где bi и L, —
соответственно ширина и длина поверхности сползания в пределах
i-ro участка. Значение моментаМул = Я	(Gi cos а/ tg 9/ + с/Ы/) j»	(5.9)где а,- — угол между вертикалью и радиусом, проведенным от оси О к точке
пересечения силы Gi с круглоцилиндрической поверхностью; ф£ — расчетное
значение угла внутреннего трения грунта.Глубокий сдвиг фундаментов береговых опор может происхо¬
дить не только по круглоцилиндрическим поверхностям скольже¬
ния, но и по другим близким к ним поверхностям, форма которых102
Рис. 5.4. К расчету устойчивости на плоский сдвиг устоя:1 — поверхность скольжения; 2 — поверхность отрывапредопределяется особенностями напластования грунтов, напри¬
мер плоская с наклоном в сторону отверстия моста. Такие сдвиги
могут возникнуть при загружении подходными насыпями ранее ус¬
тойчивых береговых склонов или в результате замачивания скло¬
нов при подъеме уровня воды во вновь созданном водохранилище.Возможность возникновения условий для подобных оползней
надо иметь в виду при разработке проектов береговых опор и тре¬
бовать от изыскателей представления достаточно полных материа¬
лов, которые позволили бы правильно оценить устойчивость скло¬
нов как в периоды строительства, так и эксплуатации мостов.Проверку устойчивости склона, пригруженного весом подход¬
ной насыпи, в пределах вызывающего опасения участка, произво¬
дят по методике, принятой для аналогичной проверки при кругло¬
цилиндрической поверхности с той разницей, что определяют не
моменты Мсд и Муд, а силы Гсд и Гуд, действующие на массив грун¬
тов, который может сдвинуться по наиболее неблагоприятной (ве¬
роятной) поверхности скольжения.Такой поверхностью, как правило, является смоченная грунтовы-
ми водами наклонная кровля скальных пород, глинистых или пес¬
чаных грунтов, на которой располагается массив связных грунтов.
Возможной поверхностью сдвига может быть кровля глинистых
грунтов, прикрытых водонасыщенными песками.Для определения сил Тсд и Туп потенциально сползающий мас¬
сив грунта делят вертикальными плоскостями на участки с таким
расчетом, чтобы каждый из них располагался в пределах одного
наклона вероятной поверхности сдвига в зоне соприкасания по
этой поверхности грунтов только двух видов (рис. 5.4). От веса G*
каждого выделенного участка на поверхности сдвига (скольжения)
действуют силы нормального давления N% и сдвигающая сила 7V
Силе Ti противодействует сила трения Nif. Влияние силы внутрен¬103
него сцепления не учитывают, потому что смоченная поверхность
сползания в подавляющем большинстве случаев проходит по кон¬
такту грунтовых пластов, а не в пределах их толщи.Площадь поверхности сдвига /-го участка оползающего участ¬
ка равна biti, где bi и Li— соответственно ширина и длина поверх¬
ности сдвига в пределах /-го участка. Ширину bi следует принимать
согласно схеме на рис. 5.3.Сила сдвигаТсл = 'V Gi sin а.Удерживающая силаi -Птул= 2 °icosct/•1=1Здесь а — угол наклона поверхности сдвига к горизонту; fния грунтов на поверхности сдвига.Значения Тсд и Гуд определяют для нескольких вероятных по¬
верхностей скольжения, различающихся глубиной расположения
от естественной поверхности грунта как расположенные под фун¬
даментом, так и пересекающие его. Наименьшее из отношений
Туд/Гсд, вычисленных для каждой из этих поверхностей, должно
удовлетворять условию устойчивостиКн < /Ясд/уд/Тсд »где значения тсд принимаются такими же, как и в условии (5.7); /сн = 1,2 — ко¬
эффициент надежности.Необходимость проверки надежности оснований устоев и бе¬
реговых опор определяется тем, что в ряде случаев недопустимые
деформации оснований начинались после пригрузки их массой под¬
ходных насыпей и опор. Опыт проектирования мостов показывает,
что из числа известных аварийных деформаций опор подавляющее
большинство приходится на устои. Наиболее часто происходит пло¬
ский или глубокий сдвиг устоев. Значительно реже отмечаются
случаи больших неравномерных осадок устоев.Ниже кратко рассмотрены некоторые характерные примеры не¬
допустимых деформаций устоев мостов.Левобережный устой автодорожного моста сместился в сторону
русла, когда подходная насыпь еще не была досыпана на 2 м до
проектной отметки (рис. 5.5). В результате глубокого сдвига устой
сместился в пролет на 74 см и в низовую сторону на 35 см. При
этом сломались все сваи, образовались выколы бетона и трещины
в плите. Массив оползшего грунта сместился на 0,7—1 м.Фундамент устоя состоял из 32 вертикальных свай сечением
30X30 см, заглубленных в плотные средней крупности пески.По материалам первоначальных инженерно-геологических изы¬
сканий под подошвой плиты фундамента должен быть слой туго-(5.10)(5.11)— коэффициент тре-104
Рис. 5.5. Глубокий сдвиг устоя совместно с частью подходной насыпи:/ — сваи; 2 и 2' — положения устоя до отсыпки насыпн и после его сдвига; 3—проектное
очертание насыпи; 4 н 4' — фактический контур насыпи до начала сдвига и после него;
£ — трещины сдвига; 6 — поверхность скольженияпластичных глин толщиной 2,7 м, подстилаемых 2,8 м пластом ту¬
гопластичного суглинка, а ниже — плотные пески средней круп¬
ности.По данным контрольного бурения, проведенного с целью выяв¬
ления причин аварии устоя, установили, что под слоем глин зале¬
гают не тугопластичные суглинки, а текучепластичный ил, из-за
которого произошел сдвиг массива грунта вместе с устоем.На основе анализа дополнительного геологического обследова¬
ния и расчета опор решили перед разрушившимся устоем возвести
дополнительную промежуточную опору, на которую установить
пролетные строения длиной 16,76 со стороны реки и 22,16 м со сто¬
роны насыпи.Сползший массив грунта решили убрать, а два ряда свай нового
устоя забить с наклоном 5: 1 в сторону реки.Авария устоя произошла по вине геологов, которые передали
проектировщикам ошибочные данные о степени влажности глини¬
стых грунтов в основании устоя.Характерным примером последствий недостаточно полного об¬
следования толщи грунтов (из-за малой глубины пробуренных гео-
лого-разведочных скважин) и связанной с этим ошибочной оценки
степени сжимаемости основания явились большие и неравномерные
аварийные осадки устоев арочного железобетонного автодорожного
моста длиной 100 м, перекрывающего русло пролетом 71,9 м
(рис. 5.6). Высота насыпи 18 м. В фундаменте каждого устоя заби¬
то по 410 деревянных свай диаметром 26—28 см и длиной около
9 м в пласт мягкопластичной глины сквозь переслаивающуюся тол¬
щу грунтов.Сразу после раскружаливания арочного пролетного строения
устои начали проседать. За 7 лет задняя грань левобережного устоя
просела на 34,4 см, передняя — на 8,8 см, задняя грань правобереж-105
Рис. 5.6. Неравномерные осадки устоев арочного мостаного устоя — на 205,8 см, а передняя — на 100 см. Средина пролет¬
ного строения опустилась на 191,6 см.В результате более глубокого контрольного бурения установи¬
ли, что в местах нахождения фундаментов под 4—5 м слоем песка
залегает переслаивающаяся толща заиленных песков, илов, илова¬
тых торфов, а под правым устоем на глубине 2 м ниже острия свай
обнаружен пласт торфа толщиной 3,5 м, а ниже еще два слоя тор¬
фа меньшей мощности. В наиболее напряженной части основания
оказался слой торфа толщиной 5,1 м.Главной причиной аварийной просадки опор явилось большое
сжатие торфа, который не обнаружили из-за недостаточней глубины
геологоразведочных скважин при первоначально проводившихся
инженерно-геологических изысканиях для проектируемого мосто¬
вого перехода.Ответственность за аварию моста лежит на проектировщиках,
которые не имели права проектировать фундаменты без данных
о характере напластования и физико-механических свойствах грун¬
тов, залегающих ниже острия свай на глубине, равной как минимум
удвоенной ширине фундамента.Вследствие неправильной оценки проектировщиками и геолога¬
ми устойчивости склона левого берега в месте строительства боль¬
шого автодорожного моста возникла необходимость его удлинения
сразу же после начала работ по забивке свай в фундамент устоя-В месте расположения устоя переслаивающаяся толща мелких
песков и суглинков подстилается пластом твердой глины, поко¬
ящейся на аргиллите. Пески водонасыщены. Вдоль берега наблю¬
даются многочисленные выходы грунтовых вод.Во время забивки свай первого заднего ряда фундамента устоя
в грунте образовалась трещина шириной до 2 см, оконтурившая
массив суглинка, сместившегося в сторону реки. Из трещины пошла
напорная вода.В результате детального анализа материалов инженерно-геоло¬
гического обследования выявилось предельное равновесие наклон¬
ного пласта суглинка, подстилаемого мелкими песками, содержа¬
щими напорные грунтовые воды. Небольшого динамического воз¬
действия молота при забивке нескольких свай оказалось достаточ¬
но, чтобы нарушить равновесие этого пласта.106
Поверочные расчеты показали, что в случае отсыпки подходной
насыпи и конуса создались бы реальные условия для смещения ус¬
тоя в сторону реки. Было решено добавить один пролет длиной
22,16 м, использовав сооружаемый фундамент устоя для промежу¬
точной опоры. В ее фундамент добавить наклонные сваи, плиту его
расположить ниже первоначально предусмотренного положения.
Устой построить в месте, где насыпь на 4 м ниже запроектирован¬
ной. В фундаменте забить наклонные сваи.Предложенные и осуществленные меры по разгрузке оползне¬
вого склона берега от веса высокой насыпи обеспечили достаточную
устойчивость береговых опор моста.Иногда проектировщики в процессе строительства объекта по
тем или иным причинам упрощают конструкцию фундаментов, отка¬
зываясь от применения наклонных свай или уменьшая их наклон
без достаточного анализа допустимости подобных упрощений и
влияния их на устойчивость и надежность фундаментов. Из-за это¬
го наблюдаются случаи недопустимых деформаций опор, преиму¬
щественно свайных устоев эстакадного типа в сторону пролета под
воздействием давления грунта отсыпаемой насыпи в период строи¬
тельства моста или от совместного горизонтального давления насы¬
пи и от временной железнодорожной нагрузки на насыпи. В таких
случаях происходит смещение верха опор без нарушения устойчи¬
вости их оснований, главным образом за счет изгиба и крайне редко
вследствие поломки вертикальных свай. Если верх устоев смещает¬
ся после окончания строительства мостов или в период их эксплуа¬
тации, то нередко наблюдается «навал» шкафной стенки устоев на
конец пролетного строения, приводящий иногда к ее повреждению.
Для обеспечения нормальной эксплуатации мостов, приходитсяРис. 5.7. Усиление устоя наклонными сваями:/ — основная свая; 2 — дополнительная свая; 3 — подферменная плита; 4 — дополнительная
ллита107
усиливать построенные устои путем погружения объемлющих на¬
клонных свай (рис. 5.7) и включения их в работу устоя с помощью
железобетонной плиты, сооружаемой (с применением литой бетон¬
ной смеси) ниже подферменной плиты или же с помощью объем¬
лющих анкерных тяг, закрепленных за мощную железобетонную
конструкцию, расположенную в грунте подходной к устою насыпи.
Иногда для прекращения горизонтальных перемещений устоев
(малых и средних мостов) между ними устанавливают распорки
ниже дна водотока.Глава 6РАСЧЕТЫ СВАЙНЫХ ФУНДАМЕНТОВ6.1.	Основные положенияРассмотрим методику, охватывающую расчеты фундаментов из
свай, оболочек или столбов при любом положении плиты по отно¬
шению к расчетной поверхности грунта. Методика позволяет также
рассчитывать безростверковые опоры, состоящие из свай, оболочек
или столбов и подферменной плиты (ригеля рамы). На положени¬
ях этой методики основаны расчеты фундаментов из опускного ко¬
лодца на эксплуатационные нагрузки (смГп~ 7.2).Расчетная поверхность грунта во всех расчетах, включающих
определение перемещений фундамента (за исключением его осад¬
ки совместно с грунтом межсвайного пространства от постоянных
вертикальных нагрузок), внутренних усилий в сечениях свай, обо¬
лочек, столбов и плиты, а также давлений фундамента на грунт,
принимается в уровне естественной поверхности грунта, а при сре¬
зке грунта или возможности его размыва — в уровне соответствен¬
но срезки грунта или местного размыва дна водотока у опоры при
расчетном паводке.Для свайных фундаментов устоев мостов расчетная поверхность
грунта принимается в уровне естественной поверхности грунта, а
при наличии очень слабого верхнего слоя грунта (илы, текучие или
текучепластичные глины, суглинки и супеси) —в уровне подрыты
этого слоя. В расчете свайных фундаментов устоев с плитой, рас¬
положенной над естественной поверхностью _грунта. при наличии
старой насыпи или насыпи, возводимой намывом, расчетная поверх¬
ность грунта принимается в наиболее высоком уровне, на котором
расстояние от плоскости, ограничивающей конус со стороны про¬
лета, до осей ближайшего ряда свай (оболочек или столбов) не ме-
нее 3d при толщине (диаметре) сваи d^0,6 м и не менее 2,5 м при
Э>0,6 ы.	’В настоящее время проводятся исследования, направленные на
то, чтобы в расчетах устоев мостов учитывать сопротивление све-
жеотсыпанной насыпи перемещениям их конструкции. Большая ра¬108
бота в этом плане выполнена Воронежским филиалом Гипродорнии,
на основе которой составлены «Методические рекомендации по
расчету обсыпных однорядных свайных и стоечных устоев автодо¬
рожных мостов как упругих опор в линейно-деформируемой сре¬
де». Следует отметить, что учитывать в расчете сопротивление све-
жеотсыпанной насыпи перемещениям устоев можно только при ус¬
ловии авторского надзора ‘со стороны проектной организации за
послойной укладкой с тщательным трамбованием грунта конуса и
насыпи за устоем.Если проектируется свайный фундамент с плитой, заглубленной
в грунтто при размерах котлована в плане, не превышающих
размеров плиты, допускается в расчете фу н д а мента ^читыва ть_не
только сопротивление грунта перемещениям свай, hoj^ сопротивле¬
ние грунта на участках боковых граней	плиты, смещающихся кгрунту. Если размеры котлована в плане превышают размеры пли-
ты фундамента, допускается учитывать сопротивление грунца пере-мещёниям плиты фундамента только щэи	условии обеспеченияконтроля за послойной укладкой и уплотнением обратной засыпки
грунта в пазухи котлована.Коэффициент постели (в тонна-силах на кубический метр грун¬
та) на боковой грани плиты фундаментаCzx~K^z\%	(6.1)где /Сб — коэффициент пропорциональности, характеризующий изменение с глу¬
биной коэффициента постели грунта в пределах толщины плиты фундамента,
тс/м4; Z\ — глубина расположения точки, для которой определяется коэффи¬
циент постели, от расчетной поверхности грунта, м. Если верхняя грань плиты
фундамента расположена ниже расчетной поверхности грунта, глубину Z\
следует отсчитывать от этой грани.Коэффициент постели грунта на боковой поверхности сваи (обо¬
лочки или столба)Сг = Кг,	(6.2)где К — коэффициент пропорциональности, характеризующий изменение с глу¬
биной коэффициента постели грунта, окружающего сваю, тс/м4; г — глубина
расположения точки, для которой определяется коэффициент постели, от рас¬
четной поверхности грунта (при плите фундамента, находящейся над грун¬
том) или от подошвы плиты (при ее заглублении в грунт), м.Коэффициент постели (в тонна-силах на кубический метр) грун¬
та под подошвой оболочки или столбаЬКхМСп —	*	(6.3)а „но не менее50 КиС\\ —	i	(6.4)1 Здесь и далее под плитой, заглубленной в грунт, подразумевается плита,
подошва которой расположена ниже расчетной поверхности грунта.109
где Кп — коэффициент пропорциональности, характеризующий изменение с глу¬
биной коэффициента постели грунта, расположенного под подошвой оболочки
или столба, тс/м4; hi—глубина расположения подошвы сваи от расчетной
поверхности грунта, м; dn — размер подошвы оболочки или столба, м, при¬
нимаемый при наличии уширения в нижней части равным наибольшему попе¬
речному размеру уширения, а при отсутствии уширения — равным диаметру
оболочки или столба.Формула (6.3) при приведенных далее значениях коэффициента
Кп дает для оболочек и столбов с подошвой, имеющей диаметр du^
^5 м и расположенной на глубине /^ = 10-=-15 м, значения коэф¬
фициента постели Сш близкие к тем, которые издавна использова¬
лись в расчете массивных фундаментов глубокого заложения опор
мостов как характеристики податливости основания под их подо¬
швой. В отличие от коэффициентов	и Сг коэффициент
постели Си на поверхности грунта (при h{ — 0) не равен нулкГимо-
жет быть весьма существенным. В связи с этим приведена формула
(6.4), ограничивающая минимальное значение коэффициента посте-
ли Сш которое соответствует подстановке в формулу (6.3) значения
h\= 10 м. В формулах (6.3) и (6.4) учтено известное положение ме¬
ханики грунтов, что осадка круглого штампа (подошвы оболочки
или столба) прямо пропорциональна его диаметру и, следователь¬
но, коэффициент постели грунта под круглым штампом (если этот
грунт рассматривать как упругое основание Фусса — Винклера)
должен быть обратно пропорционален его диаметру (диаметру по¬
дошвы оболочки или столба).Значения коэффициентов пропорциональности К, /Сб и Кп при¬
нимаются по табл. 6.1. Меньшие значения коэффициентов К, КбТаблица 6.1ГрунтыК для свай,
тс/м4И лля оболочек н
столбов; /fg н Кп*
тс/м4Текучепластичные глины и суглинки (0,75<
</ь< 1)65—20050—200Мягкопластичные глины и суглинки (0,5</^^
*^0,7.5); пластичные супеси (0^/t^l); пылева¬
тые пески (0у6^ез^0,8)250—500200—400Тугопластичные и полутвердые глины и суглин¬
ки (0^/ь^0,5); твердые супеси (/^<0); пески
мелкие (0,6^ е^. 0,75) и средней крупности
(0,55 0,7)500—800400—600Твердые глины и суглинки (/t<0); пески круп¬
ные (0,55 0,7)800—1300600—1000Пески гравелистые (0,550,7) и галька с
песчаным заполнителем1000—2000и Кп в таблице соответствуют наибольшим значениям показателя
консистенции IL глинистых и коэффициентам пористости е песча¬
ных грунтов, указанным в скобках после наименования грунта, а
большие значения коэффициентов К, Кб и Кп — соответственно бо¬110
лее низким значениям 1ь и е. При промежуточных значения 1ь ив
величины коэффициентов Л, 7Сб и /Сп принимаются по интерполяции.
В случае когда консистенция глинистых грунтов дается не числен¬
но, а в виде наименования и пески указываются как средней плот¬
ности, коэффициенты К, Кб и /Сп принимаются^£авными средним
ар ифметичесюш^13_ука^а1шых_^1^2 блице пределов соответству¬
ющих величин для данного вида грунта.Коэффициенты К и /Сп для плотных песков принимаются на
30% выше, чем наибольшие табличные значения соответствующих
величин для данного видагрунт^.Грунт представляет собой нелинейно деформируемую среду, что
не учитывается в расчете. Нелинейная деформируемость грунта осо¬
бенно проявляется при работе свай на"деиствие горизонтальных
нагрузок. Это объясняется большой ролью верхних слоев грунта в
общем его сопротивлении перемещениям горизонтально нагружен¬
ных свай. Так как несущая способность этих слоев при горизон¬
тальном давлении очень мала, то даже при небольших перемеще¬
ниях в грунте у его поверхности появляется и начинает развиваться
зона пластических деформаций. В итоге рост перемещений сваи об-
гоняет ростПгоризонтальной нагрузки на нее.	“Табл. 6.1 составлена на основе обработай результатов испыта¬
ний в разных грунтовых условиях свай, оболочек и столбов на го¬
ризонтальные нагрузки. По данным каждого испытания подбором
определялось такое значение коэффициента пропорциональности
К, при котором прямая ОА, выражающая теоретически получаемую
зависимость между горизонтальной силой Я на сваю и ее смещени¬
ем Дг в уровне поверхности грунта, пересекала кривую ОВ фактиче¬
ской зависимости Дr=f(H) в точке, соответствующей Дг= 1 см
(рис. 6.1). Следовательно, если при использовании таким путем по¬
лученных значений К расчетом установлено, что смещение сваи в
уровне поверхности грунта Дг<1 см, то фактические ее перемеще¬
ния в любом уровне будут меньше соответствующих величин, полу¬
ченных по расчету, и, наоборот, если расчетом установлено, что
Дг>1 см, то определенные расчетом величины перемещений будут
заниженными. Однако, учитывая то, что приведенные в табл. 6.1
коэффициенты пропорциональности К ориентировочные и потому
приняты с известной осторожностью, практически~онТГ могут йс-
пользоваться и при расчете фундаментов на нагрузки, которым со¬
ответствуют смещения свай в уровне поверхности грунта,“несколь-
ко большие 1 см" (на 20—40%).	~Следует отметить, что неточность в величине К не прямым об¬
разом отражается на результата^ расчета горизонтально нагружен¬
ных свайгРасчеты, напримерГпоказывают, что изменение величины
К в 2 раза приводит к ошибке в величине наибольшего изгиба-
гощеги мимента АЛЮТеречном сечении сваи до 15%. Большее влия¬
ние оказывает величина К на перемещение сваи, но и тут обратная
пропорциональность между значениями перемещений — с одной
стороны, и величиной К — с другой соблюдаётся только для свай,
которые можно рассматривать в грунте как бесконечно жесткие;111
для обычно же применяемых свай
(в том числе оболочек и столбов)
увеличение К, например, в 2 раза
приводит к уменьшению наиболь¬
ших перемещений в грунте гори¬
зонтально нагруженных свай в
1,25—1,5 раза. Меньшее влияние
оказывает величина К на гори¬
зонтальные смещения и повороты
тех^сечений свай, которые распо¬
ложены выше поверхности грунта.Нелинейная деформируемость
грунта существенно сказывается
и на его сопротивлении переме¬
щениям плиты фундамента. Од¬
нако это сопротивление, как правило, много меньше сопротивления
грунта перемещениям свай и потому ошибка в оценке этого сопро¬
тивления не имеет большого значения.Приведенные ниже формулы расчета свайных фундаментов по¬
лучены в предположении, что плита фундамента расположена в
однородной толше грунта, характеризуемой коэффициентом про¬
порциональностиКб, а~сваи погружены через однородную толщу
грунта, характеризуемую коэффициентом "пропорциональности К1.
При наличии в пределах толщины плиты фундамента и в пределах
глубины погружения свай нескольких слоев грунтов расчет вводят-
ся приведенные значения Кб и К:Рис. 6.1. К учету работы свай
на действие горизонтальных на¬
грузокКб =2^6i hj
hn(6.5)где /Сож—значение коэффициента пропорциональности Кб для i-го слоя грунта,
принимаемое по табл. 6.1; Ы—толщина i-го слоя грунта (2Лг=Лп); hn —
глубина заложения подошвы плиты фундамента от расчетной поверхности
грунта. Если верхняя грань плиты расположена ниже расчетной поверхности
грунта, то под hn следует понимать толщину плиты.Если в пределах глубиныhK = 3,5 d -f- 1,5,(6.6)отсчитываемой от расчетной поверхности грунта (при плите фун¬
дамента, расположенной над грунтом) или от подошвы плиты (при
ее заглублении в грунт), расположен один слой грунта, то приве¬
денное значение К принимается равным значению, соответству¬
ющему этому грунту. В формуле (6.6) глубина hK и размер d, рав¬
ный толщине сваи квадратного сечения или диаметру круглого се¬
чения, должны выражаться в метрах. Для свай прямоугольного1 Формулы для расчета свайных фундаментов с учетом разных слоев грунта
как в пределах толщины плиты, так и глубина заложения свай приведены в кни¬
ге К- С. Завриева и Г. С. Шпиро «Расчеты фундаментов мостовых опор глубо¬
кого заложения». М., Транспорт, 1970.112
сечения под d следует понимать размер их сечения в плоскости
действия нагрузок.Если в пределах глубины Лк расположено два слоя грунта, то
приведенное значениеKxhx (2АК — hi) -Ь Ки (hK— Л,)2р	,	(6.7)Ка если три слояK\h\ [2(ЛП1 + hi]) 4- ^i] + K\\h\\ (2 hiu + hu) + K\\\ nгде hi — толщина I (верхнего) слоя грунта, м; hu и йш — толщина II и III
слоев грунта в пределах /гк, м; Ки Ки и Kui — значения коэффициентов
пропорциональности, принимаемые по табл. 6.1 для грунтов I, II и III слоев.Формулы для определения приведенного значения К получены
в предположении, что на деформации сваи и усилия, возникающие
в ней от горизонтальных нагрузок, влияют в основном величины /С,
относящиеся к верхним слоям грунта с общей толщиной hK, в пре¬
делах которой это влияние уменьшается по линейному закону от
наибольшего в уровне поверхности грунта до нуля на глубине hK-
Применимость формул, полученных в таком предположении,
проверена на основе анализа результатов расчетов горизонтально
нагруженных свай, работающих в двухслойной толще грунта, по
двум методикам: по методике, непосредственно учитывающей раз¬
ные значения коэффициента пропорциональности для первого
{верхнего) и второго слоев грунта, и по методике, предусматрива¬
ющей использование одного приведенного значения коэффициента
пропорциональности. Анализом охвачены сваи с любым размером
поперечного сечения (в том числе оболочки и столбы большого диа¬
метра) и всевозможные толщины первого слоя грунта (от нуля до
толщины, равной глубине погружения сваи). Установлено, что если
коэффициент пропорциональности Ki для первого слоя в 5 раз мень¬
ше, чем для второго (/Ci=/Cn/5), то наибольшая возможная ошиб¬
ка, связанная с использованием формул (6.6) и (6.7), составляет
10% при определении перемещений и 15% при определении изгиба¬
ющего момента в опасном сечении (изгибающий момент получает¬
ся заниженным). В сравнительно редко встречающихся случаях,
когда сопротивляемость верхнего (первого) слоя значительно выше
нижерасположенного (второго) и Ki=5Ku, наибольшая возмож¬
ная ошибка составляет 20% при определении перемещений и 25%
при определении изгибающего момента в опасном сечении, но в
этих случаях изгибающий момент получается завышенным.При выводе формул, отражающих взаимодействие изгибаемых
свай фундамента с грунтом, каждая свая фундамента рассматрива¬
ется как отдельно стоящая, передающая давления на грунт по плос¬
кой грани шириной Ьр, называемой далее расчетной шириной сваи.
От фактического размера d сваи, равного стороне квадратного "ее
сечения или диаметру кругЛОГО, к расчетной ширине Ьр, переходят113
с использованием экспериментально установленных коэффициен¬
тов, учитывающих отличие фактических условий работы свай от
принятых при выводе формул:коэффициентом к отражают уменьшение сопротивления грунта
перемещениям оболочек или столбов из-за расположения их на близ¬
ких расстояниях в один ряд, параллельный плоскости действия
внешних нагрузок. Коэффициент к не используется в расчетах фун¬
даментов из свай, так как сваи не погружают на такие относитель¬
но близкие расстояния (в долях от d), как оболочки и столбы, а
также в связи с накопленным опытом возведения фундаментов из
свай, в расчетах которых взаимное влияние свай на их работу в
грунте никогда не учитывалось;коэффициентом /Сф учитывают форму поперечного сечения сваи
(оболочки или столба). При квадратном сечении Яф=1, при круг¬
лом Кф=0,9;коэффициентом Ко отражают распределяющую способность грун¬
та и, следовательно, влияние размера d поперечного сечения сваи
на сопротивление грунта, отнесенное к единице площади ее боковой
поверхности. Для оболочек или столбов коэффициент /с0 определя¬
ют по формуле /с0 = 1 + —, а для свай — по формуле /с0 = 1,5 -f-dгде d — размер поперечного сечения сваи, оболочки или стол-dба, м.Следует отметить, что в формулы для горизонтальных смещений
и углов поворота свай, а также действующих в этих сечениях попе¬
речных сил и изгибающих моментов входит произведение Kbv, а не
отдельно величины К и 6Р. Поэтому эти формулы дадут те же ре¬
зультаты, если давление грунта на боковую поверхность сваи ус¬
танавливать по фактической ее ширине (толщине) <2, а на указан¬
ные коэффициенты умножать величину К, получая тем самым ха¬
рактеристику сопротивления грунта, отражающую не только его
свойства, но и учитываемые этими коэффициентами условия (фак¬
торы).В соответствии с изложенным расчетная ширина (в метрах) обо¬
лочки или столбаby = кк$к& = 0,9 к (d + 1),	(6.9)сваиКоэффициентbp=	/?ф (1,5 л? Ч- 0,5).	(6.10)(^ ) Lp'j(i + l, ' (6'П)но не больше единицы.В формуле (6.11) К\—коэффициент, зависящий от числа лр оболочек или
столбов в одной вертикальной плоскости (в одном ряду), параллельной плоско¬
сти действия нагрузки:лР	1 2	3	>4*i	 1 0,6	0,5 0,45Lv — среднее расстояние в свету (на уровне расчетной поверхности грунта) меж¬
ду оболочками или столбами, расположенными в рассматриваемой плоскости, м.114
Когда в разных вертикальных
плоскостях, паралелльных плос¬
кости действия нагрузки (в раз¬
ных рядах), расположено разное
количество оболочек или столбов,
коэффициент к принимают одина¬
ковым для всех оболочек или
столбов и равным меньшему из
значений, полученных для разных
рядов.При отсутствии оболочек или
столбов в какой-либо вертикаль¬
ной плоскости, параллельной пло¬
скости действия нагрузки, прини¬
мают к— 1. При расположении
оболочек или столбов в шахмат¬
ном порядке и при расстояниях
между осями соседних рядов, параллельных плоскости действия
нагрузки, меньших (d+ 1), значение к устанавливают, как для при¬
веденного ряда, полученного проектированием оболочек или стол¬
бов на плоскость действия нагрузки (рис. 6.2).В расчете фундамента на совместное действие нагрузок вдоль и
поперек оси моста значение к принимают меньшим из значений, по¬
лученных для каждого из этих направлений.При расчете фундаментов из свай прямоугольного сечения под
d в формуле (6.9) следует понимать его размер в направлении, пер¬
пендикулярном к плоскости действия внешних нагрузок.В случае опирания свай (оболочек или столбов) на нескальный
грунт допускается в расчете принимать нижний конец сваи не за¬
крепленным против поперечных смещений и поворотов, а в случае
опирания свай на скальную породу без забуривания в нее — за¬
крепленным против поперечных смещений и не закрепленным про¬
тив поворотов (предполагается, что острие сваи или нож оболочки,
погружаемых через толщу нескального грунта, входит в верхний
слой скальной породы).В указанных случаях глубину h заложения свай в грунте сле¬
дует принимать равной расстоянию от расчетной поверхности грун¬
та (при плите фундамента, которая расположена над грунтом) или
от подошвы плиты фундамента (при ее заглублении в грунт) до
низа сваи, а при наличии уширения — до его сечения с наибольшим
размером.Столбы, забуренные в невыветренную скальную породу на ве¬
личину, требуемую по расчету (см. стр. 124), следует рассматри¬
вать как жестко заделанные в сечении, расположенном на Ah ниже
поверхности невыветренной скальной породы. Глубина h заложения
в грунте таких столбов принимается равной расстоянию от расчет¬
ной поверхности грунта (при плите фундамента, расположенной
над грунтом) или от подошвы плиты (при ее заглублении в грунт)
до указанного сечения. При заделке столбов в магматические по-о:сп:сзпяшZO'JDI©7Рис. 6.2. К определению коэффициен¬
та к при оболочках или столбах, рас¬
положенных в шахматном порядке:1 — план расположения оболочек (стол¬
бов); 2 — след плоскости действия нагруз¬
ки; 3 — приведенный ряд оболочек115
роды (гранит, диорит, базальт и др.) принимается Ah=0, а в про¬
чие породы Ah — 0y5d, где d — диаметр столба.Следует отметить, что принятые положения в части закреплений
нижних концов свай (оболочек и столбов) основаны на упрощен¬
ном представлении об условиях, в которых они работают. Очевид¬
но, например, что если нижний конец сваи передает давление на ос¬
нование из нескального грунта, то должны проявляться связи меж¬
ду основанием и нижним концом сваи, которые в общем случае
препятствуют его поперечным смещениям и поворотам и зависят
от величины этого давления, т. е. от того, действует ли, кроме попе¬
речной нагрузки на сваю, вертикальная нагрузка и какова ее вели¬
чина. Расчеты фундаментов с учетом упругого закрепления нижних
концов свай против поперечных смещений и поворотов могут быть
выполнены с использованием формул, которые приведены в книге
К. С. Завриева и Г. С. Шпиро «Расчеты фундаментов мостовых
опор глубокого заложения» (М., Транспорт, 1970).При предположении, что окружающий сваю (оболочку или
столб) грунт может рассматриваться как упругая линейно-дефор-
мируемая среда, характеризуемая нарастающим пропорционально
глубине коэффициентом постели, жесткость в грунте горизонталь¬
но нагруженной сваи определяется ее приведенной (безразмер¬
ной) глубины Л, которая связана с фактической глубиной выра¬
жениемh=ach,	(6.12)где ас — коэффициент деформации сваи в грунте, м-1;(6лз>К, Ьр и EI — соответственно коэффициент пропорциональности, тс/м4, харак¬
теризующий нарастание с глубиной коэффициента постели грунта на боковой
поверхности сваи, ее расчетную ширину, м, и жесткость поперечного сече¬
ния, тем2.Для облегчения вычисления коэффициента деформации сваи в
грунте дана табл. 6.2.Чем меньше значение глубины /г, тем больше жесткость сваи в
грунте и тем большее влияние на ее работу оказывают условия на
нижнем конце сваи (опирание на нескальный грунт, опирание на
скальную породу или заделка в нее). При /г^4 на работу горизон¬
тально нагруженной сваи перестают влиять условия на ее нижнем
конце, а также дальнейшее заглубление сваи в грунт.При расчете фундаментов перемещения головы каждой сваи,
оболочки или каждого столба принимают прямо пропорциональны¬
ми действующим на них нагрузкам, а перемещение конструкции
предполагают малыми по сравнению с размерами ее элементов.В соответствии с этим фундаменты рассчитывают обычными мето¬
дами строительной механики.L16
Таблица 6.2в« 1
с £TJ*ooooooooooooooooooooooooooooCCOG D'M’tCDOCOCN^OOOOCS-fCDOOON^CDOOOlM^CDOCO
COCO^^Tf^T^iOLjiOLOiOCDCDCDCDCDNNNNNOOOCaOCOOOOiooooooooooooooooooooooooooooсх*оs Л2ЛЯrc^,0,^,0,1^^ cot"- OOCDCNCDoOOOtO — lONNO^OCDOCOCDOO}£3CNON^;+^iOCDOO---iOOi^ONtOCO<NCNCOiOOO--' CD —• N ^l^^rJ^S^SPS''^0004*'''	ЮОЮОЭгГОЭ'^ОЭ'^ОЭ'^ОЮ—CDCN|/5(D(DCDSN000000050500« — ^CNCNCOCOTf^UOCDCDNNOO
~ ~ ~ — — — —'~CNCNCNCNCNCNCNCNCNCNCNCNCNCN<NCNCNв i£(Noooooooooooooooooooooooooooo&£J^$£5£S5£!r:t<CDooSCN^£S£ooOC4,,,;*<^OOOCN^CDOOQCN^2S2SSS2222SSSS2?0000Q^,“-—■ —■ —'(Ncncncncnc^coco
ooooooooooooooooooooooooooooа.45*О2}'я^OOOOOOOOOOOOOOOQQO
CO^O^O>COCNCDt^oOCD 005СЧ—too —(NOi — O^TOCO ON^©S<NCOr^CDOi<NLOO^rCOOr^05CDCOOO&r^.CDlCCOC£>OOOCOCDOO-r05
OJ-'CQloSOCN'^NOJCN^SOCOiOOO-'^NOCObOCOCDOo:
K0000000005050)050)000-' —1 « CNlCSCSlCOCOCO^-rr^lOtCо 7и 1SОoooooooooooooooooooooooooooo^CDOOOCN^^OOOtN^OOOOtN^cpoOOtNrhlDOOOM^CDOOCNCNCNCOC^OOCOCO^T^^^TfiOtQUOiLOiOCDCDCDCOCDNNNNNCOCOCOCOCOCOCOCOCOCOCOCOCOCOCOCOCCCOCOOOCOCOCOCOCOCOCOCOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOо.£о5'scri^OOOiOOlO^iOiftOOCNoOOOMOtN — iO^iO —CDO^OO^CN(N
О СЧ CO CO COCDCN —‘CO 00 NOOCOtNrtOOOOCDtDOSO'tCONiONN <» 05 ^ СО Ю OO — ^ Ю" o" iO О Ю OO ^05 Ю CO (N « - —
lOCONOiO - CN rf 16 CD OO 05 — J>JrflOS06o(NCOiON03 — CO^CS
COCOCOCO-^r^^^Tt^^TfiOlOlOlO^iOOCOCOCDCDCDKSSNo’!
ь J00OOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOO
OOO(NTf<(DOOO(NTf0COOCN^0OOO(N^CDOOO(N^0OOO(N
CDSNSNSOOCOOOOOOOO>0303 050)0 0 00 0- - — — — CN CN
CN CN CN CN CN CN CN CN CN CM CN CN CN CM CN CN CO CO CO CO CO^ CO CO CO CO CO CO CCOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOсх~-¾1	Ьт2	slOaoo^yD^o^iotft^^ooioco-1о — ^oiNOiubTfCio^cD(N^OOTt^O —COSCO —— (NCDC^OO CD (N ^ (M (D(N О - ЮCC CO OO ^ О CD CN OO Tt< — OO >C CN 05 N Ю n — CD OO N CD Ю >0 Ю Ю Ю Ю
CO^tMOCD0SSOOO5O)O —— (NCO^>OiOCDNOOOiO —(NCO^
CNCNCNeNCNCNCNCNCNCNCNCNCOCOCOCC CO«Са £*£>OOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOO
(N^tDOOOtN^COOOCN^CDOOOM^CDOOOtN^^OOOfNTtCD
— —- — CNCNCNCNCNOOcOCOoOCO-tTfTf^^lOlO^lOUj^CCDCO^
CO CM CN CN CNCNCNCNC4C4CNCNCNCNCNCNCN cncncncncncncncncn CN CNOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOо. Г£ L-- 51О Г SIOCOCNOOCDCOCNiOOOCOCO—'OOOOCOCOONOOICOCO—'0^0000
CNOO~COCOCNO>iO—•CD~->-OOCDCNQOOO)—-ЮСОСМЮ—‘—-iOt^N
OOOOOC^iOOJCOOiCDCOtN^CNCOCDO^OOOCDtDNOJfCOOTf CN-^(N^SO)^COCOOO —Tt<bOcOtDO5CO0OcON —lOOi-^OOCOOOCO
'^^^^li’DiOiOJOtOCDOSSSSOOMOXSOOOO^'-’ CN CN COО I
* '*OOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOO
COOOOCN^tCOOOCN^CDOOOCNr^CDOOOCNrfCOOOOCNX^CDOOO
Ю IQ CD CD CD CD CD NNNNN0000000000050)0503000000^000000000000000~0000000000000G.Г
|р *COONCDOO'^lCCOOi^OJNOCDOi — CNJft^-'OiiOCNOtN — NCO«
OO^OO-OCDOOCOHOTfOCCDOJCDOJCDOOCDOiNCNCOOCOOOOiCO^
CNOO-^-'OOCDCO'-'OOOOOOOOOJOCNrfNO'^Oi^OCDСгГо5 О — ~ CN СО т£ю LOCDNOOOT—'CNCOr^CDNOOOCNrOiONOOO
		CNCN(N<NCNCN<NCOCvDCCCOCO«X)^о7
e £CMOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOO
OCNTfCOOOOCN^CDOOOCN^CDOOOCNTfCDOOOCO^cpoOOCNTf
OOOOO —»-'-4’--,<N(NCN(NCNrt(OCOCOCO^Tt^^Tti/DiOiOО О О О О—'OOOOOOOOOOOOOOOQOOOOOO•оЬсой‘„-O^NOOOi—'CNtOCNOOOJCOCNCDCDCONOCOJOOOT^CN^—^^^CN
О О —'COCO — CDCNCOOOtFOCONPO —‘OCNlOONNCNCOOO^ —' CD
O—'CNCOT^CDNO^OCN'-t'NO) — ^NOCOCDOCONCNCD — >0 — CD.~,^TcNCNCNCNCNCOCOCOT*TFTt«iOlOlOCOCDNNOOOO117
Продолж. табл. 6.2,922Й200500000°ооооооооооооо^rrCNc^c^csc^^oc'OcocoeOTf'Tt'-'+'Tj'T^ioioioioiOcococococD00 00 ОО ОО 00 ОО ОО 00 СЗОООООООООООООООООООООООООООООООООООООооооооооооооооооооооооооооо«О — — СО СО — — l0Tj<O)OCO0CNb-b.(N
t^CNt^CSOOiO—'OCO^cOCNCNCSCMc’DijOt^OJCNiOCn^OJT^OI^-
^^PlPP^^^S^^^^cooocOoOcOoocOoO^fOiTfOiO — Ь-CN
SSS££;£;£;2£££S?2?2^2rr"",C4,C4i<:2o:),'?,^^lf3c£,^t^00 0,?o)
cOCOcdcOcocorocOco^TtTj'Tf^^Tj'Tj'^Tt^’tTtTj'^Tj'^Ttооооооооооооооооооооооооооо^T^^PSP^^^PC^^^^OCOCNI-rrCOoOOCN^COOOOCN^
JOtpCOJDNNNNSoOOOOOOOOOaOffiOiOOOOOO-’-' —
nnnnnnnnnnnnnn^nnsnooqooocooooooocoооооооооооооооооооооооооооо^OCSOOOO-HpOOCOfN^OOcO-’CNNNOOOOiOlOOoOON
OifOS — tDCNSrtQN^tNOOONtDlOi^tDtDoOCi^^CDOrt
tOOrtNOTfN —iflOOCSwaPOS—iOOJCON«)OOTt<OOCOS
LO(D(D(DNNS0006000)Q0500 — — — CNCN rtco-H Tf T+iniO
CNC4(M(NCS|(M<NCNCN(MeMCN<NoOOOcOCOcOCOCOcOcOCOcOrtCOOOоооооооооооооооооооооооооооOOOOlTfCDOOOCS^COOOOCNTt-COOOOCNJ^COOOOCNJ -“CDOOO
N N N N N Ь? N N N N S N N N N N N fs. N S N N N N t~— (s t"’»ooooooooooo о о о о о о о о о о" о"" о о о о оOCN00CO00CN0)0)000)00—СОЮ^СЧОСМСО^СОООЭОЮСОЮ-	оо ^ сосо^ео — 00)0)0)0)0)0 — со^г^осмюО CN lO ОО О ОО CD ОО 1— ^rt^-OCCiLOOO — -+N—"^-NOCOCDOCO
N000000000>050>0>000« — — — (NCM<NOOCOcO^^Tj<iOiO
—‘	— —' — — CNC4C4CNC4C<|C<I(NCNCN|CNC4CNCN(M<MC4CMоооооооооооооооооооооооооооTf(D00O^Tf(D00OCM-t(D00OCN^C)00O(N^(Df' О гч 'СО
lOvOifttDCDCOtDCDNNN >N00 00 00Q000O)a0iO5O}OOOO
СОСОСОСОСОСОСОСОСОСОСОСОСОСОСОСОСОСОСОСОСОСОСОГ'.^Г’-'-Г'-OOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOO5 's^ ОО Ю 00 t*< t". 00	'^0)NNO)Tf<(NCNiOOOOO>(NoONOpCOOCD^WCM-OOQOCiO-tNCOiONOl-TttDOJCOtDO^OJT}'
D-COu.NOJ-POiONOi-CCiONOi-^CDOOOCOiOoOOOliO—	СЧСЧСЧСЧСМООСОООООСО’^^^'^^ЮЮЮЮСОСОСОСОГ'.Г'-Г^|й IоооооооооооооооооооооооооооOCM^tDOOOCN^OObOC^TtCDOOOCN^CDOOCtN^CDOOOCNооооо-----счс^с^с^мсолсосой^^^^^ююCOCOCOCOCDCDCOCOCOCDCOCOCOCDCOCOCOCOCOCOCOCOCOCOCOCOCOоооооооооооооооооооооооооооОЮГ".Г"-^ОСОЮСОЮСО — ^ со ОО'OCOOOCNOOCDiOCOC^Tf^OOCOt'-^OOOQCO — OOCOt^QCOt^-OO
t^OCOl^OTfOOfNCO — СО — со—'СОСМОО^О^СООГ^-ЮСЧСЛОО
Г^-СГ>0 — ОО^Ю^ООО — CO^COb.OOCN^iOt^OOCN^iOt'-
Nso0«00000000000500)0>0)0j0>000000 — — — — —У IоооооооооооооооооооооооооооCOOOQCM^COOOOC^^COOOOCMTfCOOOOCN^COOOOCNTtCOOO'^'T^iOLOiOijOiOCOCOCOCOCO^l^l^.t^t^OOOOOOOOOOOiOOiOO|0юЮЮ»ДЮЮЮ>СЮ<ОЮ1ЛилО101Л1/5Ю10ЮЮЮ»Л^ЛЛЮоооооооооооооооооооооо~ооооо* b То к) *»0 О ОООЮ Tf	Tt< 00^« СЬС^О 00<NCO 1-0 О СЧ 0)<N(NO)<NoO(М(МГ^ЮООС00^1^СОСОООСМСОСО — О — СО 00 О ОО О) — ^ONLO^rcOCN —■ — ОС		— ^	^	*'000)0-
rf tMO lJlOOOCOOit^tD^DOOCNCDr'J-'O’-'^rNraoOOO) —rror^
itN-^OQOOO-^CNCO^lfiCOSOi-CN^NCftfNT}-
Э — CNCO^iOcOt^COO)© — CNCOrfiOCOt^O)© — CN СО Ю СО
5i^ifl^iOiOiOiCiOiC?OOtOC)tOCOOtD(DNNNNNNоооооооооооооооооооооооооооСЧ ^©oOOCN^COOOOtNrftDOOOCN^COOOOnrrCOOOOCN^
050)0)0500000 —^ — — -4(N(N(NCNCNC0rtrtc0C0fTj''^ооооооооооооооооооооооооооо0)00 0 00 0--^^14 010 0^1/3100 010^ - C^r^. со lOCN(N(NWlOOO<NNrtgoOSOOO)C4iOQtOrtCS-
OOtJ*OcO<NO©iO — ooio — OOiO(NOSiOCSOOOCD^(NOO)NCD
000)00 — — (NCOCOTflOlOCOt^OOQOOiO — — СЧСОт^ЮЮСОГ-*»
CSiCNCOCOCOCOCOCOCOCOCOCOoOoOoOoOoO^T^TfT^Tt^^T^^T^118
Фундаменты из свай, оболочек или столбов в общем случае ре¬
комендуется рассчитывать как пространственные конструкции.
Однако фундаменты с жесткой плитой, симметричные относитель¬
но вертикальной плоскости, могут рассчитываться на нагрузки, дей¬
ствующие в ней по плоской расчетной схеме, представляющей со¬
бой проекцию фундамента на плоскость действия нагрузок.Жесткими могут считаться плиты, деформации которых под на¬
грузкой невелики по сравнению с их перемещениями КФундаменты с плитой, расположенной над грунтом, а также те
фундаменты с плитой, заглубленной в грунт, которые рассчитывают
без учета сопротивления грунта ее перемещениям, могут рассмат¬
риваться как симметричные, если имеет место симметрия в располо¬
жении свай, их длинах (как общих, так и над поверхностью грун¬
та) и жесткостях. Плита фундамента при этом может быть несим¬
метричной. Исключением являются фундаменты, рассчитываемые
с учетом сопротивления грунта перемещениям плиты, которые мо¬
гут рассматриваться как симметричные, если, кроме того, симмет¬
рична часть плиты, находящаяся в грунте.С нагрузками, приложенными к сваям, в частности, приходится
встречаться при проектировании устоев мостов. Если свайный фун¬
дамент устоев имеет плиту, возвышающуюся над расчетной поверх¬
ностью грунта, учитывается боковое давление грунта насыпи и ко¬
нуса на расположенные выше естественной поверхности грунта
участки крайних (как со стороны насыпи, так и пролета) свай, обо¬
лочек или столбов каждого ряда, параллельного продольной оси
моста. Давление грунта насыпи или конуса на сваи, оболочки или
столбы не учитывается, если насыпь старая или возведена намывом.В последнее время стали широко внедряться в мостостроении
безростверковые опоры, состоящие из свай, оболочек или столбов*
верхние концы которых объединены подферменной плитой (риге¬
лем). Для возможности более широкого использования методики
при проектировании опор эстакадного типа в п. 6.7 изложен их рас¬
чет с учетом деформации подферменной плиты в вертикальной
плоскости.Если в фундаменте применяются полые оболочки, то необходи¬
мо дополнительно определить внутренние усилия в их радиальных
сечениях, т. е. в сечениях, проходящих через ось оболочки (см. фор¬
мулы в п. 6.8).После определения внутренних усилий (см. формулы пп. 6.2—
6.8) в сечениях свай (оболочек или столбов) и фундаментной пли¬
ты, а также перемещений верха опоры необходимо проверить проч¬
ность и трещиностойкость свай и плиты, несущую способность фун¬
дамента по грунту и допустимость определенных по расчету пере¬
мещений фундамента сооружения, а в случае опоры моста — пере¬
мещений в уровне ее верха.В расчете прочности и трещиностойкости свай (оболочек или
столбов) следует вычислять их гибкость, определяя расчетную дли¬1	Расчет свайных фундаментов с жесткой .плитой — см. пп. 6.2—6.6.119»
ну /р сваи (приведенную к длине равноустойчивого стержня, шар¬
нирно закрепленного с обоих концов) с учетом степени сопротивля¬
емости перемещениям плиты фундамента, обусловленной схемой
расположения в нем свай и связями с другими опорами сооружения
(моста).При этом каждую сваю допускается рассматривать как свобод¬
ный от грунта стержень, жестко заделанный от подошвы плиты
на расстоянии/1-^0 + —^—.	(6-14)асгде /0 — длина участка сваи, расположенного выше расчетной поверхности грун¬
та; ас —коэффициент деформации сваи, м-1.Если для столбов, погруженных через толщу нескального грун¬
та и заделанных в скальную породу, получается, что 2/ас>А, то сле¬
дует принимать /! = /0+й, где h — глубина заложения столба в
грунте (см. стр. 115).При отсутствии связей между рассчитываемой опорой и други¬
ми опорами моста допускается для однорядных фундаментов lv—
=2/ь для фундаментов с вертикальными сваями (оболочками или
столбами), расположенными в два или несколько рядов, /р=/ь
для фундаментов, имеющих наклонные сваи, препятствующие сме¬
щениям плиты фундамента в любом направлении, /р=0,5 /i.Формула (6.14) основана на анализе результатов расчетов оди¬
ночных свай (оболочек, столбов). В каждом из этих расчетов по
методике, базирующейся на предположении, что грунт является уп¬
ругой средой, характеризуемой коэффициентом постели CZ=K2,
для сваи вычисляли значение критической силы Ркр, затем опреде¬
ляли длину U свободного от грунта стержня с жесткой заделкой на
нижнем конце, при которой стержень теряет устойчивость при том
же значении Ркр. В этих расчетах размеры поперечного сечения, его
жесткость и условия на верхнем конце свободного от грунта стерж¬
ня принимали теми же, что и у сваи. Анализом охвачены сваи, раз¬
личающиеся жесткостью поперечного сечения, грунтом, в который
они погружены, глубиной заложения в грунте, длиной участка над
грунтом, а также условиями на их нижнем и верхнем концах.Применение одной формулы (6.14) для случая, когда сваи опи¬
раются на нескальный грунт, и для случая, когда сваи опираются
на скалу, оправдано тем, что и в первом из этих случаев сжатые и
сжато-изогнутые сваи, погруженные на небольшие глубины, основ¬
ную часть продольной нагрузки передают на основание нижним
концом (подошвой). В связи с этим между подошвой и грунтом
возникает сила трения, которая и обеспечивает связь против го¬
ризонтального смещения подошвы и приближает условия работы
таких свай к условиям работы свай, опирающихся на скалу. При
больших же глубинах погружения свай вид закрепления нижнего
конца сваи не оказывает существенного влияния на величину кри¬
тической силы.120
В расчете несущей способности грунтового основания фундамен¬
та следует проверить выполнение условияNmax + G < ——— Ф,	(6.15)Кигде iVmax — наибольшее продольное усилие в верхнем сечении сваи, оболочки
или столба, тс; G — вес сваи, оболочки или столба, тс. Для всех свай, а так¬
же оболочек или столбов, опирающихся на глинистые грунты или скальные
породы, вес G нужно определять без учета гидростатического взвешивания,
а для оболочек или столбов, опирающихся на песчаные грунты, — с учетом
взвешивания; /сн и т — коэффициенты надежности и условий работы; Ф —
несущая способность основания сваи, оболочки или столба на сжатие, тс, оп¬
ределенная согласно СНиП Н-17-77 «Свайные фундаменты. Нормы проекти¬
рования».Если сваи (оболочки или столбы) фундамента моста опирают¬
ся на нескальный грунт и фундаментная плита расположена над
его поверхностью, значение ки следует принимать в зависимости от
числа п свай в фундаменте:п	 1-7-5	6~10 .	11-^20	-20/сн	 1,75(1.6) 1,65(1,5) 1,6(1,45) 1,4(1,25)Для фундаментов мостов в остальных случаях, а также для фун¬
даментов прочих сооружений и зданий следует принимать /сн=1,4(1,25). Приведенные в скобках значения коэффициента надежно¬
сти применяют при условии, что величина Ф определена по резуль-
там испытаний свай статической нагрузкой или с использованием
результатов испытаний штампом грунта основания оболочки или
столба.При назначении коэффициентов надежности для расчета несу¬
щей способности свайных фундаментов мостов учтено, что несущая
способность отдельной сваи (оболочки или столба) может оказать¬
ся существенно ниже несущей способности остальных свай. Так-
как это особенно опасно при малом числе свай в фундаменте, то
для таких фундаментов приняты повышенные значения /сн. Экспе¬
риментами установлено, что опирание плиты на грунт обеспечива¬
ет дополнительный запас несущей способности свайного фундамен¬
та. Поэтому при проверке несущей способности свайных фундамен¬
тов с плитой, заглубленной в грунт, использование повышенных
значений коэффициента надежности не предусматривается.Коэффиицент условий работы следует принимать равным 1, за
исключением приведенных ниже случаев. Если продольные усилия
N в сваях фундамента здания или сооружения (кроме мостов) оп¬
ределены с учетом ветровых и крановых нагрузок, допускается при¬
нимать т= 1,2.Если фундамент моста опирается на нескальный грунт и про¬
дольные усилия N в сваях определены с учетом одной или несколь¬
ких из нагрузок и воздействий от торможения, горизонтальных по¬
перечных ударов подвижного состава, давлений ветра и льда, нава¬
ла судов, изменения температуры, значение т принимается по
табл. 6.3 в зависимости от наличия на плоской расчетной схеме121
Таблица 6.3Плоская схема фундаментапгт приnN ^0,1 < ЛД'< 0,30,3 < njу < 0,4С одними вертикаль¬41,101,10Uными сваями5—71,151,151 »1> 81,201,151.1С наклонными сваями5-71,101,101.0> 81,151,101.1фундамента наклонных свай или только вертикальных, от количе¬
ства лг групповых свай на этой схеме (т. е. числа их рядов, располо¬
женных перпендикулярно к плоскости действия внешней нагруз¬
ки) и степени неравномерности распределения продольных усилий
в сваях фундамента, характеризуемой отношением nN=NmiTl/NnisLx
наименьшего продольного усилия в верхнем сечении сваи (положи¬
тельно при сжатии и отрицательно при растяжении) к наибольше¬
му. Для случаев, не охваченных табл. 6.3, а также при опирании
фундаментов на скальные породы принимают т= 1.При расчете фундамента на нагрузки, совместно действующие
вдоль и поперек оси моста, коэффициент условий работы т следу¬
ет принимать равным меньшему из его значений, определенных для
каждого из этих направлений.Значения коэффициента т, предназначенные для использования
в расчете свайных фундаментов мостов, приняты на основе исследо¬
вания поведения фундаментов при внешних нагрузках, превыша¬
ющих те, которым соответствует достижение в наиболее нагружен¬
ных сваях продольных усилий, равных их несущей способности по
грунту. В разном поведении фундаментов при таких нагрузках лег¬
ко убедиться, рассматривая два фундамента: один из свай, распо¬
ложенных в два ряда, перпендикулярных к плоскости действия
внешней нагрузки (рис. 6.3, а), другой — из свай, расположенных в
несколько рядов (рис. 6.3, б). Когда исчерпывается несущая способ¬
ность наиболее нагруженных свай в первом из этих фундаментов,
то практически это означает, что полностью используется несущая
способность фундамента в целом, так как дальнейшее повышение
приложенной к нему внешней нагрузки сопровождается весьма рез¬
ким нарастанием перемещений фундаментной плиты и изгибающих
моментов в сечениях свай. Когда предельно используется несущая
способность наиболее нагруженных свай во втором из этих фунда¬
ментов, то это еще не означает, что исчерпывается несущая способ¬
ность фундамента в целом. Дело в том, что дополнительная на¬
грузка на такой фундамент (сверх той, которая вызывает усилия
в наиболее нагруженных сваях, равные их несущей способности)
воспринимается за счет увеличения продольных усилий в менее на-122
В)77771Г4v77&?Рис. 6.3. Схемы фундаментовгруженных сваях и не приводит к
резкому увеличению перемеще¬
ний плиты фундамента и изгиба¬
ющих моментов в сваях. Таким
образом, коэффициент т учиты¬
вает наличие дополнительного за¬
паса несущей способности у мно¬
горядных фундаментов при внеш¬
них нагрузках, вызывающих не¬
равномерное распределение про¬
дольных усилий в сваях.При выполнении исследования, на основе которого предложена
табл. 6.3, рассматривались свайные фундаменты с жесткими плита¬
ми. При проектировании мостов разрешается пользоваться значе¬
ниями т согласно табл. 6.3 только при учете нагрузок и воздейст¬
вий от торможения, горизонтальных поперечных ударов подвиж¬
ного состава, давлений ветра и льда, навала судов и изменения
температуры, что вытекает из результатов проведенного ис¬
следования. Это может быть объяснено проявлением определенной
осторожности в расчетах таких ответственных конструкций, какими
являются фундаменты мостов.В случае работы свай, оболочек или столбов на выдергивание
(Nmin+G<0) должно быть проверено условиеI Ninin + с? I < ■фп(6.16)где Afmin — наименьшее продольное усилие в верхнем сечении сваи (оболочки
или столба), тс; G — вес сваи, тс, определенный с учетом гидростатического
взвешивания независимо от вида грунта, на который свая опирается; т —
коэффициент условий работы, принимаемый равным 1; ки — коэффициент
надежности, значения которого независимо от грунтовых условий и располо¬
жения плиты по отношению к поверхности грунта принимаются теми же, что
и в формуле (6.15) при опирании свай на нескальный грунт и расположении
плиты над грунтом; Фв — несущая способность сваи на выдергивание, тс, оп¬
ределенная согласно СНиП II-17-77.Для фундаментов мостов указанные значения коэффициента &н
следует увеличить в 1,5 раза, если расчет производится на действие
постоянных нагрузок в сочетании только с временной вертикальной
нагрузкой, давлением грунта от подвижного состава и горизонталь¬
ной поперечной нагрузкой от центробежной силы. Работа свай на
выдергивание не допускается от одних постоянных нагрузок и воз¬
действий.Проверка выполнения условия (6.15) исключает возможность
просадок свай (оболочек, столбов) фундамента относительно ок¬
ружающего их грунта. Такая проверка не исключает, однако, опас¬
ности, что несущая способность фундамента будет исчерпана вслед¬
ствие больших перемещений свай совместно с окружающим их
грунтом как единого массива, которые могут привести к недопус¬
тимым осадкам и кренам фундамента. Вероятность появления та-123
ких осадок и кренов тем больше, чем больше число свай в фунда¬
менте и меньше расстояние между ними.В связи с изложенным при проектировании мостов дополнитель¬
но проверяют несущую способность свайного фундамента как ус¬
ловного массивного, состоящего из фундаментной плиты, свай и
некоторого объема окружающего грунта. Методика такой проверки
приведена в п. 6.9.Проверки несущей способности как условного массивного не
требуется для однорядных фундаментов при любых грунтовых ус¬
ловиях, а также для многорядных фундаментов при опирании ниж¬
них концов свай, оболочек или столбов на скальные породы, круп¬
нообломочные (валунные, галечниковые, щебенистые, гравийные,
дресвянные) с песчаным заполнителем и глинистые грунты твердой
консистенции.В опорах мостов применяют фундаменты со столбами, которые
погружают через толщу нескального грунта и заделывают в скаль¬
ную породу. Если приведенная (безразмерная) глубина заложения
в грунте таких столбов h<4 [см. формулу (6.12)], то поперечная си¬
ла и изгибающий момент в сечениях столба у его нижнего конца
не могут приниматься равными нулю и прочность заделки столба
в скальной породе надо проверить на совместное действие изгиба¬
ющего момента Mh и поперечной силы Qhy найденных расчетом для
глубины h (см. п. 6.2), а также продольной силыгде N — продольное усилие в верхнем сечении столба; G— вес столба без учета
гидростатического взвешивания.Несущая способность заделки столба в скале считается обеспе¬
ченной при условиигде Ф3 — несущая способность заделки столба на сжатие с учетом понижающе¬
го влияний на нее изгибающего момента Mh и поперечной силы Qh; т и кн —
коэффициенты условий работы и надежности, принимаемые равными соответ¬
ственно 1 и 1,4.Несущая способность заделки столбагде h3 — глубина заделки столба в скале от кровли невыветренной скальной
породы, м; d3—диаметр столба на участке, заделанном в скале, м;
нормативное (среднее арифметическое значение) временное сопротивление
скальной породы одноосному сжатию в водонасыщенном состоянии, тс/м2,
определенное для породы, расположенной в пределах глубины /i3; кг — коэф¬
фициент безопасности, принимаемый равным 1,4; F — площадь опирания
столба на скальную породу, м2; кс — коэффициент, определяемый по графику
рис. 6.4 в зависимости от приведенного эксцентриситета.Nh=N+G,т(6.17)Nh <(6.18)(6.19)124
Если значение ё>0,5, допуска¬
ется несущую способность скаль¬
ного основания проверять по
формуле (6.15) и дополнитель¬
но проверять выполнение ус¬
ловия<0.1*eV(6.20)0.50,80.71J1\1>jV70J0.2 0.3ОМРис. 6.4. График для определения ко¬
эффициента асс при:/-Ля = £*а; 2-Ля=2^я; 3-Ла=34яИзложенный расчет прочности
заделки столбов в скальной по¬
роде относится к случаям, когда
низ столба заглублен в невывет-
ренную скальную породу (без
слабых прослоек) не менее чем
на 0,5 м.Кроме указанных выше проверок, следует также проверить дав¬
ления на грунт по контакту с боковой поверхностью свай, оболочек
или столбов. Если расчет свайного фундамента с плитой, заглублен¬
ной в грунт, производится с учетом сопротивления грунта ее пере¬
мещениям, то дополнительно проверяют давления на грунт по кон¬
такту с боковой поверхностью плиты.Давления на грунт по контакту с боковой поверхностью свай,
оболочек или столбов на указанных далее глубинах должны удов¬
летворять условию°Z < ад2			(Y* tg у + £с),	(6.21)cos <ргде т]ь г)2 и £— коэффициенты; z — глубина от расчетной поверхности грунта
(при плите, расположенной над грунтом), м; <р, с и у — расчетные характе¬
ристики грунта (угол внутреннего трения, град, удельное сцепление, тс/м2,
и объемный вес, тс/м3).Глубины, на которых проверяют выполнение условия (6.21), за¬
висят от приведенной (безразмерной) глубины h заложения в грун¬
те сваи, оболочки или столба [см. формулу (6.12)]. Если 2,5, то
выполнение этого условия следует проверить для глубин z=h/3
и z=h, а если 7г>2,5 — только для глубиныz = 0,85/ас	(6.22)Проверку условия (6.21) следует относить к расчету по первой
группе предельных состояний и значения расчетных характеристик
грунтов надлежит определять согласно указаниям СНиПа по про¬
ектированию зданий и сооружений. При этом коэффициенты безо¬
пасности для определения расчетных значений угла внутреннего
трения и удельного сцепления принимаются не выше соответствен¬
но 1,1 и 1,5. Расчетное значение объемного веса грунта следует оп¬125
ределять с учетом гидростатического взвешивания, принимая ко¬
эффициент безопасности равным 1 (допускается принимать у=
= 1 тс/м3).При слоях нескального грунта значения ф, с и у рекомендуется
принимать средневзвешенными на том участке полученной расче¬
том опоры давлений oz, на котором эти давления имеют один знак.Коэффициент T]i принимается равным 1, за исключением случа¬
ев расчета фундаментов распорных сооружений, например фунда¬
ментов опор мостов с распорными пролетными строениями. В этих
случаях предъявляют повышенные требования к заделке фунда¬
ментов в грунте и принимают t]i = 0,7. Коэффициент г)2 определя¬
ется по формулеМп + Мв	OQvТ'2 ~ пМ„ + Мв *	( 'где Мп — момент внешних постоянных нагрузок, вычисленный относительно оси,
проходящей в уровне нижних концов свай (оболочек или столбов) через
центр тяжести их сечений перпендикулярно к силовой плоскости; М*— то же„
от внешних временных нагрузок; п — коэффициент.В случае расчета однорядных фундаментов на нагрузки, дейст¬
вующие в плоскости, перпендикулярной к ряду, моменты Мп и М»
определяют от горизонтальных и вертикальных нагрузок, а в ос¬
тальных случаях только от горизонтальных нагрузок.Коэффициент п принимают равным 2,5, за исключением расче¬
та: особо ответственных сооружений (например, опор мостов), для
которых при 7^2,5 принимается п=4 и при	п=2,5. Припромежуточных значениях h значение п определяется линейной ин¬
терполяцией; фундаментов с однорядным расположением свай на
внецентренио приложенную (вне плоскости ряда) вертикальную
нагрузку, для которых следует принимать п=4 независимо от зна¬
чения й.Рекомендация по определению коэффициента п, предназначен¬
ная для использования в расчетах фундаментов особо ответствен¬
ных сооружений, составлена с учетом того, что невыполнение ус¬
ловия (6.21) для свай с приведенной глубиной заложения 2,5
рассматривается как свидетельство недостаточной несущей спо¬
собности основания горизонтально нагруженной сваи, а для сваи
с большей приведенной глубиной — лишь как свидетельство исчер¬
пания несущей способности основания на верхнем участке сваи. Та¬
кая свая за счет недоиспользования сопротивления грунта на кон¬
такте с боковой поверхностью на ее нижней части способна выдер¬
жать дополнительную горизонтальную нагрузку.Коэффициент | принимают равным 0,3 для столбов, сооружае¬
мых в предварительно пробуренных скважинах без использования
обсадных труб, и 0,6 — во всех остальных случаях.Правая часть неравенства (6.21) при	представ¬ляет собой разность между пассивным и активным давлениями, оп¬
ределенными для глубины z по теории Кулона (т. е. для условий.126
плоской задачи) с учетом сцепления грунта, но без учета трения
грунта на боковой поверхности сваи (оболочки или столба). Сле¬
дует отметить, что в экспериментах с горизонтально нагруженны¬
ми сваями не наблюдался выпор грунтовой призмы, как это предус¬
матривается теорией Кулона. Использование же этой теории в дан¬
ном случае объясняется, с одной стороны, многолетним опытом ее
применения, а с другой—отсутствием других более обоснованных
и достаточно простых методов определения сопротивления грунта
горизонтальному давлению сваи.Различие фактических условий работы сваи от тех, которые по¬
ложены в основу выражений Кулона для пассивного и активного
давлений, учитывают тем, что с разностью этих давлений сопостав¬
ляют расчетные давления, определенные не по фактической толщи¬
не (диаметру) d сваи, а по расчетной ширине bv=kk$kvd. Это рав¬
носильно сопоставлению давлений на грунт, определенных по фак¬
тической толщине d сваи, с несущей способностью грунта, получен¬
ной умножением разности пассивного и активного давлений, опре¬
деленных по теории Кулона, на коэффициенты k, k$ и k0. Возмож¬
ность использования одних и тех же коэффициентов k, k$ и k0 при
определении перемещений свай и проверке их несущей способно¬
сти по грунту подтверждают экспериментальные исследования, ко¬
торые показали, что соотношения между критическими горизон¬
тальными нагрузками на фундаменты одной и той же глубины, рас¬
положенные в одинаковых грунтах, но различающихся формой и
размерами сечения, мало отличаются от соотношений между на¬
грузками на те же фундаменты, соответствующие равным малым
перемещениям.Если боковые давления на грунт icz на контакте с боковой по¬
верхностью свай (оболочек или столбов) не удовлетворяют усло¬
вию (6.21), но при этом несущая способность свай по материалу
недоиспользована и перемещения фундамента (в случае фундамен¬
та моста — перемещения верха опоры) меньше предельно допуска¬
емой величины, то при приведенной (безразмерной) глубине зало¬
жения свай h>2,5 расчет фундамента следует повторить, приняв
уменьшенное значение коэффициента пропорциональности /(. При
новом значении К необходимо проверить прочность свай по мате¬
риалу, перемещения фундамента (опоры), а также выполнение ус¬
ловия (6.21).Рекомендация о необходимости повторного расчета фундамента
при уменьшенном значении коэффициента пропорциональности К
основана на том, что при й>2,5 невыполнение условия (6.21) озна¬
чает опасность, что несущая способность грунта будет исчерпана
лишь в верхней части сваи. Следствием этого будет только непред¬
виденное расчетом увеличение перемещений свай и изгибающих мо¬
ментов в их сечениях. Это обстоятельство и учитывается в расчете
понижением значения коэффициента пропорциональности К, приво¬
дящим к повышению получаемых по расчету перемещений свай и
изгибающих моментов в них и уменьшению величины проверяемого
давления на грунт.127
Следует отметить, что эффект от понижения вводимого в расчет
значения коэффициента пропорциональности К в отношении уве¬
личения изгибающих моментов в сваях и уменьшения их боковых
давлений на грунт будет тем значительней, чем больше приведен¬
ная глубина h заложения сваи в грунте. При ft<2,5 повторный рас¬
чет сваи с пониженным значением К будет приводить лишь к уве¬
личению вычисленных перемещений; изгибающие же моменты в
свае и боковые давления, передаваемые сваей грунту, будут прак¬
тически получаться прежними.Если расчет фундамента производится с учетом сопротивления
грунта перемещениям плиты фундамента (см. стр. 125) следует
проверить выполнение условия°и - 4 TiiY(2Y^,, tg y/ccs %	(6.24)где ап — горизонтальное давление на грунт, передаваемое плитой фундамента на
уровне ее подошвы, тс/м2; t]i и т]2 — те же коэффициенты, что и в формуле
(6.21). При вычислении значения т]2 по формуле (6.23) следует принимать
п=2,5; у и ф — расчетные характеристики грунта, окружающего плиту фун¬
дамента (угол внутреннего трения, град и объемный вес, тс/м3); hn — глу¬
бина заложения подошвы плиты фундамента от расчетной поверхности грун¬
та или толщины плиты (см. стр. 108).Если горизонтальные давления на грунт оп не удовлетворяют ус¬
ловию (6.24), но при этом несущая способность свай (оболочек или
столбов) по материалу недоиспользована и перемещения фунда¬
мента (верха опоры моста) меньше предельно допустимых вели¬
чин, расчет следует повторить, приняв уменьшенное значение коэф¬
фициента пропорциональности Кб. При новом значении Кб нужно
проверить прочность сваи по материалу, перемещения опоры и вы¬
полнения условия (6.24) и в необходимых случаях условия (6.21).Осадка свайного фундамента совместно с грунтом межсвайно-
го пространства от постоянных вертикальных нагрузок определя¬
ется по методике, изложенной в СНиП Н-15-74 «Основания зданий
и сооружений. Нормы проектирования». В соответствии с этим рас¬
чет сводится к проверке несущей способности условного массивного
фундамента мелкого заложения (см. стр. 165 и п. 6.9).При расчете осадок основания согласно указанного СНиПа сле¬
дует, как правило, выполнять, применяя расчетную схему основа¬
ния в виде:линейно-деформируемого полупространства с условным ограни¬
чением глубины сжимаемой толщи основания исходя из соотноше¬
ния величин дополнительного давления от фундамента (по верти¬
кали, проходящей через его центр) и природного давления на той
же глубине;линейно-деформируемого слоя конечной толщины, если: в пре¬
делах сжимаемой толщи основания, определяемой как для линей¬
но-деформируемого полупространства, расположен грунт с моду¬
лем деформации £:^1000 кгс/см2; фундамент имеет большие раз¬
меры (ширина или диаметр более 10 м) и модуль деформации грун¬128
тов £^100 кгс/см2 независимо от глубины залегания малосжима-
емого грунта.В проектировании мостов осадка фундамента от постоянной
вертикальной нагрузки определяется независимо от наличия или
отсутствия в пределах сжимаемой толщи грунта с модулем дефор¬
мации £^1000 кгс/см2, а также размеров фундамента.6.2.	Расчет однорядных свайных фундаментов на нагрузки,
действующие в плоскости, перпендикулярной к плоскости
рядаРассмотрим однорядный свайный фундамент с жесткой плитой,
воспринимающий нагрузки, действующие в плоскости, перпендику¬
лярной к плоскости ряда и являющейся плоскостью симметрии фун¬
дамента. В связи с тем, что фундамент симметричен относительно
плоскости действия нагрузки и его плита может рассматриваться
как бесконечно жесткая, продольную силу /V, поперечную силу Н
и изгибающий момент М, действующие в верхнем сечении каждой
сваи (оболочки или каждого столба), определяют в предположе¬
нии, что внешняя нагрузка поровну распределяется между всеми
сваями фундамента. Будем считать усилия N, Н и М положитель¬
ными, когда продольная сила, поперечная сила и изгибающий мо¬
мент, действующие со стороны плиты фундамента на голову сваи,
направлены соответственно вниз, вправо и по часовой стрелке
(рис. 6.5).Горизонтальное смещение подошвы плиты фундамента и угол
ее поворота:(6.25)Р = ТО +	(2М + Я/о),(6.26)а) АтнН,*1 /j &ннI dm/II1Рис. 6.5. Расчетная схема сваиРис. 6.6. Схемы перемещений сваи в грунте5—2057129
где у0 и ф0 — горизонтальное смещение и угол поворота поперечного сечения
сваи (оболочки или столба) в уровне расчетной поверхности грунта (при
плите фундамента, расположенной над грунтом) или подошвы плиты (при ее
заглублении в грунт). Положительны при смещении сечения вправо и пово¬
роте его по часовой стрелке; /0 — длина участка сваи, расположенного выше
расчетной поверхности грунта. При плите фундамента, заглубленной в грунт,
принимается /о=0; EI — жесткость поперечного сечения сваи при изгибе.Перемещения аир положительны при смещении подошвы пли¬
ты фундамента вправо и повороте ее по часовой стрелке.
Перемещения:Уо *= Н\ЪнН + М1ЬНМ> )<Р0 = Н^мн + ьмм* Jгде Н1 и Л1] — поперечная сила и изгибающий момент, действующие в сечении
сваи (оболочки или столба) на уровне расчетной поверхности грунта (при
плите фундамента, расположенной над грунтом) или подошвы плиты (при ее
заглублении в грунт). Положительны, когда сила и момент, передающиеся
от верхней части сваи на нижнюю, направлены соответственно вправо и по
часовой стрелке; Ьнн — горизонтальное смещение сваи (со свободным верх¬
ним концом) в уровне расчетной поверхности грунта (при плите фундамен¬
та, расположенной над грунтом) или подошвы плиты (при ее заглублении
в грунт) от силы #1 = 1, приложенной в том же уровне (рис. 6.6, а); 6мн —
угол поворота указанного сечения от силы Нх = 1 (см. рис. 6.6, а), равный
горизонтальному смещению &нм этого сечения от момента Л1, = 1 (рис. 6.6, б);
Ьмм — угол поворота указанного сечения от момента Ali —1 (см. рис. 6.6, б).Внутренние усилия:Перемещения:Нг = Н;	i(6.28)Мг^М +Я/о.)Ьни~ af Е] Ао;1ьмн = ьнм —	в°'Ьмм= acEJ C°’(6.29)где ac—коэффициент деформации сваи (оболочки или столба), определяемый
по формуле (6.13); А0, В0 н С0—безразмерные коэффициенты, принимаемые
по табл. 6.4 в зависимости от вида закрепления нижнего конца сваи (опира-
ние на нескальный грунт, опирание на скалу или заделка в нее) и от приве¬
денной (безразмерной) глубины Ъ заложения сваи в грунте. Глубина h вы¬
числяется по формуле (6.12) и округляется до ближайшего табличного зна¬
чения. При й> 4 допускается принимать Ti=4.При составлении программ расчета фундаментов на ЭВМ сле¬
дует предусмотреть определение значений безразмерных коэффи¬
циентов Л0, Во и Со-по формулам, которые имеют вид:130
s*кЮN-(NC0-QOifiO5C0{DOJO5^S^05-C0N^ifli«
OOCDOCCKOMOOOi-^OCCO-H-OOeNCD-inoiN
O5O5O5NiO-iQ0-H(NiOO5|O*rN^^i25fiNO-HC4
05050505050506NO^«srt06— TfNOSoOOOOJ — OD
ift (D N 00 05 О - (N PJ ^ lO Ю COCOCOCOCOCOCOt^t^OOOOOO — — — — — — — — — — — — — — — — —ЮСМ00 00 О5Ю00- — rFOOOOiiOh-OSCOiO^OCOb-CO
05 00^f*C005t>*05 — СО СО — Ь- — О Об N Tf «5 - СО О СО 00
^05^00 — CO<NOOSOOflficO(NOCD03lCiO(P(N(Drf<05
^Ь^-:Оа05050-С^сбсОМСПЮ^о60505Й0005—	— (NCCtJ«^iO(DM050^ СМС0е0т^ЮЮЮЮ»О1ЛЮOOOOOOOOOO — — — — — — — — — — — — —R
«1соlO(Ni/5lO«in«O5O5N-WO5O5^CO-WO^CON0
COOiOOOfti/, iOOftQOlflOO«OON^O5^N0^ OO N—	— ^OOOOcOIOtFOOcOCOO — СО О О 05 05 — ЮООО
^S-(D-^c^COiOO>^-06tOW05^00CC(NNC005o
00-«(NCO^lflCD<00-COVitDobO(NCOCOcOP5^OOOOOOOOOO — — — — — — CM<NCM<NCN<NC4I-	05 OO 0(N Й О CM S ^ 'f5 — ЮСОтР — tPN(DCO«Q—	gg<N^(NggS^OS05Q<N^OO-W(NCg050СО — OO
h- 00Ю0 О S 05 Q (N .Ю Й Tf — 65 — 05 Ю О OO 05 _
O5O5(NS^-OOOSN0^S<N <N О 05 OO (N OOCOTJ<COCO<N<N<N<N — — —— —— — —
05 05 IO <N — —COoOtOOt^-gSgcMOCNNO500C0 — 05<DOOC0^0500
сооюсооо^о5ю — COOOOo^oioifl---N0oeco.О^СМт^ООЮ^сОСОСОcoooocoo — OOCOOO
-.<£-00 — t^Ob-COOi —
ЮСМОООСОСОЮЮЮСО‘—> 4L-» uj uj •—I — — Ш gu '•'J UU LI j un <	> yj vt-> iq ig IIJ ш<D^i0c0<O<NO5SiO^Wrt(N(N<N<N« — — — — — —
05 iC 00 CM — —TfTfO5C0 — 0<N —'^^OOCD — tJ-tTCDcO
S-WN^05iO(N(N«OCD«CmiC-H(N
^OOOOtDOOCDOii'iW-SCMNWiO^Oi
00-Oift05MOiOOiOOON*H^ii500i«
O5Th<N<N^So0O5<Dc0O5NU5^^C0Tj<00MTh00Tf(NO500S(DiO^^C0C0rt(N<N<N(M<N(N<N
rj< об CM — — —СМ О§38о со юCM	b- CMЮ	О 05
NN	OO Осм ooСО 05 00 05 CD<D ifl О
Lft CM CO 1OCMN^O-(D(NrtO
— CM — OO CM CM CM 05 05 05 CO
O00 00CMO5O500OC0CM00ю со ю rt — * —	—cp 00
CM Ю^COSNOOOCM^cOlOWCprt05S-00<N-00-^lO
CM О CM CM СО т#« — 05 CM О OO CM — (NCOCSWCMOOOOOSSCO 00 Q 00 lO СО Ю
»S OO IO ~SCOOS(OIOt}<COcOCMCM(N««-«CO CM ^--, CO 00
CMЮ$00 00 CD 05 Jh>
tp 05 W (N МО СЙ - s,4 .V w u; wv
CNTfWTfOOiO^OiO^CNOO
О - О 05 о - - о - 05 С* - -СМ — О СО СО ^ 00 ^ - 00 N со ю ^
05 — t^^cOCM — — —СМ 00 О О 05 Tf *Л 05 СО CM tO О
^СОООСО — 05o6CN^lOr^Oo>q^soolocooo6so«00 05 СЛ —■ CM 00 ю .-^ 00 TfГ-, со— хГ смСО СОCOCOCMCMCM — — — —005СМООСОСОО^Ют+<сО - 050
OOiCO^CN- — OOCNCO— ^S^^O5S0Citl(OScp
COWiOOTfOCOCMNCO^'t^OSON - lO СМ Ю СО — о
OOTfTt^CO — iO — СО О lO t"» CM 05 со со см со о о ^
О О t"- — СМООЮЬ-СМ—■ — oot^ — О Ю — 05 N Ю Tf<сч0с000см00т}<см00500г^с0юют^т^с000смсмсмсм
Ub СО СМ СМ — — — —1Л CD S 00 05 О — CMrtTfiOCOS00O5 OCMTfCOOOO^OO
ООООО — — — — — — — —— — <N<NCMCMCMCOCOT}<5*131
а)	при опирании свай на нескальный грунт:= (Взц04ц — £4aD3/*)/Si;Во = (Лзл^4/г) ^4Л^Зл)/^11
Со = (^3 hpAh — ^4лСза)/51
при Si = A3flB^h — А^лВза;б)	при опирании на скалуAq= (BihDsh — £3/2^1/2)/¾]Во = (^1лОза — Азл£>1л)/5г;Со = (^i/гСзл — ЛЗАС 1/1)/¾
при S2 = AihBzh = АзЛВ1Л;в)	при заделке в скалуЛ0 = (^2А^1А — #1Л£>2Л)/^з;А) = (^2л^1л — Л1Л£2Л)/53;Со = (AzhCih — ^1лС2л)/53;
при 53 = АънВщ — AihB2h-(6.30)(6.31)(6.32)В формулах (6.30) — (6.32) Ащ, Л2Л, ..£>зл и £4* представляют
собой вычисленные для z=h значения функций влияния, которые
выражаются следующими сходящимися рядами с бесконечным чис¬
лом членов:А-1 —г-+«-*1010!11-6 z15 +16-11.6
15!8¾•— 0Л2=dAi• л*M2- 1 dAzdz» ^3 =' dF•*1 =1 — 2. *6. j.7.9г11. — 12-7-2 z164- •6i11!161■ j’»В2 =; в3 =dB2• R dBadzdz, B4- d->Ci =32!-з 777!-I- 8*3.f12 -13-8-3.
12!?17171+ ■*»с2 =rfCxdC2. r rfC3dief —dz' C*~1D =z3— 4 *8-4- 9.4*13 14-9-4-z'Z+ .3!8!1 j ^ ■13!18!• • *Z)2 =rfDi03-dD2dzr, dD3: °<- Si•(6.33)Значения функций влияния удобно вычислять, используя связь
между предыдущим и последующим членами в каждом из рядов132
(6.33). С учетом этого рекомендуется, например, выражения (6.33)
для определения функций влияния А\ и В\ представить в виде:Z'3Ai = l +5 (— ai-1 -..,.————ТГГГ.—гг ;oi	(5*—1)(5*—2)(5/—3)АО	^Bl= * +2 (— ') a‘~l (5/ + I)5* (5i — 1)(& — 2) ’ I(6.34),=х	'	' '	''	)где ai-1 при i = l следует принять соответственно равными 1 и z.После определения перемещений аир плиты фундамента не¬
трудно вычислить горизонтальное смещение а' надфундаментной
конструкции (например, верха опоры моста) на высоте Л0п от по¬
дошвы плитыа' = а + рл0п + а0,	С6*35)где Оо — горизонтальное смещение надфундаментной конструкции на указанной
высоте за счет деформации этой конструкции.Изгибающий момент Mz и поперечная сила Qz в поперечном се¬
чении сваи (оболочки или столба), а также давление .cz на грунт
по контакту с боковой поверхностью сваи, возникающие на глубине
z от расчетной поверхности грунта (при плите, расположенной над
грунтом) или от подошвы плиты (при плите, заглубленной в грунт),
определяются по формулам:ттМ2 = EJ^qA^]—	+ М\С% +	~D$	(6.36)ОсQz == «с El^0^4 — °С ¥0^4 + о*с.М.\С^ + И\D±\	(6.37)К _ /	9о	Mi	Hi \Qz —	2 г/ 1 3i7/ ) * (6.38)(ic у	(ic	cl^EJ	ac EJ Jгде ас — коэффициент деформации сваи, вычисляемый по формуле (6.13);
К — коэффициент пропорциональности, характеризующий нарастание с глуби¬
ной коэффициента постели грунта на боковой поверхности сваи, определяе¬
мый с использованием табл. 6.1 и формул (6.6)—(6.8); Аи Ви Сь Л3,
Б3, ..., С4 и Z)4 — значения функций влияния, определяемые по формулам
(6.33) или принимаемые по табл. 6.5 в зависимости от приведенной (безраз¬
мерной) глубины z=a,cZj для которой определяются внутренние усилия Mz
и Qz, а также давление а*.На приведенных глубинах z = acz>4 величины MZj Qz и cz по¬
лучаются незначительными и могут не определяться.Формулы (6.36) и (6.37) при подстановке в них значений функ¬
ций влияния, соответствующих приведенной глубине z = fc = acft, да¬
ют величины изгибающего момента Мп и поперечной силы Qhy ис¬
пользуемые при проверке прочности заделки столбов в скальной
породе (см. стр. 125).Выполняя расчеты, следует иметь в виду, что на приведенных глу¬
бинах г, близких к значению z=4, внутренние усилия Mz и QZf133
Таблица 6.5gOOCNCOCO—‘OoOCNOO^CMh- — l/bt'-.—'OO — CMOOOCOO — СМСО
OOOtDO^^OrtCOW-rtO^iftN^NSiOWOOStDOOO0)O50)00S^05OCDCDN(D«S —OOrOQCD-^ — ^OXMTtоооафоаохлсою^^ымтмос^ьйюоом^ — оо —
ООО) 0>&O0)0>0iOi0)0)0)°0 06N CD «О 00~ O CO iO 00^ ^— — OOOOOOOOOOOOOOOOOOOO —<N^t«CD — CM)-CON0O6O)OOOOW —N06cOift
Зоообс^со—Ot^CMiOCM^OCMCMO
“OaQTf-tOOJNOOCcO^OOO)-
5 t— ТО —'C00)OC0^S»OO)^;CDCC)
> ^COOO 0<NCDO)00 0) oOO^OO^^-OOOOOOOOOOOOOOOOO— — ~~CMCOiOCOOO — —o — O — O — OQ0)0)rt(DC	Ю—O)0)06c. _	 ,r>r^.tr —		_> О О QC		OOOOOOOOOO — — CMC§O(NO(N00(N6-0)0)t. ,
00-WN(D0--^(Nt- .
	>0 0 — OOiOOOCMOOlOtI I I I I I I I I I I I I I I I I IfI IOCOSOrtSOi--U5 05(N^O^-’COSO)OOOiCCDiC-CslOOtOrtCDOCO(DO5CO0OOO)g)lO»Olft —Tt^STtQlO —<NQSG«ISOCNO —1 —'^Tt<OC^CN6j^O)0)COC)rOtOKo60)0000;5^00S
OOOMTtN-N^CO^NCNO-W —'ОСМ^>ЛСМ^СМСОООЮ0000000--<NrtTtiOSO)-rtCDO)(NiCc5(N-OSN8OOOOOOOOOOOOOOO«-^«-(N(NW^if30tptOO*I II I I II II I I II I I I I I I I I I 11 7 I IgOOOQONOiflCO-OO^rttOOOflBrtOOOiOOC^-iftOONOOiO
QOoOOOOS^OOCDNift Tf<<D QWfNoO-’OOOOiiCKNON§i0Oi0Q^OTf0),4t,00(N*C^^^00COt^.0000^0)CDi00)'^00
ОСМт^оОСМЫтЬ — 00)0 — C0CDO^O)^0)^CMC0C0Tfc0t^Tj<
О О О О O — — <N 00 тг СО Ь-oOO) — C^cOtOc^OC —c0t^000)O(NOOOOOOOOOOOOOOO — — — — — — CMCMCMCM — — O)I I I I I I I I I I I I I I I I I I I 11 I I I I§00000 —ЮСОСМО — ОЮ — (NOOO)S-' оо)г-ою
0000)0)sc0ii50^- Tt«C4CMOOO)CMCOCOCMOOOoO<N<NOiO
0 0 00)0)0)0)OOSTf*OCOCOOOCD(OCO —0)C0»O(NCDS —
OOOO0)0)O)O)0)0)0)0)C0S.i/5«OO-C3T}'Nli5-0)O)»gO
O — (NC000TMCCDb.000)O — CMCOTfLO»OCOCDCOu^cOO) — OOOO -OOOOOOOOOOO —— — — — — — — — — — —OOOiO —)00)^^^(
5 §8) 05 — — ->0 — Tt< — iOCO^^^OOt>-t^COCD^^OO — OOrt<Cp_ _ 			JOOOOC^QNOOcsiN^iQrOOONOOCortOOOOOOOSC)©0)0)06bCl —iftiOObb^OOOCDOijQtDOOONNS'^-'
ooo)0)0)Q)0)0)0)o6r^LOooocD — co^(no6os^nooocooj0 0 0)0)0)0)0)0)0)0)0)0)0)0)OOOOt--CO*OoOCMCMO)00 —СО - -
— — ооооооооооооооооооооо —оот*<—.0«WNCO-0«cO(QQi<MOO^O)OO^iOh	>00 000 — — ^ СОOO^CO —(NOOO —Фс^осрсотесо^^ —Lj(DCD(NO)iOOONO
ooOOMinopTt-Tj<rt-c5sO)Ort-NcOcOi?5cOO)NO)cOOO
— 55ооюоосмь-со — (M^ocor—'Ocdo-ottnOOOOO--(NrOTtlOCDOOOrOO)0LONO)>O •O O OOOOOOOOOOOOOOOOOOQOO — — — CMCO^tftO) —i i i i i i i i i i i i i i и i i i i i i i и i i
8£:®COiC^O)(»tD(N^(N-rtprtOCOO
ООО) — CO<N^COO)00 00 — С4О0Ю — СОs^ioacDooiONiort-'-eooo)^OOCOiOWNOlfl-' C75 0)Tf(NO^ — —
(N CO_^ 1ЛСОООО) — <MCO — СО — ЮО)СОOOOOOOO— — — <N <N O0 00 00 —I I I I I I I I I I I I I I I ISCOO
CD 00 OosrtoS — oOlO
О — ТГ _ _ _
О О O O — CSIOO
0^0 ООО OOOOOOOOOCO CM CD t-CM
— ОО тг ю СО
ь. 1Л «СО —
LO 00 (N CD CM
О О — — CMо о о о оr^COl^CO — (N00^00 0)00 — 0)СМГ*-
_iiOOOoOO)^0)0000)OOOOCOCOCNb-CO-N»010 0)06- — СО О Ю ТО t 		J 00 со—-- '			 ^CDNOiO«SOOO)N	iOlOS-CD(NOCMO)(NOOinN^см oo rf ю со ooo) —oo ы —t^c^ooo)*oOOOOOOO — — — (NtNoOoO^Tt*OOOOOOOOlOOO^O^NNrt^^oCMO-NtNOiArt^iO
OOOOOQOQQpN^obOOWNObOCO^DOO-OOCO^NON
0ю0*00ю0)^0)^0)00г>- — OOTf^OCO — Tf*<NOOCOOO^OOCO
OOW^OOWN^--00)0 — ^ b- — COCMo6>i5(NSOO(N(NCD(N
OOOOO — — СМОО^тРСОЬ-ООО) — (N^IOSO)(N(DO) — CM ^ O)OOOOOOOOOOOOOOO— — — — — — <N<N<NOOOO<NOOOOCDSNNlNINOO-OOOCDMflOO^OO^OJOXNifl
OOOJO)OOCOCNIiO(NONCO- OO^ONNO)— ^NrtSN®000)0)0)0)0)06si0 - (D0)0crt«i0 0)ws^^0<0^ оООО
О О —
О оOOQO0)S)0)0)0)0)Q)a)0)65r^C0LQC		О — <N0000Tj<i/3COb-00O)O—CMCO^fiOCOb-b-OOCооооооооооо	—— — — —— — — — —— — — — —ю>	t4^ Ю О) с>	00 Tt< сI	IOOOOO—Ttl^ONOONOOt^OOCO —О —CONCMCN) —т^0С)СТ>О)О)о о о О) О) г-*, со со см о со ю см o<nooooo — СОС	 	З0)0)00)с0ь-Ю — ^0)OiOCO<NCMOOt^lо оо о	 		0000)0)0)0)0)0)0)0)0)0)0)0)0)O)0)0)0)0)b)d)0)0&b-C0ico0 — 00^0)00^.^		0)00 00г^.ь-10с0 0 000)0)0)0) —О О) см
СО 00 Ю 00 ОО
- -COoOCMCMirffi—. . —« OOOOOOOOOOOpOOOOOOOOOOOCjHOО —CMOOTfiCCOr>-000)0 —CMCO^iOCOt>-000)0<N ^cooo ою оOOOOOOOOOO — — — — — — — — — — CMCNCNCMCMCOOOtJ*134
а также давления аг на грунт получаются как малые разности боль¬
ших чисел. Из этого следует, что для получения величин Mz, Qz
и Oz на таких глубинах расчеты следует выполнять с точностью,
превышающей ту, которую дает логарифмическая ошибка (это от¬
носится и к определению коэффициента ас деформации сваи, обо¬
лочки или столба).Эпюры внутренних усилий позволяют решать вопрос о примене¬
нии арматурных каркасов переменной мощности. При этом следует
иметь в виду, что по мере уменьшения величины внутреннего уси¬
лия в нижней части столба повышается возможность получения
большей относительной ошибки в определении значений этого уси¬
лия. Поэтому в пределах нижнего участка эпюры изгибающих мо¬
ментов, на котором их значения существенно меньше наибольшего
изгибающего момента, целесообразно проверять прочность тех се¬
чений столба, в которых намечен обрыв арматурных стержней, при
увеличенном значении Mz: примерно в 1,2 раза, если момент в сече¬
нии меньше наибольшего вдвое, и примерно в 2—3 раза, если мо¬
мент в сечении меньше наибольшего в 8—10 раз.В последние годы в строительстве мостов стали широко приме¬
нять фундаменты из столбов, устанавливаемых в заранее пробурен¬
ные скважины "йёСкоЛЬкО бОЛШёгсГдиаметра, чем столбы. Закреп¬
ление таких столбов в грунте осуществляется ниже деятельного
слоя грунта песчано-цементным раствором, сГВ пределах этого
слоя — путем засыпки и уплотнения грунта. В связи с резким раз-
личием в плотности грунтов, окружающих столбы в пределах дея¬
тельного слоя и ниже этого слоя, необходимо прочность и трещи-
ностойкость каждого из столбов дополнительно проверить при зна¬
чении изгибающего момента	1Мн = Н\hji + Ali,	(6.39)где Лд — толщина деятельного слоя.Когда при опирании свай, оболочек или столбов на нескальный
грунт их приведенная (безразмерная) глубина заложения в грун-
те 2,6 [см. формулу (6.12)], а при опирании на скалу (в том чис¬
ле и при забуривании нижних концов столбов в скалу) 7г^4, допус¬
кается рассчитывать фундамент с использованием приведенных
ниже приближенных формул.Горизонтальное смещение подошвы плиты фундамента и угол
ее поворота:Л = —О- (ЗМ + 2HLmY, Р = (2М + HLu).	(6.40)6EJ	2Ь}где Lm—длина изгиба сваи (оболочки или столба), принимаемая равной:=	(6.41)аск2 — коэффициент, принимаемый по рис. 6.7 в зависимости от приведенной (без¬
размерной) глубины Л заложения сваи в грунте, вычисляемой по формуле (6.12);
остальные величины те же, что и в формулах (6.12) и (6.28).135
Z,5	3,0	15	hРис. 6.7. График для определения ко¬
эффициента к2Рис. 6.8. К приближенному определе¬
нию перемещений сваиВ формуле (6.41) LM и /0 выражается в метрах, а ас — в метрах
в минус первой степени.Формулы (6.40) основаны на том, что при определении переме¬
щений от заданной нагрузки свая рассматривается как свободный
от грунта консольный стержень, имеющий на нижнем конце жест¬
кую заделку, одинаковую со сваей жесткость поперечного сечения
EI, и длину, определяемую формулой (6.41). Положение жесткой
заделки не связывалось с какой-либо характерной точкой изогну¬
той оси сваи, а устанавливалось из условия достаточно хорошего
(до 10%) совпадения значений перемещений аир, определенных
по двум схемам: по схеме сваи в упругой линейно-деформируемой
среде (рис. 6.8, а) и по схеме консольного стержня (рис. 6.8, б).
Следует отметить, что использование приближенных формул (6.40)
и (6.41) не рекомендуется, когда М и Н имеют_разныезнаки, и зна¬
чения перемещений а и р в'соответстбие^с^этими формулами полу¬
чаются как сравнительно малые разности больших чисел.Величина наибольшего изгибающего момента, действующего
в поперечном сечении сваи (оболочки или столба) на участке сваи,
расположенном в грунте,Мн-Л*1 +tfi/сз/ас,	(6.42)где /с3 — коэффициент, принимаемый в зависимости от приведенной (безразмер¬
ной) глубины заложения сваи в грунте: при Л=2У6 /с3=0,65, при Л=3 к3—0,70
и при 3,5 /с3=0,75. Величины Afi и Н\ те же, что и в формулах (6.27)
и (6.28).В формуле (6.42) Мн выражается в тонно-сила-метрах, H i —
в тонносилах, а ас — в метрах в минус первой степени.Формула (6.42) также основана на использовании схемы, в ко¬
торой свая рассматривается как свободный от грунта стержень с
заделкой на нижнем конце, но при этом глубина расположения за¬
делки от уровня поверхности грунта, выражаемая отношением ks/ac>
определялась из условия совпадения значений наибольшего изги¬
бающего момента в свае от горизонтальной силы Н\, вычисленных136
по двум схемам: по схеме сваи в упругой линейно-деформируемой
среде и схеме консольного стержня.Подлежащее проверке давление на грунт по боковой поверхно¬
сти сваи, оболочки или столба, действующее на глубине z= 	(см. стр. 125),Шх + lOtfjz „От —		£,	(6.43)где £ — коэффициент, принимаемый при 7г^4 равным 0,7, а в интервале
2,6<й<4£ = 1,5 — 0,2 Л.	(6.44)Формулы (6.43) и (6.44) основаны на следующих положениях:
1) для свай с приведенной глубиной заложения в грунте /г=2,5
давления на грунт по контакту с их боковой поверхностью могут
быть приближенно определены в предположении, что жесткость
свай бесконечно большая (£У=оо); 2) увеличение глубины зало¬
жения горизонтально нагруженных свай сверх той, которая соот¬
ветствует /i=2,5, практически не сказывается на форме эпюры дав¬
лений на грунт в их верхней части; величину же давлений при
этом уменьшаются примерно на 30%. При h=4 дальнейшее за¬
глубление сваи в грунт перестает влиять на величины боковых дав¬
лений, передаваемых сваей на грунт.6.3.	Общий случай расчета свайных фундаментов
по плоским расчетным схемамРасчет фундаментов производится с использованием прямо¬
угольной системы координат xOz, начало которой совмещается с
точкой О подошвы плиты фундамента. При несимметричной плос¬
кой схеме положение точки О принимается произвольно, а при сим¬
метричной— на оси симметрии (рис. 6.9).Расчет производится методом перемещений. За неизвестные
принимаются поступательные смещения а и с точки О в направле¬
нии осей х и z соответственно и угол р поворота плиты относитель¬
но этой точки. Смещения а и с положительны, когда они совпадают
с положительными направлениями осей х и z соответственно; угол
Р положителен, когда плита поворачивается по часовой стрелке.Действующие на фундамент внешние нагрузки приводятся к точ¬
ке О и раскладываются на силы Нх и Рг, направленные вдоль осей
х и z соответственно, и момент М0 относительно точки О. Положи¬
тельные направления Нх, Рг и MQ совпадают с положительными на¬
правлениями перемещений а, с и р.Силы Нх и Рг и момент М0, полученные приведением внешней
нагрузки к точке О, используются во всем расчете фундамента, за
исключением определения изгибающих моментов и поперечных сил
в сечениях его плиты, которые должны вычисляться с учетом фак-137
Рис. 6.10. Единичные перемещения плиты фундамента и соответствующие им
усилия рь р2, Рз, Р4*/ — деформированная ось сваи; 2 — первоначальная ось сваитической передачи на плиту фундамента усилий от вышерасполо-
женной конструкции и свай, оболочек или столбов.Положение каждой сваи (оболочки или столба) на плоской рас¬
четной схеме фундамента определяется координатой х9 точкой пе¬
ресечения ее оси с подошвой плиты, фундамента и углом ф между
этой осью и вертикалью; угол ф принимается положительным, ког¬
да ось сваи располагается справа от проведенной через ее голову
вертикали (см. рис. 6.9).Сопротивление сваи (оболочки или столба) перемещениям
плиты фундамента характеризуется усилиями рь р2, р3 и pi, где
pi — сила, действующая на плиту в направлении оси сваи при сме¬
щении плиты на единицу в этом направлении (рис. 6.10, а); р2 —
сила, действующая на плиту в направлении, перпендикулярном к
оси сваи, при смещении плиты на единицу в этом направлении
(рис. 6.10, б); рз — момент, действующий на плиту при смещении ее
на единицу в направлении, перпендикулярном к оси сваи (см. рис.
6.10, б), и на основании принципа взаимности реакций, сила, дей¬
ствующая на плиту в направлении, перпендикулярном к оси сваи,
при повороте плиты на единицу (рис. 6.10, в)\ р4 — момент, дейст¬
вующий на плиту при ее повороте на единицу (см. рис. 6.10, в);EFPi = —	.	(6.45)Inгде EF—жесткость поперечного сечения сваи (оболочки или столба) при сжа¬
тии; In — длина сжатия сваи.Длина сжатия lN принимается равной:при опирании оболочек или столбов на скалу, а также при опи¬
рании свай на скалу, крупнообломочные грунты с песчаным запол¬
нителем и глинистые грунты твердой консистенцииIn = Iо 4- hQ;	(6.46)138
при опирании свай на прочие нескальные грунты'"=/о+-г1г-’	(6-47)при опирании оболочек или столбов на нескальный грунтEFIn + ^ р •	(6.48)где /0 — длина участка сваи, расположенного выше расчетной поверхности грун¬
та (в качестве /0 допускается принимать расстояние по вертикали от подошвы
плиты фундамента до указанной поверхности). Для фундамента с плитой, за¬
глубленной в грунт, /о=0; ho — глубина заложения сваи в грунте (см. стр.
115) ; Ф — несущая способность основания сваи на сжатие (см. сгр. 121); Сп —
коэффициент постели грунта под подошвой оболочки или столба, определяе¬
мый по формулам (6.3) и (6.4); Fn — площадь подошвы оболочки или
столба.В формуле (6.47) значения lN и /о выражается в метрах EF
и Ф — тонна силах.Под длиной сжатия сваи (рис. 6.11, а) понимают длину такого
свободного от грунта стержня с жестким закреплением (против
продольного смещения) на нижнем конце и одинаковой со сваей
жесткостью поперечного сечения EF (рис. 6.11, б), который под дей¬
ствием продольной силы N укорачивается на величину, равную
осадке А головы сваи от той же силы. В соответствии с этимEFbIn- —fi—-	(649)Формула (6.49) получена в предположении, что осадка Д голо¬
вы сваи-стойки определяется только упругим обжатием ее стволаЧ,Рис. 6.11. К определению длины сжатия сваи
Рис. 6.12. Схема перемещений сваи:6)М-1У/SSy/Zs*'Ж/ d
//hyA*s?7/R
I
I& — при единичной горизонтальной силе H— I. приложенной в уровне подошвы плиты;о	— при единичном моменте М= 1139
и может быть вычислена без учета трения грунта на боковой, по¬
верхности сваи. В формуле (6.48) принято, что осадка Д головы
оболочки или столба является следствием не~только упругого обжа¬
тия ствола, но и деформации основания под подошвой оболочки
или столба, которое^представляет собой упругую линеино-деформи-
руемую среду, характеризуемую коэффициентом постели Сп. При
этом трение грунта на боковой поверхности оболочки или столба по-
прежнему не учитывается. Формула (6.47) получена на основе ста¬
тистической обработки испытаний большого числа свай продольной
сжимающей нагрузкой. По графику осадка-нагрузка для каждой
сваи в соответствии с указаниями инструкции по испытанию свай
сначала устанавливалось значение Ф предельной нагрузки, а за¬
тем осадки головы сваи при нагрузке 0,5 Ф. Было выяснено, что
в 50% случаев испытании осадка Д головы сваи при такой нагруз¬
ке не превышала 3-=-3,5 мм, Приняв в формуле (6.49) Д=3,5 мм
и N=0,5 Ф, получаема после дополнительного учета наличия у сваи участка, расположен¬
ного над расчетной поверхностью грунта, формулу (6.47).Действующие на фундамент горизонтальные силы и моменты
обусловлены в основном временными нагрузками. При таких
нагрузках одному и тому же продольному усилию в свае соответ¬
ствует меньшая осадка головы сваи, чем при испытании, проводи¬
мом с выдержкой на каждой степени загружения до затухания пе¬
ремещений. Поэтому введение в расчет значения lNj определенно¬
го по формуле (6.47), обеспечивает получение расчетом горизон¬
тальных смещений и поворотов плиты фундамента, превышающих
фактические, не в 50% случаев проектирования, а в значительно
большем их числе.При разработке рекомендации по определению длины сжатия
для забивных висячих свай был также учтен многолетний опыт при¬
менения «Технических указаний по проектированию высоких свай¬
ных ростверков мостовых опор (ТУВР-56)». В этих Технических
указаниях для всех свай длийу lN предполагалось определять по
формуле (6.46), которая для забивных висячих сва"и дает значения
этой величины, как Правило, много меньшие получаемых по фор¬
муле (6.47). Необходимость перехода на новую формулу для опре-
делейия длины сжатия висячих свай была вызвана тем, что приме¬
нение формулы (6.46) для таких сваи приводило к противоречиям.
В частности, получилось, что в результате дополнительного ааглуб-
ления висячих свай в грунт перемещения фундамента при одних и
тех же нагрузках не уменьшались, а увеличивались;Р2 = Мг — ' рз=	’ Р4 = Мг — bg ’ ^6,50^140
где б i и бз — горизонтальное смещение и угол поворота сечения сваи, оболочки
или столба (со свободным верхним концом) в уровне подошвы плиты фун¬
дамента от горизонтальной силы Н= 1, приложенной в том же уровне (рис.
6.12, с); б3 и 62 — то же, от момента М = 1 (рис. 6.12, б).&! = .3 EJ
hЪмм1 о Н~ 25л1я/о +£/+ Блш; &з = ■2£У■ Ьмм1 о +(6.51)где /0 — длина участка сваи (оболочки или столба), расположенного выше рас¬
четной поверхности грунта; 6нн, бмн=бнм и блглг — перемещения, опреде¬
ляемые по формулам (6.29).Для фундамента с плитой, заглубленной в грунт, /0=0 и, следо¬
вательно, fii = 6нн\ 62=6мм и 63=Ъмн-Перемещения а, с и р плиты фундамента в общем случае несим¬
метричной плоской расчетной схемы фундамента определяются в
результате решения системы канонических уравнений метода пере-
мещений:" ’	агаа 4- сгас + ргдр — Нх = 0; 'arca -h сгсс + ргср - Рг = 0;	(6.52)аг ре + Сгрс + Ргр р — м о = °-В случае симметричной плоской расчетной схемы фундамента
решение системы канонических уравнений имеет вид:А =-га^ИхУМIгйагрр ^др(6.53)(6.54)Коэффициенты канонических уравнений:Гаа = 2 Р0 Sin2 <J> + 2 Р2 + Щ
Гас = ^=2 Ро sin f cos ¥1
''ер = rpe = S Po* sin V cos <f — 2 Рз cos <f + /¾
rcc = 2 Po cos'; + 2 P2l
rcp = rpC = 2 PoJf COS2 <P + 2 P2* + 2 Рз Sin %
r pp = 2 Po*2 cos2 у + 2 Рг-*'2 + 2 2 pepsin + 2 P4 + '"з-
Po = Pi — P2f(6.55)(6.56)где гь г2 и г3 — члены, которые учитывают влияние сопротивления грунта, окру¬
жающего плиту фундамента, на коэффициенты канонических уравнений.
В расчетах фундаментов с плитой, расположенной над грунтом, а также
в тех расчетах фундаментов с плитой, заглубленной в грунт, в которых не
учитывается сопротивление грунта перемещениям плиты фундамента, следу¬
ет принимать гi = 0; г2=0 и г3=0.141
В формулах (6.55) знак 2 означает суммирование по всем сва¬
ям (оболочкам или столбам) фундамента. ЧленыKbhl	Ktfa	Kt h*Г1 = bx	; r2= bx	— ; r3 = bx	, (6.57)2	6 12где bx — ширина плиты фундамента (размер в горизонтальном направлении,
перпендикулярном к оси л:); /Сб — коэффициент пропорциональности, харак¬
теризующий сопротивление грунта в пределах толщины плиты фундамента;
Ни — глубина заложения плиты фундамента от расчетной поверхности грунта
или толщина плиты, если ее верхняя грань расположена ниже указанной
поверхности.Для вертикальных свай <p=0, sinq)=0 и cos¢=1.Если фундамент с симметричной плоской расчетной схемой име¬
ет только вертикальные сваи, то формулы для определения коэф¬
фициентов канонических уравнений, входящих в выражения (6.53)
и (6.54), принимают вид:/оа = 2 Р2 + гг; гЛр = — 2 Рз + г2; J	^Гсс= 2 Рь Грр = 2 Р1*2 +2 Р4 + ^3- JГоризонтальное смещение а' надфундаментной конструкции на
заданной высоте (например, верха опоры моста) определяется по
формуле (6.35).Продольная сила N, поперечная сила Q и изгибающий момент
М, действующие со стороны плиты фундамента на голову сваи
(оболочки или столба), определяются по формулам:N = р! [a sin + (с + х р) cos у];	ЛН = р2 [a cos у — (с + х р) sin <*>] — р3Р; 1	(6.59)М = р4р — рз [a cos у — (с — лгр) sin <р]. JДля вертикальных свай формулы (6.59) принимают вид:N = pi (с + х$); Н = р2Д — рзР; М = р4Р — рзЯ-	(6.60)Усилия N, Н и М положительны, когда они направлены соответ¬
ственно вниз, вправо и по часовой стрелке (см. рис. 6.5).После определения усилий, действующих на голову каждой из
свай, рекомендуется проверить, удовлетворяют ли их величины ус¬
ловиям равновесия плиты фундамента, которые можно представить
в виде:2(N sin -Ь // cos <р) ar\ -Ь рг2 = Нх;2{N cos — H sin у) = Pz;	(6.61)2[(N cos — H si i у) x + M] -h ar2 -h р/з + Mo- .Изгибающие моменты и поперечные силы, действующие в попе¬
речных сечениях свай (оболочек или столбов) на участках, распо¬
ложенных в грунте, а также давления на грунт, возникающие по
контакту с их боковой поверхностью, определяются, как для вер¬142
тикальных свай, к головам которых приложены усилия Н и М [по
формулам (6.28), (6.27) и (6.36) — (6.38)].Если при опирании свай (оболочек или столбов) на нескальный
грунт их приведенная (безразмерная) глубина заложения в грунте
й^2,6, а при опирании на скалу (в том числе и при забуривании
нижних концов столбов в скалу) й^4, то в приближенных расче¬
тах фундаментов допускается:величину наибольшего изгибающего момента в поперечном се¬
чении сваи определять как большую из двух величин: моментов
М и Мн, вычисленных по формуле (6.59) или (6.60) и по формуле
(6.42);давление на грунт по боковой поверхности сваи, действующее на
глубине г = 0,85/ас (см. стр. 125), определять по формулам (6.43)
и (6.44).Горизонтальное давление на грунт, передаваемое плитой фун¬
дамента на уровне ее подошвы,сп =K6hna9	(6.62)где Кб — коэффициент пропорциональности, характеризующий сопротивление
грунта в пределах толщины плиты; а — горизонтальное смещение подошвы
плиты фундамента.Если давление ап не удовлетворяет условию (6.24), то вместо
повторного расчета фундамента при уменьшенном значении коэф¬
фициента Кб (см. стр. 128) допускается включать в число внешних
нагрузок горизонтальную силуНи = 2r$rahl bxiftg y/cos <*>,	(6.63)приняв ее приложенной к передней грани плиты на высоте Ап/3 от
ее подошвы.Здесь Ъх — ширина передней грани плиты; остальные величины те же, что и в
формуле (6.24).	•На исправленные (в результате учета силы Нп) внешние на¬
грузки следует заново рассчитать фундамент при значении /(б=0,
т. е. приняв в формулах (6.55) ri=0, г2=0 и г3=0.Отметим, что при составлении сочетаний нагрузок для расчета
фундаментов с наклонными сваями (оболочками или столбами)
следует учитывать особенности работы свайных фундаментов, от¬
личающие их от работы массивных фундаментов. Эти особенности
заключаются в том, что разные нагрузки (например, ветровая и
ледовая, действующие на опору моста в одну сторону, но прило¬
женные одна выше, а другая ниже упругого центра фундамента)
могут вызывать усилия в сваях и перемещения фундаментной пли¬
ты разных знаков. В связи с этим уменьшение величины отдельной
нагрузки может приводить к увеличению усилий в сваях и переме¬
щений плиты (а следовательно, и перемещений надфундаментной
конструкции) от расчетного сочетания нагрузок. Следует иметь
также в виду, что понижение уровня приложения горизонтальной
нагрузки может приводить к увеличению усилий в сваях и пере¬143
мещений плиты. В связи с изложенным в необходимых случаях
свайные фундаменты следует рассчитывать не только на наиболь¬
шие нагрузки, но и на меньшие и не только приложенные в наивыс-
ших уровнях, но и в более низких.Упругим центром свайного фундамента называется точка, рас¬
положенная в вертикальной плоскости его симметрии и облада¬
ющая тем свойством, что сила, проходящая через эту точку и дей¬
ствующая в указанной плоскости, вызывает только поступательное
смещение фундаментной плиты и не вызывает ее поворота; момент,
действующий на свайный фундамент в той же плоскости, вызывает
поворот плиты вокруг оси, проходящей через упругий центр.Координаты хс и zc упругого центра С свайного фундамента в
системе координат xOz (см. рис. 6.9) в общем случаегас гар -- ГааГГасГср — Га^Гссхс= -	§—;		о—* t6*64)rBarcc — rzac	ГааГсс — racПри симметричной плоской расчетной схеме они упрощаются и
принимают видхс =0; zc~ — ——	(6.64а)г ааВ формулы (6.64) и (6.64а) входят коэффициенты канониче¬
ских уравнений, определяемые по формулам (6.55).В СНиП Н-17-77 для фундаментов зданий и сооружений, кроме
мостов, в случаях, когда эти фундаменты имеют только вертикаль¬
ные сваи (оболочки или столбы), образующие в направлении дейст¬
вия внешней нагрузки два или более ряда, рекомендуется прибли¬
женный способ расчета. Этот способ основан на положениях, при¬
нятых в излагаемой в настоящей монографии обобщенной методике
расчета, и на следующих дополнительных положениях^ упроща-
ющих выполнение расчета: 1) сопротивление грунта, окружающе¬
го плиту фундамента в расчете йёучитываётся; 12)ТГри действии
внешней нагрузкй~на фундамент его плита смещается в горизон¬
тальном направлении, не поворачиваясь; 3) приложенная к фун¬
даменту горизонтальная сила не оказывает влияния на величины
продольных сил в сваях.	"В соответствии со вторым и третьим из этих положений фунда¬
мент предлагается рассчитывать раздельно на^ действие вертикаль¬
ной осевой силы Рг и момента Mq и на действие только горизон-
тальнби'силы Их.	^От усилий Рх и М0 определяются продольные силы в верхних
сечениях (головах) свай. Продольная сила Ni в голове любой
(i-й) сваи	—MqXi(665)где Лоб — общее число свай в фундаменте; к — координата головы сваи; Хг—
значение х для сваи, в которой определяется продольная сила.144
Знак 2 в формуле (6.65) означает суммирование по всем сваям
фундамента.От* действия горизонтальной силы ЯУ определяются горизон¬
тальное смещение плиты фундамента, изгибающие моменты и по¬
перечные силы в сечениях свай и их Роковые давления на грунт.
Расчет фундамента с числом свай n0Q на силу ЯУ сводится к расче¬
ту одиночной сваи на действие горизонтальной силы Я = - Их и мо-«обмента М, приложенных к голове сваи (см. рис. 6.5).В этом расчете, который может быть выполнен по формулам
предыдущего параграфа, 'следует принять М равным 0, если при¬
мыкание сваи к плите рассматривается как шарнирное, или вычис¬
лить по формулеЬмн + 1Фмм -1- -1оМ= 		<6 66)Блш +/о Iе*если голова сваи жестко заделана в плиту. В эту формулу входят
те же величины, что и в формулы (6.25) — (6.27). Знак минус в ней
означает, что при силе Я, направленной слева направо, момент М,
передаваемый от плиты на голову сваи, направлен против часовой
стрелки. При низком ростверке формула упрощается и принимает
видм== _1Ш_ н	(6.66а)SjWAfПриведенный в СНиП П-17-77 способ расчета имеет ограничен¬
ную область применения. В отличие от излагаемой обобщенной ме-
тодики расчета свайных фундаментов он предназначен только для
случаев, когда все сваи в фундаменте вертикальные и имеют оди¬
наковые сечения и длины (как оОщие. так и над поверхностью*грун-
та). Принятые в нем дополнительные положения могут привести
к недооценке перемещений фундамента и продольных*сил в сваях,
а также завышению получаемых по расчету изгиЬа1ощих моментов
в верхних сечениях сваи и занижению этих моментов для нижерас-
положенных участков. Возникшие из-за этого погрешности будут
несущественны при расчете фундаментов, имеющих большую про-
тяженность~в плоскости действия внешних нагрузок и заглублен¬
ную в груихлдиху. Это объясняется тем, что поворот плиты фун-
дамента, связанный с неравномерной осадкой сваи, тем меньше, чем
больше расстояние между крайними сваями в ряду, параллельном
указанной плоскости, а влияние горизонтальной силы Нх на вели¬
чины продольных усилий в сваях фундамента тем~меньше, чем ни¬
же расположена его плита. Так как фундаменты опор мостов име¬
ют ограниченные размеры в плане и часто проектируются с плита¬
ми, возвышающимися “над поверхностью грунта, в СНиП 11-17-77
ограничена область применения формул _[6:65) и (6.66). 	145
\гРис. 6.13. Система координат xyz
и неизвестные перемещения, прини¬
маемые при пространственных расче¬
тах свайных фундаментовРис. 6.14. Схема приведения внеш¬
них нагрузок при пространственных
расчетах свайных фундаментов в
уровне подошвы плиты фундамента6.4.	Пространственный расчет
свайных фундаментовРасчет фундамента произво
дится с использованием прямо¬
угольной системы координат xyz
(рис. 6.13).Если рассчитывается свайный
фундамент с плитой, заглублен¬
ной в грунт, и при этом учитыва¬
ется сопротивление грунта ее пе¬
ремещениям, оси хну должны
проходить через центр тяжести
подошвы плиты, параллельно ее
боковым граням. В остальных
случаях при несимметричном
фундаменте оси х и у принимают¬
ся произвольно; при фундаменте
с одной плоскостью симметрии
ось х принимается расположенной
в плоскости симметрии, а ось
у — произвольно; при фундаменте
с двумя плоскостями симметрии
оси х и у принимаются располо¬
женными в этих плоскостях.Положительное направление
оси х выбирается произвольно,
оси у так, чтобы после поворота
оси х вокруг оси z по часовой
стрелке (при взгляде сверху) на
90° положительные направления/Ц^\	осей х и у совпадали. За положи-/Ф	тельное направление оси z прини-/	мается направление вниз.'	За неизвестные перемещенияпринимаются поступательные сме¬
щения а, Ь, с точки О плиты в
направлениях осей х, у, z и углыа,	р, у поворотов плиты вокруг этих осей (см. рис. 6.13).За положительные направления перемещений принимаются:
для смещений а, Ьу с — смещения, совпадающие с положитель¬
ными направлениями осей ху у> z соответственно;для поворотов <х, р, у — повороты по часовой стрелке вокруг осей
х, у, z соответственно (при взгляде на точку О с положительного
конца оси).Нагрузки, действующие на фундамент, приводятся к точке О и
раскладываются на силы Нх, Ну, Pz, параллельные соответственно
осям х, у, z, и моменты Мх, Му, Мг относительно этих осей
(рис. 6.14). Положительные направления указанных сил и момен¬Рис. 6.15. Параметры, определяющие
положение сваи фундамента146
тов совпадают с положительными направлениями смещений а, Ь, с
и поворотов <х, р, у*Положение каждой оси сваи (оболочки или столба) на расчет¬
ной схеме фундамента определяется следующими параметрами
(рис. 6.15): координатами х, у точки пересечения оси сваи с подо¬
швой плиты фундамента; углом ср между осью сваи и вертикалью
(0^ф^90°); углом ф между осью х и горизонтальной проекцией
оси сваи (О^-ф^ЗбО0); угол -ф отсчитывается по часовой стрелке
(при взгляде сверху) от положительного направления оси х до по¬
ложительного направления проекции оси сваи, за которое принима¬
ется направление от головы сваи к проекции ее нижнего конца.
Для вертикальных свай (ф = 0) принимается *ф = 0.Сопротивление сваи (оболочки или столба) перемещениям пли¬
ты фундамента характеризуется значениями рь р2, рз и р4 (см.
стр. 138 и рис. 6.10), а также значением р5, представляющим мо¬
мент, действующий на плиту фундамента в плоскости, перпендику¬
лярной к оси сваи, при повороте плиты вокруг этой оси на угол,
равный единице.Характеристики рь р2, рз и р4 определяются по формулам (6.45)
и (6.50).В течение многих лет в практике проектирования фундаментов
опор мостов характеристику ps при любых грунтовых условиях при¬
ближенно принимали равной 0,2 р4. Однако расчеты, выполненные
по специально разработанной методике, показали, что в ряде слу¬
чаев существенно переоценивалось сопротивление сваи (оболочки
или столба) действию крутящего момента. С учетом этого при
расчете фундамента со столбами, заделанными в скальную породу,
по-прежнему рекомендуется приближенно принимать р5=0,2р4, а
в остальных случаях ps = 0,1 р4.Перемещения а, 6, с, -а, р и у несимметричного фундамента опре¬
деляются в результате решения системы канонических уравнений:araCL -h ЬгаЪ + cr(ас 4- araa + prflp + уга1 —Нх= 0;агъаЛ-ЬгъъЛ- Crbc + агъа. + Рг&р + Yгщ — Ну = 0;агса + ЪгсЬ сгсс + а гси + р + у га — Р2 = 0;агаа + ЬгаЪ + СГас + araa + Kp + Y^T - Мх = 0;	(6’67)аг$а + Ьгеъ + Сг?с + агр« + Prpp + Y^PT —	0;аг+ ^гтр + сггс + агТа + ргтр + Y^TT — М2 ~ 0.В расчетах симметричных фундаментов система канонических
уравнений упрощается. При фундаменте с одной вертикальной плос¬
костью симметрии система уравнений (6.67) распадается на две:>-Нх = 0;-Pz= 0;} — Му = 0;аГаа-*г сгас -
arca -h crcc+$reраг$а + crRr +Р с(6.68)147
ЪГъЬ + агЬа + УГЫ “ Ну — Ф
brah + ar+yral-Mx=0;Ьгль -f ar То + y^tt — Mz = 0.rT<*тт(6.59)Уравнения (6.68) используются для расчета фундамента на на¬
грузки Нх, Р2 и Му, действующие в полскости хОг его симметрии,
а уравнения (6.69) — на остальные нагрузки.При фундаменте с двумя вертикальными плоскостями симмет¬
рии решение системы канонических уравнений может быть пред¬
ставлено в виде:а “ (грр^х гС =Р — (гааМу — гдрНх) А;^ “ (Гаа^У ГЬа.Мх) ^0*а = (гььМх — гЬаИу) А0;
AUУ =тт(6.70)Здесь А — определяется по формуле (6.54), a До — по формуле1А0=	2 •гььгаа-гЬаКоэффициенты канонических уравнений:Гоа = 2 (Ро cos2 <fx + р2) + ГьГаь = ^=2 Ро cos ух cos Чу\г ас — rca = 2 Ро cos у cos <рх;гаа =гаа= — 2 Ро У COS <f> cos У*;гар = грс = 2 (Ро cos Чх — Рз) cos у -f г2;rflT = rTfl = 2 [Ро (i/ COS <рх — X COS <fy) COS <f>_r + p2t/ + рз cos V>y];
Гы> = 2 (Po cos2 <py + p2) + r4;Гьс= ГсЬ= 2 Po cos cos 4y\rba = rab = 2 ( “ Ро У COS + Рз) COS <f> — Г&гъ$ ~ r№ = 2 Ро X cos cos ty;r*T = rTft = 2 [po( — X cos + у cos <f>*) cos <?y — p2* — p3 cos уД
Гсс = 2 (Po cos2 + p2);rca =rac= — 2 [( Po C0S2 <p -f p2) У + p3 COS <fy];
p = гвс = 2 [(Po cos2 у -h P2) ^ + Рз cos 9*];(6.71)га=г1с= 2Po(-*cos<148-ь # cos ?*) cos v>;(6.72)
ree= 2 [(Po cos2 <f+p2) У2+2рз У COS <ty+ p4 (1 — COS2 <fx) +p5 CO>2 уж]+Г6;
rap = rpa = — 2 [(Po COS2 <f + p2) xy + Рз (ЛГ COS <ty +V C0S tx) + (?4 ——	P5> cos fx cos <tiг„т = V = 2 [Po (■*■ cos %, — y cos tx)<У cds <f — p3jc cos ? — (p4 — p5) X
X COS fx cos <p];r-pp = 2 [(PO cos2 <f + p2) JC2 + 2p3* cos <fx+U (I—C0S2 <f>v)+p5 cos2 ^]+г3;
Грт=гтр=2 [ M—x cos ty+У cos <fx) * cosy— pzy cos V—(p4— p5)cos <?y cos 9];
rTT = 2 [po (■* cos Чу — у cos <Рд)2 + p2 (*2 + 12/2)+2 Рз (* cos <ex ++ l{/ cos <fy + p4 sin2 <f + p5 CO&2 y] 4- r7 + л8,где po — величина, определяемая по формуле (6.56); ф* и ф„—углы между
осью сваи (оболочки или столба) и положительными направлениями осей
х и у:ros ч>г = sin ф cos ф; |rx	г г* i	(б73)cos = sin 9 sin у; )гi, ''г, • -, г7 и г8 — члены, которые учитывают влияние сопротивления грун¬
та, окружающего плиту фундамента, на коэффициенты канонических урав¬
нений. В расчетах фундаментов с плитой, расположенной над грунтом, а так¬
же в тех расчетах фундаментов с плитой, заглубленной в грунт, в которых не
учитывается сопротивление грунта перемещениям плиты фундамента, следует
принимать эти члены равными нулю.Величины п, г2 и г3 определяются по формулам (6.67), а величи¬
ны г4, г5, Гб, г7 и г& — по формулам:r6= Ьу.г4= ЬуКь ti
12Kthl; /¾ = by.■ 24; гъ=к* %24(6.74)где by — разме}р плиты в горизонтальном направлении, перпендикулярном оси у.Остальные величины те же, что и в формулах (6.57).В формулах (6.72) знаки 2 означают суммирование по всем сва¬
ям фундамента.После определения перемещений а, Ъ, -а, р и у подошвы плиты
фундамента могут быть определены горизонтальные смещения а'
и Ьг (в направлениях осей х и у соответственно) точки А надфунда-
ментной конструкции, расположенной на высоте Аоп от подошвы
плиты фундамента (например, горизонтальные смещения точки А
верха опоры моста):а* = а $ hQп -4- УУа 4“ \
b’ = b— cl h0п — ухА + ау, j(6.75)где уА и хА — координаты точки А в системе xyz\ ах и ат — горизонтальные
смещения той же точки в направлениях осей х и у соответственно за счет
деформации надфундаментной конструкции.149
л'Шт/Усилия, действующие в голове
сваи (оболочки или столба), оп-
S	%'то jt /' ределяют, используя прямоуголь-~	ную систему координат /, //, IIIс началом, расположенным на оси
сваи у ее головы (рис. 6.16).Ось / совпадает с осью сваи;
положительным для этой оси
является направление от головы
сваи к ее нижнему концу. Ось II
перпендикулярна к оси / и рас¬
положена в вертикальной плоско¬
сти, проходящей через ось /; по¬
ложительным для этой оси явля¬
ется направление от головы сваи
вниз. Ось III горизонтальна и перпендикулярна к осям I и //; при
взгляде на голову сваи с положительного конца оси II ось III (ее
положительное направление) направлена влево.Для вертикальной сваи (ф=0) принимается -ф=0. В соответст¬
вии с этим ось II вертикальной сваи параллельна оси х и направле¬
на в сторону отрицательного направления оси х> а ось III парал¬
лельна оси у и направлена в сторону отрицательного направления
оси у.Усилия, действующие в голове сваи, определяются по форму¬
лам:Рис. 6.16. Система координат для оп¬
ределения усилий, действующих в го¬
лове сваиN = pi (A* cos у* + А у cos <$у + Az cos <j>);И л = р2 (—A* cos cos ф—А у cos у sin ф+Д* sin у)—рз (й sin ф—р cos ф);
Н\и= Р2 (длт sin ф — А у cos ф)— Рз (a cos <р cos ф + р cos у sin ф—у sin <р);
Mi = р5 (а cos + р cos чу + у со.* <р);Мц = рз (Д* sin ф — Ау cos ф) Н- Р4 ( — a cos <р cos ф — р cos <f> sin ф ++ y sin 9);Aim = рз (Лх cos у cos ф -f A^ cos у sin ф — Az sin у) + р4 (а sin ф —— Р cos Ф),(6.76)где N — продольная сила, положительная при сжатии сваи; Нц и Яш — попе¬
речные силы, действующие вдоль осей // и III соответственно. Положитель¬
ны, когда действие верхней части сваи на нижнюю совпадает с положитель¬
ными направлениями осей II и III; Mi — крутящий момент, а Мц и Мщ —
изгибающие моменты, действующие вокруг осей II и III соответственно. Мо¬
менты Мц и Mm положительны, когда по направлению от положитель¬
ных концов осей /, II и III — соответственно верхняя часть сваи действует
на нижнюю по часовой стрелке; Д*, Av и Д*— смещения головы сваи в на¬
правлениях осей х, у и z соответственно, равные: Ах = а+уу; Av = b — ух;
Дг=с—ау+$х.После определения усилий, действующих на голову каждой из
свай, рекомендуется проверить, удовлетворяют ли их величины ус-150
ловиям равновесия плиты фундамента, которые можно представить
в виде:2	(N cos Чу — Нц cos ч sin ф — #П1 cos ф) + b г4 — а г5 = Ну\2	(N cos у + Ни sin <*>) = Pz;—	2 [(AT cos 9 + Яц sin ч)У — Mi cos^’-h^ii cos ч соэф—Мщ sin ф]—2	[(AT cos 9 + Hjj sin 4) jc + M\ cos — Мц cos ¥ sin ф — Мщ cos ф] + J
+ аг2+$гз=Му;—	2 [ N (x cos чу — У cos Чх) + Яп (У cos ф — х sin ф) cos 4 ——	/Ли (*/ sin ф + x cos ф) — Mi cos 4 — Mu sin <p] + Y (r7 + *8)= Mz.Изгибающие моменты и поперечные силы, действующие в попе¬
речных сечениях сваи, оболочки или столба на участке, расположен¬
ном в грунте* а также давления на грунт, возникающие по контак¬
ту с ее боковой поверхностью, определяют, как для вертикальной
сваи [по формулам (6.28), (6.27) и (6.36) — (6.38)] от каждой из
двух групп усилий Н и М, приложенных к голове сваи:Суммирование давлений на грунт от каждой из этих групп уси¬
лий [при проверке выполнения условия (6.21)] не производится.При определении усилий, возникающих в радиальных сечениях
полых оболочек (см. п. 6.8), значения az принимают наибольшими
из полученных при расчете оболочек на указанные группы усилий.Условию (6.24) должны удовлетворять горизонтальные давле¬
ния на грунт <тПзс и ап у, действующие на уровне подошвы плиты тю
контакту с ее гранями, перпендикулярными соответственно осям
х и у.где Ке, hu, bx и Ьу—те же величины, что и в формулах (6.57) и (6.74);
а, b и у — перемещения плиты фундамента.Если условию (6.24) не удовлетворяет давление ап. расчет сле¬
дует повторить, приняв уменьшенное значение /Сб только в выраже¬
ниях п, г2, /*3 и г7; если же этому условию не удовлетворяет давле¬
ние си уу то расчет повторяют, приняв уменьшенное значение Кб
только в выражениях г4, г5, г6 и г&.В заключение отметим, что сочетания внешних нагрузок для
пространственных расчетов фундаментов с наклонными сваями сле¬
дует составлять, учитывая ту особенность работы свайных фунда¬
ментов, которая указана в п. 6.3. При этом координаты Хс и zc уп¬
ругого центра, расположенного в плоскости xOz свайного фунда¬2(N cos чх — Нц cos 4 cos ф + Нщ sin ф) -Ь я /4 + Р г2 = Нх;—	Ьг5 + аг6 = Мх;(6.77)\)Н=Ни, М = Мт\ 2) Н=НШ\ М= - Мц.(6.78)151
мента, симметричного относительно этой плоскости (см. рис. 6.13),
могут быть определены по формулам (6.64), а свайного фундамен¬
та, симметричного и относительно плоскости yOz,— по формулам
(6.64а). Координаты ус и zc упругого центра, расположенного в
плоскости yOz свайного фундамента, симметричного относительно
этой плоскости (см. рис. 6.13):ГЬсгЬа — rbbrca	гЪсГс* ~ rbJccУС — 	2	» ZC — —	2	 ■	(6*79)Г ЬЬ^сс	ГЬЬГсса свайного фундамента, симметричного и относительно плоскости
xOz:Ус = 0; zc = rbJrbb.	(6.79а)Коэффициенты канонических уравнений, входящие в выражения
(6.64), (6.64а), (6.79) и (6.79а), находят по формулам (6.72).6 5. Расчет свайных фундаментов в матричной формеПрименение матричной символики для расчета свайных фунда¬
ментов позволяет компактно изложить методику их расчета и основ¬
ную вычислительную работу свести к известным операциям над
матрицами. Это позволяет выполнять ее лицам, не знакомым ни
с рассчитываемой конструкцией, ни даже со строительной механи¬
кой. В результате перехода на матричную форму расчета удается
сократить объем выполняемой работы.При матричной форме расчета многократно повторяются одно¬
типные операции с числами. Это весьма облегчает составление
программ для выполнения расчетов на ЭЦВМ; составление таких
программ дополнительно облегчается тем, что для различных опе¬
раций с матрицами имеются готовые программы.Систему координат, неизвестные перемещения плиты фунда¬
мента, параметры, определяющие положение сваи (оболочки или
столба) в фундаменте, характеристики сопротивления сваи пере¬
мещениям плиты, а также приведение внешних нагрузок к точке О
подошвы плиты и разложение этих нагрузок на силы и моменты
принимают согласно п. 6.3; при расчете фундаментов по плоской
расчетной схеме или согласно п. 6.4 — при пространственном рас¬
чете.Перемещения плиты фундамента и усилия, действующие на го¬
лову сваи (оболочки, столба):а - ША\А\АгА2А{) + r]-i р;	(6.80)N=A3A 2Axa,	(6.81)где а — матрица перемещений плиты фундамента; Р — матрица составляющих
внешних нагрузок на фундамент; N — матрица усилий, действующих в голове
сваи; At и А2 — матрицы параметров, определяющих положение сваи в фун¬
даменте; А3 — матрица характеристик, определяющих сопротивление сваи
перемещениям плиты фундамента; г — матрица выражений, учитывающих со¬
противление грунта перемещениям плиты фундамента.152
В формуле (6.80) знак 2 означает суммирование по всем сваям
фундамента, а звездочка указывает на то, что матрица является
транспонированной1. В формулу (6.81) входят матрицы Аь А2
и А3, составленные для той сваи, для которой определяются дейст¬
вующие в голове усилия.После определения усилий, действующих на голову каждой из
свай, рекомендуется проверить, удовлетворяют ли их величины ус¬
ловиям равновесия плиты фундамента, которые можно предста¬
вить в виде+ га= Р-	(6*82>При расчете фундаментов по плоским расчетным схемам при¬
нимают:(6.83)0,\0я.а =С\С2.. . С j. .. стР1Р2-■-- Ру.-.ЫР=HxlHx2..MxJ...Hх тР z\ Р• • - Рzj • ••Рzm^01^02 -. .M0j ... M0mN\N2 ....Nj...NmN =НХН2...Hj...HmМгМ2...Mj...Mm10 0Ai01 Xt00 Isin уCOS <p0а2 =COS <р— sin <*> 0>001Аз =Pi000 0
Р2 — РЗ• РзР4(6.84)(6.85)(6.86)(6.87)(6.88)r\0Г2000(6.89)Ъ0ггВ матрицах (6.83)—(6.85) Cj, Pi, Нхи Pzj, MQ^ Nj, Hj и Mj представля¬
ют собой значения соответственно о, с, р, Нх, Pz, Mo, N, Н и М при /-й комби¬
нации внешних нагрузок. Смысл этих величин, а также величин, входящих в мат¬
рицы (6.86)—(6.89), и правила знаков для лих пояснены в п. 6.3.1	При расчетах фундаментов по плоским расчетным схемам матрица А2 сим¬
метричная [см. формулу (6.87), а потому А2*=А2.153
При пространственном расчете фундаментов принимается:01^2-.Mj.■ •Ьфъ ...bj.• '^mСХС2 -..CJ.• 'Cmai<z2.. . (Z j...a mPl?2 *..py.-•PmYlY2.•Y>-• • Y/яР =H x\H x2•'.-//jcy-Hy\Hy2- ■• ’НутPil ^*2 •• 'Pzj* ■• ^ гшЛ1л:1^л:2-• 'МхтMy\My2- <..MW.• •Мут• ■'№zmа2=ATin2' ..,.ЛГj ...NmНIII Ни2 • ••Huj - • • Н\\т^1111^1112- -•Hllli' --НишКN =МпМ12 . .-ми . - .M.im>Л"1ц1 М\\2 . ■.M\\j • ■ -Afiim^1111^1112-•.мlllj• • -Мц1тI 000о у0 1000 — л:0 01 --2/х 0Ai =0 0010 0f0 0001 00 0000 1sin усоэфsin у sin фcos у0cos у cos ф— cosу втфsin у0sin ф— со&ф000()0sin у совф000cosy СОБф— <000sin фPi000000Р2000 —РзА3 =00Р20Рз0000Р50000Рз0Р400— Рз000Р4ооо(6.90)(6.91)(6.92)(6.93)sin ysin ф cos у
sin ф sin у(6.94)(6.95)154
Г\000г200г40— гъ000000000— гъ0ге00Г 2000гъ000000г7 +/*8(6.96)1>т в индексахВ матрицах (6.90) — (6.92) цифры 1, 2,
означают комбинации внешних нагрузок. Смысл величин, входя¬
щих в матрицы (6.90) — (6.96), и правила знаков для них даны
в п. 6.4.Характеристика pi сопротивления сваи (оболочки, столба), вхо¬
дящая в матрицы (6.88) и (6.95), определяется по формуле (6.45).Характеристики р2, р3 и р4 определяются по формулам (6.50)
или в матричной форме:Р=(А* 60Л +B)-i;Р2 — РЗ |Р4 IЪнн ЪНМ II Ъмн Ьмм I
i-‘ :«о —— РзА =(6.97)(6.98)(6.99)
(6.100)/310*03 EJ2 EJI210h2 EJEJ(6.101)В матрицы (6.98) — (6.101) входят те же величины, что и в фор¬
мулы (6.51).Характеристика ps принимается согласно п. 6.4 (см. стр. 147).Величины Г\у -г2, ..., га, входящие в матрицы (6.89) и (6.96), оп¬
ределяются по формулам (6.57) и (6.74).Изгибающие моменты и поперечные силы, действующие в попе¬
речном сечении сваи (оболочки, столба) на глубине z, а также дав¬
ления на грунт, возникающие по контакту с боковой поверхностью
сваи на той же глубине, определяются по формулам (6.28), (6.27)
и (6.36) — (6.38) или в матричной форме:Т* = К1К2К3 &ДН.	(6.102)Матрицы Кь К2, Кз и 6 имеют вид:К =а2 CEJ0000к _00zас(6.103)155
^3£зС3/¾к2=л4В4С4Я4ЛгВг(6.104)Кз =«сa*EJ8 =0&////ънм*МН0110а3с EJ(6.105)(6.106)В матрицы (6.103) — (6.106) входят те же величины, что и в
формулы (6.28), (6.36) — (6.38).Матрицы Тг и Н имеют вид:а)	при расчете фундаментов по плоским расчетным схемам:Мг\М&. . •Mzj.. .Mzm||Qzl Qz!2 • • • Qzj • •' Qzm°zl °z2■ Qzj• • • cz(6.107)H(6.108)H\H2--.Hj... Hm
M1M2.. .Mj. ..Mmб)	при пространственном расчете фундаментов в случае расче¬
та на нагрузки Яц/ и Mm Г-^zlIIlAlziii2--Ozlll Qz№•Ozliy ••• Qzl I mazIIl Gzll2 • ■• azllj ••• azUm(6.109)н =Яш Яц2 ---Яцу ...Яцт
^1111^1112* • «^111/. • -Mlllm
а в случае расчета на нагрузки Яш j и Мц j:II MZ\\\MZ\\2.. .Mz\\j .. .Mz\\m0zIIIlQzUI2- • ■QzUlj• ■ •QzlUmI	°zIIll°z]II2 • • • Gzlllj • - °zlllmЯццЯ П12 ••• Ящу... Я[цт— Mm—Мц2--- — MUj ...—iWnmВ выражениях (6.107)—(6.112): MZh Qzj и — изгибающий момент Mz,
поперечная сила Qz и давление az по контакту с боковой поверхностью сваи,
возникающие на глубине z, от приложенных к голове сваи нагрузок Hj и Mj;
Afziiij, Qziiij и 0ziij—то же, от нагрузок Нщ и Mmy, Mznj, Qziiij и а*нij —
то же, от нагрузок Ниц и Мщ.156Н;(6.110)(6.111)(6.112)
6.6. Расчет фундаментов при наличии внешней нагрузки,
действующей на сваиПри проектировании свайных фундаментов с плитой, располо¬
женной над поверхностью грунта, приходится встречаться со слу¬
чаями, когда к отдельным его сваям (оболочкам или столбам) при¬
ложена внешняя поперечная нагрузка. В этих случаях на плиту
фундамента со стороны свай действуют усилия, зависящие не толь¬
ко от перемещений плиты, но и от внешних нагрузок, приложенных
непосредственно к сваям. Учет влияния таких нагрузок на работу
фундамента при пространственном его расчете представляет боль¬
шие трудности. Ниже рассматривается методика расчета фундамен¬
тов в указанных случаях с использованием плоских расчетных
схем.Систему координат xOz, неизвестные перемещения плиты фун¬
дамента, параметры, определяющие положение сваи в фундамен¬
те, характеристики ее сопротивления, а также приведение внешних
нагрузок, действующих выше подошвы плиты фундамента, к точ¬
ке О и разложение их на горизонтальную Нх, вертикальную Рг 'си¬
лы и момент М0 относительно точки О примем согласно п. 6.3.Канонические уравнения метода перемещений в рассматрива¬
емом случае отличаются от уравнений (6.52) свободными членами
и имеют вид:йГаа + с Гас + ргвр — Их + 2 Qq c°s <f = 0;
агса + сгсс +Рг,р — Рг — 20? sin у — 0;
ar?a + crVc + — Л1о + 2 (Mg — xQq sin у) = 0.(6.113)Здесь Qq и Mq — поперечная сила и изгибающий момент в верхнем сечении
сваи, подсчитанные для основной системы метода перемещений (т. е. при
а=с=0 и Р=0) от приложенной к свае поперечной нагрузки (рис. 6.17).
Знак 2 означает суммирование по всем сваям фундамента, к которым при¬
ложена такая нагрузка.Изгибающий момент Mq и поперечная сила Qg положительны,
когда голова сваи воздействует на фундаментную плиту в направ¬
лении соответственно против часовой стрелки и влево и, следова¬
тельно, когда плита воздействует на голову сваи в направлении со¬
ответственно по часовой стрелке и вправо.В случае симметричной плоской расчетной схемы фундамента
устоя значения перемещений а, с и р можно вычислить по формулам
(6.53) и (6.54), приняв в них вместо Нх, Pz и М0 соответственно
величины:Н'х= //* — SQtfCos г,P'z = Pz + 2Q/ sin <?;м'0 = Mo — 2 (Mq — xQq sin <*>)•(6.114)157
Рис. 6.17. К расчету фундаментов
при наличии внешней нагрузки, дей¬
ствующей на сваи:1 — плита фундамента: 2 — подошва плитыПри определении величин Qq
и Мд свая (оболочка или столб)
рассматриваются как стержень,
верхний конец которого в уровне
подошвы фундаментной плиты
имеет жесткую заделку, а нижний
конец на уровне расчетной по¬
верхности грунта — упругую за¬
делку, а нижний конец на уровне
расчетной поверхности грунта —
упругую заделку, которая от еди¬
ничной горизонтальной силы Н\ =
= 1 смещается на бнн и поворачи¬
вается «а бм//, а от момента Ali =
= 1 смещается по горизонтали на
б нм и поворачивается на б мм. Ве¬
личины перемещений бнн> бмн =
= 6нм и 6мм определяются по
формулам (6.29).Усилия Qq и Mq можно опре¬
делить в результате решения си¬
стемы из четырех уравнений, со¬
держащих также неизвестные
величины поперечной силы Qq иизгибающего момента Mq, дей¬
ствующих в_сечении сваи на уровне расчетной поверхности грунта
(величины Qq и Mq в дальнейшем расчете не используются):Qq — Qq + 2 Т + J qdz;гаMq—Mq +QqLq + ^T(Iq — Zj) -f- J q{lо—z)dz\/7///T* , и* * mix _i_ 2 7ЧЛ) ~-2^)2
EJ (Qq Ьми “Г MqbMAl) = Mqlo + 	 +	 ++q{l0—z)2dz\tj (Qq	-f-	= 	 +	-f-	+сJdz,(6.115)158
где i/ и Г - соответственно интенсивность распределенной нагрузки и величина
сосредоточенной поперечной нагрузки, действующих на сваю (см. рис. 6.17).
Положительны, когда направлены слева направо; zT — координата сечения,
в котором к свае приложена нагрузка Т; za и zb—координаты соответст¬
венно начала и конца действия распределенной нагрузки q\ El и /0 — жест¬
кость поперечного сечения сваи при изгибе и длина ее участка над расчетной
поверхностью грунта.В частном случае, когда на сваю действует только распределен¬
ное давление q, меняющееся по линейному закону от значения q\
(на уровне подошвы плиты фундамента) до значения q2 (на уровне
расчетной поверхности грунта), систему уравнений (6.115) можно
упростить и, исключив из них неизвестные Qq и Mq> получить сле¬
дующие уравнения для определения Qq и Мд:-	E1 bnMj + Qq (- J- - ElbHH -	=_£l±_£2_;	2gi + g2 2 r/r	4?i + q2 42 1ф**нн + g *o	— |2q *0»Mq (/q +	+ Qq\-(bX+ q2
6X кЕПмн +	ll ЕПмм + 3gl^ 42 /gj.(6.116)Эти уравнения используются при проектировании свайных фун¬
даментов устоев мостов с плитой, расположенной над естественной
поверхностью грунта, при отсутствии очень слабого верхнего слоя
(см. стр. 108). При наличии такого слоя для определения Mq и Qg
должны использоваться более общие уравнения (6.115), так как
тогда давление насыпи на сваи учитывается только выше естест¬
венной поверхности грунта, а расчетная поверхность принимается
на уровне подошвы указанного слоя грунта.После определения перемещений плиты фундамента могут быть
определены продольная сила N, поперечная сила Н и изгибающий
момент М, передаваемые фундаментной плитой на голову каждой
сваи. Для свай, к которым приложена внешняя поперечная нагруз¬
ка, эти усилия могут быть определены по первой из формул (6.59)
и по формулам:Н = р2 [a cos у — (с + дгр) sin <р] — р3р + Qg;
М = р4Р — рз [a cos <р — (с + *Р) sin у] + Mq.(6.117)Для остальных свай усилия N, Н и М определяются по форму¬
лам (6.59).После определения усилий, действующих на голову каждой
из свай, рекомендуется проверить, удовлетворяют ли их величины159
условиям равновесия плиты фундамента, которые можно предста¬
вить в виде:2(ЛГ sin <р + н cos 9) = нх — 2 Qq cos 9;v [(iV СОЗ 9— //{sin у)х + = Mq — ^(Mq — .KQfSin 9).Для свай, к которым приложена внешняя поперечная нагрузка,
внутренние усилия на их участке, расположенном выше расчетной
поверхности грунта (в том числе и усилия Н\ и М\ в сечении на
уровне этой поверхности), определяются от совместного действия
усилий N, Н и М и этой нагрузки, а для остальных свай — только
от усилий N, Н к М. Внутренние усилия в поперечных сечениях свай
на их участке, расположенном в грунте, а также давления на грунт
определяют по формулам (6.27), (6.36) — (6.38).При расчете двух- и многорядных фундаментов устоев допуска¬
ется не проверять выполнение условия (6.21), ограничивающего
боковое давление сваи на грунт.6.7.	Расчет свайных опор эстакадного типа с учетом
деформации изгиба подферменной плиты
в вертикальной плоскостиОпоры эстакадного типа, состоящие из вертикальных свай, обо¬
лочек или столбов и объединяющей их верхние концы подфермен¬
ной плиты (ригеля), рассчитывают, предполагая, что ригель в го¬
ризонтальном направлении представляет собой абсолютно жесткую
конструкцию. Использование такого предположения оправдано, так
как в указанном направлении перемещения ригеля, обусловленные
деформацией его изгиба, всегда малы по сравнению с перемещения¬
ми ригеля, связанными с деформациями свай (оболочек или стол¬
бов) и окружающего их грунта. С учетом этого расчет опор рас¬
сматриваемого типа производят по излагаемой ниже методике.
Внешние нагрузки, приложенные к ригелю, приводятся к его оси
(рис. 6.18).Рис. 6.18. Схемы приведения внешних нагрузок, приложенных к ригелю опоры
эстакадного типаРис. 6.19. Неизвестные усилия при расчете опор эстакадного типа методом сил2	(N cos <р — Нsin 9) = Рг + 2Q„si!i <р;(6.118)160
Перемещения опоры и внутренние усилия в поперечных сечени¬
ях ее элементов определяются суммированием соответствующих
величин, полученных при расчетах опоры: на горизонтальные си¬
лы и моменты, действующие в плоскостях, перпендикулярных плос¬
кости опоры; на вертикальные и горизонтальные силы, действу¬
ющие в плоскости опоры. При расчетах опоры на указанные на¬
грузки необходимо также вычислять давления, передаваемые грун¬
ту боковой поверхностью оболочек, столбов, и в 'необходимых слу¬
чаях свай эти давления допускается не суммировать.Расчет опоры на горизонтальные силы и моменты, действующие
в плоскостях, перпендикулярных к плоскости опоры, производится
(см. п. 6.2) *, если вертикальная плоскость симметрии опоры явля¬
ется плоскостью симметрии и для этих сил и моментов, или же (см.
п. 6.4), если указанная симметрия в силах и моментах не соблюда¬
ется. Расчет опоры на вертикальные и горизонтальные силы, дейст¬
вующие в ее плоскости, производится методом сил. Неизвестные
усилия (рис. 6.19)—8-1ДЯ>	(6.119)где б и Лр — матрицы соответственно коэффициентов и свободных членов ка¬
нонических уравнений.Коэффициенты канонических уравнений (перемещения в основ¬
ной системе по направлениям неизвестных усилий от единичных
значений этих усилий):i? i?&3/—2, 3/—2 = 2&i; &3/—1, 3/—1 = 2Бдгдг + &2			+&3/, 3/ = 2&2 +EJ р ’&3i—2, 3i—1 = &з/—1, з/—2 = &3/—1, 3/ = ЬзIf з/—1 = О»
&3/—2, 3/ = Ьз/, 3/—2 = 2&3; &3/—2, 3/—5 = Ьз/— 5. 3/—2 =L[	i&3/—2, 3/-4 = &3Z—4, 3/-2 = &3 “— \Ьз/—2, 3/—3 = &3/—3, 3/-2= — &31ПЕЗъ■&1»^3/-1, 3/—=5 = &3/-5, 3/-1 = — '&3/—1, 3/—4 ^3/-4. 3/—X = — *NN + 62ЦLjLj—i&3/-1, 3/-3 = &3/-3, 3/—1 = — В2 'L'i—iHi, 3/-4 = &3Z—4» з/ = &2 ~&3/, 3/—3 = &3/-3, 3/ = — &2»; &з/, з/-5=&з/—5,з/=—*В3;(6.120)*	Имеется в виду, что каждая стойка опоры состоит из одной сваи (оболоч¬
ки или одного столба). Если каждая стойка состоит из двух свай и соблюдается
симметрия в горизонтальных силах и моментах, действующих в плоскостях, пер¬
пендикулярных к плоскости опоры, то ее расчет на эти усилия надо произво¬
дить по формулам, приведенным в п. 6.3.6—2057161
гдеfci =02 =/3+ 2омН I + Ънн\1 12 . , .EJ	вз— 2Е/ +ъМм! Л-^мНу^(6.121)/ — расстояние от расчетной поверхности грунта до оси ригеля; Li-1 и Li —
длины участков ригеля соответственно в (/—1)-м и i-м его пролетах (см.
рис. 6.18); Li — расстояние в свету между стойками в t-м пролете; EI и
EIр — жесткости при изгибе поперечных сечений соответственно стойки и ри¬
геля; б дн, б мн и б мм — перемещения стойки в уровне расчетной поверхно¬
сти грунта от единичных усилий, приложенных в том же уровне (см.
рис. 6.6). Эти перемещения определяются с использованием формул (6.29);о	л- n — вертикальное перемещение верхнего сечения стойки от продольного
усилия N= 1, приложенного в том же уровне:bNN~lNEF(6.122)/jv—длина сжатия сваи (оболочки или столба), вычисляемая по формуле
(6.46), (6.47) или (6.48); EF — жесткость при сжатии поперечного сечения
стойки.Свободные члены канонических уравнений (перемещения в ос¬
новной системе по направлениям неизвестных усилий от внешней
нагрузки):оД3/-2, Я = д3;_2, /) + (^/+1 — Нi) (& НН + SМИ ^ + (^/+1 — Af/) X
X (bf-jM + ОЛШ 1)\-	о	LiД3/-1,Я = A3f—I, "Ь (ЛГ,*) byvyv — - - [(///+1 + ///)8;и//++ + М[)Д3/г р = ДЗ/, р + (///+1 ///) ^мн + (^/+1 Mi) Ъмм,(6.123)где Д3|—2, р, Аз1-1г р и A3l-, р — перемещения в основной системе по направле¬
ниям неизвестных усилий X3t_2, Х3и Л3» (см. рис. 6.19) соответственноо	о	рот внешней нагрузки;	дз/_2, я» Аз/-1, р и дз/,р _ перемещениядз/—2, я» Аз/—1, я и Аз/,/? только за счет деформации изгиба части
конструкции опоры, расположенной выше расчетной поверхности грунта.
Определяются путем перемножения эпюр изгибающих моментов от соответ¬
ствующего единичного усилия и от внешней нагрузки, построенных в преде¬
лах указанной части конструкции опоры; Nit Hi и Mi — продольная, попереч¬
ная силы и изгибающий момент в поперечном сечении i-й стойки, располо¬
женном на уровне расчетной поверхности грунта, от действия внешней
нагрузки на основную систему (см. рис. 6.19). Усилия Ni, Ни и Mi положи¬
тельны, когда верхняя отсеченная часть стойки действует на нижнюю соот¬
ветственно вниз, вправо и по часовой стрелке; Ni+U /Л+i и М<+1 — то же,
для (i-H)-ft стойки. Остальные величины те же, что и в формулах (6.120).162
Рис. 6.20. Схема расположения ра¬
диальных сечений 1, 2 и 3 полой обо¬
лочки:I — след плоскости изгиба оболочки; II —
направление равнодействующей давления
оболочки на грунтIЛПри определении перемещений в основной системе от действия
внешних нагрузок следует перемножать эпюры изгибающих момен¬
тов на участках стоек от расчетной поверхности грунта до оси ри¬
геля, а на участках ригеля — в свету между стойками.После определения неизвестных усилий вычисляются продоль¬
ные силы в сваях, оболочках или столбах, изгибающие моменты и
поперечные силы в сечениях ригеля, а также в сечениях свай, обо¬
лочек или столбов на участках, расположенных выше расчетной
поверхности грунта. Изгибающие моменты и поперечные силы в
сечениях свай, оболочек или столбов, расположенных ниже указан¬
ной поверхности, а также горизонтальные давления на грунт, воз¬
никающие по контакту с боковой поверхностью свай, оболочек или
столбов, определяются по формулам, приведенным в п. 6.2.6.8.	Определение усилий в радиальных сечениях полых
оболочекИзгибающие моменты и продольные силы, действующие в ради¬
альных сечениях полой оболочки (т. е. в сечениях ее плоскос¬
тями, проходящими через ось оболочки) на глубине z от расчетной
поверхности грунта (при плите фундамента, расположенной над
грунтом) или от подошвы плиты (при ее заглублении в грунт):где Mi, М2 и М3 — изгибающие моменты в радиальных сечениях 1, 2 и 3
(рис. 6.20) оболочки, отнесенные к участку радиального сечения с высотой,
равной единице, тс*м/м. Положительные значения моментов соответствуют
растяжению внутренних волокон оболочки; Nu N2 и N3 — продольные силы
в радиальных сечениях /, 2 и 3 оболочки, отнесенные к участку радиального
сечения с высотой, равной единице, тс/м. Положительные значения продоль¬
ных сил соответствуют сжатию радиальных сечений; /ь /2, /з, iu 1*2 и t3 — без¬
размерные коэффициенты, определяемые по рис. 6.21 в зависимости от без¬
мерного параметрак0 — безразмерный коэффициент, учитывающий пространственный характер
работы оболочки, принимаемый равным 0,75 для участков радиальных сече¬
ний, расположенных выше уровня, в котором давление oz равно нулю, и рав-Mi = K0jiqzRcp; Ni = K0iiqz; '
M2 = KohVzRcp', N2= — K0i2qz;
M3 = K0j3qzRcpi N3 = K0i3qz, ,(6.124)(6.125)6*163
Рис. 6.21. График для определения безразмерных коэффициен¬
тов / и /ным 1 для остальных участков. При наличии в нижней части оболочки
сплошного бетонного заполнения значение коэффициента к0 принимается
равным 0,75 для всех участков радиальных сечений оболочки; RcР — средний
радиус поперечного сечения оболочки; qz=Gzbv—давление на грунт по бо¬
ковой поверхности оболочки, отнесенное к единице ее длины, тс/м; Е — мо¬
дуль упругости материала оболочки, тс/м2; d и 6 — наружный диаметр обо¬
лочки н толщина ее стенки, м; К — коэффициент пропорциональности, харак¬
теризующий изменение с глубиной коэффициента постели грунта, окружающе¬
го оболочку, тс/м4; Oz — давление на грунт по боковой поверхности оболоч¬
ки, тс/м2, определяемое по формуле (6.38); bv — расчетная ширина оболоч¬
ки, м, вычисляемая по формуле (6.9).При выборе участков радиальных сечений, на которых прове¬
ряется прочность и трещиностойкость оболочек, следует учитывать,
что изгибающие моменты Ми М2 и М3 возрастают с увеличением qz
(и, следовательно, с увеличением oz) и убывают с увеличением z.164
6.9.	Проверка несущей способности (по грунту) свайного
фундамента как условного массивногоУсловный массивный фундамент принимают в форме прямо¬
угольного параллелепипеда. Его размеры при плите фундамента,
заглубленной в грунт, определяют в соответствии с рис. 6.22, а и б,
a при плите фундамента, расположенной над грунтом,— с рис.6.22,	виг. Контуры abed условного массивного фундамента опреде¬
ляют по рис. 6.22, а и в в случае, когда крайние сваи, оболочки или
столбы (на плоской расчетной схеме) наклонены к вертикали под
углом, меньшим чем фСр/4, и по рис. 6.22, б иг — в остальных слу¬
чаях. Здесь фСр — средневзвешенное значение расчетных углов
внутреннего трения для пройденных сваями (оболочками или стол¬
бами) грунтов:<Рср= 	т	•	(6.126)пгде ер» — расчетный угол внутреннего трения /-го слоя грунта, расположенного
в пределах глубины h; hi — толщина этого слоя; h — глубина заложения сваи
в грунте, считая от расчетной поверхности грунта (при плите фундамента,
расположенной над грунтом) или от подошвы плиты при ее заглублении
в грунт).Несущая способность основания условного массивного фунда¬
мента считается обеспеченной при выполнении условий:R mR I£vyv
Pep <	I Ртах < 	*	(6.127)ЛГнгде рср и ртах — соответственно среднее и наибольшее давления подошвы ус¬
ловного массивного фундамента на основание; R — расчетное сопротивление
основания осевому сжатию, определяемое, как при расчете фундамента из
опускного колодца согласно гл. 5; т — коэффициент условий работы; кп —
коэффициент надежности, принимаемый равным 1,4.165
Давления Pcf = N* ;dyby	 у IP max- ayby -T6яу (3My 4- 2Hyh\)(6.128>где N у — нормальное давление подошвы условного массивного фундамента, оп¬
ределяемое с учетом веса грунтового массива abed вместе с заключенными
в нем сваями, а при плите фундамента, заглубленной в грунт, и плитой. Оп¬
ределяется без учета гидростатического давления; ау и Ьу — размеры услов¬
ного массивного фундамента в направлении, параллельном плоскости дейст¬
вия нагрузки, и в направлении, перпендикулярном к ней; Ну и Му— гори¬
зонтальная составляющая внешней нагрузки и ее момент относительно глав¬
ной оси горизонтального сечения условного массивного фундамента в уровне
расчетной поверхности грунта; h\ — глубина расположения подошвы услов¬
ного массивного фундамента по отношению к расчетной поверхности грунта
(см. рис. 6.22); К — коэффициент пропорциональности, определяющий нара¬
стание с глубиной коэффициента постели грунта, расположенного выше по¬
дошвы фундамента. Принимается по табл. 6.1, как для оболочек и столбов;
Сп — коэффициент постели грунта по подошве условного фундамента.Величина коэффициента постели Сп (в тонно-силах на метр
в кубе) грунта под подошвой фундамента определяется по форму¬
лам:где Кп — коэффициент пропорциональности, тс/м4, принимаемый по табл. 6.1в зависимости от вида грунта, расположенного под подошвой фундамента.6.10.	Расчет осадок свайных фундаментов мостовОсадку фундамента моста определяют от постоянных нагрузок.
При этом свайный фундамент заменяют условным массивным, ог¬
раниченным контуром abed, который принимают согласно рис.6.22,	а — г.Осадка находится методом послойного суммирования. В этом
методе принимается, что осадка фундамента происходит в резуль¬
тате уплотнения некоторой толщи грунта (ограниченной мощно¬
сти), расположенной под фундаментом. Эта толща называется ак¬
тивной зоной грунта. Нижняя граница активной зоны берется на
той глубине Ла от подошвы фундамента, на которой дополнитель¬
ное (избыточное) давление (под центром тяжести подошвы) от на¬
грузки, передаваемой фундаментом, составляет 20% от бытового
(природного) давления.Избыточное и бытовое давления представляют собой нормаль¬
ные напряжения, действующие в грунте по горизонтальным пло¬
щадкам.Избыточное давление на глубине z от подошвы фундаментапри hi < 10 м Сп~ 10Л*1,;
при hi > 10 м Сп =■- Kuhu(6.129)(6.130)=«(/?— рб),(6.131)166
где р — среднее давление на грунт по подошве условного массивного фунда¬
мента; а — коэффициент распределения давления в грунте; рб — бытовое
давление в уровне подошвы фундамента (при z=0).Среднее давление на грунт по подошве условного массивного
фундаментаP^HPIFy,	(6.132)тде 1>Р — равнодействующая давлений, передаваемых на грунт по подошве ус¬
ловного массивного фундамента; Fy — площадь подошвы этого фундамента.Если фундамент опирается на водонепроницаемый грунт, то
определяется как сумма внешней вертикальной нагрузки, действу¬
ющей на фундамент, веса всего Фундамента, веса грунта и воды,
находящихся в объеме условного массивного фундамента, и веса
воды над ним. Если фундамент опирается на водопроницаемый
грунт, то подсчет £Р производится с учетом взвешивания тела фун-
дамента и грунта в воде. Этим учитывается то, что при водопрони¬
цаемом грунте давление воды не передается на скелет грунта.Бытовое давление в точке слоя водонепроницаемого грунта 1
равно сумме: а) произведений толщин слоев грунтов, расположен¬
ных над рассматриваемым слоем, на их объемные веса (с учетом
взвешивания); б) произведения .объемного веса рассматриваемого
слоя грунта (без учета взвешивания) на разность отметок кровли
этого слоя и точки, в которой определяется давление: в) произве¬
дения разности отметок горизонта воды и кровли рассматриваемого
слоя на объемный вес воды.Бытовое давление в точке слоя водопроницаемого грунта рав¬
но сумме произведений объемных весов грунта для слоев, распо¬
ложенных над этой точкой, на толщины этих слоев; при этом объ¬
емные веса находящихся в воде водопроницаемых и водонепрони¬
цаемых грунтов принимаются с учетом их взвешивания.Значения коэффициента «а распределения давления в грунте
принимают по табл. 5.5 в зависимости от отношений ajb и z/b9 где
а и b—-размеры соответственно большей и меньшей сторон подо¬
швы условного массивного фундамента, a z — глубина, отсчитыва-
емая от подошвы фундамента, на которой определяется избыточ¬
ное давление.Для расчета осадки фундамента активную зону грунта толщи¬
ной fta Делят на горизонтальные слои толщиной не более 0,4 Ь. Если
в пределах активной зоны имеется напластованйе разных грунтов,
то их границы принимают за границы выделенных слоев. Осадку 5
фундамента вычисляют, суммируя деформации отдельных слоев.
Деформацию каждого слоя подсчитывают в предположении, что
избыточное давление pwz в пределах этого слоя грунта постоянно и
равно давлению на глубине г. соответствующей середине толщины
рассматриваемого слоя.1 Предполагается, что непосредственно над кровлей слоя водонепроницаемо¬
го грунта расположен слой водопроницаемого грунта.167
Осадка фундамента•s = 0,8 2 --^Н— ,	(6.133)где ртл — избыточное давление pH.z, вычисленное для середины толщины i-roслоя грунта; Ы и Ei — толщина и модуль деформации t-го слоя грунта.Знак I! в формуле (6.133) означает суммирование по всем сло¬
ям, на которые разбита активная зона грунта.Значение модуля деформации £,• грунта каждого (i-ro) слоя сле¬
дует определять по результатам штамповых испытаний.Определяя осадку фундамента, строят для некоторой толщи
грунта, расположенной ниже подошвы фундамента, эпюры избыточ¬
ных рИ2 и бытовых рбг давлений. Ординаты этих эпюр откладыва¬
ют от вертикали, проходящей через центр тяжести подошвы услов¬
ного фундамента, так, чтобы одна из этих эпюр, например эпюра
Рбг, была слева от этой вертикали, а эпюра рИ2 — справа. Для то¬
го чтобы найти глубину Ла, определяющую нижнюю границу сжи¬
маемой толщи грунта, удобно с той стороны, на которой построена
эпюра рш, построить эпюру 0,2 рбг (т. е. эпюру, ординаты которой
составляют 20% бытовых давлений). Тогда точка пересечения эпюр
Pm и 0,2 рбг и определит положение нижней границы сжимаемой
толщи грунта.На рис. 6.23, а показаны виды эпюр рк г, Рб * и 0,2 рб г для случая,,
когда сжимаемая толща представляет собой однородный грунт (на-
пример, водопроницаемый), а на рис. 6.23, б — для случая, когда
верхняя часть сжимаемой толщи представляет собой водопрошша-
емый грунт, а нижняя — водонепроницаемый (на границе водопро¬
ницаемого и водонепроницаемого грунтов наблюдается скачок в
эпюре рбг и, как следствие этого, в эпюре 0,2 рб г).Рис. 6.23. Эпюры избыточных и бытовых давлений:/ — подошва условного фундамента; // — эпюра рпг; III — эпюра p6z; /V —эпюра 0,2 рбгг\68
В соответствии с СНиП Н-17-77 изложенная методика опреде¬
ления осадки фундамента, основанная на использовании схемы ли-
нейно-деформируемого полупространства, может быть применена
только при среднем давлении на основание пол подошвой фунда¬
мента, не превышающем некоторой величины. При вычислении
осадки фундамента опоры моста специальной про_вещ<и величины
среднего давления на основание от постоянных нагрузок не требу¬
ется, так как соответствующее требование СНиП П-15-74 автома¬
тически удовлетворяется после необходимых расчетов несущей
способности оснований (в том числе расчета несущей способности
свайного фундамента как условного массивного^.В заключение следует отметить, что при определении осадок
фундаментов русловых опор расчетная поверхность грунта прини¬
мается на отметке дна реки без учета его размыва.6.11.	Особенности расчета свайных фундаментов
на вечномерзлых грунтахСопротивление оттаявших и пластично-мерзлых грунтов пере¬
мещениям свай, оболочек или столбов учитывается так же, как со¬
противление немерзлых грунтов. В соответствии с этим оттаявшие
и пластично-мерзлые грунты рассматриваются как упругая линей-
но-деформируемая среда, характеризуемая коэффициентом посте¬
ли, нарастающим пропорционально глубине. Коэффициенты про¬
порциональности К и Ки, отражающие нарастание с глубиной ко¬
эффициентов постели грунтов, расположенных соответственно на
боковой поверхности сваи, оболочки или столба и под подошвой
оболочки или столба, принимаются как для немерзлых грунтов по
табл. 6.1 в зависимости от вида грунта в оттаявшем состоянии.В связи с тем что обратная засыпка грунта в пазухи котлована
может быть осуществлена мерзлым грунтом, в расчетах свайных
Фундаментов с заглубленной в грунт плитой не рекомендуется учи¬
тывать сопротивление грунта ее перемещениям.При использовании вечномерзлых грунтов основания по прин¬
ципу I сваи, оболочки или столбы принимаются жестко защемлен¬
ными (против продольного и поперечного смещений и поворота)
в сечении, расположенном в твердомерзлом грунте. Выше этого се¬
чения грунт рассматривается как пластично-мерзлый и оттаявший.При использовании вечномерзлых грунтов по принципу I пере¬
мещения фундамента усилия, действующие в поперечных сечениях
свай (оболочек или столбов), давления, передаваемые ими на грунт,
а также гибкость свай могут быть определены по п. 6.1—6.6. При
этом перемещения сваи 6 нн, 6мя = 6нм и 6 мм от единичных уси¬
лий (см. рис. 6.6), а также ее длина сжатия In должны вычислять¬
ся, как для свай, погруженных через толщу нескального грунта и
заделанных в скале.Глубина h заложения сваи в грунте равна расстоянию от рас¬
четной поверхности грунта (при плите фундамента, возвышающей-169
I — уровень жесткой заделки; II — глина; III — песок; IV — суглинокся над грунтом) или от подошвы плиты (при ее заглублении в
грунт) до сечения, в котором свая принимается жестко защемлен-
ной в твердомерзлом грунте:Л= A' +Aht + Kpd,	(6.134)где h' — расстояние от расчетной поверхности грунта или от подошвы плиты до
верхней границы вечной мерзлоты (ВГВМ), принимаемой в уровне расчетной
глубины сезонного оттаивания; A ht—толщина слоя пластично-мерзлого
грунта, равная расстоянию от ВГВМ до наивысшей отметки, ниже которой
грунт при расчетной (максимальной) температуре находится в твердомерз¬
лом состоянии; тср — безразмерный коэффициент; d — толщина (диаметр)
сваи.Значения Дй* и kv определяются в соответствии с мерзлотно¬
грунтовыми условиями участка с использованием графика измене¬
ния расчетных температур /тах по глубине L>Mt отсчитываемой от
ВГВМ (рис. 6.24) *, и значениями температуры f, при которых
грунты переходят в твердомерзлое состояние:tt °СПески		—0,3Супеси		—0,6Суглинки		—1,0Глины . 		—1,5Эти значения даны для грунтов со степенью заполнения пор
льдом и незамерзающей водой 0,8 и засоленностью, не превы¬
шающей 0,1% для песков и 0,25% для глин. Для крупнообломоч¬
ных грунтов значения t° принимаются в зависимости от вида грун¬
та заполнителя.*	Рис. 6.24 соответствует случаю, когда плита фундамента расположена над
расчетной поверхностью грунта.170
В случаях если в неоднородной вечномерзлой толще расчетные
температуры верхних слоев выше, а нижних слоев ниже, чем при¬
веденные значения температуры /°, величина Дht определяется как
расстояние от ВГВМ до кровли первого по глубине слоя, расчет¬
ная температура в котором ниже соответствующего значения t° для
грунтового слоя (см. рис. 6.24, а). При этом значение % принима¬
ется в зависимости от разности Дt° абсолютных величин расчетной
температуры на уровне кровли слоя грунта, удовлетворяющего
указанному условию, и значения температуры, приведенных на
стр. 170 для грунта этого слоя:кр=1	 при А£<0,2°С/ср=0,5	 » 0,2°С^Д*<0,5°С/ср=0	 » 0,5° СВ остальных случаях величина Дht определяется по графику
tmax—f(Lu), как глубина LM, на которой расчетная температура
/шах равна табличному значению температуры для данного вида
грунта (рис. 6.24, б). При этом следует принимать кр=1.Для крупнообломочных грунтов значения /° принимаются в
зависимости от вида грунта заполнителя.При расчетах однорядных фундаментов на нагрузки, действу¬
ющие в плоскости, перпендикулярной к ряду, когда сваи (оболочки
или столбы) заделаны в вечномерзлом грунте, используемом по
принципу I, и имеют приведенную глубину h> 1,5, следует учиты¬
вать, что уменьшение глубины Л, на которой сваи принимаются
жестко защемленными в твердомерзлом грунте [по сравнению с оп¬
ределяемой по формуле (6.131)], может приводить к увеличению
наибольшего изгибающего момента, действующего в поперечном
сечении сваи. Влияние уровня жесткого защемления сваи на вели¬
чину наибольшего изгибающего момента можно не анализировать,
если прочность и трещиностойкость свай рассчитать на наибольшее
из значений изгибающих моментов, полученных по формуле (6.36)
и по формулеЛ*'=	(6.135)асгде ас, Их и М\ —те же величины, что и в формуле (6.36).При использовании грунтов основания по принципу II перемеще¬
ния фундамента, усилия, действующие в поперечных сечениях свай
(оболочек или столбов), давления, передаваемые ими на грунт, а
также гибкость свай следует определять по соответствующим фор¬
мулам (см. п. 6.1 —6.6) в предположении полного оттаивания грун¬
тов основания. При этом в оговоренных ниже случаях должна быть
предусмотрена возможность того, что при временной заделке свай
в мерзлом грунте в их поперечных сечениях могут возникать изги¬
бающие моменты большей величины, чем при полном оттаивании
грунтов основания.В случае расчета однорядного фундамента на нагрузки, дейст¬
вующие в плоскости, перпендикулярной к ряду, наибольший изги¬171
бающий момент, который может возникнуть в поперечном сечении
сваи при ее заделке в мерзлом грунте, определяется по формулеВ случаях когда фундамент промежуточной опоры состоит из
вертикальных свай (оболочек или столбов), опертых на нескальный
грунт, и в направлении действия внешних нагрузок они образуют
один или несколько рядов, то прочность и трещиностойкость свай
необходимо дополнительно проверить на действие внутренних уси¬
лий, полученных для их верхних сечений в результате повторного
расчета фундамента (по формулам, приведенным в п. 6.3 — 6.6)
при длине сжатия сваигде /0 и ас—те же величины, что и в формулах (6.47), (6.48) и (6.135).Повторный расчет можно не выполнять, если фундамент опреде¬
ляется по плоской расчетной схеме и условия прочности и трещино-
стойкости свай удовлетворяются при величинах продольных и по¬
перечных сил в их верхних сечениях, соответствующих длине сжа¬
тия свай, подсчитанной по формуле (6.47) или (6.48), и величине
изгибающего моментагде Я* — действующая на фундамент горизонтальная сила; п — число свай
в фундаменте.В расчете несущей способности основания фундамента следует
проверить выполнение условия (6.15), приняв коэффициент усло¬
вий работы т= 1. При этом несущую способность Ф сваи (оболоч¬
ки или столба) на сжатие в мерзлых грунтах, используемых по
принципу I или II, необходимо определять согласно СНиП Н-18-76.В случаях необходимости проверки выполнения условия (6.16>
несущую способность Фв сваи на выдергивание следует определять:
в мерзлых грунтах, используемы* по принципу I, по выражению,,
учитывающему сопротивление мерзлых грунтов сдвигу по боковой
поверхности сваи в формуле ее несущей способности на сжатие (см.
СНиП П-18-76); в мерзлых грунтах, используемых по принципу II,—
согласно указаниям СНиП II-17-77.При использовани любых вечномерзлых грунтов основания по
принципу I следует в неравенствах (6.15) и (6.16) принимать вес
сваи (оболочки, столба) без учета гидростатического взвешивания*
а при использовании грунтов основания по принципу II — согласна
соответствующим рекомендациям п. 6.1.Проверка несущей способности (по грунту) свайного фундамен¬
та как условного массивного (согласно п. 6.9) выполняется только
при использовании мерзлых грунтов основания по принципу II.Как и при расчетах свайных фундаментов, в немерзлых грунтах
проверяются [с использованием выражения (6.21)] боковые давле¬(6.135).(6.136)(6.137>172
ния, передаваемые сваями, оболочками или столбами на оттаяв¬
шие и пластично-мерзлые грунты. При этом используются расчет*
ные характеристики грунтов, соответствующие их оттаявшему со¬
стоянию.При использовании грунтов основания по принципу I следует
проверить условие прочности заделки столбов (оболочек) в твер¬
домерзлом грунтебМл + 4 Qhh3	т	~2~- <	 Я,	(6.138)ah3	/снгде Мн и Qh — изгибающий момент и поперечная сила в сечении столба, опре¬
деленные по формулам (6.36) и (6.37) для глубины z=h; d и /i3 — диаметр
столба и глубина его заложения в твердомерзлом грунте, считая от уровня
расположения сечения, в котором столб рассматривается жестко защемлен¬
ным (см. рис. 6.24); т и /сн — коэффициенты условий работы и надежности.
Допускается принимать т/кн = 1; R — расчетное сопротивление твердомерзло¬
го грунта в том же уровне. Принимается равным приведенному в СНиП
II-18-76 расчетному давлению мерзлого грунта под подошвой столбчатого
фундамента, соответствующему виду грунта и его температуре в указанном
уровне.Прочность заделки свай в твердомерзлом грунте не проверяется.В случаях, предусмотренных СНиП 11-18-76, следует опреде¬
лять согласно их указаниям осадку фундамента от постоянных на¬
грузок.Особенности расчета свайных фундаментов на вечномерзлых
грунтах должны учитываться и при расчете безростверковых опор
с использованием формул п. 6.8.Г лава 7РАСЧЕТ ФУНДАМЕНТОВ ИЗ ОПУСКНЫХ КОЛОДЦЕВ7.1.	Общие предпосылкиВ конструкции фундаментов мостов опускные колодцы являют¬
ся элементом, воспринимающим нагрузку от надфундаментной час¬
ти опор и передающим ее на окружающий грунт боковой поверх¬
ностью и через нижнюю плиту (подошву фундамента).В период строительства фундаментов колодцы используются в
качестве подвижной крепи глубоких котлованов, разрабатываемых
до проектной отметки. В соответствии с этим фундаменты из опуск¬
ных колодцев рассчитывают только на воздействие нагрузок, воз¬
никающих во время эксплуатации мостов. Сами колодцы рассчитыва¬
ют на воздействие нагрузок в строительный период и проверяют на
нагрузки, воспринимаемые фундаментами при эксплуатации мос¬
тов. Цель расчетов сводится к выявлению необходимых размеров
фундаментов в плане и глубины их заложения в зависимости от ве¬
личины и характера действующих нагрузок и геологических усло¬
вий. Эти расчеты включают в себя: определение напряжений в173
грунтах основания от давления боковой поверхности и подошвы
фундамента, его горизонтальных перемещений в уровне обреза и
осадки, прочности элементов фундамента (колодца, верхней и ниж¬
ней плиты).Расчеты колодцев на строительные нагрузки производят для оп¬
ределения толщины стен и мощности их армирования, обеспечива¬
ющих прочность, необходимую для опускания колодцев на проект¬
ную глубину.В отечественной и зарубежной практике проектирования инже¬
нерных сооружений разного назначения расчеты фундаментов глу¬
бокого заложения, в том числе фундаментов из колодцев (с учетом
их заделки в грунте), производят исходя из разных предпосылок.
В отечественных нормативных документах по проектированию ос¬
нований и фундаментов опор мостов в качестве основной исходной
предпосылки принято допущение о возможности рассматривать
грунт как упругую среду, свойства которой характеризуются коэф¬
фициентом постели, линейно возрастающим по глубине. Подобное
допущение позволяет приближенно оценить количественно харак¬
тер взаимодействия нагруженного фундамента с грунтовым основа¬
нием. Возможность допущения оправдана тем, что грунты по усло¬
виям образования, залегания и механическим свойствам являются
неоднородной средой не только по глубине, но и по простиранию.
При этом показатели механических грунтов одного и того же ос¬
нования могут существенно отличаться. Если учесть еще и несовер¬
шенство методов определения физико-механических свойств грун¬
тов в местах их естественного залегания, то окажется, что погреш¬
ности в определении несущей способности грунтов основания мо¬
гут иногда значительно превышать погрешности, являющиеся ре¬
зультатом несовершенства принятых допущений в расчетах фунда¬
ментов.Возможность характеризовать упругие свойства грунтов коэф¬
фициентом постели при расчетах фундаментов глубокого заложе¬
ния с учетом их заделки проверена экспериментально и подтверж¬
дена длительной практикой проектирования мостов. Поэтому впредь
до разработки других, более совершенных способов рекомендуется
расчеты фундаментов из колодцев выполнять по методике, в кото¬
рой грунт, окружающий фундаменты, рассматривается как упругая
линейно-деформируемая среда, характеризуемая коэффициентом
постели Сг, значение которого для грунтов, окружающих боковую
поверхность фундаментов, определяют по формулеCz=Kz,	(7.1)где /С — коэффициент пропорциональности, характеризующий изменение с глу¬
биной коэффициента постели грунта, расположенного выше подошвы фун¬
дамента, тс/м4. При слоистой толще грунтов принимается приведенное зна¬
чение К; z — глубина от расчетной поверхности грунта до уровня, для кото¬
рого определяется коэффициент постели, м. За расчетную поверхность грун¬
та следует принимать его естественную поверхность, а при срезке грунта
или возможности размыва — поверхность грунта соответственно после срезки
или местного размыва при расчетном паводке.174
Значение коэффициента постели нескального грунта под подо¬
швой фундамента Сп:при h < 10 м Сп = 10 Л"п;	(7.2)при Л"> 10 м Сп = hKnt	(7.3)где h— глубина расположения подошвы фундамента от расчетной поверхности
грунта, м; Кг.— коэффициент пропорциональности грунта, расположенного под
подошвой фундамента, тс/м4.Коэффициент постели скальной породы под подошвой фундамен¬
та Сп принимается для разных глубин расположения подошвы в за¬
висимости от нормативного (среднего арифметического значения)
временного сопротивления образцов скальной породы на одноосное
сжатие в водонасыщенном состояниипри /?”ж= 100 тс/м2 Сп — 3*Ю4 тс/м3;при #сж= 2500 тс/м2 Сп= 1,5-106 тс/м3.Для промежуточных значений Я*ж величина Сп определяется
интерполяцией.Значения коэффициентов пропорциональности К и Кп в расче¬
тах фундаментов мостов из колодцев принимают по табл. 6.1.
Меньшие значения коэффициентов К и Кп в этой таблице соответ¬
ствуют наибольшим величинам показателя консистенции глинистых
грунтов IL и коэффициента пористости песчаных грунтов е9 указан¬
ным в скобках после наименования грунта, а большие значения К
и Кп — соответственно более низким величинам IL и е. Для грунтов
с промежуточными величинами IL и е значения коэффиицентов К
и Кп принимают по интерполяции. Для глинистых грунтов, харак¬
теризуемых консистенцией (по наименованию), а не показателем
консистенции, и для песков средней плотности (по наименованию)
коэффициенты К и Кп принимают равными средним арифметиче¬
ским значениям из указанных в табл. 6.1 пределов соответствую¬
щих величин.Значения коэффициентов К и Кп для плотных песков принима¬
ются на 30% выше приведенных в табл. 6.1.7.2.	Расчеты фундаментовФундаменты рассчитывают на воздействие эксплуатационных
нагрузок. Эти расчеты включают определение:давлений подошвы и боковой поверхности фундамента на грун¬
ты основания (расчеты по несущей способности);осадки и горизонтальных перемещений фундамента;
усилий в конструкции колодца, верхней и нижней плит.
Определение давлений фундамента на грунт. Давления на не¬
скальный грунт подошвы и боковой поверхности фундамента
(рис. 7.1) определяют от расчетных нагрузок. Полученные данные175
сопоставляют с соответствующи¬
ми расчетными значениями сопро¬
тивления грунтов.Давление боковой поверхно¬
сти фундамента на грунт прини¬
мают передающимся плоской гра¬
нью, расчетная ширина которой*Р=Кф(6+ I),(7.4)где /c<j, — коэффициент, учитывающий
влияние формы боковой грани фунда¬
мента на величину горизонтального
давления на грунт. Принимается по
рис. 7.2; b — размер горизонтальной
проекции сечения фундамента на пло¬
скость, перпендикулярную к плоскости
действия -внешних нагрузок, м.Рис. 7.1. Расчетная схема
фундаментаНаибольшее ртах, наименьшее
Pmin и среднее рср давления на
грунт под подошвой фундамента, а также горизонтальное давление
передней и задней граней его боковой поверхности на грунт ог и из¬
гибающий момент Мг в поперечном сечении фундамента на глуби¬
не z от расчетной поверхности грунта (см. рис. 7.1) выражаются
формулами:Рmax ш1п —NhCn<fn(7.5)Рср 	NhF1 п= Kz (Zq — z) to;byKz*12(2*o — *),(7.6)(7.7)(7.8)где Nh — нормальная сила в уровне подошвы фундамента, тс; Fn и da — соот¬
ветственно площадь подошвы фундамента и ее размер в плоскости действия
внешних нагрузок, м2; со — угол поворота фундамента вокруг осн, располо¬
женной на глубине z=Zq (при малых значениях угла поворота можно при¬
нимать o)=tg(o), рад; Mi и Н\ — соответственно изгибающий момент и попе¬
речная сила в сечении фундамента на уровне расчетной поверхности грунта,
тс-м и тс.Величина Nh при нескальном основанииNh^Nx + G^-T,	(7.9)при скальномNh = Ni+G+	(7.10)176
Здесь Сф — расчетный вес фундамента (без учета гидростатического взвешива¬
ния), тс; Т — расчетная сила трения грунта о наружную боковую поверх¬
ность фундамента, тс, определяемая по формуле(7.11)где и — периметр поперечного сечения фундамента, м; fi — расчетное сопротив¬
ление /-го слоя грунта на боковой поверхности фундамента, принимаемое
как для забивных свай, погруженных без подмыва и без лидерных скважин,
тс/м2; li — толщина г-го слоя грунта в пределах участка фундамента от его
подошвы до расчетной поверхности грунта, а при наличии у фундамента
уступов — до первого снизу уступа.Значения 2о и со следует определять:при опирании фундамента на нескальный грунт:*0 =bvKh? (4Afi + SHih) + \2Н]C\nJ„
2bpK№ (3Mj + 2H ih)_ 12(3Mi + 2H\h)“ ~ bvK№ + 36 CnJn ’при опирании на скальный грунт (породу):*0= h;_ 12 (Mi +Hlh)bpKhi + 12С„У„ ‘(7.12)(7.13)(7.14)(7.15)Здесь /„ — момент инерции подошвы фундамента относительно оси, перпенди¬
кулярной к плоскости действия нагрузок, м4.Несущую способность основания фундамента из опускного ко¬
лодца считают обеспеченной, если значения ртах и рср [см. формулы
(7.5) и (7.6)] удовлетворяют условиям:Рт ахmRк н(7.16)где R — расчетное сопротивление грунта основания осевому сжатию (см. п. 5.3),
тс/м2; /сн — коэффициент надежности, равный 1,4; т — коэффициент условий
работы, принимается равным 1, кроме следующих случаев, в которых надле¬
жит принимать /и =1,2: фундамент опирается на скальную породу; фундамент
опирается на нескальный грунт и его расчет производится с учетом одной
или нескольких нагрузок и воздействий от торможения, горизонтальных уда¬
ров подвижного состава, давлений ветра и льда, навала судов, изменения
температуры.Рис. 7.2. Зависимость коэффициента /Сф от формы фундамен¬
тов в плане177
Горизонтальные давления боковой поверхности фундамента нагрунт Gz на глубинах z=— и z=h (от расчетной поверхности3грунта) должны удовлетворять условию			(yz tgу -f 0,6 с),	(7.17)cosyгде rji — коэффициент, равный 0,7 в случаях опирания распорных пролетных
строений и равный 1 в остальных случаях; rj2 — коэффициент, учитывающий
долю постоянной нагрузки в суммарной, воспринимаемой фундаментом;Л1П+Л1В	/Т10\*- 4М.+М.-	(7',8>где Ми — момент от внешних постоянных нагрузок в уровне подошвы фунда¬
мента, тс-м; Мв—то же, от временных нагрузок, тс*м; у — расчетное зна¬
чение удельного веса грунта с учетом гидростатического взвешивания, тс/м3;
Ф и с — расчетные значения угла внутреннего тренья и удельного сцепления<РН	снгрунта, которые рекомендуется принимать: <¥> = —p-j—	с =	»111	i wгде фн и си — нормативные значения угла внутреннего трения и сцепления
грунта, град и тс/м2.При наличии нескольких слоев грунта с разными ф, с и \ прини¬
мают средневзвешенное значение в пределах участка эпюры дав¬
лений одного знака.Если горизонтальные давления gz на грунт не удовлетворяют ус¬
ловию (7.17), но при этом недоиспользована несущая способность
грунтов под подошвой фундамента, а перемещение верха фундамен¬
та (опоры) меньше предельно допустимого, расчет фундамента
следует повторить при уменьшенном значении коэффициента про¬
порциональности /С. При новом значении этого коэффициента не¬
обходимо проверить несущую способность грунтов, перемещение
верха фундамента, а также выполнение условия (7.17).Расчеты горизонтального смещения верха и осадки фундамента-
Горизонтальное смещение верха фундаментаа• = а>(;г0 -f /ф),	(7.19)где /ф — расстояние от расчетной поверхности грунта до верха фундамента, м.Осадки фундаментов глубокого заложения любого типа, в том
числе из опускных колодцев и свайные определяют по (единому)
методу послойного суммирования осадок отдельных слоев (в пре¬
делах сжимаемой толщи основания), обжатых дополнительным к
природному давлению. По этому методу для каждого слоя вычис¬
ляют среднее значение дополнительного давления, передаваемого
на грунт фундаментом от воздействия нормативных нагрузок. Слои
рассматривают в пределах некоторой ограниченной сжимаемой
толщи грунтов основания под фундаментом, называемой активной178
зоной. Ниже этой зоны сжатие грунтов не учитывают вследствие
его незначительной величины.Ввиду общности метода осадки фундаментов из опускных ко¬
лодцев следует рассчитывать, пользуясь рекомендациями гл. 6 по
расчету фундаментов из свай, оболочек или столбов. Необходимые
для расчета осадки размеры подошвы фундамента из колодца в
плане принимают с учетом увеличения (за счет сил трения грунтао боковую поверхность фундамента) на2htg ^ср ,где фСр — средне¬
взвешенное значение расчетных углов внутреннего трения грунтов,
прорезаемых фундаментом. Для фундамента с уступами влияние
сил трения грунтов на увеличение расчетных размеров подошвы
фундамента учитывают только в пределах высоты нижнего усту¬
па (см. рис. 5.1).Определение усилий в конструкции фундамента. Усилия, воз¬
никающие в конструкции фундамента, определяют от воздействия
расчетных нагрузок.При расчете прочности фундамента из колодца, полости которо¬
го имеют сплошное бетонное заполнение, ограничиваются опреде¬
лением изгибающего момента Мг и нормальной силы N, вызыва¬
ющих появление нормальных напряжений в поперечных сечениях
фундамента.Фундамент из колодца, не заполняемого бетоном, дополнитель¬
но рассчитывают на односторонний горизонтальный отпор грунта
<Tz, под воздействием которого возникают изгибающие моменты Му
в стенках колодца.Момент Мг в сечении фундамента на глубине z от расчетной по¬
верхности грунта при действии момента М\ и горизонтальной силы
Hi можно определить из выражения:Mz=Mi + z |я! -0>. Ьр^г—(2г0 — 2r)J.	(7.20)Максимальный момент действует на глубине zm, которую мож¬
но определить, взяв первую производную от указанного выражения
и приравняв ее равной нулю. Решая полученное уравнение, опре¬
деляют значение zmj затем, подставив его в исходное выражение,
определяют Л12тах. По найденному значению момента Mzmax и рас¬
четной величине нормальной силы в рассматриваемом сечении оп¬
ределяют напряжения.Изгибающие моменты Му и нормальной силы N, действующие в
горизонтальной плоскости, определяют для участков колодца, на¬
ходящегося в пределах эпюры с2, выделенных двумя поперечными
плоскостями, расположенными на расстоянии 1—2 м по высоте ко¬
лодца. Для колодцев прямоугольной в плане формы в качестве рас¬
четной схемы для каждого из выделенных участков принимают зам¬
кнутую горизонтально расположенную раму, нагруженную со сто¬
роны отпора грунта равномерно распределенной нагрузкой gz, а с
боков — активным давлением грунта. Одностороннее давление грун¬
та (отпор) уравновешивается разностью касательных напряжений,179
действующих в горизонтальных плоскостях, ограничивающих раму
сверху и снизу.Для определения усилий в полых круглых колодцах-оболочках
с достаточной для практики точностью можно воспользоваться ме¬
тодикой, освещенной в гл. 6 применительно к расчету радиальных
сечений полых оболочек.7.3.	Расчет опускных колодцевКолодцы рассчитывают на воздействие нагрузок, возникающих
в строительный период. Цель расчетов сводится к назначению мини¬
мально допустимой толщины стен и их армирования, при которых
обеспечивается возможность погружения колодцев принятым спо¬
собом до проектной отметки и необходимая их прочность на всех
стадиях изготовления и опускания в грунт. Результаты этих расче¬
тов являются определяющими для колодцев, у которых после окон¬
чания погружения в грунт полость заполняют бетоном или утолща¬
ют стены. Если фундаменты запроектированы из полых колодцев,
то дополнительно к расчетам на воздействие нагрузок строительно¬
го периода проверяют прочность стен колодцев на действие нагру¬
зок, воспринимаемых фундаментом при эксплуатации мостов.В период изготовления и опускания в грунт на каждый колодец
действуют его собственный вес, горизонтальное давление грунта и
воды, силы трения о грунт боковой поверхности колодца.Расчеты колодца на строительные нагрузки включают проверки:
достаточности веса колодца для его опускания в грунт; прочности
стен колодца на разрыв; прочности первой секции колодца на из¬
гиб в вертикальной плоскости; прочности стен колодца на изгиб в
горизонтальной плоскости; прочности ножа на изгиб под действи¬
ем горизонтальных нагрузок; условий, исключающих возможность
всплытия колодца после устройства нижней водозащитной подушки
и откачки воды из его полости (для устройства днища).В расчетах колодцев на строительные нагрузки значения коэф¬
фициентов перегрузки рекомендуется применять для нормативных
значений объемного веса материала колодцев и горизонтального
давления грунта на их боковую поверхность, а также гидростатиче¬
ского давления грунтовых вод на стены (горизонтальное) и на дни¬
ще колодцев (вертикальное) — 1,1(0,9): горизонтального давления
тиксотропного раствора—1,2(0,8); сил трения грунта при опуска¬
нии колодцев—1,1, а при всплытии 1; горизонтального давления
грунта от пригрузки поверхности призмы обрушения строительны¬
ми механизмами или отвалами грунта— 1,1. Большее или меньшее
значение коэффициента перегрузки принимают в зависимости от
того, при каком значении получается наиболее невыгодное суммар¬
ное расчетное воздействие нагрузки на колодец.Нормативное значение веса колодца G” следует определять,
приняв объемный вес железобетонных или бетонных колодцев со180
стенами толщиной 0,3 м и более 2,4 тс/м3, а при меньшей толщине —
2,5 тс/м3.Нормативные значения горизонтального давления несвязного
грунта на 1 м периметра колодца на рассматриваемой глубине ztg ^45°— JL- ) ,	(7.2J )связного грунтаtf=Y?*tg2 ^45°--^_)-2ctg(45°--^_j.	(7.22)Здесь y£—нормативное значение объемного веса грунта, тс/м3, а для водона¬
сыщенных грунтов с учетом гидростатического взвешивания; срн — нор¬
мативное значение угла внутреннего трения грунтов, окружающих коло¬
дец, град.Объемный вес грунта с учетом взвешивающего действия водыу1* — VйY"3B= * В .	(7.23)1 + егде Y$ —нормативное значение удельного веса грунта, принимаемое в среднем
2,7—2,7 тс/м3; Y* —нормативное значение удельного вес.а воды, равное1	тс/м3; е — коэффициент пористости грунта природного сложения.Нормативное значение горизонтального гидростатического дав¬
ления тиксотропного раствора, действующего в зоне тиксотропной
рубашки,=	(7.24)где Yt — нормативное значение объемного веса тиксотропного раствора, тс/м3;
Н — глубина до рассматриваемого сечения колодца, м.Нормативное значение сил трения грунтов о боковую поверх¬
ность опускаемого колодца, в том числе и о поверхность ножа,/ = лТ” = т 2 /" hiui>	(7.25)1где т — коэффициент условий работы, принимаемый равным 1 в расчетах опус¬
кания колодца и 0,5 — всплытия; /J — нормативное сопротивление трению
<‘-го слоя грунта о боковую поверхность колодца, тс/м2, определяемое по гра¬
фикам рис. 7.3 и 7.4; hiUi — высота и наружный периметр i-й части колодца.Если колодец опускают в тиксотропной рубашке, трение учиты¬
вают только в пределах нижней его части до уступа, на котором
расположен уплотнитель, препятствующий прорыву раствора под
нож (в полость колодца). В случае использования глинистого уп¬
лотнителя его нормативное сопротивление трения об окружающий
грунт принимают равным 2 тс/м2.181
В приводимых дальше проверках изложена методика опреде¬
ления расчетных значений продольных и поперечных сил и изгиба¬
ющих моментов в стенах колодца, возникающих в процессе его из¬
готовления и опускания на проектную глубину. По вычисленным
значениям усилий производят расчет прочности стен колодца и под¬
бор арматуры по методике расчета бетонных и железобетонных
конструкций, принятой в СНиПе по проектированию бетонных и
железобетонных конструкций.Проверка достаточности веса колодца для его опускания. Для
успешного опускания колодца под воздействием его собственного
веса G” а при необходимости и дополнительной пригрузкиб”р,
требуется обеспечить выполнение условия__о^;+_д> >.Д	,7ЭДи г;+ ¾где Г"— силы трения о боковую поверхность колодца, тс/м2; Ru — силы со¬
противления грунта вдавливанию ножа колодца, тс; 0,9; 1; 1,1—значения
коэффициентов перегрузки.Расчет следует производить для случая опускания колодца на
проектную глубину. Если колодец опускают без удаления из его
полости воды, то его вес определяют с учетом гидростатического
взвешивания.Всегда стремятся опускать колодцы, как правило, без дополни¬
тельной пригрузки. Чтобы облегчить опускание колодцев, рекомен-Рис. 7.3. Зависимость предельного (среднего) значения силы трения ft песчаных
грунтов от заглубления колодцев h:I — пески гравелистые крупные и средние прн е<0,55; 2 — то же, при 0,55<е<:0,7; 3 —
то же, при е>0,7; пески мелкие при 0,6<1е<0,75; пески пылеватые при 0,6<е<0,8;
4 — пески мелкие при 00,75; пески пылеватые при 00,8Рис. 7.4. Зависимость предельного (среднего) значения силы трения fi глинистых
грунтов от заглубления колодцев h:J — глины при /^<0,5 и суглинки при /£<0.25; 2 — супеси, суглинки при 0,250,75
и глины прн /^>0,5; 3 — илы, суглинки при /^>0,75182
дуется грунт разрабатывать
до уровня кромки ножа или не¬
сколько ниже. В этом случае
устраняется препятствующая
опусканию колодца сила сопро¬
тивления грунта вдавливанию
ножа Ян. После исключения
Сир и Rn условие (7.26) при¬
нимает видЕсли проектом предусмот- Рис. 7.5. К расчету прочности стен
рено опускание колодцев с при- колодца на разрыв
нятием мер по уменьшению силтрения грунта, то приведенные на графиках (см. рис. 7.3 и 7.4)
значения сил трения рекомендуется уменьшить на 25% при исполь¬
зовании гидравлических или гидропневматических подмывных
устройств и полностью исключить в пределах площади боковой по¬
верхности колодца при тиксотропной рубашке или избыточном
давлении воды. В этих случаях силу трения учитывают только на
части поверхности опускаемого колодца, которая не соприкасается
с тиксотропным раствором или водой.Во всех случаях необходимо стремиться обеспечить нормальное
опускание колодцев согласно условию (7.26) за счет применения
пригрузки, подмыва, тиксотропной рубашки или избыточного дав¬
ления воды. Утолщение стен колодцев, если не требуется по усло¬
виям расчета их на эксплуатационные нагрузки, применяют в ис¬
ключительных условиях, когда перечисленные выше способы облег¬
чения опускания колодцев в конкретных местных условиях окажут¬
ся невозможными или экономически нецелесообразными.Проверка стен колодца на разрыв. Вертикально направленные
растягивающие усилия в стенах колодца могут возникнуть в случае
его зависания в результате зажатия верхней части грунтом. Если
предположить, что колодец зажат в пределах верхнего слоя грун¬
та (рис. 7.5), имеющего толщину h\9 то нижняя часть высотой h2y
лишенная возможности опирания на грунт, будет стремиться под
действием собственного веса оторваться от верхней. При этом силы
трения грунта о боковую поверхность нижней части колодца будут
противодействовать ее опусканию.Наибольшее растягивающее усилие в сечении колодца, располо¬
женном в зоне контакта двух слоев,где и —■ периметр колодца, м; f\ и f2 — средние нормативные значения сил тре¬
ния слоев грунта, расположенных в пределах верхней и нижней частей ко¬
лодца, тс/м2; Qh — вес 1 м колодца по высоте, тс/м.Для расчетов условно принимают h^0,35h, /г2^0,65Л.5 = hx (ufx — qh) — h2 (qh — uf2)183
В связи с условностью расчета не вводят коэффициентов пере-
трузки в значения собственного веса колодца и сил трения грунтао	его боковую поверхность.По вычисленному усилию S рассчитывают арматуру, которую
размещают равномерно по периметру стен; сопротивление бетона
разрыву не учитывают из-за низкой прочности бетона на растяже¬
ние в швах бетонирования между секциями.Расчет на изгиб первой секции колодца. Первую (ножевую) сек¬
цию сооружают на подкладках, которые удаляют перед погруже¬
нием колодца. Удаляемые в последнюю очередь фиксированные
подкладки в зонах опирания располагают таким образом, чтобы
изгибающие моменты от собственного веса колодца в сечениях над
подкладками и в середине пролета были примерно равны.Если колодец опускают с водоотливом и можно обеспечить опи-
рание его на грунт по всему периметру или в зонах расположения
фиксированных подкладок, ограничиваются расчетом первой сек¬
ции по схеме двухконсольной балки, опертой на такие подкладки.Для колодцев, погружаемых без водоотлива, рассматривают до¬
полнительно два наиболее невыгодных случая опирания первой сек¬
ции колодца, которые могут быть в результате неравномерной раз¬
работки грунта. В первом случае секцию колодца рассчитывают по
схеме балки на двух опорах пролетом а (рис. 7.6, а), во втором —
как консольную балку, опертую в середине длины (рис. 7.6, б).
В этих двух случаях полученные расчетом моменты и поперечные
силы умножают на обобщенный коэффициент перегрузки 1,2, учи¬
тывающий также и невозможность постоянного контроля за поло¬
жением зон опирания.В качестве расчетных принимают наибольшие значения изгиба¬
ющего момента и поперечной силы, полученные по одной из трех
рассмотренных схем.При недостаточной прочности стен первой секции колодца уве¬
личивают их высоту или устанавливают более мощную горизон¬
тальную арматуру.111 П И 11111 и 11111 и 1111III и i 1 п 11111111TT1
3nM^DU^ГТ1f 1!! 11111 f 111 I 11 1111:1! M 11111ITTTI3nMРис. 7.6. К расчету прочности стен колодца на изгиб в вертикальной плоскости:
а — онирание в плоскости поперечных стен; б —- опирание в середине продольных стен184
Расчет стен колодца на из¬
гиб в горизонтальной плоско¬
сти. Расчет производят для
наиболее невыгодного случая,
когда колодец погружен до
проектной отметки и снаружи
на него действует горизонталь¬
ное давление воды и грунта
р = р*+рг или тиксотропной
жидкости (рис. 7.7). Если коло¬
дец опускают без водоотлива,
то давление воды изнутри ко¬
лодца учитывают только в раз¬
мере 50% от гидростатического,
так как не исключена возмож¬
ность понижения уровня водц
в полости колодца при разра¬
ботке грунта гидроэлеватора¬
ми или эрлифтами.К расчету принимают уча¬
сток стены над консолью (но¬
жом) высотой, равной толщине
стены. Условно считают, что
этот участок воспринимает так¬
же нагрузку, приходящуюся на нож (см. рис. 7.8). Выделенный уча¬
сток стены рассчитывают по схеме рамы, на которую действует
снаружи равномерно распределенная нагрузка интенсивностьюР1 + Р2Рис. 7.7. К расчету прочности стек
колодца на изгиб в горизонтальной
плоскостиР = я(Лн + *).Продольные усилия и изгибающие моменты в такой раме опре¬
деляют, пользуясь методами строительной механики.Расчет вышележащих участков стен колодца производят ана¬
логично. По высоте колодец делят на зоны высотой 2—3 м. В каж¬
дой зоне выделяют участок высотой 1 м, в пределах которого дав¬
ление грунта и воды принимают постоянным, равным наибольшему
давлению у нижней границы зоны. Всю зону армируют так же, как
и расчетный участок.Расчет ножа (консоли) на изгиб. Нож (консоль) рассчитывают
применительно к трем случаям его работы.Первый случай работы соответствует стадии сооружения ниж¬
ней секции колодца, нож которой бетонируют в траншее или на от¬
сыпанной из грунта призме (рис. 7.8, а). Нож рассчитывают (на
длине 1 м периметра колодца) на действие вертикальных и горизон¬
тальных составляющих реактивного давления грунта. Вертикальные
составляющие У\ и V2 от веса колодца на длине 1 м периметра:Vi = V2] 0,5^2V2 = VS22Bi + В2( 7.28)185
а) хif)	SSеЛ szSi вгРис. 7.8. К расчету ножа (консоли) на изгиб в горизонтальной плоскости
Горизонтальная составляющая нагрузки на нож•где а — угол наклона скоса ножа к горизонту; фы — нормативное значение угла
внутреннего трения грунта на контакте с наклонной поверхностью ножа,Второй случай соответствует погружению колодца наполовину
проектной глубины, после чего его наращивают очередной секцией
высотой 4—6 м. Нож, врезанный в грунт на 1 м, под действием ре¬
активного давления грунта отгибается в наружную сторону колод¬
ца (рис. 7.8, б). Рассчитывают участок ножа, равный 1 м по длине
его периметра.Суммарное давление воды и грунта принимают не более 70%
гидростатического давления. Силу трения tu определяют для рас¬
четного участка консоли.Вертикальная составляющая реакции грунтагде <7и — вес кладки рассматриваемого участка длиной 1 м периметра ножа,
тс/м. Высота участка равна половине проектного заглубления колодца в грунт
плюс высота очередной секции (вес следует вычислить с коэффициентом пе¬
регрузки 1,1, а при опускании без водоотлива и с учетом взвешивания в во¬
де); tu—силы трения грунта по боковой поверхности колодца, тс/м, с ко¬
эффициентом перегрузки 0,9.Величина V=qu—tu состоит из составляющих V\ и V2* которые
распределяются пропорционально площадям частей эпюры реак¬
тивных давлений под банкеткой и скошенной частью ножа. Эпюра
принята в виде трапеции. Вертикальная составляющая нормально¬
го давления, действующая на скос ножа,H=V2tg(a — у"),(7. 29)град.V — Q а — tu,(7.30)(7* 31)т
Горизонтальная составляющая давления грунта на скошенную
часть ножаH =	(7.32)где а — угол наклона внутренней поверхности ножа к горизонту; срн — норма¬
тивное значение угла внутреннего трения грунта, град.Силу Я считают приложенной на высоте 0,33 м от уровня бан¬
кетки.Третий случай соответствует заглублению колодца до проектной
отметки, когда из-под ножа убран грунт в пределах зон опирания
и колодец опускается в проектное положение, но нож еще не кос¬
нулся грунта по всему его периметру.Под действием наружного давления грунта и воды нож изгиба¬
ется внутрь колодца (рис. 7.8, в). Горизонтальное давление на нож
зависит от условий разработки грунта. Если грунт разрабатывают
с водоотливом, то давление воды в водопроницаемых грунтах учи¬
тывают полностью, а в водонепроницаемых грунтах — в размере
70% гидростатического. При погружении колодца без водоотлива
давление воды снаружи учитывают полностью, а изнутри колодца
в размере 50% гидростатического. Давление на 1 м периметра ко¬
лодца на рассматриваемой глубине z будет суммироваться из дав*
лений грунта и воды.К расчету принимают наибольшее значение давления грунта, вы¬
численное при объемном весе грунта с коэффициентом иерегрузки
1,1 и нормативном значении угла внутреннего трения.Кроме горизонтального давления, по наружной поверхности но¬
жа проявляется влияние силы трения грунта tu, удерживающей ко¬
лодец от опускания при выбранном из-под банкетки грунте:^ = Prtg?H.	(7.33)где фн — нормативное значение угла внутреннего трения грунта, град.Проверка колодца на всплытие. После опускания колодца до
проектной отметки и устройства подушки в осушенной полости
возможно всплытие колодца под воздействием давления грунтовых
вод. На всплытие колодец проверяют по формуле0,9G”-b0f5r”——			> 1,20.	(7.34)1»1 ^bYb^кгде G” — вес колодца с подушкой, тс ; Г” — трение грунта о боковую поверх¬
ность колодца, тс; hB — расстояние от низа подушки до уровня грунтовых
(поверхностных) вод, м; ув — удельный вес воды, тс/м3; FK — площадь ко¬
лодца по наружной кромке ножа, м2.Если в результате проверки на всплытие колодца, опускаемого
с использованием тиксотропной жидкости, его вес оказывается
недостаточным, следует предусматривать замену этой жидкости
Цементно-песчаным раствором, после чего в расчете может быть
принята удельная сила трения, равная 4 тс/м2.187'
Глава 8ПРОЕКТИРОВАНИЕ ФУНДАМЕНТОВ НА ВЕЧНОМЕРЗЛЫХ ГРУНТАХ3.1.	Характеристики и принципы использования грунтовВечномерзлыми называют грунты, сохраняющиеся в мерзлом
состоянии в течение многих лет. Такие грунты распространены
на значительных территориях СССР, Канады, Аляски, Антарктиды
и занимают около четвертой части всей суши планеты. В СССР
они занимают около 49% территории страны, преимущественно
в северных и северо-восточных ее районах, где залегают сплош¬
ным массивом на глубину до 500 м, а местами и более. Южнее
этих районов мощность толщи вечномерзлых грунтов уменьша¬
ется, в отдельных местах появляются острова талых грунтов
(талики). Встречаются мерзлые грунты с талыми прослойками,
а также в виде отдельных островков или линз, окруженных та-
-лым грунтом-Мерзлые грунты по их состоянию подразделяют на твердо¬
мерзлые, пластично-мерзлые и сыпучемерзлые. Твердомерзлыми
называют песчаные и глинистые грунты, прочно сцементирован¬
ные льдом. Такие грунты характеризуются относительно хрупким
разрушением и практически несжимаемы под воздействием нагру¬
зок от сооружений. Твердомерзлое состояние грунтов наступает
при температурах ниже —0,3° С для мелких пылеватых песков,
—0,6° С для супесей, —1°С для суглинков и —1,5° С для глин.
При более высоких температурах (но ниже 0°), когда в порах
грунтов сохраняется еще много незамерзшей воды, мерзлые грун¬
ты обладают вязкопластичными свойствами и заметно деформи¬
руются под нагрузками от сооружений. Такие грунты называют
пластично-мерзлыми. Если грунты с отрицательной температурой
из-за малой влажности не сцементированы льдом, как, например,
почти сухие пески и крупнообломочные грунты, то такие грунты
называют сыпучемерзлыми.Количество воды, превратившейся в лед, зависит от вида
грунта и величины отрицательной температуры. В чистых песках
вода замерзает почти полностью при 0°С; не замерзает только
0,2—2% воды. В глинистых грунтах вода замерзает, проходя не¬
сколько стадий. Сначала от —0,2 до —0,4° С для глин пластичной
консистенции и от —0,6 до —1,2° С для глин твердой консистен-
лии в лед превращается только свободная вода; при дальнейшем
понижении температуры до —20° С, а для некоторых глин до
—30° С замерзает слабосвязная вода. Прочносвязная (на уровне
молекулярных связей) вода замерзает еще при более низких тем¬
пературах.Обычно в мерзлых глинистых грунтах всегда содержится неза¬
мерзшая вода в количестве от 5 до 40% в зависимости от темпе¬
ратуры, которую имеет грунт.188
В процессе замерзания грунтов их влажность изменяется
вследствие подсоса воды замерзающими слоями. Это явление,
называемое миграцией влаги, приводит к переувлажнению верх¬
них слоев и как следствие к пучению многих грунтов. Последнее
объясняется особенностью взаимодействия с мелкими частицами
грунта воды, которая при замерзании увеличивается в объеме
до 9%.Пучению подвержены глинистые, мелкие и пылеватые песча¬
ные грунты, а также крупнообломочные, содержащие частицы
размером менее 0,1 мм в количестве 10% и более по массе или
свыше 3% частиц размером менее 0,02 мм. Увеличение объема
таких водонасыщенных грунтов при их замерзании может дости¬
гать десятков процентов. Вследствие этого происходит вспучива¬
ние (поднятие) поверхности грунтов. Если свободному выпучива¬
нию препятствуют фундаменты, прорезающие сезонно промерза¬
ющий слой и заделанные в нижележащую толщу грунтов, то на
контакте промерзающего слоя с боковой поверхностью фунда¬
ментов возникают касательные силы морозного пучения, стремя¬
щиеся выдернуть (приподнять) фундаменты.По данным отечественных и зарубежных исследований вели¬
чина касательных сил морозного пучения в зависимости от свойств
грунтов, степени их влажности и глубины промерзания изменя¬
ется от 0,6 до 2 кгс/см2, а в отдельных случаях до 3 кгс/см2.Меньшие значения касательных. сил выпучивания соответству¬
ют условиям постройки фундаментов зданий и сооружений, возво¬
димых на маловлажных грунтах, более высокие — для сооруже¬
ний, возводимых в местах большего увлажнения грунтов.Основные свойства мерзлых грунтов зависят главным образом
от характера ледяных связей между минеральными частицами.
Количество и температура замерзшей воды оказывают решаю¬
щее влияние на прочность, деформируемость, теплоемкость и дру¬
гие физико-механические характеристики мерзлых грунтов. На¬
пример, при повышении температуры от —4 до —0,3° С расчет¬
ные сопротивления мерзлых грунтов разных видов уменьшаются
в 2—5 раз. Сыпучемерзлые грунты и монолитные скальные по¬
роды вследствие их малой влажности почти не меняют показатели
механических свойств при повышении отрицательной температуры
вплоть до перехода к положительной.Температура вечномерзлых грунтов в основаниях может повы¬
шаться вследствие изменения климатических условий, сезонных
колебаний температуры воздуха, теплового влияния фундаментов,
нарушения природных условий в период производства работ. Воз¬
можное повышение температуры вечномерзлых грунтов, связанное
с естественными изменениями климата и геологическими процес¬
сами, происходит весьма медленно и поэтому при проектировании
и строительстве фундаментов не учитывается.Сезонные колебания температуры воздуха оказывают сущест¬
венное влияние на ежегодные изменения температуры вечномерз¬
лых грунтов примерно до глубины 10 м. На этой глубине и ниже189
температура мерзлых грунтов почти не изменяется в течение всего
года. Поэтому ее принимают за среднегодовую и определяют рас¬
четом по данным инженерных изысканий (с учетом теплового
влияния фундаментов построенного сооружения на температуру
вечномерзлых грунтов).Наиболее значительное повышение температуры вечномерзлых
грунтов и связанное с ним увеличение глубины их оттаивания
происходит в местах повреждения или полного удаления расти¬
тельного покрова, особенно в местах, где в естественных условиях
мерзлые грунты залегали неглубоко от поверхности, например на
маревых участках.Если в результате значительного повышения температуры про¬
исходит увеличение глубины сезонного оттаивания сильнольдистых
вечномерзлых грунтов или включений подземного льда по сравне¬
нию со средней многолетней, то образуются провальные впадины
рельефа различной формы, большей частью заполненные водой,
называемые термокарстом.В районах залегания вечномерзлых грунтов нередко встреча¬
ются грунтовые воды, которые подразделяют: на надмерзлотные,
находящиеся в толще немерзлого грунта, расположенного на по¬
верхности вечномерзлых грунтов; на межмерзлотные, движущиеся
по талым слоям в толще вечномерзлых грунтов; на подмерзлот-
ные, находящиеся ниже толщи таких грунтов.В местах уменьшения живого сечения потока надмерзлотных
или поверхностных вод при сезонном их промерзании в ряде слу¬
чаев образуются наледи.Все перечисленные выше характерные особенности вечномерз¬
лых грунтов требуется учитывать при проектировании и строи¬
тельстве сооружений разного назначения, включая мосты.Подлежащие возведению на вечномерзлых грунтах фундамен¬
ты сооружений необходимо проектировать на основе результатов-
инженерно-геокриологических (инженерно-геологических, мерз¬
лотных и гидрогеологических) изысканий и исследований, выпол¬
ненных в соответствии с требованиями действующих СНиПов,
государственных стандартов и других нормативных документов
по инженерным изысканиям и исследованиям грунтов для строи¬
тельных целей при обязательном учете особенностей конструкций
и условий эксплуатации проектируемых сооружений, в том числе:
теплового и механического взаимодействия сооружений с грунта¬
ми основания; размеров, вида конструкций и режима эксплуата¬
ции сооружений; действующих на фундаменты нагрузок.Материалы инженерно-геокриологических изысканий должны
включать:данные, характеризующие инженерно-геокриологические усло¬
вия строительной площадки (распространение по площади и глу¬
бину залегания вечномерзлых грунтов, характер напластования и
температурный режим грунтов, толщину слоя сезонного оттаива¬
ния и промерзания, сведения о климатических условиях района
строительства, о характере включений, режиме грунтовых вод,190
солифлюкционно-оползневых образованиях, термокарстах и др.);результаты полевых и лабораторных исследований и испыта¬
ний грунтов, отражающие литологические типы, криогенное строе¬
ние, физические и механический свойства в талом и мерзлом со¬
стояниях (для грунтов: объемный вес, влажность, льдистость,
просадочность при оттаивании, угол внутреннего трения, сцепле¬
ние, теплоемкость, коэффициент теплопроводности; для скальных
пород: степень выветрелости и трещиноватости, временное сопро¬
тивление на одноосное сжатие, коэффициент размягчаемости в
воде);исходные данные, необходимые для прогнозирования возмож¬
ных изменений мерзлотных и гидрогеологических условий строи¬
тельной площадки (в дополнение к перечисленным данным сведе¬
ния о продолжительности периодов и величинах положительных и
отрицательных температур воздуха, толщине снежного покрова,
мохорастительном покрове);исходные данные и требования, необходимые для разработки
мероприятий по охране окружающей природной среды, подлежа¬
щих включению в проект сооружения, а также в проект органи¬
зации и производства строительных работ (с целью обеспечения
максимальной сохранности мохорастительного покрова, деревьев,
кустарников, минимальных нарушений естественных условий про¬
текания водотоков).Б период полевых изысканий должны быть собраны сведения
о наличии наледей и оценена возможность их образования в ме¬
стах постройки сооружений, данные о паводках, проходящих по
руслу, покрытому льдом.В комплекс изысканий необходимо включать результаты ана¬
лиза опубликованных сведений и имеющихся материалов ранее
проведенных изысканий и обследований мерзлотно-грунтовых
условий интересующего района, а также сведения об опыте строи¬
тельства и эксплуатации аналогичных сооружений в подобных
условиях.Номенклатуру грунтов оснований в описаниях результатов
изысканий и в проектах фундаментов принимают согласно указа¬
ниям СНиПа по проектированию оснований зданий и сооружений,
а специфические характеристики вечномерзлых грунтов — соглас¬
но СНиПу по проектированию оснований и фундаментов на
вечномерзлых грунтах.При проектировании и строительстве фундаментов сооруже¬
ний ориентируются на два характерных состояния вечномерзлых
грунтов: мерзлое и немерзлое. В связи с этим различают два
принципа использования вечномерзлых грунтов в качестве осно¬
ваний сооружений, включая мосты: принцип I — грунты основания
используются в мерзлом состоянии, сохраняемом в процессе
строительства и в течение всего заданного периода эксплуатации
сооружения; принцип II — грунты основания используются в от¬
таивающем (в период эксплуатации сооружения) или в оттаяв*
шем (до начала возведения сооружения) состоянии.191
Принцип использования вечномерзлых грунтов в качестве осно¬
ваний фундаментов выбирают исходя из местных климатических
и инженерно-геокриологических условий, глубины заложения и
особенностей конструкции фундаментов, результатов технико-эко¬
номических расчетов, связанных с выбором оптимального типа
фундаментов.На принцип I ориентируются в случаях, когда имеется обосно¬
ванная необходимыми расчетами уверенность в сохранении мерз¬
лого состояния грунтов в основании фундаментов мостов в тече¬
ние всего периода их эксплуатации, как правило, без применения
охлаждающих установок.В таких случаях охлаждающие установки или каменные об¬
сыпки конусов устоев могут использоваться для предотвраще¬
ния возможности существенного повышения температуры вечно¬
мерзлых грунтов (по сравнению с принятой в расчетах несу¬
щей способностью фундаментов) в период эксплуатации соору¬
жений.Для возможности принятия решения об использовании грунтов
основания по принципу I необходимо в процессе проведения
инженерно-геокриологических изысканий обеспечить получение
достоверных данных о температуре грунтов на глубине 10—12 м
(от естественной поверхности) и о слиянии слоя сезонного оттаи¬
вания с вечномерзлыми грунтами в месте проектируемого соору¬
жения.По принципу II используют вечномерзлые грунты исходя из
условия полного оттаивания независимо от их температуры в пе¬
риод постройки сооружений.По сравнению с фундаментами зданий при проектировании
фундаментов мостов необходимо учитывать влияние: воздействия
на сооружения, кроме вертикальных, значительных горизонталь¬
ных сил от временных подвижных нагрузок и от давления грун¬
та; уменьшения несущей способности оснований вследствие отеп¬
ляющего действия воды на вечномерзлые грунты; увеличения
осадки основания из-за пригрузки его весом высоких подходных
насыпей; возрастания сил морозного пучения грунтов из-за повы¬
шенной влажности грунтов в местах проектируемого возведения
мостов через периодические или постоянные водотоки; возмож¬
ного появления наледей в пределах сооружения; нарушения
устойчивости крутых склонов вследствие проявления оползневых
процессов.Вечномерзлые- грунты в основании фундаментов всех опор
малых мостов должны использоваться по одному принципу.В местах залегания вечномерзлых грунтов с неровной или
наклонной поверхностью фундаменты следует проектировать опи¬
рающимися полностью на мерзлые грунты, используемые по
принципу I или по принципу II, или же на расположенные выше
немерзлые грунты. Не допускается опирать фундаменты частью
на мерзлые, а частью на немерзлые грунты.192
В проектах фундаментов на вечномерзлых грунтах должны
быть указаны характерные инженерно-геокриологические условия
мостового перехода (геологические колонки, температура грун¬
тов, сведения об уровнях поверхностных и грунтовых вод, нале¬
дях и т. п.), а для фундаментов из столбов или свай, кроме того,
способ их погружения, а также условия, при которых разрешается
загружать столбы и сваи после их заглубления в грунт.8.2.	Выбор типа и конструкций фундаментовАнализ опыта строительства в условиях вечной мерзлоты фун¬
даментов разных типов показывает, что применение бетонируемых
на месте конструкций оправдано только при строительстве боль¬
ших мостов. Для массового строительства малых и средних мос¬
тов более экономичны сборные конструкции.Нередко применяемые в настоящее время бетонируемые в
котлованах массивные (мелкого заложения) фундаменты требуют
больших затрат времени и труда на разработку грунтов, устрой¬
ство и разборку ограждений, укладку бетонной смеси и на уход
за ней. Замена бетонируемых в котлованах фундаментов сборны¬
ми конструкциями не может устранить их общего недостатка —
сохранения наиболее трудоемких работ по устройству котлованов
и тщательному заполнению грунтом пазух между фундаментом и
боковой поверхностью котлована.В случае недоброкачественного заполнения таких пазух
(вследствие недостаточного уплотнения укладываемого грунта,
особенно при использовании для этой цели бульдозеров) в них
возможны длительные застои воды и как следствие этого оттаи¬
вание вечномерзлых грунтов и связанное с этим появление непре¬
дусмотренных проектом деформаций фундаментов. Учитывая это
обстоятельство, фундаменты мелкого заложения рекомендуется
проектировать, ориентируясь на использование вечномерзлых
грунтов только по принципу II.Несмотря на отмеченные недостатки, фундаменты мелкого за¬
ложения продолжают применять для мостов, что следует рас¬
сматривать как вынужденное решение на период до создания и
широкого внедрения высокопроизводительного бурового оборудо¬
вания (для устройства скважин большого диаметра в любых
грунтах и скальных породах), необходимого при строительстве
столбчатых фундаментов и опор.Фундаменты мелкого заложения проектируют преимуществен¬
но при глубине заложения до 4 м на непросадочных при оттаи¬
вании крупнообломочных грунтах, гравелистых и крупных песках,
твердых и полутвердых связных грунтах, а также на немерзлых
грунтах и на скальных породах. В этом случае применение таких
фундаментов экономически оправдано, если разработка грунтов
в котлованах механизирована и не требуется устройства крепле¬
ния стен котлованов против обрушения грунтов.7—2057193
При выборе типа фундаментов приходится также учитывать,
что наличие в русловой части мостового перехода массивных фун¬
даментов мелкого заложения или заглубленных в грунт плит
свайных фундаментов и связанное с ними неизбежное нарушение
природного сложения грунтов в период производства земляных:
работ по вскрытию котлованов и последующего заполнения их.
пазух грунтами нарушенного сложения нередко приводит к суще¬
ственному изменению условий протекания подруслового потока и
к появлению наледей там, где их не было до постройки соору¬
жения.Вследствие небольшого заглубления фундаменты мелкого за¬
ложения проектируют в виде анкерной плиты, противодействующей
ее поднятию при морозном пучении грунтов, с рамной надстройкой
для устоев (рис. 8.1, а) и массивной конструкцией для промежу¬
точных опор (рис. 8.1, б), расположенных в русле постоянных
водотоков с ледоходом.В настоящее время лучшими по всем показателям являются
фундаменты из столбов диаметром 0,8 м или свай сечением
0,35 X 0,35 и 0,4 X 0,4 м. При возведении таких фундаментов с
плитой, расположенной над грунтом, отпадает необходимость в
трудоемких и длительных работах по устройству котлованов. Ра¬
боты по сооружению этих фундаментов можно комплексно меха¬
низировать и проводить круглогодично. Конструкция их проще и
расход материалов меньше по сравнению со всеми другими типами
фундаментов.Такие фундаменты более надежны, поскольку столбы и свач
можно погрузить без больших дополнительных затрат так, чтобы
нижняя их чаагь опиралась на прочные или на непросадочные6)Ф Р-
Ф Ф-
зир-Рис. 8.1. Опоры с фундаментом мелкого заложенияРис. 8.2. Опоры со свайным фундаментом194
яри оттаивании грунты, или ^
же заглубить в толщу неоттаи¬
вающих в период эксплуата¬
ции мостов вечномерзлых грун¬
тов.Ввиду несомненных преи¬
муществ фундаменты из свай
или столбов широко применя¬
ют в мостостроении. Свайные
фундаменты применяют пре¬
имущественно в немерзлых
грунтах без твердых включе¬
ний, когда сваи можно забить
без устройства лидерных сква¬
жин. Для средних мостов устои
проектируют с фундаментами,
ллита которых расположена
над естественной поверхностью
грунта (рис. 8.2, а), а проме¬
жуточные опоры в местах на¬
личия ледохода с фундамен¬
тами, имеющими заглубленную в грунт плиту (рис. 8.2, б).Значительно более экономичны безростверковые с в а й ные_у сщи
(рис. 8.3, а) и промежуточные опоры (рис. 8ГЗГ7>Т из куста_свай,
нижняя заглубленная в грунт часть которых является фундамен¬
том, а верхняя, возвышающаяся над грунтом и объединенная
подферменной плитой (на которую опираются пролетные строе¬
ния),— надфундаментной частью опоры.Несмотря на высокую экономичность свайных фундаментов и
опор, они не получили широкого применения в мостах на вечно¬
мерзлых грунтах из-за значительных затрат труда на изготовле¬
ние, транспортирование, заглубление в грунт большого количества
свай (от 4 до 20 для одной опоры) и на бурение скважин.С увеличением размера поперечного сечения свай необходимое
их количество в фундаменте или опоре может быть существенно
уменьшено. В настоящее время оптимальными по техническим
возможностям технологического оббрудованййТ^^Жвиям построй-
ки и эксплуатации мостов признаны железобетонные столбы диа-метром 0,8jvi. С_применением фундаментов и опор	иа_г.аяихстолбов на~~БАМе построено несколько сотен малых и средних
мостов.В дальнейшем по мере совершенствования и повышения мощ¬
ности и производительности технологического оборудования диа¬
метр столбов будет увеличению 1,2—1,6 м.Успешный опы'Г ГГрименешш'^стш^чатых опор подтвердил вы¬
сокую их экономическую эффективность по сравнению с массив¬
ными опорами. На столбчатые опоры требуется в 2—4 раза мень¬
ше бетона, затраты труда сокращаются в z—З раза, сроки работ —
в 1,5—2 раза, объем земляных работ уменьшается в 5—10 раз.\-ф- -й-Ф -Ф-ф|фРис. 8.3. Безростверковые свайные
опоры7*195
а)'Сs)Рис. 8.4. Безростверковые столбчатые опорыСтолбчатые устои (рис. 8.4, а) и промежуточные опоры (рис.8.4,	б) могут применяться в любых инженерно-геокриологических
условиях.На вечномерзлых грунтах, используемых по принципу I, столб¬
чатые конструкции допускается применять для мостов при выпол¬
нении следующих требований:вечномерзлые грунты в районе мостового перехода должны
быть, как правило, сплошными по распространению со сливаю¬
щимся слоем сезонного промерзания;определяемая по результатам изысканий температура на уровне
нулевых годовых амплитуд (на глубине 10 м от поверхности
грунтов) должна быть не выше минус 2° С для незасоленных
связных грунтов в зоне заделки столбов и не выше минус 1,5° С
для незасоленных несвязных грунтов;предусмотренные проектом специальные мероприятия (пропуск
воды со скоростями, не превышающими естественные, а при боль¬
ших скоростях — соответствующее укрепление дна водотока) дол¬
жны исключать возможность размыва дна русла и обеспечивать
сосредоточенный пропуск меженных вод;пазухи котлованов столбчатых фундаментов с плитой, заглуб¬
ленной в грунт, должны засыпаться местным (из слоя сезонного
оттаивания) грунтом с послойным уплотнением;низ столбов, заглубленных в грунты, сохраняющиеся в твер¬
домерзлом состоянии, должен располагаться минимум на 4 м
выше поверхности подземных льдов или грунтов слоистой и сет¬
чатой текстуры. Если это условие не может быть выполнено, то
такие грунты или льды следует, как правило, прорезать столба¬
ми, заглубив их низ в несущий слой мерзлого грунта на величину,
определяемую расчетом;конусы устоев должны отсыпаться из песка, крупнообломоч¬
ных отложений или горной массы. Для сохранения твердомерзлого
состояния грунтов в основании фундаментов устоев поверхность
конусов рекомендуется обсыпать слоем камня толщиной 0,8—1 м.
Используемый камень не должен иметь мелкозема. Содержание
в камне фракций менее 15 см не должно превышать 10%;196
для обоснованного увеличения расчетного диаметра столбов
до диаметра скважин нижнюю часть боковой поверхности столбов
на длине не менее 4 м следует выполнять гофрированной по типу,
принятому в применяемом проекте столбчатых конструкций;для заделки столбов в скважинах должны использоваться це¬
ментно-песчаный или цементно-шламовый раствор (смесь цемента
с буровым шламом) без противоморозных добавок. Взамен ра¬
створов допускается использовать водонасыщенный уплотненный
песок (путем послойной укладки и проливки водой, вибрацией
или другим способом). Пространство между столбами и боковой
поверхностью скважин заполняют раствором или песком от их низа
и до поверхности слоя сезонного оттаивания, если он сложен из
несвязных грунтов, и местным грунтом, укладываемым с послой¬
ным уплотнением, если этот слой состоит из связных грунтов;для безопасного пропуска нагрузок по мосту в периоды строи¬
тельства и эксплуатации дороги необходимо обязательно преду¬
смотреть время на смерзание столбов с окружающим грунтом.
Продолжительность смерзания столбов с грунтом должна назна¬
чаться с учетом температуры вечномерзлых грунтов, температуры
воздуха в период строительства фундаментов, скорости проходки
скважин, температуры применяемой технологической воды и влия¬
ния других факторов;для контроля за ходом смерзания столбов фундамента с окру¬
жающими грунтами необходимо опустить термотрубку в зазор
между боковой поверхностью скважины у последнего по времени
установки столба;устанавливать пролетные строения и пропускать по мосту
краны следует после достижения вечномерзлыми грунтами на
контакте с боковой поверхностью столбов среднего значения тем¬
пературы, соответствующего переходу этих грунтов в твердомедз-
лое состояние. Регулярный пропуск по мосту подвижного состава
разрешается после наступления полного смерзания вечномерзлых
грунтов, характеризуемого понижением их температуры на кон¬
такте со столбами до значений, принятых в расчетах несущей спо¬
собности фундаментов.Кроме перечисленных выше требований в отношении обеспе¬
чения возможности использования по принципу I вечномерзлых
грунтов в основаниях столбчатых фундаментов и опор на период
их строительства необходимо: не пересекать трассу построечными
дорогами на расстояниях менее 50 м от устоя моста; строительные
площадки и подъезды к ним располагать на подсыпках толщиной
не менее 0,6 м из крупнообломочного материала; обеспечить мак¬
симально возможную сохранность мохорастительного и торфяного
покрова в месте мостового перехода; пропускать водотоки мимо
скважин или котлованов, используя ограждающие банкетки и
валы из связных грунтов, трубы или деревянные лотки; бурить
скважины так, чтобы температура грунтов основания существенно
не повышалась; транспортировать грунты и шлам, удаляемый при
устройстве котлованов или скважин, за пределы мостового пере-197
хода; по окончании строительства мостов разбирать подсыпки в
пределах их отверстия для предотвращения возможности застоев
воды в русле водотоков.Глубину заложения подошвы фундамента, низа столбов или
свай от уровня естественной поверхности грунта или срезки на¬
значают по результатам расчета несущей способности грунтовых
оснований с учетом влияния следующих наиболее существенных
факторов: инженерно-геологических и гидрогеологических усло¬
вий в местах возведения опор; принципа использования вечно¬
мерзлых грунтов в качестве оснований; глубины сезонного про¬
мерзания и оттаивания грунтов; возможности пучения грунтов
при их сезонном промерзании и осадки основания в результате
оттаивания грунтов; наличия льдонасыщенных грунтов и включе¬
ний подземных льдов; сейсмичности района; характерных особен¬
ностей конструкции и технологии строительства фундаментов.Отметку подошвы возводимых на суходолах фундаментов мел¬
кого заложения (эстакад и путепроводов) в неподверженных пуче¬
нию крупнообломочных грунтах, гравелистых и крупных песках
при содержании в них частиц размером менее 0,1 мм в количестве
меньше 10% по массе допускается назначать независимо от уровня
промерзания грунтов при условии простирания их толщи минимум
на 1 м ниже глубины промерзания и отсутствии в зоне промер¬
зания напорных вод. Во всех остальных случаях подошву фунда¬
ментов необходимо располагать не менее чем на 0,5 м ниже рас¬
четной глубины промерзания.Подошву фундаментов мелкого заложения необходимо заглу¬
бить в несущий пласт (из любого грунта), кроме скальных пород,
не менее чем на 1 м от поверхности пласта, а в скальные невы-
ветрелые породы—не менее чем на 0,1 м.Глубину заложения подошвы плиты столбчатых или свайных
фундаментов на суходолах, поймах и в русле периодических во¬
дотоков следует назначать вне слоя сезонного промерзания пучи-
нистых грунтов (ниже уровня промерзания не менее чем на 0,25 м
или выше дневной поверхности грунта на 1 м и более для проме¬
жуточных опор, на 0,5 м и более для устоев). Под незаглублен-
ной в грунт плитой фундамента устоев следует предусматривать
свободное от грунта обсыпки пространство (зазор высотой 0,1—
0,2 м).Допускается глубину заложения подошвы плиты столбчатых
или свайных фундаментов назначать:для фундаментов опор эстакад и путепроводов, возводимых
на суходолах в грунтах, не подверженных пучению, независимо от
глубины сезонного промерзания при условии простирания толщи
указанных грунтов не менее 1 м ниже глубины промерзания и
отсутствии в зоне промерзания напорных грунтовых вод;в руслах водотоков на любом уровне (в том числе выше дна
русла) при отсутствии промерзания воды до дна, но не менее чем
на 6 + 0,5 м ниже уровня низкого ледостава, где б — толщина
льда в метрах.198
Опирание подошвы фундаментов мелкого заложения, нижнего
конца свай или столбов на подземные льды или на используемые
по принципу II мерзлые грунты сетчатой и слоистой текстуры за¬
прещается. Сваи (столбы) необходимо заглублять сквозь оттаи¬
вающие в период эксплуатации сооружения льдистые грунты сет¬
чатой и слоистой текстуры в подстилающие грунты на величину,
определяемую расчетом.Необходимое заглубление свай или столбов в грунт опреде¬
ляют в результате расчетов фундамента по несущей способности
грунтов на воздействие заданных в проекте нагрузок и по условию
предотвращения возможного выпучивания в грунтах, подвержен¬
ных пучению.Особое внимание приходится обращать на расчеты свай и
столбов на выпучивание. Наблюдениями установлено, что около
10% построенных свайно-эстакадных мостов деформируются в ре¬
зультате выпучивания свайных опор. Часть из них выпучивается
спустя 1—2 года после окончания строительства мостов. На от¬
дельных мостах отмечены деформации опор через 5—8 лет после
сдачи мостов в эксплуатацию. Чаще всего выпучиваются проме¬
жуточные опоры, находящиеся в зоне максимального увлажнения
и наиболее глубокого промерзания грунтов. В пределах конусов,
где грунт основания защищен от глубокого сезонного промерза¬
ния, пучение наблюдается крайне редко.В результате пучения грунтов опоры мостов могут приподни¬
маться на нёсколько десятков сантиметров, а опоры деревянных
мостов — до 1 м и более. Выпучивание опор происходит неравно¬
мерно, больше со стороны затененной части моста. Перекосы до¬
стигают 3—4 см, а иногда и больше. Обычно пучение грунтов на¬
чинается в декабре и достигает наибольшей величины в январе —
марте. Осадка выпучившихся опор происходит в июне-июле. Уста¬
новлено, чем меньше давление на сваи от постоянных нагрузок,
тем больше они выпучиваются при прочих равных условиях, тем
глубже их приходится погружать в грунт.Минимальное заглубление свай или столбов в вечномерзлые
грунты, используемые по принципу I (определяемое расчетами по
несущей способности основания и условию выпучивания), прини¬
мают на 2—4 м ниже расчетного уровня сезонного оттаивания
грунтов. Если между подошвой сезонно промерзающего грунта и
верхней границей вечномерзлых грунтов, используемых по прин¬
ципу II, залегает несущий слой немерзлого грунта, то сваи за¬
глубляют в этот грунт, не доводя их нижние концы на 1,5 м и
больше до поверхности мерзлых грунтов. Когда это условие не
выполнимо, то столбы или сваи заглубляют в толщу вечномерзлых
грунтов на величину, определяемую расчетом.В вечномерзлые грунты, используемые по принципу II, сваи
заглубляют, руководствуясь требованиями, принятыми для свай,
погружаемых в немерзлые грунты.Расстояние в плане между вертикальными столбами фунда¬
ментов и опор необходимо принимать таким, чтобы толщина199
стенки грунта между соседними скважинами проектного диаметра
была не менее 1 м.Расстояние в свету между забивными сваями в уровне их
нижних концов должно быть не менее двух толщин (диаметров)
свай, а в уровне подошвы плиты фундамента — не менее половины
толщины свай.Для уменьшения глубины заложения свай (столбов) в грун¬
тах, используемых по принципу II, допускается устраивать уши¬
ренные пяты.Столбчатые или свайные фундаменты и опоры следует конст¬
руировать, как правило, с применением плит сборной конструк¬
ции. Допускаются плиты, бетонируемые на месте строительства
моста.Верх свай или столбов следует заделывать в сборную или
в монолитную плиту опоры (фундамента) с помощью выпусков
арматуры. Для омоноличивания стыков сборных элементов ис¬
пользуют бетон (раствор) по прочности не ниже М-400 и Мрз-300.
Наряду с монолитными стыками рекомендуются равнопрочные с
элементами стыки, осуществляемые сваркой закладных деталей
свай (столбов) и плиты.Боковой поверхности нижнего конца столба на длине минимум
2 м от их подошвы необходимо придавать искусственные неров¬
ности (рифление) путем устройства по периметру столбов впадин
глубиной 3—4 см и шириной не менее 6 см.Для доброкачественной заделки столбов в разные грунты в
проектах фундаментов следует предусматривать необходимость
бурения скважин диаметром, превышающим на 20 см диаметр
столба. Для свай, заделываемых путем вытеснения раствора, диа¬
метр скважины должен превышать на 5—10 см размер диагонали
или диаметр сваи.Для обеспечения величины зазора не менее 5 см между боко¬
вой поверхностью скважины и столбом необходимы фиксаторы,
закрепляемые к нижней части столба.В проектах фундаментов, как правило, предусматривают це¬
ментно-песчаный раствор для заполнения зазора между столбами
или сваями и поверхностью скважин ниже подошвы деятельного
слоя независимо от вида, состояния грунтов и принципа их ис¬
пользования в качестве оснований. Для заполнения зазоров при¬
меняют раствор марки 100—200 в скальных породах и марки
50—100 в нескальных грунтах. В мерзлых грунтах, используемых
по принципу I, для заполнения зазора между столбами или свая¬
ми и поверхностью скважин ниже уровня расчетного оттаивания
вечномерзлых грунтов допускается применять водонасыщенный
песок, укладываемый с виброуплотнением.В пределах толщи деятельного слоя для заполнения зазора
между столбами или сваями и поверхностью скважин необходимо
использовать уплотняемый по мере укладки местный грунт. При
деятельном слое, сложенном несвязными грунтами, для засыпки
используют сухой песок.200
Для фундаментов и опор следует применять железобетонные
столбы или сваи сплошного сечения. Для фундаментов промежу¬
точных опор и безростверковых обсыпных устоев допускается вза¬
мен столбов применять полые железобетонные оболочки со стен¬
кой толщиной не менее 15 см.Толщина защитного слоя бетона столбов и свай (до стержней
продольной арматуры) не менее 5 см в свету. Для столбов и свай
нужно применять бетон по прочности на сжатие не менее М-400
и по морозостойкости не менее Мрз-300, а для плит фундаментов
и опор — бетон марки не менее М-300 и Мрз-300. Во всем осталь¬
ном столбы, сваи и плиты фундаментов на вечномерзлых и не¬
мерзлых грунтах конструируют одинаково.8.3. Особенности расчетов оснований и фундаментовОснования и фундаменты на вечномерзлых грунтах рассчиты¬
вают по общим методам, изложенным в гл. 6 настоящей книги,
при обязательном учете приведенных ниже специфических осо¬
бенностей, обусловленных характерными свойствами таких грун¬
тов.Основания из вечномерзлых грунтов, используемых по прин¬
ципам I и II, рассчитывают по несущей способности и устойчиво¬
сти: деформации определяют для оснований из мерзлых грунтов,
используемых по принципу II.Нагрузки на основания и фундаменты определяют согласно
указаниям СНиПа по проектированию мостов и труб. Воздействие
на фундаменты сил морозного пучения грунтов рассматривают
как прочую временную нагрузку и включают в основное сочетание
с постоянными нагрузками от собственного веса конструкции и
давления на них грунтов.Расчеты фундаментов из свай, оболочек или столбов в вечно¬
мерзлых грунтах, используемых по принципам I и II, по несущей
способности грунтов оснований должны производиться так же, как
и в немерзлых грунтах, с введением коэффициента надежности,
значения которого принимаются (в зависимости от количества
элементов в фундаменте) одинаковыми для грунтов всех видов.
Различие в этих расчетах заключается в нормах, применяемых
для определения несущей способности одиночных элементов в
мерзлых и немерзлых грунтах.Несущую способность одиночного элемента (сваи, оболочки,
столба), заглубленного в вечномерзлые грунты, используемые в
основаниях по принципу II, определяют, как для немерзлых грун¬
тов согласно СНиП II-17-77.Несущую способность элемента, вмороженного в вечномерзлый
грунт, используемый в основании по принципу I, определяют в
соответствии с указаниями СНиП II-18-76.В расчетах несущей способности, заглубленных в используемые
по принципу I вечномерзлые грунты элементов, воспринимающих2d
усилия сжатия или растяжения, не должны учитываться силы
трения о боковую поверхность Элемента вышележащих немерз¬
лых грунтов.Если элемент-стойка прорезает слой вечномерзлого грунта,
который в период эксплуатации сооружения будет оттаивать и
уплотняться под действием собственного веса, то вычисленное
значение несущей способности элемента следует уменьшить на
величину сил отрицательного трения грунта, принимаемых соглас¬
но СНиП II-17-77, но не более 1 тс/м2.Расчет оснований и фундаментов по устойчивости и прочности
на воздействие сил морозного пучения (независимо от принятого
принципа использования вечномерзлых грунтов в качестве осно¬
вания) производят в случаях, когда слой сезонного промерзания —
оттаивания сложен глинистыми грунтами и несвязными с глини¬
стым, мелкопесчаным заполнителем при разной степени влажно¬
сти. Основания и фундаменты допускается рассчитывать на воз¬
действие сил морозного пучения с использованием данных поле¬
вых испытаний и местного опыта строительства.Применительно к проектированию фундаментов опор мостов
из свай, столбов или оболочек расчет по устойчивости и прочности
на воздействие сил морозного пучения сводится к проверке оди¬
ночного элемента из числа, составляющих фундамент при условии,
что элементы погружены в грунт на расстояниях в свету не ме¬
нее 1 м.Основной является проверка устойчивости фундаментов на
действие сил морозного пучения для законченного сооружения.
Кроме того, необходимо проверять на выпучивание элементы,
заглубленные в грунт в период отрицательных температур воз¬
духа, в случаях, когда процесс смерзания грунта с нижней частью
элементов происходит значительно медленнее, чем с верхней. Для
таких случаев рекомендуется предусмотреть покрытие консистент¬
ной смазкой боковой поверхности элементов в пределах слоя
сезонного промерзания грунтов.Глава 9ОСОБЕННОСТИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ФУНДАМЕНТОВВ СИЛЬНОСЖИМАЕМЫХ, ПРОСАДОЧНЫХ И НАБУХАЮЩИХ ГРУНТАХ9.1.	Характерные свойства грунтовСильносжимаемые, просадочные и набухающие грунты отно¬
сятся к категории грунтов с неустойчивой структурой, которая
может существенно изменяться под влиянием внешних факторов
как в период постройки сооружений, так и во время их эксплуа¬
тации. Такими факторами являются механические и физические
воздействия. К механическим относятся воздействия на грунт ста-202
тических и динамических нагрузок, к физическим — изменения
степени влажности грунтов.Сильносжимаемые грунты значительно уплотняются под воз¬
действием внешней нагрузки. К таким грунтам относят илы, тор¬
фы, заторфованные и насыпные грунты, ленточные озерно-ледни-
ковые глины. Просадочные грунты характеризуются быстро про¬
текающим их уплотнением (просадкой) в результате замачивания
толщи и воздействия приложенной к ней внешней нагрузки или
только собственного веса. Этими свойствами обладают лёссовые
и лёссовидные грунты. Набухающим грунтам, преимущественно
глинам, свойственно увеличение объема вследствие их замачива¬
ния.Илы являются глинистыми грунтами в начальной стадии своего
формирования, образовавшимися в результате осаждения в отно¬
сительно спокойной воде мелких минеральных частиц при одно¬
временном протекании в этих осадках микробиологических про¬
цессов. В природном сложении илы имеют влажность, превышаю¬
щую влажность на границе текучести связных грунтов, и коэффи¬
циент пористости более 0,9 для супесей, более 1 для суглинков и
свыше 1,5 для глин. Отличительным признаком илов является
также наличие органического вещества в виде гумуса (полностью
разложившихся остатков растительных и животных организмов),
содержание которого в ил ах, как правило, не превышает 10%.Различают илы современные—менее уплотненные, залегающие
в большинстве случаев непосредственно на дне водоемов, и
древние — более уплотненные, покрытые позднейшими отложе¬
ниями.Заторфованные грунты и торфы содержат от 5 до 60% по
массе растительных остатков, которые разлагаются под водой в
условиях избытка влаги и недостатка кислорода. Такие грунты
занимают примерно 20% территории СССР преимущественно на
севере и северо-западе страны, в Сибири и в Белоруссии.Различают открытые торфы, представляющие сплошные тор¬
фяные залежи, и погребенные торфы, которые прикрыты или пере¬
слаиваются наносными отложениями минеральных грунтов. Вслед¬
ствие длительного процесса уплотнения под воздействием массы
вышележащей толщи грунтов погребенные торфы по сравнению
с открытыми имеют большую на 20—30% объемную массу, почти
в 5 раз меньшую влажность и в 30—40 раз меньший коэффициент
сжимаемости.По мере отжатия воды из торфов и заторфованных грунтов
резко возрастает их осадка без увеличения внешней нагрузки.
Особенно наглядно это проявляется в случае понижения уровня
грунтовых вод при дренажных работах, когда наблюдается быст¬
рый и неравномерный рост осадок построенных на таких грунтах
сооружений. Так, например, построенные в Архангельске на тор¬
фах отдельные деревянные здания с давлением на грунт менее
0,5 кгс/см2 при дренажном осушении территории просели на 2—3 м
и одновременно перекосились на 0,3—1,3 м, что вызвало полное203
разрушение зданий. Было отмечено, что наибольшая часть осадки
0,7—2 м произошла в период рытья осушительных канав. Б даль¬
нейшем за 1—2 года осадки достигли величины, равной 10—50%
толщины сжимаемого слоя торфа, и распространились, постепенно
уменьшаясь, на 10—20 м в стороны от дренажных канав.Ленточные озерно-ледниковые отложения образовались в пе¬
риод таяния ледников в спокойных водных бассейнах, в которых
осаждались взвешенные осадки, перемещаемые талыми водами:
в период летнего таяния — более крупные песчаные и пылеватые
частицы, в зимний период в спокойной воде — глинистые частицы.
В результате этого образовались ленточные отложения с ярко
выраженными перемежающимися тонкими горизонтально располо¬
женными песчаными и глинистыми слоями толщиной от несколь¬
ких миллиметров до 1 см. По механическому составу ленточные
отложения представляют глины, суглинки и супеси, которые при¬
нято называть ленточными глинами. Они залегают пластами
мощностью от нескольких десятков сантиметров до нескольких
десятков метров.Ленточные глины распространены на территории, которая в
ледниковый период была покрыта льдом, главным образом на
северо-западе европейской части СССР и северо-западе Сибири.
Объемная масса глин 1,75—2 т/м3, консистенция в большинстве
случаев пластичная, а также текучая. При нарушении структуры
(перемятии) пластичных глин они становятся текучими. Угол
внутреннего трения глин 12—19°, сцепление 0,1—0,3 кгс/см2. Лен¬
точные глины подвержены морозному пучению. Общая толщина
прослоек льда может достигать 10—20 см и более на 1 м глубины
промерзания.Иногда возникает необходимость возводить фундаменты не
только на грунтах естественного сложения, но и на насыпных и
намывных.К насыпным относят: однородные грунты, отсыпанные с по¬
слойным уплотнением (или намытые методом гидромеханизации);
разные грунты, получаемые при рытье котлованов или проведении
горных выработок, а также шлаки, золы, отходы обогащения
полезных ископаемых, строительный мусор и бытовые отбросы.
Сжимаемость насыпных грунтов может сильно различаться даже
в пределах небольшого участка.Характерной особенностью насыпных грунтов является их по¬
степенное самоуплотнение под влиянием естественного периоди¬
ческого увлажнения атмосферными осадками и действием силы
тяжести. По давности отсыпки насыпные грунты подразделяют
на слежавшиеся, в которых процесс самоуплотнения закончился,
и неслежавшиеся, в которых этот процесс продолжается. Само¬
уплотнение песчаных грунтов продолжается от 2 до 5 лет, глини¬
стых— 5—10 лет и более, различных отходов производства — от
2 до 15 лет.Просадочные лёссовые грунты образовались преимущественно
из отложений пыли, переносимой ветром на соседние с пустынями204
и полупустынями области с сухим климатом и соответствующей
растительностью.Характерной особенностью лёссовых грунтов является наличие
видимых глазом мелких и крупных вертикальных пор, называе¬
мых макропорами, поперечное сечение которых (более 0,5 мм)
значительно больше размеров частиц грунта (0,05—0,002 мм).
В сухом состоянии лёссовые грунты хорошо сохраняют вертикаль¬
ные откосы, которые при замачивании быстро размокают и опол¬
зают.Лёссовые грунты имеются на всех материках, но особенно
много их в Европе, Азии, Северной и Южной Америке. Ими за¬
няты значительные площади в Средней Азии, на Украине, на
Кавказе и в других районах страны — примерно около 15% тер¬
ритории СССР.Лёссовые грунты залегают массивами мощностью от несколь¬
ких десятков метров до 100 м и более. Чаще распространена мощ¬
ность массива 10—25 м. Эти грунты, как правило, нередко подсти¬
лаются песками, галечниками или глинами.По характеру сложения лёссовые грунты разделяются на слои¬
стые и неслоистые. В их толще часто встречаются два-три погреб¬
ных почвенных горизонта, которые разделяют ее на ярусы. Кроме
того, в толще могут быть прослойки и линзы из супесей, песка,
галечника и гравия. Такие включения более свойственны толщам,
расположенным вблизи гор.Пористость лёссовых грунтов колеблется от 30 до 58%, но
чаще бывает 44—53%. Непросадочные грунты имеют пористость
менее 40%- С глубиной их пористость уменьшается. Объемная
масса лёссовых грунтов природной влажности, зависящая от ми¬
нерального состава, структуры и содержания воды в грунте, ко¬
леблется от 1,33 до 2,03 т/м3 (наиболее часто 1,43—1,58 т/м3).Природная влажность грунтов изменяется от 5 до 30%- С уве¬
личением влажности лёссовые грунты из твердых становятся пла¬
стичными и текучими. При таком переходе их несущая способность
снижается в 2—10 раз и более. Примерно во столько же раз уве¬
личивается осадка, которую в этом случае называют просадкой.
Характерной особенностью просадки является быстрое протекание
осадки вследствие интенсивного ослабления внутренних связей
между частицами грунта в результате его замачивания. Величина
просадки зависит как от степени просадочности грунтов, так и от
мощности просадочной толщи и степени ее увлажнения. Преобла¬
дающая часть просадки происходит непосредственно по мере
продвижения фронта замачивания. Процесс замачивания может
происходить при увлажнении толщи грунта сверху (атмосферны¬
ми, техническими или хозяйственными водами) или снизу (при
подъеме уровня грунтовых вод).По характеру реагирования на увлажнение различают непро¬
садочные и просадочные грунты. Непросадочные лёссовые грун¬
ты распространены достаточно широко и часто встречаются в
пониженных частях рельефа, в местах постоянных и периодически205
действующих водотоков. Непросадочными обычно являются ниж¬
ние части лёссовых толщ.К непросадочным относят грунты, которые, находясь в напря¬
женном состоянии от воздействия внешней нагрузки или собст¬
венного веса грунта, при замачивании водой дополнительно де¬
формируются— просаживаются на величину менее 0,01 (относи¬
тельной просадочности).Грунтовые условия строительных площадок, сложенных проса-
дочными грунтами, в зависимости от возможности проявления их
просадки под воздействием собственного веса, согласно главе
СНиПа на проектирование оснований зданий и сооружений, под¬
разделены на два типа. К типу I по просадочности отнесены усло¬
вия, в которых просадка грунтов происходит преимущественно в
пределах деформируемой зоны основания от нагрузки фундамента
или другой внешней нагрузки, а просадка от собственного веса
грунта практически отсутствует или не превышает 5 см. К типу II
по просадочности отнесены условия, в которых просадка грунтов
происходит преимущественно в нижней части просадочной толщи,
а при наличии внешней нагрузки просадка происходит, помимо
этого, и в верхней части просадочной толщи, в пределах дефор¬
мируемой зоны основания. Просадка грунтов от собственного веса
превышает 5 см.Набухающие грунты являются глинистыми отложениями, ха¬
рактерной особенностью которых является повышенная плотность
и высокое содержание (65—85%) глинистых частиц размером
менее 0,005 мм. Такие грунты встречаются в Поволжье, на Север¬
ном Кавказе, в Казахстане, Крыму. Значительные районы залега¬
ния набухающих грунтов имеются в Индии, Ираке, Канаде, США
и других странах. В природном залегании эти грунты (глины)
характеризуются твердой и тугопластичной консистенцией при
объемной массе от 1,95 до 2,05 т/м3. Пористость грунтов находится
в пределах от 41 до 48% при влажности 15—18% в кровле и 25—
30% в средних слоях и подошве толщи.В результате увлажнения этих глин объем увеличивается на
12—25%, а в отдельных случаях на 30—36%. Вследствие набуха¬
ния объемная масса глин уменьшается до 1,77—1,87 т/м3, а пори¬
стость увеличивается до 50—58%. Влажность набухающего грунта
возрастает до 36—48% и указывает на переход глин в пластичное
состояние, что резко снижает их несущую способность.Величина нормальных сил набухания в природном залегании
достигает под торцом свай 3,5—4 кгс/см2, а касательных (по бо¬
ковой поверхности свай)—0,3—0,37 кгс/см2. Разуплотняясь при
набухании, глины поднимают толщу вышележащих покровных
грунтов, которые, в свою очередь, стремятся поднять плиту фун¬
дамента или торец свай.Относительное набухание существенно понижается с увеличе¬
нием внешнего давления в интервале нагрузок от 0 до 5 кгс/см2.
Дальнейшее увеличение давления в меньшей степени влияет на
относительное набухание.206
9.2. Фундаменты в сильносжимаемых грунтахВ толще сильносжимаемых грунтов основания и фундаменты
проектируют с учетом большой сжимаемости, медленного проте¬
кания осадок во времени, существенной изменчивости и анизотро¬
пии прочностных, деформационных и фильтрационных характери¬
стик под воздействием нагрузок. В местах залегания заторфован-
ных грунтов находящиеся в их толще воды, как правило, являются
сильно агрессивными по отношению к материалам фундаментов,
что приходится принимать во внимание при выборе материалов и
методов их защиты от агрессивного воздействия среды. В илах
требуется учитывать влияние тиксотропных изменений, вызываю¬
щих временное разжижение грунтов от динамического воздействия
на них, например забивки свай и последующего засасывания их
спустя некоторое время после прекращения воздействия.В местах залегания большой толщи (40—50 м и более) сильно¬
сжимаемых грунтов, когда забивка сквозь нее свай до опирания
их низа на малосжимаемые грунты является практически невоз¬
можной или экономически нецелесообразной, применяют фунда¬
менты из сплошных или полых висячих вертикальных и наклон¬
ных свай с поперечным сечением 0,4—0,8 м. Независимо от того,
расположена плита над грунтом или в толще сильносжимаемого
грунта, расчеты фундаментов производят по схеме расположения
плиты над грунтом.Фундаменты на сильносжимаемых грунтах проектируют, учи¬
тывая следующие особенности: в процессе забивки свай сильно-
сжимаемые грунты почти не уплотняются вокруг свай и под их
остриями; в илах и ленточных глинах с течением времени проис¬
ходит засасывание погруженных свай; несущая способность свай
определяется главным образом сопротивлением грунта по их бо¬
ковой поверхности; осадки свайных фундаментов существенно
увеличиваются с течением времени.Вследствие засасывания несущая способность свай в сильно¬
сжимаемых грунтах может увеличиваться в 6—10 раз по сравне¬
нию с начальной в момент окончания погружения свай, что объяс¬
няется увеличением сил трения грунта о их боковую поверхность
спустя 1—2 мес по окончании свайных работ.После завершения процесса засасывания сваи в зависимости
от их относительного заглубления (отношение глубины погруже¬
ния к размеру поперечного сечения) воспринимают до 95% на¬
грузки за счет сил трения грунта о боковую поверхность, осталь¬
ная часть нагрузки воспринимается нижним концом свай.Если в минеральных сильносжимаемых грунтах применяют
висячие сваи, не доводя их нижний конец до более плотных
грунтов, то в торфах и заторфованных грунтах этого не делают.
Объясняется это тем, что в пределах торфов не происходит заса¬
сывание свай, а, главное, торфы под действием силы тяжести с
течением времени значительно больше уплотняются по сравнению
с минеральными грунтами, особенно в случаях осушения местно-207
сти или пригрузки поверхности торфов. Поэтому во всех" случаях
применения свайных фундаметов в торфах и заторфованных грун¬
тах низ свай всегда заглубляют в минеральный грунт с доста¬
точно высокой несущей способностью даже в тех случаях, когда
для этого требуется применить сваи большой длины. Это же
условие в полной мере относится к сильносжимаемым минераль¬
ным грунтам, в том числе и насыпным.Отечественный и зарубежный опыт строительства фундаментов
на таких грунтах подтверждает экономическую целесообразность
прорезки однородной или переслаивающейся толщи (с включением
тонких прослоек плотных грунтов) сильносжимаемых грунтов.
Если такие грунты подстилаются грунтами средней прочности,
залегающими на значительную глубину, то для уменьшения длины
свай на их нижнем конце устраивают уширения разного конст¬
руктивного оформления в зависимости от материала свай.При наличии в массиве грунта, прорезаемого сваями, прослоек
погребенного торфа или других грунтов с повышенной степенью
сжимаемости будет происходить их уплотнение и как следствие
этого такие грунты и покровные слои грунтов, расположенные
выше прослоек (вследствие проявления негативных сил трения о
боковую поверхность сваи), будут зависать на сваях, низ которых
заглублен в подстилающие грунты средней или высокой прочно¬
сти. Аналогичное явление будет наблюдаться также в однородной
толще сильносжимаемых грунтов вследствие их естественного
уплотнения под воздействием силы тяжести. Торфы и заторфо-
ванные грунты уплотняются быстрее и больше, минеральные
грунты — медленнее.Для того чтобы проявились силы негативного трения, окружа¬
ющему массиву грунта достаточно сместиться на 0,5—1 см относи¬
тельно боковой поверхности свай.Из-за этого в расчетах несущей “способности свай по грунту сле¬
дует учитывать дополнительную нагрузку от массы зависающего
грунта.Вследствие низкой сопротивляемости сильносжимаемых грун¬
тов боковым перемещением нагруженных свай в фундаментах
мостов применяют наклонные сваи. В грунтах, имеющих прослойки
с повышенной сжимаемостью, вышерасположенные зависающие
слои грунтов, кроме создания дополнительной осевой нагрузки на
наклонные сваи, будут изгибать их. Поэтому приходится учиты¬
вать дополнительные усилия от изгиба в расчетах фундаментов,
особенно при большой длине и наклоне свай малого поперечного
сечения.Несущую способность висячих свай определяют по результатам
испытаний статической нагрузкой спустя некоторое время после
окончания забивки.Несущую способность свай, прорезающих сильносжимаемые
грунты и опирающихся на более прочные пласты, определяют по
расчетному отказу с уточнением, при необходимости — по резуль¬
татам статических испытаний.208
9.3. Фундаменты на просадочных и набухающих грунтахХарактерной особенностью просадочных и набухающих грун¬
тов является резкое снижение их несущей способности при зама¬
чивании. Применительно к условиям строительства фундаментов
мостов возможны случаи максимального и минимального замачи¬
вания грунтов. Первый случай характерен для постоянных и пе¬
риодических водотоков, второй — для суходолов. В первом случае
за многие годы грунты в достаточной степени обводнились и
поэтому изменения гидрологического режима водотоков не будут
оказывать заметного влияния на несущую способность построен¬
ных фундаментов. Во втором случае, охватывающем строительство
путепроводов, эстакад, а иногда и малых мостов на периодических
водотоках в районах с сухим климатом, например в вредней
Азии, предусмотренное проектом фундаментов замачивание грун¬
тов может привести к резкому уменьшению несущей способности
оснований и появлению значительных деформаций сооружений.При проектировании оснований и фундаментов в местах зале¬
гания просадочных грунтов необходимо учитывать возможность
их замачивания и связанного с этим увеличения осадки в резуль¬
тате:местного замачивания грунтов основания, приводящего к про¬
садке их на ограниченной площади в пределах части или реже
всей просадочной толщи;интенсивного замачивания грунтов основания с промачива-
нием всей просадочной толщи на площади значительных размеров
и полным проявлением просадки грунтов как от нагрузки, пере¬
даваемой фундаментами, так и от собственного веса грунтов;подъема уровня грунтовых вод, вызывающего просадку ниж¬
них слоев грунтов основания под действием собственного веса
вышележащих слоев или суммарной нагрузки от фундамента со¬
оружения и собственного веса грунтов;медленного повышения влажности просадочных грунтов осно¬
вания, вызываемого нарушением природных условий испарения
грунтовой влаги и постепенного ее накопления при инфильтрации
в грунт поверхностных вод.При проектировании оснований и фундаментов в толще набу¬
хающих грунтов необходимо учитывать, что такие грунты при
замачивании увеличиваются в объеме, а при понижении влажно¬
сти их объем уменьшается. Степень набухания грунтов основания
зависит от величины давления на них фундамента, вида и состоя¬
ния грунтов, толщины их слоя и площади замачивания.Деформации оснований, сложенных набухающими грунтами,
могут происходить по следующим причинам: набухание за счет
инфильтрации — увлажнения грунтов атмосферными и производ¬
ственными водами или в результате подъема уровня грунтовых
вод; накопление влаги под подошвой фундамента мелкого зало¬
жения или под плитой свайного фундамента вследствие недобро¬
качественного уплотнения засыпки грунта в пазухах между боко-209
выми поверхностями котлована и фундамента; набухание и усадка
грунта в верхней части зоны аэрации за. счет изменения водно¬
теплового режима от воздействия сезонных и климатических
факторов.Конструирование и расчет свайных фундаментов на непроса-
дочных лёссовых или набухающих грунтах для мостов через по¬
стоянные и периодические водотоки производят по методике, при¬
нятой для фундаментов на связных грунтах соответствующей
влажности. В зависимости от консистенции и характера напласто¬
вания грунтов для устройства фундаментов применяют вертикаль¬
ные и наклонные сваи, оболочки и столбы.Проектируя фундаменты мостов, стремятся везде, где возмож¬
но, прорезать толщу просадочных или набухающих грунтов и
опереть низ элементов на малосжимаемые грунты, несущая спо¬
собность которых не уменьшается при замачивании. В зависимо¬
сти от местных условий плиту фундаментов располагают над
грунтом или в просадочном грунте.Если прорезка большой толщи просадочных грунтов в конкрет¬
ных местных условиях строительства сооружений экономически
нецелесообразна, то в грунтовых условиях типа I по просадочно-
сти допускается применять фундаменты из элементов, низ кото¬
рых должен заглубляться на 1 м и более в слой грунта с проса-
дочностью менее 0,01 (при давлении 3 кгс/см2, но не менее вели¬
чины природного давления в грунте от веса вышележащих слоев).Расчет свай, оболочек и столбов по несущей способности,
а также расчет фундаментов следует проводить в соответствии с
указаниями СНиП П-17-77 и рекомендациями гл. 6.Если величина ожидаемой просадки грунта, окружающего
фундаменты, превышает расчетное значение их осадки, то необхо¬
димо учитывать возможность появления на контакте с боковой
поверхностью свай, оболочек и столбов негативного трения грунта
путем уменьшения их несущей способности на величинуЛпtti> = amu£fili9	(9.1)огде а — коэффициент, учитывающий влияние негативного трения, принимаемый
равным 1,4; т — коэффициент условий работы, принимаемый равным 1; и —
периметр сваи, оболочки, столба, м, расположенных в пределах грунтов, про¬
седающих под действием собственного веса при замачивании; fi — расчетное
сопротивление i-го слоя просадочного грунта на контакте с боковой поверх¬
ностью сваи, оболочки и столба, определяемое с учетом влажности, ожидае¬
мой в период эксплуатации сооружений, тс/м2; U — толщина t'-ro слоя грун¬
та, оседающего при замачивании, м; hn — расчетная глубина, м, до которой
производится суммирование сил бокового трения проседающих слоев грунта.
Принимается равной глубине, где величина просадки грунта от действия соб¬
ственного веса равна расчетной осадке фундаментов, принятой в проекте
сооружения.Несущую способность свай, оболочек и столбов в просадочных
грунтах, замачивание которых возможно в период эксплуатации
сооружений, следует определять только на основании результатов210
статических испытаний, выполненных с полным замачиванием
просадочного грунта вокруг испытываемых свай, оболочек, стол¬
бов.Не допускается принимать несущую способность свай и оболо¬
чек в просадочных грунтах на основании результатов их динами¬
ческих испытаний, а также определять расчетные сопротивления
грунтов по данным результатов полевых испытаний методом зон¬
дирования.В набухающих грунтах фундаменты мостов следует проектиро¬
вать исходя из необходимости исключения возможности подъема
фундаментов в случае увеличения влажности грунтов основания.Если сваи, оболочки или столбы прорезают набухающие слои
грунтов и заглублены в ненабухающие грунты, подъем свайного
фундамента считается практически исключенным приN>T — —,	(9.2)кнгде N — расчетная постоянная нагрузка на сваю, вычисленная с коэффициентом
перегрузки п= 1, включая собственный вес сваи, оболочки или столба, тс;
Т — равнодействующая расчетных сил подъема от набухания грунтов, тс,
действующих на контакте с боковой поверхностью сваи, оболочки, столба*
определяемая по результатам их полевых испытаний © набухающих грунтах
или принимаемая по СНиП И-17-77, как для глинистых грунтов при соот¬
ветствующем показателе консистенции с коэффициентом перегрузки 1,2;
Ф — несущая способность сваи, тс; кв — коэффициент надежности, значения
которого принимают такими, как в расчетах несущей способности свай, по
СНиП Н-17-77.Между поверхностью набухающих грунтов и подошвой плиты
свайного фундамента следует оставлять зазор не менее 0,5 м,
чтобы исключить воздействие сил нормального давления от набу¬
хания грунта, которые могут достигать 40 тс/м2.Глава 10ПРОЕКТИРОВАНИЕ ФУНДАМЕНТОВ В СЕЙСМИЧЕСКИХ РАЙОНАХ10.1.	Общие сведения о сейсмических воздействияхСейсмическая активность земли проявляется на обширной ча¬
сти СССР. Общая площадь районов, подверженных землетрясе¬
ниям, составляет около 28% территории страны.Подавляющее количество землетрясений возникает в резуль¬
тате тектонических процессов. Такие землетрясения наиболее
часты (90% всех землетрясений) и достигают значительной силы.
Происходящие вблизи действующих вулканов землетрясения
охватывают небольшие территории. Они намного слабее тектони¬
ческих. Еще меньшей силой обладают местные землетрясения, воз¬211
никающие в результате горных обвалов, оползней, провалов кар¬
стовых пропастей, шахтных и других выработок.Землетрясения возникают, как правило, в определенных зонах
(сейсмических), где продолжаются горообразовательные процес¬
сы. В этих зонах земная кора расчленена тектоническими разло¬
мами на отдельные массивы, испытывающие интенсивные взаим¬
ные смещения. Вызванные ими нарушения (дислокации) проис¬
ходят по существующим или по вновь образовавшимся раз¬
ломам.Находящаяся в глубине земли область дислокации коры явля¬
ется очагом (гипоцентром) землетрясения. Проекция этого очага
из центра земли на ее поверхность называется эпицентром земле¬
трясения. Очаги обычно имеют вытянутую вдоль разломов форму.
Их размеры изменяются от нескольких метров до десятков кило¬
метров и в основном предопределяют силу землетрясения. При
разрушительных землетрясениях очаги в большинстве случаев
располагаются в толще земной коры на глубине 10—50 км и более
от ее поверхности.В районе землетрясения каждая точка земли испытывает по¬
следовательное воздействие волн разного вида, поэтому колеба¬
ния грунта при землетрясениях носят сложный пространственный
характер. Из-за этого сейсмические силы могут иметь любое на¬
правление в пространстве и к тому же быть переменными по
направлению, скорости и величине.Продолжительность сейсмического импульса и вызываемых им
колебаний грунта измеряется десятками секунд, а иногда несколь¬
кими минутами. Наиболее опасное воздействие землетрясения
происходит в первые 20—40 с чаще всего с первым мощным
импульсом и следующим за ним сейсмическим колебанием
грунта.Для обеспечения достаточной надежности зданий и сооруже¬
ний, возводимых в сейсмических районах, прежде всего необхо¬
димо знать силу землетрясения, которую обычно оценивают по
общему разрушительному эффекту, характеризуемому сейсмиче¬
скими баллами по соответствующей шкале.Известно много сейсмических шкал, предложенных в разных
странах и в разные годы. В СССР с 1952 г. принята 12-балльная
сейсмическая шкала (ГОСТ 6249—52), составленная на основе
разработок Института физики Земли АН СССР. В качестве клас¬
сификационных признаков для оценки силы землетрясения в этой
шкале приняты: степень повреждения и количество поврежденных
зданий разных типов; остаточные явления в грунтах и изменение
режима грунтовых вод; прочие признаки (поведение домашних
животных, ощущения людей). Кроме этого, каждый балл земле¬
трясения характеризуют определенным диапазоном относительных
смещений маятника стандартного сейсмометра и соответствую¬
щим ускорением грунта.С инженерной точки зрения, к сейсмическим районам относят
районы с силой землетрясения 6 баллов и выше.212
На территории СССР землетрясения 10 баллов и выше проис¬
ходят крайне редко. Поэтому в отечественном сейсмостойком
строительстве учитывают землетрясения в диапазоне 6—9 баллов.При характеристике степени повреждения и разрушения частей
зданий подразумеваются: под легкими повреждениями — тонкие
трещины в штукатурке, кладке печей и т. п.; под значительными
повреждениями — трещины в штукатурке и откалывание ее кус¬
ков, тонкие трещины в стенах, повреждения дымовых труб отопи¬
тельных печей и т. п.; под разрушениями — большие трещины в
стенах, расслоение каменной кладки, обрушение отдельных участ¬
ков стен, падение карнизов и парапетов, обвалы штукатурки, па¬
дение дымовых труб отопительных печей и т. п.; под обвалами —
полное или частичное обрушение стен, перекрытий и т. п.Здания и сооружения, расположенные в сейсмических районах,
подвергаются во время землетрясений воздействию особых фак¬
торов, приводящих к появлению дополнительных усилий в
конструкции и к изменению условий ее работы. Совокупность этих
факторов, вызывающих повреждения сооружений, называют сей¬
смическим воздействием. Повреждения дорог и дорожных соору¬
жений наблюдаются при силе землетрясения 7 баллов и выше.Ликвидация сейсмических повреждений земляного полотна,
верхнего строения пути или покрытия производится сравнительно
простыми техническими средствами, и восстановление этих эле¬
ментов дорог не требует длительного времени. Повреждения мос¬
тов и тоннелей приводят к продолжительным перерывам движе¬
ния, так как их восстановление связано с необходимостью выпол¬
нения длительных и трудоемких работ. Поэтому в нормах сейсмо¬
стойкого строительства многих стран для мостов и некоторых
других инженерных сооружений предусмотрены повышенные га¬
рантии сейсмостойкости.Анализ последствий землетрясений показывает, что поврежде¬
ния мостов происходят вследствие смещения или повреждения
пролетных строений, повреждения опор или же тех и других одно¬
временно. Повреждения опор мостов можно подразделить на две
группы: перемещения опор относительно первоначального поло¬
жения (сдвиги, осадки, наклоны, опрокидывание); нарушения це¬
лостности конструкции опор (трещины, разломы, раскрытие швов
и т. д.). Повреждения обоих видов нередко возникают одновре¬
менно.Наиболее характерным повреждением устоев является их
скольжение (сдвиг) в сторону пролета, часто сопровождаемое
наклоном и осадкой опоры. Такие повреждения весьма распро¬
странены, особенно при наличии вокруг фундаментов устоев сла¬
бых глинистых грунтов; в единичных случаях деформации устоев
могут происходить при землетрясениях от 7 баллов. Повреждения
устоев являются следствием воздействия увеличившегося давле¬
ния на них грунта со стороны насыпи, инерционных сил от про¬
летных строений и самих устоев, а иногда и в результате сколь-
^кения наклонно залегающих пластов берегового массива в сто¬213
рону водотока. Перемещения устоев в сторону пролета часта
достигают значительной величины и могут привести к полному
разрушению мостов.Характерными повреждениями промежуточных опор являются
их осадки и наклоны, а иногда горизонтальные перемещения.
Отмечены случаи поднятия опор относительно первоначального
положения, а также их поворота в горизонтальной плоскости.Осадки и наклоны опор в большинстве слуяаев наблюдаются
при фундаментах мелкого заложения, а также фундаментах из
висячих свай, заглубленных в мелкие или пылеватые водонасы¬
щенные пески средней плотности, текучепластичные и текучие су¬
песи, суглинки и глины.При землетрясении 9 баллов и более деформации опор дости¬
гают значительных величин и являются массовыми. Б результате
землетрясения в 1923 г. в Японии опоры одного моста с фунда¬
ментами мелкого заложения на песке осели на 0,5—1,5 м. При
этом же землетрясении отмечены осадки фундаментов из висячих
деревянных свай до 1,2 м. Установлено, что в общем случае осад¬
ки и наклоны опор уменьшаются с увеличением глубин заложения
фундаментов и размеров их подошвы.В безростверковых опорах при землетрясении возникают тре¬
щины в ригелях и местах примыкания стоек к ригелю. Б свайных
фундаментах с плитой, расположенной над грунтом, возникают
повреждения в виде горизонтальных или косых трещин в сваях;
вблизи заделки свай в плиту раздробляется бетон, выпучиваются
сжатые стержни арматуры.Анализ характера сейсмических повреждений мостов показы¬
вает, что они являются следствием воздействия комплекса факто¬
ров, из которых наиболее важные следующие:горизонтальные силы инерции (сейсмические силы), возникаю¬
щие при колебательных движениях масс сооружения под воздей¬
ствием колебаний грунтового основания. Эти силы в большинстве
случаев считаются основной причиной повреждения сооружений;вертикальные силы инерции (сейсмические силы), вызванные
вертикальной составляющей сейсмических колебаний грунта. Эти
силы незначительны по сравнению с основными вертикальными
нагрузками сооружения. Поэтому вертикальные сейсмические
силы редко являются непосредственной причиной повреждения
сооружений. Однако такие силы уменьшают' запасы устойчивости
фундаментов опор на сдвиг и опрокидывание;сейсмическое горизонтальное давление грунта на устои мостов;
сейсмическое (гидродинамическое) давление воды на проме¬
жуточные опоры мостов;значительное снижение несущей способности грунтов, особенно
водонасыщенных рыхлых песков и текучих и текучепластичных
глинистых грунтов. Из-за этого происходят большие осадки и
наклоны опор мостов;остаточные деформации природного рельефа в виде оползней,
обвалов и т. п.;214
смещения по плоскостям тектонических нарушений, приводя¬
щие к образованию сбросов и сдвигов.Следует отметить, что большей частью повреждение сооруже¬
ний происходит в результате одновременного воздействия не¬
скольких из перечисленных причин.10.2.	Особенности проектирования основанийОснования и фундаменты мостов проектируют, руководствуясь
указаниями СНиП II-7-81, СНиП Н-17-77 и СНиП П-18-76.
Наибольшая вероятная сила землетрясения в районе или в местах
возведения любых зданий и сооружений, включая мосты, выра¬
женная в баллах, принимается по приведенным в СНиПе по
строительству в сейсмических районах картам сейсмического рай¬
онирования территории СССР или по списку основных населенных
пунктов СССР, расположенных в сейсмических районах. Указан¬
ная на картах сейсмичность относится к равнинным участкам
(районам строительства) со средними геологическими условиями,
характеризуемыми залеганием с поверхности большой толщи сла¬
бовлажных суглинков, и низким (глубже 10 м от естественной
поверхности грунта) уровнем грунтовых вод.Пользуясь картами сейсмического районирования или списком
населенных пунктов, приведенных в СНиПе, определяют сейсмич¬
ность района строительства. Затем на основе карт сейсмического
микрорайонирования или по материалам общих инженерно-геоло¬
гических изысканий устанавливают уточненную сейсмичность пло¬
щадки строительства.Допускается уточнять сейсмичность площадки строительства на
основании общих инженерно-геологических и гидрогеологических
изысканий по согласованию с инстанцией, утверждающей проект
сооружения.Сейсмичность площадки строительства моста принимают, как
правило, единой на всем ее протяжении. Однако в некоторых
случаях инженерно-геологические условия площадки могут резко
отличаться по длине сооружения. Например, условия в русле реки
отличаются от условий на ее поймах. В таких случаях сооружение
следует проектировать на более сильное сейсмическое воздей¬
ствие.Принятая сейсмичность площадки строительства характери¬
зует максимальную силу возможного землетрясения в ее пределах
независимо от назначения и степени ответственности сооружения.
Однако экономически неоправдано в условиях одинаковой сей¬
смичности площадки проектировать разные здания и сооружения
в расчете на землетрясения одной и той же силы. Очевидно, сте¬
пень гарантии безопасности зданий и сооружений должна зави¬
сеть от их назначения, капитальности, срока надежной эксплуа¬
тации, опасности последствий разрушения и размера вызванных
этим убытков. Для возможности учета этих требований в дей¬215
ствующих нормах введено понятие расчетной сейсмичности соору¬
жения или кратко расчетной сейсмичности.Поскольку размещение мостов предопределено местами пере-
сечения трассы дороги с водотоками, логами, другими дорогами
и не может быть существенно изменено, то практически отпадает
возможность выбора более благоприятных по геологическим:
условиям площадок для возведения мостов, а необходимую сей¬
смостойкость мостов и в первую очередь опор приходится обес¬
печивать за счет правильного выбора оснований, фундаментов и:
надфундаментной части опор, а также схемы и конструкции моста
в целом.В обеспечении сейсмостойкости фундаментов первостепенное
значение имеет правильный выбор несущего пласта грунтов, вос¬
принимающего нагрузку от подошвы фундамента или низа свай*
оболочек и столбов. Наилучшими грунтами несущего пласта счи¬
таются скальные породы, плотные крупнообломочные и песчаные
грунты, твердые и полутвердые глины, а также любые вечномерз¬
лые грунты, используемые по принципу сохранения их мерзлого-
состояния. Такие грунты мало изменяют показатели механиче¬
ских свойств при сейсмическом воздействии как в условиях отсут¬
ствия воды, так и при ее наличии.Водонасыщенные рыхлые, а также средней плотности пески
при совместном воздействии нагрузки от сооружения и землетря¬
сения легко уплотняются вследствие того, что их частицы из не¬
устойчивого равновесия переходят в более устойчивое. Из-за этого*
а также вследствие уменьшения трения между частицами они
сближаются, вытесняя воду из пор. Отжимаемая из пор вода
стремится уйти в сторону наименьшего сопротивления, увлекая за
собой частицы грунта, в результате чего происходит разжижение
песков и иногда и выпор с потерей устойчивости основания. Вне¬
запное разжижение водонасыщенных песков бывает крайне редко.
Однако известны случаи, приводившие к полному разрушению мо¬
стов, зданий и сооружений.Разрушаются подтопленные иесчаные насыпи, когда происходит
внезапное разжижение грунта, например, под влиянием сотрясе¬
ний от проходившего поезда, производства поблизости взрывных
работ или других аналогичных причин.Особенно неблагоприятны для оснований намытые под водой
пески или насыпные грунты ввиду их высокой пористости.Повышение плотности песков при сейсмическом воздействии
приводит к значительным не предусматриваемым в проектах мо¬
стов осадкам основания фундамента, а иногда к появлению нега¬
тивных сил трения на боковой поверхности фундаментов, создавая
этим дополнительную, не учитываемую в расчетах нагрузку на
основание.Глинистые грунты при сейсмическом воздействии уплотняются
значительно меньше, чем песчаные, так как отжатие воды из
опор между глинистыми частицами происходит медленнее, чем
у песков.216
С увеличением размера поперечного сечения свай затрудня¬
ется возможность вдавливания (внедрения) их низа в несущий
пласт, особенно если он состоит из водонасыщенных средней плот¬
ности песков или тугопластичных глинистых грунтов. Поэтому при
равных условиях для фундаментов на таких грунтах предпочти¬
тельнее оболочки или столбы с уширенной пятой или без нее.Под воздействием сейсмической силы происходит отлипание
(отслаивание) грунта от боковой поверхности фундаментов или
элементов на некоторую глубину от поверхности грунта, и тем
большую, чем меньше их гибкость и выше сейсмичность. Вслед¬
ствие отлипания грунта в пределах верхней части элементов или
фундаментов исключаются силы трения грунта о их боковую по¬
верхность. С увеличением глубины повышается природная плот¬
ность грунтов и существенно затухают силы сейсмического воздей¬
ствия. Поэтому при увеличении глубины заложения при прочих
равных условиях повышается их сейсмостойкость.10.3.	Особенности конструирования и расчета фундаментовСейсмостойкость фундаментов мостов зависит главным обра¬
зом от правильного выбора основания и конструкции фундамен¬
тов. На скальных породах, крупнообломочных (валунных, галеч-
никовых, щебенистых, гравийных, дресвяных), твердых и полу¬
твердых глинистых и плотных песчаных грунтах можно применять
фундаменты любой конструкции при разных сейсмических воз¬
действиях. Средней плотности водонасыщенные крупные и средней
крупности пески, а также тугопластичные глинистые грунты не
рекомендуется использовать в качестве оснований фундаментов
из свай сечением 0,3 X 0,3 ми 0,35 X 0,35 м при сейсмичности
сооружения 9 баллов. Водонасыщенные мелкие пески средней
плотности не рекомендуется использовать в основаниях забивных
свай при сейсмичности сооружения 8 и 9 баллов. Водонасыщен¬
ные пылеватые пески средней плотности, любые рыхлые пески,
лёссовые и лёссовидные грунты любой консистенции, мягкопла¬
стичные и текучие глинистые грунты не допускается использовать
в качестве несущего пласта оснований фундаментов мостов при
расчетной сейсмичности сооружения 7 баллов и более.Толщина несущего пласта основания должна удовлетворять
требованиям, установленным для несейсмических районов.Особое внимание должно быть обращено на выбор места рас¬
положения, глубину заложения и конструкции фундаментов, устоев
и промежуточных опор, подлежащих возведению на крутых бере¬
говых склонах, если они сложены слоистой толщей грунтов. По¬
скольку в таких местах возможно нарушение устойчивости скло¬
нов вследствие их пригрузки весом насыпи и опоры, а также сей¬
смического воздействия, независимо от высоты насыпи, должна
быть обязательно проверена устойчивость оснований в местах
возведения опор на сдвиг плоский или по круглоцилиндрической217
поверхности. Особенно важна такая проверка для оснований из
пластов грунтов, имеющих любой наклон в сторону отверстия
моста.В сейсмических районах предпочтительными следует считать
фундаменты глубокого заложения из опускных колодцев, верти¬
кальных и наклонных оболочек и столбов с уширенной пятой,
а также без нее. Фундаменты из забивных свай допускается при¬
менять при наличии в их конструкции, кроме вертикальных, обя¬
зательно наклонных свай.Для больших мостов рекомендуются фундаменты из свай,
оболочек или столбов с плитой, расположенной над грунтом, а для
малых и средних мостов — безростверковые опоры. Вследствие
меньшей массы в них возникают меньшие инерционные силы.Безростверковые свайные устои и промежуточные опоры не¬
обходимо проектировать с применением наклонных свай как
вдоль, так и поперек моста. Столбы и оболочки допускается ис¬
пользовать в вертикальном положении при условии обеспечения
их достаточной несущей способности по материалу и грунту при
воздействии расчетных нагрузок. Если вычисленное значение пе¬
ремещения опор превышает допустимое, то часть столбов или
оболочек в фундаментах следует расположить наклонно.Глубина заложения фундаментов зависит от уровня залегания
несущего пласта грунтов. В толще однородных грунтов фунда¬
менты закладывают на глубину, при которой обеспечивается пере¬
дача расчетных нагрузок на основание. Чем меньше глубина за¬
ложения фундаментов, тем ниже степень участия сил трения а
боковую поверхность свай, оболочек и столбов в общей их несу¬
щей способности и тем большая часть нагрузки передается их
торцом на основание. Поэтому при глубине заложения 10—20 м
их подошву или низ элементов следует опирать по возможности
на высокопрочные грунты или скальные породы.Низ свай, оболочек, столбов, подошву опускного колодца за¬
глубляют в несущий пласт основания на величину, определяемую
расчетом, и принимают не менее 1 м. Если поверхность несущего
пласта прикрыта толщей заторфованных грунтов, рыхлых песков,
текучепластичными или текучими глинистыми грунтами, заглуб¬
ление подошвы фундаментов или низа их элементов в несущий
пласт увеличивают до 2 м.Плиты фундаментов и безростверковых опор проектируют из
железобетона. Допускается применять заглубленные в грунт бе¬
тонные плиты, армированные конструктивно верхней и нижней
сетками. Прочность узлов и стыков соединяемых элементов должна
быть равна прочности самих элементов.Для армирования плит фундаментов из свай, оболочек или
столбов при сейсмичности 8 и 9 баллов рекомендуется стержне-
вая арматура из сталей, допускающих развитие пластических де¬
формаций в узлах и элементах конструкций.Фундаменты мостов рассчитывают с учетом сейсмических воз¬
действий 7 баллов и более. Кроме обычных, учитывают следую¬218
щие нагрузки, возникающие при землетрясении: сейсмические
инерционные силы (нагрузки) от веса фундамента, надфундамент-
ной части опоры, пролетных строений и временной вертикальной
(полезной) нагрузки; сейсмическое горизонтальное (боковое) дав¬
ление грунта на устои; сейсмическое (гидродинамическое) давле¬
ние воды на опоры мостов.Значения перечисленных нагрузок определяют согласно указа¬
ниям СНиП II-7-81. В расчетах принимают, что сейсмические
нагрузки действуют преимущественно в горизонтальных направ¬
лениях вдоль или поперек моста.Вследствие аварийного характера сейсмического воздействия
и чрезвычайно редкой его повторяемости сейсмические нагрузки
совместно с другими нагрузками составляют особое сочетание.
В этих условиях маловероятно совпадение землетрясения расчет¬
ной силы с навалом судов на опоры моста, воздействием ледовой
и ветровой нагрузок расчетной силы. Поэтому в расчетах на сей¬
смические воздействия перечисленные нагрузки не учитываются.На магистральных дорогах с современным интенсивным дви¬
жением вероятность совпадения момента землетрясения с перио¬
дом нахождения подвижных нагрузок на мостах достаточно вы¬
сока. Поэтому действующими нормами предусмотрено произво¬
дить расчеты мостов на сейсмические воздействия как при отсут¬
ствии, так и при наличии временной вертикальной нагрузки на
мосту. Исключение составляют мосты на дорогах промышленных
предприятий, где интенсивность движения меньше и расчет на
сейсмостойкость при наличии временных нагрузок не требуется.Вероятность совпадения землетрясения расчетной силы с мак¬
симальными значениями расчетных нагрузок мала. Поэтому в
расчетах на сейсмические воздействия постоянные нагрузки при¬
нимают без коэффициентов перегрузки, а коэффициенты пере¬
грузки временной нагрузки вводят с множителем 0,7. При этом
постоянные нагрузки принимают без учета гидростатического
взвешивания, а вертикальные временные нагрузки — без динами¬
ческого коэффициента.Таким образом сейсмические нагрузки учитываются совместно
со всеми постоянными нагрузками и воздействиями, а также с
временными подвижными вертикальными нагрузками, горизон¬
тальным давлением грунта от них и центробежной силой. Значе¬
ния постоянных и временных нагрузок, действующих на фунда¬
менты, определяют согласно указаниям СНиПа по проектирова¬
нию мостов и труб.Расчеты фундаментов и эстакадных опор с учетом сейсмиче¬
ского воздействия производят на прочность, устойчивость формы
и положения. Проверка выносливости ввиду малочисленности цик¬
лов сейсмических колебаний не требуется. Нормы не ограничи¬
вают величин упругих смещений верха фундаментов и опор,
.а также раскрытия трещин в них при сейсмическом воздействии,
поскольку оно не представляет опасности для состояния мостов,
так как носит случайный характер и повторяется крайне редко в219
одном и том же районе. Однако в ряде случаев определение упру¬
гих смещений может потребоваться для назначения зазоров между
торцами пролетных строений, в деформационных швах, при рас¬
чете опорных частей и т. п.При быстром (динамическом) нагружении повышаются пре¬
делы прочности строительных материалов. Учитывая кратковре¬
менность действия сейсмической нагрузки в расчетах на прочность
фундаментов и их элементов, следует, кроме коэффициентов усло¬
вий работы, принимаемых согласно СНиПу по проектированию
мостов, вводить для бетона и стержневой арматуры классов A-I,
A-II и A-1II дополнительный коэффициент условий работы
^кр = 1,2. При расчете железобетонных элементов опор и фунда¬
ментов, находящихся в зоне отрицательных температур ниже ми¬
нус 40° С, принимается коэффициент mKp = 1.При проектировании устоев и промежуточных опор на крутых
косогорах должно быть обращено особое внимание на проверку
расчетом их устойчивости на сдвиг по наиболее вероятной поверх¬
ности скольжения.В расчетах на устойчивость положения против плоского и глу¬
бокого сдвига коэффициент условий работы принимается ткр = 1.Расчеты фундаментов глубокого заложения мостов с учетом
сейсмических воздействий должны включать: определение несу¬
щей способности по грунту фундаментов и их элементов на сжи¬
мающую и выдергивающую нагрузки; проверку по условию проч¬
ности материала сечений фундаментов и их элементов на совме¬
стное действие расчетных усилий (изгибающего момента, сжима¬
ющей и перерезывающей сил), величины которых определяются
в зависимости от расчетных значений сейсмических сил; проверку
устойчивости грунта по условию ограничения давления, переда¬
ваемого на грунт боковой поверхностью элементов фундаментов;
проверку устойчивости фундаментов на плоский или глубокий
сдвиг.Распределение нагрузок между элементами, а также опреде¬
ление в них усилий и давления, оказываемого на грунт боковой
поверхностью элементов, должно выполняться методами строи¬
тельной механики в соответствии с особенностями конструкции
фундамента согласно рекомендациям гл. 6.Несущая способность свайных фундаментов в условиях сейсми¬
ческого воздействия изучена в недостаточной степени. Модельные
и натурные испытания, проведенные при вибрационном или
взрывном воздействии, показали, что в грунтах в ряде случаев
наблюдается существенное снижение несущей способности свай
главным образом за счет уменьшения сил трения грунта о их бо¬
ковую поверхность. Однако количественные характеристики сте¬
пени уменьшения несущей способности свай (коэффициенты гас)
по разным источникам различаются до 3 раз. Если при сейсмич¬
ности 7 баллов разница в значениях таких коэффициентов состав¬
ляет 10—15%, то при сейсмичности 9 баллов —1,5—3 раза,
В СНиП Н-17-77 приняты более высокие значения коэффициен¬220
тов mc на основе результатов обобщения опыта эксплуатации
свайных фундаментов в сейсмических районах и анализа зарубеж¬
ных нормативных документов по проектированию свайных фунда¬
ментов на сейсмические воздействия.В расчетах несущей способности по грунту свай, оболочек,
столбов, а также опускных колодцев на осевую сжимающую или
выдергивающую нагрузку (согласно гл. 5) влияние сейсмического
воздействия на величины расчетных сопротивлений грунтов дол¬
жно учитываться путем умножения их на понижающие коэффи¬
циенты условий работы тс, значения которых следует принимать
согласно СНиП II-17-77.Несущую способность фундаментов и их элементов, опираю¬
щихся на скальные породы и крупнообломочные грунты с песча¬
ным или глинистым заполнителем твердой консистенции, опреде¬
ляют, принимая значение тс = 1 независимо от расчетной сей¬
смичности мостов и глубины заложения низа элементов.При определении несущей способности свай, оболочек и стол¬
бов, работающих на сжимающие и выдергивающие нагрузки с
учетом сейсмического воздействия, сопротивление грунта трению
на боковой поверхности до расчетной глубины Лр принимается
равным нулю, потому что от динамического воздействия горизон¬
тальных сейсмических сил элементы изгибаются, в результате
чего в пределах перемещающейся верхней части происходит
«отлипание» свай от окружающего их грунта.Расчетную глубину, до которой не учитывается сопротивление
грунта на боковой поверхности сваи, определяют по СНиП
П-17-77.Расчет на устойчивость элементов по условию ограничения
давления, оказываемого на грунт боковой поверхностью элемента„
следует производить по формуле (6.21), принимая значение рас¬
четного угла внутреннего трения <р, уменьшенным на 2 град при
расчетной сейсмичности моста 7 баллов, на 4 град — при 8 бал¬
лах, на 7 град — при 9 баллах, а расчетное значение сцепления
с = 0,4 сн для забивных свай и с = 0,2 сн для оболочек и столбов
(сн — нормативное значение сил внутреннего сцепления).Расчет на устойчивость не требуется для свай с размерами
сторон (диаметра) поперечного сечения Ъ ^ 0,6 м, погруженных
на глубину более 10 Ь, за исключением случаев прорезки сваями
рыхлых песков, илов, глинистых грунтов текучепластичной и те¬
кучей консистенции.В расчете свайных фундаментов влияние сейсмического воздей¬
ствия на условия заделки элементов в водонасыщенных пылева¬
тых песках, текучепластичных и мягкопластичных глинах и суг¬
линках и в текучих супесях следует учитывать путем понижения
на 30% значений коэффициентов пропорциональности К, приве¬
денных для этих грунтов в табл. 6.1.При проверке давлений фундаментов или их элементов на грунт
допускается учитывать кратковременный характер воздействия
сейсмической нагрузки путем повышения коэффициента г)2 в фор¬221
муле (6.21). В расчетах однорядных фундаментов на нагрузки,
действующие в плоскости, перпендикулярной к ряду, значение
коэффициента г]2 увеличивают на 10%, в остальных случаях —
на 30%.В расчетах фундаментов устоев или опор на устойчивость
лротив сдвига по круглоцилиндрической поверхности скольжения
(согласно гл. 5) степень уменьшения расчетного угла внутреннего
трения и внутреннего сцепления следует принимать такой же, как
и при расчетах фундаментов и их элементов по условию ограни¬
чения давления, оказываемого их боковой поверхностью на грунт.Отношение момента сдвигающих сил к моменту удерживаю¬
щих сил при расчетной сейсмичности принимается равным еди¬
нице.
ПриложенияПриложение 1Пример расчета однорядного фундамента
из оболочек d=1,6 м-570тсМостовая опора состоит из двух пустотелых железобетонных оболочек диа¬
метром d= 1,6 м, объединенных плитой (рис. 1). Внешние нагрузки на опору
приведены к вертикальной силе Р, приложенной в ^Р?вне подошвы плиты, и го¬
ризонтальной силе Т от торможения, приложенной в уривне верха опоры. Обо¬
лочки имеют толщину стенки 6=ОД6 м и изготовлены из бетона марки 400.
Необходимые «для .расчета данные о грунтах, уровни и размеры приве¬
дены на рис. 1.Требуется проверить несущую спо¬
собность (по грунту) фундамента опоры,
вычислив необходимые для расчета проч¬
ности конструкции величины внутренних
усилий в поперечных и радиальных се¬
чениях оболочек, а также горизонталь¬
ное смещение верха опоры. При опреде¬
лении несущей способности фундамента
и вычислении внутренних усилий в сече¬
ниях оболочек принимают расчетные
значения внешних сил Р—Ъ70 тс и Т—=40 тс. При вычислении горизонтально¬
го смещения верха опоры расчетное зна¬
чение силы 7=35 тс.Решение. Пользуясь указаниями
п. 5.9 СНиП Н-17-77 находим несущую
способность оболочкиФ =zm(imRRF + ы V /лffih)»Я. 1,62= 2 м2*приняв m = rriR = \; F—u = zx-1,6=5 м.Из табл. 7 указанной главы СНиП
следует, что если нижний конец оболоч¬
ки расположен от отметки общего раз¬
мыва дна водотока (при расчетном па¬
водке) на глубине 22 м, длина в осно¬
вании характеризуется показателем кон¬
систенции 1ь=0,3 и коэффициентом по¬
ристости е=0,6, то расчетное сопротив¬
ление грунта под нижнихм концом обо¬
лочки230— 165/?= 165 +			2+1,5-2 == 181 ТС/м2.При этом дополнительно учтено на¬
личие в межень слоя воды Лв=2 м над
уровнем общего размыва дна водо¬
тока.А-А0,161,60.16Рис. I. К расчету однорядного
фундамента из оболочек 1,6 м:1—10 — номера слоев грунта223
Разделив толщу грунта, расположенную ниже отметки местного размыва
дна водотока (при расчетном паводке), на однородные слои толщиной по 2 м
(см. рис. 1), согласно табл. 2 и 5 СНиП Н-17-77, определяем для каждого из
этих слоев расчетное сопротивление грунта вдоль боковой поверхности оболочки
с учетом коэффициента условий работы т/. При этом среднюю глубину распо¬
ложения слоя грунта принимаем от отметки общего размыва дна водотока:1-й	слой niff\ = 1,0*3,5 = 3,5 тс/м2;2-й	слой /я//2= 1,0*4,0 = 4,0 тс/м2;3-й	слой rriffs — 1,0-4,3 = 4,3 тс/м2;4-й	слой = 1,0-4,5 = 4,5 тс/м2;5-й	слой niffs — 0,9-3,5 = 3,1 тс/м2;6-й	слой tUf/c = 0,9-3,6 = 3,2 тс/м2;7-й	слой rriff7 ~ 0,9-3,8 = 3,4 тс/м2;8-й	слой	0,9-3,9 — 3,5 тс/м2;9-й	слой t7iff$ ~ 0,9-4,1 =3,7 тс/м2;10-й	слой /^0 = 0,6-5,7 = 3,4 тс/м2.По приведенной выше формуле получаемФ= 1,0 [1,0-181-2,0 + 5,0 (3,5+4,0+4,3 + 4,5+ 3,1 +4-3,2+ 3,4 4-3,5 4-3,7 + 3,4) 2] =728 тс.Дальнейший расчет производим, пользуясь указаниями гл. 6 настоящей
книги.Определяем расчетные величины продольной силы N, поперечной силы Н
и изгибающего момента М, действующих в верхнем сечении каждой из обо¬
лочек:Я 570	Т 40	40N = — = —=285 тс; Н = — = —- = 20 тс; М = ——- 2 = 40 тс - м.2 2 ’22 2Несущую способность грунтового основания фундамента проверяем по фор¬
муле (6.15), для чего предварительно подсчитываем расчетный вес G оболочки
’С водой в ее полости. Приняв объемный вес железобетона равным 2,5 тс/м3
и коэффициент перегрузки 1,1, получим.2,5 [(5 + . + 20.0^-4 (. .62- 1.282)] + .0 _= 99 тс.Условие (6.15) удовлетворяется. Действительно, принимая m= 1 и /сн=1,75
(фундамент состоит из двух оболочек и плиты, расположенной над грунтом),
получаем285 + 99 = 384 тс < —^728 = 416 тс.1,75В целях упрощения расчета используем в нем только расчетные значения
внешних сил, равные Р=570 тс и Г=40 тс, а искомое горизонтальное смещение
верха опоры получим в результате умножения установленной расчетом соответ¬
ствующей величины на отношение двух расчетных значений горизонтальной
35силы Т, равное — = 0,875.Определяем жесткость поперечного сечения оболочки, учитывая при помощи
коэффициента 0,8 влияние трещин в растянутой зоне и пластических деформа¬
ций в сжатой зоне на деформации оболочки:224
*	El = 0,8-3,5-106 3,1411>-^—= 5)32.105 тс-м2.64Расчетную поверхность грунта принимаем на отметке местного размыва дна
при расчетном паводке.В пределах длины оболочек расположено два слоя грунта. Поэтому для
определения приведенного значения коэффициента К вычисляем глубину Нк по
формуле (6.6):/^ = 3.5-1,6+ 1.5 = 7,1 м.Так как hK= 7,1 м меньше глубины распространения слоя мелкого песка
(см. рис. 1), то в расчет вводим значение К, соответствующее грунту этого слоя.
Согласно табл. 6.1 и пояснениям к ней принимаем400 + 600
К =			=500 тс-м4.По формуле (6.9) находим расчетную ширину оболочки
£р= 0,9(1,6+ 1)1 =2,34 м.Из табл. 6.2 следует, что значению105/(£р 105.500-2,34Е1	5,32-105= 220 м-5соответствует коэффициент деформации оболочки ас=0,294 м~*.По формуле (6.12) определяем приведенную глубину заложения оболочек
в грунтеh = 0.294-20 = 5,88.Вычисляем величины, входящие в формулы (6.29), для определения пере¬
мещений:ас = EJ = 0,294*5,32-105 = \ ,564-105 тс.м,
а\ = Е1 = 0,2942-5,32-105 = 4,598-10* тс;
а® = EJ =0,2943-5,32-105 = 1,352-10« тс/м.Используя данные табл. 6.4, соответствующие опиранию оболочек на не¬
скальный грунт при значении й=4 [см. пояснение к формуле (6.29)], по форму¬
лам (6.29) получаем:2 441ьяя = ьзтгГйй = 1 ,m'10-4 м/тс;1,621
4,598-104ьмн = »/ш = г±г~^ = 3*525- >°-51/тс;По формулам (6.28) подсчитываем поперечную силу И\ и изгибающий мо¬
мент М\ в сечении оболочки, расположенном на уровне расчетной поверхности
грунта, и по формулам (6.27) — горизонтальное смещение уо и угол поворота
<ро этого сечения:И\ = 20 тс; Ali = 40 + 20*6 = 160 тс*м;00	= 20-1,805.10-4+ 160.3,525.10-5=9,25-10-3 м;90 = 20-3,525.10-5 + 160-1,12.10-5 = 2,497.10~з рад.8—2057	225
Рис. 2. Эпюры Мг. Qz и СгПо формулам (6.25) и (6.26) определяем горизонтальное смещение а и угол
поворота р подошвы плиты (т. е. верхнего сечения оболочки):62а = 9,25- 10-з + 2,497.10-3.6 + • - — - (3-40 + 2-20-6) = 2,84-10”2 м;6-5,32-1052-5,32-105(2-40 + 20-6)=3,62-103 рад.Приняв А0п=2 м (толщина плиты) и йо=0, а также используя отношение
двух расчетных значений горизонтальной силы Т, по формуле (6.35) находим
искомое горизонтальное смещение верха опорыa' =0,875(2,84.10-2 + 3,62-10-3.2) = 3,1.10-2 м = 3,1 см.Пользуясь формулами (6.36)—(6.38), получаем следующие выражения для
изгибающих моментов М2 и поперечных сил Qz в поперечных сечениях оболоч¬
ки, а также давлений аг на грунт по контакту с ее боковой поверхностью, дей¬
ствующих на разных глубинах z от расчетной поверхности грунта:204,598-104-9,25- 10-М3— 1,564-105-2,497.10-зв3 + 160С3 + —тт- D3 =0,294= 425,ЗЛ3 — 390,5В3 + 160С3 + 68,03/¾<?2=1,352.104-9,25-10-3^4 - 4.598-104.2,497- 10-3£4 + 0,294- 160С4 + 20£>4 == 125.1Д — 114.6Д, + 47,04С4 + 20D4;500 - „ ,	2,497-10-3*z — п ппя2 (9,25-10-3^1-0,2940,294160 ^ 20 ^ \1 +4,598- 104 1 + 1.352- 104 1] ~= ^(15,73^- 14,45В! +5,9)9Ci + 2,516/¾).Дальнейшие вычисления по определению величин Mz, Qz и <тг, выполненные
с использованием данных табл. 6.5, отражены соответственно в табл. 1, 2 и 3
настоящего приложения. По полученным результатам на рис. 2 построены эпюры
этих величин.226
Таблица+- о
£ YО ^ ^ CM ON со СО*^£+OtJ<iO^NCOCONCM
СО ООО to ою смQосо(ООO-'tOW n^cmcoOOtDNOCOO " •щ т т « т, « »О0 |0O^NNCMCMOCTjCM
С0СОО5 — СОСОСОО1 17OOON — fO-^iCNоое»<оCD00)(0 05 0000¾1¾
СО*ОЮСМСООЮЮ^>N77пoS2(N0000500001Л001со1ооOpCSrj-COiO(NCpQ
CM CO CO —■ О CM OO
’-'Ю^РОЬЮ
«(NCO^•0соиэг*0,00-8,859-70,81-237,6-550,9114.81505.81666.8
■686 '111111мto0 02 »o об CO 00 CO
оо5^сососо-^^*о005 0)M^ —QIOS
0^05^00)00060QOOO-^ — OOlftlO
11 lT1ЯOCMOt000^05Tt«
QQiiOOCDNNON
O05b-ONOO^-
O 05 05 O0 (NOO CO CO O)О— OOOO — ^OhI и 1п«5ч*CO0 —cg^coo5ooNQO<NC0OC0O505C0C0
OI/50OCS —05 0)Tj<N
ооо^еоюо5ю -oooo-wVo)1"1 II 11 1 1 1со0,00000
-0,02083
-0,1665
—0,5587
— 1,2953
—2,6212
—3,5405
—3,9192
-1,6143смto ouj 0 ¢0 О iCO,NOO — —'(NfNPOCOT}4£N ■ 00 00 CM 05 CDN0—'coiocoooo —сосзtfs»=:\осзнe-s-О Л-С.
. 000 +® 00 00 CM О 00 ^
1 1 1 1 1 1Q0(NОq§8S2^fO“0 ет* 2 2* -f <®§ ^ 2
^ ^ 10—111 1147.04C*05ooui^caus —CM 05 CM rf CD N
11 1 1 1 1 1 1•*007OOCO
О 00 COO N CM—■ О — CO Tf< —•OTfflOOOcOOcOO) —
CO CM 05 05 NN ^
— CMlQNK125,1Д,h*C5^^tJ<
ОЮСМОО—«Ttno^CO^cocscoo^coto117777-=Q<0OONiftift
О 05 CO N СО — О СО О
O05C0t!<i0C4CMCN^F
00505NOOOIOoO —— OOOOCMCOCOCOHIM01Л— 0,0000—	0,0078—	0,1249—	0,6303—	1,9662—	5,3554—	8,8403
—13,692
-15,6110?ONO—• CONOOO
О — СО (О OO О ^ O) N
O^CO — NtHDOOiO
OOrt-iO'- N N COООО—»СМЮ СО СО О1 1 11 1 1 IICOOOoONCMOCO—-00
OiOoO^OONOi^cO
O(NO5O^CO0N^
0—00^O5OCM°11Г\ТС~ЫCJlO О Ю O'CO 0 lO 0
00-- — CM CM CO CO ^sN-— 00 00 CM cn CO
0—.COtOCOOOO^CO8*22/
Таблица228
Из эпюр Мг и Qz следует, что при действии на опору расчетных нагрузок
наибольший изгибающий момент /Wmax=i210 тс*м, а наибольшая поперечная
сила Qmax — 29 тс. Эти величины используют в расчете прочности ствола обо¬
лочки.Так как й=5,88>2,5, то выполнение условия (6.21), ограничивающего гори¬
зонтальные давления на грунт по боковой поверхности оболочки, проверяют для
глубины, определяемой выражением (6.22):0,85z = —— = 2,9 м.0,294Из рис. 2 следует, что на глубине 2=2,9 м действуют наибольшие давления32°на грунт (Tz=5 тс/м2. Принимая г] t=rj2 = 1, ЧР = Т“7 = 29° (cos tp=0,875 и tg tp=1*1=0,554), с=0 и y=1 тс/м3, убеждаемся, что условие (6.21) удовлетворяется:4az= 5 тс/м3 < 1,0-1—— 1-2,9-0,554 = 7,3 тс/м2.0,875Используя формулы (6.124), определяем изгибающие моменты и продольные
силы в радиальных сечениях 1, 2 и 3 полой оболочки (см. рис. 6.20), отнесен¬
ные к участкам этих сечений с высотой 1 м на глубине г—2,9 м, на которой от
боковой поверхности на грунт передаются небольшие давления а2=5 тс/м2. Для
этого сначала вычисляем средний радиус RcР поперечного сечения оболочки и ее
горизонтальное давление qz на грунт, отнесенное к погонному метру ее длины:16-1-1 28/?ср = — • 		= 0,72 м; qz = czbp — 5-2,34 = 11,7 тс/м.По формуле (6.125) безразмерный параметр3,5-106-1,6 /0,16( _li£ \ _ 25.
\0,72/500-2,9-0,72-2,34Из графиков на рис. 6.21 следует, что параметру фо=25 соответствуют сле¬
дующие значения безразмерных коэффициентов:h = 0,044; h = 0,046; j3 = 0,051;ix = 0,47; /2 = 0,16; /3 = 0,25.Приняв Ко=0,75, определяем изгибающие моменты и продольные силы:в радиальном сечении 1:Mi = 0,75-0,044-11,7-0,72 = 0,28 тс-м/м;Ni = 0,75-0,47-11,7 = 4,1 тс/м;в радиальном сечении 2:	jAf2 = 0,75-0,046-11,7.0,72 = 0.29 тс-м/м;N2 =—0,75-0,16-11,7 = —1,4 тс/м;в радиальном сечении 3:М3 = —0,75-0,051-11,7-0,72 = —0,32 тс-м/м;Л'з-0,75-0,25-11,7 = 2,2 тс/м.На эти значения внутренних усилий необходимо рассчитать прочность ради¬
альных сечений полой оболочки и при необходимости увеличить сечение ее коль¬
цевой арматуры.Так как Л==5.88>4Д то для расчета фундамента допускается пользоваться
приближенйШпГформулами (6.40-(6.44).Для определения горизонтального смещения а и угла поворота р подошвы
плиты (верхнего сечения оболочки) находим, что на рис. 6.7 приведенной глуби¬229
не заложения сваи в грунте /1=5,88 соответствует коэффициент к2=1,85 и по
формуле (6.41) вычисляем длину изгиба оболочки:^=6+^f4 = 12'3M-
По формулам (6.40) получаем:gr= 6-5 32^108 (3-40 + 2.20-12,3) = 2,88-10-2 КР=~ rtfins (2-40 + 20-12,3) = 3,77-10-3 рад.2-5,32-105Наибольший изгибающий момент в поперечном сечении оболочки определя¬
ем по формуле (6.42), в которой принимаем /с3=0,75:Мщах = Мн = 160 + 20 = 21 тс-м.Давление на грунт по боковой поверхности оболочки, действующее на глу-
0,85бине г =	=2,9 м, определяем по формуле (6.43), приняв 5=0,7:etc4-160 4-10-20-2,9	, л #о
		9-2,34-2,92 °-7-4-9 ***'Значения а, р, Afmax и az, полученные по приближенным формулам, прак¬
тически совпадают с полученными ранее по более общим формулам.Приложение 2Пример расчета фундамента с заглубленной вгрунт плитой и вертикальными сваями 35X35 смДля свайного фундамента пойменной опоры моста надо определить необ¬
ходимые для расчета прочности свай расчетные усилия в верхних сечениях
наиболее и наименее нагруженных свай, проверить несущую способность фунда¬
мента по грунту, а также горизонтальное смещение верха опоры.Схема фундамента (с необходимыми для расчета размерами и данными по
грунтам) показана на рис. 1. Сваи — железобетонные, сечением 35x35 см. Бе¬
тон свай М-300.Во всем расчете, за исключением определения горизонтального смещения
верха опоры, расчетные внешние нагрузки, приведенные к точке О, расположен¬
ной в уровне подошвы плиты фундамента на пересечении двух вертикальных
плоскостей его симметрии, применяют состоящими из вертикальной силы Pz—
= 1200 тс, горизонтальной силы от торможения Язе = 75 тс и момента Мо=
= 820 тс-м. При определении горизонтального смещения верха опоры считают,
что расчетные значения силы Нх и момента М0 составляют 80% от указанных
выше значений соответствующих внешних усилий.Верх опоры расположен от уровня подошвы плиты фундамента на расстоя¬
нии И м. Надфундаментная часть опоры массивная. Предельно допускаемое
смещение верха опоры равно 3 см.При сооружении фундамента должен быть осуществлен контроль за послой¬
ной укладкой обратной засыпки грунта и ее уплотнением.230
Решение. Согласно п. 5.5 СНиП И-17-77,
несущую способность сваи определяем по фор¬
мулеФ =т(mRRF + иприняв т=тд=т/= 1; ^=0,352=0,1225 м2;
и—А - 0,35= 1,4 м.Из табл. 1 указанной главы СНиПа сле¬
дует, что если конец сваи на глубине 12+2,2=
= 14,2 м от естественной поверхности грунта
(размыв отсутствует) опирается на крупный
песок средней - плотности (е=0,65), то расчет¬
ное сопротивление под нижним концом сваи
/?=810 тс/м2.Разбив толщу грунта (по длине сваи) на
семь слоев так, чтобы их толщины не превы¬
шали 2 м, а границы совпадали с естествен¬
ными границами разных грунтов (см. рис. 1),
и принимая для каждого слоя значение расчет¬
ного сопротивления f грунта на боковой по¬
верхности сваи по табл. 2 СНиП Н-17-77, по¬
лучаем<Z> = 1 {1-810*0,1225 + 1,4[(1,4 + 1,7 + 1,9 +
+ 1,9)-2 + 1-9-1 + 4,8-2 + 7*1]} =145 тс.Дальнейший расчет производим, пользуясь
указаниями гл. 6 настоящей книги.В целях упрощения расчета используем в
нем только расчетные значения внешних уси¬
лий, равные Pz=1200 тс, #*=75 тс и MG=
=820 тс-м, а подлежащее проверке горизон¬
тальное смещение верха опоры получим умно¬
жением соответствующей величины, найденной
расчетом от этих усилий, на заданное отно¬
шение двух расчетных значений силы Нх и
двух расчетных значений момента М0, рав¬
ное 0,8.Определяем жесткости поперечного сечения
вая при помощи коэффициента 0,8 трещины в
деформации в сжатой зоне сечения:Рис. 1. Схема фундамента с
плитой, расположенной в грун¬
те и вертикальными сваями:1—7 — номера слоев грунтасваи при изгибе и сжатии, учиты-
растянутой зоне и пластическиеEJ =0,8-3,15-1060,3512= 3,15.103 тс-м2;EF 0,8-3,15« 106.0,352 = 3,09* 105 тс.По формулам (6.46) и (6.47) находим длину lN сжатия сваи и ее характе¬
ристику рь7-3,09-105 f	3,09-105 л	,lN = 0 + —— q -лс— = 14,9 м; pi = —77-^— -- 2,07-104 тс/м.103-14514,9В пределах длины свай расположены три слоя грунта. Поэтому для опреде¬
ления приведенного значения коэффициента пропорциональности К вычисляем
глубину hK по формуле (6.6):hK = 3,5-0,35 + 1,5 = 2,8 м.231
Так как Лк=2,8 м меньше глубины распространения верхнего слоя грунта
(см. рис. 1), то коэффициент К определяем как для мягкопластичного суглинка
с показателем консистенции /^=0,6. Согласно данным табл. 1 имеем500 — 250К = 250 + —		 (0,75 — 0,6) = 400 тс/м*.0,7о— 0,5Учитывая, что плотность грунта обратной засыпки, даже при условии ее
послойной укладки с трамбованием, может оказаться ниже плотности грунта
естественного сложения, принимаем коэффициент пропорциональности, опреде¬
ляющий нарастание с глубиной коэффициента постели грунта на боковой по¬
верхности плиты фундамента, Кб=200 тс/м4, т. е. минимальным для мягкопла¬
стичного суглинка (см. табл. 6.1).Из формулы (6.10) следует, что расчетная ширина сваиЬр = 1 (1,5*0.35 + 0,5) = 1,03 м.По табл. 6.2 находим, что при значении
IOWp 105.400-1,03
EJ ~ 3,15-103= 13 100 м-sкоэффициент деформации сваи ас=0,665 м-1.По формуле (6.12) подсчитываем приведенную глубину заложения сваи
в грунте:h = 0,666-12 = 3.Учитывая, что плита фундамента расположена в грунте и, следовательно,
/о=0, по формулам (6.51) вычисляем перемещения б|, 62 и 63 сваи (со свобод¬
ным верхним концом) в уровне подошвы плиты фундамента от единичных уси¬
лий, приложенных в том же уровне:61 = %НН = 0,6663-3,15-103 Ш = 2*62'Ю"3 ^®2 = ЬЛШ = 0,666-3,15-103 1,75 = ^10“3 1/ТС’м;*3 = %МН = 0,6662-3,15-Юз 1,62 = U6‘ ,0~3 1/ТС-По формулам (6.50) определяем характеристики сваи:	0.835-10-3	 0,835-10-3	„92 ~ 2,62.10-з.0,835.10-з_(1,16.10-з)2 ~ 0,840-10-6	• 0-> тс/м;1,16-10-3Рз = 'оУ84оЛо=б‘ = 1,38‘103 ТС:Р4-=	=3,12-103 тс-м.0,840-10-6По формулам (6.58) с учетом выражений (6.57) находим коэффициенты
канонических уравнений, входящих в формулы (6.53) и (6.54) для определения
перемещений плиты фундамента:200*2 22гаа = 20-0,995-103 + 5,7	^— == 2.266-104 тс/м;200-2,23гар= -20-1,38-103 + 5,7 	jH—= — 2,558-КН тс;232
rcc = 20-2,07-104 =4,14-105 тс/м;
грр = 2,07-104-5-2 (0,5253 + 1,5752) + 20-3,12-103 + 5,71°°^2‘24 = 6i36.105 тс.^По формулам (6.54) и (6.53) определяем соответствующие расчетным на¬
грузкам значения горизонтального а и вертикального с смещения точки О по¬
дошвы плиты фундамента (см. рис. 1) и угол р ее поворота вокруг этой точки:	1	1	#Д~ 2,266-104-6,36-105-(2,558-104)2 “ 13,76-103 ’а = (6,36-105.75 + 2,558-104.820) -J — = 4,99-10—3 м;lo,7o- 10d1200р = (2^66-104.820 + 2,558.104.75) ^ = 1,49- 10~з рад.По формулам (6.60) находим наибольшую Nmax и наименьшую Nmrn про¬
дольные силы в сваях, а также поперечную силу Н и изгибающий момент М%
передающиеся от плиты фундамента на голову каждой сваи:Nmax = 2,07.104 (2,9. Ю-з + 1,575-1,49-103) = 2,07-104 (2,9-10“3 ++ 2,35* 10—3) = 108,6 тс;Wmin = 2,07-104 (2,9- Ю-з — 2,35-10—з) = 11,4 тс;Н = 0,995-103.4,99-10—з— 1,38-103.1,49- 10~з = 2,90 тс;= 3,12-103.1,49-Ю-з— 1,38-103.4,99-10-3= —2,24 тс-м.Проверяем выполнение условия (6.15), ограничивающего продольное усилие
в наиболее нагруженной свае фундамента. Принимая коэффициент надежности
кн = 1,4 (плита фундамента заглублена в грунт) и коэффициент условий работы
т = \,\ (это значение в табл. 6.3 соответствует случаю, когда фундамент имеет
только вертикальные сваи, опирающиеся на нескальный грунт, количество груп¬
повых свай на плоской расчетной схеме лг=4 и степень неравномерности рас-Nm\n П.4пределения усилии в сваях характеризуется отношением = т:	= - ~ =**Vmax 108,6=0,105), убеждаемся, что условие (6.15) удовлетворяется. Действительно, пре¬
небрегая весом сваи, имеемЛГтах = 108,6 < 14 145 = 114 ТС.1.4Так как в расчете учтено сопротивление грунта, окружающего плиту фун¬
дамента, то по формуле (6.62) определяем горизонтальное давление ап на
грунт, передаваемое передней гранью плиты на глубине Лп=2,2 м, и затем про¬
веряем, удовлетворяет ли его значение требованию условия (6.24):<хп = 200-2,2.4,99.10-3 = 2,2 тс/м*.Условие (6.24) удовлетворяется. Действительно, приняв в нем t)i=t)2= 1*
9Н 20°<Р = ~г~г = “Г~Г = 18° (cos<p=0,951; tg<p=0,325), у= 1 тс/м3, получаем
1 ( 1 1»1вп = 2,2 тс/м2 < 4.1.1-1-2,2-^1^- = 3 тс/м2.0,951Согласно указанию на стр. 124 и п. 6.9, проверяем несущую способность ос¬
нования, рассматривая фундамент как условный массивный. Приняв для мягко-233
15_fTьIIIW5| — * - у	III|Й*151 VI'II!Рис. 2. к определению
размеров условного мас¬
сивного фундаментаS’" 20пластичного суглинка <ipi =	= ~г~Г = *8° и hi—9 м, для мелкого пескаkr 1,132 „„„	Уз 34<jP2 7— = ——^29 и /i2=2 м и для крупного песка <Рз ~— = —— = 31Лр	1 р 1	Лр	1 11и Лз=1 м, по формуле (1.126) определяем средневзвешенное значение
расчетных углов внутреннего трения для грунтов, пройденных сваями:18-9 + 29.2 + 31.1—в—шВ соответствии с п. 6.9 на рис. 2 выполнено построение для определения
размеров условного фундамента. Из этого рисунка следует, что размеры в плане
такого фундамента составляют: в направлении, параллельном плоскости дейст¬
вия внешних нагрузок, ау=3,5+2-12tg21°/4=5,7 м; в направлении, перпенди¬
кулярном к этой плоскости, 6у=4,95+2-12 tg 21°/4=7,2 м.От заданных значений силы Нх и момента Af0, приведенных к уровню по¬
дошвы плиты фундамента, переходим к величинам усилий, действующих в уров¬
не расчетной поверхности грунта:Ну = Их = 75 тс:Му = М0— Hxhn = 820 — 75*2,2 = 655 тс*м.Определяем силу Ny давления по подошве условного массивного фундамен¬
та. Учитывая вес грунта в пределах контура, ограничивающего такой фунда¬
мент, и приняв расчетный объемный вес грунта у=2 тс/м3, получаем 1Ny = 1200 + (14,2*5,7*7,2 — 4,25-5,7*2,2) 2 = 2254 тс.Принимая в запас, что боковые грани условного массивного фундамента на
всей глубине окружены мягкопластичным суглинком, в соответствии с табл. 6.1
коэффициент пропорциональности, как для оболочек и столбов:400—200К = 200 + ~гГ тё" ~п Г (°’75- °’6) = 320 тс/м4-
U, /О — U,и1	Так как объем свай весьма мал по сравнению с объемом условного мас¬
сивного фундамента, при определении силы Ny не учтена разность в значениях
расчетного объемного веса железобетона свай и грунта.234
Пользуясь формулой (6.130), находим коэффициент постели для крупного
песка, расположенного под подошвой условного массивного фундамента-Сп = [б00 + ^ (0.7-0,65)j 14,2 = 10400 тс/мз.По формулам (6.128) определяем среднее рсР и наибольшее ртах давления
на грунт под подошвой условного массивного фундамента:2254	« f оЛр=Т^У=55тс/м2:„ . 6-5.7(3.655 + 2.75.14.2)	, „Рвах = 55 +	——	— = 66 Тс/м2./ 320	\7.2 [	— 14,24 + 3-5,73)I	10400	)По формуле (5.1) находим расчетное сопротивление R (осевому сжатию)
основания условного массивного фундамента. Приняв согласно табл. 5.2 и 5.4
/?'=35 тс/м2, Ki=0,l и /с2=3, получаемR = 1,7 {35 [1 + 0,1 (5,7 — 2)] + 3,2 (14,2— 3)} = 196 тс/м2.Условия (6.127) удовлетворяются:196рср = 55 тс/м2 < —— = 140 тс/м2 ;*»^1,2-196Ртах = 66 ТС/м2 < 	—	= 168 ТС/м2.1.4Приходим к выводу, что проверка несущей способности свайного фундамен¬
та как условного массивного удовлетворяется с большим запасом.Учитывая коэффициентом 0,8 заданное отношение двух расчетных значений
горизонтальной силы Т и двух расчетных значений момента М, определяем с ис¬
пользованием формулы (6.35) подлежащее проверке горизонтальное смещение
верха опоры:a' =0,8(4,99.10-3+ 1,49-10-3.11) = 17.10-3 м = 1,7 см.Это значение меньше предельно допустимого перемещения, равного 3 см.Приложение 3-Пример расчета фундамента с наклонными сваямиОпределить продольную N и поперечную # силы и момент М> действую¬
щие на голову каждой сваи фундамента, при следующих расчетных значениях
внешних нагрузок, приведенных к точке, расположенной в уровне подошвы пли¬
ты на вертикальной оси симметрии фундамента: Р2=990 тс, #*=48 тс и М0=
=510 тс-м. Сваи — железобетонные, сечением 35 x 35 см. Жесткости их попереч¬
ного сечения при сжатии и изгибе соответственно равны ££=3,09-105 тс
и £/=3,15-103 тс-м2.Решение. Для свай, опертых на скалу, длину сжатия In определяем по
формуле (6.46) и затем по формуле (6.45) —характеристику рь/дг = 4 + 4,5 = 8,5 mj
3,09-105Pi = ——— = 3,64.104 тс/м.235
Согласно табл. 6.1 и пояснениям к ней для окружающей сваи мягкопластич¬
ной глины принимаем коэффициент пропорциональности250 + 500
К =			= 375 тс/м*.По формуле (6.10) расчетная ширина сваиЬр = 1 (1,5-0,35 + 0,5) = 1,03 м.Из табл. 6.2 следует, что значению105/Сбр 105-375.1,03EJ	3,15-103= 12257 м-5соответствует коэффициент деформации сваи ас =0,657 м-1.По формуле (6.12) приведенная глубина заложения сваи в грунтеh = 0,657-4,5 = 2,96 = 3.Учитывая, что концы свай оперты на скалу (сланцы), по табл. 6.4 прини¬
маем i40=2,406, Во= 1,568, С0—1,707 и по формулам (6.29) определяем переме¬
щения сваи в уровне поверхности грунта от единичных усилий, приложенных
в том же уровне:= 0,6573-3,15^03 2-406 = 2’693' ,0“3 ^Ъм„=ЬНМ = -657-з; 15.^1 *568 = 1 •153-10-3 ,/тс;>ЛШ = 0,657.3,15.103 ».707 = 0,8264.10-3 1/тс-м.По формулам (6.51) находим перемещения сечения сваи в уровне подошвы
плиты фундамента от единичных усилий, приложенных в том же уровне:¢, = —п Т. , о + 0.8246-10-3.42 + 2-1,153-10-3.4,0 + 2,693- 10~з =3*3,15-103= 31,88-10—3 м/тс;¢, =			Ь 0,8246-10-3 = 2,095-10—з 1/тс-м;3,15-103#3 =	—	+0,8246.10-3.4+ 1,153.10-3 = 6-991.10-3 1/тс.2-3,15-103Вычисляем знаменатель в формулах (6.50), а затем по ним характеристики
свай Р2, Рз и р4:®1®2 — ®з = 31,88-10-3.2,095-10-3 — (6,991 • 10—3)2 = 17,92-10—6 1/тс^2,095-Ю-зР2 =	—	= 0,1169-103 тс/м;™ 17,92-10-66 991 - Ю—з= o^goj.юз тс;17,92-10-631,88-10-3Рд =	 = 1,779-103 тс -м»14 17,92-10-6236
I)Рис. К расчету фундамента с наклонными сваями:а — плоская расчетная схема фундамента; б — план расположения свай в
уровне подошвы плнты фундаментаВ табл. 1 настоящего приложения для всех рядов, состоящих из свай, ко¬
торые на плоской расчетной схеме образуют одну групповую сваю (см. рису¬
нок, а) приведены данные по количеству свай в рядах и параметрах х и ф,
определяющие положение свай на этой схеме.Используя формулы (6.56) и (6.55), а также данные табл. 1 настоящего
приложения, определяем коэффициенты канонических уравнений, входящие
в выражения (6.53) и (6.54), для определения перемещений плиты свайного
фундамента с симметричной плоской расчетной схемой:Ро = 3,64.104— 0,1169.103 = 3,63-104 тс/м;= 3,63-104-3.0,2422.2 + 20-0,1169-103 = 1,510.104 ТС/М;/-^ — 3,63.104.3.2,25-0,242.0,97.2 — 0,3901-103(3.0,97-2 + 14.1) = 10.73*104 тс;
гсс = 3,63.104 (3-0,972.2 + 14,12) + 20-0,1169-103 = 71,56-104 тс/м;
грр = 3,63-104 (3-2,252.0,972 + 2-2,252.12 + 5-0,752.12) 2 ++ 0,1169-103 (2,252+0,752) 5-2+2.0,3901 -103.3-2,25.0,242-2 + 20-1,779-103 == 202,3-104 тс-м.Таблица 1№ ряда свай
(см. рисунок)Количество
свай в рядеJT, мVе,sin?COS'f13—2,25—14—0,2420,97022—2,2500135—0,75001450,75001522,25001632,25140,2420,970237
Таблиц а£ *
-+ СО
£.1
+ 2
st &-О — СМ iQ СО
—- о© оо оО об
Ю^О CM ^CD ~О —~ —— CN0)^(Nr^D3
^0© 00 00 об соО О CM rf CD СОн+clS*+—< — СМ ift Ift00 OO C0 00 об обО О CM rf CD СО1Л io io *Л 1Г5
—h О О ^ ^
ООООООСО со — —• СОСО00
со
IпО ООО ооIоt^-оосоюо05оь-о>о — — — — осмсмсмTfсм*1О О ОООо1/51/51/51/5ЮЮ
см см г- г- см смсм см о о см смI I I—1 СМ со Tf IO CD*=:\осзЕ-*ооо*с7sQ. НIIS-N1 °JLH-Г"* со.. m«Оfi О-% 11-?1Л—а*Tl н«£ 1D?YSЛнаСиs** со+ 1о
1 ^СО®* с
СЛ сс ^3S£сСЛсчd><+«исо1О»“tIsоаII +«ов^-sЮ оСО ^** X№ Q*о-21сооооооСОсоСОСОоь-сосососоороооI ICN СО СО СО СО
СМ СМ СМ СМ смСОсоот»«Tj<о00CDоо3СО00см1C8ючiftсосм1/5сосм00ооооооооосм8сосм8сосмюсмсмсмсмCNСМ*4смсмоIоIоооГ"-о05	CD	СО	CD	срlO	см	см	см	см—	см^	см	см	смсм	см	см	см	см<2?ю00 О)— соо»о— 05со— см со238
По формулам (6.54) и (6.53) вычисляем горизонтальное а и вертикальное с
смещения точки О подошвы плиты фундамента и угол р ее поворота относи¬
тельно этой точки:1" 1,51.104.202.3.104-(10,73-104)2 ~ 5,252'10
а = (202,3-104.48 — 10.73-104.510) 5,252- 10~п = 2,226-10-3 М;1,383-10-3 м;С —99071,56-104'Р = (1,5Ы04.510 — 10,73.104.48)5,252.10-11 = 1,340-10-4 раДжПо формулам (6.59) находим значения продольной силы Ny поперечной
силы Н и изгибающего момента М, действующих на голову каждой сваи. Все
вычисления сводим в табл. 2, в которой принято:рзР = 0,3901.103.1,340.10-4 == 0,052 тс;р4р = 1,779-103-1,340-10-4 = 0,238 тс-м.Результаты расчета контролируем, проверяя выполнение условий (6.61) рав¬
новесия плиты фундамента. Убеждаемся, что эти условия удовлетворяются:У (N sin f + Я cos <р) = 3 ( — 18,6-0,242 + 0,232-0,97) ++ 2(2 + 5)0,213 + 3(79,1-0,242 + 0,036-0,97) = 48 тс = Нх;2] (ЛГ cos V — Я sin у) = 3(18,6-0,97 + 0,232-0,242) + 2-39,3 ++ 5-46,7 + 5-54 + 2-61,3 + 3(79,1-0,97 — 0,036-0,242) = 980 тс = Р2;2	[(W cos у — Я sin <е) х + М] = 3 [(J8,6-0,97 + 0,232-0,242)-(-2,25)—0,706]+
+ 2 [39,3 ( — 2,25)— 0,63] + 5 [46,7 (— 0,75) — 0,630)] + 5 (54-0,75— 0,63) ++ 2 (61,3-2,25 - 0,63) + 3 [(79,1-0,97— 0,036-0,242)-2,25 - 0,105] == 510 тс-м = Mq.Приложен ие 4Пример расчета фундамента из опускного колодцаК расчету принят фундамент промежуточной опоры моста из опускного ко¬
лодца размером в плане 7x12,8 м и высотой 15 м, заглубленного в пределах
затапливаемой поймы реки сквозь мелкие пески до средних песков (рис. 1).Характеристики грунтов, прорезаемых колодцем, приведены в табл. 1.Таблица 1мГрунтfi, мTs *тс/м8То,тс/м8п9ееЛтс/м*?,(45--2)1Песок пылеватый6,52,601,650,41280,712,40,362» мелкий8,02,681.800,40300,672,80,333» средний0,52,682,040,37380,593,80,28Поверхностный слой грунта в период прохода высокой воды размывается
на глубину 3 -м. В период опускания колодца уровень грунтовой воды искусствен¬
но понижается до глубины 10 м от поверхности грунта с целью увеличения веса
-колодца для облегчения его погружения.Vs 1Объемный вес грунта с учетом взвешивания увзв — ^ -{-е '239
Для пылеватого песка \взв=0,94 тс/м3, мелкого песка увзв = 1,01 тс/м3,
среднего песка увзв = 1,06 тс/м3.Колодец из бетона марки 200.По верху колодца устроена железобетонная плита толщиной 1 м, восприни¬
мающая нагрузку от надфундаментной части опоры.В уровне обреза фундамент воспринимает расчетные постоянную и времен¬
ную сжимающие нагрузки N=6600 тс (в том числе постоянную нагрузку
3600 тс), горизонтальную временную нагрузку, действующую вдоль оси моста
//=300 тс и момент от временной нагрузки Л1=1800 тс-м (рис. 2). Сила И
и момент М вызваны воздействием временных нагрузок.Расчет фундамента на эксплуатационные нагрузки. Расчеты производят
в соответствии с рекомендациями гл. 7 применительно к случаю размыва грунта
у фундамента в период прохода высокой воды.Определение давлений фундамента на грунт. Вследствие неопределенности
формы нижней поверхности водозащитной подушкн, забетонированной подвод¬
ным способом, за расчетную принимаем подошву фундамента, условно располо¬
женную в уровне низа колодца.Наибольшее ртах и наименьшее ршт давления на грунт под подошвой фун¬
дамента определяем по формуле (7.5), горизонтальное давление его боковой по¬
верхности на грунт Ог — по формуле (7.7). В соответствии с этнмМл Cndn/^maxCmln) р ^ 2 40'Здесь Nh=N+G$—Т=6600+1546—868 = 7278 тс; — расчетный вес фун¬
дамента, включающий вес колодца, верхней и нижней плит, определенный с ко-240
Рис. 2. Схема действия внешних
сил на фундамент и эпюры нор¬
мальных давлений его на грунт| N=6600тс
MOOrc s~*<M=t800Tc-MАМ,.ж=0,65*гс/си*6h*z=1,3ZKrc/CMz'-йм-ящРта ж-ЩВт/а*г10эффициентом перегрузки 1,1 (по данным рис. 1 настоящего приложения) и уче¬
том взвешивания в воде;бф= 1,1 ^ 1677 + 1,4 (Ы2,8-7+ 10,8-5-4)= 1546 тс.Расчетное значение силы трения Гр определяем, используя данные о нор¬
мативном трении, приведенные на рис. 7.3 с учетом коэффициента надежно¬
сти 1,4:7"p = —j-j- = 2 (12,8+ 7) [0,5-3,5-2,4 + 0,5 (2,8+3,4) 8+ 0,5-3,8] 0,71 = 868 тс;
1 »4/=•„ = 7-12,8 = 89,6 м2;Cu = Knh = 600-12 = 7200 тс/м*;<*„ = 7 м;12 (3Mi + 2H\h)	12(3-3000 + 2-300-12)bpKht + 36С„/„	13,8-350-124 + 36-7200-365Mt ** 1800 + 300-4 = 3000 тс-м; Нг = Н = 300 тс;А = 12 м; *р = *ф (Ь +1) = 1 (12,8 + 1) =13,8;12 8 • 73К = 350 тс/м4; /п =	“	= 365 м4.После подстановки вычисленных величин, получим*7278 7200-7 , e 0 n „
^max(mln) =	±	g	°.°°1 = 81,2 ± 25,2 тс/м*Ртах — 81 *2 + 25,2= 106,4 тс/м4;Pmin = 81,2 — 25,2 = 56 тс/м2.= 0,001;241
Расчетное сопротивление песка в основании фундамента определяем по
п. 5.3:Я = {R'[ 1 + *1 (d - 2)] + k2y (h - 3)},где R' — условное сопротивление водонасыщенного среднего песка — 25 тс/м2;
/Ci и к2 — коэффициенты, соответственно равные 0,1 и 3,0; d— ширина фунда¬
мента— 7 м; h— глубина заложения фундамента — 12 м от уровня размыва;Y	— объемный вес грунта без учета гидростатического взвешивания — 2,04 тс/м3.
После подстановок получимR	{25(1 + 0,1 *5) + 3-2,04-9} = 111 тс/м2, что большевычисленного значения рШах= 106,4 тс/м2, т. е. условие прочности удовлетворено.Давление боковой поверхности колодца на грунт под воздействием силы Hi
и момента Mi определяем по формулеСz = Kz (z0 — г) to.Здесь /С=350 тс/м4; со=0,001;ЬрК№ (Шг + 3Hxh) + 12HxCnJn*о:2bpK№ (Шх + 2Hxh)где ftp = 13,8 м; Л =12 м; Ali=3000 тс-м; Я|=300 тс; Сп=7200 тс/м4; /п=365 м4.
После подстановок этих величин получим13,8-350-123 (4-3000 + 3-300-12) + 12-300-7200-365
Z°~	2-13,8-350-122(3-3000 + 2-(300-12)	~Подставив значения z0 и со, определяем давления боковой поверхности фун-
*	идамента на грунт az при z = — и z—h\о12с h =350--(8,6 — 4)0,001 =6,5 тс/м2;
г=—	33az=h = 350-12(8,6 — 12)0,001 = — 13,2 тс/м2.Полученные из расчета давления боковой поверхности фундамента на глуби-нах z = —- и 2=л должны удовлетворять условию прочности
о4= У142	(Y* tg Y + 0,6с) .COS <рЗначение t|i = 1, а значение т]2 вычисляем по формулеМп + Л1ВП2 =Поскольку Мп=0, то г]2=1- Для песчаных грунтов С=0.Приведенные значения срр и у для слоистой толщи песков определяем
(в пределах участка эпюры одного знака) до глубины 2¾.При вычислении приведенного объемного веса грунта учитываем взвешива¬
ние в воде:28-3,5 + 30-5,1	29= 29 ; <*>р = —— = 26°;8,6	1Н 1,1
0,94-3,5+ 1,01-3,5+ 1,01-1,68,6242= 0,98 тс/мЗ.
Значения тех же величин определяем в пределах глубины ft—z0:30-2,9 + 38-0,5	31V =^	-313; ¥р = т_=28о;1,01.2,9+1,06-0,5Y 				 = 1,02 тс/м2.После подстановки вычисленных значений <рр и у определяем сопротивление
hгрунта Огг на глубине z — —*:о4«zr = —0,98.4.0,49 = 9,6 тс/м2;
и ,уто же, на глубине z=h:4<jzr = - 1,02-12-0,53=29,5 тс/м2.0,88Полученные значения ахг превышают ранее вычисленные давления <Tz,
т. е. грунт по боковой поверхности фундамента удовлетворяет условию проч¬
ности.Расчет колодца на воздействие нагрузок в строительный период. Расчет
производим применительно к размерам опускного колодца и схеме напластова¬
ния грунтов, показанным на рис. 1.Определяем вес нижней секции колодца:Сне = 2,4 [4 (7-12,8— 0,25-3,14-52.2) + (12,8 + 5) 2-3-1 —— (10,8 4- 0.2 + 5 + 0,2)0,2-2,1-(7-1 + 12,8-1)2-0,5-0,6.1 + 0,8-5-1] == 2,4(4-50,4 + 106,8 — 6,5 — 10,7 + 4) = 709 тс.Находим вес верхней секции колодца:Gbc = 2,4 (12,8-7—0,25-3,14-52.2)8 = 2,4-50,4-8 = 968 тс.Общий вес колодца(7К = 709 + 968 = 1677 тс.Вес (воды, 'вытесненной нижней частью колодца в период его опускания:GB = 2 (7-12,8—0,25-3,14-52.2) + (12,8 + 5) 3-2 + 1 —— 0,2 (10,8 + 0,2 + 5 + 0,2) 2-1-(7-1+12,8-1) 2-0,5-0,6-1 ++ 0,8-5-1 = 100,8 + 106,8 — 6,5— 10,7 + 4= 194 тс.Удельные силы трения грунта о боковую поверхность опускаемого колодца
(рис. 3) определяем, пользуясь графиком значений (см. рис. 7.3). Приведенное
значение силы трения^ f\h\ + /2^2 + - -. + f jhj	+ /¾ + - -- +_ 0,5-2,4-6,5 + 0,5(2,8 + 3,4)8 + 0,5-3,8 =24 тс/м2.~	15243
ИРис. 3. Эпюры:а — сил трения грунта о боковую поверхность колодца f н б — горизонтального давления
грунта на колодецСуммарная сила трения грунта о боковую поверхность колодца:T”(h— 1,5)ы/о = (15— 1,5)2 (12,8+ 7) 2,4 = 1283 тс.Горизонтальное давление грунта и воды на стены колодца определяем по
вычисленным ординатам эпюры давления на уровнях, обозначенных точками
1—4 (см. рис. 3).Приведенные расстояния от поверхности грунта до рассматриваемого уров¬
ня, относящегося соответственно к подошве /-го слоя и к кровле нижележащего
слоя и отражающего разницу в объемных весах грунтов в пределах слоев про¬
резаемой колодцем грунтовой толщи, вычисляем по формулам:УIА? =*?YiY/+1где A"_j и V/	i — приведенное расстояние от поверхности грунта до подошвывышележащего слоя и его объемный вес; /у<+1 — объемный вес грунта ниже¬
лежащего слоя (под i-м слоем) грунта; hi и у* — толщина и объемный вес
грунта /-го слоя; i — номер слоя грунта, соответствующий номеру рассмат¬
риваемого уровня, относящегося одновременно к подошве /-го слоя и кровле
нижележащего слоя.Приведенная глубина в точке 1, относящаяся к уровню подошвы слоя 1
А® = 6,5 м. Приведенная глубина в точке 1, относящаяся к уровню кровли
слоя 2А? =1,65(0 + 6,5)
1.8= 5,95яа6 м.Для последующих точек определяем аналогичным образом:1 »8 (6 + 3,5)1.81,8-9,5 + 4,5-1.01А§ = А§ = -1,01
1,01>21,4
1,06= 9,5 м;
= 21,4;= 20,4 м;244/^ = 20,4+0,5 = 20,9 м.
Ординаты давления грунта в рассматриваемых точках (см. рис. 3) опреде¬
ляем по формулеР = Y*n < tg2 (45° — Ч>"/2),рвг= 1,65-6,5-0,36 = 3,9 тс/м2; pg= 1,01-21,4-0.33 = 7,1 тс/м2;р\ = 1,8-6-0,33 = 3,6 тс/м2; = 1,06-20,4-0,28 = 6,0 тс/м2;Р2 = 1,8«9,5«0,33 = 5,7 тс/м2; /?4= 1,06-20,9-0,28 = 6,2 тс/м2.Ординаты эпюры давления грунта показаны на рис. 3. Сила трения грунта
о колодец с коэффициентом перегрузки 1,1Гк = 1,17^= 1,1-1283 = МЮ^тс.Расчет колодца. При расчете его на воздействие строительных нагрузок
производят следующие проверки: достаточности веса колодца для его опуска¬
ния; прочности стен колодца на разрыв и изгиб в вертикальной плоскости;
то же, на изгиб стен колодца в горизонтальной плоскости.Проверка достаточности веса колодца для его опускания. Колодец погру¬
жают без водоотлива, поэтому его вес уменьшается на величину веса воды, вы¬
тесненной нижней частью колодца. При коэффициенте перегрузки
0,9G« = 0,9 (1677— 194)= 1335 тс.GK 1335Коэффициент опускания колодца k$ —	= — = 0,95 <1,2,У к 14IUт. е. принятая толщина стен не достаточна для преодоления сил трения грунтов
о боковую поверхность колодца. Поэтому необходимо колодец опускать с под¬
мывом. В этом случае сила трения1335Гк=0,75-1410=1060 тс, а коэффициент &о =	= 1,24 > 1,2.1060Проверка стен колодца на разрыв. Наиболее невыгодным случаем следует
считать зависание колодца на последней стадии погружения под действием
возросших сил трения на контакте с боковой поверхностью в пределах верхней
части /гв^0,35Л, где h — заглубление колодца в грунт. Применительно к рас¬
сматриваемому случаю Лв=0,35-15=5,25 м, т. е. на 2,75 м выше стыка верхней
и нижней секций колодца. Поскольку в пределах бетонируемых без перерывов
секций можно учитывать в работе на растяжение бетон секций, то наиболее
ослаблено место их стыка, где все растягивающие усилия должны передаваться
на арматуру. Поэтому в качестве расчетного принимаем условно уровень стыка
секций, т. е. ht = S м и h2=7 м. В этом случае вес отрывающейся нижней сек¬
ции с учетом взвешивания ее в воде и коэффициентом перегрузки 1,1(G„c — GB) 1,1 =(709 — 194) 1,1 =515-1,1 =566 тс.На восприятие этого усилия должна быть поставлена продольная (верти¬
кальная) арматура в стенах колодца, расположенная равномерно по его пери¬
метру.Расчет стен колодца на изгиб в вертикальной плоскости. В процессе опус¬
кания колодца без. водоотлива, когда усложняется контроль за удалением грун¬
та из-под ножа, возможен случай опирания наружных поперечных стен на грунт
при отсутствии грунта под продольными и внутренней поперечной стенами.
В соответствии с этим возможно появление значительного изгибающего момента
в стенах колодца. Поэтому, кроме проверки прочности на изгиб первой секции
(случай I), необходимо проверить на изгиб колодец после наращивания второй
секции (случай II), когда нож заглубится в воду на 1 м ниже уровня грунто¬
вых вод. Этот случай является наиболее невыгодным, поскольку в пределах не
заглубленной в грунт верхней части колодца отсутствует разгружающее влияние
сил трения грунта.245
0,6 ,Ш 8,66/2 8,66/1 1,47 0,6уЗктс. Шс
I I I I l~r IT2,/77IMMI2,67р-37,6тс/м68тсIV165tc 68tc11,00,4.MIM-219Рис. 4- К расчету на изгиб:а — изготовленной нижней секции колодца; б—заглубленного с грунт колодцаСлучай III опирания колодца внутренней стеной на грунт не рассматриваем,
так как при возвышении ее низа на 2 м над банкеткой ножа несвязный водо¬
насыщенный грунт (находящийся под средней стеной) не сможет воспринять
нагрузку от веса колодца без того, чтобы не включились в восприятие нагрузки
наружные поперечные стены.Величины расчетных нагрузок и распределение их по длине колодца для
случаев I и II приведены на рис. 4. При вычислении нагрузок сделаны некото¬
рые допущения: вес продольных стен принят в виде равномерно распределенной
нагрузки; округлено расстояние до центра тяжести наружных поперечных стен.
Расчетные нагрузки для заглубленного колодца (рис. 4, б) приняты с учетом
уменьшения на 20 тс за счет заглубления на 1 м ib ©оду нижней части колодца
и на 231 тс за счет сил трения грунта о боковую поверхность колодца в преде¬
лах глубины 11м.Силы трения на 1 м наружного периметра колодца 0,5 *2,4-6,5+0,5 (2,8+
+3,1)4,5-21 тс/м.Эпюры расчетных моментов и поперечных сил показаны на рис. 4.Изгибающие моменты в сечениях над подкладками Моп (рис. 4, а) опреде¬
ляли из условия равенства моменту Мпр в середине секции колодца. Расстояние
между подкладками принимали равным 0,65-=-0,7 длины колодца и уточняли
путем подбора исходя из обеспечения Mon—Mnv. Расчетные напряжения в бе¬
тоне и арматуре следует определять, принимая момент сопротивления и площадь
поперечного сечения двух продольных стен в случае I (см. рис. 4, а) высотой,
равной 7 м, в случае II —15 м.Приведенные на эпюрах значения изгибающих моментов и поперечной силы
для случая II (рис. 4, б) умножаем на коэффициент перегрузки 1,15 вследствие
затруднения контроля под водой мест опирания ножа колодца.Расчет стен колодца на изгиб в горизонтальной плоскости. По высоте стены
колодца делим на шесть зон (поясов) высотой по 2—3 м. Каждый пояс рас¬
сматриваем в виде замкнутой, горизонтально расположенной рамы, нагружен¬
ной по внешнему периметру давлением грунта и воды. Наиболее нагружен ниж¬
ний пояс высотой 2 м.
К расчету принимаем участок
стены под ножом, равный толщине
стены (рис. ). В рассматриваемом
случае ой принят равным 1 м. Ус¬
ловно считается, что этот участок
воспринимает нагрузку, приходя¬
щуюся на нож.Вследствие возможного пони¬
жения уровня воды в полости ко¬
лодца при разработке грунта эр¬
лифтом или гидроэлеватором дав¬
ление воды в расчете определяем Рис. 5. Эпюры горизонтального давленияисходя из условия понижения уро¬
вня на 50%, а давление грунта с
коэффициентом перегрузки 1,2:Pi — 1,2-6,2 + 5—2,5 = 9,9 тс;
/72= 1,2*6,6 + 3— 0,5 = 10,4 тс;
/?з = 1,2 • 6 + 4,5 — 2 = 9,7 тс;
р3=1,2-7.1 + 4.5 —2=11 тс.Определяем равномерно рас¬
пределенную по периметру рамы
горизонтальную нагрузку р:грунта и воды на нижнюю часть колодца
Р=20.9тс/уГ~Г 1 I 1 1 I I I 1 I м I I II I | ( [ | i | -jР2+ Р31,5 =Рис. 6. Эпюры изгибающих моментов в
стенках нижней части колодца:9,9t 9,70.5 + —4-г~^ 1.5 = 9,8.0,5+10,7-1,5 = 20,9 тс/м.Расчет стен производят на действие изгибающего момента М и нормальной
силы N и проверяют на перерезывающую силу Q.При симметричной, равномерно распределенной по периметру рамы горизон¬
тальной нагрузке /7=20,9 тс/м изгибающие моменты в узлах и элементах рамы
(рис. 6) в первом приближении можно определить, пользуясь формулойМ = kql 2.Тогда:MA.B,C.D,E,F — ^,0833-20,9-6,22 = 66,5 тс-м;^AB,BC.DE,EF,AD,CF — 0*0416-20,9-6,22 = 33,2 TC-M.Полученные данные об изгибающих моментах в стенах колодца предназна¬
чены для определения арматуры и напряжений в бетоне в соответствии с общи¬
ми правилами проектирования железобетонных конструкций.247
Список литературыАбелев М. Ю. Слабые водонасыщенные глинистые грунты как основания
жений. М., Стройиздат, 1973. 288 с.н д р е е в В. Г., Ч а х л о в В. С. Сборный устой столбчатой конструк¬
ции.— Транспортное строительство, 1977, № 4, с. И—13.Баренбойм И. Ю., Карасик М. Е., Спитковский С. А. Соору¬
жение буровых свай большой грузоподъемности. М., Оргтрансстрой, 1973. 36 с.Бартоломей А. А. Расчет осадок ленточнмх свайных фундаментов.
М., Стройиздат, 1972. 128 с.Бахолдин Б. В., Мамонов В. М. Совершенствование норм проекти¬
рования буронабивных свай. — Основания, фундаменты и механика грунтов,
1972, № 6, с. 21—22.Бахолдин Б. В., Илькевич Л. Я. О рациональной области приме¬
нения различных конструкций свайных фундаментов для жилищного строитель¬
ства на слабых грунтах. — Основания, фундаменты и механика грунтов, 1977,
№ 2, с. 23—26.Березницкий Ю. А. Опыт применения опускных колодцев при строи¬
тельстве зданий в местах плотной застройки Москвы. — Основания, фундаменты
и механика грунтов, 1977, № 2, с. 6—7.Блинков Л. С., Богданов Н. М., Шпаков Н. Е. Опыт сооруже¬
ния столбчатых опор.—Транспортное строительство, 1974, № 4, с. 10—12.Блинков Л. С., Гугуцидзе Г. Н., Рыженко А. П. Строитель¬
ство столбчатых фундаментов опор железнодорожных мостов на линии БАМ —
Тында. — Транспортное строительство, 1975, № 9, с. 9—11.Богданов Н. М., Пышко Л. В., Шпаков Н. Е. Сооружение
свайно-эстакадных мостов на вечномерзлых грунтах. — Транспортное строительст¬
во, 1974, № 2, с. 11—12.Валеев P. X., Богданов В. Ф. Об эффективности применения фун¬
даментов из набивных свай. — Основания, фундаменты и механика грунтов, 1978,
№ 1, с. 3—6.Герстенбергер В. Э. К вопросу об определении сопротивления свай
при кручении.—Транспортное строительство, 1971, № 5, с. 42.Глотов Н. М., Переляев Ю. Н. Особенности строительства фунда¬
ментов из буровых свай в Англии. — Транспортное строительство, 1974, № 4,Глотов Н. М., Тюленев Е. А. Строительство фундаментов транспорт¬
ных зданий и сооружений. М., Транспорт, 1977. 110 с.Гринберг Е. И., Шапиро Д. М., Рыбчинский В. П. Резуль¬
таты натурных испытаний устоев мостов. — Транспортное строительство, 1978,
№ 1, с. 41—42.Гугуцидзе Г. Н. Строительство опор малых и средних мостов в усло¬
виях сурового климата. — Транспортное строительство, 1973, № 5, с. 11—13.Гугуцидзе Г. Н. (вооружение свайных фундаментов в сложных грун¬
товых условиях. — Транспортное строительство, 1973, № 7, с. 11—12.Гугуцидзе Г. Н., Рыженко А. П. Несущая способность свай-обо-
лочек, погруженных в слабые грунты. — Основания, фундаменты и механика
грунтов. 1978, № 5, с. 8—10.Далматов Б. М., Лапшин Ф. К-, РоссихинЮ. В. Проектирова¬
ние свайных фундаментов в условиях слабых грунтов. Л., Стройиздат, 1975.
240 с.с. 53—54.248
Докучаев В. В., Маркин К- Ф. Свайные фундаменты в вечномерз¬
лых грунтах. Л., Стройиздат, 1972. 144 с.Ермолаев H. Н., Михеев В. В. Надежность оснований сооружений.
Л, Стройиздат, 1976. 152 с.Завриев К. С. О несущей способности свайных ростверков мостовых
опор.—Транспортное строительство, 1975, № 7, с. 45 и 46.Завриев К. С. К расчету свай и свай-оболочек на горизонтальные и мо-
ментные нагрузки. — Основания, фундаменты и механика грунтов, 1974 № 2,
с. 10—11.Завриев К- С. Расчет свай на продольно-поперечный изгиб и устойчи¬
вость.— Основания, фундаменты и механика грунтов, 1975, № 1, с. 15—17.Завриев К- С. Приближенный способ расчета свай на горизонтальную
нагрузку и определения их гибкости. — Основания, фундаменты и механика
грунтов, 1976, № 3, с. 6—8.Завриев К- С. Исследование предельной несущей способности (по грун¬
ту) фундаментов из свай или оболочек. — Тр. ВНИИ трансп. стр-ва, 1975,
вып. 65, с. 4—39.Завриев К. С., Ш п и р о Г. С. Расчеты фундаментов мостовых опор
глубокого заложения. М., Транспорт, 1970. 215 с.V	Инструкция по проектированию опускных колодцев, погружаемых в тиксо-
тропной рубашке. СН 476-75. М., Стройиздат, 1976. 39 с.Каширский Б. Р., Золотавина Е. В., Сурин В. М Сооруже¬
ние буровых свай на строительстве большого моста.—Транспортное строитель¬
ство, 1980, № 3, с. 8—10.Коломойцев Б. Б. Железобетонные сваи с уширением. — Транспортное
строительство, 1971, № 4, с. 9—10.Кульчицкий Г. Б. Влияние метода подготовки забоя скважин на не¬
сущую способность буронабивных свай. — Транспортное строительство, 1980,
№ 3, с. 40.Левкович А. И. Инженерно-геологические изыскания для строительст¬
ва на вечномерзлых грунтах. Л., Стройиздат, 1974. 144 с.Ломсадзе А. Н., Гугуцидзе Г. Н., Рыженко А. П. Сооруже¬
ние фундаментов опор моста столбчатой конструкции в слабых грунтах. —
Транспортное строительство, 1977, № 7, с. 7—9.Луга А. А., Львов И. С. Локальный оползневой сдвиг устоя виаду¬
ка.— ВНИИ трансп. стр-ва, 1971, вып. 78, с. 119—129.Луга А. А., Рыженко А. П. Анализ причин сдвига устоя виадука. —
Тр. ВНИИ трансп. стр-ва, 1972, вып. 57, с. 48—61.Луга А. А., Бахолдин, Ободовский А. А. О повышении сопро¬
тивлений плотных песчаных грунтов под забивными сваями. — Транспортное
строительство, 1976, № 3, с. 44—45.Луга А. А. О повышении эффективности и экономичности свайных фун¬
даментов.— Транспортное строительство, 1978, № 8, с. 8—9.Методические рекомендации по расчету обсыпных устоев автодорожных
мостов как упругих опор в линейно-деформируемой среде/Гипродорнии Мин-
автодора РСФСР, М., 1978. 46 с.Нар бут Р. М. Работа свай в глинистых грунтах. Л., Стройиздат, 1972.
160 с.	.Ободовский А. А. Проектирование свайных фундаментов. М., Строи-
издат, 1977. 112 с.Орлов В. О., Дубнов Ю. Д., М е р е н к о в Н. Д. Пучение промер¬
зающих грунтов и его влияние на фундаменты сооружений. Л., Стройиздат,
1977. 184 с.Поляков Д. Н., Силина А. К. О расчете на устойчивость столбча¬
тых опор мостов. — Транспортное строительство, 1978, № 11, с. 44—45.Проектирование и строительство искусственных сооружений/ВНИИ трансп.
стр-ва. М., Транспорт, 1978. (БАМ: В помощь строителям). Гл. I. Фундаменты
опор мостов, с. 3—45.Протодьяконов Г. П., Плахотник А. И. О свайных опорах мо¬
стов в суровых климатических условиях. — Транспортное строительство, 1979,
№ 3, с. 40—42..249
Радугин А. Е. О необратимости во времени процесса «засасывания»
свай в глинистых грунтах. — Основания, фундаменты и механика грунтов, 1970,
№ 5, с. 24—26.Рассказов И. Д., Р о н и н Б. Г., Пышко Л. В. Повысить уровень
сборности мостов БАМ. — Транспортное строительство, 1979, № 12, с. &—11.Рубайлов А. М. Область применения расчета свайных ростверков с уче¬
том деформации плит. — Транспортное строительство, 1971, № 4, с. 47—48.\; Руководство по расчету фундаментов глубокого заложения/ЦНИИС, М.,
1980. 153 с.Рыженко А. П. Несущая способность столбчатых фундаментов. —
Транспортное строительство, 1972, № 2, с. 10, 41.Рыженко А. П. Работа ростверка из буровых свай на действие гори¬
зонтальных сил. — Транспортное строительство, 1973, № 4, с. 43—44.Рязанов Ю. С., Ш а л е н к о Н. Г., Глушко Е. Г. Строительство
столбчатых опор мостов на вторых путях. — Транспортное строительство, 1976,
№ 6, с. 13—14.Рязанов Ю. С., Ануров Е. В. Сооружение опор автодорожного мо¬
ста.— Транспортное строительство, 1976, № 8, с. 6—8.Рязанов Ю. С. Опоры мостов эстакадного типа из железобетонных свай-
оболочек.— Транспортное строительство, 1977, № 5, с. 7—8.Рязанов Ю. С. О трещинах в сваях-оболочках опор эстакадного типа. —,, Транспортное строительство. 1979, № 12, с. 41—42.V	Свайные фундаменты/Н. М. Глотов, А. А. Луга, К. С. Силин, К- С. Завриев.
М., Транспорт, 1975. 432 с.J Силин К. С., Глотов Н. М. Опускные колодцы. М., Транспорт, 1971.
224 с.Соколов О. Л., Пахомова Л. Н. Мост на буронабивных опорах. —
Транспортное строительство, 1979, № 6, с. 11.Соловьев Г. П., Тер-Микаэлян Ф. М., Куценко В. Н. Буро¬
вые сваи большой грузоподъемности в мостостроении. — Основания, фундаменты
и механика грунтов, 1972, № 6, с. 16—18.Сорочан Е. А. Строительство сооружений на набухающих грунтах. М.,
Стройиздат, 1974. 224 с.СНиП II-15-74. Основания зданий и сооружений. Нормы проектирования.
М., Стройиздат, 1975. 65 с.СНиП II-17-77. Свайные фундаменты. Нормы проектирования. М., Строй¬
издат, 1978. 48 с.СНиП Н-18-76. Основания и фундаменты на вечномерзлых грунтах. Нормы
проектирования. М., Стройиздат, 1977. 46 с.СНиП II-A. 12-69*. Строительство в сейсмических районах. Нормы проекти¬
рования. М., Стройиздат, 1977. 54 с.Справочник по строительству на вечномерзлых грунтах./А. Ф. Антонов,
Ю. Я. Велли, В. В. Гальперин и др. Л., Стройиздат, 1977. 552 с.Таргулян Ю. О. Устройство свайных фундаментов в вечномерзлых
грунтах. Л., Стройиздат, 1978. 160 с.Трофименко Ю. Г., Ободовский А. А. Область эффективного
применения буронабивных свай.— Основания, фундаменты и механика грунтов,
1972, № 6, с. 19—20.Царьков А. А. К расчету свайных фундаментов с низким ростверком. —
Тр. ВНИИ трансп. стр-ва, 1968, вып. 279, с. 127—135.Цытович Н. А. Механика мерзлых грунтов. М., Высшая школа, 1973,
446 с.
ОГЛАВЛЕНИЕВведение	 3Глава 1. Общие положения проектирования фундаментов		71.1.	Основные принципы и задачи	 71.2.	Методы и нормы проектирования	 91.3.	Материалы			12Г лава 2. Выбор оснований и типов фундаментов	 142.1.	Исходные данные для проектирования оснований и фунда¬
ментов 		142.2.	Анализ исходных данных		192.3.	Рекомендации по выбору оснований и типов фундаментов .	23Глава 3. Конструирование свайных фундаментов	263.1.	Конструкции свай	263.2.	Конструкции фундаментов	423.3.	Рекомендации по конструированию фундаментов	54Глава 4. Конструирование фундаментов из опускных колодцев	644.1.	Конструкции колодцов и фундаментов	644.2.	Детали фундаментов и колодцев	784.3.	Рекомендации по конструированию фундаментов и колодцев 82Глава 5. Расчет несущей способности оснований	885.1.	Факторы несущей способности	885.2.	Сваи, оболочки и столбы	925.3.	Фундаменты	95Г лава 5. Расчеты свайных фундаментов	1086.1.	Основные положения	1086.2.	Расчет однорядных свайных фундаментов на нагрузки, дей¬
ствующие в плоскости, перпендикулярной к плоскости ряда ... 1296.3.	Общий случай расчета свайных фундаментов по плоским рас¬
четным схемам	1376.4.	Пространственный расчет свайных фундаментов	1466.5.	Расчет свайных фундаментов в матричной форме	1526.6.	Расчет фундаментов при наличии внешней нагрузки, дейст¬
вующей на сваи	1576.7.	Расчет свайных опор эстакадного типа с учетом деформации
изгиба подферменной плиты в вертикальной плоскости	1606.8.	Определение усилий в радиальных сечениях полых оболочек 1636.9.	Проверка несущей способности (по грунту) свайного фунда¬
мента как условного массивного	1656.10.	Расчет осадок свайных фундаментов мостов	1666.11.	Особенности расчета свайных фундаментов на вечномерз¬
лых грунтах	169251
Глава 7. Расчет фундаментов из опускных колодцев	1737.1.	Общие предпосылки	1737.2.	Расчеты фундаментов	1767.3.	Расчет опускных колодцев	180Глава 8. Проектирование фундаментов на вечномерзлых грунтах	1888.1.	Характеристики и принципы использования грунтов	1888.2.	Выбор типа и конструкций фундаментов	1938.3.	Особенности расчетов оснований и фундаментов	201Глава 9. Особенности проектирования фундаментов в сильносжимаемых,просадочных и набухающих грунтах	2029.1.	Характерные свойства грунтов	2029.2.	Фундаменты в сильносжимаемых грунтах	2079.3.	Фундаменты на просадочных и набухающих грунтах	209Глава 10. Проектирование фундаментов в сейсмических районах	21110.1.	Общие сведения о сейсмических воздействиях	Л 21110.2.	Особенности проектирования оснований	21510.3.	Особенности конструирования и расчета фундаментов . . . 217
Приложения:Приложение 1. Пример расчета однорядного фундамента из оболочекd= 1,6м		223Приложение 2. Пример расчета фундамента с заглубленной в грунт плитойи вертикальными сваями 35X35 см	230Приложение 3. Пример расчета фундамента с наклонными сваями . . . 235
Приложение 4. Пример расчета фундамента из опускного колодца . . . 239
Список литературы	249
Константин Сергеевич Силин,Николай Митрофанович Глотов,
Константин Сергеевич ЗавриевПРОЕКТИРОВАНИЕ ФУНДАМЕНТОВ
ГЛУБОКОГО ЗАЛОЖЕНИЯРедактор К. М. Ивановская
Переплет художника Е. Н. Волкова
Технический редактор Л. Е. Шмелева
Корректоры Н. В. Каткова, С. Б. НазароваИБ № 1963Сдано в набор 30.06.81. Подписано в печать 22.10.81. Т-27380Формат 60X907ie. Бум. тип. № 2. Гарнитура литературная. Высокая печать
Уел. печ. л. 16. Уел. кр.-отт. 16. Уч.-изд. л. 18,17. Тираж 4350 экз. Заказ 2057
Цена 1 р. 30 к. Изд. № 1-3—1/15 № 0406Издательство €ТРАНСПОРТ>, 107174. Москва. Басманный туп., 6а.	Московская типография № 8 Союзполнграфпрома
при Государственном комитете СССР
по делам издательств, полиграфнн и книжной торговли.
Хохловский пер., 7.