Проектирование свайного фундамента из висячих свай при загрузке вертикальной силой и моментом рекомендуется производить в следующем порядке.
1. В соответствии с данными геологических изысканий задаются длиной сваи. Глубину погружения свай назначают исходя из конструктивно целесообразных для конкретного случая размеров фундамента, имеющего экономические преимущества перед обычным, закладываемым на естественном основании.
2. Находят наименьшее значение расчетного сопротивления висячей сваи по грунту основания в т по формуле (32).
3. Определяют необходимое количество свай
где N — расчетная нормальная сжимающая сила;
Р — расчетное сопротивление одной сваи.
Если нагрузка N приложена центрально к сваям фундамента, то при определении числа их необходима только проверка назначенной длины и достаточной прочности выбранного типа.
При внецентренной нагрузке равнодействующая всех сил может иметь как постоянный, так и переменный эксцентрицитет.
Число свай для фундаментов с постоянным эксцентрицитетом можно определять по формуле (49), но при условии, чтобы точка приложения равнодействующей совпадала с центром тяжести фундамента.
4. Когда требуемое количество свай определено, их надо разместить на площадке свайного ростверка в соответствии с эпюрой распределения давления по его подошве.
Сваи размещаются в основании здания или сооружения в рядовом или шахматном порядке. Расстояние между осями свай в плоскости нижних концов должно быть не менее 3d, где d — диаметр круглого или сторона квадратного сечения сваи.
Расстояние от края ростверка до ближайшей грани в крайнем ряду свай следует принимать не менее 25 см.
Если после размещения свай выявляется незначительное расхождение точки приложения равнодействующей с центром тяжести свайного фундамента, то весь план фундамента нужно сдвинуть на величину эксцентриситета. Следует стремиться к тому, чтобы равнодействующая постоянных сип проходила возможно ближе к центру тяжести плана свай, построенного в плоскости; расположенной на уровне их нижних концов.
Высота железобетонного ростверка определяется по расчету и должна быть не менее 30 см. Верхние концы забивных железобетонных свай, работающих на вертикальную нагрузку, после срубки должны заделываться в ростверке не менее чем на 5 см, а выпуски арматуры для связи свай с ростверком — не менее 25 см (рис. 44). Ширина ростверка при многорядном расположении свай принимается
где a — расстояние между осями свай в ряду;
n — число рядов;
d — больший размер сечения сваи, или ее диаметр;
r — свес ростверка (расстояние от края ‘плиты ростверка до ближайшей грани сваи) по его периметру, принимаемый не менее 5 см.
5. После размещения висячих свай в плане свайного фундамента производится проверка прочности его основания. При этом, помимо расчета отдельных свай, производят цроверку прочности основания куста в целом по напряжениям на грунт в плоскости нижних концов свай, как для условного массивного фундамента.
Осадки свайных фундаментов, имеющих обычно довольно развитые размеры в плане, даже при значительном увеличении нагрузки возрастают медленно и почти пропорционально росту нагрузок, без резких изменений, характерных для одиночных свай. Поэтому максимально допустимую нагрузку на свайный фундамент следует назначать соответственно осадкам, предельно допустимым для данного сооружения. Величина этих нагрузок одновременно будет предельной и для свайного фундамента [2].
В состав условного массивного фундамента входят: ростверк, сваи, грунт межсвайного пространства и некоторый объем грунта, примыкающий к наружным сторонам свайного фундамента. Расчетная схема такого условного массива в виде призмы с вертикальными гранями приведена на рис. 45; здесь изображен свайный фундамент, нагруженный равнодействующей вертикальных сил N, приложенной с эксцентриситетом е. Контуры условного сплошного массива, заменяющего свайный фундамент, определяются: сверху — поверхностью планировки грунта, с боков — вертикальными плоскостями 2–1 и 3–4, снизу — плоскостью на уровне нижних концов свай в границах, определяемых пересечением с этой плоскостью наклонных под углом α = φср/4 к вертикали линии, проведенных от наружного контура свайного куста на уровне подошвы ростверка.
Средневзвешенное нормативное значение угла внутреннего трения грунта
где φ1, φ2, … φn — нормативные значения углов внутреннего трения для отдельных пройденных сваями слоев грунта толщиной соответственно l1, l2, … ln;
l — глубина погружения свай в грунт, считая от подошвы ростверка, равная l1+l2+ … +ln.
Расчетная площадь опирания (на естественное основание) условного массива, имеющего в плане прямоугольную форму
Проверку прочности всего свайного фундамента по прочности естественного основания производят по формуле
где Nн — вертикальная составляющая нормативных нагрузок на свайный фундамент к плоскости его подошвы с учетом веса условного массива, включающего грунт и сваи;
Mн — момент относительно центра тяжести в уровне подошвы ростверка от нормативных нагрузок;
Fм и Wм — площадь и момент сопротивления условного массива в уровне его подошвы;
Rнест — нормативное давление на основание условного массива в уровне его подошвы, принимаемое по формуле (1).
Формула (50) получена в предположении, что жесткость ростверка равна бесконечности и несущая способность всех свай фундамента одинакова.
При расчетах свайных фундаментов, одновременно работающих на силы, действующие (в плане) в обоих перпендикулярных направлениях, а также загруженных внецентренно приложенными силами, расчет усилий в сваях необходимо вести с учетом действия равнодействующего момента по формуле
где Pф — расчетная нагрузка на сваю, нормальная к плоскости подошвы ростверка;
N, Мx и Мy — соответственно расчетная нормальная сжимающая сила в т и расчетные моменты в тм относительно главных осей в плоскости подошвы свайного фундамента;
n — число свай в свайном фундаменте;
xi и yi — расстояния в м от главных осей свайного фундамента в плане до оси каждой сваи;
x и y — расстояния в м от главных осей свайного фундамента в плане до оси сваи, для которой вычисляется нормальная нагрузка;
P — наименьшее значение расчетного сопротивления сваи по материалу сваи иди по грунту основания в т.
При кратковременно действующих нагрузках (краны, ветер и т. п.) допускается перегрузка крайних свай фундамента до 20% расчетного сопротивления их.