Работа отдельных висячих свай, входящих в состав свайного фундамента, отличается от работы одиночных свай, находящихся в совершенно аналогичных условиях.
Вертикальная осевая нагрузка, воспринимаемая сваей вследствие касательных напряжений, вызываемых силой трения боковой ее поверхности по грунту, передается на соприкасающиеся частицы грунта и распределяется под некоторым углом а к вертикали, образуя напряженное состояние в примыкающем к стволу сваи конусообразном массиве грунта. Таким образом, вся нагрузка через боковую поверхность и острие передается на грунт, залегающий в горизонтальной плоскости, проходящей через конец сваи. Круговая горизонтальная площадка, лежащая на уровне острия сваи условно называется активной зоной (рис. 40).
При редком расположении свай активные зоны не совмещаются и каждая свая работает изолированно друг от друга, как одиночная. При частом расположении свай активные зоны под каждой из них совмещаются, осадка каждой сваи становится зависимой от загружения соседней и при этом возрастает. Ординаты эпюры суммарного напряжения грунта намного превосходят эпюры напряжений под одиночной сваей (рис. 41), что и ведет к увеличению осадки свайного куста.
А. А. Луга [2] предлагает формулу для определения радиуса площади, по которой возникают в грунте напряжения в плоскости нижнего конца сваи:
При расстояниях между осями свай c<2R объемы напряжений пересекаются и суммируются. Для наиболее эффективного размещения свай куста в плане расстояние между осями смежных свай должно быть более 2R. Результаты вычислений по формуле (48) расстояний 2R для свай различных диаметров и глубин погружения в грунт при α = 30° приводятся .в табл. 37. Из таблицы видно, как возрастают расстояния 2R с глубиной погружения в грунт и с увеличением диаметра ствола сваи; но при одинаковой глубине погружения, по мере увеличения диаметра ствола сваи расстояния (2R = nd) уменьшаются. Для наиболее распространенных глубин забивок свай (9 – 16 м) эти расстояния изменяются в пределах от 5 d до 7 d, что подтверждается экспериментальными исследованиями.
При проектировании фундамента, состоящего из куста свай, приходится встречаться с комплексом сложных взаимообусловливающих явлений, среди которых доминирующее значение имеют: сжимаемость слоев грунта, расположенных ниже острия свайного массива, количество свай в кусте и расстояния между ними, угол распространения активной зоны и др.
Многолетние исследования, проведенные в этом направлении В. Г. Березанцевым [12], В. Н. Голубковым [31], А. А. Луга [2] дали весьма интересные результаты и позволили установить следующие основные принципы проектирования свайных фундаментов:
1. Наибольшее сопротивление основания испытывают сваи, расставленные так, что активные зоны их пересекаются в точке, лежащей на горизонтальной плоскости, проходящей через нижние концы свай; при этом сопротивление основания куста свай равно сопротивлению основания одиночной сваи (рис. 41).
2. Суммарные расчетные напряжения, действующие в плоскости нижних концов свай фундамента, не должны превышать расчетного сопротивления грунта основания в данной плоскости.
3. Объем зоны деформации зависит от величины удельной нагрузки, передаваемой одиночной сваей и кустом на грунт, и от размера площади передачи давления; при равной осадке величина удельного давления на грунт больше у одиночной сваи, а глубина развития деформации в грунте больше у куста свай.
4. Осадка свайных фундаментов возрастает пропорционально корню квадратному из площади нагрузки; при равных нагрузках минимальные осадки наблюдались у одиночных свай, максимальные — у свайных фундаментов (рис. 42).
5. У свайных фундаментов с равной площадью передачи давления на грунт в плоскости нижних концов свай и с разным количеством их (рис. 43) осадки практически одинаковы (при равных нагрузках на каждый фундамент).
6. При определении числа висячих свай необходимо иметь в виду, что экономически почти всегда более рентабельно принимать фундамент с меньшим числом более длинных свай, чем фундамент с большим числом свай меньшей длины.
7. Экономический анализ [31] показал, что расстояние между сваями, выбранное из условия соприкосновения активных зон в плоскости острия свай, будет оптимальным при любых размерах опор, числе свай, и глубинах их забивки.
8. С увеличением расстояния между сваями сопротивление основания свай увеличивается, а с увеличением числа свай — уменьшается; удельное же сопротивление грунта в плоскости острия в первом случае уменьшается, а во втором — увеличивается.
9. При увеличении числа свай и при таких расстояниях между ними, когда активные зоны только соприкасаются в плоскости острия свай, осадка фундамента увеличивается пропорционально числу свай.
