Методические указания по проектированию фундаментов мостовых опор и береговых устоев (стр. 4 из 6)
4.2. Расчет свайного фундамента
Применение свайных фундаментов в мостостроении становится наиболее целесообразным, если верхние слои грунтовой толщи представлены грунтами, имеющими низкую прочность и высокую сжимаемость, а плотные находятся на большой глубине (10-15 м). Их применяют также и в плотных грунтах, залегающих у поверхности, но при большой глубине воды или значительном размыве дна водотока, когда устраиваются свайные фундаменты с высокими ростверками.
При строительстве опор на местности, не покрытой водой, или при сравнительно небольшой (2-3 м) глубине воды в водотоке и достаточно плотных грунтах, слагающих дно, преимущественно применяют фундаменты с низким ростверком.
В фундаментах с низкими ростверками сваи работают в более благоприятных условиях на действие горизонтальных нагрузок, так как и сваи по всей длине, и плита ростверка окружены грунтом, который оказывает сопротивление горизонтальным силам.
4.2.1. Выбор способа производства по сооружению свайного ростверка,
назначение его размеров
Способ производства работ при устройстве свайного ростверка аналогичен способу при сооружении фундамента мелкого заложения. Дополнительно можно рекомендовать применение подводной разработки котлована под плиту ростверка и подводной забивки свай при высоком горизонте воды.
Размер ростверка в плане назначают с учетом размеров мостовой опоры (берегового устоя) в нижнем сечении с обрезами по 0,2-0,5 м.
Глубина заложения подошвы ростверка назначается в соответствии с [4, п.2.25]. При наличии в основании на глубину промерзания пучинистых грунтов глубина заложения подошвы ростверка (аналогично фундаменту на естественном основании) должна превышать расчетную глубину промерзания не менее, чем на 0,25 м.
В русле реки подошва плиты ростверка может быть заложена на любом уровне (в том числе выше дна русла реки) при отсутствии промерзания воды до дна, но не менее чем на L+0,25 м ниже уровня низкого ледостава (L – толщина льда, м). При наличии ледохода, карчехода или истирающих кладку наносах так, чтобы сваи не могли подвергаться их действию.
При возможности размыва грунтов в русле реки требуется заглубление подошвы ростверка, имеющего только вертикальные сваи и воспринимающего горизонтальные нагрузки, ниже линии размыва.
Верхний обрез плиты свайного ростверка назначается обычно на отметке не менее чем на 0,5 м ниже наинизшего горизонта воды в русле реки.
Толщина ростверка назначается с учетом необходимой высоты заделки свай.
Для случая передачи на сваи нормальных сжимающих нагрузок, не выходящих за пределы ядра сечения свай, заделка головы сваи в ростверк hз должна быть не менее большей стороны или диаметра сваи.
В случае наличия в узле сопряжения растягивающих усилий верхние концы свай должны быть заделаны в плиту ростверка (выше слоя бетона, уложенного подводным способом) на величину, определяемую расчетом, но не менее чем на две толщины ствола сваи. Допускается также для фундамента при таких нагрузках заделка ствола сваи в плиту ростверка на длину не менее 0,15 м при условии заделки в ростверк выпусков стержней продольной арматуры на длину, определяемую расчетом, но не менее 25 диаметров стержня продольной арматуры.
Плита ростверка может выполняться из бетона, бутобетона или железобетона.
4.2.2. Выбор типа, длины и сечения сваи
Материал и предварительные размеры свай назначаются исходя из гидрогеологических и геологических условий.
Забивные деревянные сваи допускается применять при условии заложения голов свай ниже наинизшего уровня грунтовых вод не менее, чем на 0,3-0,5 м.
Забивные железобетонные сваи и сваи-оболочки можно применять в любых грунтах, позволяющих производить забивку и вибропогружение. Квадратные сваи с круглой полостью и открытым нижним концом можно применять при опирании нижних концов на глинистые грунты полутвердой и твердой консистенции и на плотные пески.
Буронабивные сваи можно применять во всех грунтах за исключением глинистых текучей консистенции, торфов, илов.
При выборе предварительной длины сваи (размер от головы до начала заострения) необходимо учитывать геологические условия строительной площадки, обращая особое внимание на плотность песчаных грунтов, консистенцию глинистых, прочность малосжимаемых и скальных грунтов.
Выбор несущего слоя грунта под нижними концами свай и необходимое заглубление свай в эти грунты должно производиться на основании анализа всех инженерно-геологических данных.
Допускается опирание свай на скальные грунты без заглубления в них при наличии по верху скальных грунтов неразмываемых наносных отложений такой толщины слоя, в пределах которого погашается действие изгибающих моментов.
При недостаточной несущей способности верхнего слоя скальных грунтов, или недостаточной толщине наносных отложений для погашения воздействия изгибающих моментов, необходимо сваи заделывать в скальные грунты на величину, определяемую расчетом.
В малосжимаемые грунты (крупнообломочные грунты с песчаным заполнителем средней плотности и плотные), а также глины твердые с модулем деформации E ≥50 мПа следует заглублять не менее, чем на 0,5 м.
В несущий слой, представляющий рыхлые грунты, погружение нижнего конца сваи должно назначаться в зависимости от плотности прорезаемых сваей грунтов на глубину не менее 1,0 м.
Минимальная длина сваи принимается с учетом заделки ее в ростверк не менее 4,0 м.
Выбор сечения свай должен производиться с учетом выбранной длины, характеристик прорезаемых грунтов, грунтов, залегающих ниже концов свай, и передаваемых на них нагрузок.
Связь сечения с длиной забивной свай определяется типовыми конструкциями свай. Для ряда длин свай предусмотрено несколько сечений.
4.2.3. Определение несущей способности свай
Несущая способность сваи рассчитывается по прочности материала ствола сваи и прочности грунта. В дальнейшем принимается наименьшая.
Несущая способность сваи по материалу определяется как соответствующего стержня (из железобетона, дерева и др.). Расчет висячих свай по материалу, как правило, не требуется, так как несущая способность по материалу больше, чем по грунту.
Несущая способность свай-стоек
Несущую способность Fd (кН) железобетонной забивной сваи, сваи-оболочки, набивной и буровой сваи, опирающихся на скальный грунт, следует определять по формуле
,где
– коэффициент условий работы ( 
при размере поперечного сечения свай d ≤ 0,2 м, 
при d ≥0,2 м);
– коэффициент, учитывающий гибкость сваи ( для свай, полностью находящихся в грунте, 
);Rb – расчетное сопротивление бетона при осевом сжатии, кПа;
Rs– расчетное сопротивление арматуры сжатию, кПа;
A – площадь поперечного сечения сваи, м2;
As – площадь поперечного сечения продольных стержней арматуры, м2;
Несущая способность
(кН) деревянных свай 
,где
– коэффициент условий работы, 
;А – минимальная площадь поперечного сечения сваи, м 2;
Rc – расчетное сопротивление древесины сжатию, кПа.
Несущую способность сваи-стойки по грунту, опирающейся на крупнообломочные грунты с песчаным заполнителем, а также глины твердой консистенции следует определять по [5, формула (5)]
,где
–коэффициент условий работы сваи в грунте, принимаемый 
;R – расчетное сопротивление грунта под нижним концом сваи-стойки, для забивных свай R = 20000 кПа;
А – площадь опирания на грунт сваи, м2.
Расчетную нагрузку на сваю N (кН), передаваемую на сваю (допустимую нагрузку на сваю), следует рассчитывать исходя из условия [5, формула (2)]
,где
– коэффициент надежности, 
, если несущая способность сваи определена материалом; 
, если несущая способность определена по грунту.Несущая способность висячей сваи
Несущую способность Fd (кН) висячей сваи, прорезающую n слоев грунта, следует определять как сумму сил расчетных сопротивлений грунтов основания под нижним концом сваи и на ее боковой поверхности по [5, формула (8)]
.