При этом существенно уменьшаются затраты труда на изготовление бипирамидальной сваи, а кроме того, по сравнению, с первым вариантом, сокращается расход арматуры. Так как в случае забивной сваи необходимо обеспечить ее целостность при транспортировании и забивке.

Как показывают экспериментальные исследования, сопротивления бипирамидальных свай имеет величину равную сопротивлению пирамидальных свай тех же размеров (длина, размер поперечного сечения в голове и нижнего конца) и при одинаковых осадках. Однако удельное сопротивление бипирамидальных свай по сравнению с пирамидальными сваями в 2,0 . 2,5 раза выше. То есть, расход бетона и стали также сокращается в таких же пределах.

Однако методы расчета бипирамидальных свай до настоящего времени разработаны без использования современных численных методов, что не способствует их внедрению в практику строительства.

1.2. Методы расчета сопротивления коротких забивных свай

Для разработки надежного и эффективного проектного решения свайных фундаментов необходимо знать нагрузку, которую можно передать на сваю.

На первоначальном этапе применения свайных фундаментов, когда объем их применения был сравнительно небольшой определялась несущая способность свай и в отдельных случаях свайных фундаментов путем испытаний статической нагрузкой.

В дальнейшем были проведены исследования А.А. Луга [2], В.Н. Голубков [16], [17], посвященные определению несущей способности большого числа свай и свайных фундаментов с целью обобщения статических испытаний в различных грунтовых условиях. Эти исследования были направленными на определение несущей способности грунта по боковой поверхности сваи и под острием. В результате были составлены таблицы соответствующих расчетных сопротивлений грунта, которые вошли в СНиП [18].

С развитием техники тензометрических измерений появилось значительное число работ, в которых описаны результаты исследований распределения сил трения по боковой поверхности и доля нагрузки приходящаяся на острие. (Абраменко П.Г. [19], Бартоломей А.А. [20], Бахолдин Б.В. и Игонькин Н.Т. [21], Колесник Г.С., Шахирев В.Б., Моргун А.И. [22], Таланов Г.П., Лычев П.П. [23], Mohan D., Jain G., and Kumar V. [24], Seed H.B. and Reese L.C. [25]).

Эти исследования были направлены на уточнение характера распределения сил трения по боковой поверхности так как в СНиП [18] эпюра этих сил в однородных грунтовых условиях принята треугольной с основанием на уровне острия, а также изучению закономерности распределения усилий между боковой поверхностью и острием в процессе роста нагрузки на сваю. Эти исследования положены в основу разработки теоретических методов расчета свай, которые учитывают выявления особенностей работы свай с основанием.

В настоящее время при расчете забивных свай используется методика, изложенная в СНиПе [43], методика, разработанная в Одесском инженерно-строительном институте и изложенная во Временных указаниях по проектированию и устройству фундаментов из пирамидальных свай [25], а также методы расчета с использованием численных методов [26].

1.2.1. Определение сопротивления пирамидальных свай по методу ОИСИ

Расчет пирамидальных свай по методу ОИСИ [26] выполняется с учетом следующих основных требований:

а) средний удельный вес сухого грунта (gd,ср) уплотненного при забивке пирамидальной сваи, в пределах зоны приложения должен иметь значения 16,0 - 17,5 кн/м3;

б) величина нормативной осадки пирамидальной сваи принимается в расчете равной предельно допустимой осадке Sн = 8 см, согласно СНиП [ ], для крупнопанельных и крупноблочных бескаркасных зданий;

в) объем зоны деформаций не должен превышать объема зоны уплотнения (рис. 1.1 ).

Рв

1

2

Рис. 1.1 Схема совместной работы пирамидальной сваи и грунта основания

1 - зона уплотнения основания;

2 - зона деформаций основания.

Сопротивление пирамидальной сваи определяется по формуле:

где Егр.ср - значение среднего модуля объемной деформации уплотненного грунта в пределах объема зоны деформаций, которые определяются по графику Егр.ср = f(gd), (см. [26]);

Vsc - объемная осадка сваи, которая определяется по формуле:

Su - предельно-допустимая осадка Su = 8 см;

Vc - объем погруженной части сваи;

l - длина погруженной части сваи;

b - коэффициент, принимаемый равным b = 0,5;

Vac - объем зоны деформаций пирамидальной сваи, определяемый по графику Vac = f(Vsc) [26];

Fэ - эффективная площадь поперечного сечения сваи, обуславливающая ее объемную осадку, Fэ = Vc/l.

1.2.2. Определение сопротивления пирамидальных свай по СНиП

Несущую способность Fd, пирамидальной сваи с наклоном боковых граней ip > 0,25 допускается определять как сумму сил расчетных сопротивлений грунта основания на боковой поверхности сваи и под ее нижним концом по формуле[18, 27]:

где Ai - площадь боковой поверхности сваи в пределах i-го слоя грунта, м2;

a - угол наклона граней пирамидальной сваи, град.;

jli, cli - расчетные значения угла внутреннего трения, град., и сечения, кПа;

d - размер стороны нижнего конца сваи, м;

n1, n2 - коэффициенты, значения которых определяются по таблице СНиПа [ 18 ] приложения 2.

Сопротивление грунта под острием сваи P'i и по ее боковой поверхности Рi определяется по формуле:

где Ei - модуль деформации i-го слоя грунта, определяемый по результатам прессиометрических испытаний, кПа;

Vi - коэффициент Пуассона i-го слоя грунта, принимаемый в соответствии с требованиями главы СНиПа "Основания зданий и сооружений" [ 43 ];

x - коэффициент, значения которого определяются по таблице СНиПа [18].

Природное боковое давление грунта Рoi (кПа) определяют по формуле:

где gi - удельный вес грунта i-го слоя кН/м3;

hi - средняя глубина расположения i-го слоя грунта, м.

Начальное давление грунта:

Ppi = Poi(1 + sinji) + cicosji.

При отсутствии прессиометрических испытаний грунта несущая способность пирамидальной сваи определяется по формуле:

Fd = gc[RA + Shi(uifi + u0ipEiKixr)],

где gc - коэффициент условий работы сваи в грунте, принимаемый gc = 1;

R - расчетное сопротивление грунта под нижним концом сваи, кПа, принимаемое по таблице №1 [18];

A - площадь сечения конца сваи;

hi - толщина i-го слоя грунта, соприкасающегося с боковой поверхностью сваи, м;

fi - расчетное сопротивление i-го слоя грунта основания на боковой поверхности сваи, кПа, принимаемое по таблице 2 [18];