Руководство по проектированию свайных фундаментов на подрабатываемых территориях

Ордена Трудового Красного Знамени научно-исследовательский институт оснований и подземных сооружений Госстроя СССР

(НИИОСП)

РУКОВОДСТВО

ПО ПРОЕКТИРОВАНИЮ СВАЙНЫХ ФУНДАМЕНТОВ НА ПОДРАБАТЫВАЕМЫХ ТЕРРИТОРИЯХ

МОСКВА-1970

Ордена Трудового Красного Знамени научно-исследовательский институт оснований и подземных сооружений Госстроя СССР

(Н И И ОС П)

РУКОВОДСТВО

ПО ПРОЕКТИРОВАНИЮ СВАЙНЫХ ФУНДАМЕНТОВ НА ПОДРАБАТЫВАЕМЫХ ТЕРРИТОРИЯХ

МОСКВА- I 970

Схемы сооояженич голо* cu* сростверком:а-жесткая заделка;

5-ШАРНИРНОС СОПРЯЖЕНИЕ; б-СОЙйШИЕ ЧЕРЕЗ ШОВ СКОЛЬЖЕНИЯ Г T-CU« ) 2-pOCTBFPK;3-Wmu АЦААТУрМ ИЗ СиЙ(£*-ДЛИНА ЗАДЕ МИ ПО МСЧЕТУ);

4- АРМИРОВАНИЕ ОГОЛОВКА СВАИ *, 5-ШОВ СКОЛЬЖЕНИЯ i 6-СТЕНА; d-ШИОИНА ПОПИШЮГО СЕЧЕНИЯ СиЙ;&-РАЗМЕР ОГОЛОВКА CUM',N4-ПОЛОЖЕНИЕ РАВНОДЕЙСТВУЮЩЕЙ НАГРУЗКИ НА СВАЮ ДО ПОДОАВОТКИ; Л5»-ТО ЖЕ ВО ВСЕМИ ПОАОАБОТКИ;е„*ЗКСЦ£НТОИСИТЕТ НАГРУЗКИ ПОИ ПОА0А6ОТКЕ.

3.2.    В зависимости от свойств грунтов, залегающих под нижними концами свай могут применяться висячие сваи и сваи-стойки.

3.3.    Для подрабатываемых территорий рекомендуется применять свая меньией местности, так как при воздействии горизонтальных деформаций грунта при подработке в них и в ростверках возникают меньмие дополнительные усилия.

3.4.    Конструктивные схемы свайных фундаментов в зависимости от характера сопряжения их годов с ростверком разделяются

на (рис.1):

а)    податливые - при шарнирном сопряжении свай с ростверком иля сопряжении через вов скольжения;

б)    жесткие - при жесткой заделке голов свай в ростверк.

4. ОСНОВНЫЕ УКАЗАНИЯ ПО РАСЧЕТУ СВАЙНЫХ ФУНДАМЕНТОВ

4.1.    Расчет свайных фундаментов я их оснований на подрабатываемых территориях производится по предельным состояниям в соответствии с главами СНиП П-А. 10-62 "Строительные конструкции и основания. Основные положения проектирования" и П-Б. 5-67. "Свайные фундаменты. Нормы проектирования" с учетом изменений физико-механических свойств грунтов, а также воздействий деформаций земной поверхности, вызванных подработкой.

4.2.    Длина и поперечное сечение свай при заданном их количестве в фундаменте должны определяться:

а) по условию сопротивления грунта основания по боковой поверхности и у нижнего конца сваи (несущей способности) с

учетом перераспределения вертикальных нагрузок на отдельные сван, вызванного искривлением земной поверхности и изменением физико-механических характеристик грунта при побработке площадки;

б) по несущей способности материала свай на внецентренное сжатие и поперечную силу с учетом воздействий деформаций земной поверхности при подработке (горизонтальных деформаций,искривления и наклонов).

Примечание. Предварительный подбор размеров и количества свай по несущей способности материала на центральную нагрузку должен осуществляться с резервом, учитывая окончательный расчет на внецентренное сжатие.

4.3. Ростверки должны рассчитываться на усилия от вертикальных нагрузок с учетом дополнительных нагрузок в горизонтальной и вертикальной плоскостях от воздействия деформаций при подработке.

Примечание. Наземные несущие конструкции зданий и сооружений должны рассчитываться с учетом дополнител2г-ных нагрузок, вызванных подработкой - искривления основания, горизонтальных деформаций (для каркасных одноэтажных зданий) и наклонов (для сооружений баленвого типа, зданий повышенной этажности и т.д.).

5. РАСЧЕТ СВАИ ПО ГРАНТУ НА ВЕРТИКАЛЬНЫЕ НАГРУЗКИ

5.1.    несущая способность в т забивной сваи-стойки, опирающейся на практически несимаемый грунт, определяется по формуле

Р= кпгт^-F,    (X)

где К и m - соответственно коэффициент однородности

грунта и коэффициент условий работы, принимаемые по п.5.2 главы СНиП П-Б.5-67, произведение которых К m = 0,7;

^т',- коэффициент условий работы, учитываюфй изменение прочности основания при подработке, принимается т, - 0,9;

В" - нормативное сопротивление грунта в т/м² под няи-ним концом сваи-стойки, принимаемое по указаниям п.5.2 главы СНиП П-Б.5-67;

F - площадь поперечного сечения сваи в и²; для полых свай при отсутствии заполнения принимается площадь нетто, при заполнени полости бетонов на высоту не менее трех ее диаметров - площадь брутто.

5.2.    Несущая способность в т забивной висячей сваи определяется как сумма расчетных сопротивлений грунтов основания под нииним концом сваи и на ее боковой поверхности по формуле

Р=    +

где к • rtt и ж., - принимаются аналогично формуле (I);

►Н₂- коэффициент условий работы, учитывающий изменение несущей способности грунта по боковой поверхности свай вследствие подработки, принимается по табл.2;

w_s- коэффициент условий работы, учитывающий перераспределение нагрузок на сваи при искривлении основания; принимается для жестких зданий (напр. бескаркасных многоэтажных зданий) - vn₄=I,2; для податливых зданий (напр. одноэтажных каркасных с шарнирными, Катковыми или скользящими опорами) -    М₃=1,0;

£^и - нормативное сопротивление грунта под нижним концом сваи в т/м2, принимаемое по табл.1 главы СНиП П-Б.5-67;

Р - площадь онирання на грунт сваи в м2, принимаемая по площади поперечного сечения сваи брутто;

U - периметр поперечного сечения сваи в м;

^ - нормативное сопротивление L -го слоя грунта основания на боковой поверхности сваи в т/м2, принимаемое по табл.2 главы СНиП П-Б.5-67;

-С; - толщина t-го слоя грунта, соприкасающегося с боковой поверхностью, в м.

Таблица 2

Коэффициенты условий работы

Вид сопряжения головы сваи с Коэффициент условии работы при значениях расчетных перемещений грунта

ростверком 42 2,1-5 5,1-8 Хесткая заделка 0,9 0,8 — Шарнирное сопряжение 0,95 0,85 0,75 или шов скольжения

5.3. В случае применения висячих свай с низким ростверком, опирающимся на грунт, при обеспечении надежного контакта подошвы ростверка с грунтом разрежается при соответству!>-щем обосновании часть вертикальной нагрузки (до 20%) передавать на грунт по подонве ростверка*

6. РАСЧЕТ ДОПОЛНЛТВЛЬНЫХ ВЕРТИКАЛЬНЫХ НАГРУЗОК НА СВАИ ПРИ ВОЗДЕЙСТВИИ ИСКРИВЛЕНИЯ ОСНОВАНИЯ

6*1* Дополнительные вертикальные нагрузки на сваи, вызванные искривлением основания при подработке, определяются при следующих допущениях:

а) свайные фундаменты из висячих свай и их основание заменяется в соответствии с п.7.1 главы СНиП П-Б.5-67 условным фундаментом на естественном основании с размерами подошвы, определяемыми в соответствии с п.6.3 настоящего "Руководства";

-IS

C') основание условного фундамента принимается линейно-деформируемым с постоянным коэффициентом постели по длине здания (отсека);

в)    дополнительные нагрузки на сваи вызываются перераспре

делением их в результате взаимодействия здания бесконечной жесткости на условных фундаментах с естественным основанием, исправляющимся по цилиндрической поверхности с условным радиусом R,*    ,    определяемым    в    соответствии    с п.7.49 "Указаний"

СН 289-64;

г)    расчет производится независимо в направлении продольной и поперечной осей здания.

Примечание: Переход от расчетного радиуса кривизны R

к условному (?ж позволяет рассматривать здание конечной жесткости абсолютно жестким, что упроцает расчет такого здания на искривленном основании при обеспечении необходимой точности результатов расчета.

6.2. Дополнительная вертикальная нагрузка    на    любую

сваю, расположенную на расстоянии X от главной оси фундамента (рис.2) , при искривлении основания определяется по формуле

_д^-- А„-кО*ч*.-х)

Рис 2 Схема замены свайного фундамента условным на естественном основании

И ЭПЮРА ПШРАСПрЕДЕЛЕНИЙ НАГРУЗОК НА СВАИ ПрИ КРИВИЗНЕ ВЫПУКЛОСТИ а-ЭЛАНИЕ НА ИСКРИВЛЕННОМ ОСНОВАНИИ; ff-ПЛАН СВАЙНОГО пола, ООСТВЕОКА и УСЛОВНОГО ФУНДАМЕНТА; 6-ЭПЮРА ПЕРЕРАСПРЕДЕЛЕНИЕ НАГРУЗОК НА СВАИ; ПИШЕМ;2-СВАИ; З-УСЛОВНЫЙ ФУНДАМЕНТ НА ЕСТЕСТВЕННОМ ОСНОВАНИИ. aBecd-эпюрА нагрузок на сваи до искривления оснований ; а P’e’c'd-

ЭПЮРА НАГРУЗОК НА СВАИ ПРИ ИСКРИВЛЕНИИ ОСНОВАНИЙ; УУ-ГЛАВНАЯ ОСЬ;

У**'-ОСЬ, ПРОХОДЯЩАЯ ЧЕОЕЗ ЦЕНТР ТЯЖЕСТИ ПОЛОВИНЫ УСЛОВНОГО ФУНДАМЕНТА.

общая длина в м условного фундамента в направлении оси X , определяемая по формуле (6);

К - коэффициент постели основания, в т/м³ для условного фундамента, определяемый по п.2.16 "Указаний" СН 289—6^f;

Зу* - момент инерции в и* площади подошвы условного фундамента, расположенной по одну сторону от главной оси [JJj - относительно оси y'jj¹ ;

Х_е - расстояние в м от главной оси у у до центра тяжести рассматриваемой половины фундамента (рис.2), определяемое по формуле (7);

X - расстояние в м от главной оси    до    оси    сваи,

для которой вычисляется ДЛ/* ;

Xj - то же, до оси люоой сваи, находящейся на рассматриваемой половине площади условного фундамента;

К_ж - условный радиус кривизны основания от влияния горных выработок, учитывающий конечную жесткость здания и определяемый по формуле (10) "Указаний" СН 289-64; при кривизне выпуклости принимается со знаком плюс, а при кривизне вогнутости - со знаком минус;

0,5л - количество свай на рассматриваемой половине свайного фундамента.

Примечание. Для коротких отсеков жестких зданий, имеющих отношение ц « I (где L - длина отсека, Н - высота здания от подошвы ростверка до карниза) условный радиус    можно    принимать рав

ным расчетному радиусу кривизны, определяемому

по п.7.49 "Указаний^пСН 289-64 при    I.

6.3. Размер подошвы условного фундамента в м на естественном основании от одной сваи определяется по формуле

ou.= d+2e-t^>    (4)

где d - размер стороны или диаметр поперечного сечения сваи в м;

8 - длина сваи в м в грунте;

средневзвешенное нормативное значение угла внутреннего трения грунта, определяемое по формуле

(5)

- нормативное значение углов внутреннего трения для отдельных пройденных сваями слоев грунта толщиной соответственно    t^sZ^Ei.

Размер CLye определяется в двух направлениях - в направлении длины здания и в направлении его ширины.

В случае, если площади условных фундаментов, приходящихся на одну сваю, накладываются с соседними друг на друга (когда а_Чс больше расстояния между осями соседних свай), то в этом направлении фундамент рассматривается как условный сплошной массив, размер которого определяется по формуле (6), где вместо d подставляется расстояние между наружными гранями крайних свай L+cL    (рис.2.б)

br-L'dWfyf -ba_r.

Введение.................

1.    Основные положения и область применения

свайных фундаментов ............

2.    Исходные данные для проектирования свайных фундаментов ..............

3* Типы свай и их сопряжение с ростверком . .

4.    Основные указания по расчету свайных фундаментов .................

5.    Расчет свай по грунту на вертикальные нагрузки ..................

6.    Расчет дополнительных вертикальных нагру

зок на сваи при воздействии искривления основания ................

7.    Расчет свай на воздействие горизонтальных

деформаций при подработке .........

Q. Расчет ростверка с учетом дополнительных усилий от подработки ...........

9, Проектирование свайных фундаментов на подрабатываемых территориях .........

Приложение I. Расчет свай с высоким ростверком

на горизонтальные перемещения грунта, возникающие при подработке территории ..............

Приложение 2. Примеры расчета ..........

вЛ• Расстояние от главной оси    до    центра тяжести

рассматриваемой площади условного фундамента    опреде

ляется по формуле

I*¹’    (?)

где Г - площадь в м^ рассматриваемой половины условного

г

фундамента (на рис.2 заштрихована);

- статический момент в м³ площади F относительно главной оси    •

6.5. Дополнительные обобщенные усилия в вертикальной плоскости коробки здания в любом сечении X , вызванные искривлением основания определяются по формулам

тЛ    <*»>

И1

[М»1=1 дАГ* (Xi-x),    (9)

где дМх - дополнительная нагрузка в т с учетом ее знака на L -ю сваю, определяемая по формуле (3);_#

Х^;Х - то же, что и в формуле (3);

К - количество сваи на участке 0,5/.-х (рис.2), где L - расстояние между осями крайних свай, равное, как правило, длине отсека.

Примечания:    I.    Элементы несущих конструкций здания

(стеновые пояса, ростверк и простенки) на обобщенные усилия следует рассчитывать в соответствии с "Руководством по расчету зданий и сооружений, про-

"Руководство по проектированию свайных фундаментов на подрабатываемых территориях" разработано в развитие следую1дих документов:

Главы СНиП П-Ь.5-67 "Свайные фундаменты. Нормы проектирования" и составленного к нему "Руководства по проектированию свайных фундаментов";

"Указаний по проектированию зданий и сооружений на подрабатываемых территориях" (СН 289-64) и составленного к ним "Руководства по проектированию зданий и сооружений, проектируемых

и

на подрабатываемых территориях;

"Указаний по проектированию бескаркасных крупнопанельных жилых зданий на подрабатываемых территориях" (СН 558-66) и составленного к ним "Руководства по проектированию бескаркасных крупнопанельных жилых зданий, проектируемых на подрабатываемых территориях".

Кроме того при составлении настоящего "Руководства" учитывались результаты научно-исследовктельских работ (экспериментальных в натурных условиях, стендовых, лабораторных и теоретических), опыт проектировании Институтов Донецкпроект, Донецкого филиала Гипрограда, Южгипрошахта, Карагандаоблпроекта и др., строительство зданий и сооружений на свайных фундаментах на территориях, подверженных влиянию горных выработок, положительный опыт экспериментальной подработки двух домов в Ростовской области, а также зарубежные исследования (по литературным источникам).

8 целях уменьшения трудоемкости проектирования свайных фундаментов на подрабатываемых территориях в "Руководство" включены соответствующие таблицы и графики. Методика расчетов свайных фундаментов иллюстрируется необходимыми примерами.

3 разработке "Руководства" принимали участие: от НМ оснований и подземных сооружений - ст.научный сотрудник канд.техн.наук Юдшн А.И. (руководитель темы и ответственный исполнитель) и руководитель лаборатории канд.техн. наук Ефремов М.Г.;

от ДонпромстройНИИпроекта - старшие научные сотрудники Братанчук А.И. (ответственный исполнитель). Торбанов А.С*, Волынский З.В. и руководитель лаборатории Пушкарев В.В.;

от ВНИМИ - старшие научные сотрудники канд.техн.наук Зырво З.М., Шагалов С.Е. (ответственные исполнители) и руководитель лаборатории канд.техн.наук Ууллер Р.А.

В подготовке материалов и в выпуске "Руководства" принимали участие: инженеры Троицкий Г.У., Рамазанова З.Р., ст.техник Овешников А.У. (НИИ оснований), канд.техн.наук Зульф А.Р. и инженер Газулов В.В. (ДонпромстроЙНМпроект), канд.техн. наук Клещев П.Е. и инженер Поклад Г.Г. (ВНИУИ).

Для приложения I "Расчет свай с высоким ростверком на горизонтальные перемещения грунта, возникающие при подработке территорий" использован метод, предложенный институтом БашНИИ-строй (канд.техн.наук Шахирев В.Б.), который переработан применительно к свайным фундаментам на подрабатываемых территориях.

При подготовке окончательной редакции "Руководства" учтены замечания рецензировавших организаций.

Общее редактирование "Руководства" проведено Темкиным Л.Е. (Госстрой СССР) и йпиным А.И. (НИИ оснований).

Замечания и предложения по улучшению "Руководства" просьба направлять по. адресу: Уосква, 1-389, 2-я Институтская ул.,

6, НИИ оснований и подземных сооружений.

I. ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ И ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ СВАЙНЫХ фундаментов

1.1.    Настоящее "Руководство" содержит специфические требования, предъявляемые к проектирование свайных фундаментов зданий

и сооружений, строящихся на территориях, подверженных влиянию горных выработок*

1.2.    Свайные фундаменты на подрабатываемых территориях следует проектировать с учетом требований общесоюзных нормативных документов, в том числе: главы СНиП П-Б.5-67 "Свайные фундаменты. Нормы проектирования", "Указаний по проектированию зданий и сооружений на подрабатываемых территориях^и(СН 289-64), главы СНиП П-В.1-62 "Бетонные и железобетонные конструкции.Нормы проектирования" и других действующих нормативных документов, а также требований инструкций Госгортехнадзора СССР и настоящего "Руководства".

1.3.    Целесообразность применения свайных фундаментов должна быть обоснована технико-экономическим сравнением вариантов свайных фундаментов с фундаментами других типов.

1.4.    Проекты свайных фундаментов на подрабатываемых территориях следует разрабатывать с учетом горно-геологического обоснования, которое должно включать:

расчет ожидаемых деформаций земной поверхности;

геологические данные подрабатываемой толщи.

Х.5. Для снижения усилий в свайных фундаментах на подраба

тываемых территориях в проектах должны предусматриваться:

разрезка здания или сооружения на отсеки; рациональные конструктивные схемы сопряжения свай с ростверком;

использование свай с уменьшенной жесткостью.

1.6.    Расчет свайных фундаментов должен осуществляться по направлениям продольных и поперечных осей зданий или сооружений с учетом воздействия разнозначных деформаций земной поверхности (относительных горизонтальных деформаций растяжения и сжатия; кривизны выпуклости и вогнутости; наклонов в направлении обоих главных осей).

3 качестве расчетных усилий в элементах конструкций фундаментов следует принимать максимальное из возможных сочетаний воздействий.

1.7.    Подрабатываемые территории в зависимости от ожидаемых деформаций земной поверхности разделяются на четыре группы (табл.1).

Таблица I

Деление территорий по величине ожидаемой деформации земной поверхности

Группа подра- батываемой территории	Ожидаемые деформации земной поверхности
	относительные горизонтальные деформации с * ю® (или в мм/м)	радиусы кривизны R в км	наклоны 1«103(или в мм/м)
I	12-8	1-5	20-10
П	8-5	5-7	10-7
Ш	5-5	7-12	7-5
1У	5-1	12-20	5-5

1.8.    Свайные фундаменты в зависимости от величины ожидаемых деформаций земной поверхности (см.табл.I) можно применять:

а)    с висячими сваями-на территориях П-1У групп для любых типов зданий;

б)    со сваями-стойками - на территориях Ш-1У групп для зданий, проектируемых с податливой конструктивной схемой, а для 1У группы, - также и для зданий, проектируемых с жесткой конструктивной схемой при искривлении основания.

Применение свайных фундаментов для зданий повышенной этажности (более 5-ти этажей) по условиям максимального наклона земной поверхности ограничивается Ш и 1У группами территорий.

Примечание. Применение свайных фундаментов в перечисленных ниже случаях допускается только при наличии специального технико-экономического обоснования:

на площадках с крутым падением пластов, на которых возможно образование на поверхности земли деформаций в виде уступов и трещин;

для висячих свай - на территориях I группы; для свай-стоек - на территориях I и П групп.

1.9.    Область рационального применения свайных фундаментов по грунтовым условиям над горными выработками:

а)    на площадках с насыпными и слабыми грунтами в верхнем уровне геологической толщи для любых типов зданий;

б)    на площадках с грунтами средней несущей способности в верхнем уровне геологической толщи (модуль боковой деформации

*100 кг/сц2) ддя зданий повышенной этажности, сооружений башенного типа с малой площадью в плане, а такие каркасных одноэтажных и многоэтажных зданий на площадках Ш и 17 групп по табл.1.

2. ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ ДЛЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ СВАЙНЫХ ФУНДАМЕНТОВ

2.1.    В качестве дополнительных исходных данных для проектирования свайных фундаментов на подрабатываемых территориях должны быть заданы ожидаемые максимальные деформации земной поверхности на участке строительства:

оседание, в мм;

£- относительные горизонтальные деформации; с- наклоны;

R- радиус кривизны, в м или км.

2.2.    Расчет деформаций земной поверхности следует производить на основе данных изысканий площадки строительства по методике, приведенной в "Руководстве по расчету зданий и сооружений, проектируемых на подрабатываемых территориях" (Строй-издат, 1968 г.). Этот расчет должен осуществляться специалис-тамн-маркаейдерами, а в особо ответственных случаях - специализированными организациями.

2.3.    Расчетные деформации земной поверхности при расчете конструкций свайных фундаментов определяются с учетом коэффициентов перегрузки ( п ) и коэффициентов условий работы

( m ), принимаемых в соответствии с требованиями "Указаний по проектированию зданий и сооружений на подрабатываемых тер-

риторнях" (СН 289-64),

Расчетные деформации земной поверхности в соответствии с главой СНиП П-А,11-62 "Нагрузки и воздействия. Нормы проектирования" относятся к числу особых воздействий, поэтому при расчете элементов конструкций на усилия, вызываемые деформациями земной поверхности следует вводить коэффициент условий работы 0,8.

3. ГИЛЫ СВАЙ И ЮС СОПРЯЖЕНИЕ С РОСТВЕРКОМ

3.1. Для подрабатываемых территорий рекомендуются к применению железобетонные сваи:

а)    по способу погружения - забивные или вибропогружаемые;

б)    до способу армирования - с ненапрягаемой продольной арматурой и предварительно напряженные оо стержневой, проволочной или прядевой продольной арматурой;

в)    по Форме поперечного сечения - на сваи квадратные, прямоугольные, квадратные с круглой полостью и полые круглые диаметром до 0,8 м;

г)    до длине - на цельные и составные (из отдельных секций);

д)    по конструкции нижнего конца полых свай - на сваи с открытым и закрытым нижним концом.

Примечания: I. Сваи прямоугольного поперечного сечения целесообразно устанавливать короткой стороной параллелз-г-но продольной оси здания (отсека).

2* Забивные и вибропогружаемые сваи квадратного сечения должны выполняться с продольной арматурой без предварительного напряжения, а с предяапряжением - по ГОСТ 12587-67.