Буроинъекционные сваи имеют несколько технологий исполнения в зависимости от грунтовых условий, несущего грунта, а также необходимости увеличения несущей способности на боковой поверхности или в основании сваи.

В данной статье описывается расчёт сваи вида ГЕО с учётом сейсмики, а также проводится сравнение несущей способности в основании у данного вида сваи с обыкновенной буроиньекционной сваей. Целью данной публикации является ознакомить читателя с особенностями расчёта данного вида сваи, а также аналитически рассчитать примерную величину превосходства несущей способности в основании данного вида сваи по сравнению с обыкновенной буроинъекционной сваей.

Сваи ГЕО изготавливаются по особой технологии. Сначала производится бурение скважины заданного диаметра и глубины, затем – заполнение скважины мелкозернистым бетоном через став полых шнеков буровой установки. Данный способ инъекции гарантирует заполнение всего объёма скважины бетоном и отсутствие в забое выбуренного грунта. Далее устанавливается арматурный каркас с инъектором. Установка арматурного каркаса выполняется после окончания первичных инъекционных работ. Затем производится вторичная инъекция опорного горизонта, что и обеспечивает повышенную несущую способность сваи в основании.

Необходимо также следить за процессом изготовления свай по нескольким ключевым пунктам, таким как:

- качественное заполнение скважины бетоном, доливка бетона по мере оседания в скважине;

- плотность мелкозернистого бетона

- прочность бетона (производить отбор образцов в виде четырёх кубиков со стороной 10 см). В соответствии с п. 15.3.38 [4] отбор образцов для контроля его прочности должен производиться один раз в сутки.

Произведённый ниже расчёт был выполнен для объекта, расположенного в г. Туапсе, Краснодарский край с учётом сейсмичности на строительном участке равной 8 баллам. Свая L=10000 мм, Ø250 мм.

Геологический разрез представлен слоями ИГЭ-1, ИГЭ-2 и ИГЭ-3.

ИГЭ-1-насыпной слой, толщина – 2000 мм.

ИГЭ-2-песчаный слой, пески средней крупности, средней плотности, влажные, толщина - 2500 мм и 5000 мм соответственно расположению в геологическом разрезе, коэффициент пористости e=0,63.

ИГЭ-3 – глинистый слой, толщина 2500 мм коэффициент пористости e=1,07, среднее значение плотных частиц p_s=2,74 г/см³, плотность скелета грунта p_d=1,30 г/см³, I_L=0,58.

Опорным слоем является ИГЭ-2.

Свая проходит слои ИГЭ-2, ИГЭ-3 и ИГЭ-2 соответственно. Глубина котлована – 2000 мм. Максимальный уровень грунтовых вод – 200 мм от поверхности земли.

Несущая способность сваи с учётом сейсмики рассчитывается с помощью введения в формулу несущей способности сваи без учета сейсмики (ф. 11, СНиП 2.02.03-85) понижающих коэффициентов, указанных в СНиП, а также с помощью уменьшения расчётной глубины. Для начала выведем расчётную глубину h_d, до которой не учитывается сопротивление грунта по боковой поверхности сваи. Примем её по формуле максимальной расчётной глубины:

h_d≤3/a_ε

( п.11.4, [1])

a_ε =⁵√Kb_p/γ_cEI –

- коэффициент деформации, 1/м (см.формула11, приложение Д, [1] ).

где K =1596 - коэффициент пропорциональности, тс/м4, принимаемый в зависимости от вида грунта, окружающего сваю (табл. 1, прил. 1, [1] );

Е =21,5x10³(219х10³)– модуль деформации материала сваи, МПа (кгс/см²) (принятый по таблице начальных модулей упругости бетона по [3]).

I=πd⁴/64– момент инерции поперечного сечения сваи, м⁴

I=3,14x0,25⁴/64=0,00019

b_p=1,5d+0,5 – условная ширина сваи, м.

b_p=1,5x0,25+0,5=0,875

a_ε =⁵√1596x0,875/1х219х10⁴x0,00019=⁵√1396,5/416,1=3,35

h_d=3/ 3,35=0,9 м

Для данных грунтовых условий, руководствуясь [1], принимаем значение γ_eq2, приведенное под чертой в Таблице 18, [1]

Принимаем значение γ_eq1, приведенное в Таблице 18, [1] над чертой, т.к. особенности сваи типа ГЕО предполагают работу основания сваи таким-же, как и забивной сваи.

γ_eq1=0,9

С помощью вышеизложенных данных, найдём несущую способность сваи с учётом сейсмики:

F_{d(с у.с.)}=γ_c (γ_eq1RA+u∑ γ_eq2f_ih_i)

По обыкновению, сопротивление под острием буровых сваи рассчитывается по формуле 12, [1], но т.к. свая выполнена по технологии ГЕО, то несущая способность под основанием сравнима с забивными сваями. В связи с этим стоит принимать сопротивление под острием по таблице 2, [1]. В данном случае:

R=4160,0 кПа

F_eq=1(4160х0,05х0,9+0,785(0,75((38,6x1,6)+(13,65х2,5))+0,7(48,18х5))))=187,2+(36,6+20,1+132,4) кН=376,3 кН

Дополнительно: для сравнения рассчитаем несущую способность в основании обыкновенной буровой сваи по приведённой в СНиПе формуле 12:

R=0,75α₄ (α₁γ’₁d+α₂ α₃ γ₁h)

α₁, α₂, α₃, α₄ – безразмерные коэффициенты, принимаемые по таблице 6 СНиП 2.02.03-85.

α₁ – 71,3

α₂ – 127,0

α₃ – 0,7

α₄ – 0,24

γ’₁=(γ_d- γ_w)/(1+e) - расчётное значение удельного веса грунта в основании сваи.

γ’₁=(27-17)/(1+0,63)=17/1,63=10,4

γ₁=[∑h_i(γ_d- γ_wi)/(1+e)]/h_сваи - осреднённое по слоям расчётное значение удельного веса грунта, расположенного выше конца свай.

γ₁=(1,6((27-10)/(1+0,63))+2,5((27-10)/(1+0,58))+5((27-10)/(1+0,63)))/10=(16,64+26,9+63,9)/10=10,74

R_{обычн.б.и.св.с уч.сейсм.=}0,75x0,24(71,3x10,74x0,25+127x0,7x12,275x12)=0,18(191,4+13095)=2391,5

R_{гео с у.с.}=Rх γ_eq1=4160х0,9=3744

Отношение R, принятого по таблице к R, рассчитанного по формуле:

3744/2391,5=1,56

Вывод: свая ГЕО имеет нестандартный метод расчёта на несущую способность, что очевидно из выше предоставленного материала в силу своих технологических особенностей и вытекающих из этого результатов увеличения несущей способности. Обращаясь к расчётам и к сравнению, можно отметить, что свая ГЕО имеет несущую способность в основании в полтора раза больше, чем обыкновенная буроиньекционная свая. Данный тип сваи особо актуален в грунтовых условиях, когда опорный грунт не является достаточно прочным, но при этом необходимо передать на сваю нагрузку, превышающую несущую способность обыкновенной буроиньекционной сваи. Также отличительная особенность сваи ГЕО является

Литература:

[1] СНиП 2.02.03-85 – Свайные фундаменты, НИИОСП им. Н.М. Герсеванова, Москва, 1985 г.

[2] Рекомендации по применению буроинъекционных свай, НИИОСП им. Н.М. Герсеванова, Москва, 2008 г.

[3] СНиП 2.03.01-84* - Бетонные и железобетонные конструкции, Госстрой, СССР, 1989 г.

[4] СП 50-102-2003 – Проектирование и устройство свайных фундаментов, Госстрой России, Москва, 2004