Основания и фундаменты

Конструирование

· При конструировании фундаментов временных опор, пирсов, стапелей и т.д. следует учитывать ряд особенностей, связанных с временным характером их работы.

· Временные вспомогательные сооружения и устройства, находящиеся в русле реки, следует сооружать, как правило, на фундаментах из забивных свай и в отдельных необходимых случаях, при соответствующем технико-экономическом обосновании, в частности по условиям охраны водного бассейна [8], – на железобетонных или стальных сваях-оболочках по типу безростверковых опор [9].

Применение фундаментов из ряжей или свайно-ряжевых фундаментов, засыпаемых камнем, допускается при невозможности заглубления свай в неразмываемую толщу либо при необходимости восприятия опорой тяжелой ледовой нагрузки. При этом учитывается стеснение ряжами живого сечения реки, дополнительные размывы и замутнение воды [8], а также сложность разборки ряжей в русле реки.

На пойменных участках реки могут быть применены, кроме свайных, фундаменты на лежнях, а при соответствующем обосновании – бетонные фундаменты на естественном основании с мероприятиями, обеспечивающими защиту основания от размыва.

Проектирование фундаментов следует производить с учетом результатов инженерно-геологических и гидрологических изысканий мостового перехода, а в необходимых случаях дополнительного обследования грунтов в месте расположения вспомогательного сооружения.

· Глубина заложения фундаментов назначается по результатам расчета грунтовых оснований с учетом:

– геологических и гидрологических условий расположения сооружения;

– глубины промерзания грунта;

– условий размыва грунтов основания;

– характерных особенностей конструкции фундамента и метода производства работ по его возведению;

– мерзлотно-грунтовых условий для районов распространения вечномерзлых грунтов.

При маловлажных вечномерзлых и сезоннопромерзающих грунтах глубина заложения подошвы фундамента не лимитируется.

· Подошву фундамента сборного, ряжевого и лежневого типов следует закладывать:

– на суходолах и неразмываемых поймах при пучинистых грунтах – не мене чем на 0,25 м ниже расчетной глубины промерзания;

– на суходолах и неразмываемых поймах при непучинистых крупнопесчаных, гравелистых и галечниковых грунтах и при скальных породах закладывают независимо от глубины промерзания грунтов;

– на размываемых поймах на 0,5 м ниже глубины местного размыва у данной опоры с соблюдением вышеприведенных указаний относительно промерзания, а в случае принятия защитных мер от подмыва (каменная обсыпка, укрепление фашинами, шпунтовые ограждения и т.п.) – только с учетом условий промерзания;

– в руслах рек при размываемых грунтах – на 0,5 м ниже глубины местного размыва у данной опоры, в случае принятия защитных мер от подмыва или при не размываемом грунте допускается непосредственное опирание фундаментов на выровненную его поверхность.

· При отсутствии размыва грунтов основания допускается подошву фундамента мелкого заложения располагать на подсыпках толщиной не менее 0,3 м, устраиваемых из щебенистых, галечниковых, гравийных или крупно песчаных грунтов.

На суходолах подсыпки под фундаменты должны устраиваться на предварительно очищенных от растительного покрова площадках.

Размеры подсыпки под подошвой фундамента в плане следует назначать с расчетом, чтобы ширина бермы была на 0,5 м больше размеров фундамента. Откосы подсыпки принимаются не круче 1 : 1,5.

В пределах водотоков подсыпку надлежит устраивать из камня с откосами 1 : 1,5. При этом необходимо учитывать стеснение русла, возможное замутнение воды в результате дополнительных размывов русла [8].

· Свайные фундаментыв зависимости от свободной длины свай могут состоять:

– из одиночных деревянных вертикальных свай – при свободной их длине до 2 м с постановкой горизонтальных продольных и поперечных схваток около верхних концов свай (при свободной длине свай менее 1 м постановка схваток необязательна);

– пакетных деревянных вертикальных свай – при свободной их длине до 4 м с постановкой горизонтальных продольных и поперечных схваток около верхних концов свай (при свободной длине сваи менее 2 м постановка схваток необязательна);

– вертикальных и наклонных деревянных свай (как одиночных, так и пакетных) – при свободной их длине не свыше 4 м;

– сальных и железобетонных вертикальных свай – при свободной их длине не свыше 6 м, при условии обеспечения требуемой жесткости опор;

– вертикальных свай любого типа, объединенных пространственным каркасом, – при глубине воды свыше 4 м.

· Глубина погружения свай в грунт определяется в зависимости от расчетной нагрузки на сваю и геологических условий, но должна быть для висячих свай не менее 3 м от уровня возможного местного размыва дна реки у данной опоры.

При последующем устройстве вокруг свайного фундамента ряжа с загрузкой камнем может быть допущена меньшая глубина забивки свай, но при условии получения требуемого отказа по несущей способности сваи по грунту. Для свай-стоек глубина погружения определяется отметкой опорного пласта грунта.

Допускается использование свай, работающих на растягивающие усилия, при условии обеспечения необходимой прочности на растяжение в сопряжениях с ростверком (плитой), в стыках и заделке их в грунте.

При расчетном шарнирном опирании свай на скальную породу их низ необходимо заглублять в неразмываемую толщу плотных или средней плотности наносных отложений не менее чем на 1 м. При этом свайный фундамент укрепляют обсыпкой камнем (в том числе с ограждением в виде ряжевой перемычки высотой не менее 1 м, заполненной камнем).

При опирании свай непосредственно на скалу (без укрепления путем обсыпки камнем), глубине забивки свай ниже уровня размыва менее 3 м, а также во всех случаях, когда глубина воды в месте устройства опор более 4 м, свайные фундаменты должны сооружаться с применением подводных пространственных каркасов, связей или наклонных свай.

При просадочных грунтах рекомендуется применять свайные фундаменты, сваи которых по возможности должны проходить сквозь просадочную толщу грунта.

В конструкции фундамента с наклонными сваями следует предусматривать сваи, имеющие наклоны вдоль и поперек оси моста.

Если фундаменты из одних вертикальных свай не могут воспринять горизонтальные нагрузки, то независимо от свободной длины свай часть из них или все следует располагать с наклоном от 5 : 1 до 2 : 1 и в особых случаях до 1 : 1.

С целью равномерного распределения нагрузок сваи размещают в рядовом или шахматном порядке. Расстояние между осями забивных висячих свай должно быть не менее трех толщин свай в уровне их острия и не менее 1,5 толщин свай – в уровне низа плиты ростверка, а для свай-оболочек – не менее 1 м в свету.

Расстояние между осями свай-стоек в уровне их низа должно быть не менее двух толщин свай.

Размещение свай в плане внецентренно нагруженного фундамента следует производить в соответствии с расчетной нагрузкой, действующей в плоскости подошвы плиты ростверка. При этом равнодействующая постоянных сил, действующих на свайный фундамент, должна проходить как можно ближе к центру тяжести плана свайного фундамента в уровне нижних концов свай.

· Металлические сваи в наибольшей степени отвечают современным требованиям индустриально-скоростного строительства. На немёрзлых грунтах с твердыми включениями, а также любых мерзлых грунтах следует использовать забивные стальные сваи с последующим их извлечением. Стальные сваи рекомендуется изготовлять в виде сварных пакетов из старогодных рельсов, а также в виде коробчатых пакетов из шпунта типа Ларсен, двутавров, швеллеров, и т.п. (рис. 9.1). Также с последующим извлечением, в том числе по типу безростверковых опор, могут использоваться прокатные стальные трубы диаметром 1020, 1420 мм.

· Деревянные одиночные сваи допускается использовать для фундаментов с диаметром в верхнем отрубе не менее 18 см. При необходимости устройства стыка сваи (рис. 9.2) последний выполняется на штыре и стальных накладках (в виде полоски, уголка, швеллера) в количестве не мене 4 штук, прикрепляемых 4–6 шурупами или глухарями каждая. Длина накладок должна быть равна трем диаметрам сваи.

Стыки свай следует располагать в разных уровнях и не менее чем на 1,5–2 м ниже уровня возможного местного размыва. При незаглубленных стыках в их уровне должны быть поставлены схватки.

Пакетные сваи изготовляются из бревен или брусьев, соединяемых между собой болтами. Стыки бревен или брусьев при этом размещаются вразбежку с расстоянием между стыками смежных элементов не менее 1,5 м и перекрываются стальными, преимущественно уголковыми накладками длиной, равной трем диаметрам бревен или стороны бруса на болтах, по 4–6 болтов в накладке.

а б в г

Рис. 9.1. Пакеты сварных стальных свай: а – из шпунта Ларсен;
б – из швеллеров; в – из двутавров; г – из рельсов

а б в

Рис. 9.2. Схемы стыков деревянных свай: а – в торец с накладками; б – в торец с патрубком; в – вполдерева; 1 – накладки из металлической полосы или уголка; 2 – шуруп; 3 – стык; 4 – патрубок; 6 – штырь

Расстояние между болтами, скрепляющими бревна или брусья в пакет, не должны превышать (в каждом ряду) 55 см.

Накладки свай, в том числе пакетных, погружаемых через направляющие каркасы, должны быть плоскими, поставленными с расчетом, чтобы головки болтов и гайки с концами болтов были заподлицо с поверхностью ствола сваи, а поперечное сечение (размер) сваи – постоянным по длине.

· В условиях залегания с поверхности больших толщ слабых и относительно слабых грунтов (текучие и текучепластичные грунты, торф, ил) при достаточном экономическом обосновании допускается применение забивных деревянных свай с уширенными пятами, которые должны быть заделаны в нижележащие более прочные грунты.

Уширенные пяты рекомендуется устраивать в комлевой части и конструировать по схемам, приведенным на рис. 9.3.

б

а

Рис. 9.3. Схема забивных деревянных свай с уширенной пятой: а – из продольных коротышей; б – из четырех продольных коротышей; 1 – свая; 2 – коротыш; 3 – болты

· Железобетонные сваи должны объединяться железобетонной плитой, высота которой назначается по расчету, но не менее 50 см. Армируется плита ростверка по всему контуру. Расстояние от края плиты до грани сваи должно быть не менее 25 см. Прочность бетона должна быть не менее 150 кг/см².

Головы свай или свай-оболочек заделывают в плиту ростверка на 5 см (на величину защитного слоя), при условии, что остальная часть заделки осуществляется с помощью выпусков стержней продольной арматуры на длину, определяемую расчетом, но не менее 20 диаметров арматуры периодического профиля и 40 диаметров стержня – при гладкой арматуре.

· Ростверками, деревянными или стальными, сваи объединяют для обеспечения распределения на сваи нагрузок, действующих на свайные фундаменты. Допускается объединять головы свай железобетонной плитой. Стальные сваи рекомендуется объединять ростверком из стальных конструкций, жестко соединенных со сваями при помощи привариваемых к ним переходных опорных башмаков.

Толщина насадок деревянных ростверков должна быть не менее 22 см, а ширина – обеспечивать перекрытие голов свай ряда. Соединение свай с насадками осуществляется хомутами или планками, на болтах и шурупах (глухарей) с постановкой осевых штырей.

Деревянные элементы распределительной клетки ростверка скрепляют с насадками и между собой штырями, а металлические элементы с деревянными соединены костылями или шурупами.

Схватки всех видов прирубают к сваям в чашку и прикрепляют к ним болтами. Для обеспечения заделки голов свай схватки должны быть парными.

На поймах и суходолах низ насадок и схваток свайных опор необходимо располагать выше естественной поверхности грунта не менее чем на 0,5 м; в руслах рек – возможно ближе к уровню воды.

При необходимости укрепления грунта вокруг опор от размывов следует применять каменную наброску, габионы и др.

Допускается, но не рекомендуется применение подводных диагональных связей, в связи с необходимостью систематического надзора и подтягивания тяжей и болтов.

· Ряжииспользуюткак защиту свайных фундаментов и как самостоятельные фундаменты временных опор.

Верх ряжа должен возвышаться над наивысшим уровнем ледохода вероятностью превышения 10 % не менее чем на 1 м и не менее чем на 0,75 см над рабочим горизонтом воды. Высоту ряжа назначают с запасом 5 % на осадку и усушку. Ширину ряжа (вдоль моста) следует назначать не менее 1/3 его высоты и не менее 2 м. На суходолах и реках со слабым течением ряжи рекомендуются прямоугольными в плане.

В условиях ледохода ряжи следует совмещать с ледорезами, которые выполняют в виде вертикального режущего ребра с верховой стороны ряжа. При сильном ледоходе режущее ребро располагают с наклоном от 1 : 1,5 до 1 : 1,75. При особо сильном ледоходе предусматривают сооружение аванпостных ледорезов.

При отсутствии ледохода венцы стен ряжа укладываются с просветами, равными высоте бруса или окантованного бревна. В условиях ледохода венцы ряжа укладываются вплотную друг к другу.

Для ряжей используется брус сечением не менее 18´18 см, круглые или окантованные на два канта бревна диаметром не менее 18 см. Стыки бревен и брусьев следует располагать в разбежку. Между наружными стенами ряжа необходимо устраивать поперечные и продольные перегородки (внутренние стены). Размеры сторон ячеек, образуемых внутренними стенами, не должны превышать 2 м.

В углах стен ряжа и перегородок должны устанавливаться вертикальные брусья или окантованные бревна – сжимы с овальными по высоте отверстиями (прорезями) для болтов, через три венца в четвертом. В поперечном направлении наружные стены ряжа должны соединяться также стальными тяжами диаметром 22 мм, пропускаемыми через сжимы.

Ряжи заполняются камнем. В условиях возможного местного размыва у опор во избежание высыпания камня на высоте 2–3 венца от низа ряжа устраивается днище (пол) из тех же бревен или бруса, врубленных в венцы наружных стен. При укладке венцов с просветами размеры камня должны быть больше просветов.

Под опорными частями опирающихся на ряж конструкций или под стойками рамных надстроек должны устраиваться стены на всю высоту ряжа. В других местах поперечные и продольные стены можно выполнять в виде отдельных распорок высотой в несколько венцов, располагая их по фасаду ряжа в шахматном порядке. Венцы ряжа следует
соединять между собой штырями.

Ряжи устанавливаются на выровненное каменной наброской дно. Нижние два венца ряжа рекомендуется заделать в подсыпку.

Для предохранения от подмыва по периметру ряжа устраивают каменную наброску на высоту от 1,0 до 1,5 м выше подошвы ряжа с горизонтальной бермой шириной не менее 0,5 м, с уклоном откосов от 1:1,5 до 1:2.

9.2. Расчетные сопротивления грунтовых оснований
и расчетная несущая способность свай

Расчетные сопротивления осевому сжатию нескальных грунтов следует определять по формуле

, (9.1)

где – условное сопротивление грунта (для глубины 3 м), принимаемые по табл. 9.1–9.4, кг/см²; b – ширина (меньшая сторона или диаметр) подошвы фундамента, м; при ширине более 6 м принимается b = 6 м;
h – глубина заложения подошвы фундамента, считая: для опор вспомогательных сооружений – от поверхности грунта у данной опоры с учетом возможного местного размыва, м. При h = 1 м в формулу для определения R следует подставлять h = 1 м; k₁ и k₂ – коэффициенты, принимаемые по табл. 9.5; – объемный вес, т/м³, сухого или влажного грунта, расположенного выше подошвы фундамента; для водонасыщенного грунта следует принимать = 2 т/м³; – глубина воды, считая от межени до дна водотока, м.

Расчетные сопротивления сильнотрещиноватых скальных пород следует определять в зависимости от степени выветрелости, как для грунтов каменистых или щебенистых, согласно табл. 9.4. Для остальных скальных пород расчетные сопротивления не ограничиваются.

Расчетное сопротивление слабых грунтов на их дневной поверхности следует принимать по табл. 9.6.

Расчетное сопротивление грунта у края подошвы внецентренно нагру­женного фундамента при учете дополнительного сочетания нагрузок следует принимать равным 1,3 R.

Таблица 9.1

Условное сопротивление глинистых (непросадочных) грунтов

Наименование грунта	, кг/см2, при консистенции
твердая IL = 0	полутвердая IL = 0÷0,25	тугопластичная IL = 0,26÷0,50	мягкопластичная IL = 0,51÷0,75
Супеси
Суглинки
Глины

Примечание. Для глинистых грунтов твердой консистенции допускается принимать R₀ = 2 R_сж, где R_сж – предел прочности (средний на одноосное сжатие образцов, испытанных в состоянии естественной влажности), принимаемый для супеси от 5 до 10 кг/см², для суглинков от 6 до 20 кг/см², для глин от 8 до 30 кг/см²

Таблица 9.2

Условное сопротивление просадочных грунтов

Таблица 9.3

Условное сопротивление насыщенных водой
песчаных грунтов средней плотности

Примечания. 1. Для плотных водонасыщенных песков значения R₀ увеличиваются на 60 %, при установлении степени плотности статическим зондированием – на 100 %.

2. Для маловлажных песков как средней плотности, так и для плотных (учитывая также указания п.1 данного примечания) значения R_o увеличиваются на 50 %.

3. Вид грунтов устанавливается в зависимости от гранулометрического состава:

песок гравелистый – вес частиц крупнее 2 мм составляет более 25 %;

песок крупный – вес частиц крупнее 0,5 мм составляет более 50 %;

песок средней крупности – вес частиц крупнее 0,25 мм составляет более 50 %;

песок мелкий – вес частиц крупнее 0,1 мм составляет более 75 %;

песок пылеватый – вес частиц крупнее 0,1 мм составляет менее 75 %.

Наименование грунта принимается по первому удовлетворяющему показателю в порядке расположения наименования.

Таблица 9.4

Условное сопротивление крупнообломочных грунтов
с песчаным заполнителем

Таблица 9.5

Коэффициенты надежности по грунту

Таблица 9.6

Расчетное сопротивление кровли покрывных грунтов

· Расчетная несущая способность сваи по осевому сжатию (по грунту) или сваи-оболочки определяется по формуле

. (9.2)

Расчетная несущая способность по осевому растяжению (по грунту) одной сваи или сваи-оболочки определяется по формуле

, (9.3)

где k₁ – коэффициент надежности по грунту, принимаемый при количестве висячих свай в опоре более 20 равным 1,3; при 11–20 равным 1,5; при 6–10 равным 1,6; при 1–5 равным 1,7; при сваях-оболочках k₁ = 1;
k₂ – коэффициент надежности по грунту, принимаемый для свай, забиваемых в грунт на глубину 3 м и более, равным 1,3; U – периметр поперечного сечения ствола сваи или сваи-оболочки, м; – толщина отдельных пройденных слоев грунта ниже уровня местного размыва при расчетном расходе воды, м; f_i – расчетное сопротивление сил трения слоев грунта, по боковой поверхности сваи, т/м², определяемое по табл. 9.8. Для торфов или заторфованных грунтов значение f_i принимается равным 0,5 т/м² независимо от глубины залегания. При погружении свай подмывом значения f_i уменьшаются на коэффициент 0,8. При забивке свай в предварительно пробуренные скважины (лидеры) диаметром, равным стороне квадрата или диаметру круглой сваи, значение f_i умножается на коэффициент 0,5; при диаметре скважин на 5 см меньше упомянутых размеров ствола сваи – на коэффициент 0,6; F – площадь опирания сваи или сваи-оболочки, м²; для одиночных деревянных нецилиндрических свай – принимается равной полусумме площадей поперечных сечений у острия и на уровне местного размыва при расчетном расходе воды; R_c – расчетное сопротивление нескального грунтового основания (т/м²) в плоскости острия сваи, определяемое по табл. 9.9. При плотных песках и супесях степень плотности которых определена статистическим зондированием, значения R_c умножают на коэффициент 2. При отсутствии данных о статическом зондировании пески и супеси, залегающие глубже 10 м, считая от поверхности грунта или дна водоема, допускается считать плотными, при этом табличные значения R_c умножаются на коэффициент 1,6. При получении значения R_c более 2000 т/м² – во всех случаях в расчетах надлежит принимать R_c = 2000 т/м²; – коэффициент, учитывающий влияние вибропогружения на грунт основания, принимаемый по табл. 9.7 .

Таблица 9.7

Влияние вибропогружения
на несущую способность грунта основания

Вибропогружение в грунты	Коэффициент
на боковой поверхности сваи	под нижним концом сваи
Песчаные водонасыщенные средней плотности: крупные и средние мелкие пылеватые Глинистые с консистенцией IL = 0,5: супеси суглинки глины Глинистые с консистенцией IL ≤ 0	1,0 1,0 1,0   0,9 0,9 0,9 1,0	1,2 1,1 1,0   0,9 0,8 0,7 1,0

Таблица 9.8

Расчетное сопротивление сил трения
слоев грунта по боковой поверхности сваи

Таблица 9.9

Расчетное сопротивление нескальных грунтов в плоскости острия сваи

Глубина забивки свай, м	Rc для песчаных грунтов средней плотности, т/м2
гравелистых	крупных	–	средней крупности	мелких	пылеватых	–
глинистых грунтов консистенции IL , равной
≤ 0	0,1	0,2	0,3	0,4	0,5	0,6

Окончание табл. 9.9

Глубина забивки свай, м	Rc для песчаных грунтов средней плотности, т/м2
гравелистых	крупных	–	средней крупности	мелких	пылеватых	–
глинистых грунтов консистенции IL , равной
≤ 0	0,1	0,2	0,3	0,4	0,5	0,6

Примечание. Числитель относится к пескам, а знаменатель – к глинам

Указанные в табл. 9.7 и 9.8 средние глубины расположения I-го слоя грунта и глубины погружения свай следует отсчитывать от расчетного уровня, за который принимают:

на суходолах – уровень дневной поверхности грунта;

в реках – наинизший уровень воды при её глубине h _в ≤ 10 м или уровень, соответствующий h _в = 10 м при h _в ≥ 10 м.

При забивке трубчатых свай с открытым нижним концом в любые грунты (а вибропогружателем только в песчаные грунты) с оставлением ядра величина R_c определяется по табл. 9.8.

Для свай-оболочек, опираемых на нескальные грунты, принимается R_c = 1,3 R, где R – расчетное сопротивление согласно формуле (9.1).

При просадочных (лёссовых) грунтах значения f_i и R_c принимаются, как для суглинков соответствующей консистенции.

При грунтах скальных, крупнообломочных (щебенистых, галечниковых, валунных и т.п.), связных твердой консистенции принимается R_c =
= 2000 т/м².

Расчетная несущая способность сваи с уширенной пятой, воспринимающей осевую сжимающую нагрузку, определяется по формуле

P = (F_n R_c a_i + F_бп f_бп a_i + F_бс f_бс),(9.4)

где F_n – площадь уширенной пяты опирания, м²; F_бп – площадь боковой поверхности уширенной пяты и нижерасположенного конца сваи на контакте с грунтом, м²; F_бс – площадь боковой поверхности ствола выше верха уширенной пяты, м²; f_бп – расчетное сопротивление сил трения грунта вдоль боковой поверхности F_бп пяты, принимаемое по табл. 9.8; f_бс = 1 т/м² – расчетное сопротивление сил трения грунта вдоль боковой поверхности F_бс ствола сваи, учитывается только при прохождении сваей толщи минеральных грунтов; k_i – см. формулу (9.2).

Для свай-оболочек диаметром от 0,8 до 2 м, опираемых на нескальные грунты, принимается R_c = 1,3 R, где R – расчетное сопротивление согласно формуле (9.1).

В тех случаях, когда известны только общие данные о грунтах, допускается определять расчетную несущую способность сваи по формуле

P = s U L_o, (9.5)

где s– удельная (приведенная) несущая способность сваи, т/м², принимаемая по табл. 9.10; U – периметр поперечного сечения ствола сваи, м; L_o – глубина погружения сваи в грунт, м.

Таблица 9.10

Удельная (приведенная) несущая способность сваи