СВАЙНЫЙ ФУНДАМЕНТ

Полезная модель относится к области строительства, а именно к свайным и свайно-плитным фундаментам.
Особенностью свайно-плитных фундаментов является то, что некоторая часть нагрузки может восприниматься плитой ростверка, что позволяет снизить нагрузку на сваи и за счет этого уменьшить в них усилия и осадки условного фундамента. Эта часть нагрузки определяется расчетным путем и зависит от характеристик подстилающих слоев грунта, от уплотнения грунта на дне котлована, от плотности контакта грунта и бетонной подготовки под плитой ростверка и других трудно учитываемых факторов. По результатам расчетов эта часть нагрузки редко превышает 7-9%, а по факту может быть и заметно ниже.
Известны технические решения, в которых делаются попытки устранить указанные недостатки свайных и свайно-плитных фундаментов. Так, например, устраивают различные упруго деформируемые прокладки на голове сваи, которые позволяют первоначально передать нагрузку с плиты ростверка на грунт, вызвать некоторое обжатие грунта и затем уже передать нагрузку на сваю /SU №947287, Кл. E02D 27/12, публ. 30.07.1982 г./
Недостатками данных технических решений являются неопределенность и незначительность, передаваемой на грунт части нагрузки. Кроме того, открытым остается вопрос долговечности материала прокладок.
Другим направлением в технических решениях является создание отверстий или полостей в плите ростверка с последующим объединением свай и плиты ростверка на стадии строительства или после его окончания /патент РФ №85500, Кл. E02D 27/12, публ. 10.08.2009 г./.
Основными недостатками данных технических решений являются как трудоемкость работ, так и незначительная часть нагрузки, передаваемой на грунт, т.к. верхний слой грунта, воспринимающий нагрузку от плиты ростверка, как правило, наиболее слабый, на контакте с бетонной подготовкой остается разрыхленным и включается в работу после осадок сопоставимых с осадками свай.
Другим важным вопросом для свайных и свайно-плитных фундаментов является выбор длины свай. Как правило, особенно для высотных зданий, сваи выбираются одного типа и одной длины по максимальному усилию в свае и размещаются по сетке под всей плитой ростверка, в то время как нагрузка передается сосредоточенно через колонны и стены. В результате значительная часть свай (до 30-50%) оказывается на 20-40% недозагруженной. При передаче сваями нагрузки на грунтовое основание его осадка происходит по криволинейной мульде, в результате чего краевые и угловые сваи оказываются в 2-3 раза перегружены /СП 24.13330.2011/. Известны решения, в которых краевые и угловые сваи выполнены меньшей длины по сравнению с основными сваями с целью снижения в них усилий. /О.А. Шулятьев «Основания и фундаменты высотных зданий», стр. 300-312, Издательский дом АСБ, 2016/. Однако, они не решают проблемы неравномерности усилий от нагрузки в сваях.
Технической проблемой является устранение указанных недостатков и повышение несущей способности свайного фундамента за счет увеличения нагрузки передаваемой плитой ростверка на грунт, возможности определения и регулирования нагрузки передаваемой плитой ростверка на грунт расчетным и опытным путем.
Проблема решается таким образом, что в свайном фундаменте, включающем плиту ростверка и основные сваи разной длины, согласно полезной модели, под всей плитой ростверка между основными сваями размещены дополнительные короткие сваи, площадь поперечного сечения которой равна 0,2-0,4 площади поперечного сечения основной сваи, а длина - 0,2-0,3 максимальной длины основной сваи, с возможностью передачи нагрузки с плиты ростверка на грунт для снижения усилий в основных сваях, при этом основные сваи выполнены разной длины равной 0,6-0,9 максимальной длины основной сваи для выравнивания в них усилий от нагрузки.
Предлагаемый свайный фундамент отличается от известного тем, что под всей плитой ростверка и между основными сваями различной длины размещены дополнительные короткие сваи, площадь поперечного сечения которой равна 0,2-0,4 площади поперечного сечения основной сваи и длиной 0,2-0,3 максимальной длины основной свай с возможностью передачи нагрузки с плиты ростверка на грунт для снижения усилий в основных сваях. При этом основные сваи выполнены разной длины равной 0,6-0,9 максимальной длины сваи для выравнивания в них усилий. Размещение и предлагаемые размеры основных и укороченных свай обеспечивает оптимальное перераспределение нагрузки в сваях и плавную равномерную передачу усилий на грунт посредством ростверка.
На фиг. 1 представлен свайный фундамент в плане; фиг. 2 1-1 фиг. 1; фиг. 3 - то же, что и на фиг. 1, вариант размещения свай; фиг. 4 - 2-2 фиг. 3.
Свайный фундамент состоит из плиты ростверка 1, основных свай максимальной длины 2, укороченных основных свай 3, дополнительных коротких свай 4. Основные сваи расположены в зонах приложения нагрузки через колонны 5.
Полезная модель реализуется следующим образом.
Нагрузка от плиты ростверка передается на грунт через короткие сваи 4, которые располагаются под всей площадью плиты, в свободных местах от основных свай разной длины. При этом длина, поперечное сечение, количество и расстояние между дополнительными короткими сваями подбираются в зависимости от величины требуемой нагрузки, передаваемой на грунт плитой ростверка, которую таким образом можно регулировать. Нагрузки, передаваемые плитой ростверка на грунт через дополнительные короткие сваи можно определить расчетным путем и натурными испытаниями дополнительных коротких свай. Для обеспечения существенной передачи нагрузки целесообразная длина дополнительных коротких свай должна составлять 0,2-0,3 длины основных свай, что означает длину от 2-х до 3-х метров для основных свай длиной 10 м и длину 8-12 м для основных свай длиной 40 м. В указанном широком диапазоне длин основных свай в качестве дополнительных коротких свай наиболее приемлимы ходовые сборные железобетонные сваи длиной до 12-14 м.
Первоначально подбирают длину основных и длину укороченных свай и выполняют их расстановку непосредственно под нагрузкой колонн 5 или по сетке. При этом желательно чтобы расстояние между ними было кратно шагу укороченных свай, что позволит оптимизировать их расстановку между основными и укороченными сваями. После этого по равномерно распределенной нагрузке, которую предполагают передать на плиту ростверка, подбирают длину и расстановку дополнительных коротких свай. Затем расчетным путем корректируют длину основных и длины укороченных свай и выполняют совместный расчет всех свай и осадок свайного, свайно-плитного фундамента, желательно в трехмерной постановке.
Расчеты и наблюдения показывают, что при всех вариантах расстановки основных свай в них возникают разные усилия. Более всего эта разница проявляется при регулярной расстановке свай по сетке, в меньшей степени проявляется при расстановке свай под нагрузку, под колоннами 5 и стенами. Выровнять или оптимизировать эту разницу можно изменяя длину основных и длину укороченных свай.
Такая разница в усилиях объясняется рядом причин и зависит от величин прилагаемых нагрузок, от расстояний между сваями, от взаимовлияния свай при их разных компоновках и от разности их осадок, и т.д. Так, например, при расположении 4-х свай под колонной в них будут одинаковые усилия, а при постановке центральной пятой сваи усилие в ней будет меньше, чем в остальных. Для того, чтобы усилия в сваях выровнять, эту сваю надо удлинить или 4-е сваи укоротить, и тогда усилия во всех пяти сваях выравниваются.
Таким образом, изменение длины основных и длины укороченных свай позволяет выравнивать и оптимизировать в них усилия и соответственно снизить на 15-25% общую длину и стоимость свай в фундаменте.
Использование дополнительных коротких свай позволяет не только надежно реализовать включение плиты ростверка в работу, но и регулировать их длинной величину реально передаваемой плитой нагрузки в диапазоне 10-20%, что в свою очередь позволяет снять соответствующую часть нагрузки с основных и укороченных свай, сократить их длину, уменьшить усилия в плите ростверка, и сократить общую осадку фундамента.
Использование полезной модели позволит повысить эффективность наиболее надежных свайных и особенно свайно-плитных фундаментов и расширить их применение в первую очередь для зданий повышенной этажности и в высотном строительстве.