Учет сил нагружающего трения на уплотненные, закрепленные массивы и сваи
Анализ исследований и опыт строительства и эксплуатации зданий и сооружений на просадочных грунтах со II типом грунтовых условий по просадочности позволили установить, что силы нагружающего трения и дополнительные нагрузки на уплотненные, закрепленные массивы и сваи определяются в основном:
«дефицитом прочности» проседающего грунта, т. е. разностью между вертикальными давлениями от собственного веса грунта и величиной начального просадочного давления;
величиной просадки окружающего грунта естественной структуры от собственного веса;
величинами трения; и сцепления между уплотненными, закрепленными массивами или сваями и проседающим грунтом, а также прочностными характеристиками проседающего грунта;
площадью и распределительной способностью проседающего грунта, а также площадью контакта проседающего грунта с уплотненными, закрепленными массивами или сваями;
видом и расположением источника замачивания по отношению к уплотненным, закрепленным массивам и свайным фундаментам;
величиной просадочной толщи грунта;
глубиной заложения фундамента и величиной срезки грунта при отрывке котлована под фундамент.
Вполне очевидно, что чем меньше величина начального просадочного давления и больше «дефицит прочности» проседающего грунта, тем большая величина сил нагружающего трения и дополнительных нагрузок должна передаваться на уплотненные, закрепленные массивы и сваи. Однако увеличение сил нагружающего трения и дополнительных нагрузок на сваи, уплотненные и закрепленные массивы при увеличении «дефицита прочности» грунта может происходить до определенного предела, так как они зависят от других рассматриваемых ниже факторов.
Величины сил нагружающего трения и дополнительных нагрузок на уплотненные, закрепленные массивы и сваи по мере увеличения просадок окружающих грунтов и, главным образом, относительных перемещений проседающего грунта по поверхности сваи, уплотненных и закрепленных массивов должны возрастать. Учитывая некоторую аналогию в характерах взаимодействия, с одной стороны, уплотненных, закрепленных массивов, свай с окружающим грунтом и, с другой стороны, подпорных стенок и др. заглубленных конструкций с грунтом, можно принять, что максимальные величины сил нагружающего трения и дополнительных нагрузок на уплотненные, закрепленные массивы и сваи устанавливаются при относительном перемещении грунта 6Н=0,01.
Зависимость сил нагружающего трения от величин трения и сцепления между уплотненными, закрепленными массивами, сваями и просадочным грунтом, а также от прочностных характеристик просадочного грунта, по-видимому, без больших погрешностей можно принимать аналогичной зависимости сил сопротивления грунта по боковой поверхности свай от этих факторов. С увеличением трения и сцепления между уплотненными, закрепленными массивами, сваями и просадочным грунтом, а также прочностных характеристик просадочных грунтов величины сил нагружающего трения будут возрастать. Так как в процессе просадки окружающего грунта возможен сдвиг его как по боковой поверхности уплотненных, закрепленных массивов и свай, так и по грунту, силы нагружающего трения не могут превышать суммарной величины трения и сцепления между уплотненными, закрепленными массивами, сваями и проседающим грунтом, а также удельной прочности просадочного грунта.
При увеличении площади и распределительной способности просадочного грунта величины сил нагружающего трения и дополнительных нагрузок на сваи, уплотненные и закрепленные массивы должны возрастать. За распределительную способность просадочного грунта в данном случае принимается ширина площади массива грунта, которая оказывает нагружающее воздействие на уплотненные, закрепленные массивы и сваи. Максимальная величина распределительной способности может быть принята равной половине длины криволинейного участка развития неравномерных просадок грунтов, т. е. приблизительно 0,2 величины просадочной толщи или глубины замачивания.
Силы нагружающего трения на уплотненные, закрепленные массивы и сваи должны учитываться только в пределах тех площадей, по которым происходит нависание проседающего грунта. Чем больше площадь контакта проседающего грунта с уплотненными, закрепленными массивами и сваями, тем большие дополнительные нагрузки передаются на них. За площадь контакта проседающего грунта в данном случае следует принимать площадь, равную длине периметра уплотненного, закрепленного массива, сваи или свайного фундамента, вдоль которого происходит просадка грунта от собственного веса, умноженную на величину просадочной толщи или на глубину замачивания. При местном замачивании длину периметра развития просадок грунта следует принимать равной максимальной ширине увлажненной зоны на поверхности контакта, а при подъеме уровня грунтовых вод — равной периметру уплотненного, закрепленного массива, сваи или свайного фундамента.
На величины сил нагружающего трения и дополнительные нагрузки на уплотненные, закрепленные массивы и сваи существенное влияние оказывает также степень влажности окружающего их грунта. В связи с этим возможны три характерных вида и места расположения источников замачивания:
а) непосредственно в пределах уплотненного, закрепленного массива или свайного фундамента, когда грунт по всей площади контакта их с окружающим и проседающим грунтом находится в водонасыщенном состоянии;
б) на некотором расстоянии от уплотненного, закрепленного массива или свайного фундамента, вследствие чего в верхней части площади контакта грунт имеет природную влажность, а в нижней — влажность, близкую к полному водонасыщению;
в) подъем уровня грунтовых вод, повышающий влажность грунтов до полного водонасыщения в пределах высоты его подъема и зоны капиллярного водонасыщения.
При отрывке котлованов под здания, а также под отдельные фундаменты значительных размеров в плане с большой глубиной их заложения, и особенно при наличии подвалов происходит частичная разгрузка залегающего ниже просадочного грунта. Выполняемая впоследствии обратная засыпка котлованов восстанавливает природное напряженное состояние грунта только за пределами расположения фундаментов, так как грунт, лежащий на обрезах фундаментов, входит в их собственный вес. В связи с этим при расчете фундаментов на сваях, уплотненном, закрепленном грунте вертикальные напряжения от собственного веса грунта непосредственно под зданием или фундаментом определяются, начиная с отметки пола подвала или заложения фундамента, т. е. должны учитываться разгрузка грунта за счет устройства котлована и снижение расчетной просадки грунтов от их собственного веса. В подобных случаях возможен перевод грунтовых условий из II в I тип по просадочности и тем самым учет сил нагружающего трения только на крайние ряды свай и в пределах контурной полосы уплотненного или закрепленного массива.
Все рассмотренные выше факторы, влияющие на величины сил нагружающего трения и дополнительных нагрузок на уплотненные, закрепленные массивы и сваи, должны учитываться одновременно.