Для определения степени усиления основания закреплённого микросваями, изобразим
схему зон предельного состояния основания для ленточного фундамента (левая часть
рисунка 3.1).
![Расчётная схема формирования предельного состояния от полосовой нагрузки для основания, усиленного микросваями, до начала поворота относительно т. О.](Chapter3/Images/ris3.1.gif)
Рис.3.1. Расчётная схема формирования предельного состояния от полосовой нагрузки
для основания, усиленного микросваями, до начала поворота относительно т. О. I –
зона переуплотнённого грунта в виде клина; II – зона развития пластических деформаций
(сдвигов в условиях предельного состояния); III – зона с непрерывными поверхностями
скольжения (формирование выпора).
Как известно [7], для ленточного фундамента предельная нагрузка на основание может
быть определена выражением:
; (3.1)
где все обозначения приняты в соответствии со СНиП 2.02.01-83*.
В правой части рисунка 3.1 изображена расчётная схема (по Л. Прандтлю) от полосовой
нагрузки для основания, в которое в качестве усиления добавлена микросвая.
Выполненные микросваи с целью усиления (увеличения силы предельного сопротивления)
основания вдоль существующих фундаментов пересекают зону II (рис.3.1) и таким образом,
прежде всего, создают препятствие для развития горизонтальных деформаций (зон сдвигов).
В результате на часть длины микросваи Zmax будет действовать горизонтальный
распор, создавая усилие в виде активного давления грунта Еакт.(св.).
Величина данного распора переменна в зависимости от условий нагружения фундамента
и достигает максимального значения в момент нарушения равновесия жёсткой сваи (поворот
относительно т. О).
Противодействовать силе активного давления грунта будет пассивный отпор Епас1св,
развитие которого может быть в первом приближении определено исходя из условия возможности
перемещений микросваи относительно т. О (до момента предельного равновесия Еакт.св=Епас1св).
Следует отметить, что в ряде случаев, когда пригрузки со стороны подвала в уровне
головы микросваи нет, напряжения в грунте на отметке поверхности будут фактически
равны нулю (проявление краевого эффекта). Тогда эпюра пассивного отпора грунта на
данном участке сваи получит криволинейное очертание. Однако с глубиной этот эффект
снижается и, в соответствии с основными допущениями механики грунтов, напряжения
будут изменяться пропорционально перемещениям, т.е. можно использовать линейную
зависимость. В этом случае в качестве допущения можно принять, что пассивный отпор
будет развивается практически линейно по всей длине ℓ микросваи (рис. 3.1).
Для определения Епас1св вычислим вначале пассивное давление σ2пас
в грунте, действующее на сваю из условия предельного состояния:
;
(3.2)
Тогда пассивный отпор может быть определён выражением:
;
(3.3)
- где φуп. – удельный вес грунта вокруг сваи, с учётом его
уплотнения в процессе изготовления микросваи, в первом приближении допускается,
что φуп=1,11φ [2];
- ℓ– длина микросваи;
- φ – угол внутреннего трения грунта основания;
-
–
площадь половины периметра микросваи, по которой возникает пассивный отпор;
- rсв – радиус изготовленной микросваи.
Подставляя введённые обозначения в выражение 3.3, получим:
;
(3.4)
Пассивный отпор Епаc1св в соответствии с геометрическими построениями
(рис. 3.2) может быть представлен двумя составляющими:
- нормальным давлением на ствол микросваи: Епас1св ·cosα
- трением грунта вдоль ствола микросваи: Епас1св·sinα
где α – угол наклона микросваи к вертикали.
![Геометрическое разложение пассивного отпора грунта на сваю на две составляющие](Chapter3/Images/ris3.7.gif)
Рис. 3.2. Геометрическое разложение пассивного отпора грунта на сваю на две составляющие
Определив величину пассивного отпора для микросваи в момент её предельного равновесия
(возникновение поворота относительно т. О), представляется возможным вычислить дополнительную
составляющую для силы предельного сопротивления основания, усиливаемого микросваями:
;
(3.5)
где n – количество микросвай усиления на единицу расчётной длины фундамента.
Тогда для основания, усиленного микросваями, сила предельного сопротивления (из
условия равновесия свай) составит:
;
(3.6)
где Nu – сила предельного сопротивления основания, без учёта свай,
определяемая выражением (3.1). Nu1св – составляющая силы предельного
сопротивления основания, учитывающая работу микросваи (предельное состояние микросвай
относительно точки О).
Таким образом, задавшись предварительно размерами микросваи (радиусом и длиной,
по технологическим особенностям изготовления), можно найти необходимое число микросвай
усиления (n) (из выражения 3.7), в зависимости от требуемой (задаваемой по
условиям реконструкции) величины силы предельного сопротивления усиленного основания
Nu(ус1) (из условия равновесия свай):
(3.7)
Не трудно заметить, что разность в числителе формулы 3.7 представляет собой дефицит
несущей способности основания, возникающий в результате реконструкции и воспринимаемый
(n) количеством свай усиления.
Таким образом, в соответствии с решением 3.7, задавшись предварительно размерами
сваи, из условия их предельного равновесия, представляется возможность определять
необходимое количество свай (n) усиления основания. Расчёты следует проводить в
зависимости от требуемой (задаваемой проектировщиком из условий реконструкции) величины
силы предельного сопротивления усиленного основания Nu(ус.).