Работа куста свай на вертикальную нагрузку

С точки зрения способа передачи нагрузки на грунт висячая свая представляет собой по существу весьма заглубленный фундамент с малой площадью подошвы. Несущая способность такого фундамента (сваи) определяется как силами сопротивления грунта под его подошвой, так и силами трения, возникающими по боковым поверхностям.

Наличие сил трения по боковой поверхности сваи и сил внутреннего трения в грунте предопределяет постепенное (сверху вниз) вовлечение в работу на вертикальную нагрузку окружающего сваю грунта.

Если пренебречь изменением напряженного состояния грунта, возникшим при погружении сваи, то зона распространения напряжений, обусловленных силами трения по боковой поверхности сваи, может быть представлена в первом приближении в виде конуса, сносного со сваей. Характер распространения этих напряжений, а следовательно, и угол наклона образующей конуса а, зависят от вида грунта и плотности его сложения, от материала, формы поперечного сечения и состояния поверхности сваи, от характера действующей нагрузки (статическая, динамическая) и т. д.

Эпюра дополнительных вертикальных напряжений в плоскости острия сваи может иметь различную форму.

Объем эпюры дополнительных вертикальных напряжений равен вертикальной нагрузке, передающейся на сваю, плюс вес сваи. Таким образом, висячие сваи не просто передают нагрузку на заглубленные слои грунта, но и распределяют ее на значительную площадь.

Характер распределения вертикальных напряжений в горизонтальной плоскости, проходящей через острия свай, может быть определен приближенными способами (Бирбаумера, Яро-польского). Возможно также применение решений теории упругости с использованием формул Буссинеска.

В свайных основаниях зоны распространения дополнительных напряжений от соседних свай, как правило, пересекаются. Это предопределяет отличие в поведении свайного фундамента (куста свай) под нагрузкой по сравнению с одиночной сваей: осадка фундамента будет больше осадки одиночной сваи при одинаковых нагрузках на сваю. Дело в том, что сжимаемая толща грунтов ниже острия свай, деформируемость которой по существу определяет осадку фундамента, в рассмотренных случаях будет резко различна.

Это обстоятельство следует учитывать при перенесении результатов, полученных в результате статических испытаний отдельных свай, на свайные фундаменты: средняя несущая способность сваи в фундаменте (кусте) может оказаться сниженной по сравнению с аналогичным показателем отдельной сваи (забитой и испытанной вне куста) на 30-60% и более, в зависимости от расстояния между сваями.

Следует отметить также то обстоятельство, что статические испытания одной из свай фундамента (особенно в средних рядах), наоборот, показывают повышенную несущую способность такой сваи. Это происходит вследствие более или менее существенного уплотнения межсвайного грунта, имеющего место при погружении свай1. Возможность большего или меньшего уплотнения грунта в пределах глубины погружения свай определяет минимальные расстояния между сваями (при погружении закрытых снизу свай забивкой или вибрацией).