Статьи

Плитно-свайные фундаменты, применение и перспективы

Одной из наиболее эффективных разработок в области фундаментостроения последнего десятилетия являются комбинированные плитно-свайные фундаменты -  ПСФ. Мотивацией к их активному изучению и внедрению в практику служат общие проблемы фундаментостроения – повышение этажности зданий и соответствующий рост нагрузок на фундаменты, постепенно возникающий дефицит «хороших» грунтов, высокая плотность городской застройки и нередко возникающая необходимость строить в плотное примыкание к существующим сооружениям и т.п.

ПСФ представляет собой монолитную плиту, подкрепленную сваями того или иного типа и расположенными в виде свайного поля, лент, кустов или одиночных свай (рис. 1). Определяющим признаком ПСФ, однако, является не сам факт наличия двух компонент – плитной и свайной, а то, что обе  компоненты фундамента являются несущими, обеспечивая непосредственную передачу нагрузки от надфундаментной конструкции на грунт основания: сваи – нижним концом и боковой поверхностью, плита – подошвой.

                                                                                                                         

                                                                                                                                                                             рис. 1

Для возможности включения в работу на отпор грунта плиты-ростверка необходимо наличие, как минимум, двух условий (помимо очевидного требования непосредственного опирания ростверка на грунт):

1) Свайная компонента ПСФ должна обладать определенной податливостью, т.е. развитием осадки под нагрузкой.

2) В монолитной плите – ростверке должны быть участки, достаточно удаленные в плане от  свай.

Первое требование означает, в частности, что к ПСФ не могут быть отнесены свайные фундаменты со сваями, опирающимися на прочные несжимаемые скальные грунты, исключающими возможность развития осадок. Тем не менее, это не исключает применения в составе ПСФ свай, формально отнесенных к стойкам.

По поводу этого тезиса следует сделать следующее уточнения.

Для многих элювиальных грунтов (в частности, Урала) характерно наличие в инженерно-геологическом разрезе достаточно мощных промежуточных слоев грунта, которые по своим формальным характеристикам должны быть отнесены к скальным или полускальным (сильновыветрелым, трещиноватым), но обладающих заметной сжимаемостью. Соответственно, опирающиеся на них сваи по нормативной классификации считаются стойками, но дают вполне значимые осадки. Так, по результатам наших наблюдений, осадки забивных и буронабивных свай на подобных грунтах иногда достигают 2.5–3.0 см при нагрузках, меньших расчетной несущей способности этих свай. Уже при средней сжимаемости грунтов верхних слоев, служащих опорными для плиты-ростверка, такая осадочность свай может оказаться вполне достаточной для полноценного включения в работу плитной компоненты.

Второе требование отражает тот факт, что полноценный отпор по подошве ростверка может реализоваться лишь на участках, достаточно удаленных от свай, вне зоны их влияния. Такое влияние проявляется  в вовлечении околосвайного грунта в общую осадку со сваей, формировании «осадочной воронки».

Возможность включения в работу плиты присутствует лишь в зоне вне  этих воронок. Традиционные варианты кустовых или ленточных ростверков, практически повторяющих в плане конфигурацию соответствующих групп свай, обычно такой возможности не предоставляют, как и большеразмерные в плане плиты, устраиваемые по «густой» сетке свай (свайному полю) с шагом свай не более 4 d.

 Первая регламентация плитно-свайных (или – в нормативной терминологии – свайно-плитных) фундаментов имела место в СП 52-102-2003 «Проектирование и устройство свайных фундаментов». На наш взгляд подход, реализованный в указанных нормах, не может расцениваться как удачный. Фактически, была принята концепция ПСФ со свайной компонентой в виде регулярного свайного поля,  с шагом свай 5 – 8 d (рис.2). Такой шаг несколько превышает традиционный для висячих свай шаг 3d и позволяет подключать к работе центральные участки межсвайных промежутков плиты. Однако весьма незначительная суммарная площадь подобных участков предопределяет и довольно низкую долю общей нагрузки, которую возможно передать на плитную компоненту ПСФ – не более 15%, согласно указанным Нормам.

                                                                  

                                                                                                                  рис. 2

В целом, в данном СП плитно-свайный фундамент трактуется как некоторое развитие и расширение возможностей традиционного свайного фундамента, остающегося базовым и основным.

Более поздняя редакция Норм – СП 24.13330.2011, Актуализация СНиП 2.02.03.85 «Свайные фундаменты», расширила концепцию ПСФ, сняв отмеченные выше ограничения. Это позволяет предложить несколько иной подход к ПСФ, реализованный в работах уральской школы фундаментостроения (В.В. Лушников, Ю.Р. Оржеховский и др. [1]).

В рамках этого подхода базовым, исходным типом фундамента является плитный на естественном основании. Лишь при невозможности удовлетворения тех или иных требований расчета по деформациям осуществляется переход к плитно-свайному варианту с постановкой определенного количества подкрепляющих свай.

Сваи, таким образом, рассматриваются как элементы жесткости основания, свайная компонента ПСФ - как участок существенно повышенной жесткости, а плитно-свайный фундамент - с точки зрения расчета - как плита, лежащая на неоднородном по сжимаемости основании с искусственно создаваемой (полезной) неоднородностью.

Наиболее рациональным при этом является размещение свай в виде кустов или рядом в опорных зонах несущих колонн и стен с минимальным шагом, как схематично показано на рис.1. Работа плитной компоненты таким образом приурочивается к пролетным – межкустовым и межрядовым - участкам, а не к межсвайным. При этом никаких ограничений в доле, нагрузки, воспринимаемой плитной компонентой ПСФ, не возникает.

Можно выделить следующие типовые ситуации, в которых целесообразно (а иногда и безальтернативно) применение плитно-свайных фундаментов.

 1. Слабые и насыпные грунты

Как отмечалось выше, постепенно возникающий дефицит «хороших» грунтов нередко заставляет использовать такие грунты в качестве оснований. Основные расчетные требования к фундаментам здесь – это ограничение величины общей (средней) осадки, а для насыпных грунтов – ограничение давления по подошве допускаемой Нормами величиной (расчетным сопротивлением насыпных грунтов, например, согласно приложению СП 22.13330.2011, актуализированная редакция СНиП 2.02.01-83 «Основания зданий и сооружений».

Задача решается постановкой подкрепляющих свай в опорных зонах колонн и стен по всему плану плиты. Количество свай и их параметры определяются условием восприятия ими соответствующей доли нагрузки, которую необходимо снять с подошвы плиты.

2.  Неравномерная сжимаемость основания

Наиболее характерной ситуацией здесь является резкое падение кровли скального грунта в пределах строительной площадки. Нередко при этом на части плана скальный грунт вообще не был обнаружен при изысканиях в пределах разведанных глубин, что исключает применение свай-стоек. Подкрепляющие сваи здесь являются инструментом выравнивания неравномерных осадок плиты (рис. 3).  

рис. 3

3.  Примыкание к существующим фундаментам

При устройстве плитного фундамента вплотную к существующему одним из вариантов снижения негативного влияния нового фундамента является его опирание в зоне примыкания на буронабивные сваи (рис. 4). Если возможно устройство свай–стоек, то это полностью снимает проблему негативного воздействия, более того, сами буронабивные сваи служат в определенной степени защитой существующих фундаментов при откопке котлована. В этом случае необходимо устройство дополнительных подкрепляющих свай с целью выравнивания осадок плиты (рис. 4а).

                                                                                                                                     рис. 4

 

Если устройство свай-стоек невозможно (глубокое расположение крови скального грунта) то эффективным способом снижения негативного воздействия является консольный вариант примыкания (рис. 4б). Ряд висячих буронабивных свай устраивается со смещением во внутренний пролет относительно краевой стены или ряда колонн. При этом снимается отпор грунта по подошве на краевой полосе между рядом свай и краем плиты – например, за счет устройства под подошвой деформативной подкладки. Такое удаление зоны передачи нагрузки на основание, от примыкающего фундамента, значительно снижает уровень воздействия на него, устройство же ряда висячих свай является способом повышения несущей способности и снижения деформативности соответствующего участка основания, где происходит значительная концентрация усилий (включая момент от консольного опирания краевой стены или колонн). Расчет подкрепляющих свай при этом ведется по условию выравнивания осадок плиты, включая зону концентрации.   

4. Метод «отложенного решения»

Суть метода заключается в том, что решение об устройстве подкрепляющих свай принимается не на стадии проектирования, в условиях дефицита достоверной информации о строении и свойствах грунтового основания, а в процессе строительства здания, в ходе и по результатам мониторинга, когда такие свойства уже проявились фактически.

В рамках этого метода фундамент изначально выполняется как плитный, причем в теле плиты устанавливаются специальные гильзы, при проявлении опасных тенденций в развитии осадок по мере роста нагрузок под плитой методом инъецирования через указанные гильзы устраиваются буроинъекционные сваи специального вида, превращающие фундамент в плитно-свайный (рис. 5).

                                                                                                                 рис. 5

Метод «отложенного решения» представляет собой отдельное направление исследований в области фундаментостроения, его детальное описание выходит за рамки данной статьи и приведено. 

       

                                                 

                                                                                                        

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

Оржеховский Ю.Р., Лушников В.В., Оржеховская Р.Я. (Екатеринбург, Россия) Оптимизация решений плитных фундаментов на неоднородном основании. Геотехнические проблемы строительства архитектуры и геоэкологии на рубеже XXI века/ Темиртау: Издательство Казахстанской национальной геотехнической ассоциации 1023 с., в двух томах: т.1 (523 стр.), т.2 (500 стр.).

 

Авторы:

Канд. техн. наук Оржеховский Ю.Р., ООО «ЭКФ «ГеоСтройЭксперт».

Инженер Ярдяков А.С., НИАС-Центр.

 

© Научно-инжиниринговый центр архитектуры и строительства, 2014

620075, Екатеринбург                                                     БЦ Высоцкий блок F, оф.8/22
ул.Малышева, 51

тел.: +7 (343) 389-09-09
тел.: +7 (922) 100-30-65 

 

nias@nias-centre.ru