Плитно-свайные фундаменты. Применения и перспективы.

ПСФ представляет собой монолитную плиту, подкрепленную сваями того или иного типа, расположенными в виде свайного поля, лент, кустов или одиночных свай. Определяющим признаком ПСФ, однако, является не сам факт наличия двух компонентов – плитного и свайного, а то, что оба компонента фундамента являются несущими, обеспечивая непосредственную передачу нагрузки от над фундаментной конструкции на грунт основания: сваи – нижним концом и боковой поверхностью, плита – подошвой.

 

 

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) Свайный компонент ПСФ должен 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, предотвращающие 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 уточнение.

 

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 обладающим 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, чем расчетная несущая способность 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 плитного компонента.

 

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. Устройство фундамента должно быть правильным. Традиционные варианты кустовых или ленточных ростверков, практически повторяющих в плане конфигурацию соответствующих групп свай, обычно такой возможности не предоставляют, как и больше размерные 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 нор мах, не может расцениваться как удачный. Фактически была принята концепция ПСФ со свайным компонентом в виде регулярного свайного поля с шагом свай 5–8 d. 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 плитный компонент ПСФ – не более 15%, согласно указанным нормам.

 

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.).

 

   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, свайный компонент 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 плитного компонента таким образом приурочивается к пролетным –межкустовым и межрядовым –участкам, а не к межсвайным.

 

При этом никаких ограничений в доле нагрузки, воспринимаемой плитным компонентом ПСФ, не возникает.

 

Данный подход реализован, например, в Стандарте Предприятия.

 

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, актуализация 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 соответствую щей доли нагрузки, которую не обходимо снять с подошвы плиты (детальная методика расчета этого и следующих примеров содержится в СТП).

 

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.

 

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. 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.

 

Если устройство свай-стоек невозможно (глубокое расположение кровли скального грунта), то эффективным способом снижения негативного воздействия является консольный вариант примыкания. 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.