Чтобы перейти от расчета одиночных свай к расчету свайных групп следует учесть следующие факторы: 1) изменение деформационных и прочностных свойств межсвайного грунта, вызванное забивкой свай (см. § 4) ,и 2) взаимовлияние свай через грунт, приводящее, как правило, к увеличению деформативности и снижению несущей способности куста по сравнению с суммарным сопротивлением такого же числа одиночных свай.
Первый фактор проще всего учесть в расчетах с помощью метода коэффициента отпора введением поправок в параметры кривых q, w и р, и, либо на основе эмпирических зависимостей, либо по рассчитанным изменениям параметров модели грунта, используемой для построения этих кривых. Второй фактор, как показывают опыты, по-разному проявляется при работе сваи под действием горизонтальной и вертикальной нагрузок. При действии чисто вертикальной нагрузки окружающий сваю массив грунта находится в упругом состоянии, и, поскольку влияние свай на соседние передается именно через этот грунт, можно ожидать, что влияние имеет линейный характер. Это предположение находит обоснование в расчете методами теории упругости (см. § 14). Наличие линейного взаимовлияния при продольном нагружении находит и экспериментальное подтверждение. Из рис. 13,д [47] видно, что при совместном нагружении свай А и В осадка сваи А практически равна сумме осадки сваи А, когда нагружена только свая А, и осадки сваи А, когда нагружена только свая В. При этом последняя осадка линейно зависит от нагрузки, приложенной к свае В. Аналогичные результаты получены и для нагружения трех свай, т. е. и в этом случае принцип суперпозиции сохраняется (рис. 13,б).
На основе изложенного возможна разработка алгоритма расчета осадок свайных групп при действии произвольно распределенной вертикальной нагрузки.
Расчет свайных кустов, работающих под действием горизонтальной нагрузки, гораздо сложнее. Выше указывалось, что горизонтальное нагружение свай вызывает существенно нелинейные деформации окружающего грунта, особенно это проявляется во взаимовлиянии свай через грунтовый массив. Для изучения работы свайных кустов под действием горизонтальной нагрузки были поставлены опыты, которые подробно описываются в гл. 3. Здесь отметим только некоторые принципиальные положения. Сначала была рассмотрена простейшая группа из двух свай, расположенных так, что нагрузка прилагается в плоскости, проходящей через их оси.
Рис. 13. Осадки w и сваи А в системе из двух (а) и трех (б) свай при различных нагружениях [47];
1 — нагружена только свая А; 2 - то же, только свая В; 3 — то же, обе сваи; 4 — суммарные осадки 1 и 2; 5 - нагружена только свая С; 6 — то же, только свая А; 7 — то же, только свая В; 8 — то же, все три сваи; 9 - суммарные осадки 5, 6, 7
Рис. 14. Поочередное (а) и совместное (б) горизонтальное нагружение двух свай
Из рассмотрения работы групповых сваи при горизонтальном нагружении можно сделать следующие выводы:
- снижение расчетных коэффициентов горизонтального отпора как способ учета взаимовлияния свай соответствует происходящим процессам и согласуется с принятой в расчетах одиночных свай методикой нелинейного коэффициента отпора;
- снижение расчетных коэффициентов горизонтального отпора должно зависеть в первую очередь от положения свай в грунте по отношению к приложенной нагрузке, а также, возможно, от глубины;
- при подсчете эффективных коэффициентов горизонтального отпора для конкретной сваи следует учитывать только ее ближайшее окружение, так как взаимовлияние, например через ряд свай, в рамках описанного механизма невозможно.
Как будет показано в § 13, снижение расчетного коэффициента отпора для ί-й сваи на глубине z можно производить по формуле
(32)
где Кг(z, u) - коэффициент горизонтального отпора при перемещении и на глубине z для одиночной сваи; mp - коэффициент условий работы, учитывающий изменение грунтовых условий при погружении не одной, а группы свай; aij — коэффициент влияния сваи j на i-ю сваю [в (32) учитывается влияние только ближайших свай]; П — параметр суммирования взаимовлияний.
Подробнее коэффициенты влияния, их зависимость от расстояния между сваями и ориентации относительно нагрузки рассматриваются в § 13. Следует отметить, что важнейшей особенностью формулы (32) является применимость некоторой обобщенной (мультипликативной) суперпозиции, т. е. полный коэффициент снижения сопротивляемости грунта в каждом сечении свай равен произведению элементарных (попарных) коэффициентов снижения, которые могут быть определены в испытаниях пар свай и не зависят от расположения остальных свай. Именно эта особенность делает возможным расчет групп произвольной конфигурации в плане.
Опыты показали, что коэффициенты aij не зависят от характера закрепления голов свай в ростверке (шарнир или заделка). Сопоставление расчетных по (32) и опытных данных выявило, что коэффициенты aij не зависят и от перемещения и, т. е. групповое взаимовлияние приблизительно в равной мере сказывается и на начальной податливости, и на предельном сопротивлении околосвайного грунта. Несколько сложнее зависимость aij от z. Длинные сваи при горизонтальном нагружении изгибаются по волнообразной кривой с затухающей по глубине амплитудой, и потому тыловая поверхность сваи (относительно приложенной нагрузки) в верхней части отрывается от грунта, а внизу может надвигаться на грунт. Ясно, что это должно сказываться на коэффициенте aij. Другой причиной зависимости от z может быть непараллельность стволов свай. Однако при параллельных сваях, учитывая, что определяющую роль в работе свай при горизонтальных нагрузках играют верхние слои грунта, где знак смещения свай не изменяется, можно в первом приближении принять по глубине постоянным. Как будет показано ниже, при правильном выборе значений aij это дает вполне удовлетворительные результаты.
Для всесторонней оценки группового эффекта должен быть учтен также ряд факторов связанных с условиями строительства и работы свайных кустов, такие, как уплотнение грунта при забивке большого числа близко расположенных свай, повторный характер нагрузок, степень защемления голов свай в верхнем строении и т. д.
Алгоритмы численного расчета одиночных свай и свайных групп на комбинированное воздействие, основанные на принципах, изложенных в этом параграфе, и использующие конкретные зависимости, представленные ниже, будут описаны в гл. 4.
