В последнее время в фундаментостроении сформировалось и успешно развивается направление – устройство фундаментов в уплотненном грунте. Одним из перспективных видов таких фундаментов считаются сваи в пробитых скважинах с уширением (СПС) [1, 2, 3]. Характерной особенностью таких свай является формирование вокруг последней значительной по объему зоны уплотненного грунта с улучшенными строительными свойствами [4, 5, 6, 7, 8]. В наибольшей степени уплотненные зоны образуются под уширением, площадь поперечного сечения которого является определяющей при оценке несущей способности сваи.
В целом несущая способность СПС складывается из несущей способности основания под нижним концом фундамента F_dR и несущей способности грунта вдоль боковой поверхности фундамента F_df [9]. В рассматриваемом случае F_dRопределяется как наименьшее из значений, полученных из трех условий (рис.1):несущей способности F_dR1 жесткого материала (щебня) уширения, сформированного втрамбовыванием;
несущей способности F_dR2 уплотненного грунтового основания под уширением; 
несущей способности F_dR3 грунта природного сложения, подстилающего уплотненное грунтовое основание.Практически в большинстве случаев определяющей является несущая способность F_dR2. Указанная несущая способность главным образом зависит от площади поперечного сечения уширения и состояния грунта уплотненной зоны.

Рис. 1. Расчетная схема сваи в пробитой скважине

Расчетная несущая способность сваи F_d определяется как сумма несущих способностей под нижним концом сваи F_dR и по ее боковой поверхности F_df по формуле

F_d = F_dR + F_df , (1)

Несущая способность F_dR1 жесткого грунтового материала (щебень), втрамбованного в дно скважин определятся по формуле

F_dR1 = γ_c · γ‘_cR ·R_c · A, (2) 

где γ_с – коэффициент условий работы сваи в грунте, принимаемый равным 1,0;
γ’_cR – коэффициент условий работы жесткого грунтового материала уширения под нижним концом сваи, принимаемый равным 0,8 с учетом вида свай и технологии их выполнения;
R_c – расчетное сопротивление жесткого грунтового материала (щебня), в зависимости от глубины погружения нижнего конца сваи, принимаемое с повышающим коэффициентом k = 1,5, кПа;
A – площадь поперечного сечения уширенного основания из щебня по наибольшему его горизонтальному сечению определяют по формуле

в которой радиус уширенного основания r_с рекомендуется вычислять в зависимости от объема втрамбованного жесткого материала и формы уширения по формуле

r_c = k , (4) 

где V_c – объем втрамбованного жесткого материала, м, в дно скважины;
k – коэффициент, учитывающий форму уширения, который при втрамбовывании жесткого материала отдельными порциями высотой (1,5 – 2)d трамбовками с заостренным нижним концом принимается в виде шара (d_c = h_c) для случаев, когда ниже дна скважины залегают песчаные грунты средней плотности, для которых значение коэффициента k = 0,62.
Несущая способность F_dR2 уплотненного грунта в пределах уплотненной зоны под уширением сваи определяют по формуле

где γ_c – коэффициент условий работы сваи в грунте, принимаемый равным 1,0;
γ”_cR – коэффициент условий работы жесткого грунтового материала уширения под нижним концом сваи, принимаемый равным 0,8 с учетом вида свай и технологии их выполнения;
R_com – расчетное сопротивление уплотненного грунта под уширением, кПа;
A_с – площадь опирания на уплотненный грунт уширенного основания по наибольшему диаметру, определяемому в зависимости от объема, втрамбованного щебня в дно скважины, по формуле

где r_c – радиус уплотненной зоны из песка под уширением набивной сваи на уровне ее наибольшего размера рекомендуется вычислять в зависимости от объема втрамбованного песка и формы уширения по [9, формула 4]
Несущая способность грунта природного сложения F_dR3, подстилающего уплотненную зону, вычисляется по формуле

где γ_cf – коэффициент условий работы сваи в грунте при заполнении скважины жесткой бетонной смесью и уплотнением трамбованием, принимаемый равным 0,9;
γ”’_cR – коэффициент условий работы свай под нижним концом на грунты уплотненного суглинка с учетом вида свай и технологии их выполнения, принимаемый равным 0,8;
R_и – расчетно допускаемое сопротивление грунта природного сложения, подстилающего уплотненную зону, определяемое по модернизированной формуле, исходя из указаний [10]:

 , (8)

где _c и _n – безразмерные коэффициенты, принимаемые соответственно в зависимости от вида грунта и от уровня ответственности сооружения согласно [10, п.5.6.2];
P_u – предельное сопротивление того же грунта, вычисляемое по формуле

где N_γ, N_q, N_с — безразмерные коэффициенты несущей способности, определяемые по указаниям [10] и равные в данном примере соответственно 1,35; 3,94; 10,98;
b – ширина условного фундамента, м, определяется как 

d – глубина заложения условного фундамента, соответствующей толщине уплотненной зоны грунта м
с₁ — расчетное значение удельного сцепления грунта, кПа;
γ₁ и γ‘₁ — расчетные значения удельного веса грунтов, кН/м³, залегающие соответственно ниже и выше подошвы фундамента.
ξ_γ , ξ_q, ξ_c – коэффициенты формы фундамента, определяемые как

здесь η = l/b, если η = l/b < 1, то следует принимать η = 1.
l и b — соответственно длина и ширина подошвы фундамента, м;
А_com – площадь поперечного сечения уплотненной зоны вокруг уширенного основания набивной сваи в пробитой скважине определяется по формуле

в которой r’_com — радиус уплотненной зоны из суглинка, на уровне ее наибольшего размера принимается равным, м

где r’ — радиус ствола сваи при заполнении скважины жестким бетоном с трамбованием, принимаемый равным r’ = 1,1· r = 1,1·(0,65/2) = 0,36 м; 
r_cоm — радиус уплотненной зоны из суглинка, м, равный 

r_com = γ_{c ·} 0,5d , (14)

здесь γ_c – коэффициент, учитывающий особенности взаимодействия сваи с грунтом, принимаемый равным γ_c = 0,8;
d – диаметр сваи, принимаемый равным при заполнении скважин жестким бетоном с уплотнением его пробивным снарядом 1,2 d_t = 1,2 · 0,65 = 0,78;
ρ_d – плотность грунта естественного сложения в сухом состоянии, равна 1,4 т/м³;
ρ_d.mid – среднее значение плотности уплотненного грунта (суглинок) в пределах уплотненной зоны вокруг и под уширением, принимаемое равным 1,7 т/м³

ρ_d.mid = , (15)

где ρ’_d.max – максимально возможная плотность уплотненного грунта вычисляемая по выражению

ρ’_d.max = , (16)

где S_rω – степень влажности грунтов в пределах уплотненных зон, принимаемая с учетом возможного защемления пузырьков воздуха в глинистых грунтах S_rω = 0,95, а в песчаных S_rω = 0,98; 
где ρ_s – плотность частиц грунта;
ρ_ω – плотность воды, равная ρ_ω = 10 кН/м³;
S_r – степень влажности грунта, соответствующая естественной влажности ω;
ω – влажность грунта естественного сложения, д. е.
Несущую способность F_df набивной сваи по боковой поверхности следует определять по формуле

где γ_с – коэффициент условий работы сваи в грунте, принятый равным 1;
u – наружный периметр поперечного сечения ствола сваи, м;
γ_cf – коэффициент условия работы грунта по боковой поверхности сваи, учитывающий влияние способа ее устройства, принимаемый равным для суглинка 0,9; 
f_i – расчетное сопротивление i-го слоя уплотненного грунта основания по боковой поверхности сваи, кПа, в пределах уплотненной зоны, принимаемое с учетом вида и способа устройства сваи при показателе текучести уплотненного грунта I_L = 0,9;
h_i – толщина i-го слоя уплотненного грунта, м соприкасающегося с боковой поверхностью сваи.
Определение несущей способностью грунта природного сложения по [10, формула 7] с учетом предельного сопротивления R_u­ позволяет выполнить расчет сваи по первой группе предельных состояний.
Традиционная методика расчета грунтового основания по второй группе предельных деформаций ведется с учетом схемы грунтового основания в виде линейно-деформируемого полупространства. Условием применения указанной схемы является не превышение давления под подошвой расчетного сопротивления R грунта природного сложения, которое определяется по [10, формула 5.5]. Если давление на грунт под подошвой уширения от расчетных нагрузок на сваю, определенных с коэффициентами перегрузок равными единице, превышает указанное сопротивление R, расчет осадки следует выполнять с учетом нелинейной зависимости осадки от давления.
Обозначенный подход к проектированию, по мнению авторов в большей мере, чем по методике в пособии [9], отражает реальные условия взаимодействия указанных свай с грунтовым основанием.

1. Крутов В.И., Когай В.К., Глухов В.С. Свайные фундаменты из набивных свай в пробитых скважинах // Основания, фундаменты и механика грунтов. М., 2010. №2. С. 10–14.
2. Глухов В.С, Хрянина О.В., Глухова М.В. Исследование влияния уширения свай в пробитых скважинах на осадку // Известия Юго-Западного государственного университета. Курск, 2011. № 5-2. С. 351a-354.
3. Глухов В.С., Хрянина О.В., Глухова М.В. Оценка несущей способности свай в пробитых скважинах по результатам динамического контроля // Актуальные проблемы проектирования и возведения зданий и сооружений с учетом энергосберегающих технологий и методов строительства: материалы II Междунар. науч.-практ. конф. Пенза: Изд-во Пенз. госуд. ун-та арх-ры и строит-ва, 2012. С.147-150.
4. Глухов В.С., Хрянина О.В., Глухова М.В. Формирование улучшенного основания фундаментов в вытрамбованных котлованах на слабых грунтах // Актуальные проблемы современного строительства: материалы Междунар. науч.-техн. конф. Пенза: Изд-во Пенз. госуд. ун-та арх-ры и строит-ва, 2013. С.70–73.
5. Глухов В.С., Хрянина О.В., Глухова М.В. Повышение несущей способности  фундаментов в вытрамбованных котлованах на слабых грунтах // Актуальные проблемы проектирования и возведения зданий и сооружений с учетом энергосберегающих технологий и методов строительства: материалы II Междунар. науч.-практ. конф. Пенза: Изд-во Пенз. госуд. ун-та арх-ры и строит-ва, 2012. С.143–147.
6. Деготьков В.В., Хрянина О.В., Глухова М.В. Фундаменты в вытрамбованных котлованах на просадочных грунтах Новосибирской области // Актуальные проблемы проектирования и возведения зданий и сооружений с учетом энергосберегающих технологий и методов строительства: материалы Междунар. науч.-практ. конф. Пенза: Изд-во Пенз. госуд. ун-та арх-ры и строит-ва, 2011. С. 106–110.
7. Глухов В.С., Хрянина О.В., Глухова М.В. К расчету грунтового основания фундаментов в вытрамбованных котлованах // Актуальные проблемы современного строительства: материалы Междунар. науч.-техн. конф. Пенза: Изд-во Пенз. госуд. ун-та арх-ры и строит-ва, 2013. С.73–76.
8. Глухов В.С, Хрянина О.В., Глухова М.В. Пути уменьшения деформаций грунтового основания фундаментов в вытрамбованных котлованах с уширением // Актуальные проблемы проектирования и возведения зданий и сооружений с учетом энергосберегающих технологий и методов строительства: материалы II Междунар. науч.-практ. конф. Пенза: Изд-во Пенз. госуд. ун-та арх-ры и строит-ва, 2012. С. 150–152.
9. Крутов В.И., Когай В.К., Попсуенко И.К., Глухов В.С., Арутюнов И.С. Проектирование и устройство свайных фундаментов и упрочненных оснований из набивных свай в пробитых скважинах: практ. пособие. Пенза: Изд-во Пенз. гос. ун-та архит. и строит-ва, 2011. 100 с.
10. СП 50-101-2004. Проектирование и устройство оснований и фундаментов зданий и сооружений. М., 2005.

Все статьи автора «Хрянина Ольга Викторовна»