Ободовский А.А. «Проектирование свайных фундаментов» М., Стройиздат, 1977.

 9. Учет сил отрицательного трения. Под термином «отрицательное трение» понимают такое явление, когда по каким-либо причинам осадка грунта около сваи и соответственно скорость осадки сваи существенно больше осадки сваи и ее скорости под нагрузкой. В этом случае грунт около свай как бы нависает на них, а дополнительная нагрузка прибавляется к внешней нагрузке, приложенной к сваям. Явление нависания грунта на сваи реально возможно только при прорезании ими слабых грунтов большой мощности и пригрузке грунта вокруг них.

Прежде всего уточним понятие «слабый грунт». Если рассматривать та-кой грунт в зависимости от степени его сжимаемости и возможности вос-приятия им внешних нагрузок, то любые сжимаемые грунты можно было бы отнести к «слабым». Например тугопластичные суглинки являются «слабы-ми», когда нужно построить на них тяжелые здания или сооружения (нагруз-ка на колонну 30 000 кН и более), но эти же грунты не являются «слабыми», когда нагрузка на колонну не превышает 1000 кН.
В данном случае рассмотрим грунты, обладающие очень низкой несу-щей способностью, а именно торф и илы. Слабые грунты других разновид-ностей (текучие суглинки, замоченные просадочные суглинки, рыхлые пес-ки, свежие неуплотненные насыпные грунты) не рассматриваем, так как нет достаточных экспериментальных данных о наличии в таких грунтах отрица-тельного трения, хотя в некоторых работах, реальных проектах и даже ре-гиональных нормативных документах пытаются учитывать силы отрица-тельного трения, когда сваи прорезают названные грунты.
Известно, что плотность торфа, залегающего непосредственно с по-верхности грунта, не превышает 1 т/м3 и при затоплении территории он ино-гда всплывает [24]; его модуль сжимаемости колеблется в пределах 0,25…0,60 МПа и меньше, а коэффициент пористости достигает 6…15; угол внутреннего трения при отсутствии пригрузки близок к нулю. При указанных показателях сжатие торфа под нагрузкой, по данным работы [24], может достигнуть 40…60% его толщины. Илы, коэффициент пористости которых превышает 1,5, также характеризуются большой сжимаемостью.
Рассмотрим условия, при которых, по мнению авторов работ [6, 41], происходит осадка грунтового массива вокруг свай, вследствие чего появ-ляются силы отрицательного трения.
Продолжающийся процесс уплотнения недостаточно консолидирован-ного грунта под воздействием собственного веса. Уплотнение слабого грун-та под воздействием собственного веса происходит крайне медленно и, как справедливо указано в работе [42], общая осадка во времени толщи орга-номинеральных илов с коэффициентом пористости ε=1,5 под действием собственного веса и в результате биохимических процессов составляет 4…6 мм в год.
При таких малых осадках грунта силы отрицательного трения не могут проявиться. К такому выводу приходят авторы работы [5], указывающие на основании экспериментов, что для полного исключения сил отрицательного трения достаточно незначительной осадки свай (4 мм) относительно около-свайного грунта.
Уплотнение слабого грунта при планировке территории подсыпкой, на-мывом или полезной нагрузкой. Если по проекту планировки территория строительной площадки поднимается или намывом, то они должны выпол-няться до производства свайных работ. Поднятие территории подсыпкой после забивки свай с выступающими выше поверхности грунта концами практически не осуществимо, так как при механической подсыпке возможна поломка выступающей части свай. Так как планировка подсыпкой осущест-вляется в течении сравнительно длительного времени, то за этот период произойдет почти полная консолидация слабого грунта и, следовательно, в учете сил отрицательного трения нет необходимости.
В работе [5] экспериментально установлено, что основная осадка сла-бых грунтов при подсыпке территории происходит за три-четыре месяца, а период подсыпки занимает значительно больше времени, поэтому силы отрицательного трения можно не учитывать. На практике довольно часто пол в производственных зданиях загружается полезной нагрузкой. Однако если под полами залегают торфы или илы, то она недопустима, так как по-лы будут разрушаться в процессе эксплуатации. Необходимо в этом случае выполнять какие-либо мероприятия (удалять слабые грунты, пробивать их сваями или уплотнять). Если какое-либо из указанных мероприятий будет осуществлено, то загружение пола допустимо даже значительными нагруз-ками.
Дополнительная пригрузка грунта в результате возведения смежного здания или сооружения на фундаментах мелкого заложения. Если здание или сооружение построено на фундаментах из свай прорезающих илистые или торфяные грунты, то решение строить смежное здание на аналогичных грунтах на мелких фундаментах на естественном основании будет нецеле-сообразно. В таких случаях смежное здание также следует строить на сва-ях, прорезающих илистые и торфяные грунты; при этом вопрос об учете сил отрицательного трения не возникает.
Уплотнение слабых грунтов искусственным понижением уровня грунто-вых вод. При понижении горизонта грунтовых вод происходят осадки грунта вследствие его уплотнения от увеличения объемного веса. Известно, что осадки грунта достигают 0,01 толщины снижаемого горизонта грунтовых вод.
Если этот процесс происходит до начала устройства свайных фунда-ментов, то вопрос об учете сил отрицательного трения отпадает. Если по-нижение уровня грунтовых вод осуществляется после устройства свайных фундаментов, то происходят осадки грунта. В практике встречались такие случаи, однако нет данных о каких-либо значительных осадках зданий или сооружений, построенных на свайных фундаментах, где силы отрицатель-ного трения не учитывались. По-видимому, это объясняется равномерным и медленным понижением уровня грунтовых вод на сравнительно большой площади.
Уплотнение слабых грунтов, вызванное динамическими нагрузками от эксплуатационного оборудования. При торфяных или илистых грунтах фун-даменты под оборудование с динамическими нагрузками (компрессоры, турбокомпрессоры, турбогенераторы, пневматические молоты и др.), как и фундаменты под колонны, должны возводиться на сваях. Поэтому нет ос-нований ожидать вляния колебаний машин, создающих значительные осад-ки грунта, и следовательно силы отрицательного трения возникнуть не мо-гут.
Из рассмотрения работ [6, 41, 42], в которых предлагается учитывать влияние сил отрицательного трения при расчете несущей способности свай, видно, что указанные условия не являются реальными для выполне-ния общего комплекса строительных работ по устройству нулевого цикла на свайных фундаментах. Так как при этом не учтены последовательность ра-бот по подсыпке или намыву территории и устройству свайных фундамен-тов, неправильно приняты при слабых грунтах большой мощности фунда-менты на естественном основании для строящегося здания, смежного с су-ществующим на свайных фундаментах, переоценено влияние уплотнения слабых грунтов при понижении уровня грунтовых вод и действии динамиче-ских нагрузок от эксплуатируемого оборудования.
Считая, что в принципе появление сил отрицательного трения возмож-но, рассмотрим условия, при которых их следует учитывать.
Силы отрицательного трения, действующие на забитые сваи верти-кально вниз, не учитываются в следующих случаях:
• при наличии с поверхности торфа или погребенного торфа со сте-пенью заторфованности 0,6, при отсутствии пригрузки территории вокруг забитых свай или наличии ее до 20 кН/м2;
• при забивке свай после окончания подсыпки или намыва, продол-жающихся более шести месяцев, независимо от величины пригрузки терри-тории;
• при устройстве складов на расстоянии более 6 м от существующего здания на свайных фундаментах;
• при уплотнении грунтов вокруг свай вследствие увеличения их соб-ственного веса, вызванного понижением уровня грунтовых вод на строи-тельной площадке;
• при висячих сваях, осадка которых от нагрузки более 5 мм;
• при мощности торфа менее 30 см; при слабо- и среднезаторфован-ных грунтах;
• при несовпадении во времени эксплуатационных нагрузок с возник-новением сил отрицательного трения, т.е. когда консолидация от пригрузки территории заканчивается раньше появления эксплуатационных нагрузок.
Силы отрицательного трения по боковой поверхности свай в грунтах, залегающих над слоем торфа, учитываются в следующих случаях:
• при подсыпке или намыве территории с удельным давлением на по-верхности более 50 кН/м2, осуществляемых после забивки свай и устройст-ва свайных фундаментов;
• при возведении здания на естественном основании на расстоянии менее 6 м от существующего здания, построенного на свайных фундамен-тах;
• при нагрузке от складируемых грузов более 50 кН/м2., укладывае-мых на расстоянии менее 6 м от существующего здания на свайных фунда-ментах.
В указанных случаях нормативное сопротивление грунтов по боковой поверхности свай над слоем торфа принимается по СНиП II-Б.5-67* со зна-ком минус в пределах грунта над торфом. В пределах слоя торфа сопро-тивление грунта по боковой поверхности свай принимается равным нулю.