Тип и схему фундаментов выбирают в результате технико-эко­номического сравнения разных практически осуществимых вариан­тов конструкции фундаментов, учитывая затраты материалов, тру­да, стоимости и сроки производства работ. Сравнению подлежат варианты фундаментов из свай, свай-оболочек, свай-столбов с пли­той, заглубленной в грунт, и плитой, возвышающейся над грунтом.

Применительно к опорам больших мостов рекомендуется выяс­нить, в первую очередь, целесообразность строительства фундамен­тов с плитой, расположенной над грунтом. Для малых и средних мостов целесообразно применять фундаменты с плитой-подферменником (см. рис. 2.13), а на реках с ледоходом - фундаменты с пли­той, являющейся одновременно фундаментной частью опоры (см. рис. 2.12).

Выбор оптимальной схемы свайных фундаментов является слож­ной задачей, решение которой сводится к выявлению конструкции из наименьшего количества свай минимально возможного попереч­ного сечения. Задача дополнительно осложняется тем, что в разных условиях рациональность той или иной схемы фундамента может оцениваться различными показателями. Если, например, решаю­щим фактором для прочности фундамента является несущая спо­собность свай по грунту, то более рациональна та конструкция, в сваях которой (при одинаковом их числе) возникают меньшие про­дольные силы. Если решающим фактором является прочность свай по материалу, то более целесообразна конструкция, в сваях которой возникают меньшие изгибающие моменты.

Наиболее простыми в строительстве являются фундаменты из вертикальных свай с плитой, расположенной преимущественно над грунтом. Поэтому выбор схемы фундамента следует начинать с исследования возможности создания конструкции из одних верти­кальных свай увеличенного поперечного сечения. Такие фундамен­ты рекомендуются к применению в случаях, когда при минималь­ном количестве вертикальных свай, назначенном из условия вос­приятия вертикальной и горизонтальной сил, изгибающие моменты в сваях от воздействия горизонтальной силы неопасны для их проч­ности.

Возможны конструкции фундаментов, состоящие из одного, двух или нескольких рядов вертикальных свай. Прочность и жесткость таких фундаментов на действие горизонтальной нагруз­ки и момента обеспечивается работой свай на изгиб и сопротивле­нием грунта горизонтальному смещению и повороту свай, а двух­рядных фундаментов, кроме того, - работой свай в условиях жест­кой заделки их верхних концов в плиту.

В случае недостаточной горизонтальной жесткости фундамента из вертикальных свай или больших изгибающих моментов в сваях

Рис. 5.1. Схемы фундаментов из вертикальных свай, расположен­ных:
а- дальше от оси симметрии; б- бли­же к оси симметрии фундамента

Рис. 5.2. Фундаменты из свай, рас­положенных: а - по козловой схеме; б - по веерной схеме

целесообразно часть или все сваи расположить наклонно. В этом случае существенно воз­растает жесткость фундамента .без увеличения числа свай или размеров их поперечного сече­ния и длины.

Эффект от применения на­клонных свай будет тем боль­ше, чем выше расположена плита фундамента по отноше­нию к поверхности грунта, меньше сечение свай, слабее верхние слои грунта и более прочен грунт в уровне нижней части свай. Однако применение наклонных свай часто приво­дит к существенному увеличе­нию в них продольных уси­лий.

В связи с многообразием схем и сложным характером работы фундаментов с наклон­ными сваями пока не представ­ляется возможным предложить конкретные рекомендации по выбору оптимальной схемы в каждом конкретном случае проектирования свайного фун­дамента. Рациональная схема может быть выбрана в резуль­тате анализа нескольких ва­риантов фундаментов, составленных с учетом излагаемых ниже не­которых основных положений конструирования.

Положения относятся к выбору рациональной плоской схемы фундамента, но их можно использовать для выбора пространствен­ной конструкции, если в качестве исследуемых схем принять про­екции рассматриваемой конструкции на две взаимно перпендику­лярные вертикальные плоскости, которые проходят через оси опоры.

При равном количестве свай одинакового сечения и одинаковых размерах плиты симметричные фундаменты (рис. 5.1,а), у которых сваи с меньшими углами наклона к вертикали (в том числе и вер­тикальные сваи) расположены дальше от оси симметрии, в боль­шинстве случаев обладают большой прочностью и жестокостью по сравнению с фундаментами с более близким расположением таких свай к оси симметрии (рис. 5.1,6).

Фундамент из свай, расположенных по козловой схеме (рис. 5.2, а), обладает значительно большей жесткостью при действии на

Рис. 5.3. Схемы расположения свай в фундаментах: а - веерное; б - козловое; в - вертикальное
него горизонтальных нагрузок по сравнению с фундаментом из свай, расположенных по веерной схеме (рис. 5.2,6).

Если фундамент воспринимает большие горизонтальные нагруз­ки, то продольные усилия- в сваях можно уменьшить, увеличивая наклоны свай к вертикали.
В фундаментах следует избегать применения свай с наклонами к вертикали 1:10 и меньше, так как незначительные отклонения фактических наклонов таких свай от проектных (в процессе произ­водства работ) могут существенно изменить условия работы фун­даментов.

О том, как влияют изменение величины наклона свай в фунда­менте и сама схема фундамента на усилия в сваях и перемещение плиты, можно судить по приведенным ниже результатам расчета (табл. 5.1) трех плоских схем фундамента (рис. 5.3), состоящего из пяти железобетонных полых свай диаметром 0,8 м и свободной длиной 5 м. В уровне низа плиты верхние концы свай расположены по фасаду фундамента через 2 м. Сваи заглублены в грунт на 15 м.

Наклон свай - 3:1 и 8:1. Фундаменты рассчитаны на воз­действие горизонтальной нагрузки 50 тс, приложенной в уровне подошвы плиты.
Из приведенных в табл. 5.1 данных видно, что наибольшие про­дольные усилия в сваях разных схем от одной и той же нагрузки различаются в 3,5 раза, изгибающие моменты - в 11 раз, а гори-

Таблица 5.1

Даже в одной схеме фундамента, отличающейся только величиной наклона свай, про­дольные усилия и моменты имеют существенную разницу. При действии других нагрузок влияние схемы расположения свай может оказаться менее существенным. Так, при действии только цент­рально приложенной вертикальной нагрузки продольные силы в сваях всех схем фундаментов, рассмотренных в табл. 5.1, мало от­личаются одна от другой.

Если на опоры воздействуют эксцентрично приложенные гори­зонтальные силы, например тормозные силы с одного пути двухпут­ного моста, боковые удары льда и другие, то рекомендуется сваи в фундаменте располагать так, чтобы его жесткость на кручение была возможно большей. Фундаменты с веерным расположением наклонных свай в двух взаимно перпендикулярных плоскостях (рис. 5.2, б) имеют значительно меньшую жесткость на кручение.

Чтобы повысить жесткость фундамента на кручение от воздей­ствия эксцентрично приложенных горизонтальных сил при наличии наклонных свай, их рекомендуется располагать так, чтобы не менее 30-40% общего числа наклонных свай не пересекало вертикальной оси фундамента и проходило возможно дальше от нее.

Характерная особенность фундаментов с несимметричными пло­скими схемами расположения свай, например фундаментов устоев, заключается в том, что уменьшение горизонтальных нагрузок иног­да приводит к увеличению перемещений плиты, а также продоль­ных усилий и напряжений в сваях. Учитывая эту особенность, фун­даменты несимметричной схемы следует проверять расчетом не только на наибольшие, но и наименьшие значения возможных гори­зонтальных нагрузок, например при определении давления грунта на устои от веса подходных насыпей при разных значениях угла внутреннего трения грунта. Отмеченные особенности в равной мере относятся к фундамен­там с плитой, расположенной над грунтом и в грунте.