В работах [1, 2, 3, 4] показано, что буронабивные сваи с уширенной пятой – эффективная свайная конструкция, работающая на выдергивание. Такой тип работы широко встречается для коротких свай в условиях большой глубины промерзания df , т.е. в условиях Сибири и большей части Европейской территории России.
Технология свай ТИСЭ [5, 6, 7] предполагает изготовление в нижней части сваи уширения в виде полусферы (с помощью специального ножа-плуга).
Так как объем (а следовательно, и стоимость) цилиндрической части сваи растет пропорционально квадрату радиуса скважины, а уширения – кубу радиуса полусферы R, эффективность (удельная несущая способность на выдергивание, несущая способность отнесенная к объему сваи, кН/м3 ) применения такого уширения будет непостоянна.
Вначале она будет расти, достигая максимума, а затем снижаться, при больших значениях R. Таким образом, актуальным становится вопрос выбора радиуса R полусферической части сваи, который обеспечит наибольшую удельную несущую способность конструкции.
Определим значение Rопт (в приведенном ранее смысле) в зависимости от других параметров сваи.
Объем цилиндрической части сваи Vц равен:
где r – радиус скважины; ℓ – длина сваи.
Объем полусферической части сваи Vп определится:
Учитывая, что объем центральной части уширения в пределах радиуса r и высотой h ≈ R входит в объем цилиндрической части сваи Vц , его нужно вычесть из Vп .
Тогда:
Небольшая погрешность, возникающая за счет замены h на R, не превышает 3 % и на точность дальнейших расчетов существенно не влияет.
Таким образом, объем сваи с уширением Vуш равен:
Объем сваи без уширения Vс определится:
Так как нас интересует насколько растет объем сваи за счет уширения, введем показатель m.
При росте R несущая способность сваи на выдергивание (в дальнейшем несущая способность сваи) также растет.
Несущая способность сваи без уширения Fd с по (7.14) [8] будет равна: