Как определить размеры условного фундамента

Обновлено: 05.05.2024

6.1. Расчет фундамента из висячих свай и его основания по деформациям следует, как правило, производить как для условного фундамента на естественном основании в соответствии с требованиями СНиП 2.02.01-83. Границы условного фундамента (см. чертеж) определяются следующим образом:

снизу — плоскостью АБ, проходящей через нижние концы свай:

с боков — вертикальными плоскостями АВ и БГ, отстоящими от наружных граней крайних рядов вертикальных свай на расстоянии htg(II,mt/4) (см. чертеж, а), но не более 2d в случаях, когда под нижними концами свай залегают пылевато-глинистые грунты с показателем текучести IL > 0,6 (d—диаметр или сторона поперечного сечения сваи), а при наличии наклонных свай — проходящими через нижние концы этих свай (см. чертеж, б),

сверху — поверхностью планировки грунта ВГ, здесь II,mt — осредненное расчетное значение угла внутреннего трения грунта, определяемое по формуле


II,mt = (29)

где II,i — расчетные значения углов внутреннего трения для отдельных пройденных сваями слоев грунта толщиной hi;

h — глубина погружения свай в грунт.


Определение границ условного фундамента при расчете осадок свайных фундаментов

В собственный вес условного фундамента при определении его осадки включаются вес свай и ростверка, а также вес грунта в объеме условного фундамента.

Полученные по расчету значения деформаций (осадок) свайного фундамента и его основания не должны превышать предельных значений в соответствии с условием (4).

6.2. Если при строительстве предусматриваются планировка территории подсыпкой (намывом) высотой более 2 м и другая постоянная (долговременная) загрузка территории, эквивалентная подсыпке, а в пределах глубины погружения свай залегают слои торфа или ила толщиной более 30 см, то значение осадки свайного фундамента из висячих свай следует определять с учетом уменьшения габаритов условного фундамента, который в этом случае как при вертикальных, так и при наклонных сваях принимается ограниченным с боков вертикальными плоскостями, отстоящими от наружных граней крайних рядов вертикальных свай на расстоянии hmttg(II,mt/4), где hmt — расстояние от нижнего конца сваи до подошвы слоя торфа или ила толщиной более 30 см.

6.3. Свайные фундаменты из свай, работающих как сваи-стойки, висячие одиночные сваи, воспринимающие вне кустов выдергивающие нагрузки, а также свайные кусты, работающие на действие выдергивающих нагрузок, рассчитывать по деформациям не требуется.

6.4. Расчет свай по деформациям на совместное действие вертикальной и горизонтальной сил и момента следует выполнять по указаниям рекомендуемого приложения 1, а расчет осадок малонагруженных ленточных свайных фундаментов и одиночных свай допускается выполнять по указаниям рекомендуемых приложений 3 и 4.

7. Конструирование свайных фундаментов

7.1. Свайные фундаменты в зависимости от размещения свай в плане следует проектировать в виде:

а) одиночных свай — под отдельно стоящие опоры;

б) свайных лент — под стены зданий и сооружений при передаче на фундамент распределенных по длине нагрузок с расположением свай в один, два ряда и более;

в) свайных кустов — под колонны с расположением свай в плане на участке квадратной, прямоугольной, трапецеидальной и другой формы;

г) сплошного свайного поля — под тяжелые сооружения со сваями, равномерно расположенными подвеем сооружением и объединенными сплошным ростверком, подошва которого опирается на грунт.

7.2. При разработке проекта свайных фундаментов необходимо учитывать следующие данные: конструктивную схему проектируемого здания или сооружения; размеры несущих конструкций и материал, из которого они проектируются; наличие и габариты приближения заглубленных помещений к строительным осям здания или сооружения и их фундаментам; конструкции полов и технологические нагрузки на них; нагрузки на фундамент от строительных конструкций; размещение технологического оборудования, нагрузки, передаваемые от него на строительные конструкции, а также требования к предельным осадкам и кренам строительных конструкций и фундаментов под оборудование.

7.3. Число свай в фундаменте следует назначать из условия максимального использования прочностных свойств их материала при расчетной нагрузке, допускаемой на сваю, с учетом допустимых перегрузок крайних свай в фундаменте в соответствии с требованиями п. 3.10.

Выбор конструкции и размеров свай должен осуществляться с учетом значений и направления действия нагрузок на фундаменты (в том числе технологических нагрузок), а также технологии строительства здания и сооружения.

7.4. Сопряжение свайного ростверка со сваями допускается предусматривать как свободно опирающимся, так и жестким.

Свободное опирание ростверка на сваи должно учитываться в расчетах условно как шарнирное сопряжение и при монолитных ростверках должно выполняться путем заделки головы сваи в ростверк на глубину 5—10 см.

Жесткое сопряжение свайного ростверка со сваями следует предусматривать в случае, когда:

а) стволы свай располагаются в слабых грунтах (рыхлых песках, пылевато-глинистых грунтах текучей консистенции, илах, торфах и т.п.);

б) в месте сопряжения сжимающая нагрузка, передаваемая на сваю, приложена к ней с эксцентриситетом, выходящим за пределы ее ядра сечения;

в) на сваю действуют горизонтальные нагрузки, значения перемещений от которых при свободном опирании (определенные расчетом в соответствии с требованиями рекомендуемого приложения 1) оказываются более предельных для проектируемого здания или сооружения;

г) в фундаменте имеются наклонные или составные вертикальные сваи;

д) сваи работают на выдергивающие нагрузки.

7.5. Жесткое сопряжение железобетонных свай с монолитным железобетонным ростверком следует предусматривать с заделкой головы сваи в ростверк на глубину, соответствующую длине анкеровки арматуры, или с заделкой в ростверк выпусков арматуры на длину их анкеровки в соответствии с требованиями СНиП 2.03.01-85. В последнем случае в голове предварительно напряженных свай должен быть предусмотрен ненапрягаемый арматурный каркас, используемый в дальнейшем в качестве анкерной арматуры.

Допускается также жесткое сопряжение с помощью сварки закладных стальных элементов при условии обеспечения требуемой прочности.

Примечания.

1. Анкеровка в ростверк свай, работающих на выдергивающие нагрузки (см. п. 7.4, д), должна предусматриваться с заделкой арматуры свай в ростверк на глубину, определяемую расчетом на выдергивание.

2. При усилении оснований существующих фундаментов с помощью буроинъекционных свай длина заделки свай в фундамент должна приниматься по расчету в соответствии с требованиями СНиП 2.02.01-83 или назначаться конструктивно равной пяти диаметрам сваи; при невозможности выполнения этого условия следует предусматривать создание уширения ствола сваи в месте ее примыкания к ростверку.

7.6. Жесткое соединение свай со сборным ростверком должно обеспечиваться колоколообразными оголовками. При сборном ростверке допускается также замоноличивание свай в специально предусмотренные в ростверке отверстия.

Примечание. При небольших вдавливающих нагрузках [до 400 кН (40 тc)] допускается свободное опирание ростверка на выровненную цементным раствором поверхность головы сваи.

7.7. Сваи в кусте внецентренно нагруженного фундамента следует размещать таким образом, чтобы равнодействующая постоянных нагрузок, действующих на фундамент, проходила возможно ближе к центру тяжести плана свай.

7.8. Для восприятия вертикальных нагрузок и моментов, а также горизонтальных нагрузок (в зависимости от их значения и направления) допускается предусматривать вертикальные, наклонные и козловые сваи.

Наклон свай не должен превышать значений, указанных в табл. 16.

Наклон забивных свай диаметром

Наклон буровых свай и свай-оболочек диаметром, м

7.9. Расстояние между осями забивных висячих свай без уширений в плоскости их нижних концов должно быть не менее 3d (где d — или диаметр круглого, или сторона квадратного, или большая сторона прямоугольного поперечного сечения ствола сваи), а свай-стоек — не менее 1,5 d.

Расстояние в свету между стволами буровых, набивных свай и свай-оболочек, а также скважинами свай-столбов должно быть не менее 1,0 м; расстояние в свету между уширениями при устройстве их в твердых и полутвердых пылевато-глинистых грунтах — 0,5 м, в других нескальных грунтах — 1,0м.

Расстояние между наклонными или между наклонными и вертикальными сваями в уровне подошвы ростверка следует принимать исходя из конструктивных особенностей фундаментов и обеспечения их надежности заглубления в грунт, армирования и бетонирования ростверка.

7.10. Выбор длины свай должен производиться в зависимости от грунтовых условий строительной площадки, уровня расположения подошвы ростверка с учетом возможностей имеющегося оборудования для устройства свайных фундаментов. Нижний конец свай, как правило, следует заглублять в прочные грунты, прорезая более слабые напластования грунтов, при этом заглубление забивных свай в грунты, принятые за основание, под их нижние концы должно быть; в крупнообломочные, гравелистые, крупные и средней крупности песчаные, пылевато-глинистые грунты с показателем текучести IL  0,1 — не менее 0,5 м, а в прочие нескальные грунты — не менее 1,0 м.

Примечание. Для фундаментов зданий и сооружений III класса 1 нижние концы свай допускается опирать в песчаных и пылевато-глинистых грунтах с относительным содержанием органического вещества Iom  0,25. В этом случае несущая способность свай должна определяться по результатам их испытаний статической нагрузкой. При наличии слоя погребенного торфа нижний конец свай должен быть заглублен не менее чем на 2 м ниже подошвы этого слоя.

1 Здесь и далее класс ответственности зданий и сооружений принят согласно «Правилам учета степени ответственности зданий и сооружений при проектировании конструкций», утвержденным Госстроем СССР.

7.11. Глубину заложения подошвы свайного ростверка следует назначать в зависимости от конструктивных решений подземной части здания или сооружения (наличия подвала, технического подполья) и проекта планировки территории (срезкой или подсыпкой), а также высоты ростверка, определяемой расчетом. Для фундаментов мостов подошву ростверка следует располагать выше или ниже поверхности акватории, ее дна или поверхности грунта при условии обеспечения расчетной несущей способности и долговечности фундаментов исходя из местных климатических условий, особенностей конструкции фундаментов, обеспечения требований судоходства и лесосплава, надежности подлежащих осуществлению мер по эффективной защите свай от неблагоприятного воздействия знакопеременных температур среды, ледохода, истирающего воздействия перемещающихся донных отложений и других факторов.

При строительстве на пучинистых грунтах необходимо предусматривать меры, предотвращающие или уменьшающие влияние сил морозного пучения грунта на свайный ростверк.

7.12. В районах со средней температурой воздуха наиболее холодной пятидневки ниже минус 40С для фундаментов мостов в зоне воздействия знакопеременных температур следует применять сваи и сваи-столбы сплошного сечения с защитным слоем бетона (до поверхности рабочей арматуры) не менее 5 см. В районах с температурой воздуха выше минус 40С допускается вне акватории использовать сваи сплошного сечения, полые сваи и сваи-оболочки с защитным слоем бетона не менее 3 см при условии осуществления мер по предотвращению образования в них трещин. В зоне переменного уровня постоянных водотоков не следует, как правило, применять буронабивные сваи и заполненные бетоном сваи-оболочки.

Для буронабивных свай фундаментов мостов защитный слой бетона должен быть не менее 10 см.

В зоне воздействия положительных температур (не менее чем на 0,5 м ниже уровня сезонного промерзания грунта или подошвы ледяного покрова) можно применять сваи любых видов без ограничений по условию морозостойкости бетона.

7.13. При разработке проекта свайных фундаментов необходимо учитывать возможность подъема (выпора) поверхности грунта при забивке свай, который, как правило, может происходить в случаях, когда:

а) площадка строительства сложена пылевато-глинистыми грунтами мягкопластичной и текучепластичной консистенций или водонасыщенными пылеватыми и мелкими песками;

б) погружение свай производится со дна котлована;

в) конструкция свайного фундамента принята в виде свайного поля или свайных кустов при расстоянии между их крайними сваями менее 9 м.

Среднее значение подъема поверхности грунта h, м, следует определять по формуле


(30)

где k — коэффициент, принимаемый равным 0,5-0,7 в зависимости от степени влажности грунта, соответственно равной 0,9-1,0;

Vp — объем всех свай, погружаемых в грунт, м;

Ae — площадь забивки свай или площадь дна котлована, м.

Определение размеров условного фундамента производится в следующей последовательности.

1.Определяем размеры условного фундамента. Границы условного свайного фундамента определяются следующим образом (рис. 5.3): снизу – плоскостью АБ, проходящей через нижние концы свай; сверху – поверхностью планировки земли; с боков – вертикальными плоскостями АВ и ВБ, отстоящими от нагруженных граней крайних рядов вертикальных свай на расстоянии hу.ф.×tga, где a – угол распределения напряжений, определяется по формуле

где jII,mt – усредненный угол внутреннего трения в пределах грунта, пробиваемого сваей (рис. 5.3), определяется по формуле

2.Определяется высота условного фундамента hу.ф., по формуле

hу.ф. = NL – FLу.ф. = 159,50 – 155,85 = 3,65 м.

3.Определяем ширину подошвы условного фундамента bу.ф.:

bу.ф. = 5d + 2tga×lсв = 5×0,3 + 2×tg6,74×3,7 = 2,37 м,

где d – диаметр круглой сваи или размер стороны квадратного поперечного сечения сваи, d = 0,3 м; lсв – длина сваи без учета заделки в ростверк, определяется по формуле

lсв = Lсв – hз = 4,0 – 0,3 = 3,7 м.

здесь hз – высота (глубина) заделки сваи в ростверк, hз = 0,3 м.

4.Определяем длину подошвы условного фундамента lу.ф.:

lу.ф. = 5d + 2tga×lсв = 5×0,3 + 2×tg6,74×3,7 = 2,37 м.

5.Определяем площадь подошвы условного фундамента Aу.ф.:

6.Определяем собственный вес свай Gсв:

где Vсв – объём свай, определяется по формуле

Vсв = Aсв×lсв×n = 0,09×3,7×4 = 1,33 м 3 ,

здесь Aсв – площадь поперечного сечения сваи, Aсв = 0,09 м 2 ; lсв – длина сваи без учета заделки в ростверк, lсв = 3,7 м; n – количество свай, n = 4 шт;
gm = 25 кН/м 3 – удельный вес бетона сваи.

7.Определяем собственный вес ростверка Gр:

где gm = 25 кН/м 3 – удельный вес бетона ростверка; Vр – объём ростверка, определяется по формуле

здесь lпл, bпл, hпл, lп, bп и hп – длина, ширина и высота соответственно плиты и подколонника ростверка.

8.Определяем собственный вес грунта Gгр, расположенного на уступах ростверка, определяется по формуле:

Gгр = (Vу.ф. – Vр – Vсв)× = (14,12 – 3,375 – 1,33)×17,5 = 164,76 кН,

где Vу.ф. – объём условного фундамента грунта (прямоугольник ABCD, рис. 5.3), определяется по формуле:

5,62×3,65 = 14,12 м 3 ,

здесь – площадь подошвы условного фундамента, = 5,62 м 2 ; – осреднённое значение удельного веса грунта расположенного на подошве ростверка (при наличии грунтовых подземных вод определяется с учётом взвешивающего действия воды), принимается равным = 17,5×кН/м 3 .

9.Определяем среднее давление Pу.ф. под подошвой условного фундамента:

10.Определяем расчетное сопротивление грунта основания несущего слоя под подошвой условного фундамента:

где gс1 и gс2 – коэффициенты условий работы, gс1 = 1,4 и gс2 = 1,34, согласно табл. 3 [1] или прил. 4, табл. 4.1 настоящего учебного пособия; k – коэффициент, k = 1,0, т.к. прочностные характеристики грунта (ИГЭ-3), залегающего под подошвой условного фундамента (j и cII), определены непосредственными испытаниями; Мg, Мq, Мс – коэффициенты, зависящие от угла внутреннего трения j (п.7, табл. № 47) несущего слоя грунта, принимаются согласно табл. 4 [1] или прил. 5 настоящего учебного пособия, для j = 37° Мg = 1,95, Мq = 8,81, Мс = 10,37; bу.ф. – ширина условного фундамента, bу.ф. = 2,37 м; kz – коэффициент, kz = 1,0, т.к. ширина условного фундамента bу.ф. = 1,5 < 10 м; db – глубина подвала – расстояние от уровня планировки до пола подвала, db = 1,85 м; сII – расчётное значение удельного сцепления грунта, залегающего непосредственно под подошвой условного фундамента, сII = 1 кПа; – осредненное расчетное значение удельного веса грунта, залегающего выше подошвы условного фундамента (при наличии грунтовых подземных вод определяется с учетом взвешивающего действия воды), определяется по формуле:

gII – то же, ниже подошвы условного фундамента, определяется по формуле

+ (8,81 – 1)×1,85×24,01 + 10,37×1 = 2221,06 кПа.

11.Проверяем условие, по которому среднее давление под подошвой условного фундамента не должно превышать расчетного сопротивления несущего слоя грунта Rу.ф под подошвой условного фундамента, т.е. должно выполняться условие Pу.ф. + £ Rу.ф.

Расчет свайных фундаментов и их оснований ведут по двум группам предельных состояний:

по первой группе – по несущей способности грунта основания свай; по устойчивости грунтового массива со свайным фундаментом; по прочности материала свай и ростверков;

по второй группе – по осадкам свайных фундаментов от вертикальных нагрузок; по перемещениям свай совместно с грунтом оснований от действия горизонтальных нагрузок и моментов; по образованию или раскрытию трещин в элементах железобетонных конструкций свайных фундаментов.

Расчет по несущей способности грунтов основания заключается в выполнении условия (35):

где N - расчетная нагрузка, передаваемая на сваю, кН;

Fd - несущая способность сваи, определяемая любым из известных методов;

γ k - коэффициент надежности, принимаемый равным:

1,2 – если несущая способность сваи определена по результатам ее испытания статической нагрузкой;

1,25 – по результатам динамических испытаний, выполненных с учетом упругих деформаций грунта, а также по результатам статического зондирования грунта или его испытания эталонной сваей или сваей – зондом;

1,4 – по результатам динамических испытаний свай, выполненных без учета упругих деформаций грунта, или расчетом практического метода.

Проверку устойчивости свайного фундамента совместно с грунтовым массивом производят только в случае передачи на свайные фундаменты больших горизонтальных нагрузок, а также если фундамент расположен на косогоре или его основание имеет откосный профиль. Проверку производят по расчетной схеме сдвига грунта по цилиндрической поверхности скольжения.

Расчет свайных фундаментов по второй группе предельных состояний при действии вертикальных нагрузок проводят из условия (36):

где, S - деформация свайного фундамента (осадка или относительная разность осадок), определяемая расчетом;

S u - предельно допустимая величина деформации свайного фундамента, устанавливаемая заданием на проектирование или определяемая по СНиП 2.02.01 - 83.

Фундаменты из свай, работающих как сваи – стойки, рассчитывать по деформациям от вертикальных нагрузок не требуется.

Для фундаментов с вертикальными сваями расчетную нагрузку на сваю определяют по формуле (37):

где Nd , Mx , My - расчетные усилия (вертикальная нагрузка, изгибающие моменты) в плоскости подошвы ростверка фундамента относительно главных центральных осей;

n – количество свай в фундаменте;

x i , y i - расстояния от главных осей до оси каждой сваи;

x и y - расстояния от главных осей до оси сваи, для которой вычисляется расчетная нагрузка.

7.2 Пример расчета и проверки конструкции ростверка

Примем площадь ростверка из следующих соображений. Расчетная площадь 1,54 кв.м, принятая 2,25 кв.м. Расстояния между центрами соседних свай должны быть не менее 3d, чтобы не накладывалось напряжение в грунте на соседние сваи и не происходил их «выпор». Расстояние свеса ростверка (расстояние от центра крайней сваи до кромки ростверка) должно быть равно d. В принятой свае С9 - d = 0,3 м, а 3d = 0,9 м. При количестве свай 4 конструкция ростверка будет иметь следующий вид (рисунок 7.1).

Необходимо найти величины:

Объем принятого ростверка Vp:

где VP – объем ростверка, м 3 ;

Vк – объем опирающейся в ростверк части колонны (опоры), м 3 .

где γ с - коэффициент условий работы сваи в грунте, принимаемый равным 0,85 для свай сечением менее 0,3 х 0,3 (м) и γ с = 1 – для свай большего сечения;

Vp – объем ростверка, м 3 ;

γp – удельный вес ростверка (23 т/куб.м);

Vrp – объем грунта, м 3 ;

γrp – удельный вес грунта (у суглинка желто бурого , в котором расположен ростверк γrp = 14,52 т/куб.м).

Рисунок 7.1 – Схема расположения свай в фундаменте

V р = 1,5 х1,5 х1,7 = 3,83 м 3 ;

N р = 0,85 * (3,83*23) = 74,78 кПа;

Максимальное и минимальное давление на грунт от сваи или расчетную нагрузку, приходящуюся на отдельную сваю, в общем случае, когда моменты действуют в направлении двух осей, определяют по формуле:

где Mx , Mу – изгибающие моменты вдоль оси х и оси у, кН·м;

у, х – расстояния от главных осей до оси (центра) сваи, для которой определяется расчетная нагрузка, м.

Рисунок 7.2 – Ростверк фундамента

Fd = 647,59 кПа > Рmax = 575,92 кПа.

7.3 Расчет условного фундамента

Определим φср – средний угол внутреннего трения (град.):

где L - длина сваи, м;

li – длина i-го участка, м.

Далее находим по формуле (29) коэффициент (угол) рассеивания напряжений с глубиной: град. , (42)

Найдем размеры и площадь площадки давления (условного фундамента) по формулам:

где rс – расстояние между сваями, м;

lсв – длина сваи, м;

α – коэффициент рассеивания с глубиной.

by = 0,9 +2*9*tg 10,1 = 4,11 ≈ 4,1 м.

ly = 0,9 +2*9*tg 10,1 = 4,11 ≈ 4,1 м.

Площадь условного фундамента:

Aф.усл = 4,1 х 4,1 = 16,81 м 2 .

Рисунок 7.3 – Схема распределения давления на грунт

Найдем нагрузку от веса условного фундамента:

Ny = 16,81*( 3,7*14,52+1,97 * 14,22 + 3,4*16,87+1,63*15,70) =

=16,81*(53,72+28,01+57,36+25,59)= 16,81*164,68=2768,27 кН.

Средний вес грунта условного фундамента:

γср = 2768,27/(16,81 х 9,0) = 18,30 кН/кв.м.

Определяем расчетное сопротивление грунта:

= 1,1 (38,27 + 599,18) = 701,20 кПа.

Среднее фактическое давление по подошве условного фундамента на грунт:

РII = (1180 + 2768,27) / 16,81 = 234,88 кПа. РII < RII - условие соблюдается.

Практическое занятие № 8 - Технико-экономическое обоснование выбора варианта фундамента в ценах 1984 года

8.1 Определение объемов фундаментов и работ при их устройстве

8.1.1 Объемы по устройству внецентренно нагруженного

Элементы работ согласно расчетам практического занятия №5:

а) Разработка грунта под фундамент - 71,83 м 3 .

б) Укрепление стенок котлована (устройство опалубки) - 30,6 м 2 .

в) Устройство монолитного фундамента - 11,82 м 3 .

8.1.2 Объемы по устройству свайного фундамента

Элементы работ согласно расчетам практических занятий №6-7:

а) Разработка грунта под фундамент - 22,03 м 3 .

б) Укрепление стенок котлована (устройство опалубки) - 10,88 м 2 .

в) Устройство монолитного ростверка - 4,664 м 3 .

г) Погружение железобетонных свай – 4 шт.:

0,81 х 4 = 3,24 куб.м.

Полученные значения заносим в таблицу 8.1, и производим сравнение двух вариантов фундаментов по технико-экономическим показателям.

Таблица 8.1 – Технико-экономические показатели

Наименование работ Единица измерений Количество Стои- мость, руб Общая стои-мость, руб
Внецентренно нагруженный фундамент
Элементы работ: а) Разработка грунта под фундамент б) Укрепление стенок котлована (устройство опалубки) 2 Устройство монолитного фундамента м 3 м 2 м 3 71,83 30,6 11,82 3,60 0,85 43,10 258,59 26,01 509,44 Σ = 794,04
Свайный фундамент
1 Элементы работ: а) Разработка грунта под фундамент б) Укрепление стенок котлована 2 Устройство фундамента а) Монолитный ростверк б) ж/б сваи 0,81 х 4 = 3,24 куб.м м 3 м 2 м 3 м 3 22,03 10,88 4,664 3,24 3,60 0,85 43,10 88,40 79,31 9,25 201,02 286,42 Σ = 374,98

По итогам расчетов принимаем вариант свайного фундамента, вследствие оптимальных технико-экономических показателей.

Для этой проверки строят условный свайный фундамент (рис. 4.4).

а б

Рис. 4.4. Схемы построения условного свайного фундамента при отсутствии слабых грунтов - а, при наличии слабого слоя в пределах толщи прорезываемой сваями - б: 1 – слои грунтов, by – ширина условного фундамента

Границы условного фундамента (рис. 4.4) определяются следующим образом: снизу – горизонтальной плоскостью, проходящей через нижние концы свай; с боков – вертикальными плоскостями, отстоящими от наружных граней крайних рядов вертикальных свай на расстоянии lp×tg(j/4); сверху – поверхностью планировки грунта DL. На рис. 4.4 проекция такого условного фундамента представлена фигурой «1 – 2 – 3 – 4», здесь j - осредненное расчетное значение (по деформациям) значение угла внутреннего трения грунта, определяемое по формуле

где hi, jII,I – соответственно толщина и расчетное значение угла внутреннего трения отдельного i-го слоя, пройденного сваей (в пределах расчетной длины сваи lp).

Наклонные плоскости проводятся от подошвы ростверка. Если в пределах расчетной длины свай lp встречаются ненормируемые («слабые») грунты, не обеспечивающие трение по боковой поверхности свай (например, пылевато-глинистые в текучем состоянии, рыхлые песчаные грунты), наклонные плоскости под углом φ/4 проводятся oт кровли того слоя, где силы трения принимают участие в обеспечении несущей способности сваи. В этом случае φ определяется лишь для нижележащих слоев грунта.

Размеры подошвы условного фундамента (ширину bу и длину 1у) можно определить но формулам

где mb, ml — количество рядов сваи соответственно по ширине и длине фундамента; bb, bl - расстояния, между рядами свай соответствен­но по ширине и длине фундамента; lp- длина сваи без учета ее части, заделанной в ростверк. Обычно

lp = l – d, (4.18)

l – расчетная длина сваи; d - размер поперечного сечения свай.

Проверка прочности основания под условным свайным фундаментом производится по формулам (3.5) и (3.6).

Среднее давление под подошвой условного свайного производят по формуле

где NоII– внешняя нормативная нагрузка на уровне обреза условного фундамента; NpII - нормативная нагрузка от веса ростверка; GгрII- нормативная нагрузка от веса грунта в объеме условного фундамента; NcвII - нормативная нагрузка от веса свай; Ау – площадь условного фундамента.

При определении NоII необходимо учитывать наличие подвала в зданиях. В этом случае к нагрузке NоIIприбавляется вес стакана и фундаментных стеновых блоков или монолитных стен подвала.

Вес ростверка равен

где bрост, lрост, hрост – соответственно ширина, длина и высота ростверка; 25 – удельный вес железобетона в ростверке (кН/м 3 ).

Вес свай в ростверке

где n – количество свай в ростверке (шт.); lp – длина сваи за исключением ее заделки в ростверк (м); d 2 – площадь сечения сваи (м 2 ); 25 – удельный вес железобетона в ростверке (кН/м 3 ).

где Vу– объем условного свайного фундамента (м 3 ); Vрост – объем ростверка в пределах условного свайного фундамента;gII,ср– средний расчетный удельный вес грунта в пределах условного фундамента (кН/м 3 ).

где bу , lу , dу – соответственно ширина, длина и глубина заложения условного фундамента.

где hi – мощность слоев грунта в пределах глубины заложения условного фундамента; в пределах глубины заложения условного фундамента; gi – расчетный удельный вес в i-м слое грунта, вычисленный с учетом взвешивающего действия воды, если в пределах dу нет водоупора.

Определение максимального и минимального давлений производится по формулам (3.9), (3.10), (3.11), (3.12). Если в этих формулах приведены размеры фундаментов мелкого заложения, то в настоящей главе размеры относятся только к условному свайному фундаменту, то есть b = by, l = ly, hф = dу .

Расчетное сопротивление грунта R вычисляется под условным фундаментом по формуле (3.3), где подставляются следующие величины: by вместо b и dу вместо d1.

Все коэффициенты (γc1, γc2, Mg, Mq, Mc, сII) принимаются для того слоя, на который опирается условный свайный фундамент. Если в пределах высоты условного фундамента нет водоупора, то удельные веса грунтов в каждом слое рассчитываются с учетом взвешивающего действия воды.

При невыполнении условий (3.5) и (3.6) необходимо увеличить расстояние между сваями до 6d или увеличить длину сваи для забивки в более прочный грунт.

Определение размеров условного фундамента производится в следующей последовательности.

1. Определяем размеры условного фундамента. Границы условного свайного фундамента определяются следующим образом (рис. 5.3): снизу – плоскостью АБ , проходящей через нижние концы свай; сверху – поверхностью планировки земли; с боков – вертикальными плоскостями АВ и ВБ , отстоящими от нагруженных граней крайних рядов вертикальных

свай на расстоянии h у.ф. tg α , где α – угол распределения напряжений, определяется по формуле

где ϕ II , mt – усредненный угол внутреннего трения в пределах грунта,

пробиваемого сваей (рис. 5.3), определяется по формуле

ϕ 1 h 1 2 + ϕ 2 h 2 + ϕ 3 h 3

= 18 0,35 + 23 2,0 + 37 1,1 = 93,0 = 26,96 ° .

Определяется высота условного фундамента h у.ф. , по формуле

h у.ф. = NL – FL у.ф.

= 159,50 – 155,85 = 3,65 м.

Определяем ширину подошвы условного фундамента b у.ф. :

b у.ф. = 5 d + 2 tg α l св = 5 0,3 + 2 tg 6,74 3,7 = 2,37 м,

где d – диаметр круглой сваи или размер стороны квадратного поперечного сечения сваи, d = 0,3 м; l св – длина сваи без учета заделки в ростверк, определяется по формуле

l св = L св – h з = 4,0 – 0,3 = 3,7 м.

здесь h з – высота (глубина) заделки сваи в ростверк, h з = 0,3 м. 4. Определяем длину подошвы условного фундамента l у.ф. :

l у.ф. = 5 d + 2 tg α l св = 5 0,3 + 2 tg 6,74 3,7 = 2,37 м.

5. Определяем площадь подошвы условного фундамента A у.ф. :

A у.ф. = b у.ф. l у.ф. = 2,37 2,37 = 5,62 м 2 .

6. Определяем собственный вес свай G св :

G св = V св γ m = 1,33 25 = 33,25 кН,

где V св – объём свай, определяется по формуле

V св = A св l св n = 0,09 3,7 4 = 1,33 м 3 ,

здесь A св – площадь поперечного сечения сваи, A св = 0,09 м 2 ; l св – длина сваи без учета заделки в ростверк, l св = 3,7 м; n – количество свай, n = 4 шт; γ m = 25 кН/м 3 – удельный вес бетона сваи.

7. Определяем собственный вес ростверка G р :

G р = V р γ m = 3,375 25 = 84,375 кН,

где γ m = 25 кН/м 3 – удельный вес бетона ростверка; V р – объём ростверка, определяется по формуле

V р = l пл b пл h пл + l п b п h п = 2,1 2,1 0,6 + 0,9 0,9 0,9 = 3,375 м 3 ,

здесь l пл , b пл , h пл , l п , b п и h п – длина, ширина и высота соответственно плиты

и подколонника ростверка.

8. Определяем собственный вес грунта G гр , расположенного на уступах ростверка, определяется по формуле:

G гр = ( V у.ф. – V р – V св ) γ II / = (14,12 – 3,375 – 1,33) 17,5 = 164,76 кН, где V у.ф. – объём условного фундамента грунта (прямоугольник ABCD , рис.

5.3), определяется по формуле:

V у . ф . = A у . ф . h у . ф . = 5,62 3,65 = 14,12 м 3 ,

здесь A у . ф . – площадь подошвы условного фундамента, A у . ф . = 5,62 м 2 ; γ II /

– осреднённое значение удельного веса грунта расположенного на подошве ростверка (при наличии грунтовых подземных вод определяется с учётом

взвешивающего действия воды), принимается равным γ II / = 17,5 кН/м 3 .

9. Определяем среднее давление P у.ф. под подошвой условного

N II + G р + G св + G гр

800,0 + 84,375 + 33,25 + 164,76

10. Определяем расчетное сопротивление грунта основания несущего слоя под подошвой условного фундамента:

R = γ c 1 γ c 2 [ M k z b у ф γ + M q d γ / + ( M q − 1) d b γ / + M c c ] ,

k γ . . II II II II

где γ с 1 и γ с 2 – коэффициенты условий работы, γ с 1 = 1,4 и γ с 2 = 1,34, согласно табл. 3 [1] или прил. 4, табл. 4.1 настоящего учебного пособия; k – коэффициент, k = 1,0, т.к. прочностные характеристики грунта (ИГЭ-3), залегающего под подошвой условного фундамента ( ϕ и c II ), определены непосредственными испытаниями; М γ , М q , М с – коэффициенты, зависящие

от угла внутреннего трения ϕ (п.7, табл. № 47) несущего слоя грунта, принимаются согласно табл. 4 [1] или прил. 5 настоящего учебного

пособия, для ϕ = 37 ° М γ = 1,95, М q = 8,81, М с = 10,37; b у.ф. – ширина условного фундамента, b у.ф. = 2,37 м; k z – коэффициент, k z = 1,0, т.к. ширина условного фундамента b у.ф. = 1,5 < 10 м; d b – глубина подвала – расстояние от уровня планировки до пола подвала, d b = 1,85 м; с II – расчётное значение удельного сцепления грунта, залегающего непосредственно под подошвой

условного фундамента, с II = 1 кПа; γ II / – осредненное расчетное значение удельного веса грунта, залегающего выше подошвы условного фундамента (при наличии грунтовых подземных вод определяется с учетом взвешивающего действия воды), определяется по формуле:

Читайте также: