Практическая работа свайный фундамент
Обновлено: 12.05.2024
7. в соответствии с ГОСТ наносить маркировку изделий фундаментов.
Указания по выполнению практической работы:
1. работа выполняется на основе исходных данных, принятых по таблице 4 практической работы №3 «План этажа» в масштабе М1:100;
2. лист принять с учетом свободного размещения чертежа на формате А3 или А2 миллиметровой или чертежной бумаги;
3. листы оформляются рамкой, слева - 20мм, с остальных трех сторон - 5мм, и основной надписью по форме 3 ГОСТ 21.101-97;
4. нанесение размеров выполнить шрифтом высотой не менее 3мм ГОСТ тип А;
5. шрифтом №5 ГОСТ тип А выполнить наименование чертежа, например, «План фундаментов»;
6. толщину линий принять согласно ГОСТ 2.303-68 ЕСКД. Линии
Порядок выполнения практической работы:
1. тонкими штрихпунктирными линиями нанести все координационные оси здания;
2. выполнить маркировку осей в кружках диаметром 8мм и на расстоянии 4мм от размерной линии, слева буквами русского алфавита, снизу - арабскими цифрами;
3. в зависимости от нагрузки определить унифицированные размеры подошвы фундаментов;
4. в зависимости от грунтовых условий, глубины промерзания грунта и конструкции подземной части здания (наличие или отсутствие подвала) принять унифицированную высоту фундамента;
5. по каталогу типовых изделий подобрать фундаменты, фундаментные балки;
6. определить привязку фундаментов к координационным осям здания;
7. тонкими линиями вычертить контуры столбчатых фундаментов, располагающихся на пересечении продольных и поперечных осей здания;
8. показать расположение фундаментных (цокольных) балок; толщину балок принять согласно принятого масштаба чертежа;
9. нанести основные общие размеры фундаментов, и их привязку к осям здания
10. размеры фундаментов наносятся на расстоянии 14мм от границы изображения, размеры между соседними осями - на расстоянии 7 мм от первой размерной линии и размеры между крайними осями - на расстоянии 7 мм от второй размерной линии.
11. обвести контуры фундаментов и фундаментных балок толстыми сплошными линиями (0,5-0,7мм);
12. на чертеже указать марки фундаментов и фундаментных балок, глубину заложения подошвы фундамента
13. показать условным обозначением место предполагаемого сечения фундаментов;
14. заполнить основную надпись.
Краткий теоретический материал: «Столбчатые фундаменты».
Столбчатые фундаменты устраивают под отдельные опоры в каркасных зданиях и зданиях с неполным каркасом. Бывают монолитные и сборные. Наибольшее распространение в гражданских зданиях получили сборные столбчатые фундаменты стаканного типа при прочных грунтах или свайные со сборным ростверком стаканного типа и кустовым расположением свай - при слабых грунтах.
Рис. 1 Сборные столбчатые фундаменты
Рис.2 Конструкции столбчатых фундаментов:
а) стаканного типа под ж/б колонну
б) сборный из плит под кирпичный столб
в) в виде кладки из бутового камня под кирпичный столб; г) кустовое расположение свай.
Сборные фундаменты стаканного типа принимаются следующих размеров подошвы 1,2х1,2м; 1,5х1,5м; 1,8х1,8м; 2,1х2,1м, высотой 0,75; 0,9; 1,05м. Фундаменты устраивают на песчаную или щебеночную подготовку толщиной 100мм. Отметка подколонника принимается -0,5 … - 0,6 м от уровня пола 1 этажа.
Для опирания стеновых панелей на фундамент устраивают цокольные балки БЦ 30.5.3,5 и БЦ 60.5.3,5.
1. ГОСТ Р 21.1101-2013 СПДС. Основные требования к проектной и рабочей документации
2. ГОСТ 21.501-93 (2002) СПДС. Правила выполнения архитектурно-строительных чертежей
3. ГОСТ 2.301-68 ЕСКД. Форматы.
4. ГОСТ 2.302-68 ЕСКД. Масштабы.
5. ГОСТ 2.304-81 ЕСКД. Шрифты чертежные.
6. ГОСТ 2.303-68 ЕСКД. Линии.
7. Буга П.Г. Гражданские, промышленные и сельскохозяйственные здания, М., «Высшая школа», 2009.
8. Белиба В.Ю, Юханова А.Т., Архитектура зданий, Ростов-на-Дону, «Феникс», 2009.
9. конспект лекций.
Контрольные вопросы к практической работе №7:
1. Область применения столбчатых фундаментов?
2. Как устраивают столбчатые фундаменты в малоэтажных бескаркасных зданиях?
Основное назначение свай заключается в том, чтобы передать нагрузку от сооружения или здания на более глубокие слои грунта, обладающие необходимой несущей способностью.
Группу свай, образующую фундамент, поверху связывают жесткой конструкцией в виде балки или плиты, обеспечивающей передачу давления от сооружения на все сваи и препятствующей горизонтальному перемещению верхних частей свай.
Конструкции, связывающие головы свай, называют ростверкамии выполняют их в зависимости от материала свай и постоянного уровня грунтовых вод из дерева, бетона или железобетона. Различают ростверки высокие и низкие (Рисунок 6.1).
Рисунок 6.1 – Свайные фундаменты:
а) с низким ростверком; б) с высоким ростверком
Высокими называют ростверки с нижней плоскостью, лежащей выше поверхности грунта. Такие ростверки устраивают в тех случаях, когда поверхность грунта покрыта водой (например, при строительстве набережных, мостовых опор и т.д.). Однако возможно устройство высоких ростверков и при строительстве гражданских зданий с техническим подпольем.
Низкими называют ростверки с нижней плоскостью, заглубленной в грунт. В промышленном и гражданском строительстве чаще применяют низкие ростверки. Отметка заглубления низкого ростверка в грунт зависит от наличия подвалов и проходящих в них коммуникаций, возможности пучения грунтов, глубины заложения соседних фундаментов и ряда других причин.
Свая нижним концом (подошвой) может опираться на практически несжимаемые грунты: скальные, плотные крупнообломочные, плотные песчаные, плотные малосжимаемые глинистые в твердом состоянии (при показателе консистенции В < 0). В таких случаях все давление на грунт основания передается только через нижний конец сваи, по площади ее поперечного сечения. Такие сваи называют сваями – стойками.
Сваи можно опереть на несжимаемые грунты далеко не всегда. По большей части нижние концы свай остаются в сжимаемых грунтах. В этих случаях нагрузка от сваи воспринимается грунтом как по площади поперечного сечения сваи, так и по ее боковой поверхности. Такие сваи называют висячими или сваями трения. Это название сваи получили от развития сил трения по их боковой поверхности (Рисунок 6.2).
Следует отметить, что силы трения, развиваемые по боковой поверхности сваи в процессе ее погружения и в эксплуатационных условиях, резко разнятся по своей величине. Поэтому проектную величину несущей способности висячей сваи определяют по величине сил трения, развивающихся в эксплуатационных условиях.
Несущую способность свай определяют различными способами, что будет рассмотрено в следующих лекциях. Однако надо отметить, что несущая способность свайного фундамента из свай – стоек всегда равна сумме несущих способностей отдельных свай в фундаменте.
Особенности работы в грунте висячих свай таковы: несущая способность свайного фундамента из висячих свай, как правило, меньше суммы несущих способностей отдельных свай в фундаменте.
Рисунок 6.2 – Свайные фундаменты:
а) на сваях - стойках; б) на висячих сваях
Сваи представляют собой по формекруглые или многогранные стержни, погруженные в грунт.
По длине (продольному профилю) сваи могут быть постоянного (цилиндрические и призматические) и переменного сечения (конические и пирамидальные).
По типу нижнего конца сваи (пяты) они делятся: на заостренные, плоские, с уширенной пятой.
По материалу они могут быть: деревянные, бетонные, железобетонные, металлические или комбинированные в виде стальной или железобетонной трубы – оболочки, заполненной бетоном, а также грунтобетонные или грунтоцементные и грунтовые (песчаные).
По способу внедрения в грунт (по методу производства работ) различают сваи готовые (изготовленные заранее до их устройства на заводе ЖБИ или на полигоне) и набивные (их устраивают на месте производства свайных работ) в скважине, предварительно пробуренной или пробитой в грунте (Рисунок 6.4).
Готовые сваи, погружаемые в грунт с помощью молотов и вибропогружателей, называют забивными сваями .
Поперечное сечение свайможет быть сплошным (полнотелые сваи) или полым (пустотелые сваи и сваи - оболочки). Принципиального различия между пустотелыми сваями и сваями – оболочками нет. Обычно при диаметре (стороне) поперечного сечения сваи до 800 мм и наличии внутренней полости сваи называют пустотелыми. При тех же условиях, но при диаметре более 800 мм сваи относят к оболочкам.
Пустотелые сваи и сваи – оболочки могут быть с открытым или с закрытым нижним концом, что сказывается на способе производства работ и на несущей способности.
Для повышения несущей способности сваи у ее нижнего конца устраивают уширенную пяту (разбуриванием или камуфлетным взрывом). Устройство уширенной пяты возможно у забивных свай, но более характерно для набивных.
Конструкции готовых свай более или менее стандартны, тогда как конструкции набивных весьма разнообразны. Скважины для устройства набивных свай можно образовывать непосредственно в грунте бурением или пробивкой, под защитой обсадной трубы или без нее, причем обсадную трубу чаще всего удаляют после бетонирования сваи или оставляют в качестве внешней оболочки.
Возможно комбинирование различных методов устройства ствола сваи и уширенной пяты. Все это затрудняет составление общей классификации свай как по способу их устройства, так и по другим признакам (таблица 6.1).
Рисунок 6.3 – Основные типы свай:
а) готовая (забивная) свая, погружаемая забивкой или вибрированием;
б) набивная свая без оболочки, скважина пробуривается тяжелым конусом;
в) набивная свая с оболочкой, остающейся в грунте (оболочка из тонкого листового железа забивается с помощью сердечника);
г) набивная свая со съемной оболочкой (оболочка из стальной трубы со съемным башмаком забивается в грунт и по мере бетонирования извлекается);
д) набивная свая со съемной оболочкой без башмака или без оболочки (скважина образуется бурением);
е) винтовая свая. Пунктиром показаны контуры скважин, сплошными линиями – контуры свай
Таблица 6.1 – Общая схема классификации свай по их видам
| Материал ствола сваи | Характеристика сечения | Форма сечения сваи | Форма по длине ствола сваи | Способ погружения или изготовления | Примечание |
| Дерево | Сплошное | Круг | Цилиндр | Забивка или вибропогружение | - |
| Бетон | - « - | Близкое к кругу | - « - | Набивка бетона в буровую скважину | Возможно устройство арматурного каркаса |
| - « - | - « - | - « - | - « - | Набивка бетона в извлекаемую забивную оболочку | - « - |
| - « - | - « - | Круг | Слегка коническая | Набивка бетона в остающуюся за- бивную оболочку | - « - |
| Железобетон | - « - | Квадрат, многоугольник, круг | Призма, усеченная пирамида., цилиндр, конус | Забивка или вибропогружение | Арматурный каркас или жесткие стержни |
| - « - | Пустотелое (d < 800 мм) | Кольцо, пустотелый многоугольник | Цилиндр, конус | Вибропогружение | Арматурный каркас |
| - « - | Оболочка (d > 800 мм) | Кольцо | Цилиндр | - « - | - « - |
| Металл | Сплошное | Форма проката | Призма | Забивка, вибропогружение | ___ |
| - « - | Сплошное с винтовыми лопастями | Круг с винтовыми лопастями | Цилиндр (лопасти внизу) | Завинчивание | ___ |
| - « - | Оболочка | Кольцо | Цилиндр | Вибропогружение | ___ |
По отношению к горизонту сваи бывают вертикальные и наклонные.
По количеству рядов свай в фундаменте – однорядные и многорядные.
По типу объединения верхних частей (голов) свай – гибкие и жесткие безростверковые, а также с низким (заходящим в грунт основания) и высоким ростверком (расположенным над грунтовым основанием).
Характеристики отдельных видов забивных свай приведены в справочниках.
6 Пример расчета свайного фундамента
Глубина заложения ростверка должна быть не меньше расчетной глубины промерзания.
Рисунок 6.4 – Схема к расчету свайного фундамента
Принимаем глубину заложения ростверка 1,7 м (равной глубине нормативного промерзания глинистых грунтов, увеличенной на 20%).
Принимаем изготовленные на заводе ЖБИ сплошные железобетонные сваи: С9 - 30, с сечением 30 х 30 см, марка бетона М250, масса 2,19 т, арматура 4 Ø12 мм, длина сваи Р = 9 м, расчетное сопротивление грунта под острием забивной сваи R ≈ 3800 кПа в песке средней крупности с показателем текучести (JL), равным нулю.
Несущую способность забивных свай всех видов и свай оболочек, погружаемых без выемки грунта (расчетное сопротивление сваи по грунту), Fd , кН, определяют по формуле:
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;
γ CR , γ c f - коэффициенты условий работы грунта соответственно под нижним концом и на боковой поверхности сваи, учитывающие влияние способа погружения сваи на расчетные сопротивления грунта, принимают по таблице приложения
R - расчетное сопротивление под нижним концом сваи, кПа, (3800 кПа), таблица П10 приложений;
А – площадь поперечного сечения сваи, м 2 ;
u – периметр поперечного сечения сваи, м;
f i - расчетное сопротивление i - го слоя грунта основания по боковой поверхности сваи, кПа, (принимают по таблице П11 Приложений);
h i - толщина i - го слоя грунта, соприкасающегося с боковой поверхностью сваи, м.
Определим расчетное сопротивление грунта по боковой поверхности сваи (за счет сил трения, таблица П11 Приложений), используя интерполирование:
Расчет свайных фундаментов и их оснований должен быть выполнен в соответствии с ГОСТ 27751 по предельным состояниям:
1) первой группы:
а) по прочности материала свай и свайных ростверков;
б) по несущей способности грунта основания свай;
в) по несущей способности грунта оснований свайных фундаментов, если на них передаются значительные горизонтальные нагрузки (подпорные стены, фундаменты распорных конструкций и др.), в том числе сейсмические, если сооружение расположено на откосе или вблизи него или если основание сложено крутопадающими слоями грунта (Расчет допускается не производить, если конструктивными мероприятиями обеспечена невозможность смещения проектируемого фундамента.);
2) второй группы:
а) по осадкам оснований свай и свайных фундаментов от вертикальных нагрузок;
б) по перемещениям свай (горизонтальным и углам поворота головы свай) совместно с грунтом оснований от действия горизонтальных нагрузок и моментов (см. подраздел 7.4 и приложение Д);
в) по образованию или чрезмерному раскрытию трещин в элементах железобетонных конструкций свайных фундаментов.
В расчетах оснований свайных фундаментов следует учитывать совместное действие силовых факторов и неблагоприятных влияний внешней среды (например, влияние подземных вод на физико-механические свойства грунтов и др.).
Сооружение и его основание должны рассматриваться совместно, т.е. должно учитываться взаимодействие сооружения со сжимаемым основанием.
Расчет свай, свайных фундаментов и их оснований по несущей способности необходимо выполнять на основные и особые сочетания нагрузок, по деформациям - на основные сочетания.
Одиночную сваю в составе фундамента и вне его по несущей способности грунта основания следует рассчитывать исходя из условия
где - расчетная нагрузка, передаваемая на сваю (продольное усилие, возникающее в ней от расчетных нагрузок, действующих на фундамент при наиболее невыгодном их сочетании);
- расчетная несущая способность грунта основания одиночной сваи, называемая в дальнейшем несущей способностью сваи;
- коэффициент надежности, принимаемый равным:
1,2 - если несущая способность сваи определена по результатам полевых испытаний статической нагрузкой;
1,25 - если несущая способность сваи определена расчетом по результатам статического зондирования грунта, по результатам динамических испытаний сваи, выполненных с учетом упругих деформаций грунта, а также по результатам полевых испытаний грунтов эталонной сваей или сваей-зондом;
1,4 - если несущая способность сваи определена расчетом, в том числе по результатам динамических испытаний свай, выполненных без учета упругих деформаций грунта;
1,4 (1,25) - для фундаментов опор мостов при низком ростверке, на висячих сваях и сваях-стойках, а при высоком ростверке - только при сваях-стойках, воспринимающих сжимающую нагрузку независимо от числа свай в фундаменте.
При высоком или низком ростверке, подошва которого опирается на сильносжимаемый грунт, и висячих сваях, воспринимающих сжимающую нагрузку, а также при любом виде ростверка и висячих сваях и сваях-стойках, воспринимающих выдергивающую нагрузку, принимают в зависимости от числа свай в фундаменте:
| при 21 свае и более | 1,4 (1,25); |
| от 11 до 20 свай | 1,55 (1,4); |
| " 6 " 10 " | 1,65 (1,5); |
| " 1 " 5 " | 1,75 (1,6). |
Для фундаментов из одиночной сваи под колонну при нагрузке на забивную сваю квадратного сечения более 600 кН и набивную сваю более 2500 кН значение коэффициента следует принимать равным 1,4, если несущая способность сваи определена по результатам испытаний статической нагрузкой, и 1,6, если несущая способность сваи определена другими способами.
Для сплошных свайных полей жестких сооружений с предельной осадкой 30 см и более (при числе свай более 100), если несущая способность сваи определена по результатам статических испытаний, .
Расчетную нагрузку на сваю , кН, следует определять, рассматривая фундамент как рамную конструкцию, воспринимающую вертикальные и горизонтальные нагрузки и изгибающие моменты.
Для фундаментов с вертикальными сваями расчетную нагрузку на сваю допускается определять по формуле:
где - расчетная сжимающая сила, кН;
, - расчетные изгибающие моменты, кН·м, относительно главных центральных осей и плана свай в плоскости подошвы ростверка;
- число свай в фундаменте;
, - расстояния от главных осей до оси каждой сваи, м;
, y - расстояния от главных осей до оси каждой сваи, для которой вычисляют расчетную нагрузку, м.
Горизонтальную нагрузку, действующую на фундамент с вертикальными сваями одинакового поперечного сечения, допускается принимать равномерно распределенной между всеми сваями.
Сваи-стойки
Несущую способность , кН, забивной сваи, сваи-оболочки, набивной и буровой свай, опирающихся на скальный грунт, а так же забивной сваи, опирающейся на малосжимаемый грунт, следует определять по формуле
где - коэффициент условий работы сваи в грунте, принимаемый равным 1;
- расчетное сопротивление грунта под нижним концом сваи-стойки, кПа;
- площадь опирания на грунт сваи, м , принимаемая для свай сплошного сечения и полых свай с закрытым нижним концом равной площади поперечного сечения брутто, для свай полых круглого сечения с открытым нижним концом и свай-оболочек - равной площади поперечного сечения нетто при отсутствии заполнения их полости бетоном и равной площади поперечного сечения брутто при заполнении этой полости бетоном на высоту не менее трех ее диаметров.
Расчетное сопротивление грунта под нижним концом сваи-стойки следует принимать:
а) для всех видов забивных свай, опирающихся на скальные и малосжимаемые грунты, =20000 кПа;
б) для набивных и буровых свай и свай-оболочек, заполняемых бетоном и заделанных в невыветрелый скальный грунт (без слабых прослоек) не менее чем на 0,5 м, - по формуле:
где - нормативное значение предела прочности на одноосное сжатие скального грунта в водонасыщенном состоянии, кПа;
- коэффициент надежности по грунту, принимаемый равным 1,4;
- расчетная глубина заделки набивной и буровой свай и сваи-оболочки в скальный грунт, м;
- наружный диаметр заделанной в скальный грунт части набивной и буровой свай и сваи-оболочки, м;
в) для свай-оболочек, равномерно опираемых на поверхность невыветрелого скального грунта, прикрытого слоем нескальных неразмываемых грунтов толщиной не менее трех диаметров сваи-оболочки, - по формуле
где , - то же, что и в формуле (6.4).
Рассчитать свайный фундамент под колонну промышленного здания. Здание имеет жесткую конструктивную схему. В уровне обреза фундамента -0,15м действуют следующие усилия: центрально приложенной усилие: от нормативной нагрузки NOII и от расчетной нагрузки NOI, моменты Мх1 и Му1. Грунтовые условия, нагрузки и отметки обреза фундамента приведены в таблице 6.1.
| Вариант | Уровень подземных вод | L/H | Характеристики грунта | Расчетная нагрузка |
| NO11, кН/м | MХoII, кН/м | MУoII, кН/м | ||
| 4,8 | 4,5 | Н1= -1,1м насыпной и растительный; Н2= -4,5м глинистый IL=0,7, е=1.0; Н3=-7м скальный крупнообломочный непросадочный | ||
| 4,9 | 3,3 | Н1=- 0,9м насыпной и растительный; Н2=- 4,8м глинистый IL=0,71, е=0,95; Н3=-6м скальный крупнообломочный непросадочный | ||
| 3,9 | 3,0 | Н1= -0,55м насыпной и растительный; Н2= -6,1м глинистый IL=0,73, е=0.98; Н3=-8,5м скальный крупнообломочный непросадочный | ||
| 2,8 | 3,8 | Н1=- 0,77м насыпной и растительный; Н2= -7,5м глинистый IL=0,75, е=0.96; Н3=-7,8м скальный крупнообломочный непросадочный | ||
| 4,0 | 2,0 | Н1=- 0,95м насыпной и растительный; Н2= -8,5м глинистый IL=0,8, е=0,95; Н3=-12м скальный крупнообломочный непросадочный | ||
| 6,1 | 1,5 | Н1= -1,1м насыпной и растительный; Н2= -4,5м глинистый IL=0,7, е=1.0; Н3=-7м скальный крупнообломочный непросадочный | ||
| 4,8 | 5,0 | Н1=- 0,9м насыпной и растительный; Н2=- 4,8м глинистый IL=0,71, е=0,95; Н3=-6м скальный крупнообломочный непросадочный | ||
| 4,9 | 4,5 | Н1= -0,55м насыпной и растительный; Н2=- 6,1м глинистый IL=0,73, е=0.98; Н3=-8,5м скальный крупнообломочный непросадочный | ||
| 3,9 | 3,3 | Н1=- 0,77м насыпной и растительный; Н2= -7,5м глинистый IL=0,75, е=0.96; Н3=-7,8м скальный крупнообломочный непросадочный | ||
| 2,8 | 3,0 | Н1= -0,95м насыпной и растительный; Н2= -8,5м глинистый IL=0,8, е=0,95; Н3=-12м скальный крупнообломочный непросадочный | ||
| 4,0 | 3,8 | Н1= -1,1м насыпной и растительный; Н2= -4,5м глинистый IL=0,7, е=1.0; Н3=-7м скальный крупнообломочный непросадочный | ||
| 6,1 | 2,0 | Н1=- 0,9м насыпной и растительный; Н2=- 4,8м глинистый IL=0,71, е=0,95; Н3=-6м скальный крупнообломочный непросадочный | ||
| 4,8 | 1,5 | Н1= -0,55м насыпной и растительный; Н2= -6,1м глинистый IL=0,73, е=0.98; Н3=-8,5м скальный крупнообломочный непросадочный | ||
| 4,9 | 5,0 | Н1= -0,77м насыпной и растительный; Н2= -7,5м глинистый IL=0,75, е=0.96; Н3=-7,8м скальный крупнообломочный непросадочный | ||
| 3,9 | 4,5 | Н1= -0,95м насыпной и растительный; Н2= -8,5м глинистый IL=0,8, е=0,95; Н3=-12м скальный крупнообломочный непросадочный | ||
| 2,8 | 3,3 | Н1= -1,1м насыпной и растительный; Н2= -4,5м глинистый IL=0,7, е=1.0; Н3=-7м скальный крупнообломочный непросадочный | ||
| 4,0 | 3,0 | Н1=- 0,9м насыпной и растительный; Н2=- 4,8м глинистый IL=0,71, е=0,95; Н3=-6м скальный крупнообломочный непросадочный | ||
| 6,1 | 3,8 | Н1= -0,55м насыпной и растительный; Н2= -6,1м глинистый IL=0,73, е=0.98; Н3=-8,5м скальный крупнообломочный непросадочный | ||
| 4,8 | 2,0 | Н1=- 0,77м насыпной и растительный; Н2= -7,5м глинистый IL=0,75, е=0.96; Н3=-7,8м скальный крупнообломочный непросадочный | ||
| 4,9 | 1,5 | Н1= -0,95м насыпной и растительный; Н2= -8,5м глинистый IL=0,8, е=0,95; Н3=-12м скальный крупнообломочный непросадочный | ||
| 3,9 | 5,0 | Н1=- 1,1м насыпной и растительный; Н2= -4,5м глинистый IL=0,7, е=1.0; Н3=-7м скальный крупнообломочный непросадочный | ||
| 2,8 | 4,5 | Н1=- 0,9м насыпной и растительный; Н2=- 4,8м глинистый IL=0,71, е=0,95; Н3=-6м скальный крупнообломочный непросадочный | ||
| 4,0 | 3,3 | Н1= -0,55м насыпной и растительный; Н2= -6,1м глинистый IL=0,73, е=0.98; Н3=-8,5м скальный крупнообломочный непросадочный | ||
| 6,1 | 3,0 | Н1= -0,77м насыпной и растительный; Н2= -7,5м глинистый IL=0,75, е=0.96; Н3=-7,8м скальный крупнообломочный непросадочный | ||
| 4,8 | 3,8 | Н1= -0,95м насыпной и растительный; Н2= -8,5м глинистый IL=0,8, е=0,95; Н3=-12м скальный крупнообломочный непросадочный | ||
| 4,9 | 2,0 | Н1=- 1,1м насыпной и растительный; Н2= -4,5м глинистый IL=0,7, е=1.0; Н3=-7м скальный крупнообломочный непросадочный | ||
| 3,9 | 1,5 | Н1=- 0,9м насыпной и растительный; Н2= -4,8м глинистый IL=0,71, е=0,95; Н3=-6м скальный крупнообломочный непросадочный | ||
| 2,8 | 5,0 | Н1=- 0,55м насыпной и растительный; Н2= -6,1м глинистый IL=0,73, е=0.98; Н3=-8,5м скальный крупнообломочный непросадочный | ||
| 4,0 | 4,5 | Н1=- 0,77м насыпной и растительный; Н2=- 7,5м глинистый IL=0,75, е=0.96; Н3=-7,8м скальный крупнообломочный непросадочный | ||
| 6,1 | 3,3 | Н1= -0,95м насыпной и растительный; Н2= -8,5м глинистый IL=0,8, е=0,95; Н3=-12м скальный крупнообломочный непросадочный |
3. Пример решения.
Пример 6.1. Рассчитать свайный фундамент под колонну промышленного здания. Здание имеет жесткую конструктивную схему. В уровне обреза фундамента -0,15м действуют следующие усилия: центрально приложенной усилие: от расчетной нагрузки NOI =2860кН, моменты Мх1=210кНм и Му1=120кНм. Грунтовые условия: Н1= -0,25м насыпной и растительный; Н2= -6,6м глинистый IL=0,8, е=0,95; Н3=-12м скальный крупнообломочный непросадочный.
Решение.
1. Для заданных условий строительной площадки проектируем свайный фундамент из свай-стоек. Предварительно по таблице 5.3 принимаем сваи длиной 6м сечением 25*25см. Свая погружается с помощью забивки дизель-молотом.
2. Принимаем расчетное сопротивление грунта под нижним концом сваи-стойки, опирающейся на скальные грунты, =20000 кПа.
3. Несущую способность , кН, забивной сваи, опирающихся на скальный грунт находим по формуле 6.3:
4.Расчетная нагрузка на сваю по формуле 6.1 составит:
5. Найдем требуемое количество свай: п= NOI/ N=2860/893=3,20 шт
Окончательно принимаем 4 сваи-стойки. По конструктивным соображениям размеры ростверка в плане должны приниматься кратными 30 см, а по высоте - 15 см. Конструктивную высоту ростверка назначают на 40 см больше глубины стакана. Расстояние между осями свай-стоек - не менее (где - диаметр круглого или сторона квадратного, или большая сторона прямоугольного поперечного сечения ствола сваи). Принимаем размеры ростверка: в плане (см.рис.6.1.) х=0,45м, у=0,30м, l=1,5м b=0,9м, d =1,4м.
6.Определяем нагрузку на уровне подошвы ростверка:
7.Определяем максимальную и минимальную нагрузку на сваю по формуле:
8.Окончательно назначаем : 4 сваи длиной 6,5 м. (l= 0,25+6,6+0,5+0.25-1,4=6,2м).
9. Проверка на осадку для свай-стоек не требуется.
1.Какие предельные состояния должен быть приняты в расчет свайных фундаментов и их оснований?
2.По каким предельным состояниямпервой группы должен быть выполнен расчет свайных фундаментов и их оснований?
3.По каким предельным состояниям второй группы должен быть выполнен расчет свайных фундаментов и их оснований?
4.На какие сочетания нагрузок необходимо выполнять расчет свай, свайных фундаментов и их оснований по несущей способности?
5.На какие сочетания нагрузок необходимо выполнять расчет свай, свайных фундаментов и их оснований по деформациям?
6.Как следует определять расчетное сопротивление грунта под нижним концом сваи-стойки?
Для обеспечения возможности передачи на сваи больших нагрузок и наиболее полного использования прочности материала свай и грунтов основания, снижения материалоемкости и трудоемкости конструкций фундаментов и, в частности, применения безростверковых конструкций фундаментов и конструкций с ростверками при уменьшенном количестве свай в кустах, эффективно расширение номенклатуры свай в соответствии с таблицей 5.1.
Применение вместо традиционных железобетонных свай сечением 30 30 см свай большого сечения, полых круглых свай, свай-колонн, а также составных свай различного типа дает существенный экономический эффект. При этом следует принимать во внимание, что длина цельных свай ограничена 12 м по условиям их транспортировки.
Выбор видов фундаментных конструкций из свай целесообразно начинать с рассмотрения особенностей застройки площадок, выделяемых для строительства, и специфики объекта строительства. В таблице 5.2 приведены рекомендуемые для рассмотрения виды конструкций для различных групп площадок.
| Вид фундаментной конструкции из свай | |||||||||
| №№ пп | Особенности площадок, выделяемых для строительства, специфика объекта строительства | Сваи со съемным наконечником бурозавинчивающиеся | Сваи с глухим Наконечником бурозавинчивающиеся | Сваи щебеночные | Комбинированные свайноплитные | Сваи буронабивные | Сваи буросекущиеся | Сваи буроинъекционные | Сваи забивные |
| Строительство на вновь выделяемых территориях | |||||||||
| Строительство на территориях после их предварительной инженерной подготовки | |||||||||
| Строительство на свободных (или освобождаемых) территориях в зоне существующей застройки | |||||||||
| Реконструкция зданий с изменением (частичным или полным) его конструкций | |||||||||
| Реконструкция памятников архитектуры |
- рекомендуется для рассмотрения
- не рекомендуется для рассмотрения
- рекомендуется для рассмотрения с ограничением по удалению от существующей застройки
На следующем этапе выбранные варианты конструкций из свай уточняются исходя из оценки инженерно-геологических условий площадки строительства. При этом также учитывается тип, этажность проектируемого здания и уровень нагрузок на основание. Так, например, комбинированные свайно-плитные фундаменты целесообразно рассматривать лишь применительно к строительству зданий 12 этажей и более.
Далее производится оценка выбранных вариантов конструкций из свай по показателям технического уровня, учитывающим степень использования прочности материалов свай и грунтов основания и расход материалов на устройство конструкций.
К таким показателям относятся:
- коэффициент использования прочности материала свай и грунтов основания , определяемый по формуле:
где - расчетная нагрузка на сваю, соответственно по грунту и материалу;
- коэффициент использования несущей способности свай , определяемый по формуле:
где - фактическая нагрузка на сваю от здания;
- коэффициент унификации , учитывающий степень использования несущей способности свай в разнонагруженных фундаментах зданий и сооружений, определяемый по формуле:
где - коэффициент использования несущей способности в -ом фундаменте;
- число -х фундаментов в здании и сооружении;
- удельный расход материалов в расчете на единицу действующей нагрузки (осевой вдавливающей, горизонтальной).
Предварительная оценка расчетных нагрузок, допускаемых на забивные и буронабивные сваи в различных грунтовых условиях, может быть принята по таблице 5.3.
| Свая | Параметры свай | ОРИЕНТИРОВОЧНЫЕ РАСЧЕТНЫЕ НАГРУЗКИ НА СВАЮ, кН | |||
| Диаметр ствола / уширения сваи, см | Длина свай, м | Прочность ствола по материалу, кН | ПЕСЧАНЫЕ ГРУНТЫ СРЕДНЕЙ ПЛОТНОСТИ | ||
| Гравелистые и крупные | Средней крупности | Мелкие и пылеватые | |||
| ГЛИНИСТЫЕ ГРУНТЫ КОНСИСТЕНЦИИ I | |||||
| 0-0,1 | 0,2-0,3 | 0,4-0,5 | |||
| Забивная квадратного | 25 25 | 4,5-6 | 500-800 | 300-400 / 5-10 | 150-300 / 3-5 |
| сечения по ГОСТ | 30 30 | 3-12 | 700-1000 | 300-600 / 10-15 | 200-400 / 5-10 |
| 19804.1-79 | 35 35 | 10-16 | 1300-1850 | 600-1200 / 30-50 | 350-500 / 15-20 |
| 40 40 | 13-20 | 1400-2000 | 900-1300 / 35-60 | 600-800 / 20-25 | |
| Полая круглая по | 600-1050 | 300-1050 / 30-50 | 200-800 / 20-30 | ||
| ГОСТ 19804.5-83, | 4-12 | 700-1350 | 400-1350 / 60-80 | 300-1350 / 30-50 | |
| ГОСТ 19804.6-83 | 1000-2000 | 600-2000 / 100-150 | 400-2000 / 80-100 | ||
| 1800-3700 | 1100-3700 / 200-250 | 600-3700 / 120-150 | |||
| Буронабив- ная по | 200-1200 | 200-1100 / 60-80 | 150-1000 / 40-60 | ||
| проекту ГПИИ | 300-1900 | 250-1800 / 100-150 | 200-2500 / 80-100 | ||
| Фундамент-проект | 10-30 | 500-2800 | 400-2700 / 200-250 | 350-2500 / 100-150 | |
| Apx. № 11740 | 800-3800 | 600-3500 / 300-400 | 550-3300 / 250-300 | ||
| 1975 г. | 1100-4950 | 900-4500 / 400 | 800-4200 / 300 | ||
| 60 / 160 | 1700-2000 | 1150-2000 / 100-150 | 950-2000 / 80-120 |
В числителе приведены значение вдавливающей нагрузки, в знаменателе - горизонтальной.
Целесообразность применения фундаментных конструкций из забивных и буронабивных свай различных типоразмеров для случаев, когда определяющими будут осевые сжимающие нагрузки, можно определить по таблицам 5.4 и 5.5.
Примечание: - рекомендуется для применения; - применение возможно при соответствующем обосновании; - применение не рекомендуется.
Примечание: - рекомендуется для применения; - применение возможно при соответствующем обосновании; - применение не рекомендуется.
Оценка различных видов и типоразмеров фундаментных конструкций из свай по показателям технического уровня позволяет исключать из дальнейшего рассмотрения нерациональные варианты (для которых все показатели хуже, чем для других вариантов).
Окончательный выбор вида и типоразмеров фундаментных конструкций из свай осуществляется на основании технико-экономического расчета по расходам основных материалов и приведенным затратам.
строительного факультета, протокол №___ от ___________.
На стадии проектирования производства свайных работ решаются задачи: расчеты объемов, сроков и стоимости работ, вида и количества сваебойных машин, определение технологической структуры процесса устройства свайного фундамента, параметров технологического и конструктивного контроля обеспечения заданных /проектных/ свойств фундамента, например, его несущей способности, технико-технологических параметров работы машин /производительность, энергия удара и др./, обоснование технологической схемы /последовательности и направлений/ устройства свай по полю.
2 Цель занятия
Целью занятия является ознакомление с методиками решения ряда задач проектирования работ по устройству свайных фундаментов: расчету сваебойного молота, технически обеспечивающему забивку проектных свай, расчету глубины погружения свай, обеспечивающей их проектную несущую способность.
3 Расчет сваебойного молота
3.1 Теоретическая часть
Расчет варианта молота и в целом варианта сваебойного оборудования для производства работ, как и расчет многих задач о “ресурсах” выполняется за несколько этапов.
На первом /экспертном/ этапе оцениваются возможности подрядчика по применению различных марок оборудования, соответствие технических характеристик /параметров/ и технологических свойств сваебойных машин параметрам и конструкции свай, грунтовым и климатическим условиям, возможностям реализовать рациональную схему забивки свайного поля, ряд других условий.
Далее оцениваются технические возможности применения вариантов сваебойных машин, производится их сравнительный экономический анализ с расчетом наиболее эффективной машины /или комплекта машин/.
В дальнейшем, зная объемы работ, требуемые сроки производства работ рассчитывают требуемое количество машин, разрабатывают технологическую схему их работы на поле; определяют значения контролирующих параметров.
Для забивки свай и шунта применяют: копры /на рельсовым, гусеничном и автомобильном ходу, на базе тракторов, экскаваторов, автомобилей/, сменное копровое оборудование к базовым машинам-кранам, экскаваторам и тракторам /включает копровую стрелу и рабочий орган-молот/, вибропогружатели.
Рабочий орган в составе перечисленных машин и оборудования - молот. Применяют ряд типов молотов. Механические /подвесные/ - железобетонная или механическая болванка, ударное действие которой создается за счет энергии свободного ее падения на голову сваи пол действием силы тяжести /применяют редко – при отсутствии других молотов и малых редких объемах работ/. Паровоздушные: простого действия /пар или сжатый воздух от дополнительных машин-компрессоров используется для подъема ударной части молота, падение ее происходит под действием собственного веса/ и двойного действия. Наиболее распространены молоты простого действия /МПВП-3000, МПВП-4250, МПВП-6500/ МПВП-800 – с ручным управлением паровоздухораспределительным устройством – посредством каната; СССМ-570, С-276, СССМ-680 – с полуавтоматическим управлением – выхлоп пара, воздуха происходит автоматически, впуск – вручную; С-811А, С-812А – с автоматическим управлением/. Дизельные молоты: штанговые и трубчатые – ударное действие на сваю создается взрывом топливной горючей смеси. /Штанговые молоты с воздушным охлаждением СП-60 /ДМ-240/, СП-65 /С-330Б/, трубчатые с воздушным охлаждением С-859А, С-949А, С-954А, С-977А, трубчатые с водяным охлаждением С-995А /СП-40А/, С-996А /СП-42А/, С –1047А /СП-47А/, С-1048А /СП-48А/, СП-54-1/. Гидравлические молоты простого и двойного действия /аналогично паровоздушным молотам, рабочей жидкостью является гидравлическое масло/. Вибромолоты. Зарубежные молоты /с гидропневматическим приводом, с гидромеханическим приводом/. Технические характеристики молотов приведены в приложении I.
Молот для забивки свай рассчитывают по методике, изложенной в СНиП 3.02.01.-87 “Земляные сооружения, основания и фундаменты”. Методика основана на известных зависимостях между минимальной массой молота и массой свай, массой молота и несущей способностью сваи.
а/ Определяется необходимая для погружения сваи минимальная энергия удара молота:
Еh = 0,045 N, кДж / 1 /
где N – расчетная нагрузка, передаваемая на сваю кН.
/1 кгс. м = 9,807 Дж ≈10 Дж = 10 -2 кДж/.
б/ Определяется расчетная энергия молота Еd для типов молотов:
подвесных и паровоздушных одиночного действия –
Еd = Ст Н, кДж / 2 /
трубчатых дизель молотов – Еd = 0,9 Ст Н, кДж / 3 /
штанговых дизель молотов – Еd = 0,4 Ст Н, кДж / 4 /
паровоздушных двойного действия – согласно паспортным данным.
где Ст – вес ударной части паровоздушного или дизель-молотов, или
вес подвесного молота, кН.
Н – фактическая высота падения ударной части молота м. /При
выборе молотов принимается на стадии окончания забивки
свай для трубчатых дизель-молотов Н=2,8м; для штанговых
при массе ударной части 1250, 1800 и 2500 кг соответственно
1,7; 2 и 2,2 м для паровоздушных – табл.1, прил.А.
в/ Проверяют условие: Еd ≥ Еh / 5 /
г/ Тип молота, удовлетворяющий условию /5/ проверяют на 5условие:
m1 + m2 + m3
где m1 – полная масса молота, т;
m2 – масса сваи с наголовником, т;
m3 – масса надбавка, т /для деревянных свай/,
К – коэффициент соотношения масс тел и энергии для их
перемещения или коэффициент применимости молота,
Кт – то же по таблице СНиП.
При расчете варианта молота для забивки наклонных свай энергию удара молота Еh следует определять умножением на коэффициент К1, значение которого 11; 115; 1,25; 1,4 принимают соответственно для свай с наклоном 5:1; 4:1; 3:1; 2:1.
Значение коэффициента Кт в выражении /6/ принимается в зависимости от типа молота, материала свай по таблице 1. /СНиП 3.02.01-87/.
Таблица 1 – Значение коэффициента Кт т/кДж
Тип молота | Кт, т/кДж для материала свай | ||
железобетон | сталь | дерево | |
Трубчатые дизель-молоты и молоты двойного действия | 0,6 | 0,55 | 0,5 |
Молоты одиночного действия и штанговые дизель-молоты | 0,5 | 0,4 | 0,35 |
Подвесные молоты | 0,3 | 0,25 | 0,2 |
Примечание: При забивке стального шунта, свай любого типа с подмывом, свай и стальных труб с открытым нижним концом указанное значение /К/ увеличивают в 1,5 раза.
Если условию /6/ удовлетворяет ряд молотов, то наиболее приемлемым для производства работ считают тот, для которого расчетное значение /К/ наиболее близко к табличному /табл. 1 /.
3.2 Пример расчета
Условие: Рассчитать марку молота для забивки железобетонных свай в суглинок средней плотности. Длина свай 6 м, масса с наголовником 1500 кг. Расчетная нагрузка на сваю N = 400 кН.
Решение: 3.2.1 Минимально-необходимая энергия удара
Еh = 0,045 * 400 = 18 кДж
Из справочников по свайным работам /например, Свайные работы /М.И. Стородинов., А.И. Егоров., Е.М. Губанов и др./
Молот СССМ-570 Еd = Ст* Н = 18 * 1,5 = 28 кДж ≥ Еh = 18 кДж
Молот С-232 Еd = Е = 18 кДж = Еh = 18 кДж
Молот С-995А Еd = 0,9 Ст Н = 0,9* 12,5* 2,8 = 31,5 кДж > Eh = 18 кДж
Таким образом, все молоты удовлетворяют условию / 5 /.
3.2.3 Проверка по условию / 6 /:
Молот СССМ-570 К = (2,7 + 1,5)/ 27 = 0,16 Кт = 0,5
Молот С-232 К = (4,65 + 1,5)/ 18 = 0,34 Кт = 0,6
Молот С-995А К = (2,9 + 1,5)/ 31,5 = 0,14 Кт = 0,6
Все молоты также удовлетворяют условию / 6 /, однако у молота С-232 значение /К/ наиболее близко к табличному /Кт/.
Обобщенная экспертная оценка результатов расчета позволяет в качестве наиболее рационального принять молот С-232.
4 Расчет контрольного “отказа” при забивки сваи
4.1 Теоретическая часть
Основным требованием к качеству погружения сваи является достижение ею проектной несущей способности. Для установления несущей способности сваи в процессе производства работ применяют динамический метод испытания, основанный на корреляционной зависимости сопротивления сваи и отказа. Отказ – величина погружения сваи от одного удара, или среднее арифметическое от серии ударов – залога, например, 10 ударов – для подвесных молотов и молотов одиночного действия /для молотов двойного действия и вибропогружателей принимают число ударов или работу оборудования в течении 2 мин./. Фактический отказ, зафиксированный в процессе контролируемого погружения сваи /испытания/, сравнивается с расчетным /проектным/. Отказ замеряется в конце погружения сваи с точностью до 1 мм не менее чем от трех последовательных залогов.
В зависимости от требований проекта при длине сваи до 25 м /СНиП 3.02.01.-87/ динамическим испытаниям в процессе работ подвергаются 5-20 свай в характерных точках свайного поля. До начала погружения сваи размечают для контроля глубины погружения, начиная от нижнего конца. Первые риски наносят через 1 м, потом через 0,5 м, в верхней части – через 0,1 м. Против рисок записывают длину сваи от нижнего конца.
В процессе погружения сваи в грунт растет ее несущая способность и величина погружения сваи с каждым ударом установившейся мощности уменьшается.
Забивку заканчивают после достижения среднего отказа от трех последовательных залогов, не превышающего расчетного. В процессе динамических испытаний свай ведутся журналы, в которых отражаются все параметры контролируемой забивки свай, в т. ч. глубина и длительность /чистая/ погружения свай, число ударов молота.
Свая, не давшая расчетного /проектного/ отказа, подвергается контрольной добивке после “отдыха” и засасывания ее в грунт в течение 6 суток – для глинистых и разнородных грунтов, 10 суток – для водонасыщенных мелких и пылеватых грунтов. Сваи давшие “ложный” отказ, не допогруженные на 10-15 % длины, подвергают обследованию с целью устранения причин, затрудняющих забивку. В случае, если отказ при контрольной добивке превысит расчетный, проектная организация должна провести уточнение проектного решения свайного фундамента и провести статические испытания свай /ГОСТ 5686-78/.
В качестве контролируемого параметра вместо проектного значения отказа может быть принята проектная отметка /глубина/ погружения сваи /устанавливается проектом – для слабых грунтов с несущей способностью сваи не более 200 кН/.
Контрольный расчетный отказ Sa определяют по формуле:
η A Ed m1 + E 2 (m2 + m3)
Fd (Fd + η A) m1 + m2 + m3
где η – коэффициент, в зависимости от материала свай /табл. 2
СНиП 3.02.01-87/, кН/м 2 , 1500 – для железобетонных свай с
наголовником, 1000 – для деревянных свай без подобабка, 800
– для свай деревянных с подобабком;
Fd – несущая способность сваи по проекту, кН;
A – площадь, ограниченная наружным контуром поперечного
сечения сваи, м 2 ;
E 2 – коэффициент восстановления удара /для молотов
ударного действия и свай железобетонных и деревянных, свай-
оболочек/, равен 0,2.
Несущая способность сваи Fл может быть определена через расчетную нагрузку N, передаваемую на сваю:
Fd = k N , кН
где k – коэффициент надежности /1,4 СНиП 2.02.03-85, п.3.9/.
Отказ, определенный по формуле /7/ должен превышать 0,002
м, если это условие не выполняется, то делается
дополнительный уточненный расчет отказа по СНиП 3.02.01-
87 /приложение 4/ и анализируются дополнительные
мероприятия по применению подмыва, лидерных скважин и
др. /п.11.2 СНиП 3.02.01-87/.
4.2 Пример расчета
Условие: Фундаменты здания запроектированы свайные. Сечение свай 25х25 см, длина 5 м, несущая способность сваи 200 кН. Определить контрольный отказ свай при их забивке трубчатым дизель-молотом воздушного охлаждения С-859 А. Масса наголовника 50 кг.
Расчет: Используя выражение /7/ величина отказа:
0,06 м > 0,002 м, следовательно расчет удовлетворительный,
где: А = 0,25* 0,25 = 0,0625 м 2 , – площадь по наружному контуру
поперечного сечения сваи;
Fd = 0,9 * 18 * 2,8 = 45,36 кДж – расчетная энергия удара молота.
Технические характеристики молота – по табл. 2 приложения 1.
m2 = m2′ + m2′′ = 0,25 * 0,25 * 5 * 2,5 т/м 3 + 0,05 = 0,83 т,
Читайте также: