Расчет свайного фундамента по 2 группе предельных состояний

Обновлено: 02.05.2024

Осадка основания определяется ниже подошвы условного фундамента (острия свай) от нормативных постоянных нагрузок. При расчете суммарной нагрузки на основание свайного фундамента должны быть учтены вес ростверка, свай и грунта в пределах массива А-Б-В-Г:

Среднее давление на грунт под подошвой фундамента

где А – площадь подошвы условного фундамента, м 2 , равное произведению длины a_с на ширину b_c подошвы условного фундамента, при этом входящее в формулы по их нахождению приведенное среднее значение расчетных углов внутреннего трения грунтов φ _mt определяется по формуле

φ_I _I _, _i – расчетные значения углов внутреннего трения отдельных слоев грунта для предельных состояний II группы.

Вертикальное напряжение от собственного веса грунта на уровне подошвы условного фундамента

где γ _II – расчетный удельный вес грунта для предельных состояний II группы выше подошвы условного фундамента, кН/м 3 (с учетом взвешивающего действия воды).

Дополнительное к природному вертикальное давление на основание определяется по формуле;

Для условных фундаментов шириной более 10 м принимается p = p₀.

Толща грунта ниже подошвы условного фундамента разбивается на элементарные слои толщиной h_i, принимаемой для каждого слоя не более 0,4b_с, где b_с – ширина подошвы условного фундамента.

Вертикальное напряжение от собственного веса грунта s _zg, кПа на границе слоя, расположенного на глубине z _i от подошвы условного фундамента, определяется по формуле:

где g _II _i и h_i – удельный вес отдельных однородных слоев грунта с учетом взвешивающего действия или дополнительного давления воды, кН/м 3 ;

h_i – толщина i-го слоя грунта, м.

Удельный вес грунтов, залегающих ниже уровня подземных вод, но выше водоупорного слоя грунта, должен приниматься с учетом взвешивающего действия воды:

где γ_s, γ _w – удельный вес частиц грунта и воды соответственно, γ _w=10 кН/м 3 ;

е – коэффициент пористости.

К вертикальному напряжению от собственного веса грунта σ _zg на кровлю водоупора добавляется гидростатическое давление P_гидр столба воды, определяемое по формуле:

где h_w – высота столба воды, м.

Дополнительные вертикальные напряжения на глубине z_i от подошвы фундамента по вертикали, проходящей через центр подошвы условного фундамента равны:

где a – коэффициент, принимаемый по табл. 5.12 в зависимости от формы подошвы фундамента, соотношения сторон прямоугольного фундамента и относительной глубины, равной: x = 2z / b_c.

Определение коэффициент a

z = 2z / b

Коэффициент a для фундаментов

прямоугольных с соотношением сторон h = l/b, равным

Примечания: 1. В табл. обозначено: b - ширина или диаметр фундамента, l - длина фундамента. 2. Для фундаментов, имеющих подошву в форме правильного многоугольника с площадью А, значения a принимаются как для круглых фундаментов радиусом

3. Для промежуточных значений x и h коэффициент a определяется по интерполяции.

Осадка основания s с использованием расчетной схемы в виде линейно-деформируемого полупространства определяется методом послойного суммирования по формуле

где β – безразмерный коэффициент, равный 0,8;

h_i и Е _i – соответственно толщина и модуль деформации i -го слоя грунта;

n – число слоев, на которые разбита сжимаемая толща основания.

Верхней границей сжимаемой толщи основания является плоскость подошвы условного фундамента.

Нижняя граница сжимаемой толщи основания принимается равной глубине z = H_c, где выполняется условие: s _zp = 0,2× s _zg, где s _zp – дополнительные вертикальные напряжения на глубине z = H_c по вертикали, проходящей через центр подошвы фундамента; s _zg – вертикальные напряжения от собственного веса грунта на глубине z = H_c по вертикали, проходящей через центр подошвы фундамента.

Если найденная по указанному выше условию нижняя граница сжимаемой толщи находится в слое грунта с модулем деформации E £ 5 МПа или такой слой залегает непосредственно ниже глубины z = H_c, нижняя граница сжимаемой толщи определяется исходя из условия s _zp = 0,1×s _zg.

Определение нижней границы сжимаемой толщи основания удобно выполнять графически в точки пересечения эпюр напряжений s _zp и 0,2×s _zg или 0,1×s _zg (рис. 5.5).

Значения напряжений σ _zg откладывают влево от вертикальной центральной оси фундамента. Значения вспомогательной эпюры напряжений от собственного веса грунта составляющих 20% или 10% от величины σ _zg откладывают вправо от той же оси.

Дополнительные вертикальные напряжения σ _zp определяют на границах элементарных слоев. Их откладывают вправо от вертикальной центральной оси фундамента. При этом построение эпюр σ _zg и 0,2σ _zg начинается от расчетной поверхности грунта, а эпюрыs _zg – от подошвы условного фундамента. Все вычисления заносят в табл. 5.13.

Табличная форма для расчета дополнительных вертикальных
напряжений

Грунт	z, м	z = 2z/b	a	σ _zp, МПа	E, мПа
1	2	3	4	5	6

Рис. 5.5. Схема к расчету осадки методом послойного суммирования:

NL – отметка поверхности природного рельефа; FL – отметка подошвы фундамента; WL – уровень подземных вод; В.С – нижняя граница сжимаемой толщи; d – глубина заложения условного фундамента; b – ширина фундамента; р – среднее давление под подошвой фундамента; s _zg – вертикальное напряжение от собственного веса грунта на глубине z от подошвы фундамента; s _zp – дополнительное вертикальное напряжение от внешней нагрузки на глубине z от подошвы фундамента и на уровне подошвы; Н_с – глубина сжимаемой толщи; h₁, h₂,… h_i – высота элементарных слоев грунта

Пример 5.2. Расчет осадки свайного фундамента по II группе предельных состояний

В соответствии с условиями примера 5.1 определим осадку свайного фундамента, как условного фундамента мелкого заложения. Дополнительные характеристики грунтов, необходимые для расчета приведены в табл. 5.14.

Физико-механические характеристики грунта к примеру 5.1

Наименование грунта	1-й слой – песок средней крупности	2-й слой – суглинок	3-й слой – глина
Удельный вес грунта g _II, кН/м 3	17,248	18,816	18,552
Удельный вес твердых частиц грунта g _s, кН/м 3	26,166	26,950	26,656
Удельный вес грунта с учетом взвешивающего действия воды g _sb, кН/м 3	−	−	4,6495
Модуль деформации грунта E, МПа	26,40	15,63	20,75

Сжимаемую толщу разбиваем на слои толщиной не более 0,4×b_с = 0,4×6,512 = 2,6 м. Принимаем h_i = 2,5 м.

Величина осадки фундамента определяется по формуле

где b = 0,8;

s_zg,o = g×d_f = 12,91×19,3 = 249,2 кПа – определяется с учетом взвешивающего действия воды;

p_o = p – s_zg,o = 568 – 249,2 = 318,8 кПа;

p = 568 кПа – среднее давление по подошве фундамента, определяемое от действия нормативных нагрузок.

Вертикальное напряжение от собственного веса грунта s _zg, кПа на границе слоя, расположенного на глубине z _i от подошвы условного фундамента, определяется по формуле

Нижняя граница сжимаемой толщи основания принимается равной на глубине z = H_c, где выполняется условие: s_zp = 0,1×s_zg.

Результаты расчета приведены в табл. 5.15.

Итого, осадка свайного фундамента составляет:

S = 0,8×2,5×(300,3 + 241,7 + 170,9 + 119,8 + 86,1 + 63,9 + 48,8 + 38,2)/20,75 =

= 10,31×10 -2 м = 10,31 см,

что меньше предельно допустимой осадки S_max = 12 см.

Результаты расчета к примеру 5.2

z_i	z = 2×z_i/b	a _i	s _zg,i, кПа	s _zg,i,ср, кПа	s _zp,i, кПа	s _zp,i,ср, кПа	h_i, м	E_i, МПа
1	2	3	4	5	6	7	8	9
0,00	0,000	1,000	249,2	318,80
255,00	300,30	2,50	20,75
2,50	0,768	0,8840	260,82	281,80

Продолжение табл. 5.15

1	2	3	4	5	6	7	8	9
266,63	241,70	2,50	20,75
5,00	1,536	0,6323	272,44	201,60
278,25	170,90	2,50	20,75
7,50	2,303	0,4399	284,06	140,20
289,87	119,80	2,50	20,75
10,00	3,071	0,3117	295,68	99,40
301,49	86,10	2,50	20,75
12,50	3,839	0,2285	307,3	72,80
313,11	63,90	2,50	20,75
15,00	4,607	0,1726	218,92	55,00
324,73	48,80	2,50	20,75
17,50	5,375	0,1336	330,54	42,60
336,35	38,20	2,50	20,75
20,00	6,143	0,1061	342,16	33,80

Литература

1. СП 35.13330.2011. Мосты и трубы. Актуализированная редакция СНиП 2.05.03-84*. - М.: ОАО «ЦПП», 2011. – 341 с.

2. СП 24.13330.2011 Свайные фундаменты. Актуализированная редакция СНиП 2.02.03-85. - М.: ОАО «ЦПП», 2011. – 86 с.

3. Глотов Н. М. Основания и фундаменты мостов: справочник / Н.М. Глотов; Н.М. Глотов, Г.П. Соловьев. – М.: Транспорт, 1990. – 240 с.

4. Б.И. Долматов. Основания и фундаменты. М.: АСВ, 2002 г.

5. Механика грунтов, основания и фундаменты: учеб. пособие / И.И. Бахарев, В.И. Бахарев, Н.П. Грачева. – Хабаровск: ДВГУПС, 2008. – 93 с.

Среднее давление на грунт под подошвой фундамента

φ_I_I_,_i – расчетные значения углов внутреннего трения отдельных слоев грунта для предельных состояний II группы.

Вертикальное напряжение от собственного веса грунта на уровне подошвы условного фундамента

где γ_II – расчетный удельный вес грунта для предельных состояний II группы выше подошвы условного фундамента, кН/м 3 (с учетом взвешивающего действия воды).

Дополнительное к природному вертикальное давление на основание определяется по формуле;

Для условных фундаментов шириной более 10 м принимается p = p₀.

Вертикальное напряжение от собственного веса грунта s_zg, кПа на границе слоя, расположенного на глубине z_i от подошвы условного фундамента, определяется по формуле:

где g_{II i} и h_i – удельный вес отдельных однородных слоев грунта с учетом взвешивающего действия или дополнительного давления воды, кН/м 3 ;

h_i – толщина i-го слоя грунта, м.

где γ_s, γ_w – удельный вес частиц грунта и воды соответственно, γ_w=10 кН/м 3 ;

е – коэффициент пористости.

К вертикальному напряжению от собственного веса грунта σ_zg на кровлю водоупора добавляется гидростатическое давление P_гидр столба воды, определяемое по формуле:

где h_w – высота столба воды, м.

где a – коэффициент, принимаемый по табл. 5 приложения 5 в зависимости от формы подошвы фундамента, соотношения сторон прямоугольного фундамента и относительной глубины, равной: x = 2z/b_c.

где β – безразмерный коэффициент, равный 0,8;

h_i и Е_i – соответственно толщина и модуль деформации i-го слоя грунта;

n – число слоев, на которые разбита сжимаемая толща основания.

Верхней границей сжимаемой толщи основания является плоскость подошвы условного фундамента.

Нижняя граница сжимаемой толщи основания принимается равной глубине z = H_c, где выполняется условие: s_zp = 0,2×s_zg, где s_zp – дополнительные вертикальные напряжения на глубине z = H_c по вертикали, проходящей через центр подошвы фундамента; s_zg – вертикальные напряжения от собственного веса грунта на глубине z = H_c по вертикали, проходящей через центр подошвы фундамента.

Определение нижней границы сжимаемой толщи основания удобно выполнять графически в точки пересечения эпюр напряжений s_zp и 0,2×s_zg или 0,1×s_zg (рис. 5.5).

Значения напряжений σ_zg откладывают влево от вертикальной центральной оси фундамента. Значения вспомогательной эпюры напряжений от собственного веса грунта составляющих 20% или 10% от величины σ_zg откладывают вправо от той же оси.

Дополнительные вертикальные напряжения σ_zp определяют на границах элементарных слоев. Их откладывают вправо от вертикальной центральной оси фундамента. При этом построение эпюр σ_zg и 0,2σ_zg начинается от расчетной поверхности грунта, а эпюрыs_zg – от подошвы условного фундамента. Все вычисления заносят в табл. 5.3.

Табличная форма для расчета дополнительных вертикальных
напряжений

Грунт

z, м

z = 2z/b

σ_zp, МПа

E, мПа

Рис. 5.5. Схема к расчету осадки методом послойного суммирования:

NL – отметка поверхности природного рельефа; FL – отметка подошвы фундамента; WL – уровень подземных вод; В.С – нижняя граница сжимаемой толщи; d – глубина заложения условного фундамента; b – ширина фундамента; р – среднее давление под подошвой фундамента; s_zg – вертикальное напряжение от собственного веса грунта на глубине z от подошвы фундамента; s_zp – дополнительное вертикальное напряжение от внешней нагрузки на глубине z от подошвы фундамента и на уровне подошвы; Н_с – глубина сжимаемой толщи; h₁, h₂,… h_i – высота элементарных слоев грунта

Расчёт свайных фундаментов и их оснований производится по двум группам предельных состояний:

1) по первой группе предельных состояний определяют несущую способность сваи по грунту, прочность материала свай и ростверков, по несущей способности оснований свайных фундаментов, если на них передаются значительные горизонтальные нагрузки или если основания ограничены откосами или сложены крутопадающими слоями грунта. Расчёт ведётся на основные и особые сочетания расчётных нагрузок с использованием расчётных характеристик материалов и грунтов;

2) по второй группе предельных состояний рассчитываются осадки оснований фундаментов, горизонтальные перемещения свай и свайных фундаментов, образование или раскрытие трещин в элементах железобетонных конструкций. Расчет по деформациям необходимо выполнять на основные сочетания нагрузок.

5.1 Определение несущей способности свай

После определения и подбора длины сваи рассчитывается несущая способность свай. Несущая способность F_d, кН, висячей забивной сваи и сваи-оболочки, погружённой без выемок грунта, работающих на сжимающую нагрузку, следует определять как сумму расчётных сопротивлений грунтов основания под нижним концом сваи и на её боковой поверхности

где g_c – коэффициент условия работы сваи в грунте, принимаемый g_c =1, а для грунтов Ι типа по просадочности и для биогенных грунтов g_c = 0,8;

g_cr_, g_cf - коэффициенты условий работы грунта соответственно под нижним концом и на боковой поверхности сваи, учитывающие влияние способа погружения сваи на расчётные сопротивления;

R – расчётное сопротивление грунта под нижним концом сваи, кН;

А – площадь опирания на грунт свай, м 2 , принимаемая по площади поперечного сечения сваи брутто;

U_i – усредненный периметр поперечного сечения сваи в i-м слое грунта, м;

h_i – толщина i –го слоя грунта, соприкасающегося с боковой поверхностью сваи, м;

R_fi – расчётное сопротивление (прочность) i – го слоя грунта основания на боковой поверхности сваи, кПа.

Одиночную сваю в составе фундамента по несущей способности грунтов основания следует рассчитывать исходя из условия

N ≤ = P_св, (5.2)

где N - расчётная нагрузка, передаваемая на сваю (наиболее невыгодное сочетание), кН;

= P_св – расчётная нагрузка, допускаемая на сваю, кН;

g_к – коэффициент надёжности, равный 1,4 – для фундаментов опор мостов при низком ростверке, сваях или сваях-стойках; при высоком ростверке – только при сваях-стойках, воспринимающих сжимающую нагрузку, независимо от числа свай, если несущая способность сваи определена расчетом.

5.2 Определение количества свай и размещение их в ростверке

Проектирование свайных фундаментов ведется по расчетным нагрузкам с учетом различных сочетаний. Все нагрузки каждого сочетания следует привести к уровню подошвы ростверка, учитывая при этом его вес.

После приведения нагрузок к уровню подошвы ростверка, необходимое, ориентировочное количество свай n определяют по формуле

n = k∙ , (5.3)

где k – корректирующий коэффициент, учитывающий влияние изгибающего момента, принимается k=1,1…1,4;

N – максимальное нормальное усилие в уровне подошвы ростверка, кН;

G_p – вес ростверка (предварительно определённый), кН.

Сваи можно размещать в рядовом (рисунок 5.1,а) или шахматном порядке (рисунок 5.1,б).

а – рядовой порядок

б – шахматный порядок

Рисунок 5.1 - Размещение свай

Расстояние между осями забивных висячих свай в уровне острия должно быть определено из условия a ≥ 3d (d – диаметр круглого или сторона квадратного сечения сваи). Расстояние от грани ростверка до грани сваи или сваи-оболочки должно быть не менее 25 см. В результате размещения свай по ро-

стверку может быть уточнено количество свай и размеры в плане (обычно в сторону увеличения).

Определить несущую способность и количество свай, разместить их в

ростверке при следующих исходных данных: N 0 = 36747,68 кН – максимальная нагрузка на подошве фундамента. Используя схему разбивки слоёв грунта h_i, приведенную на рисунке 5.2, определим несущую способность висячих свай, погружённых забивкой молотами в третий и четвёртый слои.

Рисунок 5.2 – К определению несущей способности свай

Для первого случая при ℓ_св = 4м:

При ℓ₁ = 5,4м; R = 2208кПа; g_cr=g_c_f =1; U =4∙0,3=1,2м; А = 0,3∙0,3 = 0,09м 2 ;

F_d = 1(1∙2208∙0,09 + 1,2∙1∙75,31) = 1∙(198,72 + 90,37) = 289,09кН.

Свайный фундамент состоит из свай и ростверка. Применяют их при слабых грунтах или вследствие технико-экономических преимуществ.

Свая – стержень, погруженный в готовом виде в грунт или изготовленный непосредственно в скважине в грунтовом массиве.

Ростверком называется балка или плита, объединяющая группу свай в единый фундамент. Расчет свайных фундаментов производится по двум группам предельных состояний:

─ по первой группе – расчет несущей способности сваи и проверка прочности свай и ростверков;

─ по второй группе – расчет по деформациям свайных фундаментов.

Тип свай, их длина, размер поперечного сечения назначаются исходя из конкретных инженерно-геологических условий строительной площадки.

При назначении глубины заложения подошвы свайного фундамента необходимо учитывать вид и состояние грунтов строительной площадки, положение уровня грунтовых вод, конструктивные особенности сооружения.

Глубина заложения свайного ростверка в непучинистых грунтах назначается независимо от глубины промерзания (не менее 0,5 м от поверхности планировки), в пучинистых грунтах – ниже расчетной глубины промерзания не менее чем на 0,25м.

В промышленных и гражданских зданиях обрез ростверка принимается на 15….20 см ниже уровня отметки пола. Толщина ростверка должна быть не менее 40 см. Окончательная его толщина определяется проверочным расчетом на изгиб или на продавливание головами свай. Величина заделки головы железобетонной сваи в ростверке составляет:

а) при отсутствии горизонтальных нагрузок на фундамент – не менее 5…10 см. При этом заделка выпусков арматуры в ростверк необязательна;

б) при наличии горизонтальных нагрузок на фундамент – не менее поперечного сечения сваи или на 5…10 см с обязательным выпуском в ростверк арматуры периодического профиля на длину 25 ее диаметров.

В работе примем сечение сваи 30 х 30 см. Длина сваи определяется глубиной залегания слоя грунта и отметкой заложения подошвы ростверка. Рабочую длину сваи примем ℓр = 6 м. Нижний конец сваи рекомендуется заглублять в несущий слой грунта на 1 – 1,5 м.

3.2. Определение расчетного сопротивления сваи, количества свай и расчет условия соответствия фактической нагрузки на сваю с расчетным сопротивлением сваи.

Расчетное сопротивление сваи (допустимая нагрузка на сваю) определяется по прочности материала и прочности грунта. Для дальнейших расчетов принимается меньшее полученное, как правило, значение. Расчета висячих свай по материалу не требуется, т.к. его результат обычно больше, чем по грунту. Расчетное сопротивление висячей сваи по грунту определяем по формуле:

где gс – коэффициент условий работы сваи, gс = 1;

gк – коэффициент надежности по грунту, gк = 1,4;

R= 1143,8 кПа – расчетное сопротивление грунта под нижним концом сваи,(табл.6)

А= 0,09 м² – площадь поперечного сечения сваи;

U = 1,2 м – наружный периметр сваи;

h_i - толщина i-того слоя грунта, соприкасающегося с боковой поверхностью сваи, h_i = 2м (толщину грунта, прорезаемую сваей, разбиваем на слои толщиной по 2 м);

ƒi – расчетное сопротивление i –го слоя грунта основания по боковой поверхности сваи, кПа. (табл.7)

Определим среднюю глубину заложения слоя Zi :

Z1 =3,5м и ƒ1 = 15кПа;

Z2 = 5,5 м и ƒ2 = 17,5кПа;

Z3 = 6,95 м и ƒ3 = 18,35кПа;

Z 4 =7,75м и ƒ4 =18,5кПа;

gсR , gсƒ – коэффициенты условий работы под нижним концом и по боковой поверхности сваи, зависящие от способа погружения свай (для свай, погружаемых забивкой gсR = gсƒ = 1).

Глубина погружения: 1,5 + 6 + 0,25 = 7,75м. Для такой глубины погружения, с помощью метода интерполяции, принимаем расчётное сопротивление грунта под нижним концом сваи равным R = 1143,8кПа (по табл. 6).

В качестве примера на рис.4 дана схема для определения расчетного сопротивления сваи.

Рис.4 Расчетная схема ( значения даны в сантиметрах).

Таблица 6. Расчетные сопротивления R

Примечания: 1. в случаях, когда значения R указаны дробью, числитель относится к пескам, знаменатель – к пылевато-глинистым грунтам.

2. Для плотных песков значения R увеличиваются на 60%, но не более, чем до R = 20 МПа.

Результаты интерполяции запишем в таблицу 6.1:

при I L = 0,5	I L = 0,6	Zо = 7,75
Zо = 7 R = 1400 Zо = 7,75 R = 1425 Zо = 10 R = 1500	Zо = 7 R = 850 Zо = 7,75 R = 862,5 Zо = 10 R = 900	I L = 0,5 R = 1425 I L = 0,55 R = 1143,8 I L = 0,6 R = 862,5

Острие сваи заводят в несущий слой. Слои грунта, прорезаемые сваей, делят на полоски толщиной не более 2м. по табл. 7 определим ƒi в зависимости от величины Zi и характеристик грунтов.

Таблица 7. Расчетные сопротивления ƒ

Расчет производим методом интерполяции и результаты запишем в таблицу 7.1

Zо , м	ƒi при I L = 0,55	Zо , м	ƒi при I L = 0,55
20,5 21,5 22,5	3,5 5,5 6,95 7,75	22,4

Полученные значения подставим в формулу и вычислим сопротивление сваи

F = 1 / 1,4 [1 х 1143,8 х 0,09 + 1,2 (1 х 18 х 2 + 1 х 21 х 2 + 1 х 22 х 1,45 + 1 х 22,4 х 0,8)] = 1/1,4 [102,9+1,2(36+42+31,9+17,9)]= 1/1,4 [102,9+1,2х127,8] = 183 кН

Определяем количество свай по формуле

- коэффициент надежности, равный 1,4;

- коэффициент надежности по нагрузке, равный 1;

- осредненное значение удельного веса грунта и ростверка, принимаемое ;

a - шаг свай; a =3d = 3 х 0,3 = 0,9;

- наименьшая несущая способность сваи.

n = (1,4 х 460) /(183 – 1 х 0,9² х 1,5 х 20)= 644 / 158,7 = 4 сваи

Рассчитаем фактическую нагрузку на сваю по формуле

Nф = Nn / n + Mn /W.

где n – количество свай в фундаменте;

W = ( b2² L) / 6 = 0,86

Nф = 460 / 4 + 28 / 0,86 = 115+32,6 = 147,6кН

3.3. Расчет свайного фундамента как условно массивного

Производим размещение свай в ростверке. Cваи располагаем в два ряда (рис.5). При определении размеров ростверка расстояние от оси крайнего ряда до края плиты примем равным не менее :

0,7d = 0,7 х 0,3 = 0,21м + 0,055м = 0,265м.

Минимальные расстояния между осями свай должны быть не менее:

3d = 3 х 0,3 = 0,9м,

где d – поперечный размер сваи. Определяем размеры ростверка : 1,73м х 1,73м х 0,5 м .

Рис. 5. Расположение свай в ростверке (размеры в см)

При расчете осадок свайный фундамент принимаем условно как массивный с подошвой, расположенной на уровне концов свай. Перед определением осадки проверяем прочность основания фундамента в уровне острия сваи. Положение граней 1,2 и 3,4 условного массивного фундамента определяем, используя средневзвешенное значение расчетного угла внутреннего трения j ср.

где j1, j2, …..jn – расчетные значения углов внутреннего трения грунта в пределах соответствующих участков сваи h1, h2…… hn;

α = j ср / 4 = 20 /4 = 5°

b´ = ℓраб tg α = 6,25 х tg 5° = 6,25 х 0,087 = 0,544м

Определим ширину by, длину ℓy и площадь Аy условного фундамента.

by = 2b´ + bl = 2 х 0,544 + 1,73 = 2,82м = ℓy

Расчетом проверим условие РII = ΣN II / Ay ≤ R,

где ΣN II - сумма расчетных нагрузок (по деформациям) в плоскости подошвы фундамента,кН;

Ay – площадь подошвы условного массива,м; Ay = 2,82 х 2,82 = 7,95 м²

R – расчетное сопротивление грунта основания условного фундамента в уровне острия сваи, кПа при dl=zо; b=by;

ΣN II = NoII + NфII + NyII ,

где NoII - нормативная нагрузка = 460 кН;

NфII = Vр х g cp = 1,75 х 20 = 35 кН;

Vр=1,73 х 1,73 х 0,5 + 1 х 0,5 х 0,5=1,5 + 0,25=1,75м³

NyII – вес условного фундамента в объеме свайно-грунтового массива

NyII =g ср х Zо +Ау = 19,6 х 7,75 + 7,95 = 159,85кН

ΣN II = 460 + 35 + 159,85 = 654,85кН

Среднее давление по подошве условного фундамента :

РII =ΣN II / Ay ≤ R= 654.85 / 7.95 = 82.37

R = 1,1 х 1,0 х [ 0,51 x 1 х 2.82 х 19,6 + 3,06 х 1,5 х 19,6 + ( 3,06 – 1 ) х 19,6 + 5,66 х 28] = 1,1 х 1,0 х [28,2+90+40,4+158,5] = 317,1 кПа

РII =ΣN II / Ay ≤ R,

Расчет осадки кустового свайного фундамента как условно массивного производится так же, как фундамента мелкого заложения.

Расчет осадки свайного фундамента методом послойного суммирования деформаций:

Расчет свайных фундаментов

Общие положения. Расчет свайных фундаментов и их оснований выполняют по двум группам предельных состояний.

По первой группе предельных состояний расчет производят из условия обеспечения несущей способности ростверка, свай и грунта свайных фундаментов. Несущую способность грунта свайного фундамента проверяют по формуле (10.2). Если в фундаменте имеется несколько свай, то учитывают их количество.

По второй группе предельных состояний расчет выполняют только для фундаментов из висячих свай и свай-оболочек по условию (4.6), ограничивающему развитие значительных деформаций. Свайные фундаменты, состоящие из свай-стоек, одиночные висячие сваи, доспринимающие вне кустов вдавливающие или выдергивающие нагрузки, а также свайные кусты, работающие на выдергивающие нагрузки, рассчитывать по деформациям не требуется.

Рис. 10.5. Схемы передачи давления на грунт основания за счет сопротивления грунта по боковой поверхности и под нижним концом сваи

Последовательно суммируясь по высоте висячей сваи, силы трения вместе с усилием, возникающим под нижним концом сваи, передаются на грунты основания, находящиеся ниже плоскости, проходящей через ее острие. В расчетной схеме принимается, что вокруг сваи образуется напряженный массив грунта, ограниченный по боковой поверхности усеченным конусом или пирамидой в зависимости от формы поперечного сечения сваи, а под нижним концом сваи — выпуклой криволинейной поверхностью (рис. Ю.5, с).

При расположении свай трения в кусте эпюры реактивных давлений в плоскости нижних концов свай пересекаются (рис. 10.5, б) и вследствие большего загружения грунта происходит большая осадка свайного куста по сравнению с осадкой одиночной сваи.

Если деформативность сваи в кусте возрастает по сравнению с Деформативностью одиночной сваи, что отрицательно сказывается на работе свайного фундамента, то несущая способность сваи в кусте будет выше, чем несущая способность одиночной сваи, Что оказывает положительное влияние на эксплуатацию свайного фундамента. Последний факт объясняется увеличением сил трения по боковой поверхности свай, происходящим за счет уплотнения грунта вследствие забивки соседних свай, а также ограничения значительного развития зон пластических деформаций под нижним острием свай вследствие возникновения напряженного состояния от загружения соседних свай.

Проектирование свайных фундаментов включает в себя решение следующих вопросов: выбор глубины заложения ростверка, типа; и конструкции свай; определение несущей способности свай, назначение требуемого количества свай в фундаменте; конструирование фундамента; расчет ростверка; определение усилий, действующих на наиболее нагруженные сваи, и их сравнение с предельно до-1 пустимыми по грунту и материалу; расчет деформаций фундаментов и их сравнение с предельно допустимыми.

При проработке этих вопросов, исходя из наиболее экономичного и рационального решения, которое может быть получено на основе вариантного и оптимального проектирования с применением ЭВМ.

Глубину заложения подошвы ростверка назначают в соответствии с конструктивными и эксплуатационными особенностями зданий и сооружений и климатическими условиями района строительства. Как правило, подошву ростверка закладывают на глубине большей, чем глубина подвалов, приямков и коммуникаций, а также ниже глубины сезонного промерзания в пучинистоопасных грунтах. В некоторых случаях ростверк располагают в пределах зоны пучения, при этом между ростверком и грунтом создают воздушный зазор, исключая тем самым воздействие нормальных сил морозного пучения на подошву ростверка. Однако в данном случае следует учитывать касательные силы морозного пучения, действующие на ростверк и сваи. Для получения наиболее экономичного решения подошву ростверка необходимо располагать как можно выше, сводя к минимуму объем земляных работ.

Тип и конструкцию свай назначают, исходя из особенностей инженерно-геологических данных грунтов основания на строительной площадке, а также применяемого оборудования при устройстве фундаментов. В условиях современного строительства наиболее целесообразное решение удается получить при использовании забивных свай. Однако в некоторых случаях при необходимости применения свай повышенной несущей способности устраивают фундаменты из набивных свай, в том числе и с уширенной пятой.

Требуемое количество свай в фундаменте определяют на основании результатов расчета на центральное или внецентренное действие внешней нагрузки после предварительной оценки несущей способности одиночной сваи.

Определив необходимое количество свай в фундаменте, назначают его конструкцию, размещая сваи рядами или в шахматном порядке, при этом расстояние между сваями принимают равным d, где d — диаметр круглой или сторона квадратной сваи, разместив сваи, конструируют ростверк, который обычно выполняют из монолитного или сборного железобетона. Ростверк рассчитывают на продавливание сваями и опирающимися конструкциями здания (колоннами, стенками и т. д.) в соответствии с требованиями норм проектирования железобетонных конструкций, а также производят расчет ростверка на изгиб.

Высоту ростверка и его армирование назначают на основании результатов расчета, при этом по конструктивным соображениям его высота должна быть равна Ао+0,25 м, но не менее 0,3 м (Л0 — высота заделки сваи в ростверке).

Соединение свай с ростверком может быть свободным или жестким. Свободное закрепление сваи применяют, если сваи работают в основном на сжатие, когда же они воспринимают значительные горизонтальные или выдергивающие нагрузки, используют жесткое закрепление головы сваи в ростверке. При свободном соединении сваи заделывают в ростверк на высоту 5… 10 см, при жестком — верхняя часть головы сваи разбивается и обнаженная арматура замоноличивается в ростверк, при этом целая часть головы сваи заделывается в ростверк также на глубину 5…10 см. Жесткое соединение иногда получают за счет замоноличивания целой головы сваи в ростверк на необходимую глубину.

Расстояние от оси крайнего ряда свай до края ростверка чаще всего принимают равным размеру поперечного сечения сваи. При жестком соединении это расстояние дополнительно уточняется по результатам расчета заделки свай.

По завершении конструирования производят расчет свайного фундамента, в частности уточняют усилия, действующие на сваи, и рассчитывают деформации. При необходимости в конструкцию фундамента вносят необходимые корректировки относительно количества свай, изменения конструкции ростверка и расчет повторяют.

Расчет центрально нагруженных свайных фундаментов. После назначения глубины заложения подошвы ростверка свайного фундамента, в котором равнодействующая внешних нагрузок проходит через его центр тяжести, расчет начинают с выбора типа свай, для которой с помощью формул (10.1), (10.3) и (10.6) определяют несущую способность по грунту или материалу в зависимости от особенностей напластования грунтов на строительной площадке, материала и конструкции сваи. В качестве расчетного принимают наименьшее значение несущей способности.

Число свай в фундаменте определяют, исходя из предположения, что ростверк обеспечивает равномерную передачу нагрузки на все сваи, расположенные в кусте или свайном ряду.

Фундамент считается правильно рассчитанным, если удовлетворяется условие (10.2), характеризующее несущую способность из основного условия первой группы предельных состояний. Если это условие не выполняется, то необходимо выбрать другой тип сваи, имеющий более высокую несущую способность, и повторить расчет.

Для свайных фундаментов из висячих сваи необходимо еще и выполнение основного требования расчета по второй группе предельных состояний (по деформациям), для фундаментов из свай стоек этот вид расчета не требуется.

Расчет осадки свайного фундамента из висячих свай производят как для условного фундамента на естественном основании, контур которого ограничен размерами ростверка, свай и некоторым объемом грунта в межсвайном пространстве (рис. 10.6, а).

В расчетной схеме принимается, что нагрузка на грунт передается по подошве условного фундамента и воспринимается слоем грунта, расположенным ниже плоскости острия свай. Реактивные напряжения по подошве условного фундамента считаются равномерно распределенными.

Размеры условного фундамента определяют следующим образом.

Рис. 10.6. Схемы условных фундаментов для расчета по второй группе предельных состояний

Расчетное сопротивление грунта основания, входящее в выражение (10.38), определяют по формуле (4.10) в соответствии с требованиями второй группы предельных состояний для условного фундамента, показанного на рис. 10.6.

Расчет выецентреыно нагруженных свайных фундаментов. Внецен-тренно нагруженным считают свайный фундамент, в котором точка приложения равнодействующей внешних нагрузок не совпадает с Центром тяжести поперечных сечений свай в кусте.

При небольших эксцентриситетах, когда краевые напряжения в уровне подошвы ростверка подчиняются соотношению «r^^ 0;p^R:
если условия выполняются, то переход к п. 24;
если нет, то увеличение количества свай и переход к п. 13.
29. Вычисление крена свайного фундамента по формуле (6.22).
30. Проверка условия /

Читайте также: