РАЗДЕЛ III: Расчет свайного фундамента.

3.1. Выбор длины, сечения свай, глубины заложения и толщины плиты свайного ростверка.

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:

Таблица 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

Таблица 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

147,6кН < 183кН. Условие выполняется. Расчетная вертикальная нагрузка, действующая на сваю, не превышает несущей способности сваи.

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

Рассчитаем R.

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,

РII = 82,37 <R = 317,1

Условие выполняется.

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

Расчет осадки свайного фундамента методом послойного суммирования деформаций:

P_II= 82.37 кПа – фактическое среднее давление;

- природное давление в уровне подошвы;

- дополнительное давление;

h₁=0,4b_y= - толщина элементарных слоев.

Соотношение сторон подошвы

номер элементарного слоя, i	глубина z, м от подошвы фундамента	толщина элементар- ного слоя h, м	коэффициент ξ= 2z/b	коэффициент α	дополнительное давление p на глубене z, МПа	среднее дополнительное напряжение в слое szpi, МПа	модуль деформации Е, МПа	осадка слоя Si, м
	0,00	0,00	0,00	1,000	0,1047
		1,13				0,094		0,003
	1,13		0,80	0,800	0,084
		1,13				0,066		0,002
	2,26		1,60	0,449	0,047
		0,56				0,041		0,001
	2,82		2,00	0,336	0,035
							S =Σ	0,006 м

S=0,6 см < S_U = 8 см - условие выполняется.

Строим эпюру по полученным данным szp и szg (рис.5)

Рис. 5 Расчетная схема и эпюра напряжений

Заключение

Выполнение курсовой работы позволило систематизировать знания, полученные в ходе изучения учебного материала, курса лекций, а также самостоятельной работы. Были получены навыки расчета наиболее широко применяемых в массовом строительстве фундаментов – ленточного и свайного с ростверком.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Берлинов, М.В. Расчет оснований и фундаментов [Текст]: учеб. Для ср. спец. Учеб. Заведений / М.В. Берлинов, Б.А. Ягупов. - М.: Стройиздат, 2000.

2. Далматов, Б.И. Проектирование фундаментов зданий и подземных сооружений [Текст]: учеб. Пособие / Под редакцией Б.И. Далматова. - М.: Изд-во АСВ, 2001.

3. СНиП 2.01.07-85*. Нагрузки и воздействия. - М.: Госстрой России, 2004.

4. СНиП 2.02.01-83. Основания зданий и сооружений. - М.: Госстрой России, 2004.

5. СНиП 2.02.03-85. Свайные фундаменты. - М.: Минстрой России, 1995.

6. Руководство по проектированию свайных фундаментов / НИИОСП им. Н.М. Герсеванова Госстроя СССР. - М.: Стройиздат, 1980.

Дата добавления: 2015-08-03