Внецентренно нагруженные фундаменты

Давление на грунт по подошве внецентренно нагруженного фундамента принимается изменяющимся по линейному закону, а его краевые значения определяются по формулам внецентренного сжатия.

Учитывая, что ,

Приходим к более удобному для расчета виду:

, где

N_II – суммарная вертикальная нагрузка, включая G_f и G_g;

e – эксцентриситет равнодействующей относительно центра тяжести подошвы;

b – размер подошвы фундамента в плоскости действия момента.

Двузначную эпюру стараются не допускать, т.к. в этом случае образуется отрыв фундамента от грунта.

Давление принимаем на 20% больше расчетного сопротивления грунта, т.е.

, но

В тех случаях, когда точка приложения равнодействующей внешних сил смещена относительно обеих осей фундамента (рис 10.14), давление под ее угловыми точками находят по формуле:

проверяют условия

;

Деформационный шов представляет собой зазор между двумя и более сопрягаемыми элементами конструкции. На величину деформаций влияет длина сопрягаемых элементов или расстояние между деформационными швами. Для уменьшения влияний деформации и предотвращения повреждений конструкции специально расчленяют на отдельные участки, разделенные деформационными швами. При определении величины зазора деформационного шва желательно придерживаться схемы, что он должен в 4 раза превышать прогнозируемую деформацию.

Вопрос №7. Особенности расчета фундаментов стен подвальных этажей

Фундаменты и стены подвальных этажей можно возводить из крупных блоков и штучных камней. Минимальная прочность раствора зависит от влажности грунта и состава раствора, а прочность каменных материалов определяется еще морозостойкостью.

Фундаменты применяются преимущественно ленточные, но могут быть столбчатые. При возведении ленточных фундаментов из отдельных блоков для обеспечения связи между отдельными камнями устраивают армированные пояса, в которые укладывают арматурные каркасы. Уширение фундаментов в поперечном направлении производится уступами. Минимальное отношение высоты уступа к его ширине зависит от давления на грунт, марки раствора в кладке фундамента и колеблется от 1: 1,25 до 1:2. Чем больше давление на грунт и ниже марки раствора, тем больше высота уступа. 2. Наружные стены подвальных этажей находятся под воздействием: бокового давления грунта; внецентренно приложенной нагрузки от перекрытия подвального этажа; центрально или внецентренно приложенной нагрузки от вышележащей части стены; нагрузки, находящейся на поверхности земли, которую принимают не менее Р = 10 000 Па.

При расчете стена рассматривается как стойка с двумя неподвижными шарнирными опорами, расположенными на уровне низа подвального перекрытия и низа бетонного пола подвала. Нижняя опора считается шарнирной ввиду малой жесткости заделки по сравнению с жесткостью стен. Если бетонного пола нет, то за расчетную высоту стойки принимается высота подвала до подошвы фундамента. Временную нагрузку Р в расчете можно заменить добавочным эквивалентным слоем грунта. Эпюра бокового давления грунта на 1 м стены подвала представляет собой трапецию с верхней и нижней ординатами. Если рассматриваемый участок стенки будет длиной более 1 м (например, расстояние между осями оконных проемов), то эту величину надо учесть в формулах. Если ось вышележащей стены совпадает с осью стены подвала, то нагрузка от вышележащих этажей считается приближенной центрально, и в расчете учитывается только случайный эксцентриситет е0 =2 см. Если толщина стены подвала меньше толщины стены, расположенной под ней, дополнительно учитывают случайный эксцентриситет е0 = 8 см.Внецентренно приложенная нагрузка создает изгибающий момент. Для проверки прочности стены намечаются сечения: на уровне низа перекрытия над подвалом, а также сечение, где действует наибольший пролетный момент.

Вопрос №8. Особенности расчета и проектирования прерывистых ленточных фундаментов

Ленточные прерывистые сборные фундаменты. Возведение ленточного фундамента из сборных типовых блоков-подушек не всегда является оптимальным решением, так как проектируемая расчетная ширина подошвы фундамента обычно не совпадает с шириной типовых плит-подушек (ФЛ), которые чаще всего шире необходимых размеров. В случае несовпадения расчетной ширины фундамента с шириной типовых блоков устраивают прерывистый фундамент из блоков-подушек ближайшего большого типового размера, укладывая их с промежутками.

Прерывистые фундаменты проектируют с превышением или без превышения нормативного давления основания. Последовательность монтажа прерывистых сборных элементов фундамента выполняют в том же порядке, что и при устройстве сплошных ленточных фундаментов, начиная с установки маячных блоков в углах здания.

Промежутки между блоками-подушками засыпают песком до устройства горизонтальной гидроизоляции.

Рис. 1. Ленточный прерывистый сборно-монолитный фундамент: 1 — блоки-подушки ФЛ; 2 — фундаментные блоки стен ФБС; 3 — монолитный бетон класса В12,5

При устройстве ленточных прерывистых сборно-монолитных фундаментов применяются те же сборные элементы, что и при возведении сборных прерывистых фундаментов. Тип бетонного блока выбирают в зависимости от толщины стены. Сборно-монолитные прерывистые фундаменты выполняют в следующей технологической последовательности. Монтаж начинают с установки маячных блок-подушек в углах здания. После выверки их проектного положения раскладывают рядовые блоки-подушки с интервалами, которые определяют по расчету или принимают по таблице. Угловые блоки-подушки должны быть шире рядовых, так как на них будут опираться блоки двух стен. На рядовые блоки-подушки устанавливают стеновые блоки ФБС, ширина которых может быть 300, 400, 500 и 600 мм в зависимости от промежутка между блоками-подушками. Затем между рядами стеновых блоков закрепляют щиты опалубки и заполняют послойно бетоном класса не менее В12,5 (М150), уплотняя каждый слой вибратором. Для ввода в дом коммуникаций в монолитных участках предусматривают отверстия. При этом перед бетонированием в опалубку устанавливают патрубки или изготовленный из досок короб нужного размера.

Применение фундаментов такой конструкции дает возможность сократить количество блоков-подушек на 20-30%, а стеновых блоков на 50%, уменьшить количество швов и заделок кирпичом или бетоном, но возникает дополнительная работа по устройству опалубки, доставке инертных материалов (песка и щебня), цемента, приготовлению и укладке бетонной смеси, уходу за бетоном и др.

Вопрос №9. Определение размеров подошвы прямоугольных внецентренно нагруженных фундаментов

Внецентренно нагруженные фундаменты это фундаменты, у которых равнодействующая внешних нагрузок (сил) не проходит через центр тяжести его подошвы.

Давление на грунт по подошве внецентренно нагруженного фундамента принимается изменяющимся по линейному закону, а его краевые значения определяются по формулам внецентренного сжатия.

Учитывая, что ,

Приходим к более удобному для расчета виду:

, где

N_II – суммарная вертикальная нагрузка, включая G_f и G_g;

e – эксцентриситет равнодействующей относительно центра тяжести подошвы;

b – размер подошвы фундамента в плоскости действия момента.

Поскольку в случае действия внецентренного нагружения максимальное давление на основание действует только под краем фундамента, при подборе размеров подошвы фундамента давление допускается принимать на 20% больше расчетного сопротивления грунта, т.е.

, но

В тех случаях, когда точка приложения равнодействующей внешних сил смещена относительно обеих осей фундамента (рис 10.14), давление под ее угловыми точками находят по формуле:

Рис. 10.14. внецентренное загружение фундамента относительно двух глвных осей инерции:

а – смещение равнодействующих внешних сил; б – устройство несимметричного фундамента.

Поскольку в этом случае максимальное давление будет только в одной точке подошвы фундамента, допускается, чтобы его значение удовлетворяло условию:

, но при этом проверяются условия:

; - на наиболее нагруженной части.

Вопрос №10. Расчет и конструирование тела фундамента на естественном основании. Проектирование жестких фундаментов

Применяемые в строительстве железобетонные фундаменты могут быть представлены следующими типами: монолитные с применением многооборачиваемой инвентарной опалубки; сборные железобетонные из одного блока; сборно-монолитные.

Следует различать две схемы расчета на продавливание в зависимости от вида сопряжения фундамента с колонной:
1-я — при монолитном сопряжении колонны с фундаментом или подколонника с плитной частью фундамента при высоте подколонника h_cf і= 0,5 (l_cf - l_c), а также при стаканном сопряжении сборной колонны с высоким фундаментом. В этом случае продавливание плитной части рассматривается от низа монолитной колонны или подколонника на действие продольной силы N и изгибающего момента М;
2-я — при стаканном сопряжении сборной колонны с низким фундаментом — при высоте подколонника, удовлетворяющей условию h_cf - d_p < 0,5 (l_cf - l_c) (черт. 7). В этом случае фундаменты рассчитываются на продавливание колонной от дна стакана и на раскалывание от действия только продольной силы N_c (п. 2.20).

Lc) Черт. 7. Сопряжение сборной колонны с низким фундаментом при hcf - dp < 0, 5 (lcf - lc) 2.7. Черт. 9. Схема образования пирамиды продавливания в центрально-нагруженных квадратных железобетонных фундаментах Черт. 11. Схема образования пирамиды продавливания во внецентренно нагруженных прямоугольных фундаментах

Сечение рабочей арматуры подошвы фундамента определяется из расчета на изгиб консольного вылета плитной части фундамента на действие отпора грунта под подошвой в сечениях по грани колонны или подколонника и по граням ступеней фундамента.

Черт. 19. Расчетные схемы и сечения при определении арматуры
внецентренно нагруженного фундамента
при действии изгибающего момента в одном направлении

Черт. 21. Расчетная схема стаканной части подколонника

Вопрос №11. Гидроизоляция подземных помещений

Гидроизоляция предназначена для обеспечения водонепроницаемости сооружений, а также защиты от коррозии и разрушения материалов фундаментов при физической или химической агрессивности подземных вод (антикоррозионная гидроизоляция).

1). Простейший случай – защита от капиллярной влаги.

На высоте 15-20 см от верха отмостки по выровненной горизонтальной поверхности стен устраивают непрерывную водонепроницаемую прослойку из 1…2 слоев рулонного материала на битумной мастике (рис.)

Рис. 14.14. Изоляция стен от сырости и капиллярной влаги:

а – стена бесподвального здания; б – стена подвального помещения; 1- цементный раствор или рулонный материал; 2 – обмазка битумом за два раза.

2). Если уровень грунтовых вод находится ниже пола подвала (рис.14.14 б), то для защиты фундаментов применяют изоляцию от сырости.

Для этого с наружной поверхности заглубленных стен осуществляется обмазка горячим битумом за 1…2 раза и прокладываются рулонная изоляция в стене на уровне ниже пола подвала.

3). Если УГВ выше отметки пола подвала, то гидроизоляцию осуществляют в виде сплошной оболочки, защищающей заглубленное помещение снизу и по бокам.

- Вертикальная гидроизоляция наклеивается, как правило, с наружной стороны фундамента, т.к. в этом случае под действием напора подземных вод изоляция просто прижимается к изолируемой поверхности.

Для предохранения изоляции от механических воздействий (например, при обратной засыпки) снаружи ее ограждают защитной стенкой из кирпича, бетона или блоков. Зазор между стенкой и гидроизоляцией заполняют жидким цементным раствором.

- Горизонтальная гидроизоляция наклеивается на выровненную цементной стяжкой поверхности подготовки и защищается сверху цементным или асфальтовым слоем t=3…5см.

4). Защита от коррозии.

- При слабоагрессивных водах делают глиняный замок из хорошо перемятой и плотоноутрамбованной глины по всей высоте защитной стенки и с боков фундаментов (рис. 14.16)

Рис. 14.16. Изоляция фундаментов от агрессивных подземных вод:

1 – глиняный замок из перемятой глины; 2 – обмазка битумом за три раза; 3 – защитная стенка; 4 – рулонная изоляция; 5 – чистый пол; 6 – железобетонное перекрытие; 7 – защитный слой; 8 – цементная стяжка; 9 – щебеночная или гравийная подготовка на битуме.

- При более агрессивных водах до устройства глиняного замка поверхность защитной стенки и фундаментов покрывают за 2 раза битумной мастикой или оклеичной изоляции из битумных рулонных материалов.

Вопрос №12. Особенности расчета фундаментов, несущих значительную горизонтальную нагрузку. Последовательность расчета и проектирования

Вопрос №13. Расчет устойчивости сооружения на сжимаемых и скальных грунтах

Расчеты устойчивости сооружений на скальных основаниях следует выполнять по схеме сдвига по плоским или ломаным расчетным поверхностям. Для бетонных и железобетонных сооружений на скальных основаниях следует также рассматривать схему предельного поворота (опрокидывания) с разрушением основания под низовой гранью сооружения. При этом определяющими являются результаты расчета по той схеме, которая по условию (3) показывает меньшую надежность сооружения (откоса, склона).

Условие (3)

(3)

где F, R – расчетные значения соответственно обобщенных сдвигающих сил и сил предельного сопротивления или моментов сил, стремящихся повернуть (опрокинуть) и удержать сооружение;

– коэффициент сочетания нагрузок, принимаемый: для основного сочетания нагрузок – 1,0; для особого сочетания нагрузок – 0,9; для сочетаний нагрузок в периоды строительства и ремонта – 0,95;

– коэффициент условий работы

– коэффициент надежности по степени ответственности сооружений.

При расчете фундаментов на устойчивость против опрокидывания все внешние силы, действующие на фундамент (включая его собственный вес), приводят к силам Fv, Qr и моменту Мu (рис. 7.7). Момент Ми способствует опрокидыванию фундамента (повороту его вокруг оси О — см. рис. 7.7). Момент Mz, сопротивляющийся опрокидыванию, будет равен Fva, где а — расстояние от точки приложения силы Fv до грани фундамента, относительно которой происходит опрокидывание.
Устойчивость конструкций против опрокидывания следует рассчитывать по формуле
Ми≤(ус/уn)Мz, (7.5)
где Мu и Мz — моменты соответственно опрокидывающих и удерживающих сил относительно оси возможного поворота (опрокидывания) конструкции, проходящей по крайним точкам опирания, кН·м; ус — коэффициент условий работы. Опрокидывающие силы следует принимать с коэффициентом надежности по нагрузке, большим единицы.

Просадки лессовых грунтов возникают при одновременном воздействии двух факторов:

1. нагрузок от сооружений и собственного веса грузовой просадочной толщи, и

2. замачивания при подъеме горизонта подземных вод или за счет внешних источников (атмосферные осадки, промышленые сбросы, утечки и т.д.)

Явление просадки можно наглядно представить на рисунке

Рис. 15.8. Осадка фундамента на лессовом грунте

Рис. 15.9. Зависимость деформаций (а) и относительной просадки (б)лессового грунта от нормального давления

аб – практически прямолинейный участок представляет зависимость осадков от давления под подошвой фундамента

бв – участок соотвецтвующей полной просадке грунта под нагрузкой после замачивания

Плоский сдвиг происх при перемещ-ии фунд/сооруж-я по поверх-ти основания при отсутствии пластических деформаций гр под всей / под частью площади подошвы. Плоский сдвиг возникает в тех случаях, когда силы трения гр по контакту подошвы фундамента с гр < действующих горизонтальных сил. Расчет фундамента на сдвиг по подошве произв-ся из усл-я: где и - суммы проекций на плоскость скольжения соответственно расчетных сдвигающих, определенных с учетом активного и пассивного давлений гр на боковые грани фунд; и - коэфф-т усл-й раб и надежности по назнач-ю.

Если на небольшой глубине от подошвы залегает слой слабого гр, то дополнит. проверяют возможн-ть скольжения сооруж-я по этому гр.

Проверка на сдвиг произв-ся для разл. этапов возвед-я и эксплуатации зд-я.

Проверка на опрокидывание произв-ся отн оси, проходящ ч/з наружн грань подошвы фунд. Явл-ся формальной, т.к. опрокидывание фунд / сооруж-я возм. только при возведении их на жестком (скальном основании). На сжимаемом основании возникает крен фунд и точка вращения перемещ-ся к центру вращения его подошвы.

Вопрос №14. Основы расчета гибких фундаментных плит на упругом основании

При расчете гибких фундаментов совместно с грунтовым осно­ванием применяются:

теория местных упругих деформаций, основанная на гипотезе Винклера-Циммермана;

теория общих упругих деформаций, основанная на гипотезе упругого полупространства.

Теория местных упругих деформаций основана на гипотезе прямой пропорциональности между давлением и местной осадкой:

(1)

где s – упругая осадка грунта в месте приложения давления интенсивностью

p в рассматриваемой точке; k_s коэффициент упругости основания (кН/м³), именуемый «коэффициентом постели».

Из приведенного выражения следует, что осадка поверхности основания возникает только в месте приложения давления p и поэтому модель грунта можно представить в виде совокупности отдельно стоящих пружин (рис.1,а).

В действительности на реальном грунтовом основании пони­жение поверхности наблюдается и за пределами нагруженного участка (рис.1,б), образуя упругую лунку. Кроме того, коэф­фициент постели не учитывает размеров подошвы фундамента и не является постоянной величиной для данного грунта. Как показали исследования, данная гипотеза дает достаточно достоверные резуль­таты для слабых грунтовых оснований.

Рис. 1. Деформация поверхности грунта основания: а – по теории местных упругих деформаций; б – по теории общих упругих деформаций

Теория общих упругих деформаций основана на гипотезе упру­гого полупространства, согласно которой основание работает как сплошная однородная упругая среда, ограниченная сверху плос­костью и, бесконечно простирающаяся вниз и в стороны. Дефор­ма­ционные свойства упругой среды характеризуются вели­чиной модуля деформации, который не зависит от величины нагруз­ки под подошвой фундамента, в отличие от коэффициента постели. При нагружении такого упругого основания деформации имеют место не только в месте приложения нагрузки, но и за ее пределами (рис.1,б), что и наблюдается под реальными фундаментами.

Исходными уравнениями деформаций основания в теории общих упругих деформаций являются:

- для случая плоской деформации – решение Фламана

(2)

- для случая пространственной и осесимметричной деформации – решение Буссинеска

(3)

где s осадка упругой полуплоскости или полупространства; сосредоточенная сила для случая пространственной деформации; p погонная полосовая нагрузка для случая плоской деформации: коэффициент деформируемости полупространства; R, x расстояние до рассматриваемой точки ограничивающей плоскости; D постоянная интегрирования.

Вопрос №15. Статические испытания свай. Определение несущей способности свай по данным статических испытаний. Совместная работа свай в кусте

Метод испытания свай статической нагрузкой позволяет наиболее точно установить предельное сопротивление сваи с учетом всех геологических и гидрогеологических условий строительной площадки

Метод используется либо с целью установления предельного сопротивления сваи, необходимого для последующего расчета фундамента, либо с целью проверки на месте несущей способности сваи, определенной каким-либо другим методом, например, практическим. Проверке подвергаются в среднем до 1% от общего числа погруженных свай, но не менее 2-х. Нагрузка прикладывается ступенями, равными от ожидаемого предельного сопротивления сваи. Каждая ступень выдерживается до условной стабилизации осадки сваи. Осадка считается условно стабилизировавшейся, если ее приращение не превышает 0,1мм за 1 час наблюдения для песчаных грунтов и за 2 часа для глинистых.

По данным испытаний строятся два графика:

Практика показала, что графики испытаний свай делятся на два типа (рис. 1.13 б):

• с характерным резким переломом, после которого осадка непрерывно возрастает без увеличения нагрузки, данная нагрузка в этом случае и принимается за предельную;
• с плавным очертанием без резкого перелома, что затрудняет определение предельной нагрузки. В этом случае за предельную принимается та нагрузка, под воздействием которой испытываемая свая получила осадку S:

,

где ζ – переходной коэффициент, комплексно учитывает ряд факторов:

несоответствие между осадкой одиночной сваи и сваи в кусте,

кратковременность испытания (главный фактор) по сравнению с

длительностью эксплуатации здания и т.п., принимается равным ζ=0,2;

S_u,mt – предельное значение средней осадки фундамента проектируемого здания (по СНиП 2.02.01-83^*).

В итоге расчетная нагрузка на сваю по результатам статических испытаний:

,

где γ_с – коэффициент условий работы;

γ_g – коэффициент надежности по нагрузке;

F_u – частное значение, т.е. нормативное значение.

Совместная работа свай в кусте. Если рассматривать свайный куст из висячих свай, то эпюры вертикальных давлений под нижним концом каждой из свай (при расстоянии между сваями – с) будут накладываться друг на друга (см. схему). В результате максимальное давление под нижним концом данной группы свай может превысить величину давления от одной сваи σ₂>σ₁, возрастёт и площадь передачи давления на основание. При расстоянии между свай с > 3d – это влияние уже практически незначительно.

При расположении свай между осями от 3d до 6d грунт между сваями будет находиться в уплотненном состоянии и включается в работу совместно со сваями (см. схему). Такое расположение свай создаёт практически равномерное давление под их нижним концом и способствует увеличению несущей способности. Однако на практике, в целях сокращения объёмов работ по ростверку, стремятся расположить сваи на минимальном расстоянии, т.е. выбирают с=3d, что рассматривается как оптимальная величина.

Следует подчеркнуть, что такой свайный куст будет получать осадку большую по сравнению с одиночной сваей, при условии равных давлений под остриём.

Вопрос №16. Динамические испытания. Формула Герсеванова. Процессы, протекающие в грунтах при забивке свай. Совместная работа свай в кусте

Динамический метод заключается в определении несущей способности сваи по величине ее отказа на отметке близкой к проектной. В основу метода положено, что работа, совершаемая свободно падающим молотом, GH (где G – вес молота, H – высота падения молота) затрачивается на преодоление сопротивления грунта погружению сваи; на упругие деформации системы «молот-свая-грунт»; на превращение части энергии в тепловую; разрушение головы сваи и т.п., т.е. на неупругие деформации.

В общем виде эта зависимость записывается следующим образом:

– уравнение работ Н.М. Герсевомова,

где G∙H – работа падающего молота;

F_u∙S_a – работа на погружение;

G∙h – работа на упругие деформации;

α∙G∙H – работа на неупругие деформации;

F_u – предельное сопротивление сваи вертикальной нагрузке, кН;

S_a – отказ сваи, м;

Α – коэффициент, учитывающий превращение части энергии в тепловую

и т.п.

Отказ сваи (S_a) определяется либо по одному удару молота, либо, что чаще, вычисляется как среднее арифметическое значение погружения сваи от серии ударов, называемой залогом (число ударов от 4-х до 10).

Опыт показывает, что по мере забивки сваи в песок отказы все уменьшаются, а нередко, после достижения определенной глубины, свая больше не погружается. Однако, если применить более мощный молот - сваю удается забить еще на некоторую глубину. Забивка свай в песчаный грунт сопровождается его уп­лотнением.
В случае забивки свай в пластичные глинистые грунты кар­тина существенно меняется. Сначала так же, как и в песке, на­блюдается уменьшение отказов, но с некоторой глубины погру­жение сваи происходит при одном и том же отказе (в отдельных случаях он даже увеличивается).

В связи с этим, динамические испытания надо проводить: для свай, забитых в песчаные грунты, - по истечении не менее 3 су­ток, а для свай, забитых в глинистые грунты, - по истечении не менее 6 суток после окончания их забивки.

Совместная работа свай в кусте. Если рассматривать свайный куст из висячих свай, то эпюры вертикальных давлений под нижним концом каждой из свай (при расстоянии между сваями – с) будут накладываться друг на друга (см. схему). В результате максимальное давление под нижним концом данной группы свай может превысить величину давления от одной сваи σ₂>σ₁, возрастёт и площадь передачи давления на основание. При расстоянии между свай с > 3d – это влияние уже практически незначительно.

При расположении свай между осями от 3d до 6d грунт между сваями будет находиться в уплотненном состоянии и включается в работу совместно со сваями (см. схему). Такое расположение свай создаёт практически равномерное давление под их нижним концом и способствует увеличению несущей способности. Однако на практике, в целях сокращения объёмов работ по ростверку, стремятся расположить сваи на минимальном расстоянии, т.е. выбирают с=3d, что рассматривается как оптимальная величина.

Следует подчеркнуть, что такой свайный куст будет получать осадку большую по сравнению с одиночной сваей, при условии равных давлений под остриём.

Вопрос №17. Классификация и типы свай и свайных фундаментов. Определение несущей способности забивных и буронабивных свай практическим методом

Сваей называют погруженный в готовом виде или изготовленный в грунте стержень, предназначенный для передачи нагрузки от сооружения на грунт основания. Отдельные сваи или группы свай, объединенные поверх распределительной плитой или балкой, образуют свайный фундамент. Распределительные плиты или балки, объединяющие головы свай, выполняются, как правило, из железобетона и называются ростверками. Ростверк воспринимает, распределяет и передает на сваи нагрузку от расположенного выше сооружения.

Типы свайных ростверков: а, б – низкий; в – высокий

Свая, находящаяся в грунте, может передавать нагрузку от сооружения либо через нижний конец (пята), либо совместно с боковой поверхностью сваи за счет трения последней об грунт. В зависимости от этого, по характеру передачи нагрузки на грунт сваи подразделяются на

а) сваи-стойки

б) висячие сваи (сваи трения)

Рис.11.2. Схемы передачи нагрузки сваями на грунты основания:

а – сваи-стойки; б – висячие сваи

К сваям-стойкам относятся сваи, прорезающие толщу слабых грунтов и опирающиеся на практически несжимаемые или малосжимаемые грунты (крупнообломочные грунты с песчаным наполнителем, глины твердой консистенции). Такие сваи практически всю нагрузку передают через нижний конец, т.к. при их малых вертикальных перемещениях не возникают условия для возникновения сил трения на ее боковой поверхности.

К висячим сваям относятся сваи, опирающиеся на сжимаемые грунты. Под действием продольной силы (N) свая получает перемещение (дает осадку), достаточное для возникновения сил трения между боковой поверхностью сваи и грунтом. В результате нагрузка на основание передается как боковой поверхностью, так и нижним концом сваи. Несущая способность такой сваи определяется суммой сопротивления сил трения по ее боковой поверхности и грунта под острием:

По расположению свай в плане различают следующие виды свайных фундаментов:

1) одиночные сваи применяют под легкие сооружения в качестве опор

2) группы свай (свайный куст), устраивают под колонны или отдельные опоры конструкций, передающие значительные вертикальные нагрузки (рис. 11.3 а).

3) ленточные свайные фундаменты устраивают под стены зданий и другие протяженные конструкции.

4) сплошные свайные поля устраивают под тяжелые сооружения башенного типа, имеющие ограниченные размеры в плане. Сваи располагаются в определенном порядке под всем сооружением (рис. 11.3 в).

Практический метод (по таблицам СНиП). Широко применяется в практике проектирования, позволяет определить несущую способность сваи по данным геологических изысканий. Метод базируется на обобщении результатов испытаний большого числа обычных и специальных свай вертикальной статической нагрузкой, проведенных в различных грунтовых условиях с целью установления предельных значений сил трения, возникающих между сваей и окружающим грунтом, и предельного сопротивления грунта под ее концом.

В результате составлены таблицы расчетных сопротивлений грунтов, которые позволяют определить сопротивление боковой поверхности и нижнего конца сваи и, просуммировать полученные значения по формуле:

F_d = ()

Найти ее НС F_d (kH)

R и f _i - затабулированы

R→Z_o – расстояние от поверхности до низа сваи; крупность песчаного грунта или I_L глинистого грунта.

f _i→Z_i – расстояние от поверхности до середины рассматриваемого слоя, крупности песчаного грунта или I_L глинистого грунта.

Этот метод, как правило, дает заниженное значение НС сваи.

Вопрос №18. Определение несущей способности свай при горизонтальной нагрузке практическим методом и по данным испытаний

Причиной значительных горизонтальных нагрузок на фундаменты могут быть горизонтальные нагрузки от кранов в цехах, температурные расширения технологических трубопроводов предприятий, односторонний обрыв проводов ЛЭП, волновые воздействия и т.д.

Метод испытания сваи пробной статической нагрузкой позволяет наиболее точно установить действительное сопротивление сваи горизонтальной нагрузке.

Проводятся испытания следующим образом (рис. 11.14). Нагрузка на сваю увеличивается ступенями, горизонтальные перемещения на каждой ступени фиксируются прогибомерами.

Каждая ступень нагрузки выдерживается до условной стабилизации горизонтальных смещений. По результатам испытаний строятся графики зависимости горизонтальных перемещений сваи от нагрузок (рис. 11.14 б) по которым и определяется предельное сопротивление сваи.

Рис. 11.14. Испытания свай горизонтальной нагрузкой:

1 – опытная свая; 2 – гидровлический домкрат; 3 – апрогибомер; 4 – упор из статического груза

За предельное сопротивление сваи Fu принимается нагрузка на одну ступень менее той, при которой перемещения сваи непрерывно возрастают.

НС определяется по формуле

F_d = ; = 1

Вопрос №19. Расчет и проектирование свайных фундаментов при центральном нагружении

Проектирование и расчет свайных фундаментов в ыполняется в следующем порядке:

1.Оценка ИГУ (определяется слой грунта, в который наиболее рационально заглубить острие сваи).

2.Определяется тип и размер сваи

3.Определяется НС сваи (расчетная, допустимая на сваю нагрузка)

допускаемая нагрузка на сваю по материалу конструкции из выражения

Р_св^м= φ(m R_b A_b + R_s A_s

Где m – коэффициент условиия работы, m =0,85 для свай сечением 0,3 х 0,3м и m = I для свай большего сечения; R_b – расчетное сопротивление бетона сжатию; A_b - площадь поперечного сечения сваи; φ - коэффициент продольного изгиба; R_s – расчетное сопротивление арматуры; A_s- площадь арматуры сваи.

допускаемая нагрузка на сваю по грунту по формулам:

для сваи- стойки Р_св^гр= γ_cRA/k

Для висячей сваи Р_св^гр= γ_c/k(γ_cR RA+ u∑ γ_cf f_i l_i),

Для дальнейших расчетов принимают меньшую Р_св, вычисленную в двух последних пунктах.

4.Определяется необходимое количество свай n = N _I/ Р_св, где N _I = (1,15-1,2) N _II

5.Размещение свай в плане и конструирование развертка

Располагают сваи в ку сте под колонну или рядами под стену, учитывая что минимальное расстояние между осями соседних свай должно быть ≥3d, а максимальное ≤ 6 d. Назначает размеры ростверка. При назначении толщины ростверка пользуются конструктивными требованиями к заделке колонны имея ввиду, что минимальная толщина ростверка составляет 0,3 м. для ленточного и 0,4м - для отдельного; При назначении размеров ростверка в плане учитывают что минимальный свес ростверка 100-150 мм для отдельного ростверка на куст свай и 50-100 мм для ленточных свайных ростверков.

6.Проверка давления, приходящегося на одну сваю. (При несоблюдении данного условия производится перерасчет свайного фундамента).

а) под колонну

Р_свф= ∑ N_I/n_св ± ∑М_0х y/∑y_i² ±∑М_0y X/∑x_i² ≤ Р_св

б) под стену

Р_свф = l_ш (N_I + N_рI + N_gI + N_стI) + N_свI ≤ Р_св

Проверяют напряжения в уровне острия свай по условию

- для кустов свай

Р= (N_II + N_мII)/A_м ≤ R_z, (3.51)

Где N_мII , A_м – вес и площадь условного фундамента

R_z – расчетное сопротивление грунта в уровне подошвы условного грунто-свайного массива

σ_z = Рα_n/πL, (3.52)

где Р – погонная нагрузка на ленточный ростверк, кг/см;

L– глубина погружения свай;

α_n – коэффициент, принимаемый по [4, Табл.22].

Напряжение σ_z в уровне острия свай не должно превышать расчетных давлений, т. Е должно быть выполнено условие

σ_z ≤ R_z , (3.53)

где Rz = γ_c1 γ_c2/k[1,1М_γk_zb γ_II + 1,1М_g d₁ γ_II^I +(М_g -1) d_b γ_II^I +3 М_c C_II],

7.Определяется осадка свайного фундамента.

а) для кустов свай методом послойного суммирования

Строится эпюра природных давлений по формуле

σ_zgi = σ_zgi-1+ γ_ih_i, (3.26).

3. Строится эпюра дополнительных давлений по формуле.

σ_zр=α(Р- σ_zgф), (3.28)

4.Определяют нижнюю границу сжимаемой толщи из условия 5 σ_zр = σ_zg,

5. В пределах сжимаемой толщи определяют величину осадки по формуле см.(1, с.28) S= βΣ σ_zрi h_i/E_i

6. Расчетную осадку S сравнивают с предельно-допустимой, принимаемой по приложению 4 [ I ], S ≤ S_u,

7. При наличия слабого подстилающего слоя (при Е< 5 МПа)
необходима его проверка по условию

σ_zр +σ_zg ≤ R_z,

б) для ленточных (однорядных - многорядных) свайных фундаментов по формуле:

S= Рδ₀/πE₁

При этом обязательно выполнение условия

S≤S_u,

Вопрос №20. Расчет и проектирование внецентренно нагруженных свайных фундаментов

Проектирование и расчет свайных фундаментов в ыполняется в следующем порядке:

1.Оценка ИГУ (определяется слой грунта, в который наиболее рационально заглубить острие сваи).

2.Определяется тип и размер сваи

3.Определяется НС сваи (расчетная, допустимая на сваю нагрузка)

допускаемая нагрузка на сваю по материалу конструкции из выражения

Р_св^м= φ(m R_b A_b + R_s A_s

Где m – коэффициент условиия работы, m =0,85 для свай сечением 0,3 х 0,3м и m = I для свай большего сечения; R_b – расчетное сопротивление бетона сжатию; A_b - площадь поперечного сечения сваи; φ - коэффициент продольного изгиба; R_s – расчетное сопротивление арматуры; A_s- площадь арматуры сваи.

допускаемая нагрузка на сваю по грунту по формулам:

для сваи- стойки Р_св^гр= γ_cRA/k

Для висячей сваи Р_св^гр= γ_c/k(γ_cR RA+ u∑ γ_cf f_i l_i),

Для дальнейших расчетов принимают меньшую Р_св, вычисленную в двух последних пунктах.

4.Определяется необходимое количество свай n = (1,2-1,3) N _I/ Р_св, где N _I = (1,15-1,2) N _II

5.Размещение свай в плане и конструирование развертка

Располагают сваи в ку сте под колонну или рядами под стену, учитывая что минимальное расстояние между осями соседних свай должно быть ≥3d, а максимальное ≤ 6 d. Назначает размеры ростверка. При назначении толщины ростверка пользуются конструктивными требованиями к заделке колонны имея ввиду, что минимальная толщина ростверка составляет 0,3 м. для ленточного и 0,4м - для отдельного; При назначении размеров ростверка в плане учитывают что минимальный свес ростверка 100-150 мм для отдельного ростверка на куст свай и 50-100 мм для ленточных свайных ростверков.

6.Проверка давления, приходящегося на одну сваю. (При несоблюдении данного условия производится перерасчет свайного фундамента).

а) под колонну

Р_свф= ∑ N_I/n_св ± ∑М_0х y/∑y_i² ±∑М_0y X/∑x_i² ≤ Р_св

б) под стену

Р_свф = l_ш (N_I + N_рI + N_gI + N_стI) + N_свI ≤ Р_св

Проверяют напряжения в уровне острия свай по условию

- для кустов свай

Р= (N_II + N_мII)/A_м ≤ R_z, (3.51)

Где N_мII , A_м – вес и площадь условного фундамента

R_z – расчетное сопротивление грунта в уровне подошвы условного грунто-свайного массива

σ_z = Рα_n/πL, (3.52)

где Р – погонная нагрузка на ленточный ростверк, кг/см;

L– глубина погружения свай;

α_n – коэффициент, принимаемый по [4, Табл.22].

Напряжение σ_z в уровне острия свай не должно превышать расчетных давлений, т. Е должно быть выполнено условие

σ_z ≤ R_z , (3.53)

где Rz = γ_c1 γ_c2/k[1,1М_γk_zb γ_II + 1,1М_g d₁ γ_II^I +(М_g -1) d_b γ_II^I +3 М_c C_II],

7.Определяется осадка свайного фундамента.

а) для кустов свай методом послойного суммирования

Строится эпюра природных давлений по формуле

σ_zgi = σ_zgi-1+ γ_ih_i, (3.26).

3. Строится эпюра дополнительных давлений по формуле.

σ_zр=α(Р- σ_zgф), (3.28)

4.Определяют нижнюю границу сжимаемой толщи из условия 5 σ_zр = σ_zg,

5. В пределах сжимаемой толщи определяют величину осадки по формуле см.(1, с.28) S= βΣ σ_zрi h_i/E_i

6. Расчетную осадку S сравнивают с предельно-допустимой, принимаемой по приложению 4 [ I ], S ≤ S_u,

7. При наличия слабого подстилающего слоя (при Е< 5 МПа)
необходима его проверка по условию

σ_zр +σ_zg ≤ R_z,

б) для ленточных (однорядных - многорядных) свайных фундаментов по формуле:

S= Рδ₀/πE₁

При этом обязательно выполнение условия

S≤S_u,

Вопрос №21. Расчет и проектирование свайных фундаментов в общем случае действия сил

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

- По первой группе – по НС грунта основания свай; по устойчивости грунтового массива со свайным фундаментом…; по прочности материала свай и ростверков

- По второй группе – по осадкам свайного фундамента от вертикальных нагрузок; по перемещениям свай совместно с грунтом оснований от горизонтальных нагрузок и моментов; по образованию или раскрытию трещин в элементах железобетонных конструкций свайного фундамента

· Расчет по НС грунта основания заключается в выполнении условия

N – расчетная нагрузка, передаваемая на сваю,

F_d – НС сваи,

– коэффициент надежности, принимаемый равным от 1,2 до 1,4 в зависимости от метода, которым была определена НС сваи

· Расчет свайного фундамента по предельной составляющей второй группы (по деформациям) производят исходя из условия

или же ;

осадка при действии вертикальных нагрузок

горизонтальное перемещение и угол поворота сваи, при действии горизонтальных нагрузок и моментов

Расчет выполняется в следующем порядке:

1. Оценка ИГУ (определяется слой грунта, в который наиболее рационально заглубить острие сваи).

2. Определяется тип и размер сваи

3. Определяется НС сваи (расчетная, допустимая на сваю нагрузка)

- расчетом по таблицам (СНиП)

- по испытаниям

- по данным статического зондирования

4. Определяется необходимое количество свай

5. Размещение свай в плане и конструирование развертка

6. Проверка давления, приходящегося на одну сваю. (При несоблюдении данного условия производится перерасчет свайного фундамента).

Определяется осадка свайного фундамента

Вопрос №22. Особенности расчета деформаций свайных фундаментов

Расчет фундамента из висячих свай, свай-оболочек и свай-столбов (ниже в настоящем разделе именуемых для краткости общим названием «сваи») и его основания по деформациям производится как для условного фундамента на естественном основании в соответствии с требованиями главы СНиП по проектированию оснований зданий и сооружений. Границы условного фундамента [рис. 20(1)] 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 , а при наличии наклонных свай — проходящими через нижние концы этих свай;

сверху — поверхностью планировки грунта ВГ,

где — средневзвешенное расчетное значение угла внутреннего трения грунта, определяемое по формуле

, j_II1, j_II2, j_IIn — расчетное значение углов внутреннего трения для отдельных пройденных сваями слоев грунта толщиной соответственно l ₁, l ₂,... l _n;

l — глубина погружения свай в грунт, считая от подошвы ростверка, равная l = l ₁ + l ₂ +... + l _n.

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

Полученные по расчету величины деформаций (осадок) свайного фундамента и его основания не должны превышать предельно допускаемых значений.

Рис. 20(1). Схема определения границ условного фундамента при расчете осадок свайных фундаментов

Вопрос №23. Расчет и проектирование свайных фундаментов из козловых свай

Особенностью козловых свай является их наклон к вертикали, в результате чего увеличивается площадь опирания на грунт и изменяются условия работы сваи в грунте. Это несколько повышает несущую способность свай на вертикальные вдавливающие и весьма существенно повышает сопротивление свай горизонтальным нагрузкам.

Несущая способность фундамента с козловыми сваями складывается из сопротивления грунта под острием, сил трения по их боковым поверхностям и дополнительных сил сопротивления от отпора грунта по нижней наклонной боковой поверхности сваи на участке, расположенном в ее верхней части.

Короткие козловые сваи можно применять для устройства фундаментов под стены и колонны. При ленточных ростверках могут быть применены парные или одиночные сваи.

а — ленточные, б, в — отдельно стоящие прямоугольные

Размеры свай и угол их наклона выбираются в зависимости от величины и характера нагрузок и от инженерно-геологических условий строительной площадки. Угол наклона свай к вертикали рекомендуется принимать в пределах 7 — 20°.

Головы свай должны располагаться на минимальном расстоянии друг от друга, определяемом условиями забивки и конструктивными особенностями сооружения.

Несущая способность забивной козловой сваи по грунту определяется по формуле

, (1)

где т — коэффициент условий работы, равный 1;

R — расчетное сопротивление грунта под нижним концом сваи;

F — площадь поперечного сечения сваи, м ²;

и — периметр сваи, м;

f _i — расчетное сопротивление по боковой поверхности i-го слоя грунта;

l _i — толщина i-го слоя грунта, расположенного в пределах верхнего участка сваи длиной 2 м;

d _н — размер нижней стороны сечения наклонной сваи, м;

— дополнительное сопротивление от отпора грунта на боковой поверхности нижней наклонной грани сваи, расположенной в пределах верхнего ее участка длиной 2 м, тс/м ², определяемое по таблице.

Вопрос №24. Свайные ростверки. Основы расчета и проектирования свайных ростверков

Сваи в ростверке располагают компактно (а = 3 d) по прямоугольной сетке или в шахматном порядке т.к. при а<3 d – трудно или невозможно забить сваи из-за чрезмерного уплотнения окружающего грунта (межсвайного пространства), а при а>3 d – увеличиваются размеры ростверка.

Расстояние от крайнего ряда свай до края ростверка 1 d.

Ростверки кустов свай конструируются как обычные фундаменты мелкого заложения и рассчитываются на продавливание колонной или угловой сваей, на на поперечную силу в наклонных сечениях и на изгиб по СниП «Железобетонные конструкции».

Если сваи куста работают только на сжимающую нагрузку, то достаточно их заделки в ростверк на 5…10 см, если же сваи воспринимают выдергивающие нагрузки или моменты, то их связь с ростверком делают более надежной, для чего оголовки свай разбивают и обнаженную арматуру замоноличивают в бетон ростверка.

После размещения свай в плане и уточнения габаритных размеров ростверка определяют нагрузку N приходящуюся на каждую сваю, и проверяют условие

N - нагрузка на каждую сваю в ростверке

Если условие не выполняется, то необходимо выбрать или другой тип свай, имеющий более высокую НС, или увеличить число свай в фундаменте и повторить расчет.

Вопрос №25. Особенности проектирования свайных фундаментов в просадочных грунтах первого и второго типа. Определение величины отрицательного трения

Применение свайных фундаментов в условиях просадочных грунтов должно быть обосновано технико-экономическим сравнением возможных вариантов проектных решений свайных фундаментов и фундаментов на естественном основании.

Проектирование свайных фундаментов в грунтовых условиях II типа по просадочности должно выполняться специализированными организациями.

При проектировании свайных фундаментов в грунтовых условиях II типа по просадочности с возможной просадкой грунтов от собственного веса свыше 30 см следует, как правило, предусматривать мероприятия по переводу грунтовых условий II типа в I путем срезки грунта или уплотнения предварительным замачиванием, замачиванием со взрывом, грунтовыми сваями и другими методами. При соответствующем технико-экономическом обосновании указанные способы должны обеспечивать устранение просадки грунтовой толщи от ее собственного веса в пределах площади, занимаемой зданием или сооружением, и на расстоянии, равном половине просадочной толщи вокруг него.

В грунтовых условиях I типа при наличии опыта строительства на застраиваемой территории и результатов ранее выполненных статических испытаний свай в аналогичных условиях испытания свай допускается не производить.

Не допускается определять несущую способность свай и свай-оболочек, устраиваемых в просадочных грунтах, по данным результатов их динамических испытаний, а также определять расчетные сопротивления просадочных грунтов под нижним концом R и на боковой поверхности сваи f_i по данным результатов полевых испытаний этих грунтов зондированием. Статическое зондирование допускается применять ниже границы просадочной толщи.

В грунтовых условиях I типа помимо свай, указанных в разд. 2, следует также применять набивные бетонные и железобетонные сваи, устраиваемые в пробуренных скважинах с забоем, уплотненным втрамбовыванием щебня на глубину не менее 3 d (где d —диаметр скважины).

В грунтовых условиях II типа рекомендуется применять сваи с антифрикционными покрытиями, нанесенными на часть ствола, находящуюся в пределах проседающей толщи.

Сваи по несущей способности грунтов основания в грунтовых условиях II типа следует рассчитывать исходя из условия

где N ‑ расчетная нагрузка на одну сваю, определяемая при проектировании свайных фундаментов зданий и сооружений;

F_d ‑ несущая способность, g_k — коэффициент надежности, g_c — коэффициент условий работы, Р_n — отрицательная сила трения

Отрицательная сила трения Р_n в водонасыщенных грунтах и Р¢_n в грунтах природной влажности, действующая на боковой поверхности сваи, принимается равной наибольшему предельному сопротивлению сваи длиной h_sl по испытаниям выдергивающей нагрузкой согласно ГОСТ 5686-78* соответственно в водонасыщенных грунтах и грунтах природной влажности.

До проведения испытаний на выдергивание значение Р_n допускается определять по формуле

где и ‑ периметр, м, участка ствола сваи;

h_sl ‑ расчетная глубина, м, t_i ‑расчетное сопротивление, определяемое до глубины h = 6 м по формуле

t_i = z s_zg tgj_I + c_I

здесь z ‑ коэффициент бокового давления, принимаемый равным 0,7;

j_I, c_I ‑ расчетные значения угла внутреннего трения и удельного сцепления, осредненные по глубине h_sl

h_i — толщина, м, i-го слоя просадочного грунта, оседающего при замачивании и соприкасающегося с боковой поверхностью сваи.

Несущую способность F_d, кН (тc), свай, работающих на сжимающую нагрузку, следует определять: по результатам статических испытаний свай с локальным замачиванием — как разность между несущей способностью свай длиной l на вдавливающую нагрузку и несущей способностью свай длиной h_sl на выдергивающую нагрузку; расчетом в условиях полного водонасыщения грунтов в пределах слоев грунта ниже глубины h_sl.

Вопрос №26. Проектирование фундаментов мелкого заложения на просадочных грунтах. Определение расчетного давления на просадочные грунты

Трудность строительства сооружений на лессовых просадочных грунтах состоит в том, что при обводнении грунтов в основании сооружений происходят большие и часто не равномерные деформации, называемые просадками.

В результате сооружения разрушаются и становятся непригодными для дальнейшей эксплуатации.

Просадки лессовых грунтов возникают при одновременном воздействии двух факторов: нагрузок от сооружений и собственного веса грузовой просадочной толщи, и замачивания при подъеме горизонта подземных вод или за счет внешних источников (атмосферные осадки, промышленые сбросы, утечки и т.д.)

Просадочные свойства проявляются в лессах только при достижении влажностью некоторого предела , называемого начальной просадочной влажностью.

Просадочность грунтов часто оценивается показателем просадочности

П:

где e - коэффициент пористости грунта природного сложения и влажности

- коэффициент пористости, соответcтвующий влажности на границе текучести и определяемый по формуле:

где и - соотвецтвенно плотность твердых частиц и воды

К числу основных характеристик относится относительная просадочность , начальное просадочное давление , начальная просадочная влажность .

Относительная просадочность определяется по результатам испытаний грунтов в компрессионных приборах с замачиванием образцов.

Она представляет собой относительное сжатие грунта при заданых давлениях и степени повышения влажности и определяется по формуле:

– применяется при природном W, после замачивания

- примняется после замачивания

- применяется при природном W,после обжатия

Грунт считается просадочным при условии 0.01

Дата добавления: 2015-08-26