Расчет фундаментов глубокого заложения

Несущую способность фундамента на сваях, оболочках или столбах проверяют в уровне нижних концов этих элементов, условно рассматривая фундамент как массивный, состоящих из свай (оболочек, столбов) и грунта в пространстве между ними.

Этот условный массив ограничивается контуром acde (рис. 14), определяемым углом φ. Если фундамент имеет крайние сваи с наквлоном более φ/4, то контур условного массива принимают по концам этих свай (см. рис. 14). Угол φ принимают равным среднему углу внутреннего трения грунтов, пройденных сваями. Тогда средние и наибольшие напряжения в грунте под концами свай определяются по формулам, аналогичным выражениям (1):

(7)

где N_г — вертикальное усилие, передаваемое в уровне нижних концов свай с учетом веса грунтового массива с заключенными в нем сваями; М_г — момент, действующий в рассматриваемой плоскости ае и обычно принимаемый равным моменту М, действующему в уровне подошвы ростверка, без учета возможных его изменений на высоте грунтово-свайного массива; F, W_i — площадь подошвы грунтово-свайного массива и ее момент сопротивления относительно более нагруженного края.

Несущую способность грунта проверяют по формулам (2), полагая в них расчетное сопротивление R грунта на уровне нижних концов свай.

Кроме того, определяют усилие, которое действует на каждую сваю, оболочку или столб из поддерживающих фундамент, и проверяют их несущую способность как самостоятельных элементов в грунте. Усилие на рассматриваемую к -ую сваю (оболочку, столб) при низком ростверке от действия вертикальных сил и момента (рис. 15) составит

, (8)

где N, М — усилия на уровне подошвы ростверка, отнесенные к оси, проходящей через центр свайного поля; n — число свай в фундаменте; x_k — расстояния от оси у₀— у₀, проходящей через центр свайного поля, до оси рассматриваемой к -ой сваи; x_i — расстояние до оси отдельных свай; Р₀ — расчетная несущая способность сваи.

Центр свайного поля находим из условия

, (9)

где X_1i -расстояния от осей отдельных свай до произвольно выбранной оси у—у.

Горизонтальное усилие Н, действующее на фундамент, распределяют между вертикальными сваями поровну; при этом должно соблюдаться условие:

Н/ n ≤P_г, (10)

где Р_г — расчетное сопротивление сваи горизонтальной нагрузке.

Сваи фундаментов с высоким ростверком рассчитывают на пробные силы и изгибающие моменты.

Расчетные несущие способности Р₀ и Р_г сваи, оболочки или столба на действие вертикальных или горизонтальных нагрузок определяют по нормам в зависимости от числа свай в ростверке, наличия наклонных свай, расчетного сочетания действующих нагрузок с учетом веса самой сваи, а также сопротивления грунтов, в которых расположен элемент. Последнее свойство называется несущей способностью по грунту и вычисляется в зависимости от вида заглубляемого элемента, его длины и типа грунтов. Несущая способность сваи слагается из усилия, которое она может передать грунту своим острием, и усилия, которое она может передать боковой поверхностью окружающему грунту через трение. Сваи-стойки передают преобладающую часть давления через острие, поэтому их несущая способность зависит от прочности грунта под острием сваи,.а также от несущей способности самой сваи.

Рисунок 14. Схемы к проверке давления на грунт в уровне острия сваи

Рисунок 15. Схема к определению вертикальных давлений на сваи

Несущая способность висячей сваи (оболочки) по грунту на сжатие может быть определена по формуле

, (11)

где 0,7 — коэффициент однородности; m₂ — коэффициент условий работы, зависящий от типа ростверка и количества свай (оболочек) в фундаменте; и — наружный периметр сечения сваи (оболочки); α_i- — коэффициент, зависящий от способа погружения f_i^н — сопротивление сил трения отдельных слоев грунта; l_i — толщины слоев грунте пройденных сваей (оболочкой); F — площадь поперечного сечения сваи или площадь опирания оболочки; R — расчетное сопротивление грунта в уровне острия свай (оболочек).

Первый член формулы (11) выражает несущую способность сваи (оболочки), определяемую трением о грунт по боковой ее поверхности, а второй член — несущую способность грунта под острием сваи. Значения f_i^н, α_i, m₂ и R^н приведены в технических условиях проектирования мостов и специальной литературе.

Предельное допустимое давление на сваю может быть теоретически определено также динамическим методом, разработанным проф. Н. М. Герсевановым, по величине отказа, получаемого при забивке сваи с учетом условий ее забивки. Формула Герсеванова, выражающая предельную несущую способность сваи, забитой молотом одиночного действия, имеет следующий вид:

, (12),

где n — коэффициент, зависящий от материала и способа забивки свай; F — площадь поперечного сечения сваи; е — величина отказа сваи, полученная при забивке (отказ — это погружение сваи от одного удара молота последней группы ударов — залога); Q — вес ударной части молота; Н — высота ее падения; q — вес сваи (с наголовником и подбабкой, если они применяются).

Расчетная несущая способность сваи

P₀=0,7m₂P_пр. (13)

В настоящее время формулой Герсеванова чаще пользуются для определения требующегося отказа при забивке свай.

При проектировании свайных фундаментов необходимо установить необходимую глубину забивки свай. Для свай-стоек она определяется залеганием плотных пород грунта. Для висячих свай ее можно получить из формулы (11), зная требуемую расчетную несущую способность сваи. Более надежно длину свай определяют пробной их забивкой в реальных условиях на месте строительства. Забивая пробные сваи до получения требуемой по расчету величины отказа, можно получить необходимую их длину.

Осадку свайного фундамента определяют аналогично тому, как и осадку простых фундаментов (см. расчет осадок фундаментов), причем подошву его при расчете считают находящейся на уровне нижних концов свай. Осадку фундамента на оболочках или столбах определяют (см. расчет осадок фундаментов), принимая его подошву на уровне низа оболочек или столбов. Несущую способность на сжатие фундаментов из опускных колодцев или кессонов проверяют по давлению на грунт в уровне подошвы фундамента, а их осадку (см. расчет осадок фундаментов), учитывая в расчете вес фундамента с условным грунтовым массивом (см. рис. 14).

Дата добавления: 2015-08-27