Проектирование фундаментов промышленных и гражданских зданий в инженерно-геологических условиях Дальневосточного федерального округа

Пример 3.1. Запроектировать фундамент под подвальную стену 4-этажного жилого дома на естественном основании

1. Исходные данные.

Строительная площадка находится в городе Н. По материалам инженерно-геологических изысканий площадка сложена следующими грунтами, считая сверху вниз: 1-й слой - насыпной грунт (битый кирпич, раствор, глинистый грунт) мощностью 1 м; 2-й слой - песок мелкий мощностью 4,2 м; 3-й слой - суглинок мощностью 8,5 м. Нормативная глубина промерзания d_fn = 1,2 м. Горизонт грунтовой воды находится на глубине 3,8 м. Исходные физико-механические характеристики грунтов приведены в табл. 2.1. Значения R_O на эпюре даны в килопаскалях (кПа).

По исходным данным определены все вычисляемые характеристики, по которым установлены наименования, состояние и расчетное сопротивление всех слоев грунта.

Результаты расчетов сведены в табл. 2.1, где представлены и все необходимые формулы расчетов.

Вывод: площадка пригодна для строительства сооружения. Насыпной грунт не может быть естественным основанием, то есть он является ненесущим, остальные грунты - несущие.

По данным табл. 2.1 составляется геологическая колонка строительной площадки и изображается эпюра расчетного сопротивления грунтов основания (см. рис. 2.1)

В вычислениях используются расчетные характеристики грунтов основания, подсчитанные по формуле (2.2) и приведенные в табл. 2.4. Расчетные нагрузки на обрез фундамента следующие: N_Oll = 400 кН/м, M_Oll = 5 кН/м. Дальнейшие расчеты приведены в соответствии с расчетной схемой рис. 3.13.

2. Глубина заложения подошвы фундамента назначается с учетом:

- конструктивных особенностей здания - на 0,5 м ниже отметки пола подвала (см. рис. 3.13) d_i = 1,9 м;

- инженерно-геологических условий - d_i = h_i + 0,5 = 1+0,5 = 1,5 м, где h_i - мощность насыпного грунта (ненесущего);

- глубины сезонного промерзания, так как уровень грунтовых вод ниже глубины промерзания (3,8-1,2 = 2,6 м) превышает 2 м, то глубина заложения для песка мелкого не зависит от глубины промерзания.

Из всех полученных значений к дальнейшим расчетам принимаем наибольшее, т. е. d = 1,9 м.

3. Предварительная ширина наружного фундамента определяется по формуле (3.6)

А = b = 400/(200 - 161,9) = 2,36 = 2,4 м.

4. Определяется расчетное сопротивление грунта основания R при b = 2,4 м по формуле (3.7), [16, формула (7)], где г_C1 = 1,3; г_C2 = 1,1 по табл. 3.3 [16, табл. 3];

k = 1; k_Z = 1; b = 2,4 м; M_г = 1,034; M_q = 5,112; M_C = 7,554, принимается по табл. 3.8, [16, табл. 4] в зависимости от ц_1l = 28,57; г_1l = 18,29; г_1l = (16,67 1 + 18,29

0,9)/(1 + 0,9) = 33,131/1,9 = 17,44 кН/м [формула (3.9)].

Приведенная глубина заложения фундамента d_i, м, равна

d_i = 0,4 + 0,124/17,44 = 0,54 м.

Глубина подвала от поверхности планировки до пола подвала

D_b = 1,9 - 0,54 = 1,36 м.

Подставляя все значения в формулу (3.7), получим

Ширину подошвы, расчетное сопротивление грунта и давление по подошве фундамента при заданной глубине заложения целесообразно вычислять в табличной форме (табл. 3.7).

Таблица 3.7 Результаты расчета R и P

Вычислив Р при различных значениях b (табл. 3.7), по точке пересечения графиков R = f(b) определяем требуемую ширину подошвы фундамента 1,78 м (рис. 3.17). Длина фундамента = 1 пог. м. Принимаем типовой размер подошвы фундамента со своим значением расчетного сопротивления.

Рис. 3.17. Зависимости расчетного сопротивления и давления под подошвой фундамента от ширины фундамента

5. Уточняется ширина фундамента по полученному значению расчетного сопротивления: b = 400/(283,04 - 16 1,9) = 400/252,64 = 1,58; b = 2,0 м.

6. Конструируется фундамент наружной стены здания. Фундамент состоит из фундаментной железобетонной подушки марки ФЛ 20.12 и 3 блоков марки ФБС 24.6.6, сложенных по высоте (см. рис. 3.10).

7. По полученным предварительным размерам фундамента и по заданным нагрузкам по обрезу определяются фактические нагрузки, действующие по подошве фундамента:

N_Фll = N_{l l бл} + N_{l l под} = 24,7 + 20,6 = 45,3 кН/м;

N_{l l бл} = 3 19,6/2,38 = 24,7 кН/м - вес трех блоков на 1 пог. м;

N_{l l под} = 1 24,4/1,18 = 20,6 кН/м - вес подушки на 1 пог. м;

Вес грунта на консоли плиты:

N_{l l гр} = г_1l (d-0,5) (b_n-b_бл)/2 = 17,44 (1,9-0,5) ((2-0,6)/2) = 17,09 кН/м.

Суммарная вертикальная нагрузка

N_{l l} = 400 + 45,3 + 17,09 = 462,39 кН/м.

Среднее давление на основание

Р_{ср l l} = N_{l l}/b ? = 462,9/2,0 1 = 231,2 кПа < R = 283,04 кПа.

Краевые давления P_max и P_min рассчитываются с учетом суммарного изгибающего момента относительно центра подошвы фундамента.

В расчетах могут встретиться случаи:

- когда засыпка пазух фундамента производится до устройства надподвального перекрытия и пола, стена будет полностью воспринимать боковое давление грунта и должна рассчитываться как свободно стоящая подпорная стена;

- когда надподвальное перекрытие монтируется до засыпки грунтом пазух фундаментов, то приближенная расчетная схема принимается по рис. 3.13. Тогда суммарный изгибающий момент, кНм, на 1 м длины фундамента относительно центральной оси инерции подошвы фундамента будет равен

;

кНм;

м;

кН•м

кНм

кНм

кНм

Эксцентриситет равнодействующей вертикальных нагрузок относительно центра тяжести подошвы фундамента

е₀ = M_{l l}/N_{l l} = -8,53/462,39 = 0,018 < 0,033b = 0,0332 = 0,066, если е₀ < 0,033 b, то можно не определять P_max; P_{с р} < R и разница превышает 10 %, тогда примем

b = 1,6 м; R = 1,43 [30,26 + 48,14 + 97,53 + 6,87] = 1,43182,8 = 261,4 кПа.

Примем b = 1,6 м с фундаментной плитой марки ФЛ 16.24;

N_фII = N_IIбл + N_IIпод = 24,7 + 10,38 = 35,08 кН/м;

N_IIбл = 3 19,6/2,38 = 24,7 кН/м;

N_IIпод = 24,7/2,38 = 10,38 кН/м.

Вес грунта на консоли плиты:

N_грII = _II (1,9 - 0,5) ((1,6 - 0,6)/2) = 17,44 1,4 0,5 = 12,21 кН/м;

N_II = 400 + 35,08 + 12,21 = 447,29 кН/м;

P_ср = 447,29/1 1,6 = 279,555 кПа.

Расчетное сопротивление при b = 1,6 м

R = 1,43 [1,034 1 1,6 18,29 + 5,112 0,54 17,44 + (5,112 -1)

1,36 17,44 + 75,54 0,91] = 1,43 [45,39 + 48,11 + 97,53 + 6,87] = 261,4 кПа.

Так как P_ср > R, окончательно принимаем b = 2 м.

Пример 3.2.Запроектировать фундамент под колонну каркасного здания

1. По какому признаку классифицируются типы фундаментов?

2. Какие фундаменты называют фундаментами мелкого заложения?

3. Как передается нагрузка на грунты основания фундаментами мелкого заложения?

4. Что такое расчетная глубина промерзания?

5. Когда глубина заложения фундамента изменяется ступенчато?

6. Что такое нормативная глубина сезонного промерзания грунта?

7. Что такое касательные силы пучения?

8. Что такое расчетное сопротивление (R) грунта основания?

9. Что означает выполнение условий расчета P R?

10. По каким условиям назначается глубина заложения фундамента?

11. По каким признакам классифицируются фундаменты мелкого заложения?

12. Что входит в понятие «основание фундамента»?

13. С чего начинается проектирование фундаментов мелкого заложения?

14. От чего зависят размеры подошвы фундаментов мелкого заложения?

15. Какой слой грунта при проектировании фундаментов называется несущим?

16. Какой слой грунта под подошвой фундамента называется подстилающим?

17. С какой целью делают расчет фундаментов по несущей способности основания?

18. С какой целью заглубляют подошву фундамента ниже глубины промерзания грунта?

19. Какое условие должно быть обеспечено при проверке фундамента на выпучивание?

20. Какой метод определения осадок основания имеет более широкую область применения?

21. В чем заключается расчет основания по деформациям?

22. Когда производится проверка давления на подстилающий слой?

23. В каких случаях необходима проверка слабого подстилающего слоя?

24. На какое сочетание нагрузок производится расчет фундаментов?

25. В каких случаях проектируется несимметричный фундамент?

26. Какое условие должно определять размеры подошвы центрально нагруженного монолитного фундамента?

4. Проектирование свайных ленточных и кустовых фундаментов

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

1) по первой группе - по прочности конструкций свай, свайных ростверков; по несущей способности грунта основания свайных фундаментов и свай; по устойчивости оснований свайных фундаментов в целом при горизонтальных нагрузках или основаниях, ограниченных нисходящими откосами;

2) по второй группе - по осадкам оснований свайных фундаментов от вертикальных нагрузок; по перемещениям свай от действия вертикальных, горизонтальных нагрузок и моментов; по образованию или раскрытию трещин в элементах железобетонных конструкций.

При выполнении расчетов по первой группе предельных состояний принимают расчетные нагрузки, которые вычисляют по формулам:

; , (4.1)

где N_I, M_I - соответственно расчетные значения нагрузки и момента, действующих на сваи; г_f - коэффициент надежности по нагрузке, в курсовом проекте можно принять

г_f = 1,2; N_n, M_n - соответственно нормативные значения нагрузки и момента.

При расчете по второй группе предельных состояний коэффициент надежности по нагрузке принимается равным г_f = 1. Расчетные нагрузки определяют по формуле (4.1).

4.2 Назначение размеров ростверка и глубины его заложения

Расчет свайного варианта фундаментов рекомендуется начинать с составления расчетной схемы, где изображается геологический разрез с основными характеристиками грунтов. В дальнейшем по указанному разрезу выбирается опорный слой для свай и длина свай.

Для стен кирпичных и панельных зданий ростверки могут выполняться из монолитного и сборного железобетона. В курсовом проекте рекомендуется проектировать ростверки из монолитного железобетона. Конструктивно минимальные размеры балочного ростверка принимаются высотой 30 см, шириной 40 см. Под сплошные стены ростверки обычно не рассчитываются. При необходимости их расчет производится по нормам [9, 17, 18]. Ширина ростверка b_р, как правило, принимается равной толщине стены b_ст в плоскости обреза фундаментов. Допускается проектирование свесов стены, но не более 12 см.

При проектировании свайного фундамента под колонны его минимальные размеры в плане определяются количеством свай в кусте. В проекте можно для наружных стен принять куст, состоящий из четырех свай, и минимальные размеры ростверка в плане 1,5 м (кратные 30 см). Конструктивная высота ростверка назначается на 40 см больше глубины стакана или с учетом необходимой заделки анкерных болтов. Расчетная высота ростверков должна быть наименьшей. Размеры ростверков по высоте принимаются кратными 15 см, отметка обреза должна быть на 15-20 см ниже планировочной отметки или отметки пола помещения.

Глубина заложения подошвы ростверка зависит от факторов, указанных для фундаментов мелкого заложения, но в первую очередь от конструктивных особенностей здания и сооружения и пучиноопасности верхнего слоя грунта, в котором будет располагаться ростверк.

В непучиноопасных грунтах глубина заложения подошвы ростверка для жилых и общественных зданий принимается:

- для наружных и внутренних стен зданий, не имеющих подполья, ниже планировочных отметок на 0,1-0,15 м, с устройством слоя подсыпки из щебня, песка, бетона толщиной не менее 0,2 м, в песчаных грунтах слой подсыпки - 0,1 м;

- при наличии подполья под всем зданием ростверки под наружные стены закладываются с отметкой подошвы на уровне пола подвала, под внутренние стены - с отметкой верхней грани ростверка на уровне пола подвала;

- в крупнопанельных зданиях с техническим подпольем отметки подошвы ростверка под наружными стенами должны назначаться с учетом высоты цокольных панелей, под внутренние стены - верхняя грань ростверка устраивается до уровня низа перекрытия над подпольем;

- в производственных зданиях глубина заложения подошвы ростверка при наличии подвала и примыкающих к ростверку технологических каналов или приямков назначается с таким расчетом, чтобы отметка верха ростверка соответствовала отметке пола подвала или примыкающих заглубленных сооружений, при отсутствии вблизи ростверков заглубленных помещений верх ростверка назначается от уровня планировочных отметок;

- глубина заложения подошвы ростверка кустовых свайных фундаментов назначается в зависимости от конструктивной высоты ростверка и принятой отметки обреза ростверка.

В пучиноопасных грунтах глубина заложения подошвы ростверка ленточных свайных фундаментов принимается:

а) для наружных и внутренних стен бесподвальных зданий подошва ростверка проектируется выше поверхности планировки на 0,2 м, воздушный зазор заполняется сухим песком или другим дренирующим грунтом, а также теплоизоляционным материалом;

б) при наличии неотапливаемых подвалов и технических подполий (имеющих отрицательную температуру в зимний период) под подошвой ростверка под внутренними стенами предусматривается воздушный зазор 0,2 м, который заполняется несвязным грунтом;

в) глубина заложения подошвы ростверка кустовых свайных фундаментов под наружные и внутренние стены производственных зданий принимается не менее расчетной глубины промерзания с устройством подушки из дренирующего грунта 0,1-0,15 м и бетонной подготовки 0,1 м из тощего бетона.

4.3 Выбор типа свай и их предварительных размеров

Выбор типа свай зависит от инженерно-геологических условий стройплощадки, величины и характера нагрузок, действующих на фундамент, наличия в строительных организациях необходимого сваебойного оборудования, стесненности условий строительства [5].

Сваи по характеру работы разделяют на сваи-стойки и висячие (сваи трения). Свая-стойка работает как сжатая стойка. Она передает нагрузку только нижним концом на крупнообломочные, скальные или малосжимаемые пылевато-глинистые грунты. Когда под нижним концом сваи залегают сжимаемые грунты, нагрузка передается на грунты основания и боковой поверхностью, а свая является висячей или сваей трения. Такие сваи более экономичны при малом поперечном сечении и большой длине. Выбор типа свай производят на основании данных инженерно-геологических изысканий.

В проекте рекомендуется применять забивные железобетонные призматические сваи квадратного сечения с преднапряженной и обычной арматурой (прил. 7). При необходимости применения других типов свай можно воспользоваться [4, 7].

В практике проектирования зданий наиболее распространенными являются забивные сваи с размерами поперечного сечения 2525 см, 3030 см и длиной от 3 до 10 м. Предварительно длина свай принимается в зависимости от грунтовых условий площадки. Наиболее характерными могут быть следующие случаи: толща основания сложена однородным грунтом или разнородными грунтами, но имеющими примерно одинаковые прочностные характеристики R. В указанном случае явный опорный слой отсутствует и следует проектировать висячие сваи, первоначальная длина которых принимается 3-10 м, в зависимости от нагрузки на ростверк; во втором случае относительно слабые грунты (R 100 кПа) подстилают

(на глубинах 5-10 м) грунты высокой несущей способности (R = 400600 кПа).

В этом случае можно проектировать сваи-стойки, длина которых, приблизительно принимается равной толще слабых грунтов. При подборе длины свай необходимо учитывать их заглубление в грунты, принятые за основание, - крупнообломочные, песчаные (кроме мелких и пылеватых) и глинистые грунты с показателем

I₁ 0,1 не менее 0,5 м; прочие нескальные грунты - не менее 1 м.

Минимальная длина свай (расстояния от головы до начала острия) при центральной вертикальной нагрузке принимается равной 3 м; при дополнительном действии горизонтальной нагрузки (момента) - 4 м.

Длина свай назначается с учетом заделки их в ростверк и должна быть согласована с типовой длиной по ГОСТ 19804-78 (прил. 7).

Сопряжение свайного ростверка со сваями допускается предусматривать как свободно опирающимся, так и жестким.

Свободное опирание осуществляется путем заделки головы сваи в ростверк на глубину 5-10 см без выпусков арматуры.

Жесткое сопряжение железобетонных свай с монолитными железобетонными ростверками следует предусматривать с заделкой головы сваи в ростверк на глубину, соответствующую длине анкеровки арматуры, или с заделкой в ростверк выпусков арматуры на длину анкеровки в соответствии с требованиями [17].

Жесткое сопряжение свайного ростверка со сваями следует предусматривать в следующих случаях:

а) стволы свай располагаются в слабых грунтах (рыхлых песках, пылевато-глинистых грунтах текучей консистенции, илах, торфах и т.п.);

б) на сваю действуют горизонтальные нагрузки;

в) сваи работают на выдергивающие нагрузки.

В проекте можно принять величину заделки свай в ростверк, равную ее размеру в сечении.

Забивные сваи с ненапрягаемой рабочей арматурой с поперечным армированием (длиной 3-16 м) рекомендуется применять во всех сжимаемых грунтах, не имеющих прослоек или линз толщиной более 0,5 м: крупнообломочных, плотных песков, твердых глинистых грунтов. Указанные сваи могут работать на вертикальные, выдергивающие нагрузки и моменты.

Сваи с преднапряженной рабочей арматурой и поперечным армированием (длиной 9-20 м) целесообразны на площадках с агрессивными водами, а так же когда требуется проходка твердых слоев глинистых грунтов или песков средней плотности. Сваи с преднапряженной арматурой (прядевой) длиной 3-12 м без поперечного армирования рекомендуется применять в песках рыхлых и средней плотности, в глинистых грунтах. Все железобетонные сваи без поперечного армирования не рекомендуется опирать на скальные, крупнообломочные грунты, торфы или текучепластичные глинистые грунты. Их также не рекомендуется применять в пучинистых грунтах, если силы пучения превышают вертикальную нагрузку; при наличии выдергивающих и сейсмических нагрузок; если погружение сваи будет производиться вибропогружателями.

4.4 Определение несущей способности свай по грунту

Допускаемая нагрузка на сваю определяется из условия ее несущей способности по грунту и материалу. При определении числа свай на фундамент или на метр длины свайного ленточного фундамента используется меньшее значение допускаемой нагрузки на сваю.

Свайные фундаменты и отдельные сваи по несущей способности грунтов основания (несущая способность свай по грунту) рассчитываются по [17]:

, (4.2)

где N - полная расчетная вертикальная нагрузка на сваю, которая складывается из расчетных нагрузок N_оI - приложенной в уровне обреза фундамента (дается в задании); N_стI - веса фундаментной стены подвала (для зданий с подвалом); N_рI - веса ростверка; N_грI - веса грунта на консолях ростверка.

Следовательно, полная нагрузка может быть равной

N_I^п = N_0I + N_стI + N_рI + N_грI.

Размещено на http://www.allbest.ru/

При расчете свай на выдергивание к расчетной нагрузке следует прибавлять собственный вес свай: Fd - расчетная несущая способность сваи по грунту, кН;

г_k = 1,4 - коэффициент надежности для свай, рассчитываемых по [17, табл. 1, 2].

Несущая способность свай-стоек определяется по формуле

, (4.3)

где г_c = 1 - коэффициент условий работы свай в грунте; A - площадь опирания (площадь поперечного сечения) сваи на несжимаемый грунт, м²; R - расчетное сопротивление грунта под нижним концом сваи-стойки, кПа, следует принимать для всех видов забивных свай, опирающихся на скальные и малосжимаемые грунты, R = 20000 кПа.

Несущая способность висячих свай определяется как сумма сопротивлений грунтов оснований под нижними концами свай и по их боковой поверхности

(рис. 4.1) по формуле

, (4.4)

где А - имеет то же обозначение, что и в формуле (4.3); R - расчетное сопротивление грунта под нижним концом сваи, кПа, принимаемое по [17, табл. 1], или по прил. 8;

f_i - расчетное сопротивление i-го слоя грунта основания по боковой поверхности сваи, кПа, принимаемое по прил. 8 или по [17, табл. 2]. При этом пласты грунтов под подошвой ростверка следует расчленять на однородные слои толщиной не более 2 м;

U - наружный периметр поперечного сечения сваи, м; h_i - толщина i-го слоя грунта, соприкасающегося с боковой поверхностью сваи, м; г_cr = 1, г_cf = 1 - коэффициенты условий работы соответственно под нижним концом и по боковой поверхности сваи, учитывающие влияние способа погружения свай на расчетные сопротивления грунта, определяемые по [17, табл. 3]; г_c - коэффициент условий работы сваи в грунте, г_c = 1; h₁ = _р - расчетная длина сваи, т. е. расстояние от подошвы ростверка до начала острия сваи. Полная длина сваи L = _р + _з, здесь _з - величина заделки головы сваи в ростверк, которая зависит от способа сопряжения ростверка со сваями.

4.5 Определение несущей способности сваи по материалу

Несущая способность сваи по материалу на сжатие для железобетонных свай определяется по формуле

, (4.5)

где F_m - несущая способность сваи по материалу, кПа; г_c - коэффициент условий работы сваи, г_c = 1 (при размере поперечного сечения сваи более 200 мм); - коэффициент, учитывающий условия загружения, гибкость и другое (для свай, полностью находящихся в грунте, = 1); R_b - расчетное сопротивление бетона при осевом сжатии (призменная прочность), кПа, принимается по [18]; A - площадь поперечного сечения сваи, м²; R_st - расчетное сопротивление арматуры сжатию, кПа, принимаемое по [18]; A_s - площадь всех продольных стержней арматуры, м².

Если на сваю действуют вертикальные нагрузки и моменты, то она должна быть рассчитана как внецентренно нагруженная. Расчет на нагрузки всех видов можно найти в [11].

Полученное значение несущей способности по материалу сравнивается с несущей способностью сваи по грунту, для расчета количества свай n_с принимается меньшее значение.

4.6 Определение количества свай в ростверке

Требуемое количество свай определяется по формуле

, (4.6)

где N_i - полная расчетная нагрузка, передаваемая на сваи, приведенная к подошве плиты ростверка, кН; F_d(m) - несущая способность сваи по грунту или по материалу, кН; г_k - коэффициент надежности свай (см. подразд. 4.4); - коэффициент, учитывающий работу свай при наличии момента внешних сил в уровне подошвы ростверка и принимаемый равным 1,1-1,2.

Если на фундамент действует только осевая сжимающая нагрузка, то = 1. Полученное значение n_c округляют до целого числа свай, а затем размещают их на плане ростверка здания (свайная лента или куст свай), т. е. конструируют свайный фундамент. Одновременно уточняются принятые ранее размеры ростверка в плане [7, 9].

Если на свайной ленте необходимо разместить 2 или 3 ряда свай, то необходимо уточнить не только размеры ростверка в плане, но и откорректировать глубину заложения подошвы ростверка, соблюдая при этом, чтобы верх ростверка был на 10-20 см ниже отметки пола подвала.

4.7 Конструирование свайных фундаментов

Свайные фундаменты в зависимости от размещения свай в плане следует проектировать в виде:

а) одиночных свай - под отдельно стоящие опоры;

б) свайных лент - под стены зданий и сооружений при передаче на фундамент распределенных по длине нагрузок с расположением свай в один, два ряда и более;

в) свайных кустов - под колонны с расположением свай в плане на участке квадратной, прямоугольной и других форм;

г) сплошного свайного поля - под тяжелые сооружения со сваями, равномерно расположенными под всем сооружением и объединенными сплошным ростверком, подошва которого опирается на грунт.

Если число свай в ленточном фундаменте после расчета составляет n_c 1 свая/м, проектируется однорядное расположение свай, и ширина ростверка остается ранее принятой. При n_c > 1 можно проектировать двухрядное расположение свай. В этом случае ширина ростверка увеличивается в 1,5-2 раза. В большинстве случаев рациональней проектировать более длинные сваи и сокращать их количество. Расстояние между осями висячих забивных и набивных свай диаметром до 0,6 м в однорядном ростверке должно быть не менее 3d и не более 6d. При двухрядном расположении свай в ростверке расстояние между сваями в ряду принимается не менее 3d, расстояние между осями рядов (по диагонали) так же не менее 3d (рис. 4.2).

Для забивных свай-стоек допускается принимать расстояние между осями свай 1,5d. При размещении свай под стену в один ряд по углам здания, в узлах пересечения и примыкания стен наличие свай обязательно. Расстояние от боковой грани сваи до грани ростверка (свес ростверка) проектируется не менее 5-10 см. Двухрядный ростверк целесообразно проектировать ступенчатой (поперечное сечение) формы, высота ростверка и его ступеней определяется расчетом по [9].

Рис. 4.2. Виды свайных фундаментов: а - свайные ленты; б - свайные кусты; в - свайное поле

Кусты свай проектируются по [7, табл. 8.20 и 8.21] и состоят из двух, трех, четырех, пяти, шести и более свай. Расстояние между сваями должно быть не менее 3d (рис. 4.2).

4.8 Определение фактической нагрузки на сваи

Расчет заключается в определении фактических нагрузок, действующих на сваи свайного фундамента, и сравнении их с расчетной нагрузкой, допускаемой на сваю (по грунту). Для центрально нагруженного свайного фундамента проверяется условие

, (4.7)

Для внецентренно нагруженного свайного фундамента:

, (4.8)

где N_i, M_xi, M_yi - соответственно расчетная вертикальная нагрузка, моменты относительно центральных осей X и Y плана свайного фундамента в плоскости подошвы ростверка; X и Y - расстояния от центральных осей до наиболее удаленной сваи, для которой вычисляется фактическая нагрузка; X_i и Y_i - расстояния от центральных осей до оси каждой сваи фундамента.

Необходимо соблюдать условие: N_фmax F_d/г_k; N_фmin 0.

Если N_фmax > F_d/г_k, необходимо увеличить число свай или их длину с целью повышения несущей способности свай по грунту.

Не следует допускать недоиспользование несущей способности свай более чем на 15 %, перегрузку свай от постоянных и длительных нагрузок более чем на 5 %.

При N_ф < 0 следует рассчитать сваи на выдергивающую нагрузку (при этом необходимо, чтобы N_фmin < N_b).

Выдергивающая нагрузка N_b определяется по [17, формула (9)]:

, (4.9)

где = 0,7 - для свай, погружаемых на глубину не менее 4 м; = 0,8 - то же на глубину 4 м и более; остальные значения даны в формуле (4.4).

4.9 Расчет свай на горизонтальные нагрузки

Расчет свай на совместное действие вертикальных, горизонтальных нагрузок и моментов должен включать:

а) расчет деформаций свай, который сводится к проверке соблюдения условий [17, прил. 2]:

,

где U_p и - расчетные величины горизонтального перемещения головы сваи и угла ее поворота; U_u и - предельно допускаемые величины указанных деформаций;

б) расчет устойчивости грунта основания, окружающего сваю;

в) проверку сечений свай на прочность (трещиностойкость).

Строгое решение указанных задач дается в [17] и руководстве к нему [9].

4.10 Проверка давлений в основании свайного фундамента как условного массивного

Расчет кустовых свайных фундаментов под промышленные и гражданские здания по деформациям производится как для условного массивного фундамента на естественном основании. Перед расчетом осадки проверяют прочность основания фундамента в уровне острия свай (рис. 4.3).

Границы условного фундамента определяются снизу плоскостью АД, проходящей через нижние концы свай; с боков - вертикальными плоскостями AБ и ДB, отстоящими от наружных граней крайних рядов вертикальных свай на расстоянии ; сверху - поверхностью планировки грунта БB. Здесь - рабочая длина сваи, равная сумме толщин слоев грунта, прорезаемых висячими сваями;

, (4.10)

где ; ... - расчетные значения угла внутреннего трения грунта в пределах соответствующих участков сваи h₁, h₂ ... h_n.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Определяем ширину b_y, длину и площадь A_y условного фундамента AБBД:

(4.11)

где b₁, ₁ - расстояние по наружным граням свай по стороне b и ; - величина, определяемая в зависимости от рабочей длины сваи и средневзвешенного значения угла внутреннего трения грунта в пределах рабочей длины сваи.

Для квадратного ростверка _y = b_y, A_y = b_y².

Расчетом проверяется условие:

, (4.12)

где N_II - сумма расчетных нагрузок в плоскости подошвы свайного фундамента, кН; R - расчетные сопротивления грунта основания условного массива в уровне острия сваи;

, (4.13)

где N_0II - заданная нагрузка, приложенная к обрезу ростверка, кН; N_рII - вес ростверка, кН; N_свII - вес свай, кН; N_грII - вес грунта в объеме условного массива, кН;

, (4.14)

где b_р, _р, d_р - соответственно ширина, длина и высота ростверка, м; г_b - удельный вес бетона, принимаемый равным 24 кН/м³. Вес сваи определяется по формуле

, (4.15)

где n_с - число свай в ростверке; d - размер поперечного сечения сваи, м; - длина сваи, м; г_sb - удельный вес железобетона, принимаемый равным 25 кН/м³.

Вес грунтового массива рекомендуется определять по формуле

(4.16)

где h₁, h₂ ... h_n - мощность слоев грунта в пределах от подошвы ростверка до острия сваи, м; г_II1, г_II2 ... г_IIn - удельный вес соответствующих слоев грунта в пределах рабочей длины сваи, кН/м³, с учетом взвешивающего действия воды.

4.11 Расчет осадки основания свайного фундамента как условного массивного

Расчет осадки кустового свайного фундамента условного массивного производится так же, как фундамента мелкого заложения. Данный расчет приведен в подразд. 3.7, а схема на рис. 4.4.

Рис. 4.4. Схема к расчету осадки основания свайного куста

4.12 Расчет осадки свайного ленточного фундамента

Расчет осадки свайного ленточного фундамента производится по методике, данной в руководстве и СНиП по проектированию свайных фундаментов [9, 17]. В основу расчета заложено предположение о распределении напряжений в толще грунтов основания от сосредоточенной нагрузки, расположенной на определенной глубине ниже поверхности грунта. В ленточном свайном фундаменте нагрузка считается приложенной в плоскости острия свай (рис. 4.5).

Рис. 4.5. Расчетная схема свайного ленточного фундамента

Принимается условие, что нагрузка от свай воспринимается массивом грунта основания, ограниченного сверху поверхностью планировки грунта, снизу - плоскостью, проходящей через нижние концы свай, с боков - вертикальными плоскостями, проходящими по наружным граням рядов (в двухрядном ростверке) или ряда свай, по длине принимается 1 пог. м ростверка. Напряжения в активной зоне (ниже плоскости острия свай) фундамента определяются по [9, прил. 7]:

, (4.17)

где P_I - погонная нагрузка на свайный фундамент, кН/м, с учетом веса фундамента в виде массива грунта со сваями; _n - безразмерный коэффициент, принимаемый по прил. 10, в зависимости от приведенной ширины свайного фундамента

b = b_m /, приведенной глубины рассматриваемой точки z/l, приведенного расстояния рассматриваемой точки от оси ленточного свайного фундамента X/; - глубина погружения сваи (от подошвы ростверка).

Погонная нагрузка на свайный фундамент определяется по формуле

, (4.18)

где N_I - расчетная нагрузка, передаваемая на сваю; a - шаг свай; n_р - число рядов свай; - коэффициент надежности, принимаемый равным 1,1; - осредненное значение удельного веса грунта со сваями в массиве; d_ф - расстояние от планировочной отметки до плоскости острия свай; b_м - ширина массива грунта со сваями (при однорядном размещении свай b_м = d).

Определение напряжений целесообразно вести в табличной форме (см. пример 4.2).

Верхняя граница активной зоны (В.Г.А.З.) сжимаемой толщи основания находится на уровне острия свай, нижняя граница активной зоны (Н.Г.А.З.) находится на глубине, где напряжения от внешней нагрузки не превышают 10 кПа.

Напряжения в грунте в плоскости острия свай не должны превышать расчетного сопротивления грунта R₁, т. е. , здесь , кПа, - первое значение напряжения на глубине z/ = 1,01

, (4.19)

где все обозначения те же, что и в формуле (3.7). Коэффициенты 1,1 и 3 учитывают соответственно изменение удельного веса грунта и удельного сцепления за счет уплотнения его вокруг свай и ниже острия свай после их забивки.

Напряжения в грунте на глубине 3d ниже острия сваи (z₂ не должны быть больше расчетного сопротивления грунта основания R₂, т. е. (z₂ ? R₂, где значения R₂ рассчитываются как по формуле (4.19), но без коэффициентов 1,1 и 3, а вместо d_ф принимается d_ф + 3d.

Осадка S, м, ленточных свайных фундаментов с одно- и двухрядным расположением (при расстояниях между сваями (3-4) d определяются по формуле

S = (P_II (1-²) ₀) / ( Е), (4.20)

где P_II - погонная нагрузка на свайный фундамент, кН/м, с учетом веса фундамента в виде массива грунта со сваями; E, - значения модуля деформации, кПа, и коэффициента Пуассона грунта в пределах сжимаемой толщи, определяемые для указанного выше фундамента в соответствии с требованиями [16]; ₀ - коэффициент, принимаемый по номограмме (рис. 4.6) в зависимости от коэффициента Пуассона , приведенной ширины фундамента и приведенной глубины сжимаемой толщи H_c/ (H_c - глубина сжимаемой толщи H_c = + h_а.з.).

Значение коэффициента ₀ определяется по номограмме в следующем порядке. На номограмме через точку, соответствующую вычисленному значению приведенной глубины сжимаемой толщи, проводится прямая, параллельная оси абсцисс, до пересечения с линией приведенной ширины фундамента и опускается перпендикуляр до линии коэффициента Пуассона грунта . Из точки пересечения проводится линия, параллельная оси абсцисс, до пересечения с осью ординат, на которой приведены значения коэффициента ₀.

Погонная нагрузка определяется по формуле

, (4.21)

Значение модуля деформации в пределах активной зоны определяется по формуле

, (4.22)

где E₁ - модуль деформации отдельных слоев грунта, кПа; h₁ - мощность слоев однородных грунтов, м.

Расчетная осадка S, м, определяется по формуле (4.20) и не должна превосходить допустимой S_u, принимаемой по [4, с. 38].

Рис. 4.6. Номограмма для определения ₀

4.13 Расчет свайных фундаментов на ЭВМ

Вычисление несущей способности свай по грунту на ЭВМ с использованием программного комплекса MathCAD.

Определение осадки свайного куста в осях методом послойного суммирования c учетом влияния соседних фундаментов на ЭВМ с использованием программного комплекса MathCAD.

4.14 Примеры расчёта свайных фундаментов

Пример 4.1. Расчет ленточного свайного фундамента под стену жилого дома.

Требуется запроектировать ленточный свайный фундамент под стену толщиной 64 см (см. рис. 4.5) 5-этажного дома с подвалом.

Исходные данные. Площадка сложена следующими грунтами: суглинок тугопластичный - 16 м, расчетные характеристики которого имеют значения I_p = 16,

I_l = 0,3, г_II = 19 кH/м³, _II = 20, c_II = 1,8 кПа, E = 11000 кПа, = 0,35; песок гравелистый - 4 м, модуль деформации E = 26000 кПа, = 33. Горизонт грунтовой воды находится на кровле гравелистого песка на глубине 16 м. В суглинке возможно появление верховодки. Суглинок относится к среднепучинистым грунтам.