Расчет и проектирование свайного фундамента

Рассмотрим вариант свайного фундамента из забивных железобетонных висячих свай сечением 400×400мм (Серия 1.011.1−10 Сваи забивные железобетонные.), погружаемых дизельным молотом.

По конструктивным требованиям, так же как и для фундамент на ествественном основании, верх ростверка должен быть на отм.

Глубина заложения подошвы ростверка.

Определяем глубину заложения подошвы ростверка исходя из:

расчетной глубины промерзания грунта от поверхности планировки, которая определяется по формуле (п. 5.5.4 СП 22.13 330.2011):

коэффициент, учитывающий влияние теплового режима сооружения, принимаемый для наружных фундаментов отапливаемых сооружений — по таб. 5.2 СП 22.13 330.2011 при ;

величина, принимаемая равной для супесей 0,23 м;

безразмерный коэффициент, численно равный сумме абсолютных значений среднемесячных отрицательных температур за зиму в данном районе.

конструктивных требований к минимальной высоте ростверка, которая складывается издлины анкера.

Принимаем высоту ростверка Нr=1,5 м. Учитывая расстояние для заглубления базы колонны-траверсы, принимаемым равным 700 мм от отметки 0,000, требуется d>=1500+700−150=2050мм. Принимаем глубину заложения 2,05 м от отметки планировки. Отметка дна ростверка -2.200.

Необходимая длина свай.

В качестве несущего слоя висячей сваи принимаем мелкий песок (слой 4).

Определяем минимально необходимую длину сваи м, по формуле:

размер заделки сваи в ростверк (принимаем шарнирное сопряжение роствверка и сваи), м;

толщина прорезаемых сваей слабых слоев грунтов, м;

требуемое заглубление нижних концов свай в зависимости от показателя текучести несущего слоя (п. 8.14 СП 24.13 330.2011), м.

Принимаем ж/б сваю С50.40−6 (Серия 1.011.1−10−1000ФЧ) сплошного квадратного сечения 400×400, длинной 5,0 м. Класс бетона Б20, арматура из стали класса A-II 4Ш 14.

Несущая способность одиночной сваи.

Определяем несущую способность одиночной сваи из условия сопротивления грунта основания, кН, по формуле (п. 7.2.2 СП 24.13 330.2011):

коэффициент условия работы;

расчетное сопротивление грунта под нижним концом сваи, кПа, принимаемый по таблице 7.2 СП 24.13 330.2011;

площадь опирания на грунт сваи, м2;

наружный периметр поперечного сечения ствола сваи, м;

расчетное сопротивление i-го слоя грунта основания на боковой поверхности сваи, кПа, принимаемый по таблице 7.3 СП 24.13 330.2011;

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

коэффициент условия работы грунта под нижним концом сваи, принимаемые по таблице 7.4 СП 24.13 330.2011.

коэффициент условия работы грунта на боковой поверхности сваи, принимаемые по таблице 7.4 СП 24.13 330.2011.

Требуемое число свай Определяем требуемое число свай в фундаменте в первом приближении по формуле:

где, расчетное значение нагрузки по несущей способности, кН;

несущая способность висячей сваи, кН;

среднее значение удельного веса материала ростверка и грунта на его уступах, ;

глубина заложения подошвы ростверка от поверхности планировки, м;

площадь подошвы ростверка, приходящаяся на одну сваю при минимальном расстоянии между сваями;

коэффициент надежности по грунту;

коэффициент увеличения числа свай, косвено учитывающий влияние момента и поперечности силы;

коэффициент надежности по назначению здания и сооружения;

коэффициент надежности по грунту.

Принимаем.

Размещаем сваи в кусте по типовой схеме. Окончательный размер ростверка назначаем, придерживаясь размеров в плане кратных 0,3 м и по высоте — кратных 0,15 м.

Вес ростверка и грунта на его уступах:

Все действующие нагрузки приводим к центру тяжести подошвы ростверка:

.

Проверка нагрузок на крайние сваи.

Расчетную нагрузку на сваю, кН, определяем, рассматривая фундамент как группу свай, объединённую жестким ростверком, воспринимающим вертикальные нагрузки и изгибающие моменты, по формуле (п. 7.1.12 СП 24.13 330.2011):

расчетная сжимающая сила, передаваемая на свайный ростверк в уровне его подошвы, кН;

передаваемый на свайный ростверк в плоскости подошвы расчетные изгибающие моменты, кНм;

число свай в фундаменте;

максимальное расстояние от главных осей до оси сваи, м;

расстояние от главных осей до оси каждой сваи, для которой вычисляют расчетную нагрузку, м.

Проверяем выполнения условий:

Условия выполняются.

Предварительная проверка всех сваи по прочности материала Определим коэффициент деформации по формуле (п. В.4 СП 24.13 330.2011):

модуль упругости материала сваи, кПа; начальный модуль упругости бетона сваи класса В20, подвергнутого тепловой обработке при атмосферном давлении составляет (согласно таб. 18 СНиП 2.03.01−84*).

коэффициент пропорциональности для тугопластичного суглинка с показателем текучести по таблице В.1 СП 24.13 330.2011 определяем, что коэффициент пропорциональности.

условная ширина сваи, м;Т.к. диаметр сваи меньше 0,8 м, то условную ширину сваи находим по формуле:

момент инерции поперечного сечения сваи, ;момент инерции поперечного сечения сваи находим по формуле:

коэффициент условий работы;

Определим глубину расположения условной заделки сваи от подошвы ростверка по формуле (п. 7.1.8 СП 24.13 330.2011):

где, длина участка сваи от подошвы высокого ростверка до уровня планировки грунта, м;

коэффициент деформации,.

Определим возникшие реакции в условной заделки:

Точка, соответствующая значениям указанных усилий, лежит на графике ниже кривой принятой сваи (сплошного квадратного сечения 400×400, длинной 5,0 м, класс бетона Б20, арматура из стали класса A-II 4Ш18), следовательно, предварительная проверка показывает, что прочность сваи по материалу обеспечена.

Расчет ростверка на продавливание колонной.

При стальных колоннах сплошного сечения расчет ростверка на продавливание колонной производится из условия (Пособие к СНиП 2.03.01−84 Пособие по проектированию железобетонных ростверков свайных фундаментов под колонны зданий и сооружений):

где, продавливающая сила, кН;

коэффициент, принимаемый равный единице для тяжелого бетона;

расчетное сопротивление бетона, МПа;

рабочая высота сечения;

— размеры базы колонны1,1×0,6.

Определяем составляющие формулы:

• 1) Т.к. класс бетона ростверка В20, тогда, согласно таб. 6,8 СП63.13 330.2012.
• 2) Рабочую высоту сечения принимаем 1,3 м (расстояние от верха нижней рабочей арматуры сетки до базы колонны);
• 3) Фундамент внецентренно — нагруженный, определяем

Находим сумму реакций всех свай от нагрузок колонны на ростверк.

В первом ряду свай от края ростверка:

Во втором ряду от края ростверка.

=2*?Fi=2*(404,78+2*313,67) =2064,24кН.

2064,24<2*900*1,3*((1,1+0,95)*1,3/0,55+(0,6+0,55)*1,3/0,95)=15 020,78кН Прочность ростверка на продавливание колонной обеспеченно.

Расчет свайного фундамента по деформациям Выполним расчет свайного фундамента по деформациям на совместное действие вертикальной и горизонтальной нагрузок и момента исходя из условия:

где, горизонтальная нагрузка на голову сваи, кН;

значение горизонтальной силы, соответствующей границе упругой работы системы свая-грунт.

Определяем составляющие формулы:

Находим значение горизонтальной силы, соответствующей границе упругой работы системы свая-грунт по формуле:

где, прочностной коэффициент пропорциональности,; для суглинка тугопластичного (JL = 0,35) по таблице В.1 СП 24.13 330.2011 определяем (по интерполяции).

условная ширина сечения сваи (см. проверку сваи по прочности), м;

коэффициент деформации (см. проверку сваи по прочности);

приведенное значение продольной силы для приведенной глубины погружения сваи в грунт при и по табл.2 прил.1 к СНиП 2.02.03−85(при шарнирном сопряжении сваи с ростверком).

1. Определяем горизонтальную нагрузку на голову сваи по формуле:

Подставляем значения в неравенство:

Т.к. условие выполняется, то расчет ведем по первой (упругой) стадии работы системы свая-грунт.

Для дальнейшего расчета сваи по деформациям, требуется соблюсти условие:

где, расчетное значение горизонтального перемещения головы сваи, м;

предельное допустимое значение горизонтального перемещения головы сваи, м.

Горизонтальное перемещение, м, определяем по формуле:

где, расчетное значение поперечной силы, кН, и изгибающего момента, кНм;

горизонтальное перемещение сечения,, от действия силы, приложенной в уровне поверхности грунта;

горизонтальное перемещение сечения,, от действия силы, приложенной в уровне поверхности грунта;

Определим составляющие формулы:

При шарнирном опирании низкого ростверка на сваи, расчетное значение изгибающего момента и ;

расчетное значение поперечной силы, кН, определяем по формуле:

горизонтальное перемещение сечения, , от действия силы, приложенной в уровне поверхности грунта, определим по формуле:

где, модуль упругости материала сваи, кПа;

момент инерции поперечного сечения сваи, ;

коэффициент деформации (см. проверку сваи по прочности);

безразмерный коэффициент, при .(определён интерполяцией) горизонтальное перемещение сечения, , от действия силы, приложенной в уровне поверхности грунта, определяем по формуле:

где, модуль упругости материала сваи, кПа;

момент инерции поперечного сечения сваи, ;

коэффициент деформации (см. проверку сваи по прочности);

безразмерный коэффициент, при .

Подставляем значения в неравенство:

Расчет устойчивости основания, окружающего сваю, выполним исходя.

из условия СП 24.13 330.2011 (В.7.):

где, расчетное давление на грунт, кПа, боковой поверхности сваи на глубине z, м, отсчитываемой при низком ростверке от его подошвы;

коэффициент равный единице, кроме случаев с распорным фундаментом;

коэффициент, учитывающий долю постоянной нагрузки в суммарной нагрузке;

расчетное значение соответственно угла внутреннего трения грунта, град, и удельного сцепления грунта, кПа;

расчетный удельный (объемный) вес грунта ненарушенной структуры, с учетом взвешивающего действия воды, ;

коэффициент, принимаемый для забивных свай 0,6.

Определим составляющие формулы:

Расчетное давление на грунт, кПа, боковой поверхности сваи на глубине z, м, определяем по формуле:

где, коэффициент условий работы принимаемый 3 при одностадийном расчёте;

модуль упругости материала сваи, кПа;

момент инерции поперечного сечения сваи, ;

коэффициент деформации (см. проверку сваи по прочности);

коэффициент пропорциональности, ;

приведенная глубина, м;

расчетное значение горизонтального перемещения головы сваи, м;

коэффициенты;

угол поворота сваи, рад.

расчетное значение поперечной силы, кН, и изгибающего момента, кНм.

Определим составляющие формулы:

начальный модуль упругости бетона сваи класса В20, подвергнутого тепловой обработке при атмосферном давлении составляет момент инерции поперечного сечения сваи находим по формуле:

Коэффициент деформации ;

для тугопластичной глиныIL=0,35по таблице В.1 СП 24.13 330.2011 определяем, что коэффициент пропорциональности.

приведенную глубину т.к., то определяем по формуле:

расчетное значение горизонтального перемещения головы сваи.

(см. расчет свайного фундамента по деформациям);

При принимаем, ,, ;(по табл. 4 прил.1 СНиП 2.02.83*).

Угол поворота сваи, рад, определяем по формуле:

где, расчетное значение поперечной силы, кН, и изгибающего момента, кНм;

угол поворота сечения,, от силы ;

угол поворота сечения,, от силы ;

Коэффициент, т.к. не распорное сооружение;

Коэффициент определим по формуле:

где, момент от внешних постоянных нагрузок в сечении фундамента на уровне нижних концов сваи, кНм;

момент от внешних временных расчетных нагрузок в сечении фундамента на уровне нижних концов сваи, кНм;

коэффициент.

Определим составляющие формулы:

Момент от внешних постоянных нагрузок в сечении фундамента на уровне нижних концов сваи, определяем по формуле:

Момент от внешних временных расчётных нагрузок в сечении фундамента на уровне нижних концов сваи, определяем по формуле:

Коэффициент.

Угол внутреннего трения для второго слоя ;

Удельное сцепление грунта для второго слоя ;

расчетный удельный (объемный) вес грунта ненарушенной структуры, с учетом взвешивающего действия воды для второго слоя ;

т.к. применяются забивные сваи.

Подставим значения в неравенство:

Условие выполняется, а значит устойчивость грунта, окружающего сваю, обеспечена.

Несущая способность сваи по прочности материала.

Определим несущую способность сваи по прочности материала. Характеристики сваи: Rb = 11,5 МПа; RSС = RS = 280 МПа; b = dсв = 40 см; а=а'= 4 см; h0 = dсв — а' = 40 — 4 = 36 см. Из формулы (37) прил.1 к СНиП 2.02.03−85* .

Для указанных характеристик сваи получаем следующее выражение для определения моментов в сечениях свай на разных глубинах от подошвы ростверка:

где, модуль упругости материала сваи, кПа;

момент инерции поперечного сечения сваи, ;

коэффициент деформации,.

расчетное значение горизонтального перемещения головы сваи, м;

угол поворота сваи, рад.

расчетное значение поперечной силы, кН, и изгибающего момента, кНм.

Результаты дальнейших вычислений, имеющих цель определению, сводим в таблицу, причем при значении Z используем со…