Теоретическим методом

Исходные данные

Свайный фундамент с высоким ростверком возводится на местности покрытой водой (рис. 2.1).

а) б)

Рис. 2.1. Схема к определению несущей способности сваи: а) – грунтовая колонка; б) – ОПР – отметка подошвы ростверка; 1 – уровень общего размыва; 2 − уровень местного размыва; 3 − отметка кровли второго слоя; l_c – длина сваи; d_c – диаметр ствола сваи

Данные о размерах сваи и высотных отметках приведены в табл. 2.1, в табл. 2.2 – характеристики грунтов основания

Таблица 2.1

Данные о размерах свай и высотных отметках

№ вари-		Высотные	отметки		Размеры	сваи, м
анта	ОПР	1	2	3	lс	dс
1	4,0	5,0	6,5	17,0	21,0	1,0
2	3,0	5,0	7,0	12,5	18,0	1,5
3	2,5	2,8	3,3	18,3	27,0	1,7
4	3,5	4,0	6,0	20,0	22,5	2,0
5	4,0	4,9	5,5	15,5	25,0	1,5
6	4,5	5,6	6,2	14,7	15,5	1,0
7	3,6	4,2	5,0	21,5	25,0	2,0
8	2,8	3,5	4,0	10,8	16,5	1,7
9	4,2	4,5	5,1	13,6	19,0	1,5
10	3,2	3,7	4,6	20,6	30,0	2,0

Таблица 2.2

Варианты грунтовых условий

№ варианта	Грунты основания
	I слой				II слой
	Вид грунта	JL	φ, град	γI , кН/м^3	Вид грунта	JL	φ, град	γI , кН/м^3
1	Песок пылеватый	_	28	8,9	Суглинок полутв.	0,15	_	19,2
2	Супесь пластич.	0,55	_	10,3	Глина тугопласт.	0,30	_	10,1
3	Песок мелкий	_	29	11,5	Песок ср. круп-ности	_	33	10,9
4	Песок средней крупности	_	32	9,7	Суглинок тугопластичный	0,20	_	11,5
5	Суглинок мягкопластичный	0,45	_	10,0	Суглинок твердый	-0,1	_	18,7
6	Песок пылеватый	_	25	11,0	Супесь пластич.	0,20	_	9,8
7	Глина тугопластичная	0,30	_	10,5	Глина полутвердая	0,10	_	20,0
8	Супесь пластич.	0,60	_	9,5	Песок крупный	_	35	11,9
9	Глина мягкопластичная	0,60	_	10,6	Суглинок тугопластичный	0,40	_	10,5
10	Песок мелкий	_	33	9,2	Песок крупный	_	37	11,0

Требуется: определить несущую способность висячей буровой сваи по грунту основания теоретическим методом в соответствии со СНиП 2.02.03 – 85. «Свайные фундаменты».

Методические указания

Несущая способность F_d , кН, буровой сваи определяется по формуле

F_d = γ_c( γ_cR··R·A + U Σ γ_cf f_i h_i), ( 2.1)

где γ_c – коэффициент условий работы сваи, γ_c = 1; γ_cR – коэффициент условий работы грунта под нижним концом сваи, γ_cR = 1; R – расчетное сопротивление грунта под нижним концом сваи, кПа, принимаемое для пылевато-глинистых грунтов по табл. П.4 и по формуле (2.2) для песчаных грунтов; А – площадь опирания сваи, м²; U – периметр поперечного сечения ствола сваи, м; γ_cf – коэффициент условий работы грунта на боковой поверхности сваи, принимаемый по табл. П.6; f_i – расчетное сопротивление i-го слоя грунта на боковой поверхности ствола сваи, кПа, принимаемое по табл. П.5; h_i – толщина i- го слоя грунта, соприкасающегося с боковой поверхностью грунта, м.

Глубину погружения нижнего конца сваи и среднюю глубину расположения слоя грунта ( табл. 2.1 и 2.2 ) в водоеме следует принимать от уровня дна после общего размыва.

Расчетное сопротивление R грунта под нижним концом сваи для песчаных грунтов

R = 0,75α₄ ( α₁ γ_I^′ d + α₂ α₃ γ_I h ), ( 2.2 )

где α₁ ,α₂ , α₃ , α₄ – безразмерные коэффициенты, принимаемые по табл. П.7 в зависимости от расчетного значения угла внутреннего трения; γ_I^′ − расчетное значение удельного веса грунта, кН/м³, в основании сваи ( при водонасыщенных грунтах с учетом взвешивающего действия воды); γ_I – осредненное ( по слоям ) расчетное значение удельного веса грунтов, кН/м³, расположенных выше нижнего конца сваи ( при водонасыщенных грунтах с учетом взвешивающего действия воды ); d – диаметр буровой сваи, м, d= d_с; h – глубина заложения нижнего конца сваи, отсчитываемая от дна водоема после общего размыва, м.

На элементарные слои толщиной h_i ≤ 2 м разбивают грунт боковой поверхности сваи от уровня местного размыва до нижнего конца сваи.

Пример

Исходные данные

Размеры сваи: l_с = 20 м; d_с = 1,7 м.

Грунты: І слой – супесь J_L = 0,5; γ_I1 = 10,5 кН/м³.

ІІ слой – песок средней крупности φ = 33⁰;

γ_I2 = 11,2 кН/м³.

Рис. 2.2. Схема расположения сваи в грунте

1. Отметка нижнего конца сваи

-3,5 + ( -20 ) = -23,5.

2. Глубина заложения нижнего конца сваи

h = | -23,5 – ( -4,5 )| = 19 м.

3. Осредненный удельный вес грунта.

Осредненный удельный вес определяем в пределах от УМР до нижнего конца сваи

= ( 10,5 · 11 + 11,2 · 8 )/ 19 = 10,79 кН/м³.

4. Коэффициенты α по табл. П.7.

Для грунтов с φ = 33⁰ : α₁ = 48,6 , α₂ = 87,6

при 11,2 = 0,74; при d_c = 1,7 = 0,236.

5. Расчетное сопротивление грунта под нижним концом сваи

R = 0,75·0,236 ( 48,6 · 10,79 · 1,7 + 87,6 · 0,74 · 11,2 · 19 ) = 2599,43 кПа.

6. Расчетное сопротивление грунта по боковой поверхности сваи (табл. 2.3).

Разбиваем боковую поверхность сваи от отметки -6,0 до -23,5 на элементарные слои.

Рис.2.3. Схема к определению несущей способности сваи

Таблица 2.3

Промежуточный расчёт несущей способности сваи по боковой поверхности

Наименование слоя грунта	hi	di	fi	γcf	γcf fi hi
1	2	3	4	5	6
	2,0	2,5	18,5	0,6	22,2
	2,0	4,5	23	0,6	27,6
Супесь JL = 0,5	2,0	6,5	25,25	0,6	30,3
	2,0	8,5	26,25	0,6	31,5
	1,5	10,25	27,05	0,6	24,35
	2,0	12,0	67,8	0,6	81,36
Песок средней	2,0	14,0	70,6	0,6	87,72
крупности	2,0	16,0	73,4	0,6	88,08
	2,0	18,0	76,2	0,6	91,44

Σ γ_{с f} f _ih_i=484,55кН/м

7. Несущая способность сваи по грунту.

А = πd² / 4 = 3,14 · 1,7² / 4 = 2,27 м ;

U = πd = 3,14 · 1,7 = 5,338 м;

F_d = 1 ( 1 · 2599,43 · 2,27 + 5,338 · 484,55 ) = 8487,23 кН.