- •1. Исходные данные
- •2. Определение нагрузок, действующих на фундаменты
- •3. Оценка инженерно-геологических и гидрогеологических условий площадки строительства
- •4. Расчет и проектирование варианта фундамента на естественном основании
- •5. Расчет и проектирование варианта фундамента на искусственном основании
- •6. Расчет и проектирование свайного фундамента
- •7. Определение технико-экономических показателей, сравнение и выбор основного варианта системы «основание – фундамент»
- •1. Объем грунта, разрабатываемого под фундамент на естественном основании
- •2. Объем грунта, разрабатываемого под фундамент на искусственном основании, в виде песчаной распределительной подушки
- •3. Объем грунта, разрабатываемого под фундамент на сваях
- •Сметная себестоимость, трудозатраты и капитальные вложения сравниваемых вариантов фундаментов
- •I. Фундамент на естественном основании (грунт II группы)
- •II. Фундамент на искусственном основании (грунт II группы)
- •III. Свайный фундамент (грунт II группы)
- •8. Определение степени агрессивного воздействия подземных вод и разработка рекомендаций по антикоррозионной защите подземных конструкций
- •Дальнейшую оценку ведем в табличной форме при агрессивности воды для бетона на портландцементе.
6. Расчет и проектирование свайного фундамента
Рассмотрим вариант свайного фундамента из забивных висячих свай сечением погружаемых дизельных молотом.
Расчетная глубина промерзания грунта
По конструктивным требованиям, так же как и для фундамента на естественном основании, верх ростверка должен быть на отметке , размеры подколонника в планеглубина стакана. Если принять в первом приближении толщину дна стаканато минимальная высота ростверка должна быть
Для дальнейших расчетов принимаем большее из двух значений, т.е. (кратно150мм), что соответствует глубине заложения 1,95м (абсолютная отметка 95,08).
В качестве несущего слоя висячей сваи принимаем пески среднезернистые (слой 4), тогда необходимая длина сваи
Принимаем типовую железобетонную сваю С-30-7 (ГОСТ 19804.1-79*) квадратного сечения длинойКласс бетона сваиВ15, арматура из стали класса А-III 4ø14 мм, объем бетона масса сваитолщина защитного слоя
Определяем несущую способность одиночной сваи из условия сопротивления грунта по формуле 7.8 СП 24.13330.2011:
–коэффициент условий работы сваи в грунте;
R – расчетное сопротивление грунта под нижним концом сваи, кПа, принимаемое по таблице 7.2;
А площадь опирания на грунт сваи, м, принимаемая по площади поперечного сечения сваи брутто;
u наружный периметр поперечного сечения ствола сваи, м;
–расчетное сопротивление i-го слоя грунта основания на боковой поверхности сваи, кПа, принимаемое по таблице 7.3;
–толщина i-го слоя грунта, соприкасающегося с боковой поверхностью сваи, м;
–коэффициенты условий работы грунта соответственно под нижним концом и на боковой поверхности сваи, учитывающие влияние способа погружения сваи на расчетные сопротивления грунта и принимаемые по таблице 7.4.
В соответствии с расчетной схемой сваи устанавливаем из Таблицы 7.2 СП 24.13330.2011 для песков средней крупности при расчетное сопротивлениеДля определениярасчленяем каждый однородный пласт грунта (инженерно-геологический элемент) на слои толщинойи устанавливаем среднюю глубину расположениякаждого слоя, считая от уровня природного рельефа. Затем по Таблице 7.3 СП 24.13330.2011, используя в необходимых случаях интерполяцию, устанавливаем:
|
|
|
|
|
|
|
|
Площадь опирания сваи на грунт периметрДля сваи сплошного сечения, погружаемой забивкой дизельным молотом, по Таблицы 7.4 СП 24.13330.2011:
Несущая способность сваи:
Требуемое количество свай в фундаменте в первом приближении:
коэффициент надежности по назначению для сооружений II уровня ответственности;
коэффициент надежности по грунту, принимаемый, если несущая способность сваи определена расчетом;
коэффициент условий работы, учитывающий повышение однородности грунтовых условий при применении свайных фундаментов при кустовом расположении свай;
глубина заложения подошвы ростверка от поверхности планировки;
площадь подошвы ростверка, приходящаяся на одну сваю при минимальном расстоянии между сваями;
коэффициент увеличения числа свай, косвенно учитывающий влияние момента и поперечной силы.
Принимаю количество свай в кусте n=8.
Размещаю сваи в кусте по типовой схеме. Окончательно принимаю габариты ростверка в плане равными 3000x1800 мм по высоте – 900 мм.
Объем ростверка:
Объем грунта на уступах ростверка:
Вес ростверка и грунта:
Действующие нагрузки, приведенные к центру тяжести подошвы ростверка:
Расчетную нагрузку на сваю N, кН, следует определять, рассматривая фундамент как группу свай, объединенную жестким ростверком, воспринимающим вертикальные и горизонтальные нагрузки и изгибающие моменты. Для фундаментов с вертикальными сваями расчетную нагрузку на сваю допускается определять по формуле 7.3 СП 24.13330.2011:
Проверяем выполнение условий, указанных в п. 2.3.9
Все условия проверки выполняются.
Предварительная проверка всех сваи по прочности материала
Выполним предварительную проверку сваи по прочности материала по графикам и указаниям п. 2.3.10.
Коэффициент деформации по формуле В.4 СП 24.13330.2011
где:
начальный модуль упругости бетона класса В15, подвергнутого тепловой обработке при атмосферном давлении;
момент инерции сваи;
условная ширина сечения сваи;
коэффициент пропорциональности, принятый по таблице В1 приложения В к СП 24.13330.2011 для суглинка тугопластичного ();
- коэффициент условий работы.
Глубина расположения условной заделки сваи от подошвы ростверка:
;
В заделке действуют усилия: 1. Продольная сила
2. Изгибающий момент:
Точка, соответствующая значениям указанных усилий, лежит на графике ниже кривой для принятой сваи (сечение бетон классаВ15, продольное армирование 4Ø14 мм класса А-III), следовательно, предварительная проверка показывает, что прочность сваи по материалу обеспечена.
Расчет ростверка на продавливание колонной
Класс бетона ростверка – В15, тогда Rbt = 0.75 МПа (Таблица 8 Пособия к СНиП 2.03.01-84). Рабочая высота сечения h0 = 50 см.
Расчетное условие имеет следующий вид где
- высота колонны;
- ширина колонны;
;
- коэффициент надежности по назначению;
коэффициент, учитывающий частичную передачу продольной силы на плитную часть ростверка через стенки стакана.
, здесь
Значение реакций свай от нагрузок на ростверк по верхней горизонтальной грани:
В первом ряду свай от края ростверка со стороны наиболее нагруженной его части:
По второму ряду от края ростверка:
Величина продавливающей силы определяется по формуле
Предельная величина продавливающей силы, которую может воспринять ростверк с принятой толщиной дна стакана:
Прочность ростверка на продавливание колонной обеспечена
Расчет свайного фундамента по деформациям
Выполним расчет свайного фундамента по деформациям на совместное действие вертикальной и горизонтальной нагрузок и момента.
–значение горизонтальной силы, соответствующей границе упругой работы системы «свая-грунт» (ф-ла 14 СНиП прил.1)
- коэффициент деформации (см. проверку сваи по прочности);
- условная ширина сечения сваи (см. проверку сваи по прочности);
- прочностной коэффициент пропорциональности, принятый по Таблице 1 Приложения 1 к СНиП 2.02.03-85 для суглинка мягкопластичного ();
Приведенное значение продольной силы для приведенной глубины погружения сваи в грунтопределяем по Таблице 2 Приложения 1 к СНиП 2.02.03-85 (шарнирное сопряжение сваи с ростверком) прии -
Проверка выполнения условия
горизонтальная нагрузка на голову сваи;
Так как сила то расчет ведем по первой (упругой) стадии работы системы «свая-грунт».
При шарнирном опирании низкого ростверка на сваи иследовательно, формулы (30) и (31) по п.12 Приложения 1 к СНиП 2.02.03-85 примут вид:
–горизонтальное перемещение, м, и угол поворота поперечного сечения сваи, рад, в уровне поверхности грунта при высоком ростверке, а при низком ростверке — в уровне его подошвы.
Определяем перемещение в уровне подошвы ростверка от единичной горизонтальной силы
–горизонтальное перемещение сечения, м/МПа, от действия силы Н=1, приложенной в уровне поверхности грунта;
–угол поворота сечения, 1/кН, от силы Н = 1;
А0, В0 безразмерные коэффициенты, принятые по Таблице 5 Приложения 1 к СНиП 2.02.03-85 для приведенной глубины погружения сваи
Так как условие ограничения горизонтального перемещения головы сваи выполнено.
Расчет устойчивости основания
Выполним расчет устойчивости основания, окружающего сваю по условию Приложения В к СП 24.13330.2011, ограничивающему расчетное давление передаваемое на грунт боковыми поверхностями сваи
где
расчетное давление на грунт, кПа (тс/м2), боковой поверхности сваи на глубине z, м, отсчитываемой при высоком ростверке от поверхности грунта
расчетный удельный вес грунта с учетом взвешивающего действия воды (для слоя 2);
угол внутреннего трения (для слоя 2);
удельное сцепление грунта (для слоя 2);
коэффициент, принимаемый для забивных свай;
коэффициент, принимаемый по Приложению В СП 24.13330.2011;
коэффициент, принимаемый по Приложению В СП 24.13330.2011, где
момент от внешних постоянных нагрузок в сечении фундамента на уровне нижних концов свай;
момент от внешних временных нагрузок в сечении фундамента на уровне нижних концов свай;
коэффициент, принимаемый по Приложению В СП 24.13330.2011;
расчетное давление на грунт боковой поверхности сваи на глубине z, отсчитываемой при низком ростверке от его подошвы (при на глубине), гдеопределяется по Формуле В5 СП 24.13330.2011);
Для приведенной глубины по табл. 4 прил. 1 СНиП 2.02.03-85 имеем:
А1 = 0,996; В1 = 0,849; С1 = 0,363; D1 = 0,103.
т.е. устойчивость грунта, окружающего сваю, обеспечена.
Проверка несущей способности сваи по прочности материала
Характеристики сваи:
расчетное сопротивление бетона для предельных состояний первой группы;
расчетные сопротивления арматуры для предельных состояний первой группы соответственно сжатию и растяжению продольной арматуры;
ширина сваи;
величина защитного слоя бетона соответственно растянутой и сжатой арматуры;
рабочая высота сечения;
площадь соответственно растянутой и сжатой арматуры;
Из формулы (37) Приложения 1 к СНиП 2.02.03-85 для указанных характеристик сваи получаем следующее выражение для определения моментов в сечениях сваи на разных глубинах от подошвы ростверка:
Результаты дальнейших вычислений, имеющих целью определение , сводим в Таблицу 10, причем при назначении используем соотношение, в котором значенияпринимаем по Таблице 4 Приложения 1 к СНиП 2.02.03-85.
Таблица 10. Вычисление изгибающих моментов
zi, м |
z |
A3 |
B3 |
D3 |
Mz, кНм |
0.44 |
0.40 |
-0.011 |
-0.002 |
0.400 |
7.094 |
0.88 |
0.80 |
-0.085 |
-0.034 |
0.799 |
11.903 |
1.33 |
1.20 |
-0.287 |
-0.173 |
1.183 |
13.401 |
1.77 |
1.60 |
-0.676 |
-0.543 |
1.507 |
11.889 |
2.21 |
2.00 |
-1.295 |
-1.314 |
1.646 |
8.562 |
2.65 |
2.40 |
-2.141 |
-2.663 |
1.352 |
4.917 |
3.09 |
2.80 |
-3.103 |
-4.718 |
0.197 |
2.998 |
Как видно из Таблицы 10, действует на глубине
Эксцентриситеты продольной силы для наиболее и наименее нагруженных свай составляют соответственно:
Определим значения случайных эксцентриситетов по п.1.21. СНиП 2.03.01-84 для расчетной длины и поперечного размера сваи
Так как полученные значения эксцентриситетов е01 и е02 больше еai, оставляем эти значения для дальнейшего расчета несущей способности сваи по п.3.20 СНиП 2.03.01-84.
Находим расстояния от точек приложения продольных сил и до равнодействующей усилий в арматуре S:
Определим высоту сжатой зоны бетона по формуле (37) СНиП 2.03.01-84:
Граничное значение относительной высоты сжатой зоны принимаю по Таблице 19 Пособия к СНиП 2.02.03-84 для стали класса А-III и бетона класса В15
Относительная высота сжатой зоны:
Проверка прочности сечения сваи по формуле (36) СНиП 2.03.01-84
Несущая способность свай по прочности материала в наиболее нагруженных сечениях обеспечена.
Расчет осадки основания свайного фундамента
Определяем размеры и вес условного фундамента (по указаниям п. 7.1 СНиП 2.02.03-85).
.
Размеры свайного поля по наружному обводу:
м;
м.
Размеры площади подошвы условного массива:
м;
м.
Площадь подошвы условного массива Аусл = 12.69 м2.
Объём условного массива Vусл = Aусл hусл – Vr = 12.69 8,750– 7,13 = 103.9 м3.
Вычислим средневзвешенное значение удельного веса грунта выше подошвы условного фундамента:
Вес грунта в объёме
условного фундамента: кН;
Вес ростверка
Вес свай
Расчетная нагрузка по подошве условного фундамента от веса грунта, ростверка и свай:
Проверяем напряжения в плоскости подошвы условного фундамента.
Расчетное сопротивление грунта основания условного фундамента в уровне его подошвы определим формуле (5.7) СП 22.133330.2011:
Принимаем: ; – коэффициенты, принимаем по Таблице 5.4 СП 22.133330.2011 для песка средней крупности
- коэффициент, принимаемый при определении прочностных характеристик грунта инепосредственными испытаниями.
Для поТаблице 5.5 СП 22.133330.2011:
; ;
кПа
Среднее давление PII mt по подошве условного фундамента:
< R = 1454.6 кПа
Максимальное краевое давление PII max:
315.93 < R = 1454.6 кПа
Все условия ограничения давлений выполнены.
Для расчета осадки методом послойного суммирования вычислим напряжение от собственного веса грунта на уровне подошвы условного фундамента:
Дополнительное вертикальное давление на основание от внешней нагрузки на уровне подошвы условного фундамента:
Соотношение сторон подошвы фундамента:
Значения коэффициента устанавливаем по табл.1 прил.2 СНиП 2.02.01-83.
Из условия принимаю толщину элементарного слоя грунта
Дальнейшие вычисления сводим в таблицу 11.
Таблица 11. Определение осадки
zi, м |
ξ=2zi/b |
zi+d, м |
α |
σzp=αPo, кПа |
σzg=σzg,0+Σγsb,i×zi, кПа |
0.2σzg, кПа |
Е, кПа |
0 |
0 |
7 |
1 |
129.77 |
89.84 |
17.968 |
30000 |
0.602 |
0.4 |
7.602 |
0.972 |
126.13644 |
95.74562 |
19.1491 |
30000 |
1.204 |
0.8 |
8.204 |
0.848 |
110.04496 |
101.65124 |
20.3302 |
30000 |
1.806 |
1.2 |
8.806 |
0.682 |
88.50314 |
107.55686 |
21.5114 |
30000 |
2.408 |
1.6 |
9.408 |
0.532 |
69.03764 |
113.46248 |
22.6925 |
30000 |
3.01 |
2 |
10.01 |
0.414 |
53.72478 |
119.3681 |
23.8736 |
30000 |
3.612 |
2.4 |
10.61 |
0.325 |
42.17525 |
125.27372 |
25.0547 |
30000 |
4.214 |
2.8 |
11.21 |
0.26 |
33.7402 |
131.17934 |
26.2359 |
30000 |
4.816 |
3.2 |
11.82 |
0.21 |
27.2517 |
137.08496 |
27.417 |
30000 |
5.418 |
3.6 |
12.42 |
0.173 |
22.45021 |
142.99058 |
28.5981 |
30000 |
6.02 |
4 |
13.02 |
0.145 |
18.81665 |
148.8962 |
29.7792 |
30000 |
6.622 |
4.4 |
13.62 |
0.123 |
15.96171 |
154.80182 |
30.9604 |
30000 |
На глубине Hc = 4.816 м от подошвы условного фундамента выполняется условие СНиП 2.02.01-83 (прил.2, п.6) ограничения глубины сжимаемой толщи основания (ГСТ):
zp= 27.25 кПа 0,2zg = 27.417 кПа, поэтому послойное суммирование деформаций основания производим в пределах от подошвы фундамента до ГСТ/
Осадку основания определяем по формуле:
Условие S = 0.9 см < Su = 8,0 см выполняется (значение Su = 8,0 см принято по таблице прил.4 СНиП 2.02.01-83).
Расчетная схема распределения напряжений в основании свайного фундамента по оси А-5 представлена ниже.