Методичка
.pdf2. Проектирование свайных фундаментов
Свайные фундаменты в зависимости от размещения в плане свай устраиваются в виде:
а) одиночных свай – под отдельно стоящие опоры; б) лент – под стены зданий и сооружений при передаче на
фундамент распределенных по длине нагрузок с расположением свай в плане в один, два и более рядов;
в) кустов – под колонны с расположением свай в плане на участке квадратной, прямоугольной, трапецеидальной и другой формы;
г) сплошного свайного поля – под тяжелые сооружения со сравнительно небольшими габаритами в плане (высотные сооружения, дымовые трубы, доменные печи и др.).
2.1. Расчет свайного фундамента под колонну
Требуется запроектировать свайный фундамент под колонну промышленного здания. Нагрузки на уровне обреза фундамента по табл.2.1.
Таблица 2.1
Комбинация |
N0II, |
M0II, |
T0II, |
N0I, |
M0I, |
T0I, |
|
кН |
кН·м |
кН |
кН |
кН·м |
кН |
||
|
|||||||
1 |
2255 |
– 176 |
10 |
2593 |
– 202 |
12 |
|
2 |
1582 |
– 354 |
10 |
1819 |
– 407 |
12 |
В соответствии с грунтовыми условиями принимаем глубину заложения ростверка h = 3,0 м (к примеру, если в здании имеется подвал, то ростверк должен находиться ниже отметки пола подвала).
21
Рис.2.1. Расчетная схема свайного фундамента под колонну каркаса
22
По геологическим условиям свая «висячая». По требованиям п.8.14 [7] нижний конец сваи должен заглубляться в малосжимаемый грунт, в данном случае пески средней крупности, не менее 0,5 м. От низа подошвы ростверка до слоя песка 6,0 м. Заделку сваи в ростверк принимаем 0,3 м. Длина свай должна быть не менее:
lC 6,0 0,5 0,3 6,8 м.
Выбираем по табл. П5.1 сваи сплошные квадратного сечения (серия 1.011.1-10 вып.1) марки С70.30-6. Бетон марки В20, вес
1,6 т, арматура 4 12 А300. А = 0,302 = 0,09 м2, u = 0,30×4 = 1,2 м.
Определяем несущую способность одной сваи. Расчетная схема приведена на рис.2.1.
Рассчитаем несущую способность забивной призматической сваи трения по формуле (1.7):
Fd c cR RA u cf fi hi
Коэффициент работы свай в грунте γс = 1,0.
Примем, что сборные железобетонные сваи под фундамент будут забиваться в грунт дизель-молотом, поэтому в соответ-
ствии с табл.7.4 [7] γсf = 1,0; γсR = 1,0.
При z0 = 9,9 м по табл. П3.1 принимаем R = 4000 кПа. В соответствии с примечанием таблицы для плотных песков можно увеличить R на 60%. Тогда R = 1,6 4000 = 6400 кПа.
Определяем несущую способность по боковой поверхности сваи в табличной форме:
23
|
|
|
|
|
Таблица 2.2 |
|
Грунт |
IL |
zi |
fi |
li |
fili |
|
м |
кПа |
м |
м |
|||
|
|
|||||
Суглинок |
0,36 |
3,8 |
30,0 |
1,5 |
45,0 |
|
|
|
5,5 |
12,5 |
2,0 |
25,0 |
|
Супесь |
0,67 |
7,5 |
13,0 |
2,0 |
26,0 |
|
|
|
3,8 |
13,5 |
0,5 |
67,5 |
|
Песок |
|
|
|
|
|
|
средней крупности, |
9,45 |
64,0 1,3* |
0,9 |
74,9 |
||
плотный |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
fili |
177,6 |
*Для плотных песков fi (табл. П3.2) увеличивается на 30%. Несущая способность сваи по грунту по формуле (1.7):
Fd 1,0 1,0 6400 0,09 1,20 1,0 177,6 576 213,12 789,12 кН
Несущая способность сваи по материалу:
Fd (Rb A RSС AS )
1,0 (11500 0,09 355000 4,52 10 4 ) 1035 160,46 1195,46 кН
φ = 1,0; Rb = 11500 кПа; А = 0,09 м2; RSС = 355000 кПа; АS = 4,52 м2.
По меньшему из двух значений Fd определим расчетную нагрузку на сваю.
N |
0 Fd |
|
1,15 789,12 |
563,7 кН |
|
n k |
1,15 1,4 |
||||
|
|
|
Определяем количество свай:
n |
|
N 0I |
|
|
|
2593 |
|
5,09 |
|
N |
ср |
h(3d ) 2 |
|
|
563,7 20 3,1 (3 0,3) 2 1,1 |
||||
|
|
|
|
n |
|
|
|
По обрезу фундамента действует значительный момент, поэтому увеличиваем количество свай на 20% и принимаем:
n 1,2 5,09 6,1. Принимаем 6 свай.
Конструируем ростверк. Определим размеры ростверка:
24
а |
|
m |
|
1 t |
|
|
2 |
d |
2 0,05 3 1 0,9 2 |
0,3 |
0,1 2,2 м |
||||
Р |
y |
y |
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
2 |
|
2 |
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
в |
|
m |
|
1 t |
|
2 |
d |
2 0,05 2 1 1,5 2 |
0,3 |
0,1 2,2 м |
|||||
Р |
X |
X |
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
2 |
2 |
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
где ар и вр – соответственно длина и ширина ростверка,
my и mx – соответственно количество свай, размещенных вдоль оси Y и X, ty и tx – соответственно шаг свай по оси Y и X, d – поперечный размер сваи.
GIр γf Vр γ 1,1 (2,2 2,2 0,6 1,6 1,6 0,3) 25 100,98 кН
GI гр γf Vгр γгрI 1,1 (2,2 2,2 1,6 1,6) 0,3 9,96 1,1 0,55 2,2 9,960,55 2,2 0,5 8,37 1,6 0,55 2,2 17,2 0,6 0,55 2,2 15) 76,25 кН
Таблица 2.3
|
NII, |
Комбинация 1 |
Комбинация 2 |
|||||
Нагрузки |
NI, |
MI, |
TI, |
NI, |
MI, |
TI, |
||
кН |
||||||||
|
кН |
кН |
кН |
кН |
кН |
кН |
||
|
|
|||||||
Вес грунта на |
2255 |
2593 |
-202 |
12 |
1819 |
-407 |
12 |
|
уступах |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
||
Момент M = T h |
– |
– |
36 |
– |
– |
36 |
– |
|
Вес ростверка |
121 |
133 |
– |
– |
133 |
– |
– |
|
Вес стены |
104 |
114 |
-52 |
– |
114 |
-52 |
– |
|
Вес грунта |
41 |
45 |
-37 |
– |
45 |
-37 |
– |
|
Горизонтальное |
– |
– |
85 |
118 |
– |
85 |
118 |
|
давление грунта |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
||
Суммарная |
2521 |
2835 |
-170 |
130 |
2111 |
-375 |
130 |
Проверяем нагрузку на сваю в крайнем ряду: Комбинация 1:
NФ |
|
NI |
|
M X y |
|
2835 |
|
170 0,9 |
(472,5 |
47,2) кН |
|
n СВ |
y2 |
6 |
4 0,92 |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|||||
NФ |
519,7 кН 1,2N 1,2 563,7 676 кН |
|
25
Комбинация 2:
NФ |
|
2111 |
|
375 0,9 |
456 кН 1,2 N 1,2 563,7 676 кН |
|
|
||||
max |
6 |
|
4 0,92 |
||
|
|
Недонагрузка:
676 519,7 100% 23%
676
Рассчитываем основание по деформациям
|
|
|
IIi li |
|
24 1,5 20 4,5 38 0,9 |
23,2 |
||||
IIcp |
|
li |
1,5 4,5 0,9 |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
IIcp |
|
|
23,2 |
|
5,8 |
|
|||
4 |
|
4 |
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
by 3d d 2l tg 3 0,3 0,3 2 6,9 tg5,8 2,60м ly 6d d 2l tg 6 0,3 0,3 2 6,9 tg5,8 3,50м
Аy 2,6 3,5 9,1 м2
Определяем удельный вес грунтов выше острия свай с учетом взвешивающего действия воды γ`II
` |
|
IIi |
hi |
|
15,0 1 21 1 11,3 2,5 9,3 4,5 10,7 0,9 |
11,7 кН / м |
3 |
|
|
|
|
||||
II |
|
hi |
|
|
1 1 2,5 4,5 0,9 |
|
|
|
|
|
|
|
|
Определяем вес условного массива грунта. Общий объем свай Vc = 6·0,64 = 3,84 м3; объем ростверка Vp = 5,04 м3; объем, занимаемый подвалом, Vп = 2,05·1,5·2,4 = 7,38 м3; общий объем массива:
V Аy H 9,1 9,9 90,1 м3
Объем грунта в условном массиве:
Vгр V Vc Vp Vп 90,1 3,84 5,04 7,38 73,8 м3
Вес грунта: NгрII = γ`II·Vгр = 11,7·738 = 864 кН.
Вес свай: NсII = n·Pсв = 6·16 = 96 кН.
26
Давление под подошвой условного фундамента:
Р |
|
|
N II N |
грII N cII |
|
2521 864 6 16 |
383 кН / м |
2 |
II |
Ay |
9,1 |
|
|||||
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
Сопоставим р с расчетным сопротивлением грунта на уровне нижнего конца свай. Расчетное сопротивление грунта R вычисляем по [6] в соответствии с данными для песка.
R |
|
|
C1 C2 |
M |
|
k |
|
b |
|
M |
|
d |
|
' |
|
(M |
|
1) d |
|
' |
|
M |
|
c |
|
|
1 |
|
|
z |
II |
q |
1 |
II |
q |
b |
II |
C |
II |
||||||||||||||
|
|
k |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1,4 1,4 2,11 1,0 2,6 20,1 9,44 9,9 11,7 (9,44 1) 2,0 11,7 10,8 0,1 2748,47 кПа 1,0
РII = 383 кН/м2 R = 2748 кПа.
Определяем осадку методом эквивалентного слоя:
S m p hs ; hs A 0 by ;
где hs – толщина сжимаемого слоя грунта; р – давление по кровле сжимаемого слоя;
mν – коэффициент относительной сжимаемости грунта.
|
l y |
3,5 |
|
по табл. 2.4, 2.5 определяем ν = 0,30 и Aω0 = 1,57. |
||
|
|
|
|
1,35; |
|
|
|
by |
2,6 |
|
|
||
|
|
|
|
Коэффициент Пуассона для разных типов грунтов |
||
|
|
|
|
|
|
Таблица 2.4 |
|
|
|
|
|
|
Выдержка из табл.5.10 [6] |
|
|
|
|
Грунты |
Коэффициент поперечной деформа- |
|
|
|
|
|
ции ν (коэффициент Пуассона) |
||
|
|
|
|
|
|
|
Крупнообломочные грунты |
0,27 |
|||||
Пески и супеси |
|
0,30 – 0,35 |
||||
Суглинки |
|
|
0,35 – 0,37 |
|||
Глины при показателе текучести IL: |
|
|||||
IL < 0 |
|
|
|
|
0,20 – 0,30 |
|
0 < IL < 0,25 |
|
|
0,30 – 0,38 |
|||
0,25 < IL < 1 |
|
|
0,38 – 0,45 |
Примечание: Меньшие значения ν применяют при большей плотности грунта
27
Значения коэффициентов Aω0
|
|
|
|
Таблица 2.5 |
n=l/b |
ν = 0,25 |
ν = 0,30 |
ν = 0,35 |
ν = 0,40 |
1,0 |
1,26 |
1,37 |
1,58 |
2,02 |
1,5 |
1,53 |
1,66 |
1,91 |
2,44 |
2,0 |
1,72 |
1,88 |
2,16 |
2,76 |
3,0 |
2,01 |
2,18 |
2,51 |
3,21 |
4,0 |
2,21 |
2,41 |
2,77 |
3,53 |
5,0 |
2,37 |
2,58 |
2,96 |
3,79 |
6,0 |
2,50 |
2,72 |
3,14 |
4,00 |
7,0 |
2,61 |
2,84 |
3,26 |
4,18 |
8,0 |
2,70 |
2,94 |
3,38 |
4,32 |
9,0 |
2,79 |
3,03 |
3,49 |
4,46 |
10 и более |
2,86 |
3,12 |
3,58 |
4,58 |
hs A 0 b 1,57 2,6 4,08 м
рб IIi hi 15 1 21 1 11,3 2,5 9,3 4,5 10,7 0,9 116 кН / м2 ;
р0 = р – рб = 383 – 116 = 267 кН/м2 = 267 кПа.
Коэффициент относительной сжимаемости грунта:
|
m |
; |
1 |
2 2 |
|
|
|
||||
|
|
E |
|
1 |
|
|
|
|
|||
m 0,0024 см 2 |
/ кг с 2,4 10 3 м2 / кН |
||||
|
|
|
|
|
|
Вычислим конечное значение осадки свайного фундамента и сравним его с предельным значением осадки производственного здания с полным железобетонным каркасом Su = 10 см по табл. П6.1 или по приложению Д. к [6]:
S m p hs 2,4 10 3 267 4,08 2,6 см Su 10 см;
28
3.Конструктивный расчет ростверка
3.1.Расчет ростверка под сборную колонну каркаса здания
Расчет ростверка произведен в соответствии с методикой «Пособия по проектированию железобетонных ростверков свайных фундаментов под колонны зданий и сооружений»
(к СНиП 2.03.01-84) [10].
Расчет по прочности плитной части ростверков под сборные железобетонные колонны производится: на продавливание колонной; продавливание угловой сваей; по прочности наклонных сечений на действие поперечной силы; на изгиб по нормальному и наклонному сечениям; на местное сжатие (смятие) под торцами колонн. Помимо этого проверяется прочность стакана ростверка.
Примеры расчета ростверков под монолитные железобетонные колонны и под базы колонн стального каркаса рассматриваются в пособии [10].
3.1.1. Расчет на продавливание ростверка колонной
Расчетная схема приведена на рис. 2.2.
Класс бетона ростверка по прочности на сжатие В25, коэффициент условий работы бетона b2 = 1,1.
Расчетное сопротивление бетона осевому растяжению с учетом коэффициента условий работы бетона
Rbt = 1,1 1,05 = 1,16 МПа (1160 кПа).
Призменная прочность бетона с учетом коэффициента условий работы Rb = 1,1 14,5 = 16 МПа.
Арматура из стали класса А300.
29
Ростверк принимаем прямоугольной формы в плане размером 240 150 см. Размеры подколенника (стакана) в плане 120 100 см, глубина заделки колонны в стакане hanc = 110 см.
Рис.2.2. Схема свайного ростверка под колонну каркаса
Расчетная продавливающая сила определяется по п. 2.2 [10]:
|
2h0 Rbt |
|
h0 |
|
|
|
h0 |
|
|
|
|
|
|
F |
|
b |
c |
|
h |
c |
|
, |
(3.1) |
||||
|
|
|
|||||||||||
per |
|
|
col |
2 |
|
c2 |
col |
1 |
|
|
|
||
|
c1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
Величина продавливающей силы определяется по формуле:
Fper 2 Fi , |
(3.2) |
Величины реакций свай от нагрузок колонны на ростверк на уровне верхней горизонтальной грани ростверка определяются по формулам:
а) в первом ряду свай от края ростверка со стороны наиболее нагруженной его части
F |
N0 I |
|
M x yi |
|
2593 |
|
(202 3 12) 0,9 |
478 кН, |
|
|
n |
|
4 0,9 |
2 |
|||||
|
n |
|
6 |
|
|
||||
|
|
yi2 |
|
|
|
||||
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
30