4. Расчёт свайных фундаментов.

Расчет свайных фундаментов и их оснований производится по двум группам предельных состояний.

По первой группе определяют несущую способность сваи по грунту, прочность материалов свай и ростверков. По второй группе предельных состояний рассчитываются осадки оснований фундаментов.

4.1 Расчёт свайного фундамента под колонну

Определим длину сваи по формуле (25):

l_св=l₀+∑l_гр+l_н.сл=0,1+10,6+1=11,7 м (25)

Принимаем сваю – С-12.3, m=0,25т/м.

По таблице СНиП подбираемR при глубине погружения свай 13,1м– R=907,33 кПа

Рисунок 8 – Расчетная схема к определению несущей способности сваи под фундамент стаканного типа

При погружении свай забивкой молотом

Несущую способность сваи определяется по формуле (26) как сумма расчётных сопротивлений грунтов оснований под нижним концом сваи и на её боковой поверхности:

(26)

где -коэффициент условий работы сваи в грунте, принимаемый=1

R-расчётное сопротивление грунта под нижним концом сваи, кПа.

А - площадь опирания на грунт сваи,м.

u – наружный периметр поперечного сечения сваи,м.

fi – расчётное сопротивление итого слоя грунта основания на боковой поверхности сваи, кПа.

hi – толщина итого 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 расчётные сопротивления грунта и принимаемые по [2].

Первые два слоя плохие, поэтому при расчете несущей способности мы их не учитываем. Остается 3-й слой глубиной 1м. Для данного слоя определим расчетное сопротивление по боковой поверхности сваи:

МПа; м

Несущая способность свай под колону будет равна

Расчётная нагрузка, допускаемая на одну сваю, определяется по формуле:

(27)

где - коэффициент надежности, принимаемый 1,4.

Запроектируем ростверк таким образом, чтобы размеры в плане были кратны 30см, а высота 15см. Конструктивно принимаем размеры в соответствии с размерами плиты фундамента мелкого заложения b=2,1м, l=2,4м, а высоту плиты примем равной 0,6м.

Необходимое количество свай в грунте определяется по формуле

(28)

где N₁ – расчётная нагрузка по обрезу ростверка;

G – Ориентировочный расчётный вес ростверка и грунта на его обрезах;

G=4.536∙25+3,024·16,25=113.4+49,12=162.52кН;

;

Принимаем количество свай под стакан – 6, и распологаем их следующим образом (см. рисунок), с шагом 0,9м.

Определяем фактическую нагрузку, приходящуюся на сваю, которая должна быть меньше допустимой

Рисунок 9 - Схема условного фундамента при расчете свайного фундамента под колонну

(29)

где - коэффициент надёжности по нагрузке, принимаем 1,1;

Давление по подошве условного фундамента от расчётных нагрузок не должно превышать расчётного давления на грунт.

Выполнение условия, для каждой сваи не означает, что основание свай будет работать надежно. С целью проверки прочности основания свайный фундамент рассматривают как условный массивный фундамент.

Осредненное расчетное значение угла внутреннего трения:

a_усл=0,9+2∙0,105=1,11м

b_усл==2,31 м

Проверку прочности куста свай проводим по формуле:

(30)

где N_II- сумма вертикальных расчётных нагрузок в уровне нижних концов свай;

N_II=N_dII+G_c+G_p+G_гр (31)

N_dll=880– вертикальная расчётная нагрузка на фундамент, кН;

G_c=(0,25∙12+0,05)∙6∙10=183кН – вес свай;

G_p=4,536∙25=113,4кН – вес ростверка;

Прежде чем найти напряжение от собственного веса грунта в уровне подошвы фундамента определим удельный вес грунта третьего (супесь пластичная) слоя с учетом взвешивающего веса воды:

кН/м³ (32)

А также средний удельный вес грунтов, лежащих выше уровня подошвы:

кН/м³ (33)

G_гр=(13,1·3,11 – 3,024)∙26,81=1011,19кН – вес грунта;

N_II=880+183,0+113,4+1011,19=2187,59кН

М_II – расчётная величина момента действующего на фундамент, кН∙м;

М_II=220+20∙1,5=250кНм

R – расчётное сопротивление грунта основания условного массива, кПа, определяемое как для фундамента с геометрическими размерами, равными размерам условного массива грунта.

Найдем значения коэффициентов:g_с1=1,1; g_с2=1; M_g=0,472; М_q=2,995; М_с=5,556, d₁=13,1м, d_b=0.

Условие соблюдается.