4.4.2. Определяют несущую способность одиночной сваи Fd по условиям сопротивления грунта основания:

для свай-стоек по п.4.1., для висячих свай по п.4.2. СНиП /10/ . При этом необходимо составить в масштабе расчетную схему с наложением инженерно-геологического разреза (см. рис.4.10). По п.3.10 СНиП /10/ вычисляется расчетная нагрузка

, допускаемая на сваю по сопротивлению грунта основания.

Определяется расчетное сопротивление на сжатие по материалу сваи. Для этого сваю рассматривают как центрально сжатый стержень (рис.4.11), жестко защемленный в грунте, в сечении, расположенном от подошвы ростверка на расстоянии

. (4.13.)

L₀ - длина участка сваи, м, от подошвы ростверка до уровня поверхности грунта (при низком ростверке L₀ = 0);

α_Е - коэффициент деформации, 1/м, определяемый по формуле (11) рекомендуемого приложения 1 к СНиП /10/.

Несущая способность по материалу железобетонной сваи определяется по формуле

, (4.14.)

где φ – коэффициент продольного изгиба, вычисляемый по формуле (21) СНиП 2.03.01-84. Бетонные и железобетонные конструкции (в курсовом проекте при низком ростверке допускается принимать φ = 1);

γ_с – коэффициент условий работы, принимаемый равным 0,85 для свай сечением менее (30×30) см и γ_с = 1 для свай большего сечения;

γ_св – коэффициент условий работы бетона, принимаемый γ_св = 1 для всех видов свай, кроме буронабивных;

γ_св = 0,7 – 1,0 – для буронабивных свай а зависимости от способа их устройства (принимается в соответствии с п.3.8 СНиП /10/);

R_в – расчетное сопротивление бетона осевому сжатию, зависящее от его класса и принимаемое по таблице 13 СНиП 2.03.01-84 «Бетонные и железобетонные конструкции»:

В15 R_в = 8,5 МПа; В20 R_в = 11,5 МПа; В25 R_в = 14,5 МПа; В30 R_в = 15,5 МПа;

А и А_а – площадь поперечного сечения соответственно сваи и арматуры;

R_s – расчетное сопротивление смятию арматуры, принимаемое по таблице 22 СНиП 2.03.01-84.: А-I R_s = 225 МПа; А-II R_s = 220 МПа; А-III R_s = 355МПа.

Сечение свай необходимо подбирать таким образом, чтобы расчетные нагрузки, допускаемые на сваю по сопротивлению грунта основания, и несущая способность по материалу сваи примерно равны, т.е. F_v ≈ F_dm, а коэффициент использования прочности материала сваи и грунтов основания . К дальнейшему расчету принимается меньшее из указанных сопротивлений. Для облегчения подбора рекомендуется воспользоваться ориентировочными данными из таблицы 8.11 /15/.

4.4.3. Требуемое количество свай в фундаменте в первом приближении определяется по формуле

(4.15.)

где N_I^надз – расчетная вертикальная нагрузка на обрез фундамента для расчета по первой группе предельных состояний (γ_f ≈ 1,2);

d – глубина заложения подошвы ростверка от поверхности планировки;

γ_mt ≈ 20 кН/м³ – среднее значение удельного веса бетона ростверка и грунта на его уступах;

a – минимальное расстояние между сваями в плоскости их нижних концов, принимаемое в соответствии с п.7.9 СНиП /10/;

k = 1,2 – коэффициент, косвенно учитывающий влияние на сваю момента и горизонтальной нагрузки.

Размещают сваи в плане и конструируют ростверк. Размеры плитной части и подколонника, в целях унификации опалубки, следует принять как для фундамента на естественном основании (см./5;8;15;/). Возможное размещение свай в плане показано на рис.4.12. Максимальное расстояние между осями свай – 6d. Остальные конструктивные требования показаны на рис.4.12.

4.4.4. Расчет свайного фундамента по первой и второй группам предельных состояний заключается в определении расчетных усилий и перемещений одиночной сваи, расчета свайного фундамента как условного массивного.

Расчетную нагрузку на сваю определяют, рассматривая фундамент как рамную конструкцию, воспринимающую вертикальные нагрузки и изгибающие моменты от горизонтальных нагрузок, действующих в разных плоскостях, например, в плоскости и из плоскости рамы здания, по п.3.11 /10/. При этом учитывается собственный вес свай, ростверка и грунта на его уступах. Для наиболее нагруженных свай в ростверке расчетную нагрузку допускается повышать в промышленных и гражданских зданиях на 20%, т.е. в соответствии с п.3.10 СНиП /10/

N_max ≤ 1,2 F_d/γ_k; N_min > 0 (4.16.)

При невыполнении хотя бы одного из условий 4.16. следует увеличить количество свай или глубину их погружения и повторить расчеты в соответствии с п.4.32 и 4.33. Уменьшение неравномерности загружения свай в кусте может быть достигнуто смещением оси фундамента с оси колонны (см. п.4.2.3.), либо неравномерным размещением свай.

В случае совместного действия на фундамент вертикальных нагрузок, моментов и горизонтальных сил выполняется расчет свай по деформациям по рекомендуемому приложению 1 к СНиП /10/.

При этом в курсовом проекте достаточно определить расчетные значения горизонтального перемещения головы сваи U_р и угол ее поворота ψ_р и проверить их допустимость из условия перемещения верха ростверка, вычисляемого по формуле

ψ₀ × d_ф, (4.17.)

где d_ф – высота ростверка, т.е. расстояние от его подошвы до обреза.

Предельные значения горизонтального перемещения головы сваи и угла ее поворота ψ_u устанавливаются в задании на проектирование в зависимости от сложности здания или сооружения. Величина предельно допустимого горизонтального смещения обреза фундамента S_u для большинства промышленных и гражданских зданий не должна превышать 1 см. Если полученное значение S_в > S_u, следует увеличить количество свай или ввести в фундамент наклонные сваи.

В случае применения висячих свай производится расчет осадки условного фундамента в соответствии с требованиями п.6.1. СНиП /10/ как фундамента на естественном основании (см. п.4.2.2. и 4.2.3.) с учетом требований п.2.56 СНиП /9/.