8. Расчет и конструирование свайного фундамента

В проекте под колонну предусмотрены забивные сваи, призматические, поперечное сечение которых 300х300 мм. Погружение осуществляется дизель-молотом.

Высота ростверка: h_p=550+400=950, принимаем h_p=1,2 м.

По конструктивным соображениям принимаем длину сваи L=7 м, а общую длину (с острием) равной 7,25 м. Ростверк изготовляют из монолитного бетона класса В-15 высотой 1,2 м и высотой ступени 300 мм, остальные размеры определены на расчетной схеме (рис.16). Расстояние между осями свай в плане равно 3d=3х300=900 мм, от края ростверка – не менее d=300 мм.

Определим несущую способность сваи по формуле:

где γ_с – коэффициент условий работы, γ_с=1;

γ_CR – коэффициент условий работы под нижним концом сваи, γ_СR=1;

γ_сf – коэффициент условий работы по боковой поверхности сваи, γ_сf=1;

R – расчетное сопротивление грунта под нижним концом сваи, острие на глубине 8,4 и R=3840 кН/м²=3840 кПа;

А – площадь сечения нижнего конца сваи, А=0,3х0,3 м²=0,09 м²;

U – периметр сваи, U=0,3х4=1,2 м;

f_i – расчетное сопротивление по боковой поверхности i-го слоя грунта (опре-

деляется по таблице СНиПа):

на глубине z₁=1,4 м f_i=20,76 кПа;

на глубине z₂=2,25 м f_i=27,55 кПа;

на глубине z₃=3,55 м f_i=32,43 кПа;

на глубине z₄=5,1875 м f_i=56,375 кПа;

на глубине z₅=7,1625 м f_i=60,325 кПа;

h_i – мощность i-го слоя грунта: h^/₁=0,4 м; h^/₂=1,3 м; h^/₃=1,3 м; h^/₄=1,975 м; h^/₅=1,975 м;

Расчет и конструирование свайного фундамента

33

Определяем количество свай в свайном кусте:

N_0I=N_0II γ_f=2100 ·1,1=2310 кН;

М_0I=М_0II γ_f=205 ·1,1=225,5 кН·м;

Рис. 20. Расчетная схема свайного фундамента

γ_f=1,1 – коэффициент надежности по нагрузке.

γ_k – коэффициент надежности, зависящий от вида определения несущей способности сваи, γ_k =1,4;

N_0I – нагрузка, действующая на уровне обреза фундамента (расчетная);

γ_f – коэффициент надежности по нагрузке, γ_f=1,1;

а – расстояние между сваями, а=3d=3x300=900 мм;

d – глубина заложения ростверка, d=1,2м;

γ

Расчет и конструирование свайного фундамента

_m – значение удельного веса ростверка и грунта, γ_m=20 кН/м.

34

Расположим 6 свай на плане ростверка (рис. 21).

Рис. 21. План свайного фундамента

Уточним нагрузку на одну сваю:

где N_PI – вес ростверка;

N_PII=24·(1,2·1,2·0,9+2,4·1,5·0,3)=57,024 кН;

N_PI=1,1·57,024=62,726 кН;

N_gI – вес грунта;

N_gII=19,1·(2,4·1,5·1,2 – 1,2·1,2·0,9 – 2,4·1,5·0,3)=37,13 кН;

N_gI=1,1·37,13=40,84 кН;

M_y – действующий момент относительно оси y-y:

M_y=M_0I=225,5 кН м;

х – расстояние до оси сваи, для которой вычисляется нагрузка, х=0,9 (для любой сваи);

х_i – расстояние до оси каждой сваи (х_i=0,9).

N_max=464,899 кН;

Необходима проверка условия

=

Расчет и конструирование свайного фундамента

35

Таким образом, условие выполняется, и, следовательно, 6 свай – это необходимое количество свай в свайном кусте.

Далее производим расчет по второй группе предельных состояний.

Определим осреднённый угол внутреннего трения грунтов, прорезываемых сваей:

где - угол внутреннего трения i-го слоя;

l_i – мощность i-го слоя грунта;

Найдем размеры условного фундамента:

L_усл=1,8+0,3+2·7,25·tg6,03⁰=3,7 м;

B_усл=0,9+0,3+2·7,25·tg6,03⁰=2,8 м;

Найдем вес ростверка: N_PII=57,024 кН;

вес свай: N_свII=7,25·24·0,3·0,3=15,66 кН·6шт=93,96 кН;

вес грунта на ростверке:

N_II= N_0II+ N_pII +N_свII +N_gII=2100+57,024+93,96+1065=3315,98 кН.

Определим напряжение под подошвой фундамента, причем в данном случае свайный фундамент рассчитываем, как и отдельно стоящий, т.е. рассматриваем целиком условный фундамент.

где M_II=M_0II= 205 кН м;

P_max=351,7 кПа;

P_min= 288,4 кПа;

P_ср= 320 кПа;

Определим расчетное сопротивление:

Расчет и конструирование свайного фундамента

36

при γ_с1=1,25; γ_с2=1; κ_z=1; к=1.

φ=30⁰=>M_γ=1,15; M_g=5,59; M_с=7,95;

Проверим выполнение условий при работе фундамента:

P_max=351,7 кПа<1,2·R=934,56 кПа;

P_min=288,4 кПа>0;

P_ср=320 кПа<R=778,8 кПа.

Условия выполняются, следовательно, условный фундамент с размерами L_усл=3,7 м и В_усл=2,8 м удовлетворяет требованиям.

Определение осадки фундамента производим на основе расчетной схемы (рис. 22) и с применением метода послойного суммирования. Осадка в этом методе определяется:

где β=0,8;

σ_zpi – среднее вертикальное давление в i-ом слое;

h_i и E_i – толщина и модуль деформации i-го слоя;

n – число слоев.

Основание под нижним концом свай разбиваем на слои, толщиной не более h_i<0,4·В_усл=3,2·0,4=1,28 м, т.е. принимаем h_i=0,8 м.

σ_zg0=γ^/_II·d=13,2 ·8,4=110,88 кПа;

Р₀=Р_ср-σ_zg0=320-110,88=209,12 кПа;

Расчет производим до тех пор, пока не начнет выполняться условие:

σ_zp=α·p₀;

η=l/b=3,7/2,8=1,3.

Расчет и конструирование свайного фундамента

37

Рис. 22. Расчетная схема для определения осадки свайного фундамента

Расчет производим до тех пор, пока не начнет выполняться условие:

σ_zp 0,2·σ_zg.

Все расчеты сведем в таблицу 8.

Таблица 8

Значения напряжений в элементарных слоях

№	zi, м	hi	γ кН/м³	γsw кН/м³	σzqi кПа	ξ	α	σzp кПа	0,2σzqi кПа	σzpi кПа	Σσzpihi
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12
	0	-	-	-	110,88	0	1	209,12	-	-	710,64
1	0,8	0,8	-	10,01	118,888	0,571	0,912	190,71	23,77	199,9
2	1,6	0,8	-	10,01	126,896	1,142	0,688	143,87	25,379	167,29
3	2,4	0,8	-	10,01	134,904	1,714	0,477	99,75	26,980	121,81
4	3,2	0,8	-	10,01	142,912	2,285	0,332	69,42	28,582	84,58
5	4,0	0,8	-	10,01	150,920	2,857	0,244	51,02	30,18	60,22
6	4,8	0,8	-	10,01	158,928	3,42	0,178	37,22	31,78	44,12
7	5,6	0,8	-	10,01	166,936	4	0,135	28,23	33,38	32,72

Расчет и конструирование свайного фундамента

38

Учитывая, что в пределах сжимаемой толщи находится один слой грунта с

модулем деформации соответственно равен: Е=29,6 Мпа. Определяем полную стабилизированную осадку условного фундамента:

что значительно меньше предельно допустимого значения осадки.