6. Расчет и проектирование свайного фундамента.

Рассмотрим вариант свайного фундамента из забивных свай сечением 300x300 мм, погружаемых дизельным молотом.

6.1. Глубина заложения подошвы ростверка.

Назначаем глубину заложения подошвы ростверка:

Расчетная глубина промерзания грунта от поверхности планировки DL равна d_f = 1,16 м.

По конструктивным требованиям, также как и для фундамента на естественном основании верх ростверка должен быть на отметке – 0,700, размеры подколонника в плане l_cf x b_cf = 1500 x 1200 мм, высота подколонника не менее d_p = 1200 мм. Минимальная высота ростверка должна быть

h_r  d_p + 100 = 1300 мм = 1,3 м.

Для дальнейших расчетов принимаем большее из двух значений (1,16 и 1,3 м), т.е. h_r = 1,8 м (кратно 150 мм), что соответствует глубине заложения – 2,05 м (абс. отм. 88,450).

6.2. Необходимая длина свай.

В качестве несущего слоя висячей сваи принимаем песок мелкий (слой 4), тогда необходимая длина сваи должна быть не менее: l_св = h₁ + h₂ + h₃ = 0,05 + 4,01 + 1 = 5,06 м;

h₂ = 6,75-0,15-2,05-0,54 = 4,01

Принимаем типовую железобетонную сваю С-60.30 (ГОСТ 19804-91) квадратного сечения 300 х 300 мм, длиной L = 6 м. Класс бетона сваи В20. Арматура из стали класса А-III 4 12, объем бетона 0,55 м³, масса сваи 1,38 т, толщина защитного слоя а_в = 20 мм.

6.3. Несущая способность одиночной сваи.

Определяем несущую способность одиночной сваи из условия сопротивления грунта основания по формуле (7.8) СП 24.13330.2011:

F_d = _C  (_CR  R  A + U  _cf  f_i  h_i).

В соответствии с расчетной схемой сваи устанавливаем из табл.7.2 СП 24.13330.2011 для песка мелкого при z = 7,61 м расчетное сопротивление R = 2441 кПа. Для определения f_i расчленяем каждый однородный пласт грунта (инженерно-геологический элемент) на слои L_i  2 м и устанавливаем среднюю глубину расположения z_i каждого слоя, считая от уровня природного рельефа. Затем по табл.7.3 СП 24.13330.2011, используя в необходимых случаях интерполяцию, устанавливаем:

для суглинка при J_L = 0,40 и z₁ = 2,66 м  f₁ = 23,64 кПа;

для суглинка при J_L = 0,40 и z₂ = 4,34 м  f₂ = 27,68 кПа;

для супеси при J_L = 0,55 и z₃ = 5,61 м  f₃ = 21,11 кПа;

для песка мелкого при z₄ = 6,91 м  f₄ = 42,91 кПа.

Площадь опирания сваи на грунт А = 0,3 х 0,3 = 0,09 м², периметр U = 0,3  4 = 1,2 м. Для сваи сплошного сечения, погружаемой забивкой дизельным молотом, по табл. 7.4 СП 24.13330.2011 _CR = _Cf =1, _С = 1. Тогда:

F_d =1[124410,09 + 1,21(23,642,0 + 27,681,36 + 21,11,19 + 42,911,4)] =423,82 кН.

Рис.7 Расчетная схема к определению несущей способности сваи по грунту

6.4. Требуемое число свай.

Определяем требуемое число свай в фундаменте в первом приближении

при N_{col I} = 1645,27 кН:

n = N_{col I}∙γ_k∙k∙γ_n/(F_d – γ_mt∙d∙(3d_св)²∙γ_g) = 1645,27 кН∙1,4∙1,3∙0,95/(423,82кН – 20кН/м³∙2,05∙ (3∙0,30)²∙1,4) = 7,54

Принимаем n = 8.

6.5. Размещение свай в кусте.

Размещаем сваи в кусте по типовой схеме. Окончательно размеры подошвы ростверка назначаем, придерживаясь унифицированных размеров в плане, кратных 0,3 м, и по высоте, кратных 0,15м.

рис. 8 Размещение свай в плане

6.6. Вес ростверка и грунта на его уступах.

Определим вес ростверка и грунта на его уступах.

Объем ростверка: V_r = 31,80,9 + 1,51,2  0,9 = 7,13 м³;

Объем грунта: V_gr = 31,82,05 - V_r = 3,94 м³.

Вес ростверка и грунта:

G_r + G_gr = (V_r  _b + V_gr  K_рз  _II)_f = (7,13  25 + 3,94  0,95  18,74) 1,1 = 273,23 кН.

6.7. Определение окончательных нагрузок.

Все действующие нагрузки приводим к центру тяжести подошвы ростверка:

N_{tot I} = N_{col I} + G_{r I} + G_{gr I} = 1645,27 + 273,23 = 1918,5 кН;

Q_{tot I} = Q_{col I} = 82,92 кН;

M_{tot I} = M_{col I} + Q_{tot I}H_r = 744,24 + 82,92  1,8 = 893,50 кНм.

6.8. Проверка нагрузок на крайние сваи.

Определяем расчетные нагрузки, передаваемые на крайние сваи в плоскости подошвы ростверка по формуле (7.3) СП 24.13330.2011:

N_{I max} = 356,56 кН; N_{I min} = 123,06 кН.

Проверяем выполнение условий:

Условия выполняются.

6.9. Предварительная проверка всех сваи по прочности материала.

Выполним предварительную проверку сваи по прочности материала по графикам и указаниям учебного пособия.

Определяем коэффициент деформации  _ : ;

Начальный модуль упругости бетона класса В20, подвергнутого тепловой обработке при атмосферном давлении Е_b = 2410³ МПа. Момент инерции поперечного сечения сваи: .

Условная ширина сечения сваи b_p = 1,5d_св + 0,5 = 1,50,3 + 0,5 = 0,95 м. Коэффициент пропорциональности К по табл.В.1 прил.В к СП 24.13330.2011 для супеси пластичной (J_L = 0,40), принимаем К = 10 МН/м⁴. Коэффициент условий работы _с = 1.

;

Глубина расположения условной заделки сваи от подошвы ростверка:

;

В заделке действуют усилия: продольная сила N_{I max} = 356,56 кН; изгибающий момент:

кНм.

Точка, соответствующая значениям указанных усилий, лежит на графике ниже кривой для принятой сваи (сечение 300х300, бетон класса В20, продольное армирование А-III 4Ø 12), следовательно, предварительная проверка показывает, что прочность сваи по материалу обеспечена.