Проектирование свайных фундаментов

Министерство образования Российской Федерации Томский государственный архитектурно-строительный университет

ПРИМЕРЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ СВАЙНЫХ ФУНДАМЕНТОВ

Методические указания Издание второе, стереотипное. Составители С.В. Ющубе, В.Л. Устюжанин

Томск 2004

1. Общие положения

В практике отечественного фундаментостроения применяются более 150 видов свай, которые подразделяются по материалу, по конструкции, по способу изготовления, по виду армирования и по характеру работы в грунте. Выбор типа свайных фундаментов следует производить на основании техникоэкономического сравнения возможных для данных условий строительства вариантов фундаментов. При этом необходимо учитывать сложившиеся особенности местных строительных организаций, выполняющих данные виды работ. Наиболее широко в промышленном и гражданском строительстве используют забивные железобетонные сваи. Применение свайных фундаментов из забивных свай отвечает требованиям индустриализации строительства, позволяет существенно уменьшить объемы земляных работ и упростить технологию возведения нулевого цикла, особенно при производстве работ в зимнее время.

Наиболее целесообразно применять свайные фундаменты на площадках, сложенных с поверхности слабыми водонасыщенными грунтами. В этих условиях сваи позволяют прорезать слабые напластования и передать нагрузки от здания или сооружения на более плотные и прочные подстилающие слои грунта.

Проект свайных фундаментов разрабатывается на основе материалов инженерно-геологических и гидрогеологических изысканий, содержащих необходимые данные о грунтах, слагающих площадку. Особое внимание следует уделять прогнозу возможных гидрогеологических изменений, связанных со строительством и эксплуатацией здания или сооружения.

Сведения о проектируемом объекте должны отражать особенности конструктивной схемы, характер и значения нагрузок, передаваемых на фундаменты.

Наиболее ответственным моментом в проектировании свайных фундаментов является выбор несущего слоя грунта и назначения длины сваи. В зависимости от прочностных и де-

3

формационных свойств опорного слоя сваи подразделяются на сваи-стойки или висячие. Забивные сваи являются стойками в случаях, если они опираются на скальные грунты или на малосжимаемые грунты, к которым относятся крупнообломочные с песчаным заполнителем средней плотности и плотным, а также твердые глины в водонасыщенном состоянии с модулем деформации Е 50000 кПа.

Сваи-стойки передают нагрузку на скальные или малосжимаемые грунты только нижним концом. Если под нижним концом сваи залегают сжимаемые грунты, то нагрузка передается как через нижний конец, так и по боковой поверхности сваи. Такие сваи называются висячими или сваями трения.

Длина свай назначается с учетом глубины заложения подошвы ростверка. При этом следует учитывать, что голова сваи должна быть заделана в ростверк при его свободном опирании на 5...10 см, а при жестком сопряжении на 5 см с заделкой выпусков арматуры на длину не менее 25 см. При действии значительных горизонтальных или выдергивавших сил анкеровка головы сваи в ростверке выполняется в соответствии с расчетом.

Нижний конец сваи следует заглублять в прочные грунты. Если забивные сваи опираются на крупнообломочные, гравелистые, крупные и средней крупности пески или пылеватоглинистые грунты, с показателем текучести JL 0,1, то они должны быть заглублены в эти грунты не менее 0,5 м, в остальные не менее 1,0 м.

Длина свай при действии центральной сжимающей нагрузки должна быть не менее 3,0 м, при дополнительном действии момента и горизонтальной силы не менее 4,0 м.

Глубина заложения подошвы ростверка назначается в зависимости от конструктивных решений подземной части здания. Учитывается наличие подвала или технического подполья, а также высота самого ростверка, определяемая по расчету. Минимальная высота ленточного ростверка принимается не менее 30 см, под колонну 40 см. При строительстве на пучинистых грунтах для предотвращения влияния сил морозного пу-

4

чения подошва ростверка заглубляется ниже расчетной глубины промерзания грунта аналогично заглублению подошвы фундамента на естественном основания. Если заглубление ростверка ниже расчетной глубины промерзания экономически не целесообразно, то уменьшение влияния сил пучения может быть достигнуто путем устройства под подошвой ростверка подушки из непучинистого материала или воздушного зазора. Толщина воздушного зазора принимается, как правило, не менее 20 см.

Геометрические размеры ростверка в плане зависят от размеров опирающейся на него конструкции (стены или колонны) и от количества свай в свайном фундаменте. Расстояние между осями забивных висячих свай должно быть не менее 3d (где d - диаметр круглого или сторона квадратного поперечного сечения сваи), а свай стоек не менее 1,5 d

Параметры типовых кустов из забивных свай приведены в приложении (табл. П.6).Расстояние от внешней грани сваи крайнего ряда до края ростверка принимается равным 5…10 см.

2. Основные указания по расчету

Расчет свайных фундаментов и их основания должен быть выполнен по предельным состояниям первой и второй групп.

Основным по первой группе является расчет по несущей способности грунта основания свай. Условие несущей способности грунтов основания одиночной сваи или в составе свайного фундамента имеет вид

k

где N - расчетная нагрузка, передаваемая от сооружения на одиночную сваю или сваю в составе свайного фундамента; Fd - несущая способность сваи по грунту;

k - коэффициент надежности, назначаемый в зависимости от метода определения несущей способности сваи по грунту.

5

Расчет свайных фундаментов по второй группе предельных состояний (по деформациям) следует производить исходя из условия

где S - совместная деформация (осадка, перемещение, относительная разность осадок) свайного фундамента и сооружения;

Su - предельное значение совместной деформации свайного фундамента и сооружения, устанавливаемое в зависимости от вида сооружения по приложению 4, СНиП 2.02.01-83 [2].

Нагрузки и воздействия, учитываемые при расчете свайных фундаментов, следует определять в соответствии с требованиями СНиП 2.01.07-85 [1] и с учетом указаний СНиП [2].

Расчет по первому предельному состоянию (по несущей способности сваи) выполняется на основные и особые (если таковые есть) сочетания нагрузок, по второму предельному состоянию (по деформациям) на основные сочетания. В основные сочетания нагрузок входят постоянные (собственный вес частей сооружения, вес и давление грунтов), длительные (вес оборудования, нагрузки от людей, снеговые нагрузки и пр.), кратковременные (вес ремонтного оборудования, людей, нагрузки от подвижного подъемно-транспортного оборудования, снеговые и ветровые нагрузки и пр.). Нагрузки на перекрытие, снеговая, от подъемно-транспортного оборудования могут относиться как к длительным, так и к кратковременным. При расчете свайных фундаментов по несущей способности нагрузки на перекрытия и снеговую следует относить к кратковременным и принимать полные их значения, а при расчете по деформациям к длительным и принимать пониженные их значения. Нагрузки от подвижного подъемно-транспортного оборудования в обоих случаях следует считать кратковременными.

Если в основное сочетание входят две или более временные нагрузки, то их значения следует умножить на соответст-

6

вующие понижающие коэффициенты сочетаний. Значения этих коэффициентов принимаются по СНиП [2].

Расчетное значение нагрузки определяется путем умножения нормативного значения на соответствующий коэффициент надежности по нагрузке. При расчете по деформациям эти коэффициенты для всех видов нагрузок и воздействий принимаются равными единице. Значения коэффициентов надежности по нагрузке для расчетов по несущей способности определяются по СНиП [1].

Расчеты на особые сочетания нагрузок являются специальными и выполняются в особых случаях (сейсмические или взрывные воздействия, воздействия, обусловленные просадочными деформациями грунта или оседанием его в районах горных выработок и карстов).

Проектирование и расчет свайных фундаментов рекомендуется выполнять, придерживаясь следующей последовательности:

1.Анализируются инженерно-геологические и гидрогеологические условия площадки строительства. Выявляются конструктивные особенности проектируемого здания или сооружения и определяются значение предельных деформаций оснований и надземных конструкций.

2.Определяются нагрузки, приложенные к свайному фундаменту, в уровне верхнего обреза ростверка и составляются их сочетания.

3.Назначается глубина заложения подошвы ростверка.

4.Выбирается вид свай, назначаются размеры поперечного сечения, длина сваи и способ погружения ее в грунт.

5.Назначается расчетная схема сваи (свая-стойка или свая висячая), определяется ее несущая способность по грунту и по материалу.

6.Определяется количество свай в кусте свайного фундамента под колонну каркасного здания или количество рядов и расстояние между сваями в ленточном свайном фундаменте под стену здания.

7

7.Конструируется ростверк, и назначаются его основные размеры.

8.Уточняется нагрузка, передающаяся на сваи, с учетом собственного веса ростверка и грунта на его уступах, моментов

игоризонтальных нагрузок. Проверяется выполнение условия несущей способности сваи (1).

9.Рассчитывается осадка свайного фундамента и проверяется выполнение условия (2) расчета по деформациям.

10.Производится подбор сваебойного оборудования, определяется проектный отказ сваи и назначаются сваи, подлежащие испытанию динамической нагрузкой, с целью контролирования фактической несущей способности сваи при производстве работ.

11.Определяются технико-экономические показатели варианта свайного фундамента.

Методические указания по выполнению этапов проектирования и расчета свайных фундаментов приводятся в виде конкретных примеров. Такое изложение материала позволяет правильно оценить объем предстоящей работы и спланировать время для ее выполнения. В зависимости от задания на курсовой проект студент должен самостоятельно выбрать необходимые ему примеры расчета. Для облегчения работы над проектом в приложении к методическим указаниям приведены справочные материалы и таблицы, необходимые для выполнения расчетов.

3. Определение несущей способности сваи

Пример 1. Инженерно-геологические и гидрогеологические условия площадки следующие. С поверхности залегает растительный слой толщиной 0,3 м. Далее до глубины 2,8 м. расположен слой суглинка текучепластичного и ниже до глубины 6 м и супесь пластичная. Подстилается супесь слоем песка мелкого, средней плотности толщиной 1,5 м. Под слоем песка на разведанную глубину до 18 м залегает суглинок тугопла-

8

стичный. Установившийся уровень подземных вод (WL) находится на глубине 3 м от поверхности грунта.

Физико-механические характеристики каждого слоя грунта приведены на рис.1. Отметка дна котлована находится на глубине 1,4 м от поверхности.

Требуется подобрать длину забивкой сваи и определить ее несущую способность по грунту.

Рис. 1. Расчетная схема, для определения несущей способности висячей сваи: NL - отметка природного рельефа; WL - уровень подземных вод.

Решение. Из анализа грунтовых напластований можно сделать вывод, что пластичная супесь не обладает достаточным сопротивлением, а слой мелкого песка имеет малую толщину. В качестве несущего слоя целесообразно принять слой тугопла-

9

стичного суглинка. Тогда длина забивной сваи с учетом заглубления в несущий слой менее 1,0 м составит:

t = 0,3 +1,4 + 3,2 +1,5 + 1 = 7,4 м.

Примем забивную сваю типа С 8-30 по ГОСТ 1980.1-79

(табл. П.3) длиной 8 м, сечением 30 30 см с заглублением в тугопластичный суглинок на 1,6 м. При этом свая будет висячей. Погружение сваи будет осуществляться дизельным молотом.

Несущая способность висячей забивной сваи определяется в соответствия со СНиП 2.02.03-85 [3] как сумма их расчетных сопротивлений грунтов оснований под нижним концом свай и на ее боковой поверхности по формуле

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

сR, сf - коэффициенты условий работы соответственно под нижним концом и на боковой поверхности сваи, принимаемые для забивных свай, погружаемых дизельными молота-

ми без лидерных скважин, cr = 1 и cf = 1, а для других случаев по [3, табл. 3];

А- площадьопираниясваи на грунт, принимаемаяравной площадипоперечногосечениясваи. В нашем примере

А= 0,3 0,3 = 0,09 м2;

u - наружный периметрпоперечного сечениясваи,

u = 0,3 4 = 1,2 м;

R - расчетное сопротивление грунта под нижним концом сваи, принимаемое по [3. табл. I] или по табл. П.1, кПа; fi - расчетное сопротивление i-го слоя грунта, соприкасаю-

щегося с боковой поверхностью сваи, кПа, принимаемое по [3, табл. 2] или по табл. П.2;

hi - толщина i-го слоя грунта, соприкасающегося с боковой поверхностью сваи, м.

Расчетное сопротивление грунта под нижним концом сваи

10