Проектирование свайных фундаментов

зависит от вида и состояния грунта и от глубины погружения сваи.

Глубина погружения нижнего конца сваи в нашем случае определяется от уровня природного рельефа и будет равна 9,1 м (см. рис. 1). Табличные значения R для суглинка с JL = 0,3 имеем на глубинах 7 и 10 м, равные соответственно 3300 и 3500 кПа. Необходимое значение R на глубине 9,1 м находим по линейной интерполяции

R 3300 3500 3300 (9,1 7) 3440 кПа. 10 7

Расчетное сопротивление грунта на боковой поверхности сваи определяется как сумма сопротивлений отдельных слоев, соприкасающихся со сваей. Основание разбивается таким образом, чтобы каждый расчетный слой был однородным и имел толщину не более 2 м. В соответствии с этими требованиями разобьем основание, окружающее сваю, на расчетные слои (см. рис.1). Значение fi определяется для каждого расчетного слоя отдельно, причем на глубине, соответствующей глубине расположения середины расчетного слоя. Определим fi для 1 расчетного слоя, представленного суглинком текучепластичным с JL = 0,76. Глубина расположения середины слоя от поверхности Zi равна 2,1 м. Табличные значения f имеем на глубинах 2 и 3 м, причем для JL = 0,7 и JL= 0,8. Поэтому сначала интерполируем значения f по JL и для JL = 0,76 будем иметь: для глубины 2 м

f 7,0 70,,80 05,,70 (0,76 0,7) 5,8 кПа ;

Затем, интерполируя полученные значения по глубине, находим необходимое значение fi для глубины Z1 = 2,1 м.

f1 5,8 7,34 25,8 (2,1 2) 5,96 кПа.

11

Сопротивления fi для других расчетных слоев грунта определяются аналогично.

Вычисленные значения R и fi рекомендуется нанести на расчетную схему. В нашем случае значения f1 … f5 составили соответственно 5,96; 6,80; 7,00; 42,75; 44,30 (кПа).

Подставляем полученные значения в формулу (3) и определяем несущую способность сваи С 8-30 no грунту.

Fd = 1,0 [1,0 3440 0,09 + 1,0 1,2 (5,96 1,4 + 6,80 2,0 +

+ 7,00 1,2 + 42,75 1,5 + 44,30 1,6)] = 1,0 [309,5 + 165,35] = = 474,85 кН.

Несущая способность сваи по грунту составила 474,05 кН. Причем 309,5 кН грунт воспринимает через нижний конец сваи, а остальные 165,35 кН реализуются в виде сил трения по боковой поверхности сваи.

Пример 2. Определить несущую способность забивной сваи типа С 10-30, погруженной через слои слабых водонасыщенных грунтов в крупнообломочные грунты с песчаным заполнителем средней плотности. Инженерно-геологические условия и расчетная схема сваи приведены на рис. 2.

Решение. В данном случае свая является стойкой, так как опирается нижним концом на малосжимаемый грунт

(Е > 50000 кПа).

Несущая способность такой сваи по грунту определяется

Согласно СНиП [3] значение R для забивных свай-стоек, опирающихся на скальные или малосжимаемые грунты, принимается R = 20000 кПа, тогда

Fd = 1 20000 0,09 = 1800 кН.

Несущая способность сваи по грунту достаточно высокая. Необходимо проверить, а выдержит ли такую нагрузку свая по материалу?

12

Ab, As - площади поперечного сечения соответственно бетона и продольной арматуры, м;

Rb, Rs - расчетные сопротивления осевому сжатию соответственно бетона и продольной арматуры, кПа.

Свая С 10-30 согласно ГОСТ I9804.I-79 (табл. П.8) изготавливается из бетона класса В 20 с Rb = 11 500 кПа и армирует-

ся в продольном направлении четырьмя стержнями 12 АII с

Rs = 280 000 кПа.

Несущая способность сваи С 10-30 по материалу будет

равна F = 1 (0,85 11500 0,089548 + 280000 0,000452) = = 1001,89 кН.

Как видно из сравнения, несущая способность сваи по материалу меньше, чем по грунту. Следовательно, в дальнейших расчетах свайного фундамента в данных грунтовых условиях за несущую способность сваи следует принимать значение по прочности материала, как меньшее.

4. Определение количества свай в свайном фундаменте и конструировании ростверка

Количество свай в свайном фундаменте определяется расчетом по предельному состоянию (по несущей способности) и сводится к выполнению условия (1).

Пример 3. Требуется рассчитать и законструировать свайный фундамент под колонну среднего ряда промышленно-

го здания. Исходные данные: сечение колонны 400 600 мм. Наиболее невыгодные сочетания нагрузок в уровне верха подколонника (обреза фундамента) приведены в табл. 1.

Инженерно-геологические условия приняты аналогичными примеру 1. Место строительства г. Томск. Здание, отапливаемое с полом по грунту. Температура воздуха в помещении

15 °С.

Решение. В данных инженерно-геологических условиях при расположении уровня подземных вод на глубине 3 м глубина заложения подошвы ростверка зависит от расчетной глу-

14

бины промерзания грунта. Нормативная глубина промерзания пылевато-глинистых грунтов для г.Томска может быть принята dfn = 2,20 м [6].

Расчетная глубина промерзания зависит от теплового режима здания, от наличия подвала или техподполья, конструкции пола и определяется по формуле

где dfn - нормативная глубина промерзания грунта, равная

dfn = 2,20 м;

Kh - коэффициент, учитывающий влияние теплового режима здания, принимаемый по [2, табл. 1], для нашего примера

Kh = 0,6.

Тогда, df = 0,6 2,2 = 1,32 м.

Исходя из конструктивных требований, верх подколонника должен быть, заглублен на 0,15 м ниже отметки чистого по-

ла. Глубина стакана для заделки колонны сечением 400 600 мм принимается равной hq = 0,80 м [6, табл. 4.24]. Толщина плитной части ростверка при назначении предварительных размеров должна приниматься не менее 0,40 м. Следовательно, исходя из

15

конструктивных требований, минимальная глубина заложения подошвы ростверка составит

d = 0,15 + 0,8 + 0,4 = 1,35 м.

Окончательно глубину заложения свайного ростверка примем 1,4 м. Эта глубина удовлетворяет как конструктивным требованиям, так и условию сезонного промерзания грунта.

Количество свай в фундаменте в первом приближении определяется без учета действия горизонтальной силы и момента по формуле

где FIv- расчетное значение вертикальной составляющей внешних нагрузок, равное из условия задачи FIv = 2250 кН;

Fd - несущая способность сваи, кН;

k - коэффициент надежности, принимаемый при определении несущей способности сваи по грунту по формуле (3)

равным k = 1,4.

Для устройства свайного фундамента используем забивные сваи С8-30. Несущая способность сваи С8-30 по грунту (пример 1) составляет Fd = 474,85 кН.

Тогда, n 2090 1,4 6,16 сваи. 474,85

Учитывая то, что на фундамент передастся горизонтальная нагрузка и момент (рис. 3), количество свай рекомендуется увеличить на 20%.

Общее количество свай в фундаменте составит

n = 6,16 1,2 = 7,39 свай.

Для дальнейших расчетов принимаем куст из 8 свай С8-30. При компоновке свайного куста исходят из условия, что

расстояние между осями забивных свай должно быть не менее 3d. Причем, желательно, чтобы это расстояние было равно 3d. Большее расстояние допускается принимать в случаях, если из-

16

за больших размеров поперечного сечения колонны требуется иметь развитую в плане плитную часть ростверка. Расстояние между осями свай, как правило, не должно превышать 6d. Рекомендуется при проектировании свайных фундаментов принимать типовые свайные кусты (табл. П. 6).

Как видно из рис. 3, размеры в плане плитной части ростверка, объединяющего куст из 8 свай сечением 300 300 мм,

равны 2400 2100 мм. Большой размер ростверка принимается в направлении действия горизонтальной силы и момента.

Собственный вес ростверка и грунта на его уступах приближенно может быть определен по формуле

GI b l d f ,

где b и l - соответственно ширина и длина ростверка, м;

d- глубина заложения подошвы ростверка, м;

- усредненное значение удельного веса железобетона ро-

стверка и грунта на уступах, принимаемое = 20 кН/м3;

f - коэффициент надежности по нагрузке, принимаемый

f = 1,1.

Рис. 3. Расчетная схема свайного фундамента:

d – размер стороны поперечного сечения сваи

17

GI = 2,1 2,4 1,4 20 1,1 = 155,23 кН.

Расчетная сжимающая сила в плоскости подошвы ростверка будет равна

FIv = FIv + GI = 2090 + 155,23 = 2245,23 кН,

а суммарный момент

MIy = MI + FIhd',

где d' - расстояние от линии действия силы FIh до низа ростверка, м.

MIy = 442 + 52 1,25 = 507 кНм.

Зная фактические расчетные нагрузки, действующие в плоскости подошвы ростверка, количество свай и их расположение, определяем нагрузку, передаваемую на любую сваю в кусте по формуле

где xi, yi - расстояние от главных осей свайного поля до оси каждой сваи, м;

x, y - расстояние от главных осей до оси сваи, для которой вычисляется расчетная нагрузка, м.

В нашем случае момент действует только в направлении

оси X, а MIx = 0, поэтому формула (8) упрощается до двухчленной. Свайный куст симметричен относительно осей X и У, поэтому эти оси являются главными и проходят через центр тяжести свайного поля. Интерес с точки зрения прочности основания свай вызывают наиболее нагруженные сваи. Очевидно, что этими сваями являются сваи крайнего ряда, расположенного в направлении, перпендикулярном плоскости действия момента и горизонтальной силы (см. рис. 3). Нагрузка на наиболее нагруженные сваи равняется:

18

= 300,65 + 123,62 = 404,31 кН.

Допускается расчетную нагрузку, воспринимаемую крайними сваями, повышать на 20% в случае, если расчет ведется с учетом ветровых и крановых нагрузок. Учет этих нагрузок при проектировании промышленных зданий является обязательным.

Поэтому условие обеспечения несущей способности по грунту (1) для крайних свай будет иметь вид:

k

Подставляя в формулу (9) соответствующие значения, будем иметь:

404,31 1,2 4741,4,85 407,01кН.

Несущая способность сваи по грунту обеспечена. Недоиспользование несущей способности свай составляет 0,7%. Следовательно, количество свай в фундаменте подобрано правильно. Недоиспользование несущей способности свай не должно превышать 15%.

Пример 4. Требуется рассчитать свайный фундамент и законструировать ростверк под кирпичную наружную стену гражданского здания. Исходные данные. Здание с техническим подпольем. Высота технического подполья и конструкция цокольной части здания показаны на рис. 4. Расчетные нагрузки в уровне верхнего обреза ростверка FIv = 720 кН/м; FIIv = 645,5 кН/м. Инженерно-геологические условия приняты по данным примера 1. Место строительства г. Томск. Температура воздуха в подвале 15 °С.

Решение. Расчетную глубину промерзания грунта определяем так же, как в примере 3. Для данного случая она будет равна

df = 0,5 2,2 м = 1,10 м.

Согласно схеме (см. рис. 4) отметка пола технического подполья -1,95 м. Толщину ростверка примем 0,3 м, толщину

19

пола техподполья 0,10 м. Следовательно, из конструктивных соображений низ ростверка должен располагаться на отметке -2,35 м. Учитывая планировочную отметку поверхности грунта, глубина заложения ростверка будет равна 1,40 м, что больше расчетной глубины сезонного промерзания грунта.

Рис. 4. Расчетная схема ленточного свайного фундамента

Геометрические размеры и несущую способность сваи примем по данным примера 1.

Количество свай С8-30 на 1 м.п. под стену здания можно

где mp - число рядов свай.

Примем однорядное расположение свай, тогда расстояние между ними будет равно

20