Проектирование свайных фундаментов

a 1 474,85 0,47 м, 1,4 720

что меньше допустимого, равного 3d или 3 0,3 = 0,9 м. Расположение свай в шахматном порядке при расстоянии

между ними менее 50 см нецелесообразно.

При двухрядном расположении свай с расстоянием между рядами С = 0,9 м шаг свай будет равен

a 2 474,85 0,94 м. 1,4 720

Примем шаг свай а = 0,9 м. Ширина ростверка в этом случае будет равна (см. рис. 4)

b = c + d + 0,1= 0,9 + 0,3 + 0,1 = 1,3 м.

Собственный вес одного погонного метра ростверка определим по формуле

GIр = b hp b f ,

где b и hp - соответственно ширина и толщина ростверка, м;f - коэффициент надежности по нагрузке, равный f = 1,1;

b - удельный вес железобетона, принимаемый b = 24 кН/м3.

Подставляя в формулу соответствующие значения величин, будем иметь

GIр = 1,3 0,8 1,1 24,0 = 10,3 кН/м.

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

GIгр (b bc )h 'I f ,

где bc - ширина стены цокольной части, равная bc = 0,6 м.

h - средняя высота грунта на уступах ростверка h = 0,55 м;

'I - удельный вес грунта обратной засыпки, принимаемый

'I = 17 кН/м3;

f - коэффициент надежности по нагрузке для насыпных грунтов, f = 1,15.

Тогда, GIгр = (1,3 - 0,6) 0,55 17 1,15 = 7,5 кН/м.

21

Расчетная нагрузка в плоскости подошвы ростверка

FIv = FIv + GIр + GIгр = 720 + 10,3 + 7,5 = 737,8 кН/м.

Фактическую нагрузку, передаваемую на каждую сваю ленточного фундамента, определим по формуле

Проверим выполнение условия несущей способности грунта в основании сваи (1)

332 4741,4,85 339,2 кН.

Условие (1) выполняется. Недоиспользование несущей способности сваи не превышает 2%.

5. Расчет осадки свайного фундамента

Пример 5. Требуется определить осадку отдельно стоящего свайного фундамента под колонну промышленного здания, инженерно-геологические условия и конструкция свайного фундамента принята в соответствии с данными примеров 1 и 3.

Решение. Расчет осадки отдельно стоящих фундаментов из висячих свай в соответствии с СНиП [3] производится как для условного фундамента на естественном основании методом послойного суммирования. Причем определяется средняя осадка фундамента от действия только вертикальной силы без учета момента.

Границы условного фундамента определяются снизу плоскостью AБ (рис. 5), проходящей через нижние концы свай, с боков вертикальными плоскостями АБ и БГ, отстоящими от наружных граней крайних рядов вертикальных свай на расстоянии равном

h tg II4,mt .

22

В случае если под нижними концами свай залегают пыле- вато-глинистые грунты с показателем текучести JL > 0,6, это расстояние не должно превышать 2d (d диаметр или сторона поперечного сечения сваи).

Рис. 5. Схема к расчету осадки отдельно стоящего свайного фундамента:

DL - отметка планировки; WLуровень подземных вод; FL - отметка подошвы фундамента; ВС - нижняя граница сжимаемой толщи

Осредненное расчетное значение угла внутреннего трения слоев грунта, прорезаемых сваями, определяется по формуле

23

II,mt II,ihi ,

hi

где II,i - расчетные значения углов внутреннего трения для отдельных слоев грунта толщиной hi пройденных свай, м;

h - глубина погружения свай в грунт, м.

Расчетное значение угла внутреннего трения определяется путем деления нормативного значения на коэффициент надежности по грунту. В расчетах по деформациям этот коэффициент

принимается равным единице. Поэтому расчетное значение II,

численно равно n.

Для рассматриваемого примера

20 1,4 18 3,2 26 1,5 21 1,6 II,mt 1,40 3,2 1,5 1,6

тогда, размеры условного фундамента в плане будут равны: ly 1,8 0,3 2 7,7 tg(204,4 ) 3,57м;

by 1,6 0,3 2 7,7 tg(204,4 ) 3,27м.

Площадь условного фундамента

Ay = ly by = 3,57 3,27 = 11,67 м2.

Собственный вес условного свайногрунтового массива может быть определен по формуле GIIy = Ay dy . Приняв усред-

ненный удельный вес грунта и свай в пределах свайногрунтового массива равным = 20 кН/м3, будем иметь

GIIy = 11,67 9,1 20 = 2124 кН.

Среднее давление под подошвой условного фундамента:

p FII v GIIy 1950 2124 = 349,1 кН/м2. Ay 11,67

Расчетное сопротивление грунта под подошвой условного фундамента определим по формуле (7) СНиП [2]

24

R c1k c2 M Kzb II Mqd1 II ' (Mq 1)db 'II McCII .

Для рассматриваемого примера

с1 = 1,2; с2 = 1,0 k = 1; Кz = 1.

Так как у здания нет подвала, третий член формулы обратится в ноль. Удельный вес грунта под подошвой условного

фундамента II = 18,7 кН/м3.

Осредненное значение удельного веса грунта выше подошвы условного фундамента

'II 18,2 2,8 19,8 3,2 19,6 1,5 18,7 1,6 19,08 кН/м3. 2,8 3,2 1,5 1,6

Коэффициенты М , Мq, Мc зависят только от угла внут-

реннего трения II слоя грунта, на который опирается условный фундамент, и определяются по табл. П.7. Подставляя в формулу соответствующие значения величин, получим

R 1,21,01,0 (0,56 1,0 3,27 18,7 3,24 9,1 19,08 5,84 21) 719,4 кПа

Условие п. 2.41 [2] p ≤ R удовлетворено.

Природные напряжения от действия собственного веса грунта определяются по формуле

zq = II,i hi,

где II,i - удельный вес i-го слоя грунта толщиной hi.

В случае, если грунты залегают ниже уровня подземных вод, их удельный вес должен определяться с учетом взвешивающего действия воды.

Природное напряжение в уровне подошвы условного фундамента будет равно

zdyq = 18,2 2,8 + 9,7 3,2 + 10,3 1,5 + 9,3 1,6 = 112,3 кПа.

Так как под подошвой условного фундамента залегает однородный слой суглинка, то природные напряжения в любой точке на глубине Z ниже подошвы условного фундамента можно определить по формуле

25

zq = zdyq + IIsb Z

где IIsb - удельный вес слоя суглинка, залегающего ниже подошвы условного фундамента, с учетом взвешивающего действия воды.

Дополнительное напряжение под подошвой условного фундамента равно

p0 = p – zdyq = 349,1 – 112,3 = 236,8 кПа.

Дополнительные напряжения с глубиной затухают, и их значения определяются по формуле

коэффициент для каждого рассматриваемого слоя, расположенного на глубине Z от подошвы фундамента, определяется по табл. П.8, прилож. в зависимости от параметров

Для построения эпюры дополнительных давлений zp (рис. 5) вся толща ниже подошвы условного фундамента разбивается на элементарные слои. Толщина элементарного слоя должна быть не более 0,25 by. При этом каждый элементарный слой должен быть однородным. Толщина элементарных слоев в

нашем примере не должна превышать 0,25 3,27 = 0,82 см. Примем толщину элементарных слоев 0,80 м. Среднее допол-

нительное напряжение zpi для каждого элементарного слоя определяют как среднеарифметическое значение между дополнительными напряжениями на верхней и нижней границах элементарного слоя.

Активная зона, в пределах которой учитывается сжатие

грунта, определяется из условия 0,2 zq = zp или 0,1 zq = zp, если модуль деформации грунта Е < 5 мПа. Глубина, на которой выполняются данные условия, и будет нижней границей сжимаемой толщи (ВC). Расчет удобно выполнять в табличной форме (табл. 2).

26

Осадка основания условного фундамента определяется по формуле

где zpi - среднее напряжение в i-ом слое грунта, кПа. hi - толщина i-го слоя грунта, м;

Еi - модуль деформации i-го слоя грунта, кПа;

- коэффициент, принимаемый = 0,8;

n - число элементарных слоев, на которое разбита сжимаемая толща.

Таблица 2

К расчету осадки отдельно стоящего свайного фундамента

В нашем примере грунт в основании условного фундамента однородный. Толщина hi и модуль деформации Еi у элементарных слоев одинаковые. Подставляя в формулу (13) значения соответствующих величин, будем иметь

+41,82 + 32,59 = 0,031 м = 3,1 см.

27

Максимальная осадка для производственных и гражданских зданий с полным железобетонным каркасом в соответст-

вии с приложением 4, [2] не должна превышать Smax,u = 8 см.

S = 3,1 см < Smax,u = 8 см.

Необходимое условие (2) расчета свайного фундамента по II предельному состоянию выполняется.

Пример 6. Требуется определить осадку ленточного свайного фундамента под кирпичную стену гражданского здания. Инженерно-геологические условия и конструкция фундамента приняты в соответствии с данными примеров 1 и 4.

Решение. Осадку ленточных фундаментов с одно- и двухрядным расположением свай и расстоянием между сваями (3 – 4)d - рекомендуется определять по формуле [3, прилож. 3].

где n - погонная нагрузка на ленточный свайный фундамент (кН/м) с учетом веса условного фундамента в виде массива грунта со сваями ограниченного: сверху - поверхностью планировки; с боков - вертикальными плоскостями, проходящими по наружным граням крайних рядов свай снизу - плоскостью, проходящей через нижние концы свай;

E, - модуль деформации (кПа) и коэффициент Пуассона грунта в пределах сжимаемой толщи;

0 - коэффициент, определяемый по номограмме (см. приложение П.10).

Погонная нагрузка n складывается из расчетной нагрузки, действующей в уровне планировочной отметки, и собственного веса условного ленточного фундамента. В примере 4 FIIv = 645,5 кH/м и приложена в уровне верха ростверка.

В уровне планировочной отметки (-0,95) (см. рис. 4)

FIIv = 645,5 – 0,6 1,1 2,4 = 644 кН/м, тогда погонная нагрузка n будет равна

n FII'v bd ,

28

где b - ширина фундамента, принимаемая по наружным граням крайних рядов свай, м;

d - глубина заложения фундамента от уровня планировочной отметки, м.

- среднее значение удельного веса свайногрунтового массива, принимаемое 20 кН/м3.

Значения b и d приведены на расчетной схеме (рис. 6) и

Для определения коэффициента 0 необходимо знать глубину сжимаемой толщи Нс, которая, в свою очередь, зависит от значений дополнительных напряжений, развивающихся в массиве грунта под фундаментом. Ориентировочно глубину сжимаемой толщи Нс можно определить, как и в примере 5. из ус-

ловия zp 0,2 zq.

Дополнительные напряжения определяются по формуле

zp nh n ,

где n - то же, что и в формуле (14); h - глубина погружения свай. м;

n - безразмерный коэффициент, принимаемый по табл. П.9. приложения

Коэффициент n зависит от приведенной ширины b bh и приведенной глубины рассматриваемой точки Zh , где Z фак-

тическая глубина рассматриваемого слоя грунта от уровня низа ростверка. Приведенная ширина фундамента в нашем случае равна

b 17,,27 0,156 м.

Вычисленные значения дополнительных напряжений сведем в таблицу.

29