Лабораторный практикум 1.Крупина.Основания и фундаменты
.pdf
2.При определении размеров подошвы прямоугольного фундамента, какое условие должно выполняться?
3.Какому значению должны быть кратны размеры фундамента в плане?
4.Чему равны размеры ступеней плитной части фундамента?
2.13 ЛАБОРАТОРНЫЕ РАБОТЫ № 16,17 ВЫБОР ВИДА И МАТЕРИАЛА СВАЙ, ОПРЕДЕЛЕНИЕ НЕСУЩЕЙ СПОСОБНОСТИ СВАИ, НЕОБХОДИМОГО
ИХ КОЛИЧЕСТВА ЦЕЛЬ РАБОТЫ
Выбрать длину, поперечное сечение и материал сваи для свайного фундамента. Выбор свай производится с учетом инженерногеологических особенностей площадки строительства.
Рисунок 16 – Расчетная схема для определения длины сваи
ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ
Длина сваи (размер от подошвы ростверка до начала заострения) определяется глубиной залегания слоя хорошего грунта, в который заглубляется нижний конец сваи на 2–3 м. При назначении длины сваи слабые грунты (насыпные, торф, грунты, находящиеся в рыхлом и текучем состоянии) необходимо прорезать и острие сваи заглублять в плотные грунты. При очень мощной толще слабых грунтов оставляют нижние концы свай в слабых грунтах. Минимальная длина сваи при центральной сжимающей нагрузке обычно принимается не менее 2,5 м, а при дополнительном действии момента и горизонтальной нагрузки – не менее 4 м.
60
|
|
|
|
|
Таблица 23 |
|
Марка |
Длина |
Сечение |
Марка |
Класс |
Продольная ар- |
|
сваи |
сваи, м |
сваи, см |
бетона |
сваи, т |
матура А–1 |
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
|
С3–20 |
3 |
20×20 |
В20 |
0,33 |
4 12 |
|
С3–30 |
30×30 |
В20 |
0,70 |
|
||
|
|
|
||||
С3,5–20 |
3,5 |
20×20 |
В20 |
0,38 |
4 12 |
|
С3,5–30 |
30×30 |
В20 |
0,83 |
|
||
|
|
|
||||
С4–20 |
4 |
20×20 |
В20 |
0,43 |
4 12 |
|
С4–30 |
30×30 |
В20 |
0,93 |
|
||
|
|
|
||||
С4,5–20 |
4,5 |
20×20 |
В20 |
0,48 |
|
|
С4,5–25 |
25×25 |
В20 |
0,73 |
4 12 |
|
|
С4,5–30 |
|
30×30 |
В20 |
0,93 |
|
|
С5–20 |
|
20×20 |
В20 |
0,53 |
|
|
С5–25 |
5 |
25×25 |
В20 |
0,80 |
4 12 |
|
С5–30 |
|
30×30 |
В20 |
1,15 |
|
|
С5,5–20 |
|
20×20 |
В20 |
0,58 |
|
|
С5,5–25 |
5,3 |
25×25 |
В20 |
0,88 |
4 12 |
|
С5,5–30 |
|
30×30 |
В20 |
1,28 |
|
|
С6–20 |
6 |
20×20 |
В20 |
0,63 |
|
|
С6–25 |
25×25 |
В20 |
0,95 |
4 12 |
|
|
С6–30 |
|
30×30 |
В20 |
1,38 |
|
|
С7–30 |
7 |
30×30 |
В20 |
1,60 |
4 12 |
|
С8–30 |
8 |
30×30 |
В25 |
1,83 |
4 12 |
|
С8–35 |
35×35 |
В25 |
2,50 |
|
||
|
|
|
||||
С9–30 |
9 |
30×30 |
В25 |
2,05 |
4 12 |
|
С9–35 |
35×35 |
В25 |
2,80 |
|
||
|
|
|
||||
С10–30 |
10 |
30×30 |
В25 |
2,28 |
4 12 |
|
С10–35 |
35×35 |
В25 |
3,10 |
|
||
|
|
|
||||
С11–30 |
11 |
30×30 |
В25 |
2,50 |
4 16 |
|
С11–35 |
35×35 |
В25 |
3,43 |
|
||
|
|
|
||||
С12–30 |
12 |
30×30 |
В25 |
2,73 |
4 16 |
|
С12–35 |
35×35 |
В25 |
3,73 |
|
||
|
|
|
||||
С13–35 |
13 |
35×35 |
В30 |
4,03 |
4 16 |
|
С13–40 |
40×40 |
В30 |
5,25 |
|
||
|
|
|
||||
С14–35 |
14 |
35×35 |
В30 |
4,33 |
4 16 |
|
С14–40 |
40×40 |
В30 |
5,65 |
|
||
|
|
|
||||
С15–35 |
15 |
35×35 |
В30 |
4,65 |
4 16 |
|
С15–40 |
40×40 |
В30 |
6,05 |
|
||
|
|
|
||||
С16–35 |
16 |
35×35 |
В30 |
4,95 |
4 16 |
|
С16–40 |
40×40 |
В30 |
6,45 |
|
||
|
|
|
||||
|
|
|
61 |
|
|
|
ОПРЕДЕЛЕНИЕ НЕСУЩЕЙ СПОСОБНОСТИ СВАИ
Несущую способность сваи (расчетное сопротивление сваи) определяется по материалу сваи и по грунту висячей сваи.
Расчетное сопротивление (несущая способность) сваи по материалу определяется по следующей формуле:
Fd = γcϕ(Rnp Añ + Rac Aa ), |
(77) |
где Fd – продольное усиление от расчетных нагрузок; γc |
– коэф- |
фициент условий работы ( γc = 0,9 при размере поперечного сечения свай d ≤ 20 см и γc = 1 при d > 20 см); ϕ – коэффициент, учи-
тывающий особенности загружения (для свай, полностью находящихся в грунте, ϕ = 1); Rnр– расчетное сопротивление бетона
при осевом сжатии (таблица 24); Rac – расчетное сопротивление арматуры сжатию; Aс – площадь поперечного сечения сваи; Aa – площадь поперечного сечения арматуры.
Таблица 24
Класс бетона |
В20 |
В25 |
В30 |
В35 |
В40 |
Расчетное сопротивление бетона |
11500 |
14500 |
17000 |
19500 |
22000 |
(призменная прочность), кПа |
|
|
|
|
|
Расчетное сопротивление арматуры приведено в таблице 25.
Таблица 25
|
Расчетное сопротивление арматуры для предельных |
|||
Стержневая |
состояний первой группы, кПа |
|
||
растяжению |
сжа- |
|||
арматура |
продольной и |
поперечной при |
||
тию, |
||||
класса |
поперечной при расчете |
расчете на попереч- |
||
Ra.с. |
||||
|
на момент Ra |
ную силу Raх |
||
|
|
|||
A–I |
210000 |
170000 |
210000 |
|
A–II |
270000 |
215000 |
270000 |
|
A–III |
340000 |
270000 |
340000 |
|
62
Определение несущей способности висячей сваи по грунту
Несущую способность сваи по грунту (рисунок 17) находят как сумму сопротивлений, оказываемых грунтами основания под нижним концом сваи и по ее боковой поверхности
Fd = γc (γcR RA +U ∑ γcf fi li ), |
(78) |
где γc – коэффициент условий работы сваи в грунте, принимае-
мый равным 1; R – расчетное сопротивление грунта под нижним концом сваи, принимаемое по таблице 15; A – площадь опирания на грунт сваи; U – наружный периметр поперечного сечения ствола сваи; fi – расчетное сопротивление i-го слоя грунта основания
по боковой поверхности сваи, принимаемое по таблице 26; li –
толщина i-го слоя грунта, соприкасающегося с боковой поверхностью сваи; γcR , γcf – коэффициенты условий работы грунта соот-
ветственно под нижним концом и по боковой поверхности сваи, учитывающие влияние способа погружения сваи, принимаемые по таблице 27.
Таблица 26
погруженияГлубина сваиконцанижнего, м |
Расчетные сопротивления под нижним концом забивных свай и |
||||||||
свай и свай-оболочек, погружаемых без выемки грунта R, кПа |
|||||||||
|
|
|
(тс/м2) |
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
песчаных грунтов средней плотности |
|
||||||
|
гра- |
|
|
средней |
|
|
пылева- |
|
|
|
вели- |
крупных |
– |
крупно- |
мелких |
– |
|||
|
стых |
|
|
сти |
|
|
тых |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
пылевато-глинистых грунтов при показателе текучести I L , равном |
||||||||
|
0 |
0,1 |
0,2 |
0,3 |
0,4 |
0,5 |
0,6 |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
7500 |
6600 (660) |
3000 (300) |
3100 |
(310) |
2000 |
(200) |
1100 (110) |
600 (60) |
|
(750) |
4000 (400) |
|
2000 |
(200) |
1200 |
(120) |
|
|
4 |
8300 |
6800 (680) |
3800 (380) |
3200 |
(320) |
2100 |
(210) |
1250 (125) |
700 (70) |
|
(830) |
5100 (510) |
|
2500 |
(250) |
1600 |
(160) |
|
|
5 |
8800 |
7000 (700) |
4000 (400) |
3400 |
(340) |
2200 |
(220) |
1300 (130) |
800 (80) |
|
(880) |
6200 (620) |
|
2800 |
(280) |
2000 |
(200) |
|
|
7 |
9700 |
7300 (730) |
4300 (430) |
3700 |
(370) |
2400 |
(240) |
1400 (140) |
850 (85) |
(970) |
6900 (690) |
3300 |
(330) |
2200 |
(220) |
||||
|
|
|
|
63 |
|
|
|
|
|
10 |
10500 |
7700 (770) |
5000 (500) |
4000 |
(400) |
2600 |
(260) |
1500 |
(150) |
900 (90) |
(1050) |
7300 (730) |
3500 |
(350) |
2400 |
(240) |
|||||
15 |
11700 |
8200 (820) |
5600 (560) |
4400 |
(440) |
2900 |
(290)1650 |
(165) |
1000 |
|
|
(1170) |
7500 (750) |
|
4000 |
(400) |
|
|
|
|
(100) |
20 |
12600 |
8500 (850) |
6200 (620) |
4800 |
(480) |
3200 |
(320)1800 |
(180) |
1100 |
|
|
(1260) |
|
|
4500 |
(450) |
|
|
|
|
(110) |
25 |
13400 |
9000 (900) |
6800 (680) |
5200 |
(520)3500 (350)1950 |
(195) |
1200 |
|||
(1340) |
(120) |
|||||||||
30 |
14200 |
9500 (950) |
7400 (740) |
5600 |
(560)3800 (380)2100 |
(210) |
1300 |
|||
|
(1420) |
|
|
|
|
|
|
|
|
(130) |
35 |
15000 |
10000 |
8000 (800) |
6000 |
(600)4100 (410)2250 |
(225) |
1400 |
|||
|
(1500) |
(1000) |
|
|
|
|
|
|
|
(140) |
Примечания: 1. Верхние значения R даны для песчаных грунтов, нижние – для пылевато-глинистых. 2. В таблицах 25 и 26 глубина погружения нижнего конца сваи и среднюю глубину расположения слоя грунта при планировке территории срезкой, подсыпкой.
Таблица27
|
Расчетные сопротивления на боковой поверхности забивных |
|||||||||
Сред- |
|
|
|
|
|
свай |
|
|
|
|
няя |
|
|
|
и свай-оболочек fi , кПа (тс/м2) |
|
|
||||
глу- |
|
песчаных грунтов средней плотности |
|
|
||||||
бина |
крупныхи средней крупности |
мелких |
|
пылеватых |
|
|
|
|
|
|
рас- |
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
поло- |
|
|
|
|
- |
- |
- |
- |
- |
- |
жения |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
слоя |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
грун- |
пылевато-глинистых грунтов при показателе текучести I L , рав- |
|||||||||
та, м |
|
|
|
|
|
ном |
|
|
|
|
|
0,2 |
0,3 |
0,4 |
0,5 |
0,6 |
0,7 |
0,8 |
0,9 |
1,0 |
|
1 |
35 (3,5) |
23 (2,3) |
15 |
(1,5)12 (1,2) |
8 (0,8) |
4 (0,4) |
4 (0,4) |
3 |
2 (0,2) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(0,3) |
|
2 |
42 (4,2) |
30 (3,0) |
21 |
(2,1)17 (1,7)12 (1,2) |
7 (0,7) |
5 (0,5) |
4 |
4 (0,4) |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(0,4) |
|
3 |
48 (4,8) |
35 (3,5) |
25 |
(2,5)20 (2,0)14 (1,4) |
8 (0,8) |
7 (0,7) |
6 |
5 (0,5) |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(0,6) |
|
4 |
53 (5,3) |
38 (3,8) |
27 |
(2,7)22 (2,2)16 (1,6) |
9 (0,9) |
8 (0,8) |
7 |
5 (0,5) |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(0,7) |
|
5 |
56 (5,6) |
40 (4,0) |
29 |
(2,9)24 (2,4)17 (1,7) |
10 |
8 (0,8) |
7 |
6 (0,6) |
||
|
|
|
|
|
|
|
(1,0) |
|
(0,7) |
|
6 |
58 (5,8) |
42 (4,2) |
31 |
(3,1)25 (2,5)18 (1,8) |
10 |
8 (0,8) |
7 |
6 (0,6) |
||
|
|
|
|
|
64 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(1,0) |
|
(0,7) |
|
8 |
62 (6,2) |
44 |
(4,4) |
33 (3,3)26 (2,6)19 (1,9) |
10 |
8 (0,8) |
7 |
6 (0,6) |
|
|
|
|
|
(1,0) |
|
(0,7) |
|
10 |
65 (6,5) |
46 |
(4,6) |
34 (3,4)27 (2,7)19 (1,9) |
10 |
8 (0,8) |
7 |
6 (0,6) |
|
|
|
|
|
(1,0) |
|
(0,7) |
|
15 |
72 (7,2) |
51 |
(5,1) |
38 (3,8)28 (2,8)20 (2,0) |
11 |
8 (0,8) |
7 |
6 (0,6) |
|
|
|
|
|
(1,1) |
|
(0,7) |
|
20 |
79 (7,9) |
56 |
(5,6) |
41 (4,1)30 (3,0)20 (2,0) |
12 |
8 (0,8) |
7 |
6 (0,6) |
|
|
|
|
|
(1,2) |
|
(0,7) |
|
25 |
86 (8,6) |
61 |
(6,1) |
44 (4,4)32 (3,2)20 (2,0) |
12 |
8 (0,8) |
7 |
6 (0,6) |
|
|
|
|
|
(1,2) |
|
(0,7) |
|
30 |
93 (9,3) |
66 |
(6,6) |
47 (4,7)34 (3,4)21 (2,1) |
12 |
9 (0,9) |
8 |
7 (0,7) |
|
|
|
|
|
(1,2) |
|
(0,8) |
|
35 |
100 |
70 |
(7,0) |
50 (5,0)36 (3,6)22 (2,2) |
13 |
9 (0,9) |
8 |
7 (0,7) |
|
(10,0) |
|
|
|
(1,3) |
|
(0,8) |
|
|
|
|
|
|
Таблица 28 |
Способы погружения забивных свай и |
|
Коэффициенты условий |
|||
|
работы грунта при расчете несу- |
||||
свай-оболочек, погружаемых без выемки |
|
щей способности свай |
|||
|
грунта, |
|
|
|
на боковой |
|
|
|
под нижним |
||
и виды грунтов |
|
|
концом γсR |
поверхности γсf |
|
|
|
|
|
||
|
1 |
|
2 |
3 |
|
Пылевато-глинистые с показателем те- |
|
|
|
||
кучести I L = 0,5 : |
|
0,9 |
0,9 |
||
- супеси |
|
|
|||
- суглинки |
|
0,8 |
0,9 |
||
- глины |
|
|
0,7 |
0,9 |
|
Пылевато-глинистые с показателем те- |
|
|
|
||
кучести I L ≤ 0 |
|
1,0 |
1,0 |
||
|
|
|
|||
Погружение молотами любой конструк- |
|
|
|
||
ции полых железобетонных свай с от- |
|
|
|
||
крытым нижним концом: |
|
|
|
|
|
- при диаметре сваи 0,4 м и менее |
|
1,0 |
1,0 |
||
- при диаметре сваи от 0,4 до 0,8 м |
|
0,7 |
1,0 |
||
Погружение |
любым способом |
полых |
|
|
|
свай круглого сечения с закрытым ниж- |
|
|
|
||
ним концом на глубину 10 м и более с |
|
|
|
||
последующим |
устройством в |
нижнем |
|
|
|
|
|
65 |
|
|
|
конце свай камуфлетного уширения для |
|
|
песчаных грунтов средней плотности и в |
|
|
пылевато-глинистых грунтах с показате- |
|
|
лем текучести I L ≤ 0,5 при диаметре |
|
|
уширения, равном: |
0,9 |
1,0 |
- 1,0 м независимо от указанных ви- |
||
дов грунта |
0,8 |
1,0 |
- 1,5 м в песках и супесях |
0,7 |
1,0 |
- 1,5 м в суглинках и глинах |
|
|
Погружение вдавливанием свай: |
|
|
- в пески средней плотности круп- |
1,1 |
1,0 |
ные, средней крупности, мелкие |
||
- в пески пылеватые |
1,1 |
0,8 |
- в пылевато-глинистые грунты с по- |
1,1 |
1,0 |
казателем текучести I L < 0,5 |
||
- в пылевато-глинистые грунты с по- |
1,0 |
1,0 |
казателем текучести I L ≥ 0,5 |
Для промежуточных глубин или характеристик грунтов значения расчетного сопротивления грунта под нижним концом сваи R и по боковой поверхности конца сваи f определяют по интерполяции. При определении R и f по таблицам пласты грунтов следует разбить на элементарные слои (однородные) толщиной li не
более 2 м. Средняя глубина расположения слоя грунта Zi равна
глубине заложения точки от поверхности грунта.
Определив несущую способность сваи по материалу и грунту, выбирают наименьшее значение и используют его в дальнейших расчетах.
66
Рисунок 17 – Расчетная схема для расчета висячей сваи по несущей способности
ОПРЕДЕЛЕНИЕ НЕОБХОДИМОГО КОЛИЧЕСТВА СВАЙ
Число свай, необходимых для восприятия нагрузки на фундамент определяется по следующей формуле:
n = |
|
γk N0I |
|
|
, |
(79) |
||
F |
−d 2d |
p |
γ |
γ |
|
|||
|
d |
|
|
cp |
k |
|
||
где N0 – расчетная нагрузка по обрезу фундамента; γk – коэффициент надежности, который равен 1,4, если Fd определяется расчетным путем и γk = 1,2, если несущая способность сваи Fd была определена в результате статистических испытаний; Fd – несущая спо-
собность сваи, которая была рассчитана ранее (принимается наименьшее значение); а – расстояние между осями свай, которое принимается а≤3d, где d – размер поперечного сечения сваи; dp –
глубина заложения ростверка; γcp – средний удельный вес мате-
риал ростверка фундамента и грунта, можно принять
γcp =20кН/м3.
67
Рассчитав необходимое число свай, округляем цифру до целого числа. Если на фундамент действует момент или сдвигающая сила, необходимо расчетное количество свай увеличить на 20 %.
ВЫВОД
Необходимо сделать вывод о том, почему нами была принято наименьшее значение несущей способности сваи.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1.На какое расстояние заглубляется нижний конец сваи в несущий слой грунта при отсутствии момента?
2.На какое расстояние заглубляется нижний конец сваи в несущий слой грунта при присутствии момента?
3.Почему в дальнейших расчетах мы принимаем наименьшее из значений несущей способности сваи?
68
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Данный лабораторный практикум предназначен для того чтобы подготовить студентов к принятию самостоятельных решений, определению несущего слоя грунта основания, выбора правильных конструктивных решений при проектировании фундаментов в определенных инженерно-геологических условиях.
После изучения материала, приведенного в лабораторном практикуме, выполнения лабораторных работ и вычисления основных показателей, сделаем некоторые обобщения, которые полезно знать каждому инженеру-строителю.
Взависимости от назначения, конструктивных и технологических особенностей сооружения, с одной стороны, особенностей геологического строения и физико-механических свойств грунтов основания, стоимость строительства может существенно изменятся. Поэтому всегда важно оценивать технико-экономическую целесообразность размещения объектов строительства в определенных инженер- но-геологических условиях.
Следовательно, до начала проектных работ необходимо провести инженерно-геологические изыскания на площадке предполагаемого строительства. Опыт показывает, что недостаточное инженерно-геологическое обоснование проектных решений, ошибки в определении характеристик физико-механических свойств грунтов, отсутствие возможности прогноза их изменения
врезультате строительства и эксплуатации сооружения являются причиной, приводящей к нарушению нормальной работы сооружений и даже к авариям.
Вто же время не следует увлекаться использованием сложных моделей и численных методов расчета в тех случаях, когда для решения инженерной задачи оказывается достаточным применение относительно простых схем.
Развитие дисциплины «Основания и фундаменты» неразрывно связано с совершенствованием конструктивных и технологических решений в области строительства дорог, фундаментостроения, новейшими разработками методов укрепления грунтов, повышения их устойчивостииразработкиновыхматериалов.
Таким образом, инженер-строитель должен постоянно помнить, что теория и практика дисциплины «Основания и фундаменты» находятся в постоянном развитии, следить за публикациями в
69