4. Расчет и конструирование свайных фундаментов.

4.1. Определение глубины заложения подошвы ростверка.

Глубину заложения ростверка определяем, исходя из глубины промерзания, аналогично глубине заложения фундамента мелкого заложения:

h_р = d_f = 2.04 м

4.2. Назначение размеров свай.

Длина свай определяется по геологии, исходя из необходимости забивки ее в прочный грунт.

В данной работе будем рассматривать висячие железобетонные сваи, призматической формы, квадратного поперечного сечения 30х30 см для всех фундаментов.

Определим минимальную длину сваи:

l_сваи = а_с+Ʃt_i+(0.51.5), где а_с = d*1.5,

l_сваи¹ = 0.3*1.5+11,96+(0.51.5) = 13,41 м;

l_сваи² = 0.3*1.5+10,96+(0.51.5) = 12,41 м;

l_сваи³ = 0.3*1.5+10,96+(0.51.5) = 12,41 м;

Для фундаментов №1 принимаем сваи длиной 13,5 м, для фундаментов №2 – 12,5 м, для фундамента №3 – 12,5 м.

4.3. Расчет свай по несущей способности и определение их количества.

Расчет свай по несущей способности и определение их количества ведется согласно

СП.24.13330.2011. Сваи рассчитываются как висячие.

Одиночную сваю в составе фундамента и вне его по несущей способности грунтов основания следует рассчитывать, исходя из условия:

где

N – расчетная нагрузка, передаваемая на сваю;

F_d – расчетная несущая способность грунта основания одиночной сваи;

k_н = 1,4 – коэффициент надежности.

где

_с = 1,0 – коэффициент условий работы сваи в грунте;

_сr = 1,0, _сf =1,0 – коэффициент условий работы грунта соответственно под нижним концом и по боковой поверхности сваи;

R – расчетное сопротивление грунта под нижним концом сваи;

A – площадь опирания сваи на грунт;

U – наружный периметр сваи (поперечного сечения);

f_i – расчетное сопротивление i-го слоя грунта по боковой поверхности;

h_i – толщина i-го слоя грунта, соприкасающегося с боковой поверхностью сваи.

Фундамент №1

т

т

Размеры ростверка примем 2,1 х 3,1 м². Тогда вес ростверка:

Qр = 2,1*3,1*2,2*2,5 = 35.8 т

Необходимое количество свай:

шт

Фундамент №2

т

т

Размеры ростверка примем 2,1 х 4,1 м². Тогда вес ростверка:

Qр = 2,1*4,1*2,2*2,5 = 47.3 т

Необходимое количество свай:

шт

Фундамент №3

т

т

Размеры ростверка примем 2,1 х 4,1 м². Тогда вес ростверка:

Qр = 2,1*4,1*2,2*2,5 = 47.3 т

Необходимое количество свай:

шт

Расположение свай в плане представлено на рис. 5,6,7.

4.4. Определение осадок и сопоставление их с допустимыми.

Расчет осадки свайного фундамента будет производиться для условного фундамента на естественном основании методом послойного суммирования, как и для фундаментов мелкого заложения, при основном соетании нормативных нагрузок.

Фундамент №1.

Расчетная схема представлена на рис. 8.

Для возможности использования модели линейно деформируемой среды найдем напряжения.

- средневзвешенное значение угла внутреннего трения для грунтов, образующих основание сооружения.

;

Под некоторым углом , проводим лучи в вертикальной плоскости от крайней внешней точки соприкосновения сваи и ростверка, причем величина угла определяется по следующей зависимости:

;

Аналитическим методом вычислим размеры условного фундамента, по следующим формулам:

B_усл = B + 2*h*tg = 1.5 + 2*13.1*tg4.9 = 2.5 м;

D_усл = D + 2*h*tg = 2.5 + 2*13.1*tg4.9 = 4.7 м,

где B,D - расстояние между двумя крайними внешними поверхностями свай, соответственно в поперечном направлении и в продольном, h - длина сваи;

A_усл = B_усл*D_усл = 2.5*4.7 = 11.75 м²

Q_гсм = B_усл*D_усл*h*_{гр.ср.взв} = 2.5*4.7*13.1*0,71 = 109.3 т

т/м³

т/м²;

_гр = _4взв. = 0.63 т/м²; '_гр = _{гр.ср.взв.} = 0,71 т/м²;

h = d_f+h = 2.2+9.1 = 11.3 м;

т/м²;

 = 32.9 т/м² < R = 39.2 т/м²;

Эпюра напряжения от собственного веса грунта будет аналогичной эпюре от собственного веса грунта посчитанного раннее рис.2.

Для определения осадки построим эпюру :

p₀ =  - _{гр.ср.взв.}*h' = 35.7 – 0,71*13.1= 26.4 т/м²

D_усл/B_усл = 4.7/2.5 = 1.8

Для построения эпюры составим таблицу:

z, м	0	1	2	3	4	5	6	7	8
	0,00	0,8	1.6	2.4	3.2	4	4.8	5.6	6.4
	1	0,881	0,639	0,470	0,360	0,285	0,230	0,189	0.158
P0	26.4	26.4	26.4	26.4	26.4	26.4	26.4	26.4	26.4
, т/м2	26.4	23.2	16.8	12.4	9.5	7.5	6.1	4.9	4.18

Ha = 11600 м.

№ слоя	, т/м2	hi, м	Ei, т/м2	Si, м
1	11.0	2.9	1100	0.029
2	6.0	2.9	1100	0.016
3	3.5	2.9	1100	0.009
4	2.6	2.9	1100	0.007
				0.061

S = 0,8*0,061 = 0,059 м

Фундамент №2.

Расчетная схема представлена на рис. 9.

Для возможности использования модели линейно деформируемой среды найдем напряжения.

- средневзвешенное значение угла внутреннего трения для грунтов, образующих основание сооружения.

;

Под некоторым углом , проводим лучи в вертикальной плоскости от крайней внешней точки соприкосновения сваи и ростверка, причем величина угла определяется по следующей зависимости:

;

Аналитическим методом вычислим размеры условного фундамента, по следующим формулам:

B_усл = B + 2*h*tg = 1,5 + 2*12.1*tg4.3 = 3.3 м;

D_усл = D + 2*h*tg = 3.5 + 2*12.1*tg4.3 = 5.3 м,

где B,D - расстояние между двумя крайними внешними поверхностями свай, соответственно в поперечном направлении и в продольном, h - длина сваи;

A_усл = B_усл*D_усл = 3,3*5.3 = 17.5 м²

Q_гсм = B_усл*D_усл*h*_{гр.ср.взв} = 3,3*5.3*12.1*0,64 = 135.4 т

т/м³

т/м²;

_гр = _4взв. = 0.63 т/м²; '_гр = _{гр.ср.взв.} = 0,64 т/м²;

h = d_f+h = 2.2+13.5 = 16.7 м;

т/м²;

 = 34.8 т/м² < R = 38.7 т/м²;

Эпюра напряжения от собственного веса грунта будет аналогичной эпюре от собственного веса грунта посчитанного раннее рис.3.

Для определения осадки построим эпюру :

p₀ =  - _{гр.ср.взв.}*h' = 34.8 – 0,63*11.75 = 27.4 т/м²

D_усл/B_усл = 5.3/3.3 = 1.6

Для построения эпюры составим таблицу:

z, м	0	1	2	3	4	5	6	7	8
	0,00	0,58	1,1	1,7	2,3	2,9	3,4	4	4.6
	1	0,948	0,751	0,513	0,489	0,343	0,301	0,265	0.242
P0	22.6	22.6	22.6	22.6	22.6	22.6	22.6	22.6	22.6
, т/м2	22.6	21.5	16.6	14.1	10.2	8.9	7.4	6.4	5.4

Ha = 13030 м.

№ слоя	, т/м2	hi, м	Ei, т/м2	Si, м
1	10.5	2.6	1100	0.02
2	9.3	2.6	1100	0.02
3	7.8	2.6	1100	0.01
4	5.9	2.6	1100	0.013
5	4.5	2.6	1100	0.011
				0.073

S = 0,8*0,073 = 0,053 м

Фундамент №3.

Расчетная схема представлена на рис. 10.

Для возможности использования модели линейно деформируемой среды найдем напряжения.

- средневзвешенное значение угла внутреннего трения для грунтов, образующих основание сооружения.

;

Под некоторым углом , проводим лучи в вертикальной плоскости от крайней внешней точки соприкосновения сваи и ростверка, причем величина угла определяется по следующей зависимости:

;

Аналитическим методом вычислим размеры условного фундамента, по следующим формулам:

B_усл = B + 2*h*tg = 1,5 + 2*11.6*tg5.1= 3.6 м;

D_усл = D + 2*h*tg = 3.5 + 2*11.6*tg5.1 = 5.6 м,

где B,D - расстояние между двумя крайними внешними поверхностями свай, соответственно в поперечном направлении и в продольном, h - длина сваи;

A_усл = B_усл*D_усл = 3,6*5.6 = 20.2 м²

Q_гсм = B_усл*D_усл*h*_{гр.ср.взв} = 3,6*5.6*11.6*0,72 = 168.4 т

т/м³

т/м²;

_гр = _4взв. = 0.63 т/м²; '_гр = _{гр.ср.взв.} = 0,72 т/м²;

h = d_f+h = 2.2+9.55 = 11.75 м;

т/м²;

 = 27.3 т/м² < R = 28.2 т/м²;

Эпюра напряжения от собственного веса грунта будет аналогичной эпюре от собственного веса грунта посчитанного раннее рис.4.

Для определения осадки построим эпюру :

p₀ =  - _{гр.ср.взв.}*h' = 27.3 – 0,72*11.75 = 18.8 т/м²

D_усл/B_усл = 5.6/3.6 = 1.5

Для построения эпюры составим таблицу:

z, м	0	1	2	3	4	5	6	7	8
	0,00	0,58	1,1	1,7	2,3	2,9	3,4	4	4.6
	1	0,951	0.756	0,623	0,452	0,396	0,327	0,285	0.242
P0	17.46	17.46	17.46	17.46	17.46	17.46	17.46	17.46	17.46
, т/м2	17.4	16.5	13.8	10.8	7.8	6.8	5.7	4.9	2.2

Ha = 8500 м.

№ слоя	, т/м2	hi, м	Ei, т/м2	Si, м
1	8.7	2.1	1100	0.01
2	6.8	2.1	1100	0.013
3	5.1	2.1	1100	0.009
4	4.5	2.1	1100	0.008
				0.041

S = 0,8*0,041 = 0,034 м

Расхождения осадок.

Расхождение между фундаментами №1 и №2:

Расхождение между фундаментами №2 и №3:

Условие выполнено.

Из двух рассмотренных вариантов экономически выгоднее свайный фундамент.

Заключение:

В данной работе было рассмотрено два варианта фундаментов для складского здания:

фундамент мелкого заложения и свайный фундамент.

Преимущество фундамента мелкого заложения - простота его возведения, а следовательно, дешевизна производства работ при его возведении. Но в ходе расчета осадки выяснилось, что фундаменты будут оседать неравномерно, что является не допустимым условием при его возведении. В плане фундамент мелкого заложения является надежным.

Свайный фундамент в плане стоимости производства работ при его возведении значительно дороже. Но при расчете осадок и крена они выигрывает у фундаментов мелкого заложения, помимо этого, он значительно более устойчив.

Окончательно принимаем свайный фундамент как наиболее безопасный при строительстве и эксплуатации сооружения.

.

Литература:

1) СП 22.13330.2011 ( Основания зданий и сооружений)

2) СП 24.13330.2011 ( Свайные фундаменты)

21