Проектирование фундаментов мелкого заложения на естественном основании

 

Расчетное сопротивление  под нижним концом сваи R:

R³ =_{1406,67 кПа;}

R⁵ =1440 _кПа;

R⁴ =1365 _кПа.

 

F_d ³= 1×(1×1406,67×0,09 + 1,2×1×160,57) = 319,28 кН;

 

F_d ⁵= 1×(1×1440×0,09 + 1,2×1×265,735) = 548,48 кН;

 

F_d ⁴= 1×(1×1365×0,09 + 1,2×1×183,36) = 342,88 кН.

 

 

 

 

 

 

5. Определение несущей способности сваи по материалу

  Несущая способность сваи по материалу на сжатие для железобетонных свай определяется по формуле:

где F_m – несущая способность сваи по материалу, кПа; - коэффициент условий работы сваи =1 (при размере поперечного сечения сваи более 200 мм); φ- коэффициент, учитывающий условия загружения, гибкость и другое (для свай, полностью находящихся в грунте, φ=1); R_b – расчетное сопротивление бетона при осевом сжатии (призменная прочность), кПа;       А – площадь поперечного сечения сваи, м²; R_st – расчетное сопротивление арматуры сжатию, кПа; A_S – площадь всех продольных стержней арматуры.

R_b=8500 кПа (для сечения 3,4 и 5)

R_sc=225000 кПа

Для дальнейшего расчета  принимается несущая способность  сваи по грунту.

 

 

6. Определение количества свай в ростверке

Требуемое количество свай определяется по формуле:

,

где N₁ – полная расчетная нагрузка, передаваемая на сваи, приведенная к подошве плиты ростверка, кН; F_d – несущая способность сваи по грунту; - коэффициент надежности ( =1,4); - коэффициент, учитывающий работу свай при наличии момента внешних сил в уровне подошвы ростверка и принимаемый равным 1,1 – 1,2.

 

_{для сечения №3}

   

 

 

   Принимаем    n_с = 4.

 

_{для сечения №4}

   

 

 

   Принимаем    n_с = 1 (1 ряд свай)

 

_{для сечения №5}

   

 

 

   Принимаем    n_с = 4.

 

7. Конструирование свайных фундаментов

 

Номинальное расстояние в осях между сваями в сечениях 3 и 5: 900 мм, в сечении 4: 1300мм. Свесы ростверка 150 мм. Высота ростверка 500 мм - в сечении 4 и 5, 300 мм – сечении 3. Заделка сваи в ростверк в сечении 3: 100 мм, в сечениях 4 и 5: 300 мм.

        _{для сечения 3}

Свайные фундаменты в зависимости от размещения свай в плане следует проектировать  в виде свайных кустов – под  колонны с расположением свай в плане на участке квадратной формы.

В данном варианте принимается свайные кусты состоящие  из 4-х свай.

_{Расстояние между осями свай:}             

       

_{Шаг составляет 0,9 метра.}

 

_{для сечения 5}

для сечения 4

Рис. 4.7.1. Конструирование свайных  фундаментов

 

 

4.8. Определение  фактической нагрузки на сваи

Расчет заключается  в определении фактических нагрузок, действующих на сваи свайного фундамента, и сравнении их с расчетной нагрузкой, допускаемой на сваю (по грунту). Для центрально нагруженного свайного фундамента проверяется условие

Для внецентренно нагруженного свайного фундамента:

,

где N_I, M_xI, M_yI - соответственно расчетная вертикальная нагрузка, моменты относительно центральных осей X и Y плана свайного фундамента в плоскости подошвы ростверка; X и Y – расстояния от центральных осей до наиболее удаленной свай, для которой вычисляется фактическая нагрузка; X_I и Y_I – расстояния от центральных осей до оси каждой оси сваи фундамента.

Необходимо соблюдать  условие:

Если  , необходимо увеличить число свай или их длину с целью повышения несущей способности свай по грунту.

Не следует допускать  недоиспользование несущей способности  свай более чем на 15 %, перегрузку свай от постоянных и длительных нагрузок более чем на 5 %.

При N_Ф < 0 следует рассчитать сваи на выдергивающую нагрузку (при этом необходимо, чтобы N_ФMIN < N_b).

Сечение 3:

 

194,212 < 228,06 кН , условие выполняется с 14,8 % недоиспользованием несущей способности сваи.

 Сечение 4:

201,885 < 244,9 кН , условие выполняется с 17,5% недоиспользованием несущей способности сваи. Принимается один ряд свай.

Сечение 5:

415,4 < 465,58, условие выполняется с 10,8 % недоиспользованием несущей способности свай.

 

 

4.9. Расчет свай  на горизонтальные нагрузки

 

Расчет свай на совместное действие вертикальных, горизонтальных нагрузок и моментов должен включать:

а) расчет деформаций свай, который сводится к проверке соблюдения условий:

где U_P и - расчетные величины горизонтального перемещения головы сваи и угла ее поворота; U_U и - предельно допустимые величины указанных деформаций;

б) расчет устойчивости грунта основания, окружающего сваю;

в) проверку сечений свай на прочность (трещиностойкость).

Строгое решение указанных  задач дается в СНиП 2.02.03 – 85 и  руководстве к нему.

В данном курсовом проекте  расчет свай на горизонтальные нагрузки не производится.

 

 

4.10. Проверка давлений в основании свайного фундамента как условно массивного

Расчет кустовых свайных  фундаментов под промышленные и  гражданские здания по деформациям производится как для условно массивного фундамента на естественном основании. Перед расчетом осадки проверяют прочность основания фундамента в уровне острия свай.

Границы условного фундамента определяются снизу – плоскостью АД, проходящей через нижние концы  свай; с боков – вертикальными  плоскостями АБ и ДВ, отстоящими от наружных граней крайних рядов вертикальных свай на расстоянии сверху -  поверхностью планировки грунта БВ. Здесь - рабочая длина сваи, равная сумме толщин слоев грунта, прорезаемых висячими сваями:

 где  - расчетные значения угла внутреннего трения грунта в пределах соответствующих участков сваи h₁, h₂, …,h_n.

 

Сечение 3

Расчетом проверяется  условие:

где N_II – сумма расчетных нагрузок в плоскости подошвы свайного фундамента, кН; R – расчетные сопротивления грунта основания условного массива в уровне острия сваи;

N_II=N_0II+N_PII+N_CBII+N_ГРII,

где N_0II – заданная нагрузка, приложенная к обрезу ростверка, кН; N_PII – вес ростверка, кН;

 N_CBII – вес свай, кН; N_ГРII - вес грунта в объеме условного массива, кН;

где b_P, l_P, d_P - соответственно ширина, длина и высота ростверка, м; - удельный вес бетона, принимаемый равным 24 кН/м³ .

Вес сваи определяется по формуле:

где n_C – число свай в ростверке; d – размер поперечного сечения сваи, м; l – длина сваи, м; - удельный вес железобетона, принимаемый равным 25 кН/м³ .

Вес грунтового массива  определяется по формуле:

где h₁, h₂, …h_n – мощность слоев грунта в пределах от подошвы ростверка до острия сваи, м; - удельный вес соответствующих слоев грунта в пределах рабочей длины сваи, кН/м³, с учетом взвешивающего действия воды.

N_II=N_0II+N_PII+N_CBII+N_ГРII=

где :    - коэффициенты условий работы ( = 1,25 ;  = 1,053 );

k   - коэффициент, принимаемый k = 1,1;

- коэффициенты (  = 0,395 ;  = 2,59 ;   = 5,17 )

(  = 17,14 );

• - коэффициент, принимаемый = 1;

b   - ширина подошвы фундамента, м

  - осредненное расчетное значение удельного веса грунтов,

залегающих ниже подошвы  фундамента, = 17,71 кН/м³ ;

  - осредненное расчетное значение  удельного веса грунтов,

залегающих выше подошвы  фундамента, (γ’II(3) = 17,32 кН/м³; γ’II(4) = 17,21 кН/м³ ; γ’II(5) = 16,76 кН/м³  );

  - расчетное значение удельного  сцепления грунтов, залегающих

непосредственно под  подошвой фундамента, = 29,09 кПа ;

d   - глубина заложения фундаментов ( d₅ =1,5 м; d3  =3,3 м; d₄ = 2,4 м );

   d_в=2 м.  

R3 = 1.25Í1.05/1,1Í[0,395Í1Í2,02Í17,71+2,59Í3,3Í17,32+(2,59-1)                         Í2Í17,32+5,17Í29,09] = 438,66 кПа

проверка выполняется.

 

 

Сечение 5

N_II=N_0II+N_PII+N_CBII+N_ГРII=

 

R3 =1.25Í1.05/1,1Í[0,395Í1Í2,56Í17,71+2,59Í1,5Í17,32+5,17Í29,09] = 381,1 кПа

 условие выполняется.

 

 

 

 

 

4.11. Расчет  осадки основания свайного фундамента  как условно массивного

Расчет осадки кустового свайного фундамента условно массивного производится так же, как фундамента мелкого  заложения.

Сечение 3

Расчет осадки свайного фундамента 3 методом послойного суммирования деформаций:

P_II= 256,17 кПа – фактическое среднее давление;

- природное давление в уровне  подошвы;

- дополнительное давление;     h₁=0,4b_y= - толщина элементарных слоев.

Соотношение сторон подошвы

              S=0,026см < S_U = 8 см  - условие выполняется.

 

Сечение 3
Номер слоя	zi , м	hi, м	γi,кН/м	hi• γi,кПа	Gzgi,  кПа	2zi / b	αi	Gzp,I,кПа	Gzp,i ср,кПа	Ei,кПа	Si,см	0,2Gzgi
0	0	0	-	-	67,55	0	1	188,6	-	10000	-	13,51
1	0,81	0,81	9,47	7,671	75,22	0,802	0,755	142,4	165,5	10000	0,011	15,04
2	1,62	0,81	9,47	7,671	82,89	1,604	0,389	73,36	107,9	10000	0,007	16,58
3	2,43	0,81	9,47	7,671	90,56	2,406	0,213	40,23	56,8	10000	0,004	18,11
4	3,24	0,81	9,47	7,671	98,23	3,208	0,129	24,43	32,33	10000	0,002	19,65
5	4,05	0,81	9,47	7,671	105,9	4,01	0,087	16,34	20,39	10000	0,001	21,18

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

            Сечение 5

Расчет осадки свайного фундамента 5 методом послойного суммирования деформаций:

P_II= 358,03 кПа – фактическое среднее давление;

- природное давление в уровне  подошвы;

- дополнительное давление;

h₁=0,4b_y= - толщина элементарных слоев.

Соотношение сторон подошвы

            S=0,024см < S_U = 8 см  - условие выполняется.

Сечение 5
Номер слоя	zi , м	hi, м	γi, кН/м	hi• γi,кПа	Gzgi,  кПа	2zi / b	αi	Gzp, I, кПа	Gzp,i ср, кПа	Ei, кПа	Si, см	0,2Gzgi
0	0	0	-	-	112,3	0	1	245,7	215,9	10000	0	0
1	1,02	1,02	9,47	9,656	122	0,797	0,757	186,1	141,3	10000	0,012	24,39
2	2,04	1,02	9,47	9,656	131,6	1,594	0,392	96,43	74,72	10000	0,006	26,32
3	3,06	1,02	9,47	9,656	141,3	2,391	0,215	53	42,59	10000	0,003	28,54
4	4,08	1,02	9,47	9,656	150,9	3,188	0,131	32,19	32,05	10000	0,003	30,19
5	4,1	0,02	9,47	0,189	151,1	3,203	0,129	31,9	15,95	10000	3*10-5	30,22