Расчет и конструирование фундаментов

         если Н действует в направлении L′.

R =0.8*1(0*17,6*1*1.37*1*1+0*23,00*1*1*0.9+0.5*17,4*0.6*27,49*1*1*0.9)=77,49кПа

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. Фундаменты глубокого заложения

3.1. Основные положения по расчету  и проектированию свайных фундаментов

Свайные фундаменты  рассчитываются  в  соответствии  с  требованиями  СНБ  5.01.01-99 и Пособий к нему  по  двум  предельным  состояниям:

- по  предельному  состоянию   первой  группы (по  несущей   способности):  по  прочности –  сваи  и  ростверки,  по  устойчивости  – основания  свайных  фундаментов;

- по  предельному  состоянию   второй  группы (по  деформациям ) – основания свайных фундаментов.

Глубина  заложения  подошвы  свайного  ростверка  назначается  в  зависимости  от:наличия  подвалов  и подземных коммуникаций;

геологических  и  гидрогеологических  условий  площадки  строительства  ( виды  грунтов,  их  состояние,  положение  подземных  вод  и  т. д. );

глубины  заложения  фундаментов  прилегающих  зданий  и  сооружений;

возможности  пучения  грунтов  при  промерзании.

 

3.1.1 Определение физико-механических  характеристик грунтов

Необходимо запроектировать свайные  фундаменты под здание. Инженерно  – геологические условия представлены в следующей таблице:

Не надо!!!!

№	Описание грунтов	Мощ- ность пласта, м	W, %	γs, кН/м3	γ, кН/м3		e		IL, %		E, Мпа		С КПа		ϕ
					по лб	по зонд	по лб	по зонд	по лб	по зонд
2	Насыпной грунт глинистый	1,2	15	27,2	23,7	22,6	-	-	-	-	-	-
6	Песок мелкий прочный	0,7	12	26,6	23,8	21,7	0,12	0,65	-	-	29/22	19,5	-	36
14	Суглинок пылеватый средней прочности	4,1	21	27,0	22,3	20,7	0,21	0,69	0,36	0,31	17/-	17,5	19	36
12	Песок крупный, гравелистый средней  прочности	2,2	13	26,7	23,6	23,5	0,13	0,69	-	-	29 (22)	18	-	40
19	Супесь прочная	6,5	13,3	27	23,8	20,8	0,13	0,59	0,29	-0,01	19 (15)	26	38	27
20	Супесь очень прочная	5,0	13,6	27,1	23,9	18,3	0,14	0,56	0,31	-0,054	32 (25)	37	39	29
6	Песок мелкий прочный	2,0	12	26,6	23,8		0,12		-	-	29/22
Горизонт подземных вод от поверхности земли, м		1,5

 

3.1.2 Определение несущей способности сваи

Прежде  всего, необходимо выбрать тип сваи, назначить ее длину и размеры  поперечного сечения. Длину сваи назначаем такой, чтобы ее острие было заглублено в плотный слой грунта:

• в мелкие пески и супеси – не менее чем, на 2 м.
• в пески средней крупности, твердые глины и суглинки – не менее чем на 1м

Полная длина свай (без острия) определяется как сумма:

ℓ=ℓ₁+ℓ₂+ℓ₃

где ℓ₁ - глубина заделки сваи в ростверк;

ℓ₂ - расстояние от подошвы ростверка до кровли несущего слоя;

ℓ₃ - заглубление в несущий слой.

Тогда длину сваи примем с учетом глубины залегания ростверка  и заделкой сваи в ростверк на 10 см:

ℓ = 0,1+1,2+0,7+4,1+1= 7 м.

Принимаем  сваи набивные в вытрамбованных скважинах с уширенной вытрамбованной пятой диаметром  600  мм, с уширением 1000 мм.

Отметку низа сваи принимаем -8. Длину сваи принимаем 7 м.

Несущая  способность  F_d  ( в  кН )  основания защемленной в грунте  сваи  определяется  как  сумма  сопротивления  грунтов  основания  под  нижним  концом  сваи  и  по  боковой  поверхности  ее:

F_d=g_c×( g_cr×R×A+U×åg_cf×R_fi×l_i ),

Где  g_c –коэффициент  условий работы  сваи  в грунте,  принимаемый   g_c=1.0.

g_cr   и g_cf  -  коэффициенты  условий работы  грунта  соответственно  под нижним  концом  и по  боковой поверхности сваи;  при отсутствии динамических воздействий g_cr =1.0  и g_cf =1.0;

А – площадь  опирания  на  грунт сваи,  в м²,  принимаемый по  площади поперечного сечения сваи;

R – расчетное  сопротивление   грунта  под  нижним  концом  сваи,  кПа;

U – периметр  поперечного   сечения  сваи,  м;

R_fi  – расчетное сопротивление i-го  слоя  грунта  основания по  боковой поверхности сваи,  кПа;

l_i – толщина i-го  слоя  грунта,  м.

При определении R_fi пласты грунтов расчленяются на слои толщиной не более 2м.

Площадь поперечного сечения сваи составляет A=3,14*1²/4=0,785м², а периметр – U=3,14*0,6=1,884 м

Коэффициенты условий принимаем  для нашего случая

g_с=1; g_CR=1; g_сf=1;

Расчетное сопротивление грунтов  сжатию R_ci под нижним концом сваи в несущем слое грунта принимаем по табл.5.6 Пособия 19 к СНБ 5.01.01, которое составит R = 6300кПа.

_{Основание делится  на 6 частей (приложение 4 ):}

_{h1 = 0,2 м               z1 = 1,1 м                  R1f = 0 кПа}

_{h2 = 0,7 м               z1 = 1,55 м                R1f =45,8 кПа}

_{h3 = 1,5 м               z1 = 2,65 м                R1f =36,3 кПа}

_{h4 = 1,5 м              z1 = 4,15 м                R1f =38,6 кПа}

_{h5 = 1,1 м              z1 = 5,45 м                R1f =43,4 кПа}

_{h1 = 1 м                 z1 = 6,5 м                  R1f = 82,5 кПа}

 

Далее вычисляем значение несущей  способности сваи по грунту

 

F_d= 1 [1·6300·0,785+ 1,884 ·(0+1,0∙0,7·45,8 + 1,0∙1,5∙36,3 +1,0∙1,5∙38,6+ 1,0∙1,1·43,4+1,0∙1∙82,5)]=1667,58 кН

Расчетная  нагрузка    Р,  допускаемая на  сваю, определяются  из  зависимости:

где  g_к – коэффициент надежности,  принимаемый  равным  1,4.

  кН.

 

 

 

3.1.3 Расчёт несущей способности сваи по результатам динамического зондирования

 

Зондирование – это метод  полевых исследований, основанный на принудительном погружении устройства (зонда или конуса), моделирующего  сваю.

Различают два вида зондирования –  статическое и динамическое.

Несущая способность сваи по результатам  статического зондирования определяется по формуле

 

F_u = R_dA + R_fdhU+R_fuA

где     R_d -  значение  предельного удельного сопротивления грунта  под

нижним концом сваи, МПа;

А – площадь поперечного сечения  сваи, м²;

R_fd -  значение предельного удельного сопротивления грунта на боковой поверхности сваи, МПа;

h – глубина погружения сваи в грунт, м;

U – периметр поперечного сечения  ствола сваи, м.

 А=0,785м²- площадь поперечного сечения сваи.   

R_fu- предельное сопротивление грунта под условной опорой боковой поверхности сваи в пределах i-того слоя грунта.( по табл. 5.2. П2-2000 к СНБ 5.01.01-99)

     А_fu- площадь условной опорой боковой поверхности сваи

  МПа

А_fu=6*3,14*0,6+1*3,14*0,1=11,62 м².

 

Среднее значение предельного сопротивления грунта под нижним концом сваи следует определять по формуле:

где   q_di - удельное сопротивление i-го слоя грунта в пределах участка (z) под нижним концом сваи, МПа, определяемое в зависимости от полученного из опыта; по таблице 5.1 П2 к СНБ 5.01.01 ;

     z_i - толщина i-го слоя грунта в пределах участка, м;

            z - участок, расположенный в пределах одного диаметра (d) выше и четырех диаметров (4d) ниже отметки нижнего конца проектируемой сваи, м.

Так как проведено одно испытание, то:

  расчетная допускаемая нагрузка на сваю по несущей способности;

Так как  F_d =1575,91 кН по динамическому зондированию меньше F_d =1667,58 кН по лабораторным испытаниям, то для дальнейших расчетов берем F_d =1575,91кН .

Расчетная нагрузка Р, допускаемая на сваю, определяется из зависимости:

 

где        γ_f - коэффициент надежности, принимаемый равным 1,3.

Определяем  шаг свай:

l= P / N

,

где        N =200*2*1,4=560 кН - расчетная сжимающая сила на уровне обреза фундамента.

Все нагрузки на сваи по заданию увеличены  в 2 раза.

l= 1575,91/560=2,8

Принимаем шаг свай 2,5 м.

Проверка  несущей способности свайного фундамента производится из условия, чтобы расчетная  нагрузка N, передаваемая на сваю, не превышала расчетной нагрузки, допускаемой на сваю.

Для данного свайного фундамента необходима следующая проверка нагрузки:

где    N_d=N₀+G_m ,

_{n = (No + Gm)/P = 0.4}

где  N₀ - расчетная нагрузка, приложенная на уровне обреза фундамента

 G_m - расчетная нагрузка, от веса ростверка и грунта на его уступах.

Определим вес ростверка и грунта на его  уступах:

Ростверк:

G_m=g_m* V = 25*0,4*0,6*1=6 кН

g_m – осредненный удельный вес материала фундамента и грунта над его уступами,    принимаемый равным 20…25 кН/м³ (g_m=25 кН/м³);

 V—объем, занимаемый фундаментом и грунтом над свесами ростверка;

< P=1575,91кН.

           Условие  выполняется. 

Геометрические  размеры ростверка принимаем  конструктивно исходя из толщины  наружных стен. Принимаем монолитный железобетонный ростверк.

3.3 Расчет свайного фундамента  по деформациям. Расчет осадки свай под стену с подвалом

Расчет по предельному состоянию  второй группы производится аналогично расчету по деформациям оснований  фундаментов на естественном основании  и сводится к удовлетворению условия: S<Su.

При расчете осадки свайный фундамент  рассматривается как условный массивный  фундамент, в состав которого входят ростверк, сваи и грунт. Контур условного  массива ограничивается сверху поверхностью планировки, снизу – плоскостью в уровне нижних концов свай BC, с  боков – вертикальными плоскостями AB и CD, отстоящими от граней крайних  свай на величину .

Точка B и C находятся в результате пересечения горизонтальной плоскости  в уровне нижних концов свай с наклонными линиями, проведенными от наружного  контура свайного ряда в уровне подошвы  ростверка под углом  к вертикали.

При слоистом напластовании в пределах длины сваи h угол φiimt принимается средневзвешенным:

 

где φi – расчетные значения углов внутреннего трения грунтов соответствующих участков сваи hi.

Таким образом, длина L1  и ширина B1 подошвы условного фундамента определяется из выражения:

1 м;

0,48+2∙7∙tg29.48/4=2,3 м ;

где m – расстояние между внешними плоскостями свай, м;

h – расчетная длина сваи, м h=7м

Давление Р (в кПа) по подошве условного фундамента определяется с учетом веса условного массива:

P=N_d1/A₁,

де А₁ – площадь подошвы условного фундамента, равная 2,3 м²

N_d1 – суммарный вес условного массива и нагрузок, приложенных на уровне обреза ростверка, кН.

Здесь N₀ – нагрузка, приложенная на уровне обреза ростверка; равная 700 кН

G₁ – вес ростверка, G₁ =0.8*0.4*1*21 = 6.72 кН

G₂ – вес сваи; равный G₂=(3,14∙0,6²/4) ∙7∙25=49,46 кН

G₃ – вес грунта в объеме выделенного условного массива

G₃=

N_d1=N₀+G₁+G₂+G₃=560+19.625+51.52+384,65=1027,78 кН;

Р=N_d1/A₁ =1027,78/2,3=446,86 кПа.

Давление Р от расчетных нагрузок не должно превышать расчетного сопротивления грунта R, то есть необходимо соблюдение условий P<R и Pmax<1,2R.

Расчетное сопротивление грунтов R для свайных фундаментов будет  представлено в следующей форме:

Угол внутреннего трения  φ0	Коэффициенты
	Mg	Mq	Mc
27	0,91	4,64	7,14

 

γ_c1=1,4, γ_c2=1,4, γ_II=23.5 кН/м³, C=0,

=22,33 кН/м3;

R=1,4∙1,4(0.91∙2,3∙23.5∙1+4.64 ∙7,4∙22,33)=1592,45 кПа;

P=446,86 кПа < R=1592,45 кПа

Дальнейший расчет осадки свайного фундамента производится так же, как  и фундамента мелкого заложения, по методу послойного суммирования.

Природное давление на отметке подошвы  условного фундамента: