Методичка
.pdfМИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ ПОВОЛЖСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
Проектирование свайных фундаментов
Методические указания к выполнению курсового проекта для студентов строительных специальностей и направлений очной и заочной формы обучения
Йошкар-Ола ПГТУ
2012
УДК 624.15
Составители: В. Е. Глушков, В. С. Рязанов, А. В. Глушков, С. Ю. Хабибулин,
Рецензент Главный инженер ОАО «Йошкар-олинское ПСО» Яковлев В.А.
Печатается по решению редакционно-издательского совета ПГТУ
Проектирование свайных фундаментов: методические указания к выполнению курсового проекта для студентов строительных специальностей и направлений очной и заочной формы обучения / сост. В. Е. Глушков, В. С. Рязанов, А. В. Глушков, С. Ю. Хабибулин. – Йошкар-Ола: Поволжский государственный технологический университет, 2012. – 56 с.
В методических указаниях отражены общие положения проектирования свайных фундаментов по предельным состояниям, даны примеры определения несущей способности различных типов свай, расчеты свайного фундамента под колонну и ленточного свайного фундамента. Методические указания рекомендуются студентам строительных специальностей и направлений очной и заочной формы обучения.
УДК 624.15 ББК 38.58
Поволжский государственный технологический университет,
2012
2
Исходные данные для проектирования свайных фундаментов
Свайный фундамент состоит из свай и ростверка. В промышленном и гражданском строительстве используются в основном свайные фундаменты с низким ростверком, т.е. опирающиеся на грунт.
Тип свайного фундамента, сечение свай и длину выбирают в зависимости от геологических и гидрогеологических условий площадки, конструктивных особенностей здания, опыта строительства и возможностей строительных организаций. Окончательно тип свайных фундаментов выбирается по результатам технико-экономической оценки возможных вариантов.
Геологические условия строительных площадок являются решающими в выборе длины свай. Залегающие с поверхности слабые грунты: торф, насыпные грунты, рыхлые пески и глинистые грунты в текучем состоянии должны быть пройдены сваями. Сваи, как правило, должны опираться на более прочные грунты (пески плотные и средней плотности, глинистые грунты твердой, полутвердой и тугопластичной консистенции). Заглубление свай в плотные грунты должно быть не менее 1 м.
Глубина заложения подошвы ростверка назначается, как и для фундаментов на естественном основании, в зависимости от конструктивных особенностей зданий, глубины заложения фундаментов примыкающих зданий, геологических условий площадки.
При выборе типоразмеров свай следует иметь в виду, что фундамент с меньшим числом длинных свай оказывается более экономичным, чем с большим числом коротких свай. Проект свайного фундамента составляется на основании данных инже- нерно-геологических изысканий и конструктивных особенностей проектируемого здания и должен включать план размещения
3
свай, монтажный план ростверков и фундаментных балок, арматурные чертежи ростверков.
Основные виды свай
Сваи, применяемые в строительстве можно разделить на сваи: забивные, набивные, винтовые. По характеру взаимодействия свай с грунтом различают сваи-стойки и висячие сваи.
Сваями-стойками считают сваи, прорезающие слабые грунты и опирающиеся остриями на практически несжимаемые грунты. Так как эти сваи опираются на несжимаемые грунты, то они практически не имеют вертикальных перемещений. Следовательно, трение по боковой поверхности свай не возникает, и считают, что свая-стойка передает нагрузку на грунт только нижним концом (пятой).
К висячим сваям относятся сваи, погружаемые в сжимаемые грунты и передающие нагрузку как острием, так и боковой поверхностью.
По способу изготовления сваи подразделяются на набивные и забивные. Набивные сваи изготавливают непосредственно на строительной площадке путем бетонирования скважин. Разновидностью набивных свай являются буронабивные, изготавливаемые с предварительным бурением скважин, они имеют в нижней части уширения, набивные частотрамбованные, устраиваемые путем забивки труб с башмаком и последующим бетонированием, виброштампованные сваи с заполнением скважин бетоном и с уплотнением виброштампом; набивные сваи, выполняемые с использованием разрядно-импульсной технологии (РИТ); грунтоцементные сваи по технологии «Jet grouting».
4
Забивные сваи изготавливаются в заводских условиях и погружаются на строительной площадке молотами, вибропогружателями или установками для вдавливания.
Форма поперечного сечения свай может быть круглая, квадратная, прямоугольная, треугольная, кольцевая.
1. Основные положения расчета свайных фундаментов
Расчет свайных фундаментов и их оснований должен быть выполнен по предельным состояниям:
1). Первой группы:
а) по прочности материала свай и свайных ростверков; б) по несущей способности грунта основания свай;
в) по несущей способности грунта оснований свайных фундаментов, если на них передаются значительные горизонтальные нагрузки (подпорные стены, фундаменты распорных конструкций и др.);
2). Второй группы:
а) по осадкам оснований свай и свайных фундаментов от вертикальных нагрузок;
б) по перемещениям свай (горизонтальным и углам поворота головы свай) совместно с грунтом оснований от действия горизонтальных нагрузок и моментов;
в) по образованию или чрезмерному раскрытию трещин в элементах железобетонных конструкций свайных фундаментов.
Свайные фундаменты и сваи по несущей способности грунтов основания рассчитываются по формуле [7]:
N |
|
0 Fd |
(1.1) |
|
n k |
||||
|
|
5
где N – расчетная нагрузка, передаваемая на сваю (продольное усилие, возникающее в ней от расчетных нагрузок, действующих на фундамент при наиболее невыгодном их сочетании);
Fd – несущая способность (предельное сопротивление) грунта основания одиночной сваи, называемая в дальнейшем несущей способностью сваи; γ0 – коэффициент условий работы, учитывающий повышение
однородности грунтовых условий при применении свайных фундаментов, принимаемый равным γ0 = 1 при односвайном фундаменте и γ0 = 1,15 при кустовом расположении свай;
γn – коэффициент надежности по назначению сооружения, принимаемый равным 1,2; 1,15 и 1,10 соответственно для сооружений I, II и III уровней ответственности;
γk – коэффициент надежности, принимаемый равным:
1,2 – если несущая способность сваи определена по результатам полевых испытаний статической нагрузкой; 1,25 – если несущая способность сваи определена расчетом по результатам статического зондирования грунта или по результатам динамических испытаний сваи;
1,4 – если несущая способность сваи определена расчетом.
Расчет свай и свайных фундаментов по деформациям следует производить исходя из условия:
S Su |
(1.2) |
где S – совместная деформация сваи, свайного фундамента и сооружения;
Su – предельное значение совместной деформации основания сваи, свайного фундамента здания и сооружения, устанавливаемое в соответствии с [6], для мостов – [8].
6
Определение несущей способности свай
Несущую способность свай всех видов определяют как наименьшее из значений несущей способности, полученных по следующим двум условиям:
а) из условия сопротивления грунта основания свай; б) из условия сопротивления материала свай в соответствии
с требованиями СП (СНиП) по проектированию бетонных и железобетонных или деревянных конструкций.
1.1. Сваи-стойки
Сваи-стойки – забивные сваи, сваи-оболочки, набивные и буровые сваи, опирающиеся на скальный грунт, а также забивные сваи, опирающиеся на малосжимаемый грунт. Несущую способность Fd, кН, сваи-стойки следует определять по формуле:
Fd c R A |
(1.3) |
где γс – коэффициент условий работы сваи в грунте, принимаемый равным 1,0;
R – расчетное сопротивление грунта под нижним концом сваи-стойки, кПа;
А– площадь опирания на грунт сваи, м2.
Кпрактически несжимаемым грунтам относятся скальные, крупнообломочные с песчаным заполнением и глинистые грунты твердой консистенции.
Расчетное сопротивление грунта R под нижним концом сваистойки следует принимать:
а) для всех видов забивных свай, опирающихся на скальные и малосжимаемые грунты, R = 20 000 кПа;
7
б) для набивных и буровых свай и свай-оболочек, заполняемых бетоном и заделанных в невыветрелый скальный грунт не менее чем на 0,5 м, определяется по формуле:
|
|
|
ld |
|
|
|
R Rm |
1 |
0,4 |
|
(1.4) |
||
|
||||||
|
|
|
d f |
|
|
|
|
|
|
|
|
где Rm – расчетное сопротивление массива скального грунта под нижним концом сваи-стойки, определяемое по Rс,m,n нормативному значению предела прочности на одноосное сжатие массива скального грунта в водонасыщенном состоянии, кПа; ld – расчетная глубина заделки набивной и буровой сваи и сваи-оболочки в скальный грунт, м;
df – наружный диаметр заделанной в скальный грунт части набивной и буровой свай и сваи-оболочки, м.
Значение фактора заглубления |
1 |
0,4 |
ld принимается не более 3. |
|||
|
|
|
d f |
|
||
Rm |
|
Rc,m,n |
(1.5) |
|||
g |
|
|||||
|
|
|
|
|
|
где Rс,m,n – нормативное значение предела прочности на одноосное сжатие массива скального грунта в водонасыщенном состоянии, кПа, определяемому, как правило, в полевых условиях
γg – коэффициент надежности по грунту, принимаемый рав-
ным 1,4.
Для набивных, буровых свай и свай-оболочек, заполняемых бетоном, опирающихся на невыветрелые скальные и малосжимаемые грунты (без слабых прослоек) и заглубленные в них менее чем на 0,5 м, R следует определять по формуле соответствующей методике [7].
Пример.1. Определить несущую способность забивной сваи С60.30-8 квадратного сечения 30×30 см длиной 6,0 м, опираю-
8
щейся на глинистые грунты твердой консистенции. Свая изготовлена из бетона класса В25, марки по морозостойкости F150, марки по водонепроницаемости W6, и армируется ненапрягаемой арматурой 4 14 А400 (рис.1.1.а). Свая выполняется под колонну производственного здания II уровня ответственности. Свая будет располагаться в кусте ростверка.
Решение. Несущую способность сваи по грунту определим по формуле (1.3). Для забивных свай-стоек γс = 1, R = 20000 кПа,
А = 0,3·0,3 = 0,09 м2.
Fd c R A 1 20000 0,09 1800 кН.
Несущая способность сваи по прочности материала определяется по формуле:
Fd (Rb A RSС AS ) |
(1.6) |
где φ – коэффициент продольного изгиба;
Rb – призменная прочность бетона по табл. П1.1, кПа; А – площадь сечения бетона, м2;
RSС – расчетное сопротивление арматуры на сжатие по табл. П.1.2, кПа;
АS – площадь арматуры, м2 (табл. П.2.1).
Fd (Rb A RSС AS ) 1,0 (14500 0,09 355000 6,16 10 4 ) 1305 218,68 1523,68 кН
Несущая способность сваи Fd определяется как меньшее из двух значений (по грунту и материалу) и составляет соответственно Fd = 1523,68 кН.
Расчетная нагрузка на сваю по грунту определяется по формуле (1.1) с учетом коэффициента надежности γk = 1,4, так как несущая способность определяется расчетным методом.
N |
0 Fd |
|
1,15 1523,68 |
1088,34 кН |
|
n k |
1,15 1,4 |
||||
|
|
|
9
а) |
б) |
Рис. 1.1. Расчетная схема
Пример 2. Требуется определить несущую способность набивной сваи диаметром d = 0,7 м, заделанной в скальный грунт на h3 = 0,8 м. Свая изготовлена из бетона класса В20 и армируется ненапрягаемой арматурой 8 12 А240. Временное сопротивление скального грунта (сланца) одноосному сжатию в водонасыщенном состоянии R0 = Rc,m,n = 4200 кПа (рис.1.1.б). Свая выполняется под колонну производственного здания II уровня ответственности. Свая будет располагаться в кусте ростверка.
Решение. Величина Rm определяется по формуле (1.5):
R |
|
|
Rc,m,n |
|
4200 |
3000 кПа |
|
m |
g |
1,4 |
|||||
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
Величина R определяется по формуле (1.4):
|
|
|
l |
d |
|
|
|
|
0,7 |
|
|
R R |
1 |
0,4 |
|
|
3000 1 |
0,4 |
|
|
|
4050 кН |
|
|
|
|
|||||||||
m |
|
|
d f |
|
|
|
|
0,8 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Площадь опирания сваи на грунт A = 0,503 м2. Несущая способность:
10