4 Проектирование свайного фундамента

4.1 ГЛУБИНА ЗАЛОЖЕНИЯ И РАЗМЕРЫ РОСТВЕРКА. ДЛИНА И ПОПЕРЕЧНОЕ СЕЧЕНИЕ СВАЙ

4.1.1 Определение глубины заложения и предварительного назначения размеров ростверка

На суходоле и в водотоке при глубине воды менее 3 м следует проекти-ровать свайные фундаменты с низким ростверком.

Подошва низкого ростверка располагается ниже дна акватории или по-верхности грунта при условии обеспечения расчетной несущей способности и долговечности фундаментов исходя из местных климатических условий, осо-бенностей конструкций фундаментов, обеспечения требований судоходства и лесосплава, надежности подлежащих осуществлению мер по эффективной за-

19

щите свай от неблагоприятного воздействия знакопеременных температур сре-ды, ледохода и других факторов [5, п. 7.11]

Сваи должны быть заделаны в ростверк (выше слоя бетона, уложенного подводным способом) на длину, определяемую расчетом и принимаемую не менее половины периметра призматических свай, и 1,2 м – для свай диаметром 0,6 м и более.

Допускается заделка свай в ростверке с помощью выпусков стержней продольной арматуры (длина заделки должна быть не менее 30 диаметров ар-матуры при арматуре свай периодического профиля и не менее 40 диаметров – при арматуре гладкого профиля). При этом сваи должны быть заведены в рост-верк не менее чем на 10 см [2, п.7.22*].

С учетом вышесказанного назначается высота ростверка и, следователь-но, его обрез.

Размеры ростверка по верху определяются размерами надфундаментной конструкции (нормы уширения по обрезу – такие же, как для фундамента на ес-тественном основании); по низу – площадью для размещения свай. При необ-ходимости развития подошвы ростверка (по сравнению с площадью по обрезу) оно осуществляется уступами высотой h_y = 0,7 – 2,0 м и шириной не более 0,5h_y. В настоящих методических указаниях рассматривается ход проектирова-ния свайных фундаментов применительно к низкому ростверку.

Сборные железобетонные ростверки фундаментов мостов проектируются из бетона класса не ниже В25, монолитные - не ниже В15.

4.1.2 Назначение длины и поперечного сечения свай

Если в курсовой работе принят вариант свайного фундамента на забив-ных призматических сваях, то рекомендуется применять забивные железобе-тонные сваи сплошного квадратного сечения (сеч. 3030, 3535, 4040 см), по-лые круглые или буронабивные сваи (см. приложение Б, таблица Б.1).

Длина сваи определяется положением подошвы ростверка и кровли прочного грунта, в который целесообразно заделывать сваю. Слабые грунты должны прорезаться сваями.

Заглубление свай в грунты, принятые за основание, должно быть:

• при крупнообломочных грунтах, гравелистых, крупных и средней крупности песках, а также глинистых грунтах с показателем текучести J_L  0,1 – не ме-нее 0,5 м;

• при прочих нескальных грунтах – не менее 1,0 м.

Глубина погружения сваи от поверхности грунта (в русле реки – с уч том размыва) не должна быть менее 4 м.

4.2 ОПРЕДЕЛЕНИЕ НЕСУЩЕЙ СПОСОБНОСТИ СВАИ

При небольших горизонтальных нагрузках и низких ростверках сваи, как правило, размещаются вертикально.

20

Расчет свай по первому предельному состоянию заключается в определе-нии несущей способности свай (допускаемая нагрузка на сваю) по грунту и по материалу. Для дальнейших расч тов принимается меньшее полученное значе-ние. Несущая способность сваи по материалу равна прочности материала сваи на сжатие и определяется по 4. Расчет несущей способности всех типов свай по грунту производится согласно 5, глава 4 и зависит от типа свай, их конст-рукции и условий взаимодействия свай с грунтом.

4.2.1 Несущая способность сваи по прочности материала

Расч т висячих свай по материалу, как правило, не требуется, т.к. несу-щая способность сваи по материалу обычно больше, чем по грунту. В общем случае, несущая способность по материалу железобетонных свай определяется выражением

Fdm=(c mRbA+ aRsAa),	(4.1)
где =1 – коэффициент продольного изгиба для низкого ростверка; с -	коэф-
фициент условий работы, принимаемый 0,85 для свай сечением менее	3030

см и 1 – для свай большего сечения; _m =1 – коэффициент условий работы бе-тона для всех видов свай кроме буронабивных, для буронабивных при бетони-ровании под водой _m =0,8; R_b – расчетное сопротивление бетона осевому сжатию, МПа; А – площадь поперечного сечения сваи, м; _a = 1 - коэффициент условий работы арматуры, МПа; R_s – расчетное сопротивление сжатию ар-матуры, МПа; A_a – площадь сечения рабочей арматуры, м.

4.2.2 Несущая способность сваи-стойки

Несущую способность свай, опирающихся на малосжимаемый грунт (Е  50 МПа) определяется по формуле

F_d=_c RA, (4.2)

где _с = 1 –коэффициент условий работы сваи в грунте [5]; R - расчетное со-

противление грунта под нижним концом сваи; А - площадь опирания сваи на грунт, м².

4.2.3 Несущая способность висячей сваи, погружаемой без выемки грунта

Несущая способность висячей забивной и вдавливаемой сваи всех видов

определяется по формуле
Fd=c (cR RA + u cf fi hi),	(4.3)

где _с; _cR; _cf = 1 – соответственно коэффициенты условий работы сваи в грунте, работы грунта под острием сваи и по боковой поверхности для забив-ных призматических свай [5, таблица 3]; R - расчетное сопротивление грунта под нижним концом сваи, кПа, принимаемое по таблице 5, таблица 1; А - площадь опирания сваи на грунт, м²; u - наружный периметр поперечного се-чения сваи, м²; f_i - расчетное сопротивление i-го слоя грунта основания на бо-

21

ковой поверхности сваи, кПа, принимаемое по таблице 5, таблица 2; h_i - толщина i-го слоя грунта, соприкасающегося с боковой поверхностью сваи, м.

Для выполнения расчета необходимо вычертить расчетную схему (см. рисунок 4.1), которая показывает расположение сваи в грунтовом массиве. В формуле (4.3) суммировать сопротивления грунта следует по всем слоям грун-та, пройденным сваей, при этом пласты грунтов под подошвой ростверка сле-дует делить на однородные слои с h_i  2 м.

Рисунок 4.1 –- Расчетная схема определения несущей способности висячей сваи

4.2.4 Несущая способность висячей набивной и буровой сваи

Несущая способность набивной и буровой сваи, а также сваи-оболочки, по-гружаемой с выемкой грунта и заполняемой бетоном, определяется по формуле

(7.11) [6] или по формуле (11) [5]
Fd=c (cR RA + ucf fi hi),	(4.4)

где _с; _cR = 1 – соответственно коэффициенты условий работы сваи в грунте и работы грунта под острием сваи; ; _cf – коэффициент условий работы грунта по боковой поверхности сваи 5, таблица 5; R - расчетное сопротив-ление грунта под нижним концом сваи, кПа, принимаемое по пп. 4.6, 4.7 5; А -

22

площадь опирания сваи на грунт, м²; u - наружный периметр поперечного се-чения сваи, м²; f_i - расчетное сопротивление i-го слоя грунта основания на бо-ковой поверхности сваи, кПа, принимаемое по таблице 5, таблица 2; h_i - толщина i-го слоя грунта, соприкасающегося с боковой поверхностью сваи, м.

4.3 ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАСЧЕТНОЙ НАГРУЗКИ НА СВАЮ

4.3.1 Определение количества свай и расчетной нагрузки на сваю

Количество свай в фундаменте определяется по формуле

n 	 N
			(4.5)
	F	расч.
	d

где N– расч тная нагрузка, передаваемая на свайный фундамент, определяе-мая в общем случае по формуле

N = 1,2 (P0+PП+Pp+Pв+Рг) + 1,13Ртр,

(4.6)

где Р_р – вес ростверка и свай, МН; остальные обозначения те же, что и в формуле (3.10); F_d^расч. – расч тное сопротивление одиночной сваи, МН;  - ко-

эффициент, учитывающий перегрузку отдельных свай от действующего мо-мента, равный 1,2.

Расч тное сопротивление одиночной сваи, определяемое как наименьшее

из двух
F расч. =min(F , F )/		n	,	(4.7)
d	dmd

где _n=1,4 – коэффициент надежности.

2. Определение размеров ростверка

• курсовой работе применяют вертикальные сваи, размещая их равно-мерно в рядовом или шахматном порядке. Расстояние от края подошвы рост-

верка до наружного края сваи должно быть: r  0,25 м, а между осями свай 3d а(5…6) d – для висячих свай и а  1,5d – для свай-стоек, где d – размер поперечного сечения сваи. После размещения свай в плане окончательно опре-деляют длину и ширину ростверка:

(lp)bp =a(n - 1) + 2r + d,

(4.8)

где n – число рядов свай в ростверке.

4.3.3 Проверочный расч т свайного фундамента по несущей способно-сти

Обычно проверяют крайнюю, наиболее удаленную сваю, на расч тную нагрузку N со стороны наибольшего сжимающего напряжения. При этом рас-пределение вертикальных нагрузок между сваями фундаментов мостов опреде-

23

ляется расч том их как рамной конструкции. В курсовой работе допускается проверить усилие в свае с уч том действия одной горизонтальной силы Т (в плоскости вдоль моста) по следующей формуле:

N		M I Ymax	 Fd ,	(4.9)
n		Y 2i

где М_I – расч тный момент в плоскости подошвы ростверка от сил тормо-жения, определяемый по формуле (3.11), в которой вместо h_ф принимается высота h_р ростверка; Y_max – расстояние от главной центральной оси подошвы фундамента до оси крайнего ряда свай в направлении действия момента М_I (в плоскости вдоль моста); Y_i – расстояние от той же оси до оси каждой сваи; F_d – расч тное сопротивление одиночной сваи; n – число свай; N – полная рас-ч тная вертикальная нагрузка с уч том веса свай, определяемая по формуле

(4.6).

Если условие (4.9) не удовлетворяется, т.е. не выполняется расч т на оп-рокидывание, то необходимо изменить конструкцию свайного фундамента: увеличением шага свай или их количества. Если эти меры не приводят к поло-жительному результату (выполнению условия 4.9), то увеличивают длину или поперечное сечение сваи и заново выполняют все расчеты.

4.4 РАСЧЁТ ДЕФОРМАЦИИ ОСНОВАНИЯ СВАЙНОГО ФУНДАМЕНТА

Расчет фундамента из висячих свай и его основания по деформациям производят как для условного фундамента на естественном основании 5, глава

6; 2, п. 7.17.

2. Определение границ условного массивного фундамента

Для перехода от свайного фундамента к условному массивному фунда-менту определяются границы условного массивного фундамента в соответст-вии с 2, приложение 25. Для этого находят средневзвешенное значение угла внутреннего трения грунтов, пройденных сваями

m		i	 hi	,	(4.11)
		1p

где _i – расч тное значение углов внутреннего трения отдельных пройденных сваями сло в грунта; h_i – толщина сло в грунта, пройденных сваями; l_p = h_i – расч тная глубина погружения свай (м) от подошвы ростверка или от уровня размыва, если подошва ростверка расположена выше уровня.

Построение свайно-грунтового массива УСГМ (см. рисунок 4.1): Ниж-

няя граница условного массивного фундамента проходит на отметке торцов свай. Из точки пересечения крайней сваи и подошвы ростверка откладываем

24

Рисунок 4.2 – Расчетная схема определения деформаций основания свайно-го фундамента методом послойного суммирования с использованием расчетной схемы основания в виде линейно-деформируемого слоя.

25

угол _m/4 до пересечения с нижней границей условного массивного фундамента и поднимаем вертикали до верхнего уровня грунта.

Ширина условного массивного фундамента

b_yсгм = d + a(t – 1) + 2tg(_m/4)l_p, (4.12)

где d – поперечный размер сваи, м; a – расстояние между сваями, м; t – коли-чество рядов свай, шт., l_p – длина сваи, м.

Аналогично ширине b_yсгм определяется и длина l_yсгм подошвы условного массивного фундамента.

3. Проверка напряжений по подошве условного фундамента

Проверка напряжений по подошве условного фундамента производится по формулам

p 

Nc



 c R

,

(4.13)

lycгc byссг

n

p 

Nc

6lyссг

3M c

 2Thp 



 c R

l

b

b



k h4

 3l 3





,

(4.14)

yссг

yссг





n

yссг



c

p

yссг







b

где N_с – расч тная нормальная нагрузка в основании условного массивного фундамента, кН; определяется как сумма нагрузки на обрезе фундамента N и массы свайно-грунтового массива G_уcгм; M_C – расч тный момент по подошве ростверка, кНм; (за плечо принять высоту ростверка h_p);l_yсгм и b_yсгм – соот-ветственно длина и ширина условного массивного фундамента, м; R – расч т-ное сопротивление грунта в уровне подошвы условного массивного фундамен-

та, МПа, определяемое по формуле (3.4), при b = b_yсгм и d = d_yсгм; h_p – глубина заложения условного фундамента, определяемое от подошвы ростверка до

нижних торцов свай, м; k – коэффициент пропорциональности, определяющий нарастание с глубиной коэффициента постели грунта, расположенного выше подошвы фундамента (см. таблицу 4.1); с_b – коэффициент постели грунта в уровне подошвы условного фундамента, kН/м³,определяемый по формулам при h_p  10 м, с_b = 10k; при h_p > 10 м, с_b = k h_p; Т – горизонтальная составляю-щая внешней нагрузки (тормозная сила), кН .

4.4.4 Расч т деформации основания свайного фундамента

Расч т деформации основания свайного фундамента сводится к опреде-лению е для условного массивного фундамента площадью подошвы на естест-венном основании с использованием расч тной схемы (см. рисунок 4.2). При этом равнодействующая всех вертикальных сил складывается из вертикальных сил (по заданию), действующих на обрезе фундамента, и массы свайно-грунтового массива.

26

Таблица 4.1 – Коэффициент пропорциональности k [2, приложение 25*]

	Показатель текучести
Грунт	IL /	Коэффициент k,
	коэффициент порис-	кН/м4
	тости е
Текучепластичные глины и суглинки	0,75 < IL  1	490…1960
Мягкопластичные глины и суглинки	0,5 < IL  0,75
Пластичные супеси	0  IL  1	1961…3920
Пылеватые пески	0,6  е  0,8
Тугопластичные и полутвердые гли-	0 < IL  0,5
ны и суглинки
Твердые супеси	IL  0	3921…5880
Пески мелкие	0,6  е  0,75
Пески средней крупности	0,55  е  0,7
Твердые глины и суглинки	IL  0	5881…9800
Пески крупные	0,55  е  0,7
Пески гравелистые	0,55  е  0,7	9801…19600
Галька с песчаным заполнителем

Выполняется построение эпюр бытовых и дополнительных давлений, опреде-ляется нижняя граница сжимаемой толщи В.С (порядок работы см. выше п.3.4.1). Рассчитывается осадка условного свайного фундамента (формула

(3.12)).

Для свайного фундамента должно выполняться следующее условие: раз-личные по величине осадки соседних опор не должны вызывать появления в продольном профиле дополнительных углов перелома, превышающих для ав-тодорожных и городских мостов 2 %о [2, п.1.47].