5.4. Конструирование свайного фундамента.

Количество свай в фундаменте под опору моста находят исходя из несущей способности свай по грунту и расчетной нагрузки, действующей на отметке подошвы ростверка. При этом минимально расстояние между сваями должно приниматься не менее 3d (d – размер поперечного сечения сваи) [1, 2].

Расчет необходимого количества свай в свайном кусте можно выполнять в следующей последовательности:

1. Находится условное давление под подошвой ростверка – р_r, кПа, от реактивной силы (F_d / γ_k), кН, распределенной по условной грузовой площади в виде квадрата со стороной 3d по формуле:

(5.4.1)

p_r = 1706,26/[1,4(3·0,35)²] = 1105,45 кПа.

2. Определяем площадь подошвы ростверка, А, м², с учетом минимального шага свай в ростверке 3d по формуле:

(5.4.2)

где N_Iх – вертикальная нагрузка для расчета по перовой группе предельных состояний, действующая на обрез ростверка,

γ_f – коэффициент надежности, принимаемый равным 1,1,

γ_ср – 20 кН/м³ – средний удельный вес материала ростверка и грунта на его уступах,

d_r – глубина заложения подошвы ростверка, м.

А = 8709,86/(1105,45-1,1·20·3,0) = 8,4 м².

3. Определяем минимальную площадь ростверка А_min, м², с учетом размещения на нем опоры моста по формуле:

(5.4.3)

где a₀ и b₀ – длина и ширина опоры на обрезе фундамента,

с = 0,3…0,5 м – уширение ростверка, учитывающее неточность разбивки опоры.

А_min = [(9,54+2·0,3)·(1,6+2·0,3)] = 22,31 м²

4. Из двух вычисленных размеров площади ростверка (А и А_min) принимаем максимальное значение в качестве расчетного А_r = 22,31 м².

5. Определяем вес ростверка и грунта на его уступах в первом приближении:

(5.4.4)

G = 1,1·22,31·3,0·20 = 1472,46 кН

6. Находится количество свай в ростверке с учетом его веса:

(5.4.5)

где m = 1,3 – коэффициент, учитывающий момент.

n = [1,3·(8709,86+1472,46)]/(1706,29/1,4) = 11,0 (принимаем 11 свай)

Вычисленное количество свай округляется до целого значения в большую сторону.

В курсовой работе учитывается симметричная загрузка в продольном и поперечном направлениях моста. Поэтому сваи в ростверке следует располагать симметрично относительно осей х и у, а центр свайного фундамента располагается на одной вертикали с центром промежуточной опоры моста.

Так как не получается симметричное размещение, то добавляю 1 сваю и их составит 12 свай.

Сваи размещают с одинаковым шагом в рядовом или шахматном порядке. Ряды свай располагаются на равных расстояниях. Минимальное расстояние между осями висячих свай принимается не менее 3d (d – диаметр или сторона поперечного сечения сваи) [2]. Расстояние от грани сваи до края ростверка должно принимается не менее 250 мм [3].

Рисунок 5.3 Схема размещения свай под промежуточную опору моста:

а – вдоль моста (по оси х), б – поперек моста (по оси у)

Конструирование ростверка завершается вычерчиванием плана и разреза ростверка (рисунок 5.4) с указанием плановых и высотных его размеров, размещением свай в ростверке с привязкой каждого ряда свай к центру свайного фундамента. Для принятой конструкции ростверка окончательно определяется вес ростверка и грунта на его уступах.

Рисунок 5.4. Конструкция свайного фундамента с призматическими железобетонными сваями с низким ростверком под стоечную пору моста

Сваи по несущей способности грунта основания следует рассчитывать исходя из условия:

, (5.4.6)

где N - расчетная нагрузка, передаваемая на сваю (продольное усилие, возникающее в ней от расчетных нагрузок, действующих на фундамент при наиболее невыгодном их сочетании);

F_d - расчетная несущая способность грунта основания одиночной сваи (несущая способностью сваи)

γ_k - коэффициент надежности, принимаемый в зависимости от числа свай в фундаменте равным: при 21 свае и более 1,4, от 11 до 20 свай – 1,55, от 6 до 10 свай – 1,65, от 1 до 5 свай – 1,75.

В законструированном свайном фундаменте, с учетом принятого размещения свай, определяется расчетная нагрузка N для каждой сваи. Этой расчетной нагрузкой загружаются сваи от совместного действия вертикальных сил и изгибающих моментов:

а) при сочетании нагрузок, действующих вдоль моста вдоль оси х

(5.4.7)

б) при сочетании нагрузок, действующих поперек моста вдоль оси у

(5.4.8)

где N_Ix, N_Iу - расчетные сжимающие силы, кН;

M_Ix, M_Iy - расчетные изгибающие моменты, кН·м, относительно главных центральных осей х и у плана свай в плоскости подошвы ростверка;

x_i, y_i - расстояния от главных осей до оси каждой сваи, м;

х, у - расстояния от главных осей до оси каждой сваи, для которой вычисляют расчетную нагрузку, м.

Усилия в сваях при сочетании нагрузок, действующих вдоль и поперек моста определяются по схеме размещения свай (рисунок 5.3). Результаты расчетов сводим в таблицу 5.2.

Таблица 5.2. Расчетная нагрузка на сваи в ростверке

№ сваи	Xi, м	Yi, м	Ncx, кН	Ncy, кН
1	0,66	4,63	866,16	658,73
2	0,66	4,63	866,16	658,73
3	0,66	2,778	866,16	652,17
4	0,66	2,778	866,16	652,17
5	0,66	0,926	866,16	645,62
6	0,66	0,926	866,16	645,62
7	0,66	0,926	866,16	645,62
8	0,66	0,926	866,16	645,62
9	0,66	2,778	866,16	652,17
10	0,66	2,778	866,16	652,17
11	0,66	4,63	866,16	658,73
12	0,66	4,63	866,16	658,73

Проверка несущей способности свай должна выполняться для двух сочетаний нагрузок (вдоль и поперек моста). В случае если несущая способность свай не достаточна, то следует увеличить длину свай или их количество, добиваясь выполнения этого условия.

Несущая способность свай по грунту обеспечена

(N_max = 866,16 кН < F_d / γ_k = 1706,29/1,55 = 1100,83 кН)

Для восприятия горизонтальных нагрузок в свайном фундаменте часть свай погружают с уклоном в вертикальной плоскости от 8:1 до 5:1. Наклонные сваи в свайном фундаменте устраиваются при следующем соотношении горизонтальной и вертикальной нагрузок

, (5.4.9)

Проверка необходимости устройства наклонных свай, производится в двух направлениях (вдоль и поперек пролета моста).

H_0x / N_0x = 173,87 / 8709,86= 1/50 < 1/15. Следовательно, в продольном направлении наклонные сваи не устраиваются.

H_0y / N_0y = 716,59 / 6206,26 = 1/9> 1/15. Следовательно, в продольном направлении устраиваются наклонные сваи (20% свай от общего количества).