3 Последовательность проектирования свайных фундаментов

Проектирование свайных фундаментов производится в следующей последовательности:

1. Определяют величины и невыгодные сочетания нагрузок, действующих на фундамент.

2. Назначают верхние и нижние отметки ростверка с учётом конструктивных особенностей здания и сооружения по аналогии с выбором этих отметок для фундаментов неглубокого заложения.

3. Выбирают тип, способ погружения и предварительные размеры свай, сообразуясь с грунтовыми условиями, действующими нагрузками, конструктивными особенностями проектируемого здания или сооружения, наличием необходимого оборудования для погружения свай и возможностью применения его на строительной площадке.

4. Определяют число центрально нагруженных свай:

n= (N + G ) / F (8)

5. Уточняют размеры ростверка в плане из условия размещения полученного числа свай. При необходимости высоту ростверка проверяют расчётом.

6.Уточняют нагрузку, действующую на одну сваю, с учётом размера и веса ростверка.

7. Проверяют давление по подошве условного свайного фундамента и сопоставляют его с расчётным сопротивлением.

8. Определяют осадку условного свайного фундамента.

9. По результатам поверочных расчётов уточняют конструкцию, окончательные размеры фундамента и его отдельных частей.

10. Подбирают оборудование для устройства или погружения свай. Для забивных свай определяют расчётный отказ.

Вопросы для самоконтроля

1Какие расчёты выполняют при проектировании свайных фундаментов?

2Какое бывает соединение свай с ростверком?

3Как выполняют свободное соединение сваи с ростверком?

4Чему равно минимальное расстояние между осями свай-стоек?

5Какова последовательность расчета и конструирования свайных фундаментов?

Закончив изучение раздела 4, студент должен

знать:

- методы погружения свай в грунт;

- виды свайных фундаментов, их применение;

- конструкции набивных свай, достоинства и недостатки;

- последовательность проектирования свайных фундаментов.

уметь:

- различать различные виды свайных фундаментов;

- применять свайные фундаменты в структурно – неустойчивых грунтах;

- применять различное сваебойное оборудование в зависимости от условий погружения свай в грунт;

- применять различные виды свай, изготавливаемых в грунтах оснований в зависимости от местных условий;

- определять размеры ростверков, свайных кустов и полей;

- назначать размеры свайных фундаментов: расстояние между осями свай, от края ростверка до внешней стороны сваи и т.д.

Раздел 5 Фундаменты в особых условиях

Тема 5.1 Методы усиления оснований и фундаментов

Вопросы

1 Конструктивные методы улучшения работы грунтов оснований

2 Методы уплотнения грунтов оснований

3 Закрепление грунтов оснований

1 Конструктивные методы улучшения работы грунтов оснований

Одним из наиболее широко распространенных методов улучше­ния работы грунтов в основании сооружений является устройство грунтовых подушек. Для этого прибегают к замене слабого грунта непосредственно под подошвой фундамента малосжимаемым грун­том с относительно высоким сопротивлением сдвигу, улучшая тем самым работу грунта основания. Замена грунта осуществляется устройством под фундаментами подушек из песка, гравия, щебня, связного грунта, шлака, отходов различных производств и др. (рисунок 28). К грунтам, используемым в качестве подушек, предъ­являются требования удобоукладываемости с заданной плотно­стью, относительно высокого сопротивления сдвигу и устойчивости скелета грунта при увлажнении и движении подземных вод. Приме­нение подушки способствует выравниванию возможных неравномерностей осадок, а также уменьшению глубины заложения фундаме­нта.

Рисунок 28 - Расчетные схемы фундаментов на песчаных подушках, заменяющих слабые грунты

Песок при устройстве подушек уплотняют послойно или сразу в пределах полной высоты в зависимости от типа уплотняющих механизмов, в частности применяют механические трамбовки, кат­ки, вибраторы и др. Песок в подушке должен быть обязательно уплотнен, так как в рыхлом состоянии возможна его дополнитель­ная осадка. Запрещается укладка в подушке смерзшегося песка, не поддающегося уплотнению.

Песчаные подушки не следует применять при возможности образования суффозии, а также при устройстве фундамента в зоне промерзания и высоком уровне подземных вод, которые могут вызвать возможное затопление подушки, что приведет к пучению при промерзании.

Толщину подушки назначают, исходя из предположения, что давление, передаваемое на подстилающий слой, не превышает расчетного сопротивления R_z этого грунта. Если это условие не выполняется, необходимо увеличение высоты подушки или размеров подошвы фундамента.

Из опыта строительства известно, что устойчивость подушки обеспечивается, если угол распределения давления находится в пределах = 30...45° (рисунок 28, а), тогда ширина подушки

(9)

где b — ширина подошвы фундамента; h_p — высота подушки; - угол распределения давления.

Более экономичное решение подушки, при котором требуются меньший объем котлованных земляных работ и меньшие размеры подушки, можно получить с помощью метода Б. И. Далматова, который предложил определять ее размеры на основании устойчи­вости песчаной призмы АВD (рисунок 28, 6) — случай 1 или АВСD - случай 2 (рисунок 28, в). При расчетах учитывают силы трения песка по поверхности скольжения АD, зависящие от угла внутреннего трения песка , а также силы активного давления грунта на вер­тикальную стенку призмы скольжения, которые принимаются рав­ными гидростатическому давлению от собственного веса слабого грунта. Кроме того, для случая 2 учитывают и силы трения о под­стилающий грунт на участке DС. Обычно расчет проводят для случая 1, задаваясь размерами подушки и несколькими положени­ями поверхностей скольжения АD (углами ), с помощью последовательных приближений находят наименьшее давление по подошве и подушки, соответствующее условиям предельного равновесия:

(10)

где и , — соответственно удельный вес грунта и материала подушки; — расчетное значение угла внутреннего трения

y = b + l (11)

Остальные обозначения приведены на рисунке 28. Среднее давление по подошве фундамента, располагаемого на песчаной подушке, (N₁ - расчетная нагрузи по первой группе предельных состояний; А - площадь подошвы фундамента) должно удовлетворять условию

(12)

где - коэффициент надежности по грунту подушки.

а — шпунтовым ограждением; б — с использованием грунтовой пригрузки

1 – толща слабых грунтов; 2 – плотный грунт; 3 – шпунт; 4 – фундаментная плита; 5 – песчаная подсыпка; 6 – насыпь; 7 – пригрузы из искусственно отсыпаемого грунта.

Рисунок 29 - Укрепление слабых грунтов основания

Если условие (5.1.4) не выполняется, увеличивают размер подушки и повторяют расчет.

Проектирование заканчивают расчетом деформаций. Если осад­ки превысят предельно допустимые, увеличивают размеры подушки или подошвы фундамента.

При значительной стоимости подушек из песка и отсутствии подземных вод допускается применение местных связных грунтов супесей, суглинков и глин, к которым предъявляются требования удобоукладываемости и тщательного контроля за однородностью состава и степени уплотнения.

В некоторых случаях для улучшения работы слабых грунтов ос­нования используют шпунтовые ограждения и боковые пригрузки. Шпунтовое ограждение в основном применяют для предотвращения выпирания грунта в стороны из-под подошвы фундамента (рисунок 29, а). В данном случае через всю толщу слабых грунтов 1 в отно­сительно плотный грунт 2 забивают шпунт 3 с одновременной задел­кой его в фундаментную плиту 4 с устройством дренирующей пес­чаной подсыпки 5 для облегчения оттока воды. Такое решение при­меняют под зданиями, в которых возможны значительные осадки.

Для исключения выпирания грунта из-под подошвы малочувст­вительного к неравномерностям осадок сооружения на поверхность грунта в пределах возможной призмы выпирания в некоторых случаях прикладывают дополнительную нагрузку от искусственной подсыпки. Такой метод используют чаще всего при устройстве насыпей 6 (рисунок 29, б). Использование пригрузок 7 из искусственно отсыпаемого грунта может существенно повысить несущую способ­ность основания за счет повышения его устойчивости.