4. Вариант свайного фундамента. Забивные сваи

5.1 Расчетная схема

5.2 Выбор глубины заложения ростверка

При определении глубины заложения ростверка исходим из ИГУ и нормативной глубины сезонного промерзания равной d_fn=1,96м. Принимаем высоту ростверка 2,0м.

5.3 Выбор типа и размера свай

Рассматриваем 2 варианта висячих свай

а) Сваи забивные железобетонные цельного сплошного квадратного сечения с продольной арматурой ГОСТ 19804.1-79. Марка бетона В15. Марка сваи С-5-30. Длина сваи равна 5м., поперечное сечение сваи 300х300мм. Свая заглублена в супесь пылеватую на 2,3м.

б) Сваи забивные железобетонные цельного сплошного квадратного сечения с продольной арматурой ГОСТ 19804.1-79. Марка бетона В20. Марка сваи С-10-30. Длина сваи равна 10м., поперечное сечение сваи 300х300мм. Свая заглублена в глину пылеватую на 1,5м.

-22-

5.4 Определение несущей способности одиночной сваи

Для сваи трения несущую способность по грунту определяем по формуле 8[3]:

F_d=_c·(_cr·R·A+u·_cf·f_i·h_i),

R - расчетное сопротивление грунта под нижним концом сваи (табл. 1[3]);

А - площадь поперечного сечения сваи;

u - периметр сечения сваи;

f_i - расчетное сопротивление i-го слоя грунта основания по боковой поверхности сваи (табл. 2[3]);

h_i- толщина i-го слоя грунта;

Коэффициент условий работы сваи в грунте _с, коэффициент условий работы грунта под острием сваи _cr, коэффициент условий работы грунта по боковой поверхности _cf для забивных свай принимаются равными 1 – тогда формула расчета несущей способности будет иметь вид:

F_d=R·A+u·f_i·h_i

1 вариант

С-5-30

Площадь поперечного сечения сваи А=0,3²=0,09м²

Периметр сечения сваи u=4·0,3=1,2м.

R=1400кПа=140тс/м²

h1=1,1м. z1=2,55м. f1=2,32тс/м²

h2=1,1м. z2=3,65м. f2=2,63тс/м²

h3=1,1м. z3=4,75м. f3=2,35тс/м²

h4=1,2м. z4=5,90м. f4=2,49тс/м²

-23-

F_d1=140·0,09+1,2·(2,32·1,1+2,63·1,1+2,35·6,2+2,49·1,2)=25,8216тс

Расчетная нагрузка допускаемая на сваю:

Р₁=F_d1/_н=25,8216/1,4=18,444тс, где _н=1,4 – коэффициент надежности.

2 вариант

С-10-30

-24-

Площадь поперечного сечения сваи А=0,3²=0,09м²

Периметр сечения сваи u=4·0,3=1,2м.

R=5240кПа=524тс/м²

h1=1,1м. z1=2,55м. f1=2,32тс/м²

h2=1,1м. z2=3,65м. f2=2,63тс/м²

h3=1,1м. z3=4,75м. f3=2,35тс/м²

h4=1,2м. z4=5,90м. f4=2,49тс/м²

h5=1,7м. z5=7,35м. f5=2,5675тс/м²

h6=1,8м. z6=9,10м. f6=2,655тс/м²

h7=1,5м. z7=10,75м. f7=6,605тс/м²

F_d2=524·0,09+1,2·(2,32·1,1+2,63·1,1+2,35·1,2+2,49·1,2+2,5675·1,7+2,655·1,8+6,605·1,5)==83,2431тс

Расчетная нагрузка допускаемая на сваю:

Р₂=F_d2/_н=83,2431/1,4=59,46тс.

5.5 Определение количества свай в кусте

Предварительно количество свай в кусте центрально нагруженного фундамента определяется по формуле:

n=NI/P

1 Вариант

Число свай в кусте n₁=247/18,444=13,39

Для уточнения количества свай используем формулу:

n=(_c·N₁)/(F_d-_c·a²·_mt·d_p),

где _с=1,4 – коэффициент запаса, а=3·0,3=0,9м., _mt=2,2т/м³ - средний удельный вес ростверка и грунта, d_p=2м. - глубина заложения ростверка.

n1=(1,4·247)/(25,8216-1,4·0,9²·2,2·2)=16,6 свай

2 Вариант

Число свай в кусте n₂=247/59,46=4,15

n2=(1,4·247)/(83,2431-1,4·0,9²·2,2·2)=4,42 свай

Принимаем второй вариант - свайный куст из пяти свай марки С-10-30.

5.6 Конструирование ростверка

Схема ростверка:

-25-

Объем фундамента: V_р=2,4²·0,7+1,2²·1,3=5,904м³

N_р=V_р·_бет=5,904·2,5=14,76тс

Объем грунта: V_гр=V-V_р=2,4²·2-5,904=5,616м³

N_гр=V_гр·_гр=5,616·1,92=10,78тс

5.7 Учет внецентренного нагружения

Эксцентриситет приложения нагрузки определяется по формуле:

е=(М₁+Т₁·d_p)/(N₁+N_р,гр)

Тогда

е=(2,5+4,8·2,0)/(247+14,76+10,78)=0,044м.<l/30=0,08м. – центральное нагружение

Нагрузку, приходящуюся на каждую сваю во внецентренно нагруженном фундаменте, определяем по формуле:

N=(N₁+N_гр+N_р)/n(M₁·y)/y_i²

где n - число свай, у - расстояние от главной оси фундамента до оси сваи, для которой определяется нагрузка, у_i - расстояние от оси фундамента до оси каждой сваи

N_max,min=(247+14,76+10,78)/5(2,5·0,9)/(0,9²·4)=54,50,7тс,

Nmax=55,2тс, Nmin=53,8тс - для свай №№1,2,4,5. Для сваи №3: N_max,min=(247+14,76+10,78)/5=54,5тс.

Nmax<Pдоп.=59,46

Nmin>0

5.8 Осадка свайного фундамента

-26-

, где =(4,2·22+5,8·20+1,5·16)/(4,2+5,8+1,5)=20,21º

º, м., тогда bу=ly=3,48м. – размеры опорной площади условного массива

Объем условного массива: Vусл.=3,48²·11,5=139,27м³

Объем грунта: Vгр.= Vусл.-Vр,св.=139,27-5,904-5·9,5·0,3²=129,09м³

Вес грунта: Nгр.=Vгр.·гр.=129,09·(1,92·4,2+1,96·5,8+1,96·1,5)/(4,2+5,8+1,5)=251,08тс

Вес свай: Nсв.=Vсв.·св.=5·9,5·0,3²·2,5=10,68тс

Вертикальная составляющая нормальных сил в уровне нижних концов свай:

=247+251,08+10,68+14,76=523,52тс

Среднее фактическое давление на грунт под подошвой условного фундамента от нормальных нагрузок: тс/м²

Для определения осадки используем методом послойного элементарного суммирования.

Расчет производится по формуле:

S=·(_zpi·h_i)/E_i,

где S - осадка слоев, =0,8 - коэффициент, Е_i - модуль деформации i-го слоя грунта, _zpi - среднее значение дополнительного вертикального нормального напряжение в i-м слое, h_i - высота слоя.

Суммирование производим до глубины, на которой выполняется условие:

_zp<0,2·_zg

Напряжения в грунте от его веса определяются по формуле _zg=(_i·h_i)

_zp=α·Pо, где Pо=P-_zgо=43,23-17=26,23тс/м²

_zgо=1,92·4,2+1,96·1,5+(2,7-1)·4,3/(1+0,612)+(2,73-1)·1,5/(1+0,78)=17тс/м²

 - коэффициент, принимаемый по табл.1 прилож.2 [1]

Грунтовую толщу разбиваем на слои h=(0,2 0,4)b

Zi, м	2z/b	l/b	α	zp, тс/м²	zg, тс/м²	0,2zg, тс/м²	hi, м	Ei, тс/м²	Si, м
0	0	1	1	26,23	17	3,4	0	1200	0
0,7	0,4	1	0,96	25,18	18,37	3,67	0,7	1200	0,012
1,4	0,8	1	0,8	20,98	19,74	3,95	0,7	1200	0,011
2,1	1,21	1	0,6	15,74	21,11	4,22	0,7	1200	0,0086
2,8	1,61	1	0,44	11,54	22,48	4,5	0,7	1200	0,0064
3,5	2,01	1	0,33	8,66	23,85	4,77	0,7	1200	0,0047
4,2	2,41	1	0,25	6,56	25,22	5,04	0,7	1200	0,0036
4,9	2,82	1	0,2	5,25	26,59	5,32	0,7	1200	0,0027

Полученная осадка составляет Sрасч.=4,9см., что меньше допустимой Sдоп.=8см.

Также Sрасч.=4,9>0,4·Sдоп.=0,4·8=3,2.

5.9 Учет морозного пучения

Слой №1 – практически не пучит, слои №2 и № 3 – не пучат.

5.10 Выбор молота и расчет проектного отказа свай

Исходя из принятой расчетной нагрузки, допускаемой на сваю, определяем минимальную энергию удара молота по формуле:

Е_dmin=1,75·a·P, где

-27-

а - коэффициент, равный 25кг·м/т, P=59,46т – расчетная нагрузка, допускаемая на сваю.

E_dmin=1,75·25·59,46=2601,4кг·м.

Принимаем трубчатый дизель-молот с водяным охлаждением С-996А с массой ударной части G=1,8т, общей массой молота m₁=3,5т и расчетной энергией удара 4,536т·м.

Расчетная энергия удара E_dрасч=G·h·K=1,8·2,8·0,9=4,536т·м>E_dmin

Проверяем условие: (m₁+m₂)/E_dK_m,

где m₁ – полный вес молота; m₂ – вес сваи; K_m – коэффициент применимости

в данном случае (3,5+2,25)/4,536=1,276 - условие выполняется, молот по энергии удара можно принять.

Отказ железобетонной сваи вычисляем по формуле:

S_a=378·A·G·(m₁+0,2·m₂)/(F_d·(F_d+150·A)·(m₁+m₂)), где

S_a=378·0,09·1,8·(3,5+0,2·2,25)/(59,46·(59,46+150·0,09)·(3,5+2,25))=0,0097м=

=9,7мм>2мм. - величина отказа оптимальна.

5.11 ТЭП фундамента на забивных сваях

Для песка φ=45º; F1=(2,4+1,6)²=16м² - площадь по низу котлована;

F2=(2,4+1,6+4)²=64м² - площадь по верху котлована;

Vгр= (F1+F2)·h/2= =(16+64)·2/2=80м³

Стоимость земляных работ за 1м³ при глубине выработки до 2м. и ширине фундамента 1м. равна 3,6руб. При ширине фундамента больше 1м. стоимость увеличивается на 7%.

Скотл.=80·1,07·3,6=308,16руб.

Стоимость бетонирования ростверка за 1м³ бетонных работ 31руб.

Срост.=31·5,904=183,02руб.