III. Расчет и проектирование свайного фундамента.

3.1 Расчет свайного фундамента по первому предельному состоянию.

3.1.1Определение несущей способности сваи

Расчетная нагрузка ленточного фундамента (наружная стена)

Нормативные нагрузки на ось А:

Постоянная - 341 кН/пог. м

Временная - 22 кН/пог. м

Для расчетов по первой группе предельных состояний:

Ось А и В (стена)

N_I^A=n(N_П + N_пп)+n^/n_e(N_в + N_вп)=1,1 х (341 + 14) + 1,4 х 0,9 х (22 + 2) = 420,74кН/м

Для расчетов по второй группе предельных состояний:

Ось А (стена)

N_II^A = (N_П + N_пп)+ n_e(N_в + N_вп)=(341 + 14) + 0,9 х (22 + 2) = 376,6 кН/ м

Расчетная нагрузка столбчатого фундамента ( внутренняя стена)

Нормативные нагрузки на ось Б:

Постоянная - 894 кН/пог. м

Временная - 142 кН/пог. м

Для расчетов по первой группе предельных состояний:

Ось Б (колонна)

N_I^A=n(N_П + N_пп)+n^/n_e(N_в + N_вп)=1,1 х (894 + 65) + 1,4 х 0,9 х (142 + 3) = 1237,6кН

Для расчетов по второй группе предельных состояний:

Ось Б (колонна)

N_II^Б = (N_П + N_пп)+ n_e(N_в + N_вп)=(894 + 65) + 0,9 х (142 + 3) = 1089,5 кН

Расчет фундамента по оси А (ленточный фундамент)

Назначение предварительной глубины заложения ростверка и решение надростверковой конструкции.

При отметке пола подвала -2.2 м и толщине конструкций пола подвала 0,2 м глубина заложения ростверга мелкого заложения определяется следующим образом:

d = = 2,2 + 0,2 + 0,4-0,6 = 2,2 м

где: dв - размер от чистого пола подвала 1-го этажа;

h_п – высота подвала;

h_s – высота ростверка;

h_cf - высота принятой конструкции пола подвала;

h_ц - высота цокольной части здания.

Выбор вида свай, их длины и поперечного сечения

При относительно небольших нагрузках и существующих инженерно-геологических условиях наиболее целесообразны забивные сваи. Принимаем сваи квадратного сечения 0.3х0.3 м, длиной 8.5 м, заделка сваи в ростверк 0.1 м. поэтому рабочая длина сваи составляет 8.4м. Нижний конец сваи погружается в крупный плотный песок на глубину от 1.7 до 1.8 м.

Определение несущей способности по грунту F_d и расчетной нагрузки на 1 сваю.

Определяем несущую способность сваи по формуле:

F_d=γ_c(γ_CR∙R∙A+UΣγ_cf∙f_i∙h_i),

где R –расчетное сопротивление грунта под нижним концом сваи, кПа, определяем по табл.1 СНиП 2.02.03-85, в зависимости от глубины погружения нижнего конца сваи и вида грунта, находящегося непосредственно под нижним концом сваи;

A - площадь поперечного сечения сваи, м;

U-наружный периметр поперечного сечения сваи, м;

γ_c,γ_CR,γ_cf -коэффициенты условий работы грунта, зависят от способа забивки свай, равны 1.

f_i-расчётное сопротивление i-го слоя грунта основания на боковой поверхности сваи;

h_i-толщина слоя грунта, соприкасающегося с боковой поверхностью сваи;

Находим значение R и для наших инженерно – геологических условий

- для песка крупного, плотного, насыщенного водой, на глубине 10.6 метров.

R = 12416 кПа

2 слой: суглинок тугопластичный

(I_L = 0.273;Z₁ = 2.36 м): f₁ = 32.1 кПа;

3 слой: песок средней крупности, плотный

(Z₂ = 3.12 м): f₂ = 63.18 кПа;

4 слой: суглинок твердый

(I_L = - 0.115; Z₃ =4.37 м): f₃ = 54.11 кПа;

(I_L = - 0.115; Z₄ =5.67 м): f₄ = 57.34 кПа;

(I_L = - 0.115; Z₅ =6.97 м): f₅= 59.94 кПа;

(I_L = - 0.115; Z₆ =8.27 м): f₆= 62.4 кПа;

5 слой: песок крупный, плотный, насыщенный водой

(Z₂ = 9.76 м): f₂ = 84.03 кПа;

= 1х(1x12416x0.09+1.2x(32.1x0.32+63.18х1.2+54.11х1.3+57.34х1.3+59.94х1.3+62.4х1.3+84.03х1.68)) = 1754.86 кН

Тогда расчётная нагрузка, допускаемая на сваю, по грунту, составит:

Р_св= F_d/γ_к=1754.86/1,4=1253.47 кН

где γ_к=1,4-коэффициент надежности по грунту (зависит от вида сооружения и погружения сваи).

Расчет фундамента по оси Б (столбчатый фундамент)

Назначение предварительной глубины заложения ростверка и решение надростверковой конструкции.

При отметке пола подвала -2.2 м и толщине конструкций пола подвала 0,2 м глубина заложения ростверга мелкого заложения определяется следующим образом:

d = = 2,2 + 0,2 + 0,4+0.9-0,6 = 3.1м

где: dв - размер от чистого пола подвала 1-го этажа;

h_п – высота подвала;

h_s – высота ростверка;

h_cf - высота принятой конструкции пола подвала;

h_ц - высота цокольной части здания;

– высота подколонника (башмака).

Выбор вида свай, их длины и поперечного сечения

При относительно небольших нагрузках и существующих инженерно-геологических условиях наиболее целесообразны забивные сваи. Принимаем сваи квадратного сечения 0.3х0.3 м, длиной 7.5 м, заделка сваи в ростверк 0.1 м. поэтому рабочая длина сваи составляет 7.4м. Нижний конец сваи погружается в крупный плотный песок на глубину от 1.6 до 1.8 м.

Определение несущей способности по грунту F_d и расчетной нагрузки на 1 сваю.

Определяем несущую способность сваи по формуле:

F_d=γ_c(γ_CR∙R∙A+UΣγ_cf∙f_i∙h_i),

где R –расчетное сопротивление грунта под нижним концом сваи, кПа, определяем по табл.1 СНиП 2.02.03-85, в зависимости от глубины погружения нижнего конца сваи и вида грунта, находящегося непосредственно под нижним концом сваи;

A - площадь поперечного сечения сваи, м;

U-наружный периметр поперечного сечения сваи, м;

γ_c,γ_CR,γ_cf -коэффициенты условий работы грунта, зависят от способа забивки свай, равны 1.

f_i-расчётное сопротивление i-го слоя грунта основания на боковой поверхности сваи;

h_i-толщина слоя грунта, соприкасающегося с боковой поверхностью сваи;

Находим значение R и для наших инженерно – геологических условий

- для песка крупного, плотного, насыщенного водой, на глубине 10.5 метров.

R = 12400 кПа

3 слой: песок средней крупности, плотный

(Z₂ = 3.42 м): f₂ = 66.77 кПа;

4 слой: суглинок твердый

(I_L = - 0.115; Z₃ =4.37 м): f₃ = 54.11 кПа;

(I_L = - 0.115; Z₄ =5.67 м): f₄ = 57.34 кПа;

(I_L = - 0.115; Z₅ =6.97 м): f₅= 59.94 кПа;

(I_L = - 0.115; Z₆ =8.27 м): f₆= 62.4 кПа;

5 слой: песок крупный, плотный, насыщенный водой

(Z₂ = 9.71 м): f₂ = 83.93 кПа;

= 1х(1x12400x0.09+1.2x(66.77х0.62+54.11х1.3+57.34х1.3+59.94х1.3+62.4х1.3+83.93х1.58)) = 1689.52 кН

Тогда расчётная нагрузка, допускаемая на сваю, по грунту, составит:

Р_св= F_d/γ_к=1689.52/1,4=1206.8 кН

где γ_к=1,4-коэффициент надежности по грунту (зависит от вида сооружения и погружения сваи).

3.1.2. Определение требуемого числа свай.

Расчет фундамента по оси А (ленточный фундамент).

n=N_I/(P_св- 8∙d²∙h∙γ_б),

гдеN_I=420,74кН - расчётная нагрузка на фундамент по I-му предельному состоянию,

d-сторона сваи;

h - высота ростверка и надростверговой конструкции подземной конструкции, нагрузка от которых не вошла в расчет при определении N_I;

γ_б- удельный вес бетона и грунта над ростверком, принимается равным 20 кН/м³;

n=420,74/(1253.47 - 8∙ ∙2.2∙20)=0.34 свай/пог.м.

Расстояние между сваями

a=1/0.34=2.94 м

Принимаем расстояние между сваями a = 6d = 1.8 м. Следовательно количество свай на 1 пог.м n = 1/a = 1/1.8 = 0.55 свай/пог.м.

Расстояние между сваями принимаем из условия 3d<a<6d, 0,9м<1,2м <1,8 м при однорядном расположении свай. Расстояние от края сваи до края ростверка принимаем равным 0.35м. Ширина ростверка 1 м.

Проверка условия расчета одиночной сваи по 1 предельному состоянию.

Определяем фактическую нагрузку, приходящуюся на одну сваю, по формуле:

F=N_I+1.2(Q+G)/n≤P_св,

где Q-общий вес ростверка и надростверковой конструкции;

G-общий вес пригрузки грунтом и полом подвала ростверка;

n-количество свай

-Вес ростверка и надростверковой конструкции: Q_p=1.04х0.4х1х24+0.6х0.6х1х3х22=33.74 кН

-Нормативная нагрузка от веса грунта на поверхности ростверка:

G_гр= V_гр∙γ_ср =1.8∙0.2∙1∙17.69=6.37 кН

γ_ср

F=420,74+1.2(33.74+6.37)/0.55=852.49 кН

F= 852.49 < Р_св= 1253.47кН

Расчет фундамента по оси Б (столбчатый фундамент).

n=N_I/(P_св- 8∙d²∙h∙γ_б),

гдеN_I=1237,6кН - расчётная нагрузка на фундамент по I-му предельному состоянию,

d-сторона сваи;

h - высота ростверка и надростверговой конструкции подземной конструкции, нагрузка от которых не вошла в расчет при определении N_I;

γ_б- удельный вес бетона и грунта над ростверком, принимается равным 20 кН/м³;

n=1237,6/(1206.8 - 8∙ ∙3.1∙20)=1.02 сваи

Количество свай округляем до целого числа n = 2

Расстояние между сваями принимаем равным 3d. Расстояние от края сваи до края ростверка 0.1м. Тогда ширина b и длина l квадратного монолитного ростверка будут равны:

b = l = 2 х 0.15 + 2 х 0.1 + 0.9 = 1.4м

Проверка условия расчета одиночной сваи по 1 предельному состоянию.

Определяем фактическую нагрузку, приходящуюся на одну сваю, по формуле:

F=N_I+1.2(Q+G)/n≤P_св,

где Q-общий вес ростверка и надростверковой конструкции;

G-общий вес пригрузки грунтом и полом подвала ростверка;

n-количество свай

-Вес ростверка и надростверковой конструкции: Q_p=(1.4²х0.4+1.2²х0.9+0.4²х2.8)х24+0.4х1.2х22=71.23 кН

-Нормативная нагрузка от веса грунта на поверхности ростверка:

G_гр= 0 кН

F=1237,6+1.2(71.23+0)/2=661.54 кН

F= 661.54 < Р_св= 1206.8 кН