Практическое занятие № 5

Тема. Свайные фундаменты. Порядок проектирования, принятие основных решений и определение несущей способности свай.

Свайные фундаменты обычно состоят из свай, заглубленных в прочные малосжимаемые слои грунта и ростверка – балки или плиты, объединяющих сваи и передающих на них нагрузку от сооружения. Поэтому проектирование включает принятие решений, относящихся к обоим указанным элементам, конструирование свайного фундамента и расчеты его совместно с основанием по предельным состояниям.

Проектирование осуществляется в следующем порядке:

1. Анализ сооружения, сбор нагрузок.

2. Анализ инженерно – геологических условий, выбор несущего слоя.

3. Назначение глубины заложения ростверка, выбор его типа, материала, предварительных размеров в плане.

4. Выбор типа свай (забивные, буровые, набивные и др.), определение длины и поперечного сечения.

5. Определение несущей способности и допускаемой нагрузки на сваю.

6. Определение числа свай

7. Размещение числа свай, уточнение размеров и конструирование ростверка

8. Расчеты свайного фундамента по предельным состояниям

П р и м е р. Проектируется свайный фундамент опоры моста размерами в плане b₀ l₀=3 7,6 м. Нагрузки на уровне обреза:

F_vI⁰ = 10440 кН; F_hI⁰ = 72 кН; M_I ⁰= 1740 кНм. Опора в русле реки, глубина воды 1м, глубина расчетного размыва 0,5 м, геологическое строение приведено на рис. 7.

Размеры ростверка в плане назначаем конструктивно, увеличивая с каждой стороны на 0,5м. Тогда b_p l_p = 4 8.6м. Верх ростверка на 0,5м ниже ГВМ, высота железобетонной плиты ростверка h_p=2м, что и определяет его глубину заложения.

Принимаем сваи призматические железобетонные сплошного сечения. Длину сваи определяем из условия заглубления в несущий слой – полутвердую глину (не менее 1м); кроме того, учитываем заделку сваи в ростверк (конструктивно ,где d –сторона или диаметр поперечного сечения сваи). Принимаем стандартную сваю длиной 8м и d=0,35м (С8-35), увеличив заглубление в несущий слой до 1,3м.

Несущую способность сваи определяем по формуле:

, (22)

где - коэффициенты условий работы, зависящие от вида грунта, способа погружения; для свай, погружаемых забивкой, ;

R - расчетное сопротивление грунта под нижним концом сваи, принимаемое по табл.8

A - площадь поперечного сечения сваи;

u - периметр сваи;

f_i - расчетное сопротивление i-го слоя грунта мощностью h_i на боковой поверхности сваи, принимаемое по табл.9

Сумма должна быть равна мощности всех слоев, пройденных сваей; при этом, если толщина однородного геологического пласта больше двух метров, то его следует расчленить на отдельные слои, чтобы в формуле (22) соблюдалось условие 2м. Для песков плотного сложения определенных по табл. 8, 9 значения

R повышаются на 60 %, а f_i – на 30 %.

Таблица 8

Расчетные сопротивления грунта под нижним концом забивных свай и свай – оболочек.

Глубина забивки сваи. м	Расчетное сопротивление песчаных грунтов средней плотности
	гравелистые	крупные	-	Средней крупности	мелкие	пылеватые
	и глинистых грунтов с консистенцией JL, МПа
	0,0	0,1	0,2	0,3	0,4	0,5	0,6
3 4 5 7 10 15 20 25 30 35	7,5 8,3 8,8 9,7 10,5 11,7 12,6 13,4 14,2 15	8,5 9 9,5 10	3 3,8 4 4,3 5 5,6 6,2 6,8 7,4 8	5,2 5,6 6	2,9 3,2 3,5 3,8 4,1	1,1 1,25 1,3 1,4 1,5 1,65 1,8 1,95 2,1 2,25	0,6 0,7 0,8 0,85 0,9 1,0 1,1 1,2 1,3 1,4

П р и м е ч а н и е. Значения R в числителе соответствуют пескам средней плотности, а в знаменателе – глинистым грунтам.

Таблица 9

Расчетные сопротивления по боковой поверхности свай и свай –

оболочек f, кПа

Расстояние от расчетной поверхности грунта до середины рассматриваемого слоя, м	Расчетное сопротивление f песчаных грунтов средней плотности
	Крупные и средней крупности	мелкие	пылеватые
	И глинистых грунтов с консистенцией JL , кПа
	0,2	0,3	0,4	0,5	0,6	0,7	0,8	0,9	1,0
1 2 3 4 5 6 8 10 15 20 25 30 35	35 42 48 53 56 58 62 65 72 79 86 93 100	23 30 35 38 40 42 44 46 51 56 61 66 70	15 21 25 27 29 31 33 34 38 41 44 47 50	12 17 20 22 24 25 26 27 28 30 32 34 36	8 12 14 16 17 18 19 19 20 20 20 21 22	4 7 8 9 10 10 10 10 11 12 12 12 13	4 5 7 8 8 8 8 8 8 8 8 9 9	3 4 6 7 7 7 7 7 7 7 7 8 8	2 4 5 6 6 6 6 66 6 6 6 7 7

П р и м е ч а н и я. 1. Для плотных песков значение f увеличивается на 30% .2. Для промежуточных глубин залегания слоев и консистенции глинистых грунтов значения f определяют интерполяцией.

Разбивка на расчетные слои показана на рисунке 7а.

При определении R и f_i по табл. 8,9 глубины отсчитываем от ЛТР, т. е. дна водотока после размыва. По табл. 8 при глубине 107,5 - 99,2 = 8,3м и J_L= 0,14, интерполяцией находим R = 6085,3 кПа.

По табл.9 для первого слоя (мелкий песок), при глубине его середины 1,75м находим f₁ =28,2 кПа. Определив также и другие значения fi, рассчитываем несущую способность сваи:

кН

Допускаемая нагрузка на сваю равна: кН

Необходимое число свай определяется по формуле:

, (23)

где - коэффициент увеличения числа свай, учитывающий действие горизонтальной силы и момента; здесь принимаем его 1,3.

-расчетный вес ростверка при удельном весе железобетона 25 кН/м³ и коэффициенте надежности 1,1 получаем:

кН

Подставляя значения в формулу, получаем:

Округляем полученное число свай до 21 и размещаем их в три ряда по семь свай в ряду. Схема размещения и размеры ростверка показаны на рис. 7б.

Практическое занятие №6.

Тема. Расчеты свайного фундамента по I группе предельных состояний.

Расчеты имеют целью обеспечить прочность свай, ростверка, грунта основания.

Для любой сваи должно выполняться условие:

, (24)

где N_i - расчетная нагрузка на сваю.

Р = ;

- допускаемая нагрузка.

Условие (24) допускается проверить для наиболее нагруженной сваи, усилие на которую определяется по формуле:

, (25)

где F_vI, M_I - расчетные вертикальная нагрузка и момент в уровне подошвы ростверка;

y_max – расстояние в направлении действия момента до оси наиболее удаленной сваи;

y_i – то же, до оси каждой сваи;

n – число свай.

В расчете прочности основания свайного фундамента он заменяется условным массивным фундаментом abcd (рис. 8).

После этого проводится проверка напряжений по подошве bc массива, как это делается для основания фундамента мелкого заложения (см. условия 4.5).Угол уширения составляет , где - средневзвешенное значение расчетного угла внутреннего трения для пройденных сваей грунтов.

где - расчетные значения угла внутреннего трения соответственно для песка, суглинка и глины.

Пример. Проверяем условие (25). Размеры ростверка и нагрузки – по предыдущему примеру (рис.7). Вес воды на обрезах равен:

G_w= кН

M_I= кНм

Тогда при y_max= 1.6 и (рис.7б):

N_maх = кН

В связи со значительным запасом (674,1 < 792,2), число свай уменьшаем до 18, повторяя проверку.

N_max = кН

Корректируем схему размещения свай на рис.7б, располагая их вдоль ростверка на расстояниях 1,56 м.

Пример расчета свайного фундамента как условного массивного приведен в методических указаниях [1].

Практическое занятие №7.

Тема. Расчет шпунтового крепления котлована.

Шпунтовое ограждение защищает котлован от затопления грунтовыми или поверхностными водами и предотвращает обрушение его бортов.

Наибольший эффект достигается при погружении шпунта в водоупорный слой грунта, подстилающий дно котлована.

Шпунтовые ограждения возводятся из дерева, металла, железобетона. Деревянный шпунт применяется при неглубоких котлованах и отсутствии в грунтах твердых включений: валунов, галечника, топляков и др. Наиболее распространено применение стального шпунта различного профиля длиной от 8 до 25 м; характеристики шпунта приведены в табл. 10. Железобетонный шпунт используется, если в дальнейшем он будет включен в состав конструкции сооружения.

В зависимости от размеров котлована, вида грунта, типов шпунта и др. факторов шпунтовые ограждения могут проектироваться свободно стоящими или закрепленными конструкциями. При устройстве котлованов на местности, покрытой водой, шпунтовые стенки могут использоваться как самостоятельно, так и в составе перемычек различных типов.

Указания по расчету шпунтовых ограждений приведены в методических указаниях [8]. Для примера на рис. 9 приведены схема к расчету глубины погружения шпунта (а), расчетная схема шпунтовой стенки , как балки на двух опорах (б) и эпюра моментов в шпунте (в).

Таблица 10