5.2. Определение несущей способности одиночной висячей сваи

Определение несущей способности одиночной висячей сваи производится в следующей последовательности.

1. Для выбранного типа и размера сваи по формуле (8) п.4.2 [2] определяем расчётную несущую способность одиночной висячей сваи F_d:

,

где _c – коэффициент условий работы сваи в грунте, _c = 1,0; _cR и _cf – коэффициенты условий работы грунта соответственно под нижней и боковой поверхностью сваи, зависят от способа погружения, принимаются по табл. 3 [2], табл. 10.1 [9] или прил. 6, табл. 6.1 настоящего учебного пособия, _cR = 1,0, _cf = 1,0; R – расчетное сопротивление грунта под нижним концом сваи, принимается по табл. 1 [2], табл. 10.2 [9] или прил. 6, табл. 6.2 настоящего учебного пособия, для песка средней крупности и средней плотности R = 3735,0 кПа; A_св – площадь поперечного сечения сваи, A_св = 0,3² = 0,09 м²; u – наружный периметр поперечного сечения сваи, u = 1,2 м; h_i – мощность i-ого однородного слоя грунта, соприкасающегося с боковой поверхностью сваи (принимается не более 2 м); n – количество слоев прорезаемых сваей, n = 3 шт; f_i – расчётное сопротивление сдвигу боковой поверхности сваи по i-му слою грунта, принимается согласно табл. 2 [2]; табл.10.3 [9] или прил.6, табл.6.3 настоящего учебного пособия, при средней глубине расположения:

для 1-го слоя грунта z₁ = 3,825 м – f₁ = 52,125 кПа;

для 2-го слоя при z₂ = 5,0 м – f₂ = 56,0 кПа;

для 3-го слоя при z₃ = 6,55 м – f₃ = 59,1 кПа. Тогда

F_d = 1,0(1,00,093735,0 + 1,21,0(52,1250,35 + 56,02,0 + 59,11,1)) =

= 570,45 кН.

2. Определяем расчётную нагрузку, допускаемую на сваю N_D:

407,47 кН,

где _m – коэффициент надёжности по нагрузке, _m = 1,4.

3. Исходя из предположения, что ростверк обеспечивает равномерную передачу нагрузки на сваи, расположенные в кусте, определяем требуемое количество свай в фундаменте по формуле:

3,11 шт,

где k₁ – коэффициент, для трапецеидальных эпюр k₁ = 1,0  1,2, принимаем k₁ = 1,2; 0,1N₁ – вес ростверка и грунта на его обрезах.

С

Рис. 5.1. К расчету несущей способности одиночной висячей сваи

учетом наличия изгибающего момента окончательно принимаем n = 4 шт.

5.3. Конструирование ростверка

Размещение свай в плане и конструирование ростверка выполняем конструктивно, руководствуясь следующими требованиями (рис. 5.2):

• равнодействующая от постоянных нагрузок должна проходить как можно ближе к центру тяжести условной подошвы свайного фундамента;

• минимальное расстояние в плане между осями свай должно быть не менее (3  6)d, где d – диаметр круглой или размер стороны поперечного сечения квадратной сваи, принимаем 5d = 50,3 = 1,5 м;

• расстояние от края ростверка до оси крайнего ряда свай принимаем равным размеру поперечного сечения сваи, т.е. 0,15 м.

• с

  

  Рис. 5.2. Конструирование ростверка свайного фундамента

  целью использования унифицированной опалубки, габаритные размеры ростверка в плане должны быть кратны 0,3 м, а по высоте – 0,15 м.

Конструирование ростверка свайного фундамента - см. рис. 5.2.

5.4. Определение размеров условного фундамента

Определение размеров условного фундамента производится в следующей последовательности.

1. Определяем размеры условного фундамента. Границы условного свайного фундамента определяются следующим образом (рис. 5.3): снизу – плоскостью АБ, проходящей через нижние концы свай; сверху – поверхностью планировки земли; с боков – вертикальными плоскостями АВ и ВБ, отстоящими от нагруженных граней крайних рядов вертикальных свай на расстоянии h_у.ф.tg, где  – угол распределения напряжений, определяется по формуле

6,74,

где _II,mt – усредненный угол внутреннего трения в пределах грунта, пробиваемого сваей (рис. 5.3), определяется по формуле

26,96.

2. Определяется высота условного фундамента h_у.ф., по формуле

h_у.ф. = NL – FL_у.ф. = 159,50 – 155,85 = 3,65 м.

3. Определяем ширину подошвы условного фундамента b_у.ф.:

b_у.ф. = 5d + 2tgl_св = 50,3 + 2tg6,743,7 = 2,37 м,

где d – диаметр круглой сваи или размер стороны квадратного поперечного сечения сваи, d = 0,3 м; l_св – длина сваи без учета заделки в ростверк, определяется по формуле

l_св = L_св – h_з = 4,0 – 0,3 = 3,7 м.

здесь h_з – высота (глубина) заделки сваи в ростверк, h_з = 0,3 м.

3. Определяем длину подошвы условного фундамента l_у.ф.:

l_у.ф. = 5d + 2tgl_св = 50,3 + 2tg6,743,7 = 2,37 м.

3. Определяем площадь подошвы условного фундамента A_у.ф.:

A_у.ф. = b_у.ф.l_у.ф. = 2,372,37 = 5,62 м².

3. Определяем собственный вес свай G_св:

G_св = V_св_m = 1,3325 = 33,25 кН,

где V_св – объём свай, определяется по формуле

V_св = A_свl_свn = 0,093,74 = 1,33 м³,

здесь A_св – площадь поперечного сечения сваи, A_св = 0,09 м²; l_св – длина сваи без учета заделки в ростверк, l_св = 3,7 м; n – количество свай, n = 4 шт; _m = 25 кН/м³ – удельный вес бетона сваи.

3. Определяем собственный вес ростверка G_р:

G_р = V_р_m = 3,37525 = 84,375 кН,

где _m = 25 кН/м³ – удельный вес бетона ростверка; V_р – объём ростверка, определяется по формуле

V_р = l_плb_плh_пл + l_пb_пh_п = 2,12,10,6 + 0,90,90,9 = 3,375 м³,

здесь l_пл, b_пл, h_пл, l_п, b_п и h_п – длина, ширина и высота соответственно плиты и подколонника ростверка.

3. Определяем собственный вес грунта G_гр, расположенного на уступах ростверка, определяется по формуле:

G_гр = (V_у.ф. – V_р – V_св) = (14,12 – 3,375 – 1,33)17,5 = 164,76 кН,

где V_у.ф. – объём условного фундамента грунта (прямоугольник ABCD, рис. 5.3), определяется по формуле:

5,623,65 = 14,12 м³,

здесь – площадь подошвы условного фундамента, = 5,62 м²; – осреднённое значение удельного веса грунта расположенного на подошве ростверка (при наличии грунтовых подземных вод определяется с учётом взвешивающего действия воды), принимается равным = 17,5кН/м³.

3. Определяем среднее давление P_у.ф. под подошвой условного фундамента:

= 192,6 кН.

3. Определяем расчетное сопротивление грунта основания несущего слоя под подошвой условного фундамента:

,

где _с1 и _с2 – коэффициенты условий работы, _с1 = 1,4 и _с2 = 1,34, согласно табл. 3 [1] или прил. 4, табл. 4.1 настоящего учебного пособия; k – коэффициент, k = 1,0, т.к. прочностные характеристики грунта (ИГЭ-3), залегающего под подошвой условного фундамента ( и c_II), определены непосредственными испытаниями; М_, М_q, М_с – коэффициенты, зависящие от угла внутреннего трения  (п.7, табл. № 47) несущего слоя грунта, принимаются согласно табл. 4 [1] или прил. 5 настоящего учебного пособия, для  = 37 М_ = 1,95, М_q = 8,81, М_с = 10,37; b_у.ф. – ширина условного фундамента, b_у.ф. = 2,37 м; k_z – коэффициент, k_z = 1,0, т.к. ширина условного фундамента b_у.ф. = 1,5 < 10 м; d_b – глубина подвала – расстояние от уровня планировки до пола подвала, d_b = 1,85 м; с_II – расчётное значение удельного сцепления грунта, залегающего непосредственно под подошвой условного фундамента, с_II = 1 кПа; – осредненное расчетное значение удельного веса грунта, залегающего выше подошвы условного фундамента (при наличии грунтовых подземных вод определяется с учетом взвешивающего действия воды), определяется по формуле:

24,01кН/м³

_II – то же, ниже подошвы условного фундамента, определяется по формуле

11,81 кН/м³.

Тогда,

+ (8,81 – 1)1,8524,01 + 10,371 = 2221,06 кПа.

3. Проверяем условие, по которому среднее давление под подошвой условного фундамента не должно превышать расчетного сопротивления несущего слоя грунта R_у.ф под подошвой условного фундамента, т.е. должно выполняться условие P_у.ф. +  R_у.ф.

192,6 + = 219,75 кПа < 2221,06 кПа.

Условие выполняется, следовательно, фундамент запроектирован верно.