3.2 Розробка пальового фундаменту

Алгоритм розробки пальового фундаменту складається з таких кроків.

Крок 1. В залежності від ґрунтових умов задається тип паль: забивні, буронабивні, буроін’єкційні, буро опускні. Водночас добирають параметри паль, а саме: форму (квадратна, прямокутна, кругла, пустотна тощо), розміри поперечного перерізу. Також на цьому кроці, приймається загальна довжина палі l.

Прийняття певної довжини палі є одночасно призначенням відмітки площини вістря паль. Ця відмітка може бути на поверхні скелі (при забивних палях) або нижче поверхні скелі не менше як на 0,25 м (при буронабивних палях і палях-оболонках) [2, п. 4.1,б]. Якщо основа не скельна, нижній кінець паль занурюють у надійний ґрунт не менше ніж на 0,5 – 2,0 м [2, п. 7.10; 4,7] залежно від типу ґрунтів і паль.

U	Зверніть увагу. У будь-якому разі повна довжина палі l має бути такою, щоби довжина lf її занурення в ґрунт нижче від рівня розмиву було не менше як 4 м [2, п. 4.2, примітка 5 до табл. 1], l = l0 + lf .

Проте, в практиці проектування фундаментів опор мостів через річки цю величину не приймають рівною 4 м. Частіше мінімальне значення довжини палі в ґрунті приймається l_f = 6- 8 м.

Крок 2. Обчислюється теоретична несна здатність однієї палі за ґрунтом. У випадку висячої палі:

(3.2)

де: - коефіцієнт умов праці, в даному випадку будемо приймати = 1;

i – коефіцієнти умов праці по ґрунту відповідно під нижнім кінцем і на боковій поверхні палі, який враховує вплив способу занурення палі на розрахунковий опір ґрунту (додаток 2, табл. Д.2.3);

R – розрахунковий опір ґрунту під нижнім кінцем палі, кПа (додаток 2, табл.Д.2.1); А – площа перерізу палі, м²;

u – зовнішній периметр перерізу палі, м;

f_i – розрахунковий опір і-ого прошарку ґрунту основи на боковій поверхні палі, кПа (додаток 2, табл. Д.2.2);

h_i – товщина і-ого прошарку ґрунту, що прилягає до бокової поверхні палі, м;

n – кількість прошарків на робочій довжині палі l_f .

У випадку палі-стійки:

(3.3)

?

Зауваження. Для обчислення теоретичної несної здатності палі за ґрунтом за формулами (3.2, 3.3) товща ґрунту одного виду розбивається на прошарки товщиною не більше як 2 м. Значення розрахункового опору і-ого прошарку ґрунту на боковій поверхні палі - fi приймається відносно половини товщини прошарку. (Значення fi залежить від глибині залягання прошарку та типу ґрунту)

Крок 3. Обчислюється приблизно загальна кількість паль у фундаменті. Для цього визначена на попередньому кроці теоретична несна здатність палі має бути зменшена згідно з коефіцієнтом надійності [2, п. 3.10]. Цей коефіцієнт приймається:

- для низького пальового ростверку = 1,4;

- для високо пальового ростверку, у випадку паль-стійок = 1,4;

- для високо пальового ростверку, у випадку висячих паль значення коефіцієнту надійності приймається в залежності від кількості паль:

Кількість паль	Коефіцієнт надійності
21 і більше	1,4
від 11 до 20	1,55
від 6 до 10	1,65
від 1 до 5	1.75

Коефіцієнт надійності нижче введений в формулу необхідної кількості паль:

(3.4)

де N – нормальна до площини верхнього обрізу фундаменту сила, обчислена за першим розрахунковим поєднанням зусиль;

F_d – несна здатність палі за ґрунтом.

К – отриманий з досвіду проектування коефіцієнт, яким враховується той факт, що на фундамент діє не тільки нормальна сила, а також і момент, К = 1,6 – 2,0.

Отримане значення округлюється в більший бік до цілого числа. При необхідності кількість паль можна збільшити до парного числа.

Крок 4. Призначення розмірів плити ростверку. Розміри плити ростверку в плані визначаються розташуванням паль, тобто на цьому кроці належить призначити кількість рядів паль по фасаду мосту – k₁ та в поперечному перерізі – k₂. Для мостів малих і середніх прольотів, за звичай, k₁ = 2, інколи - 4. Кількість рядів паль в поперечному перерізі k₂ в залежності від довжини прогонів, габариту проїзду моста та може бути від k₂ = 5 – 6 до k₂ = 30.

Тоді розміри плити ростверку в плані визначаються з умови додержання мінімальної відстані між сусідніми рядами , де d – максимальний розмір поперечного перерізу палі [2, п. 7.9]. Розмір плити в плані по фасаду мосту:

, (3.5)

де - відстань між гранню плити і наріжною площиною крайньої палі (обріз), = 0,25 м

Одночасно має виконуватись:

м. (3.6)

де - розмір опори по фасаду в рівні ОФ.

Розмір плити в плані в поперечному перерізі:

, (3.7)

де - відстань між гранню плити і наріжною площиною крайньої палі (обріз), = 0,1 - 0,25 м

Одночасно має виконуватись:

м. (3.8)

де - розмір опори в поперечному перерізі в рівні ОФ.

Тут також приймається висота плити пальового ростверку - h_d. Цей параметр, на етапі ескізних розрахунків, визначається за такими конструктивними вимогами:

а. верхні кінці паль закладаються в бетон плити ростверку на глибину не менше 2d:

(3.9)

б. у випадку, коли проектується об’єднання плити з палями за допомогою арматурних випусків з паль, мінімальна товщина плити ростверку визначається залежністю:

м, (3.10)

де е – довжина арматурних випусків, що приймається у випадку гладкої арматури – 40 діаметрів і у випадку періодичного профілю – 20 діаметрів арматури.

в. у випадку, коли діаметр паль d > 0,6 м мінімальна товщина плити може прийматися h_d = 1,2 м.

Крок 5. Для розрахунків за несною здатністю фундаменту за ґрунтом знадобиться значення повної (з урахуванням власної ваги) нормальної сили, що діє на фундамент N_d. Це значення обчислюється за виразом:

, (3.11) де N – розрахункове вертикальне зусилля для розрахунків за І групою граничних станів. Це значення береться з відповідного розрахункового сполучення зусиль.

G_d – власна вага конструкції фундаменту (плити ростверку та паль) з урахуванням гідростатичного тиску води, якщо плита ростверку знаходиться в воді.

, (3.12)

де - об’єм плити ростверку;

- сумарний об’єм паль фундаменту;

- об’ємна вага залізобетону, = 25 кН/м³ (2,5 т/м³);

- об’ємна вага води, = 10 кН/м³ (1,0 т/м³);

- коефіцієнт надійності за власною вагою, = 1,1

Крок 6. Перевірка несної здатності фундаменту за міцністю ґрунту

Визначається максимальне повздовжнє зусилля в найбільш навантаженій палі в кожній з розрахункових сполук. Максимально навантажена паля є крайньою в ряду. Визначаються зусилля в залежності від статичної схеми за такими формулами:

А. Низький пальовий ростверк,

при розрахунках вздовж моста , (3.13)

де N_d - нормальна до площини фундаменту сила, обчислена за ф.(3.11);

- момент в розрахунковому сполученні навантажень для розрахунку вздовж моста;

y – координата крайньої палі відносно вісі симетрії;

n – кількість паль, що прийнята за формулою (3.4);

k – кількість паль по один бік від вісі симетрії;

k₁ - кількість рядів паль по фасаду мосту;

при розрахунках впоперек моста , (3.13а)

де х – координата крайньої палі відносно вісі симетрії;

k₂ - кількість рядів паль в поперечному перерізі.

U

Зверніть увагу. Тут розрахунок ведеться щодо одного ряду паль. Вважається що розрахункові зовнішні зусилля рівномірно розподіляються між рядами паль. Ця розрахункова гіпотеза враховується введенням в формули (3.13 та 3.13а) коефіцієнтів кількості рядів паль по фасаду мосту – k1 та в поперечному перерізі – k2.

Б. Високий пальовий ростверк,

при розрахунках вздовж моста , (3.14)

де - параметр, що залежить від повної l та вільної l₀ довжин палі,

(3.15)

тут l – повна довжина палі;

l₀ – вільна довжина палі (довжина від підошви плити ростверку до лінії розрахункового розмиву).

при розрахунках впоперек моста , (3.14а)

Система координат в якій отримані залежності ф. (3.13, 3.14) та позначення наведені на рис. 4.

Рис.4 Пальовий ростверк. Позначення та система координат

Серед отриманих значень максимального повздовжнього зусилля в найбільш навантаженій палі в кожній із розрахункових сполук вибирається найбільше - max F_f і порівнюється з несною здатністю палі по ґрунту. Має виконуватись нерівність:

(3.16)

Якщо нерівність (3.16) виконується з заданою точністю, розрахунок вважається закінченим. Можна перейти до креслення варіанту фундаменту.

Якщо умова (3.16) не виконується, треба перейти до кроку 1 і змінити параметри палі і, тим самим змінити несну здатність палі . Цими параметрами є довжина l, поперечний переріз. Можна змінити довжину палі, або поперечний переріз. Інколи приходиться змінити перше і друге.

Можливо зберегти прийняті в попередній спробі параметри паль, тобто зберегти прийняту несну здатність палі і перейти до кроку 3. Тут можна просто збільшити/зменшити кількість паль за рахунок збільшення/зменшення коефіцієнту К.