3.3 Приклад обчислення несної здатності палі

Для фундаменту прийняті забивні палі (рис. 4), перетином 30х30 см, довжиною 15 м. Призначається проектна відмітка низу (підошви) паль - 99,500 м. Оскільки під вістрям паль ґрунтова основа складається з пісків, значить - палі висячі, несна здатність визначається формулою (3.2).

Площа поперечного перерізу палі А= 0,32 = 0,09 м²; Периметр перерізу палі u = 4·0,3=1,2 м.

Розрахунковий опір ґрунту під нижнім кінцем палі при глибині занурення нижнього кінця палі від рівня розрахункового розмиву (РРР) грунту на 14 м:

R = 4320 кПа (дод. 2, табл. Д.2.1),

Для визначення f_i – розрахункового опор і-ого прошарку ґрунту основи на боковій поверхні палі, кожний шар ґрунту, який прилягає до бокової поверхні палі, розчленовують на однорідні прошарки товщиною h_i ≤ 2 м (рис. 5).

Рис.5. До обчислення несної здатності палі

Першому шару товщиною h1 = 2 м, середина якого розміщена на глибині l1 = 0,5·2,0 = 1,0 м від РРР, відповідає f1 = 15 кПа (дод. 2, табл. Д.2.2); другому – h2 = 2,0 м; l2 = 2,0 + 0,5·2,0 = 3,0 м; f2 = 25 кПа; h3 = 2,0 м; l3 = 2,0 + 2,0 +0,5·2,0 = 5,0 м; f3 = 56 кПа; h4 = 2,0 м; l4 = 2,0+2,0+2,0+ 0,5·2,0 = 7,0 м; f4= 60 кПа; h5= 2,0 м; l5 =2,0+2,0+2,0+2,0+0,5·2,0 = 9,0м; f5 = 63,5 кПа; h6= 2,0 м; l6 =2,0+2,0+2,0+2,0+2,0+0,5·2,0 = 11,0м; f6 = 66,4 кПа; h7= 2,0 м; l7 =2,0+2,0+2,0+2,0+2,0+2,0+0,5·2,0 = 13,0 м; f7=69,2 кПа. γCR = γCF = 1 (дод. 2, табл. Д.2.3). Таким чином Fd = 1,0[1,0 · 4320 · 0,09 + 1,2·1,0·2,0(15 + 25 + 56 + 60 + 63,5 + 66,4 + 69,2)] = 1241,04 кН.

3.4 Розробка фундаменту на бурових стовпах

—	Визначення. Бурові стовпи є різновидом бурових паль. Буровим стовпом називають бурову палю діаметром D 0,8 … 0,9 м.

З визначення ясно, що в цілому розробка фундаменту на бурових стовпах має бути подібною до розробки пальових фундаментів. Проте, безумовно, є свої особливості.

Алгоритм розробки пальового фундаменту на бурових стовпах складається з таких кроків.

Крок 1. В залежності від ґрунтових умов і технологічних можливостей будівельної фірми задається тип стовпів: буронабивні, буроін’єкційні, опускні (оболонки). Задаються параметри стовпів: загальна довжина стовпа l, діаметр поперечного перерізу D, діаметр розширення (якщо передбачається) D₁.

З прийняттям довжини стовпа визначається відмітка площини нижнього кінця стовпів. Ця відмітка може бути:

при обпиранні на скалу - нижче поверхні скелі не менше як на 0,25 м (при буронабивних стовпах і стовпах-оболонках) [2, п. 4.1,б]. Якщо основа не скельна, нижній кінець стовпа занурюють у надійний ґрунт не менше ніж на 0,5 – 2,0 м [2, п. 7.10; 4,7] залежно від типу ґрунтів і стовпів.

Крок 2. Обчислюється теоретична несна здатність одного стовпа за ґрунтом. Обчислення виконується за тими самими формулами, що і для палі. Різними будуть тільки коефіцієнти умов праці по ґрунту i . Наведемо теоретичні залежності ще раз. У випадку висячого стовпа:

(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 стовпі, який враховує вплив способу занурення стовпі на розрахунковий опір ґрунту (додаток 2, табл. Д.2.3);

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

u – зовнішній периметр перерізу стовпі, м;

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

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

n – кількість прошарків на робочій довжині стовпі l_f .

У випадку стовпа-стійки:

(3.3)

Крок 3. Обчислюється приблизно загальна кількість стовпів у фундаменті

(3.4)

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

F_d – несна здатність стовпа за ґрунтом.

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

- коефіцієнт надійності (див. Крок 3 в попередньому підрозділі)

Отримане значення округлюється в більший бік до цілого числа. Можливо, що вже тут прийдеться повернутись до кроку 1, змінити параметри стовпів з метою одержання їх меншої кількості в фундаменті.

Крок 4. Призначення розмірів плити ростверку. Розміри плити ростверку в плані визначаються розташуванням стовпів, тобто на цьому кроці належить призначити кількість рядів стовпів по фасаду мосту – k₁ та в поперечному перерізі – k₂. Для мостів малих і середніх прольотів, за звичай, k₁ = 1, інколи - 2. Кількість рядів стовпів в поперечному перерізі k₂ в залежності від довжини прогонів, габариту проїзду моста та може бути від k₂ = 2 до k₂ = 6 - 8. (Сучасні фундаменти нерідко мають k₁ = k₂ = 1, тобто один стовп великого діаметру.)

Тоді розміри плити ростверку в плані визначаються з умови додержання мінімальної відстані між сусідніми рядами в просвіт , де D – діаметр поперечного перерізу стовпа [2, п. 7.9]. Одночасно розмір в просвіт має задовольняти вимозі: м.

Розмір плити в плані по фасаду мосту:

, (3.17)

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

Одночасно має виконуватись:

м. (3.18)

де - розмір опори по фасаду в рівні ОФ.

Розмір плити в плані в поперечному перерізі:

, (3.19)

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

Одночасно має виконуватись:

м. (3.20)

де - розмір опори в поперечному перерізі в рівні ОФ.

Тут також приймається висота плити ростверку - h_d. Цей параметр, на етапі ескізних розрахунків, визначається за такою конструктивною вимогою: верхні кінці стовпів об’єднуються з бетоном плити ростверку за допомогою арматурних випусків з стовпів і мінімальна товщина плити ростверку визначається залежністю: м, (3.21)

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

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 тим же виразом, що і для паль:

, (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 стовпів) з урахуванням гідростатичного тиску води, якщо плита ростверку знаходиться в воді.

, (3.12)

де - об’єм плити ростверку;

- сумарний об’єм стовпів 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 стовпі в кожній з розрахункових сполук:

, (3.22)

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

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

Серед отриманих значень максимального повздовжнього зусилля в найбільш навантаженому стовпі в кожній із розрахункових сполук вибирається найбільше - max F_f і порівнюється з несною здатністю стовпа за ґрунтом. Має виконуватись нерівність:

(3.23)

Якщо нерівність (3.23) виконується з заданою точністю, розрахунок вважається закінченим. Можна перейти до креслення варіанту фундаменту.

Якщо умова (3.23) не виконується, треба перейти до кроку 1 і змінити параметри стовпа і, тим самим змінити його несну здатність . Цими параметрами є довжина l, поперечний переріз. Можна змінити довжину стовпі, або поперечний переріз. Інколи приходиться змінити перше і друге.

При великій кількості стопів, порядку 6 -8 (випадок великих прольотів) можливо зберегти прийняті в попередній спробі параметри стовпів, тобто зберегти прийняту несну здатність стовпа і перейти до кроку 3. Тут можна просто збільшити/зменшити кількість стовпів за рахунок збільшення/зменшення коефіцієнту К.