6. Расчет и проектирование свайного фундамента.

Рассмотрим вариант свайного фундамента из забивных свай сечением 300x300 мм, погружаемых дизельным молотом.

6.1. Глубина заложения подошвы ростверка.

Назначаем глубину заложения подошвы ростверка:

Расчетная глубина промерзания грунта от поверхности планировки DL равна d_f = 1,63 м.

По конструктивным требованиям, также как и для фундамента на естественном основании верх ростверка должен быть на отметке – 0,150, размеры подколонника (стакана) в плане l_cf x b_cf = 2100 x 1200 мм, глубина стакана d_p = 1250 мм. Если принять в первом приближении толщину дна стакана (в последующем она должна быть уточнена проверкой на продавливание колонной) равной h_p =500 мм, то минимальная высота ростверка должна быть

h_r  d_p + h_p = 1750 мм = 1,75 м.

Для дальнейших расчетов принимаем большее из двух значений (1,63 и 1,75 м), т.е. h_r = 1,8 м (кратно 150 мм), что соответствует глубине заложения – 1,95 м (абс. отм. 69,950).

6.2. Необходимая длина свай.

В качестве несущего слоя висячей сваи принимаем песок средний (слой 4), тогда необходимая длина сваи должна быть не менее: l_св = h₁ + h₂ + h₃ = 0,05 + 3,62 + 1 = 4,67 м;

Принимаем типовую железобетонную сваю С-5-30 (ГОСТ 19804.1-79*) квадратного сечения 300 х 300 мм, длиной L = 5 м. Класс бетона сваи В15. Арматура из стали класса А-I 4 10, объем бетона 0,46 м³, масса сваи 1,15 т, толщина защитного слоя а_в = 20 мм.

6.3. Несущая способность одиночной сваи.

Определяем несущую способность одиночной сваи из условия сопротивления грунта основания по формуле (8) СНиП 2.02.03-85:

F_d = _C  (_CR  R  A + U  _cf  f_i  h_i).

В соответствии с расчетной схемой сваи устанавливаем из табл.1 СНиП 2.02.03-85 для песка мелкого при z = 7,71 м расчетное сопротивление R = 3712 кПа. Для определения f_i расчленяем каждый однородный пласт грунта (инженерно-геологический элемент) на слои L_i  2 м и устанавливаем среднюю глубину расположения z_i каждого слоя, считая от уровня природного рельефа (отн.отм. 0,96). Затем по табл.2 СНиП 2.02.03.-85, используя в необходимых случаях интерполяцию, устанавливаем:

для супеси при J_L = 0,6 и z₁ = 3,76 м  f₁ = 15,52 кПа;

для супеси при J_L = 0,6 и z₂ = 5,01 м  f₂ = 17,01 кПа;

для суглинка при J_L = 0,35 и z₃ = 5,82 м  f₃ = 35,61 кПа;

для песка среднего при z₄ = 7,045 м  f₄ = 60,09 кПа.

Площадь опирания сваи на грунт А = 0,3 х 0,3 = 0,09 м², периметр U = 0,3  4 = 1,2 м. Для сваи сплошного сечения, погружаемой забивкой дизельным молотом, по табл. 3 СНиП 2.02.03-85 _CR = _Cf =1, _С = 1. Тогда:

F_d =1[137120,09 + 1,21(15,522,0 + 17,010,5 + 35,611,12 + 60,091,33)] = 515,3 кН.

Рис.5 Расчетная схема к определению несущей способности сваи по грунту

6.4. Требуемое число свай.

Определяем требуемое число свай в фундаменте в первом приближении

при N_{col I} = 1875,59 кН:

;

Принимаем n = 8.

6.5. Размещение свай в кусте.

Размещаем сваи в кусте по типовой схеме. Окончательно размеры подошвы ростверка назначаем, придерживаясь унифицированных размеров в плане, кратных 0,3 м, и по высоте, кратных 0,15м.

6.6. Вес ростверка и грунта на его уступах.

Определим вес ростверка и грунта на его уступах.

Объем ростверка: V_r = 31,80,9 + 2,11,2  0,9 = 7,13 м³;

Объем грунта: V_gr = 32,11,95 - V_r = 5,15 м³.

Вес ростверка и грунта:

G_r + G_gr = (V_r  _b + V_gr  K_рз  _II)_f = (7,13  25 + 5,15  0,95  17,76) 1,2 = 318,17 кН.

6.7. Определение окончательных нагрузок.

Все действующие нагрузки приводим к центру тяжести подошвы ростверка:

N_{tot I} = N_{col I} + G_{r I} + G_{gr I} = 1875,59 + 318,17 = 2193,76 кН;

Q_{tot I} = Q_{col I} = 70,92 кН;

M_{tot I} = M_{col I} + Q_{tot I}H_r = 585,02 + 70,92  1,8 = 712,68 кНм.

6.8. Проверка нагрузок на крайние сваи.

Определяем расчетные нагрузки, передаваемые на крайние сваи в плоскости подошвы ростверка по формуле (3) СНиП 2.02.03-85:

N_{I max} = 400,92 кН; N_{I min} = 147,52 кН.

Проверяем выполнение условий:

кН;

кН;

;

Коэффициент надежности по назначению здания _n = 0,95 принят в соответствии со СНиП 2.01.07-85. Нагрузки и воздейсвия.

6.9. Предварительная проверка все сваи по прочности материала.

Выполним предварительную проверку сваи по прочности материала по графикам и указаниям учебного пособия.

Определяем коэффициент деформации  _ : ;

Начальный модуль упругости бетона класса В15, подвергнутого тепловой обработке при атмосферном давлении, по табл.18 СНиП 2.03.01-84, Е_b = 20,510³ МПа. Момент инерции поперечного сечения сваи: .

Условная ширина сечения сваи b_p = 1,5d_св + 0,5 = 1,50,3 + 0,5 = 0,95 м. Коэффициент пропорциональности К по табл.1 прил.1 к СНиП 2.02.03-85 для супеси пластичной (J_L = 0,6), принимаем К = 8 МН/м⁴. Коэффициент условий работы _с = 1.

;

Глубина расположения условной заделки сваи от подошвы ростверка:

;

В заделке действуют усилия: продольная сила N_{I max} = 442,5 кН; изгибающий момент:

кНм.

Точка, соответствующая значениям указанных усилий, лежит на графике ниже кривой для принятой сваи (сечение 300х300, бетон класса В15, продольное армирование А-I 4Ø 10), следовательно, предварительная проверка показывает, что прочность сваи по материалу обеспечена.