5.5. Розрахунок осідання пальового фундаменту

Для фундаментів з висячих забивних паль і паль, які занурюються без вилучення ґрунту в піщані і глинисті ґрунти з показником текучості I_L≤0,5, розрахунок за деформаціями основ допускається виконувати як для умовного фундаменту на природній основі. При цьому пальовий фундамент розглядають як умовний фундамент.

5.5.1. Межі умовного фундаменту визначають наступним чином (див. рис. 5.2). Знизу він обмежений площиною АБ, яка проходить через нижні кінці паль; зверху - поверхнею планування ґрунту ВГ; з боків - вертикальними площинами АВ і БГ, віддаленими від зовнішніх граней крайніх рядів паль на відстані а_у.ф. , яке визначається за формулою:

а_у.ф. = h  tg(_{II, mt} /4) (5.12)

де: h - глибина занурення палі в грунт основи, м;

_{II, mt} – осереднене значення кута внутрішнього тертя, визначається за формулою:

_{II, mt} = _{II, i}  h_i / h_i (5.13)

де: _{II, i} – характеристичне значення кута внутрішнього тертя для пройдених палями ІГЕ;

h_i – потужність ІГЕ, м.

Відстань а_у.ф приймають не більше 2d, якщо під нижнім кінцем залягають глинисті грунти з I_L>0,6.

5.5.2. Визначають розміри умовного фундаменту в плані (див. рис.5.3):

- для пальового фундаменту під колонну:

В_у.ф. = 2· а_у.ф. + B + d; L_у.ф. = 2·а_у.ф. + L+ d; (5.14)

  - для стрічкового пальового фундаменту:

В_у.ф. = 2· а_у.ф. + B+ d; L_у.ф. = 6….8b_р. (5.15)

де b_р – ширина ростверку.

Рис.5.2. Умовний пальовий фундамент

5.5.3. Визначають площу умовного фундаменту:

                     А_{у. ф.} = L_у.ф.·В_у.ф (5.16)

Умовний пальовий фундамент під колонну В, L – відстань між осями останніх паль; Ву.ф., Lу.ф. – відповідно ширина та довжина умовного фундаменту в залежності від розташування паль.

Умовний пальовий стрічковий фундамент Ву.ф., L у.ф. – ширина умовного фундаменту в залежності від розташування паль; bр – ширина ростверку

Рис.5.3. Приклади визначення розмірів умовного фундаменту

5.5.4. Визначають власну вагу умовного фундаменту:

                                G_у.ф.= · Н_у.ф. · А_у.ф , (5.17)

де: Н_у.ф – висота умовного фундаменту, м;

=20 кН/м² - середнє значення питомої ваги бетону і ґрунту.

5.5.5. Визначають середній тиск під підошвою умовного фундаменту:

- для стовпчастого фундаменту:

р = , (5.18)

- для стрічкового фундаменту:

р = (5.19)

5.5.6. Розрахунок осідання фундаменту виконують методом пошарового підсумовування за формулою 4.17. Однак, згідно з приміткою до п. Д.2.6 [2], з цієї формули слід виключати алгебраїчне підсумовування від’ємних величин при обчисленні першої складової в цій формулі. Таким чином, формула для розрахунку осідань (при глибині котловану до 5,0м) набуває такого вигляду:

            (5.20)

5.5.7. Визначають вертикальні напруження від власної ваги ґрунтів _zg від денної поверхні (поверхні планування), напруження від власної ваги ґрунту, витягнутого з котловану _zγ і напруження від власної ваги ґрунтів _zu,l на ділянці від підошви ростверку до п'яти паль, де проходить нижня межа умовного фундаменту. На розрахунковій схемі будуються епюри _zg, _zγ і _zu,l (масштаби: вертикальний 1: 100; напружень 1 см = 50 кПа), див. рис. 5.4.

Рис.5.4. Розрахункова схема до визначення осідання пальового фундаменту

5.5.8. Вертикальне напруження на позначці підошви умовного фундаменту приймають рівним середньому тиску: _zро = р

5.5.9. Потім визначають:

- товщину елементарного шару ґрунту:

h_i = 0,4 · В_{у. ф}, (5.21)

- співвідношення сторін умовного фундаменту  = L_у.ф./В_у.ф (для окремо розташованих пальових фундаментів).

- додаткові напруження на межах елементарних шарів _zр:

(5.22)

де - коефіцієнт розсіювання напружень по глибині, визначається за табл.4.10.

На розрахунковій схемі будується епюра_zр.

5.5.10. Підсумовування осідань елементарних шарів виконують в діапазоні від підошви умовного фундаменту до глибини, де виконується умова:

, (5.23)

    де _zg – напруження від власної ваги ґрунту від поверхні;

_zu,l – напруження від власної ваги ґрунту від підошви ростверку до підошви умовного фундаменту, визначається так само як і _zg, але без урахування ваги ґрунту вище підошви ростверку;

     k - коефіцієнт, який визначається згідно з пунктом 7 розділу 4.3.1 (Д.10 [1]).

5.5.11. Результати розрахунків зводять в табл. 5.12.

Таблиця 5.12

№

zi , м





zp кПа

zg , кПа

zu,l, кПа

zγ , кПа

zp, i , кПа

zγ, i , кПа

hi , см

Ei , кПа

si , см

Перевіряють умову: Σs_i ≤ s_u

Приклад:

Довжина призматичної палі дорівнює (див. рис. 5.5):

L_св = 0,5 + 1,3 + 4,7 + 1,0 = 7,5 м.

Приймаємо палю С80.30-8 (довжиною 8,0 м, перетином300х300мм)

Рис. 5.5. Розрахункова схема для визначення несучої здатності палі

Розрахунковий опір ґрунту під підошвою палі на позначці z_св = 9,2 м при Ι_L = 0 дорівнює:

  R = 9700 + = 9700 + 587 = 10287кПа.

Площа і периметр поперечного перерізу палі:

А = 0,3² = 0,09 м² ;

u = 0,3  4 = 1,2 м.

Опір на бічній поверхні палі визначаємо в табличній формі, табл.5.8.

Так як показник текучості (ІГЕ-2, 3, 4) Ι_L <0, то розрахункове значення опору ґрунту на бічній поверхні приймається за мінімальним значенням показника текучості Ι_L = 0,2 (табл.5.5).

Таблиця5.8

№ умовного шару	zсв	ΙL або крупність піску	fi, кН/м3	hі, м	fi х hі, кН/м3
1	2,35	<0	-	1,3	-
2	4,0	<0	53,0	2,0	106,0
3	5,55	<0	56,9	1,1	62,6
4	6,90	<0	59,8	1,6	95,7
5	8,45	<0	63,1	1,5	94,7
Σ fi х hі=359

Несуча здатність палі С80.30-8 дорівнює:

F_d = _c (_cR · R · A + u · _cf · f_i · h_i) = 1,0 · [1,0· 10287· 0,09 + 1,2х

х(1,0· 359 )]= 1,0  (668,9 + 826) = 1357 кН.

Розрахункове вертикальне навантаження на палю:

N_св. = F_d /_k=1357/1,4=969кН.

Пальовий фундамент під колону (ПФ-1):

Кількість паль в кущі:

n = 1,1 · N/N_св. = 1,1  1104/969 = 1,25 - приймаємо 2 шт.

Відстань між осями паль: 3d = 3 · 0,3 = 0,9 м.

Максимальне та мінімальне навантаження на палю:

N_{св. i} = = 552  131кН;

N_mах. = 683 кН < N_св =969 кН; N_miп = 421 кН > 0;

Середнє значення кута внутрішнього тертя:

_{II, mt} = ;

tg_{II, mt} /4 = tg18,3 /4=0,08;

h = 7,5 м;

Відстань від грані палі до границі умовного фундаменту:

а_у.ф.=h·tg(_II,mt/4)=7,5·0,08=0,6м .

Визначаємо розміри, площу і вагу умовного фундаменту:

Lу.ф. = 2·ау.ф. + 3d + d = 2·0,6 + 0,9 + 0,3=2,4 м; Ву.ф. = 2·а у.ф. + d= 2·0,6 + 0,3=1,5 м; Ау. ф. = Lу.ф.·Ву.ф= 2,4·1,5=3,6 м2; Gу.ф.= · Ну.ф. · Ау.ф =20· 9,2 · 3,6=662,4кН; Середній тиск під підошвою фундаменту: р = = = 491 кПа;

Визначаємо осідання пальового фундаменту:

 - товщина елементарного шару: h_i = 0,4 · В_у.ф.. = 0,4 · 1,5 = 0,6 м;

η = L_у.ф. / В_{у. ф}= 2,4 / 1,5 = 1,6;

_zp0 = р =491 кПа;

- напруження від власної ваги грунту _zg:

;

;

;

- напруження від власної ваги ґрунту, витягнутого з котловану: . Для побудови епюри zγ товщу ґрунту під підошвою фундаменту розбиваємо на умовні шари, див.рис.5.6. Вк=40,0м; Lк=93,0м; z,м =2z/Вк к zγ, кПа 0 0 1,00 23,2 1,1 0,06 0,996 23,1 3,6 0,18 0,989 22,9 6,1 0,31 0,981 22,8

Рис.5.6

- напруження _zu,l = Σ_і · h_i

_zu,l1 = 1,3· 15,5 = 20,2 кПа

_zu,l2 = 20,2 + 4,7 · 16,5 = 97,8 кПа

_zu,l0 = 97,8 + 1,5 · 17,8 = 124,4 кПа

Схема до визначення осідання наведена на рис. 5.7.

Таблиця 5.13

Розрахунок осідання фундаменту СФ-1

№		zi , м		zp кПа	zg , кПа	zu,l, кПа	zγ кПа	zp, i , кПа	zγ кПа	hi , см	Ei , кПа	si , см
0	0	0	1,000	491	151	124,4	23,2	455,9	23,18	60	10000	2,08
1	0,8	0,6	0,857	420,8	161,7	124,4	23,15
								346,65	23,12	60	9333	1,66
2	1,6	1,2	0,555	272,5	172,2	-ʹʹ-	23,09
								221,95	23,06	60	16000	0,60
3	2,4	1,8	0,349	171,4	183,6	-ʹʹ-	23,04
								142,15	23,02	60		0,36
4	3,2	2,4	0,230	112,9	195	-ʹʹ-	23,0
								95,75	22,98	60		0,22
5	4,0	3,0	0,160	78,6	206,4	-ʹʹ-	22,95
								68,25	22,93	60		0,14
6	4,8	3,6	0,118	57,9	217,8	-ʹʹ-	22,9
								50,8	22,89	60		0,08
7	5,6	4,2	0,089	43,7	229,2	-ʹʹ-	22,88
								38,8	22,86	60		0,05
8	6,4	4,8	0,069	33,9	240,6	-ʹʹ-	22,85
								30,7	22,84	60		0,02
9	7,2	5,4	0,056	27,5	252	-ʹʹ-	22,83
								24,9	22,82	60		0,01
10	8,0	6,0	0,046	22,3	263,4	-ʹʹ-	22,8

Осідання фундаменту s = 5,22см

Перевіряємо умову (5.23):

k (_zg - _zu,l ) = 0,2· (263,4 – 124,4) = 27,8 кПа >_zp = 22,3 кПа

s = 5,22см < s_u = 12 см

Умови виконуються.

Рис. 5.7. Розрахункова схема до визначення осідання

пальового фундаменту під колонну

Пальовий стрічковий фундамент під стіну (ПСФ-1):

Відстань між палями: а = = =2,58 м;

Приймаємо однорядне розташування паль і максимальну відстань між осями паль 5d=5·0,3=1,5м.

Середнє значення кута внутрішнього тертя:

_{II, mt} = ;

tg_{II, mt} /4 = tg18,3 /4=0,08; h = 7,5 м;

а_у.ф.=h·tg(_II,mt/4)=7,5·0,08=0,6м .

Визначимо розміри, площу і вагу умовного фундаменту:

В_у.ф. = 2·а + d =2 · 0,6 + 0,3=1,5 м;

L_у.ф. = 6b_р = 6·0,5=3,0 м;

А_{у. ф.} = L_у.ф.·В_у.ф=1,5 · 3,0=4,5 м^2;

G_у.ф.= · Н_у.ф. · А_у.ф =20·9,3·4,5=837 кН;

Середній тиск під підошвою:

р = (341,0·3,0+837)/4,5 = 413 кПа; _zp0 = р =413 кПа;

Товщина елементарного шару:

h_i = 0,4 · В_i = 0,4 · 1,5 = 0,6 м;

;

- напруження _zu,l = Σ_і · h_i

_zu,l1 = 1,3· 15,5 = 20,2 кПа

_zu,l2 = 20,2 + 4,7 · 16,5 = 97,8 кПа

_zu,l0 = 97,8 + 1,5 · 17,8 = 124,4 кПа

Напруження від власної ваги ґрунту, витягнутого з котловану: при Вк=15,0м; на ур. роств.; на ур. умовн. фунд. zy,0 =17,9 по Z =7,5м; Для побудови епюри zγ товщу грунту під підошвою умовн. фунд. розбиваємо на умовні шари, див.рис.5.8. z,м =2z/Вк к zγ, кПа 0 0 1,00 23,2 7,5 1,00 0,765 17,9 8.10 1.08 0.73 13.10 8.7 1.16 0.70 12.54 9.30 1.24 0.67 11.97 9.90 1.32 0.64 11.41 10.50 1.40 0.607 10.84 11.10 1.48 0.58 10.36 11.70 1.56 0.55 9.89 12.30 1.64 0.53 9.41 12.90 1.72 0.50 8.93 14.10 1.88 0.473 8.45 14.70 1.96 0.45 7.99 15.30 2.04 0.42 7.53 15.90 2.12 0.40 7.07 16.50 2.20 0.37 6.60

Рис.5.8.

Схема до визначення осідання приведена на рис. 5.9.

Таблиця5.14

Розрахунок осідання фундаменту СФЛ-1

№		zi , м		zp, кПа	zg , кПа	zu,l, кПа	zγ, кПа	zp, i , кПа	zp, i , кПа	hi , см	Ei , кПа	si , см
0	0	0	1,000	413	151	124,4	23,2	388,4	365,3	60	10000	1,75
1	0,8	0,6	0,881	363,8	161,7	124,4	23,1
								314,5	291,5	60	9333	1,5
2	1,6	1,2	0,642	265,2	172,2	-ʹʹ-	22,9
								231,1	208,3	60	16000	0,63
3	2,4	1,8	0,477	197,0	183,6	-ʹʹ-	22,7
								175,8	153,3	60		0,46
4	3,2	2,4	0,374	154,5	195,0	-ʹʹ-	22,4
								140,5	118,3	60		0,36
5	4,0	3,0	0,306	126,4	206,4	-ʹʹ-	22,1
								116,5	94,6	60		0,28
6	4,8	3,6	0,258	106,6	217,8	-ʹʹ-	21,8
								99,4	77,8	60		0,23
7	5,6	4,2	0,223	92,1	229,2	-ʹʹ-	21,5
								86,6	65,2	60		0,20
8	6,4	4,8	0,196	81,0	240,6	-ʹʹ-	21,3
								76,6	55,6	60		0,17
9	7,2	5,4	0,175	72,3	252,0	-ʹʹ-	20,8
								68,8	48,3	60		0,15
10	8,0	6,0	0,158	65,3	263,4	-ʹʹ-	20,3	62,2	42,2	60	16000	0,13
11	8,0	6,6	0,143	59,1	274,8	-ʹʹ-	19,7
								56,8	37,4	60		0,11
12	9,6	7,2	0,132	54,5	286,2	-ʹʹ-	19,2
								52,45	33,6	60		0,10
13	10,4	7,8	0,122	50,4	297,6	-ʹʹ-	18,2
								48,55	30,2	60		0,09
14	11,2	8,4	0,113	46,7	309,0	-ʹʹ-	18,1
								45,25	27,5	60		0,08
15	12,0	9,0	0,106	43,8	320,4	-ʹʹ-	17,5

Осідання фундаменту s = 6,24см

Перевіряється виконання умови 5.23:

k (_zg - _zu,l ) = 0,2 (320,4 – 124,4) = 39,2кПа < _zp = 43,8кПа

Умова не виконується, але так як у таблиці відсутні коефіцієнти α, розрахунок припиняємо.

s = 6,24см < s_u = 12,0 см

Рис.5.9. Розрахункова схема до визначення осідання

  пальового стрічкового фундаменту