3. Расчет осадки фундамента методом послойного суммирования

Напряжения от собственного веса грунта:

σ_zg1 = 15,3 · 2,1 = 32,13 кН/м²

σ_zg2 = 32,13 + 18,7 · 4,2 = 110,67 кН/м²

σ_zg3 = 110,67 + 18,4 · 7 = 239,47 кН/м²

σ_zg4 = 239,47 + 19,2 · 9,3 = 418,07 кН/м²

на отметке подошвы фундамента:

σ_zg0 = 32,13 + 18,7 · 1,87 = 67,1 кН/м²

Напряжение от дополнительного давления на уровне подошвы фундамента:

- для крайних: σ_zg0 = р - σ_zg0 = 156,87 – 67,1 = 89,77 кН/м²

- для средних: σ_zg0 = р - σ_zg0 = 153,68 – 67,1 = 86,58 кН/м²

Сжимаемая толща грунта ниже подошвы фундамента разбивается на элементарные слои толщиной:

- крайние h_i = 0,4 · b = 0,4 · 2,1 = 0,84 м.

- средние h_i = 0,4 · b = 0,4 · 3,0 = 1,2 м.

Напряжение на отметке кровли каждого элементарного слоя:

σ_zр = α (р – σ_zg0)

где: α – коэффициент, зависящий от ξ и η ; р – давление по подошве фундамента, кН/м² ; σ_zg0 – напряжение от собственного веса грунта на отметке подошвы фундамента.

Уплотнение грунта происходит в пределах сжимаемой толщи, нижняя граница (В.С.) которой находится на глубине Н_с , где удовлетворяется условие:

σ_zр ≤ 0,2 · σ_zg

Нижняя граница сжимаемой толщи (В.С.) находится на глубине:

- для крайних: 3,99 м

- для средних: 5,14 м

Осадка фундамента определяется как сумма осадок элементарных слоев в пределах сжимаемой толщи:

_n σ_zp,i · h_i

S = β · Σ —————

ⁱ⁼¹ E_i

где: β – коэффициент, равный 0,8 ; σ_zg1 – среднее значение дополнительного давления в пределах «i-го» слоя; h_i – толщина элементарного слоя; E_i – модуль деформации грунта, в пределах которого находится «i-й» слой (для слоя расположенного в пределах двух ИГЭ, определяется средневзвешенное значение модуля деформации).

Полученная осада сравнивается с предельным значением осадки:

S ≤ S_u ; S_кр = 1,68 см < S_u = 8см

S_ср = 3,22 см < S_u = 8см

Условие выполняется.

2.5. Проектирование свайных фундаментов

Призматические сплошные забивные ж.б. сваи являются наиболее распространенными.

1. Определение размеров сваи:

Подошва сваи заглублена на 1,17 м в 4 слой (суглинок тяжелый, ρ_d = 1,59 г/см³ и Е = 18,7МПа). Над дном котлована сохраняется недобитый участок сваи длиной 0,5 м для последующего сопряжения ее с ростверком. Исходя из этих условий принимаем сваю С 11 - 30.

Несущая способность свай-стоек:

F_d = γ_c (γ_CR · R · A + U · Σ γ_cf · h_i · f_i) =

= 1,0 (1,0 · 11700 · 0,09 + 1,2 · 126,7) = 1205,04 кН

где: γ_с γ_CR γ_cf – коэффициенты работы сваи; R – расчетное сопротивление грунта под подошвой сваи; А и U – площадь и периметр поперечного сечения сваи; h_i – толщина условного слоя, на которые делятся ИГЭ, пройденные сваей; f_i – расчетное сопротивление трению грунта по боковой поверхности сваи.

Сопротивления сваи по боковой поверхности:

№ условного слоя	zi , м	IL	fi , кН/м2	hi , м	hi · fi
1	5,14	0,4	29,3	2,33	68,3
2	7,31	1,33	0	2	0
3	9,31	1,33	0	2	0
4	11,31	1,33	0	2	0
5	12,81	1,33	0	1	0
6	13,9	0,3	49,9	1,17	58,4
					126,7

Расчетная вертикальная нагрузка на сваю:

N_св = F_d / γ_k = 1205,04 / 1,4 = 860,74 кН

где: γ_k – коэффициент надежности.

Параметры свайного куста:

- крайнего N = 864,76 кН

М = 172,96 кН·м

- среднего N = 1602,92 кН

М = 320,58 кН·м

Количество свай в свайном фундаменте:

n = 1,1 N / N_св

где: N – расчетная нагрузка на фундамент от сооружения, кН; 1,1 – коэффициент, учитывающий массу ростверка.

n_кр = 1,1 · 864,76 / 860,74 = 1,1

n_ср = 1,1 · 1602,92 / 860,74 = 2,1

Принимаем n_кр = 2 и n_ср = 3.

Нагрузки на сваю в составе куста:

N + G_p (M_x + Q · d_p) y_i

N_свi = –––––––––––– + –––––––––––––––––

n Σ y_i²

где: G_p = γ_f · γ · A_p · d_p – вес ростверка.

Должны выполнятся условия:

• max N_свi ≤ N_св

• min N_свi > 0 – отражает факт работы свай на вдавливающую нагрузку.

Крайний куст:

G_p = 1,2 · 20 · 0,9 · 1,5 = 32,4 кН

N_св1,2 = 448,58 + 192,18 кН

N_св1 = 640,76 < N_св = 860,74 кН

N_св2 = 256,4 > 0

Сваи работают на вдавливающую нагрузку.

Средний куст:

G_p = 1,2 · 20 · 2,25 · 1,5 = 81 кН

N_св1,2,3 = 561,31 + 178,1 кН

N_св1 = 739,41 < N_св = 860,74 кН

N_св2,3 = 383,21 > 0

Сваи работают на вдавливающую нагрузку.

Планы свайных фундаментов

2. Расчет осадки свайного фундамента:

Р асчет основания фундамента из висячих свай производится как для условного фундамента на естественном основании.

Границы условного фундамента (см рис):

a = h · tg(φ_II,mt/4) = 10,5 · 0,076 = 0,798 м

0,798 м < 2 · d = 2 · 0,3 = 0,6 м

принимаем a = 0,6 м

Расчетное значение угла внутреннего трения:

Σ φ_II,mt · h_i

φ_II,mt = ––––––––––––– =

Σ h_i

= (19 · 2,33 + 17 · 7 + 16 · 1,17)/ 10,5 = 17,33^º

Размеры условного фундамента в плане:

- крайний

В_у.кр = 2 · а + 4 · d = 2 · 0,6 + 4 · 0,3 = 2,4 м

L_y.кр = 2 · а + d = 2 · 0,6 + 0,3 = 1,5 м ;

η_кр = L_у.кр / В_у.кр = 0,625

- средний

В_у.ср = 2 · а + 4 · d = 2 · 0,6 + 4 · 0,3 = 2,4 м

L_y.ср = В_у.ср = 2,4 м ; η_ср = L_у.ср / В_у.ср = 1,0

Площадь и вес условного фундамента:

- крайний

А_уф.кр = В_у.кр · L_у.кр = 2,4 · 1,5 = 3,6 м²

G_уф.кр = А_уф.кр · Н_уф.кр · γ_mt = 3,6 · 10,5 · 18,2 = 687,96 кН

- средний

А_уф.ср = В_у.ср · L_у.ср = 2,4 · 2,4 = 5,76 м²

G_уф.ср = А_уф.ср · Н_уф.ср · γ_mt = 5,76 · 10,5 · 18,2 = 1100,74 кН

γ_mt = (17,1· 2,33 + 18,4 · 7 + 19,2 · 1,17) / 10,5 = 18,2 кН/м³

Среднее давление под подошвой условного фундамента:

N + G_уф

Р_ср = ––––––––––

А_уф

Р_ср.кр = (864,76 + 687,96) / 3,6 = 431,31 кПа

Р_ср.ср. = (1602,92 + 1100,74) / 5,76 = 469,39 кПа

Сопротивление грунта под подошвой условного фундамента:

R = 1,25 [0,42 · 2,4 · 19,2 + 2,73 · 1,6 · 19,2 + (2,73 - 1) · 2,37 · 19,2 + 5,31 · 53] =

= 1,25 [19,35 + 83,87 + 78,72 + 281,43] = 579,21 кПа

Р_ср.кр = 431,31 кПа < R = 579,21 кПа

Условие выполняется.

Р_ср.ср = 469,39 кПа < R = 579,21 кПа

Условие выполняется.

Напряжения от собственного веса грунта на отметке подошвы слоя и на уровне подошвы условного фундамента:

σ_zg1 = 15,3 · 2,1 = 32,13 кН/м²

σ_zg2 = 32,13 + 18,7 · 4,2 = 110,67 кН/м²

σ_zg3 = 110,67 + 18,4 · 7 = 239,47 кН/м²

σ_zg4 = 239,47 + 19,2 · 9,3 = 418,07 кН/м²

на уровне подошвы условного фундамента:

σ_zg0 = 239,47 + 19,2 · 1,17 = 261,93 кН/м²

Дополнительное напряжение на отметке подошвы условного фундамента:

σ_zр0.кр = Р_ср.кр. – σ_zg0 = 431,31 – 261,93 = 169,38 кПа

σ_zр0.ср = Р_ср.ср. – σ_zg0 = 469,39 – 261,93 = 207,46 кПа

Ниже подошвы условного фундамента толща грунта разбивается на элементарные слои толщиной h_i = 0,4 · В_у = 0,4 · 2,4 = 0,96 м.

Осадка свайного фундамента равна сумме осадок элементарных слоев:

S_кр = ∑ S_i = 1,93 см < S_u = 8 см.

S_ср = ∑ S_i = 2,36 см < S_u = 8 см.

Условия выполняются.