Строительные конструкции. Металлические конструкции, основания и фундаменты

Полученное значение вероятной осадки фундамента не превышает величины средней допустимой осадки сооружения.

Проверка прочности тела фундамента

Расчет прочности тела фундамента производим на расчетные нагрузки, приложенные на уровне обреза фундамента.

Определение высоты фундамента и его ступеней производится на основе расчета изгибаемых элементов железобетонных конструкций по наклонным сечениям при отсутствии поперечной арматуры.

Внецентренно нагруженный фундамент с прямоугольной подошвой рассчитывают на продавливание по условию (рис. 11.3):

F<ocRbA>bm. (И.15) Здесь F — продавливающая сила в кН, определяемая из выражения F = A]pj, где — площадь заштрихованной части подошвы (за пределами

пирамиды продавливания), м2; р^ — реактивное давление по заштрихованной части подошвы, принимаемое равным максимальному его значению, кПа: р^ = pmax; hQ — полезная высота фундамента, м; Ьт — средняя ширина одной грани пирамиды продавливания: Ьт = 0,5 (Ьс + Ъ]); ОС — коэффициент, принимаемый для тяжелого бетона равным 1,0; Rbl — расчетное сопротивление бетона растяжению. Для бетона класса В15 — Rbt = 0,75 МПа.

Максимальное ртю: и минимальное pmjn давления под подошвой фундамента определяются от расчетных нагрузок Nq В КН И MQ ' В КН • м, действующих на уровне обреза фундамента.

280

a R b S b m = 1,0 • 750 • 1,17 • 1,47 = 1290 кН .

F = 236 кН < 1290 кН .

Условие прочности на продавливание обеспечивается.

С,

Рис. 11.3. К примеру проверки прочности тела фундамента

281

Условие прочности ступени на продавливание обеспечивается. После проверки прочности тела фундамента на продавливание опре-

деляют необходимую площадь поперечного сечения арматуры из расчета фундамента на изгиб. Расчет ведется по изгибающему моменту в сечениях фундамента на гранях колонны и уступов (рис. 11.3).

На эпюре контактного давления по подошве фундамента находим соответствующие значения давлений:

р, = 225 кПа, р2 = 235 кПа, р3 = 244 кПа. Соответственно расстояния Cj = 1,5 м, с2 — 1,0 м, с3 = 0,55 м и

полезная высота h ^ = 1,17 м, /г02 = 0,77 м, h ^ — 0,37 м.

,

1)/)/}//НМТ\ £7777777777777

лттд.

bj-rd-vr I

Рис. 11.4. К примеру проверки прочности уступа фундамента

Определяем изгибающие моменты в рассматриваемых сечениях по всей ширине консольного свеса.

В сечении 1—1

282

Принимаем арматуру класса А - I I , расчетное сопротивление арматуры растяжению Rs = 270000 кПа.

Требуемая площадь арматуры. В сечении 1—1.

Арматуру подбираем по наиболее напряженному сечению 1—1. Принимаем арматуру класса A-II, d = 16 мм, 15 стержней с шагом 18

см, общая площадь As = 2,011x15 = 30,1 см2 > АЛ = 27,2 см2 . Аналогичный расчет арматуры производим в поперечном направле-

нии по средним давлениям по оси подошвы фундамента (рис. 11.4).

Р = 0.5 (Ргаах + Р п ,п ) = 0,5 (256 + 185) = 220 кПа . В сечении 4—4 — с4 = 1,25 м.

283

Принимаем арматуру класса A-II, d = 12 мм, 18 стержней с шагом 20 см, общая площадь А, = 1,13x18 = 20,4 см2 .

11.1.5. Расчет ленточного фундамента

Ленточные фундаменты в полосе нагрузок шириной 1,0 м рассчитываются так же, как и столбчатые по второй группе предельных состояний. Методом послойного суммирования определяется величина осадки, затем проверяется прочность тела фундамента с использованием расчетных нагрузок, приложенных на уровне обреза. Определив размер фундамента из условия, чтобы давление под его подошвой не превышало расчетного сопротивления грунта основания и расчетная осадка не превышала допустимой, производят проверку прочности тела фундамента на продавливание и изгибающий момент (рис 11.5).

Рис 11.5 К рассчету центрально (а) и внецентрено

(б) нагруженных ленточных фундаментов

284

Полезную высоту фундамента проверяют рассчетом на поперечную силу на участке с — 0,5/IQ.

М 0 к Н • м; А — в м2; W — в

Площадь поперечного сечения рабочей арматуры у грани стены определяется так же, как и для фундаментов под колонны.

Для центрально нагруженного фундамента

0,9V?S

11.2.Свайные фундаменты

11.2.1.Типы и конструкции свай

Сваей называется тонкая стойка, погружаемая в грунт и предназначенная для передачи нагрузки от сооружения на более плотные глубокие слои грунта. В зависимости от характера передачи давления различают

сваи-стойки и сваи, защемленные в грунте.

285

Сваи-стойки передают нагрузки на практически несжимаемое основание (обычно скальные грунты). Поскольку при загрузке они не получают вертикального перемещения, силы трения между грунтом и боковой поверхностью не мобилизуются. Поэтому вся нагрузка воспринимается грунтом под острием сваи.

Сваи, защемленные в грунте удерживаются в нем силами сопротивления сдвигу (трения) на боковой поверхности и сжатию под нижним концом. Суммарное сопротивление грунта основания носит название несущей способности сваи.

Для совместной работы свай в фундаменте их объединяют железобетонной плитой или балкой, именуемыми ростверками. Различают низкий, повышенный и высокий ростверки.

Низкий свайный ростверк располагают ниже поверхности земли. При плотном основании или его искусственной опрессовке нагрузка от сооружения через ростверк может частично передаваться непосредственно на грунт.

Повышенный свайный ростверк располагают непосредственно на поверхности грунта. Такие ростверки допустимы в непучинистых грунтах.

Высокий свайный ростверк располагают выше поверхности земли. Для восприятия горизонтальных нагрузок часть свай делают наклонными.

По способу изготовления сваи подразделяют на забивные и набивные. Забивные сваи изготавливаются в заводских условиях, привозятся на объекты строительства и погружаются в грунт сваебойными механизмами. Набивные сваи изготавливаются в заранее пробуренных скважинах.

По материалу различают забивные сваи деревянные, железобетонные и металлические. Деревянные сваи изготавливают из сосны и ели, длина их не превышает 12 м, диаметр не менее 18 см в верхнем отрубе. Такие сваи применяются в водонасыщенных грунтах при отсутствии процесса гниения древесины.

Железобетонные сваи изготавливают квадратного и прямоугольного сечений. Квадратные сваи делают с размерами поперечного сечения от 20 X 20 до 40 X 40 см и принимаются кратными 5 см. Длина свай

— от 3 до 20 м. В сваях устанавливают продольную и спиральную поперечную арматуры. В голове сваи укладывают три — пять арматурных сеток для восприятия напряжений, возникающих при ударе моло-

286

том. С целью экономии металла сваи небольшой длины делают без поперечного армирования с одним расположенным по оси предварительно напряженным стержнем.

Металлические сваи чаще всего имеют трубчатое сечение. Применяют также двутавровые балки или сваи иного поперечного сечения. Металлические сваи имеют ограниченное применение ввиду большого расхода металла.

По продольному профилю различают сваи призматические и пирамидальные. Эффективность применения того или иного профиля диктуется конкретными грунтовыми условиями. При однородном геологическом строении основания или наличии у поверхности толщи более прочных грунтов достаточно эффективными оказываются пирамидальные сваи, несущая способность которых обеспечивается не только за счет сил трения, но также за счет отпора грунта по боковой поверхности сваи.

За последнее время в Беларуси набивные сваи находят все большее применение. Их преимущество — меньший расход металла, отсутствие срубки голов и, в большинстве случаев, динамических воздействий, неограниченная несущая способность. К недостаткам набивных свай следует отнести трудности в оценке качества выполненной конструкции, использование мокрых процессов на объекте и необходимость определенного времени для набора бетоном прочности.

Технология изготовления набивных свай зависит от грунтовых условий и требуемой несущей способности. Довольно широко используется технологический прием, предложенный инженером Страусом. Набивные сваи по этой технологии устраивают в такой последовательности:

а) производится бурение скважины под защитой обсадной трубы или без нее;

б) устанавливается арматурный каркас и производится бетонирование ствола с виброуплотнением и одновременным поднятием обсадной трубы.

Данная технология в традиционном исполнении, без зачистки забоя скважины от шлама или его уплотнения, приводит к существенному занижению несущей способности сваи из-за сильной сжимаемости этого рыхлого слоя.

Более соверщенна технология с забивкой или вибропогружением обсадной трубы с теряемым или раскрывающимся коническим наконечником, за счет чего происходит вытеснение грунта в стороны и, как у забив-

287

ных свай, его опрессовка с увеличением несущей способности. Хорошие результаты достигаются даже в водонасыщенных грунтах, особенно за счет виброуплотнения бетона.

Достаточно эффективной является конструкция буронабивной сваи с уширенной по буроинъекционной технологии пятой. Причем даже в этом случае забой скважин нужно очищать от рыхлого осадка (шлама), резко снижающего сопротивление грунта под концом сваи, и производить втрамбование щебня или жесткого бетона в забой скважины. Использование буроинъекционной технологии позволяет значительно повысить несущую способность сваи. Такая технология устройства сваи включает следующие этапы (рис. 11.6):

а) бурение скважины под защитой обсадной трубы или глинистого раствора для обеспечения устойчивости стенок скважины от обрушения; б) установка в скважину арматурного каркаса и инъекционной трубки;

защитой глинистой суспензии; б — арматурный каркас с инъекционной трубкой; в — бетонирование сваи; г — готовая свая

в) опускание в скважину бетонолитной трубы и подача бетонной смеси к забою с вытеснением глинистого раствора или воды. По мере заполнения скважины бетонной смесью бетонолитная труба извлекается из скважины. При бетонировании ствола сваи под водой могут также

288

применяться бетононасосы или способ «восходящего раствора» проф. И.Н. Ахвердова. Последний предполагает загружение в скважины щебнем и закачку цементного раствора снизу вверх через присоединеную к арматурному каркасу инъекционную трубку;

г) после набора бетоном ствола необходимой прочности инъекция раствора в забой скважины для опрессовки грунта и создания требуемого уширения.

При необходимости для повышения несущей способности сваи дополнительно закачивают цементный раствор и на ее боковую поверхность через дополнительные инъекторы. Кроме этого, в целях обеспечения равнопрочности иногда стволы свай в верхней части выполняют с увеличенным диаметром. В случае возведения зданий и сооружений в стесненных условиях или при геотехнических реконструкциях весьма эффективными оказываются буроинъекционные сваи малого диаметра с проходкой скважин малогабаритными станками. Стволы таких свай с уширениями. вдоль них и под нижними концами формируются за счет закачки цементного раствора в заранее затампонированные этим же раствором скважины.

11.2.2. Определение несущей способности сваи

Несущая способность сваи характеризуется ее предельным сопротивлением сжатию грунта под нижним концом и сдвигу на боковой поверхности ствола. Расчет ведется ио первой трутале предельных СОСТОЯНИЙ. Y\a практике используются следующие методы определения несущей способности свай: 1) практический с использованием приводимых в нормах таблиц; 2) испытаниями свай динамической или статической нагрузками; 3) по данным испытания грунтов эталонной сваей или зондирования (статического или динамического) с раздельной регистрацией сопротивлений под нижним концом и на боковой поверхности.

Практический метод

Несущая способность Fj., кН, свай-стоек и защемленных в грунте свай, работающих на сжимающую осевую и выдергивающую нагрузки, определяется согласно С Н Б 5.01.01-99 как суммарная расчетная несущая способность основания под (над) уширениями, нижним концом сваи и на ее боковой поверхности по формулам:

289