ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗАНЯТИЕ 3
3.1. Освоение основных принципов проектирования фундаментов глубокого заложения
Необходимость применения фундаментов глубокого заложения обусловливается следующими причинами:
–выполнение фундаментов в открытых котлованах неэкономично и трудновыполнимо;
–применение свайных фундаментов не обеспечивает необходимой несущей способности;
–конструктивные особенности возводимого сооружения (например подземные гаражи, здания насосных станций, очистные и водопроводные сооружения и т.д.).
В современной строительной практике фундаментостроения применяются следующие виды фундаментов глубокого заложения: опускные колодцы (рис. 3.1), кессоны (рис. 3.2), тонкостенные оболочки, буровые опоры, а также фундаменты, возводимые методом «стена в грунте».
Рис. 3.2. Схема устройства кессона с поверхности Рис. 3.1. Схема опускного колодца земли: 1 — шлюзовой аппарат; 2 — гидроизоляция;
3 — надкессонное строение; 4 — кессонная камера
3.2. Методы расчета свайных фундаментов по первой и второй группам предельных состояний
Расчет свайных фундаментов и их оснований должен быть выполнен в соответствии с ГОСТ 27751.2014 по предельным состояниям:
–первой группы;
–второй группы.
Сваи по условиям работы в грунте (в зависимости от свойств грунтов, залегающих под нижним концом) подразделяются на сваи-стойки и висячие сваи. Сваи, которые передают нагрузку нижним концом на скальные или практически несжимаемые грунты, относят к сваямстойкам. Силы трения грунта по боковой поверхности свай-стоек при расчете их несущей способности не учитываются.
Сваи, погруженные в сжимаемые грунты, относят к висячим. Висячие сваи передают нагрузку на грунт боковой поверхностью и нижним концом. Висячие сваи должны прорезать слабые грунты и заглубляться в малосжимаемые на величину не менее:
–0,5 — в крупнообломочные грунты и пески крупные и средней крупности, а также в глинистые с показателем текучести IL ≤ 0,1;
–1,0 м — в прочие виды нескальных грунтов.
25
Последовательность расчета фундаментов из забивных свай по несущей способности грунта основания
1.Необходимо подобрать длину и сечение сваи исходя из инженерно-геологических условий площадки строительства, величины нагрузок, конструктивных особенностей здания или сооружения.
2.Определить глубину заложения ростверка (см. практическое занятие 1).
3.Разместить конструкцию свайного фундамента на инженерно-геологическом разрезе.
4.Определить несущую способность сваисогласноформулам (7.5) и (7.8) СП 24.13330.2011:
– для сваи-стойки:
Fd = γc R A; |
(3.1) |
– для висячей забивной сваи: |
|
Fd = γc (γcR R A +u∑γcf fi hi ). |
(3.2) |
5. Найтирасчетную нагрузку, передаваемую на сваю согласноформуле (7.2) СП 24.13330.2011:
|
γ0 Fd |
|
(3.3) |
|||
N ≤ γn γk . |
||||||
|
||||||
6. Установить количество свай в ростверке: |
|
|||||
n = |
NI |
, |
(3.4) |
|||
N |
|
|||||
где NI — расчетная нагрузка по первому предельному состоянию.
7.Определить размеры ростверка в плане. Минимальное расстояние между осями висячих забивных свай принимается не менее трех диаметров или сторон поперечного сечения сваи.
8.Найтифактическую расчетную нагрузку на сваю согласно формуле (7.3)СП 24.13330.2011:
|
Nd |
|
M x y |
|
M y x |
(3.5) |
|
N = |
|
± |
|
± |
|
. |
|
n |
∑yi2 |
∑xi2 |
|
||||
|
|
Пример |
|
||||
|
|
Рассчитать свайный фундамент по несущей способ- |
|||||
|
ности грунта основанияпод центральную кирпичную стену |
||||||
|
толщиной 380 мм трехэтажного здания (рис. 3.3). |
|
|||||
|
|
Грунтовые условия: ИГЭ-1 — насыпной грунт, |
|||||
|
мощность слоя 1,0м; ИГЭ-2 — супесь пластичная, IL = 0,4, |
||||||
|
мощность слоя 3,2 м; ИГЭ-3 — суглинок полутвердый, |
||||||
|
IL = 0,2, мощность слоя 6,0 м. |
|
|||||
|
|
Расчетная нагрузка на отметке ростверкаNI = 290 кН/м. |
|||||
|
|
1. Принимаем сваю С6-30. |
|
||||
|
|
2. Принимаем ростверк высотой 300 мм, отметка |
|||||
|
ростверка размещена на уровне –0,5 м. Так как отметка |
||||||
|
природного рельефа находится науровне –1,0 м, ростверк |
||||||
|
можно устроить после выполнения подсыпки под пол. |
||||||
|
|
3. Принимаем шарнирную заделку сваи в ростверк. |
|||||
|
Длина сваи ниже подошвы ростверка: lсв/ = 6,0 – 0,1 = 5,9 м. |
||||||
|
|
Верхняя часть сваи (h1 = 0,5 м и h2 = 1,0 м) находится |
|||||
|
в грунтах, которые не учитываются при определении |
||||||
Рис. 3.3. Схема к расчету |
несущей способности сваи. Для определения несущей |
||||||
свайного фундамента |
способности сваи учитывается только часть сваи, нахо- |
||||||
под кирпичную несущую стену |
дящаяся в ИГЭ-2 и ИГЭ-3. |
|
|||||
26
4.Так как мощность ИГЭ-2 составляет 3,2 м, товысоту разбиваем на две части (h3 = 2,0 м и h4 = 1,2 м) согласно примечанию 2 табл. 7.3 СП 24.13330.2011.
5.Свая заглублена в ИГЭ-3 на величину h5 = 1,2 м.
6.Определяем площадь поперечного сечения сваи: А = 0,09 м2 и периметр: u = 1,2 м;
принимаем γс = 1; согласно табл. 7.4 СП 24.13330.2011 γсR = 1, γсf = 1.
7.Определяем расчетное сопротивление грунта под нижним концом сваи интерполяцией согласно табл. 7.2 СП 24.13330.2011: R = 4060 кПа.
8.По интерполяции согласно табл. 7.3 СП 24.13330.2011 находим:
h3 |
= 2,0 м; |
z3 |
= 2,0 м; |
f3 |
= 21 кПа; |
h4 |
= 1,2 м; |
z4 |
= 3,6 м; |
f4 |
= 26,2 кПа; |
h5 |
= 1,2 м; |
z5 |
= 4,8 м; |
f5 |
= 55,4 кПа. |
9. Несущая способность сваи определяется по формуле (3.2):
Fd =1 (1 4060 0,09 +1,2 (1,0 21 2 +1,0 26,2 1,2 +1,0 55,4 1,2)) = 533,3 кПа.
10. Расчетная нагрузка на сваю согласно формуле (3.3) составит
N=1,151 533,31,4 =331,24 кН.
11.Определяем расстояние между сваями: 331,24 / 290 = 1,14 м. Принимаем расстояние между осями свай равным 1,1 м (рис. 3.4). Тогда количество свай составит
n = 1 пог. м / 1,1 = 0,91 сваи/пог. м.
Рис. 3.4. Схема расположения свай в ростверке
12. Так как ширина стены 0,38 м, то принимаем ширину ростверка 0,4 м и высоту 0,3 м. Вес ростверка, пола и грунта до отметки 0,000 равен:
G = 0,4 0,3 1 24 + 2 0,1 0,2 22 + 0,2 0,5 18 = 5,56 кН. 13. Фактическая расчетная нагрузка на сваю составит
Nф = (290 + 1,2 5,56) / 0,91 = 326 кН < 331,24 кН.
Условие расчета по группе I предельных состояний выполнено.
3.3. Практические методы расчета конечных деформаций оснований свайных фундаментов
Расчет осадок свайных фундаментов (расчет по второй группе предельных состояний) допускается выполнять с использованием расчетных схем, основанных на модели грунта как линейно-деформируемой среды, при обязательном выполнении условия (3.3).
27
Осадка малой группы (n ≤ 25) висячих свай (свайного куста) рассчитывается в соответствии с п. 7.4.4 и 7.4.5 СП 24.13330.2011 по методике, учитывающей взаимное влияние свай в кусте. Осадка большой группы висячих свай (свайного поля) может быть определена с использованием модели условного фундамента на естественном основании в соответствии с 7.4.6–7.4.9 СП 24.13330.2011.
Согласно СП 50-102-2003 осадка фундамента из висячих свай может быть определена как осадка условного фундамента (рис. 3.5) на естественном основании.
Рис. 3.5. Схемы условных фундаментов для расчета по второй группе предельных состояний:
а— для вертикально погруженных свай; б — для наклонно погруженных свай;
в— при наличии слабых грунтов в пределах длины сваи
Для случая а границами условного фундамента являются:
–снизу плоскость БВ, которая проходит через нижние концы свай;
–по бокам плоскости АБ и ГВ, которые находятся на расстоянии с = h tg(φII,mt /4);
–сверху поверхность планировки грунта АГ.
Усредненное значение угла внутреннего трения φII,mt определяем по формуле
ϕII,mt = |
∑ϕII,i |
, |
(3.6) |
∑hi |
|
где φII,i — расчетные значения углов внутреннего трения для отдельных пройденных сваями слоев грунта толщиной hi, град.;
hi — глубина погружения свай в грунт, м.
Для случая б границами условного фундамента являются плоскости АБ и ГВ, которые проходят через концы наклонных свай.
Для случая в, если в пределах длины сваи залегают слои ила или торфа толщиной более
300мм, границами условного фундамента являются:
–снизу плоскость БВ, которая проходит через нижние концы свай;
–по бокам плоскости АБ и ГВ, которые находятся на расстоянии с/ = hmt tg(φII,mt /4);
–сверху поверхность планировки грунта АГ.
28
Границы условного фундамента свайного поля (при количестве свай более 25) определяют следующим образом (рис. 3.6).
а |
б |
Рис. 3.6. Определение границ условного фундамента при расчете осадки свайного поля: а — для вертикально погруженных свай; б — для наклонно погруженных свай (а — шаг свай)
Расчет осадок свайного фундамента как условного массивного (рис. 3.7) выполняется методом послойного суммирования, что и расчет фундамента мелкого заложения.
Осадку ленточных свайных фундаментов допускается определятьв соответствии с прил. Ж
СП 50-102-2003.
Однако осадка ленточного свайного фундамента может также определяться методом послойного суммирования (см. практическое занятие 2) как для кустов свай, принимая соотношение сторон условного ленточного фундамента в плане, ширина bу которого определяется в соответствии со схемой а рис. 3.5, n ≥ 10.
Рис. 3.7. Схема к определению осадок куста свай как условного массивного фундамента методом послойного суммирования
29