Расчет и конструирование фундаментов для промышленного комплекса. Учебно-методическое пособие
.pdfкамуфлетного уширения по его наибольшему диаметру, или по площади сваиоболочки нетто;
u – наружный периметр поперечного сечения ствола сваи, м;
fi |
– |
расчётное сопротивление |
i -го слоя грунта основания на боковой |
|||||
поверхности |
сваи, |
кПа, |
принимаемое |
по табл. 9 (по |
таблице 7.3 |
|||
СП 24.133330.2011 «Свайные фундаменты»); |
|
|
||||||
hi |
– |
толщина |
i -го |
слоя |
грунта, |
соприкасающегося |
с боковой |
|
поверхностью сваи, м; |
|
|
|
|
|
|||
γ cR , |
γ cf |
– коэффициенты условий работы грунта соответственно под |
||||||
нижним концом и на боковой поверхности сваи, учитывающие влияние способа погружения сваи на расчётные сопротивления грунта и принимаемые по таблице 7.4 СП 24. 133330.2011 «Свайные фундаменты».
Расчётное сопротивление несущей способности сваи в составе фундамента по несущей способности грунтов основания следует определять по формуле:
|
F f = |
γ 0 Fd |
|
|
|
γ nγ k , |
(1.36) |
||
|
d |
|||
|
|
|
|
|
где F d |
– нормативная несущая способность сваи, кН; |
|
||
γ 0 |
– коэффициент условий |
работы, учитывающий |
повышение |
|
однородности грунтовых условий при применении свайных фундаментов,
принимаемый равным γ 0 |
= 1 при односвайном фундаменте и γ 0 = 1,15 при |
кустовом расположении свай; |
|
γ n – коэффициент |
надёжности по назначению (ответственности) |
сооружения, принимаемый равным 1,2; 1,15 и 1,10 соответственно для сооружений I, II и III уровней ответственности;
γ к – коэффициент надёжности по грунту, принимаемый равным:
1,2 – если несущая способность сваи определена по результатам полевых испытаний статической нагрузкой;
1,25 – если несущая способность сваи определена расчётом по результатам статического зондирования грунта или по результатам динамических испытаний сваи, выполненных с учётом упругих деформаций грунта, а также по результатам полевых испытаний грунтов эталонной сваей или сваей зондом;
21
1,4 – если несущая способность сваи определена расчётом, в том числе по результатам динамических испытаний свай, выполненных без учёта упругих деформаций грунта.
|
|
|
|
|
|
|
Таблица 8 |
||
Расчетные сопротивления под нижним концом забивных свай |
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Глубина |
Расчетные сопротивления под нижним концом забивных свай, |
|
|||||||
погруже- |
|
|
|
R, кПа, |
|
|
|
|
|
ния |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
песчаных грунтов средней плотности |
|
|
||||||
нижнего |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
гравелистых |
крупных |
- |
средней |
мелких |
|
пылеватых |
- |
||
конца |
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
||
сваи, м |
|
|
|
крупности |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
пылевато-глинистых грунтов при показателе текучести IL ,равном |
|||||||||
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
0,1 |
0,2 |
0,3 |
0,4 |
|
0,5 |
0,6 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
7500 |
6600 |
3000 |
3100 |
2000 |
|
1100 |
600 |
|
|
|
4000 |
|
2000 |
1200 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4 |
8300 |
6800 |
3800 |
3200 |
2100 |
|
1250 |
700 |
|
|
|
5100 |
|
2500 |
1600 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
5 |
8800 |
7000 |
4000 |
3400 |
2200 |
|
1300 |
800 |
|
|
|
6200 |
|
2800 |
2000 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
7 |
9700 |
7300 |
4300 |
3700 |
2400 |
|
1400 |
850 |
|
|
|
6900 |
|
3300 |
2200 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
10 |
10 500 |
7700 |
5000 |
4000 |
2600 |
|
1500 |
900 |
|
|
|
7300 |
|
3500 |
2400 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
15 |
11 700 |
8200 |
5600 |
4400 |
2900 |
|
1650 |
1000 |
|
|
|
7500 |
|
4000 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
20 |
12 600 |
8500 |
6200 |
4800 |
3200 |
|
1800 |
1100 |
|
|
|
|
|
4500 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
25 |
13 400 |
9000 |
6800 |
5200 |
3500 |
|
1950 |
1200 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
30 |
14 200 |
9500 |
7400 |
5600 |
3800 |
|
2100 |
1300 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
35 |
15 000 |
10 000 |
8000 |
6000 |
4100 |
|
2250 |
1400 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
22
Таблица 9
Расчетные сопротивления по боковой поверхности забивных свай
Средняя |
Расчетные сопротивления на боковой поверхности забивных свай, |
||||||||||
глубина |
|
|
|
fi, кПа, |
|
|
|
|
|
|
|
располож |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
песчаных грунтов средней плотности |
|
|
|
|||||||
ения |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Крупных и |
|
Пылев |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
слоя |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
средней |
мелких |
- |
|
- |
- |
|
- |
- |
- |
||
грунта, м |
атых |
|
|
||||||||
крупности |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
пылевато-глинистых грунтов при показателе текучести IL , равном |
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0,2 |
0,3 |
0,4 |
0,5 |
|
0,6 |
0,7 |
|
0,8 |
0,9 |
1,0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
35 |
23 |
15 |
12 |
|
8 |
4 |
|
4 |
3 |
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
42 |
30 |
21 |
17 |
|
12 |
7 |
|
5 |
4 |
4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
48 |
35 |
25 |
20 |
|
14 |
8 |
|
7 |
6 |
5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4 |
53 |
38 |
27 |
22 |
|
16 |
9 |
|
8 |
7 |
5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
5 |
56 |
40 |
29 |
24 |
|
17 |
10 |
|
8 |
7 |
6 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
6 |
58 |
42 |
31 |
25 |
|
18 |
10 |
|
8 |
7 |
6 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
8 |
62 |
44 |
33 |
26 |
|
19 |
10 |
|
8 |
7 |
6 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
10 |
65 |
46 |
34 |
27 |
|
19 |
10 |
|
8 |
7 |
6 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
15 |
72 |
51 |
38 |
28 |
|
20 |
11 |
|
8 |
7 |
6 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
20 |
79 |
56 |
41 |
30 |
|
20 |
12 |
|
8 |
7 |
6 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
25 |
86 |
61 |
44 |
32 |
|
20 |
12 |
|
8 |
7 |
6 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
30 |
93 |
66 |
47 |
34 |
|
21 |
12 |
|
9 |
8 |
7 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
35 |
100 |
70 |
50 |
36 |
|
22 |
13 |
|
9 |
8 |
7 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1,4 (1,25) – для фундаментов опор мостов при низком ростверке, на висячих сваях (сваях трения) и сваях стойках, а при высоком ростверке – только при сваях-стойках, воспринимающих сжимающую нагрузку независимо от числа свай в фундаменте.
23
Количество свай в ростверке |
(на 1 п. м. |
ленточного ростверка или |
|
в отдельно стоящем ростверке под колонну) определяется по формуле: |
|||
n = |
Fvo1 |
|
|
|
, |
(1.37) |
|
F f |
|||
|
d |
|
|
где Fvo1 – расчётная нагрузка, действующая на обрез ростверка;
Fdf – расчётная несущая способность сваи.
Нагрузку, приходящуюся на одну сваю с учётом веса ростверка и грунта обратной засыпки на его поверхности, следует определять по формуле:
N01 = |
Fvo1 + Gрост.,гр. |
. |
(1.38) |
|
|||
|
n |
|
|
Нагрузка на сваю от веса здания или сооружения, с учётом веса ростверка и грунта обратной засыпки на нём не должна превышать расчётного сопротивления несущей способности одной сваи в составе фундамента:
|
|
|
|
|
|
|
F f ≥ N |
01 . |
|
|
|
(1.39) |
|
|
|
|
|
|
|
|
d |
|
|
|
|
||
Расчётную |
нагрузку |
на |
сваю, |
воспринимающую |
вертикальные |
||||||||
и горизонтальные |
нагрузки |
и изгибающие моменты, следует |
определять |
||||||||||
по формуле: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
N = |
Nd |
± |
M x y |
± |
M y x |
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
, |
|
(1.40) |
|||||
|
|
|
n |
yi2 |
xi2 |
|
|||||||
где Nd – расчётная сжимающая сила, кН(тс); |
|
|
|
|
|
||||||||
M x , |
M y |
– |
расчётные |
изгибающие |
моменты, |
кН м(тс м) , |
|||||||
относительно главных центральных осей |
x |
и |
y плана свай |
в плоскости |
|||||||||
подошвы ростверка; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
n – число свай в фундаменте; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
xi , yi |
– расстояние от главных осей до оси каждой сваи, м; |
|
|||||||||||
x , y |
– расстояние от главных осей до оси каждой сваи, |
для которой |
|||||||||||
вычисляется расчётная нагрузка, м.
24
Расчет основания свайного фундамента по деформациям
Расчет свайного фундамента по деформациям производится как расчёт условного массивного фундамента на естественном основании, размеры которого определяются следующим образом (см. рис. 3):
•снизу – плоскостью АБ, проходящей через нижние концы свай;
•с боков – вертикальными плоскостями АВ и БГ, отстоящими от осей крайних рядов вертикальных свай на расстоянии 0,5 шага свай;
•сверху – поверхностью планировки грунта ВГ.
Рис. 3. Определение границ условного фундамента при расчете осадки свайного фундамента
Расчётное сопротивление грунта основания под подошвой условного фундамента вычисляется по формуле:
R = |
γ c1γ c 2 |
′ |
k |
[M γ kz BМ γ II + M qγ II dМ + M cCII ], |
|
|
|
где γ с1 и γ с2 – коэффициенты условий работы, принимаемые равными 1,0; k – коэффициент надежности, принимаемый равным 1,0;
M γ , M с и M q – коэффициенты, принимаемые по таблице (5);
25
kz – коэффициент, принимаемый равным 1,0; BМ – ширина подошвы условного фундамента;
γ II – осреднённое расчётное значение удельного веса грунтов, залегающих ниже подошвы фундамента;
γ ′ |
– осреднённое значение удельного веса грунта, залегающего выше |
II |
подошвы фундамента, если свая располагается как в верхнем, так и в нижнем слоях грунтов, то значение удельного веса рассчитывается по формуле:
γ ′ |
= γ |
ср |
= γ 1h1 |
+ γ 2h2 |
; |
II |
|
h1 |
+ h2 |
||
|
|
|
|
сII – расчетное значение удельного сцепления грунта, залегающего под подошвой фундамента, кПа (т/м2);
dМ – глубина заложения подошвы условного фундамента от уровня планировки DL.
Давление под подошвой условного фундамента вычисляется по формуле:
P |
= |
Fvo 2 |
+ Gфунд.гр. |
. |
02 |
|
|
А |
|
|
|
|
|
После вычисления давления под подошвой условного фундамента
необходимо выполнить следующее условие:
P ≤ R .
Расчет осадки условного фундамента производят методом послойного суммирования деформаций линейно-деформируемого основания с условным ограничением сжимаемой толщи (см. СП 22.13330.2011 – «Основания зданий и
сооружений»). Вертикальное нормальное напряжение σ zp , определяющее
деформации и глубину сжимаемой толщи, подсчитывается только от действия нагрузки, приложенной к свайному фундаменту, т.е. вес грунта в пределах условного фундамента не учитывается. При этом должно выполняться следующее условие:
S ≤ Su ,
где Su – предельное значение совместной деформации основания и сооружения (для заданных схем сооружений Su = 8см ).
26
ЧАСТЬ II
ПРИМЕР РАСЧЕТА
Вычислим физико-механические характеристики основания
1. Плотность сухого грунта:
|
|
|
|
ρ d |
= |
|
|
ρ |
|
, г/ см3 . |
||
|
|
|
|
1 |
+ W |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
Слой № 1: ρ d |
= |
|
|
1,92 |
|
|
= 1,52 |
г/ см3 . |
||||
1 |
+ 0,26 |
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
Слой № 2: ρ d |
= |
|
|
1,98 |
|
|
= 1,72 |
г/ см3 . |
||||
1 |
+ 0,15 |
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
2.Удельный вес грунта природного сложения:
γ= gρ , кН / м3 .
Слой № 1: γ = 9,81×1,92 = 18,83 кН / м3 . Слой № 2: γ = 9,81×1,98 = 19,42 кН / м3 .
3. Удельный вес твёрдых частиц:
γ s = gρ s , кН / м3 .
Слой № 1: |
γ s = 9,81× 2,7 = 26,49 |
кН / м3 . |
Слой № 2: |
γ s = 9,81× 2,67 = 26,19 |
кН / м3 . |
4. Удельный вес сухого грунта:
γ d = gρ d , кН / м3 .
Слой № 1: |
γ d = 9,81×1,52 = 14,91 |
кН / м3 . |
Слой № 2: |
γ d = 9,81×1,72 = 16,87 |
кН / м3 . |
5. Пористость:
n = 1− ρ d .
ρ s
Слой № 1: n = 1 − 12,52,7 = 0,44 .
27
(2.1)
(2.2)
(2.3)
(2.4)
(2.5)
Слой № 2: n = 1 − 12,,7267 = 0,36 .
6. Коэффициент пористости:
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
e = |
|
n |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
. |
(2.6) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 − n |
||||||
Слой № 1: e = |
|
|
|
0,44 |
= 0,78 . |
|
|
|
|
|||||
1 − 0,44 |
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
Слой № 2: e = |
|
|
|
0,36 |
|
= 0,56 . |
|
|
|
|
||||
|
1− 0,36 |
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
7. Степень влажности: |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
SR = Wρ s . |
(2.7) |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
eρ w |
|
Слой № 1: SR |
= |
0,23 × 2,7 = 0,80 |
– влажный грунт. |
|
||||||||||
|
|
|
|
0,78 × 1,0 |
|
|
|
|
|
|
||||
Слой № 2: SR |
= |
|
0,15 × 2,67 |
= 0,71 |
– влажный грунт. |
|
||||||||
0,56 × 1,0 |
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
8. Число пластичности: |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
I p |
= WL − WP . |
(2.8) |
|||||
Слой № 1 I p = 0,33 − 0,18 = 0,15 – суглинок. |
|
|||||||||||||
Слой № 2: I p |
= 0,15 − 0,10 = 0,05 – супесь. |
|
||||||||||||
9. Показатель текучести: |
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
I L = |
W − Wp |
. |
(2.9) |
||||||
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
I P |
|
|
|
|
Слой № 1: I L |
= 0,23 − 0,18 |
= 0,3 – суглинок пластичный. |
|
|||||||||||
|
|
|
|
0,15 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Слой № 2: I L |
= 0,15 − 0,10 |
= 1,0 – супесь пластичная. |
|
|||||||||||
|
|
|
|
0,05 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
10. Коэффициент пористости при влажности на границе текучести:
eL = WL ρ s . |
(2.10) |
ρ d
28
Слой № 1: eL = |
0,33 × 2,7 = 0,59 . |
|
|
|
1,52 |
|
|
Слой № 2: eL = |
0,15 × 2,67 = 0,23 . |
|
|
|
1,72 |
|
|
11. Удельный вес насыщенного водой грунта: |
|
|
|
|
γ SAT = γ S (1− n) + nγ W , кН / м3 . |
(2.11) |
|
Слой № 1: γ SAT |
= 26,49 × (1 − 0,44) + 0,44 × 10 = 19,23 |
кН / м3 . |
|
Слой № 2: γ SAT |
= 26,19 × (1 − 0,36) + 0,36 × 10 = 20,36 |
кН / м3 . |
|
Рис. 4. Схема характерных сечений здания
Грузовая площадь для заданных сечений составит:
А1−1 = 1п.м.× |
6,0м |
= 3,0м2 . |
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
6,0 |
+ |
|
9,0 |
|
= 7,5м |
2 |
. |
|
|
|
|||
А2− 2 = 1п.м.× |
2 |
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
А3−3 |
|
4,5 |
|
6,0 |
|
|
3,0 |
|
|
3,0 |
= 15,75 м |
2 |
|
|||||||
= |
|
|
|
+ |
|
|
× |
2 |
+ |
|
|
. |
||||||||
|
|
|
||||||||||||||||||
|
|
2 |
|
2 |
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|||||
А4− 4 |
|
3,0м |
|
|
6,0 |
|
|
|
4,5 |
= 7,88 м |
2 |
|
|
|
||||||
= |
|
|
|
× |
|
|
+ |
|
|
|
|
. |
|
|
||||||
2 |
|
2 |
|
|
2 |
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
29 |
|
|
|
|
|
Таблица 10 |
|
|
Сводная ведомость физико-механических свойств грунтов |
|||
|
|
|
|
|
|
|
Инженерно- |
||
№ |
Физико-механические характеристики |
геологические |
|
|
п.п. |
элементы |
|
||
|
|
ИГЭ-1 |
ИГЭ-2 |
|
|
|
|
|
|
1 |
Мощность слоя, м |
6,0 |
не вскрыт |
|
|
|
|
|
|
2 |
Влажность W, дол. ед. |
0,23 |
0,15 |
|
|
|
|
|
|
3 |
Плотность грунта ρ, г/см3 |
1,92 |
1,98 |
|
4 |
Плотность твёрдых частиц ρs, г/см3 |
2,7 |
2,67 |
|
5 |
Плотность сухого грунта ρd, г/см3 |
1,52 |
1,72 |
|
6 |
Удельный вес частиц γs, кН/м3 |
26,49 |
26,19 |
|
7 |
Удельный вес при естественной |
18,83 |
19,42 |
|
влажности γ, кН/м3 |
|
|||
8 |
Удельный вес сухого грунта γd, кН/м3 |
14,91 |
16,87 |
|
9 |
Удельный вес с учётом взвешивающего |
- |
- |
|
действия воды γsb, кН/м3 |
|
|||
10 |
Пористость n, дол. ед. |
0,44 |
0,36 |
|
|
|
|
|
|
11 |
Коэффициент пористости e (безразмерный) |
0,78 |
0,56 |
|
|
|
|
|
|
12 |
Степень влажности Sr (безразмерный) |
0,83 |
0,71 |
|
13 |
Граница текучести WL, дол. ед. |
0,33 |
0,15 |
|
14 |
Граница пластичности WP, дол. ед. |
0,18 |
0,10 |
|
15 |
Число пластичности IP, дол. ед. |
0,15 |
0,05 |
|
16 |
Показатель текучести IL, дол. ед. |
0,3 |
1,0 |
|
17 |
Удельное сцепление С, кПа |
14,0 |
11,0 |
|
|
|
|
|
|
18 |
Расчетный угол внутреннего трения ϕ, град. |
20,0 |
19,0 |
|
|
|
|
|
|
19 |
Модуль деформации Е, кПа |
14,0 |
16,6 |
|
|
|
|
|
|
20 |
Степень неоднородности песков Сu |
- |
- |
|
21 |
Полное наименование грунтов |
Суглинок |
Супесь |
|
пластичный |
пластичная |
|
||
|
|
влажный |
влажная |
|
|
|
|
|
|
22 |
Расчётное сопротивление грунтов Ro, кПа |
213 |
270 |
|
|
30 |
|
|
|