Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Основания и фундаменты. Методическое пособие к выполнению курсового проектирования для студентов по направлению подготовки 270800.62 «Строительство» п
.pdf
Fu =0.5 A M (
)1
)(4
1
321
32
2
1
mmm
mmm
As
E
d
)1
)2(
)(8
1(
221
24
4
2
mm
m
ss
ssE
ss
ss
el
eld
el
el
, (3.6)
где - коэффициент (для железобетонных свай с наголовником равен
1,5 МПа, для деревянных свай соответственно без подбабка - 1,0 МПа, с
подбабком - 0,8 МПа); А - площадь поперечного сечения сваи; М - коэффициент (при забивке молотами ударного действия М равен 1, при вибропогружении в гравийные грунты с песчаным заполнителем - 1,3, в пески
средней крупности и крупные средней плотности и твердые супеси - 1,2, в
пески мелкие средней плотности - 1,1, в пески пылеватые средней плотности - 1,0, в супеси пластичные, суглинки и глины твердые - 0,9, в суглинки и глины полутвердые - 0,8; в суглинки и глины тугопластичные 0,7); Ed - расчетная энергия удара молота, кДж (для подвесного молота
одиночного действия Ed = 10 GН, трубчатого - 0,9 GH, штангового - 0,4
GH, где G - вес падающих частей молота, Н - высота падения) или эквивалентная расчетная энергия удара вибропогружателя (при возмущающей
силе 100 кН - 45 кДж, при 200 - 90, при 300 - 130, при 400 - 175, при 500 220, при 600 - 265, при 700 - 310 и при 800 кН – 350 кДж); Sa - действи-
тельный отказ; m1 - полная масса молота; - коэффициент восстановления
удара (при забивке свай равен 0.2, при вибропогружении - 0); m2 - масса
сваи и наголовника; m3 - масса подбабка.
Следует заметить, что применение формулы (3.6) допускается при
Sa 0,2 см. Если Sa < 0,2 см, то в проекте свайного фундамента следует
предусмотреть молот с большей энергией удара, а в случае невозможности выполнения указанного мероприятия и при наличии отказомеров,
позволяющих замерять упругий и остаточный отказы, предельное сопротивление сваи определяют по формуле
Fu =
,
где sel – упругий отказ, определяемый с помощью отказомера; - коэффициент, вычисляемый по формуле
81
)(2
4
1
21
4
hHg
mm
m
A
n
A
n
f
fp
б)
а)
2
S
3
1
S<4см
S<2см
N
F u F
u
4
5
=
,
здесь nр и nf - коэффициенты перехода от динамического (включающего
вязкое сопротивление грунта) к статическому сопротивлению (для грунта
под нижним концом сваи np =0,00025 см/кН, по боковой поверхности сваи
nf =0,025 см/кН); Аf - площадь боковой поверхности, находящейся в контакте с грунтом; т4 - масса ударной части молота; Н - высота падения
ударной части молота; h - высота первого отскока ударной части (для дизель-молотов h равна 0,5 м, для прочих - 0); g - ускорение свободного падения. Остальные обозначения те же, что и в формуле (3.6).
Метод испытания свай статической нагрузкой заключается в
приложении к свае заданных размеров статической нагрузки с замером
осадок и построением графиков зависимости «осадка - нагрузка». Нагрузка прикладывается к свае, погруженной в грунт, рекомендованным в проекте способом с помощью гидравлического домкрата 1 (рис. 3.7, а), располагаемого между сваей и упорной балкой 2, закрепленной с помощью
анкерных свай 3. В некоторых случаях для статического нагружения используют платформы с тарированным грузом.
Рисунок 3.7.- Испытание свай статической нагрузкой: а – схема испытаний;
б – график зависимости «осадка - нагрузка»; 1 - домкрат; 2 – упорная балка;
3 – анкерная свая; 4 - зависимость осадки от давления в плотных грунтах;
5 – зависимость осадки от давления в остальных случаях
82
В общем случае указанная зависимость представляет собой плав-
u
g
с
F
n
ную кривую 5 (рис. 3.7, б), состоящую из трех участков. На первом происходят в основном упругие деформации, на втором силы трения существенно возрастают и грунт начинает терять устойчивость. На третьем
участке наступает предельное состояние: происходит «срыв» сил трения
по боковой поверхности - свая задавливается в грунт, при этом график зависимости s = f(N) обращается в вертикальную линию.
Если график имеет резкий перелом (кривая 5 на рис. 3.7, б), то
нагрузку, соответствующую перелому на графике, принимают за предельное сопротивление Fy при условии, что в точке перелома осадка s 2
см. В плотных грунтах зависимость осадки от давления более плавная и
характеризуется отсутствием ярко выраженного перелома (кривая 4 на
рис. 3.7, б), в этом случае за предельное сопротивление принимают
нагрузку, под воздействием которой свая получит осадку:
s = s
, (3.7)
umt
где = 0,2 - коэффициент перехода от предельной осадки свайного фундамента сооружения к осадке отдельной сваи; s
- предельно допустимое
umt
значение осадки проектируемого здания или сооружения, установленное
строительными нормами.
Если осадка, вычисленная по формуле (3.7), оказывается более 4 см,
то за Fu следует принимать нагрузку, соответствующую осадке 4 см.
При количестве испытаний менее шести в формуле (3.5) принимают
F
= F
u,n
предельному сопротивлению сваи, при шести испытаниях и более Fun и
, т. е. нормативное значение считают равным наименьшему
u,min
принимают на основании статической обработки частных значений Fu в
соответствии с требованиями действующего ГОСТа.
Метод статического зондирования позволяет определять несущую
способность свай в результате оценки сопротивления грунта как под нижним концом сваи, так и по ее боковой поверхности. Несущую способность
g
сваи по результатам статического зондирования определяют по формуле
Fd =
83
,
где ус - коэффициент условий работы (для забивных свай
iii
hf
n
1
= 1); п- коли-
c
чество точек зондирования;
- коэффициент надежности по грунту,
g
устанавливаемый на основании статистической обработки частных значений Fu в соответствии с требованиями ГОСТа; Fu - частное значение предельного сопротивления сваи в точке зондирования.
Частное значение предельного сопротивления сваи в месте зондирования находят из выражения
Fu = RsA + fhu, (3.8)
где Rs - сопротивление грунта под нижним концом сваи, определяемое по
данным зондирования в рассматриваемой точке; А - площадь поперечного
сечения забивной сваи; f - сопротивление грунта по боковой поверхности
сваи по данным зондирования в данной точке; h - глубина погружения
сваи от поверхности грунта около нее; и - периметр поперечного сечения
ствола сваи.
Сопротивление грунта под нижним концом сваи в методе статического зондирования находят по формуле
Rs =
,
1qs
где
- переходной коэффициент (принимают по таблицам); qs - среднее
1
значение сопротивления грунта под наконечником зонда, полученное по
опытным данным на участке, расположенном в пределах одного диаметра
d выше и четырех диаметров ниже отметки острия проектируемой сваи;
при использовании квадратных или прямоугольных свай вместо d принимают сторону квадратного или большую сторону прямоугольного сечения
сваи.
Сопротивление грунта по боковой поверхности сваи по результатам
статического зондирования грунта определяют по формулам:
при использовании зондов I типа
f =
,
2fs
при использовании зондов II и Ш типов
f =
,
где
и
2
- коэффициенты, принимаемые по таблицам; fs -среднее удель-
i
ное сопротивление грунта по боковой поверхности зонда, вычисляемое
84
как частное от деления общего измеренного сопротивления по боковой
поверхности зонда на площадь его боковой поверхности в пределах предполагаемой глубины погружения сваи; fsi - среднее удельное сопротивле-
ние i-го слоя грунта по боковой поверхности зонда; h - мощность i-го слоя
грунта; h - то же, что и в формуле (3.8).
Учет отрицательного трения грунта на боковой поверхности свай.
Если в пределах длины погружаемой сваи находится слой слабого сильносжимаемого грунта, то в случае загружения поверхности грунта некоторой нагрузкой q верхний слой, залегающий над слоем слабого грунта,
будет испытывать осадку большую, чем осадка сваи, перемещаясь относительно сваи вниз. При этом трение, возникающее между боковой поверхностью сваи и грунтом верхнего слоя, будет направлено не вверх, а
вниз и станет дополнительно пригружать сваю. Такое трение, имеющее
противоположное направление, называют негативным или отрицатель-
ным.
Отрицательное трение может образовываться в следующих случаях:
при планировке территории подсыпкой, если сильносжимаемые грунты
залегают на поверхности; при загружении поверхности грунта значительной полезной нагрузкой; при искусственном или естественном водопонижении, вызывающем увеличение собственного веса грунта, а также незавершенной консолидации грунтового основания; при виброуплотнении
грунтов от движущегося транспорта и работы промышленного оборудования и, наконец, при возведении рядом со свайными фундаментами фундаментов мелкого заложения.
Если в пределах погруженной части сваи залегают напластования
торфа толщиной более 30 см, то при планировке подсыпкой или иной
нагрузке, ей эквивалентной, расчетное сопротивление грунтов по боковой
поверхности свай, расположенных выше наинизшего слоя торфа, принимают: при высоте подсыпки менее 2 м для грунтовой подсыпки и слоев
торфа - равным нулю, а для минеральных ненасыпных грунтов - положительным значением по табл. 3.3; при высоте подсыпки от 2 до 5 м для
грунтов, включая подсыпку, - равным 0,4 от значений, указанных в табл.
3.3, взятых со знаком минус, для торфа - минус 0,005 МПа; при высоте
85
подсыпки более 5 м для минеральных грунтов, включая подсыпку, - равным значениям, приведенным в табл. 3.3 со знаком минус, для торфа минус 0,005 МПа.
В случае если консолидация грунтов от подсыпки или пригрузки завершилась до начала возведения надземной части здания или если осадка
поверхности грунта, окружающего сваи, после указанного периода не будет превышать половины предельно допустимой осадки сооружения, то
сопротивление грунта по боковой поверхности сваи допускается определять без учета отрицательного трения вне зависимости от наличия или отсутствия прослоек торфа, причем для последних значение f следует принять равным 0,005 МПа.
Для одиночных свай условие расчета по первой группе предельных со-
стояний с учетом отрицательного трения принимается в следующем виде:
где Fd и
N Fd /
- то же, что и в формуле (3.2); F
k
– F0 ,
k
- расчетное значение силы от-
0
рицательного трения, определяемое по результатам полевых испытаний
или по формуле
F0 =
u
if
neg fi hi
здесь
cf
– коэффициент условий работы (для песчаных грунтов
ef
1,1, глинистых - 1,0); и - периметр поперечного сечения сваи;
, (3.9)
ef
- коэф-
neg
равен
фициент условий работы при отрицательном трении, зависящий от величины перемещения; fi - расчетное сопротивление i-го слоя оседающего
грунта по боковой поверхности сваи; hi - толщина i-го слоя грунта, соприкасающегося с боковой поверхностью сваи и расположенного в пределах
части длины сваи от уровня планирования до подошвы наинизшего слоя
слабого грунта.
При расчете свайных фундаментов из нескольких свай, при действии сил отрицательного трения их значение определяют для всего куста
сваи в целом:
F0k = U
neg hi f0i
,
где U - периметр куста, определяемый по наружным граням свай, находящихся в крайних рядах;
neg hi f0i
- то же, что и в формуле (3.9).
86
3.4. Проектирование свайного куста
Требуемое количество свай в фундаменте определяют на основании
результатов расчета на центральное или внецентренное действие внешней
нагрузки после предварительной оценки несущей способности одиночной
сваи.
Определив необходимое количество свай в фундаменте, назначают
его конструкцию, размещая сваи рядами или в шахматном порядке, при
этом расстояние между сваями должно быть не менее 3d, где d - диаметр
круглой или сторона квадратной сваи. Разместив сваи, конструируют ростверк, который обычно выполняют из монолитного или сборного железобетона.
Расчет центрально нагруженных свайных фундаментов. После
назначения глубины заложения подошвы ростверка свайного фундамента,
в котором равнодействующая внешних нагрузок проходит через его центр
тяжести, расчет начинают с выбора типа сваи, для которой с помощью
формул (3.1), (3.3) и (3.4) определяют несущую способность по грунту
или материалу в зависимости от особенностей напластования грунтов на
строительной площадке, материала и конструкции сваи. В качестве расчетного принимают наименьшее значение несущей способности.
Число свай в фундаменте определяют исходя из предположения, что
ростверк обеспечивает равномерную передачу нагрузки на все сваи, расположенные в кусте или свайном ряду. Расчет выполняют по первой
группе предельных состояний. Требуемое количество свай в фундаменте
определяют как частное от деления внешней нагрузки, действующей на
фундамент, на несущую способность выбранной одиночной сваи с приближенным учетом веса части ростверка и грунта над ним, приходящихся
на каждую сваю, по формуле
2
d
f
), (3.10)
m
где
n =
и Fd - то же, что и в формуле (3.2); N0I - расчетная нагрузка от
k
k N01
/(Fd -
веса здания или сооружения; а - шаг свай; d - глубина вложения подошвы
ростверка;
= 0,02 - расчетное значение осредненного удельного веса
m
материла ростверка и грунта, МН/м3.
87
После размещения сваи в плане в соответствии с требованиями кон-
струирования фундамента и расчета ростверка определяют нагрузку, приходящуюся на каждую сваю,
N = (N0I + NpI + NgI )/n,
где N0I – то же, что и в формуле (3.10); NpI и NgI – расчетные нагрузки от
веса ростверка и грунта; n - количество свай в фундаменте.
Фундамент считается правильно рассчитанным, если удовлетворя-
ется условие (3.2), характеризующее несущую способность из основного
условия первой группы предельных состояний. Если это условие не выполняется, то необходимо выбрать другой тип сваи, имеющий более высокую несущую способность, и повторить расчет.
Для свайных фундаментов из висячих свай необходимо еще и вы-
полнение основного требования расчета по второй группе предельных состояний (по деформациям), для фундаментов из свай-стоек этот вид расчета не требуется.
Расчет внецентренно нагруженных свайных фундаментов. Вне-
центренно нагруженным считают свайный фундамент, в котором точка
приложения равнодействующей внешних нагрузок не совпадает с центром тяжести поперечных сечений свай в кусте.
При небольших эксцентриситетах, когда краевые напряжения в
уровне подошвы ростверка подчиняются соотношению
max
1,4
min
, в
целях сокращения производства работ сваи допускается размещать равномерно. При больших эксцентриситетах у более сгруженного края фундамента устанавливают большее количество свай, смещая тем самым
центр тяжести сечения свай в кусте относительно оси симметрии и
уменьшая неблагоприятное воздействие момента.
Количество свай во внецентренно нагруженном фундаменте нахо-
дят по формуле (3.10) с увеличением его приблизительно на 20 – 25 % для
восприятия момента от внешних нагрузок.
Расчетную нагрузку, приходящуюся на одну сваю во внецентренно
нагруженном фундаменте при эксцентриситете относительно двух главных осей инерции, определяют по формуле внецентренного сжатия:
88
2
Myx / x
i
N = (N0I + NpI + NgI )/n Mxy/ y
2
, (3.11)
i
где Мх, My - моменты от расчетных нагрузок относительно главных центральных осей подошвы ростверка; х, у - расстояния от главных осей до
оси рассчитываемой сваи; хi, уi - расстояние от главных осей до оси каждой сваи.
Усилие, найденное по формуле (3.11), должно удовлетворять усло-
вию (3.2), если оно не удовлетворяется, расчет повторяют несколько раз с
помощью метода последовательных приближений.
3.5. Проектирование ростверка
Ростверк рассчитывают на продавливание сваями и опирающимися
конструкциями здания (колоннами, стенками и т. д.) в соответствии с требованиями норм проектирования железобетонных конструкций, а также
производят расчет ростверка на изгиб.
Высоту ростверка и его армирование назначают на основании результатов расчета, при этом по конструктивным соображениям его высота
должна быть равна h0 + 0,25 м, но не менее 0,3 м (h0 - высота заделки сваи
в ростверке).
Соединение свай с ростверком может быть свободным или жестким.
Свободное закрепление сваи применяют, если сваи работают в основном
на сжатие, когда же они воспринимают значительные горизонтальные или
выдергивающие нагрузки, используют жесткое закрепление головы сваи в
ростверке. При свободном соединении сваи заделывают в ростверк на высоту 5-10 см, при жестком - верхняя часть головы сваи разбивается и обнаженная арматура замоноличивается в ростверк, при этом целая часть
головы сваи заделывается в ростверк также на глубину 5-10 см. Жесткое
соединение иногда получают за счет замоноличивания целой головы сваи
в ростверк на необходимую глубину.
Расстояние от оси крайнего ряда свай до края ростверка чаще всего
принимают равным размеру поперечного сечения сваи. При жестком соединении это расстояние дополнительно уточняется по результатам расчета заделки свай.
89
По завершении конструирования производят расчет свайного фундамента, в частности уточняют усилия, действующие на сваи, и рассчитывают деформации. При необходимости в конструкцию фундамента вносят
необходимые корректировки относительно количества свай, изменения
конструкции ростверка и расчет повторяют.
3.6. Расчет по деформациям
По второй группе предельных состояний расчет выполняют только
для фундаментов из висячих свай и свай-оболочек по условию (2.9), ограничивающему развитие значительных деформаций. Свайные фундаменты, состоящие из свай-стоек, одиночные висячие сваи, воспринимающие
вне кустов вдавливающие или выдергивающие нагрузки, а также свайные
кусты, работающие на выдергивающие нагрузки, рассчитывать по деформациям не требуется.
Последовательно суммируясь по высоте висячей сваи, силы трения
вместе с усилием, возникающим под нижним концом сваи, передаются на
грунты основания, находящиеся ниже плоскости, проходящей через ее
острие. В расчетной схеме принимается, что вокруг сваи образуется
напряженный массив грунта, ограниченный по боковой поверхности усеченным конусом или пирамидой в зависимости от формы поперечного
сечения сваи, а под нижним концом сваи - выпуклой криволинейной поверхностью (рис. 3.8, а).
Для построения более простого метода расчета в проектной практике считают, что давление, передающееся на грунты оснований, залегающих ниже плоскости острия свай, распределяется равномерно, а площадь
эпюры реактивных напряжений принимают в предположении, что силы
трения передаются на плоскость, проходящую через нижние концы свай,
под углом
ср
(рис. 3.8, а). Значение
ср
=
/4 = (1/4)[(
IImt
II1l1
+
II2l2
находят из выражения
ср
+ ... +
)/(l1 + l2 + … + ln)],
IInln
где
- осредненное значение угла внутреннего трения грунтов,
IImt
прорезываемых сваей;
n
и
- соответственно угол внутреннего трения и
i
толщина i-го слоя грунта в пределах высоты сваи.
90
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]