Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Расчет оснований и фундаментов. Учебное пособие
.pdf
51
Рис. Расчетные схемы передачи нагрузок свайными фундаментами на
основание (окончание)
2. Расчет взаимодействия свай в свайном фундаменте
Для учета взаимодействия свай в свайном фундаменте (рис.) разработана методика расчета, в соответствии с которой расчетная несущая
способность сваи определяется по формуле:
(50)
где - коэффициенты, соответственно учитывающие увеличение
расчетного сопротивления под нижним концом сваи в результате
уплотнения грунтов и уменьшения расчетного сопротивления на боковой поверхности сваи в результате совместной работы свай в кусте.
Значения коэффициентов и
в зависимости от числа свай и
относительной глубины погружения l/d (для расстояния между сваями ≤
3d) приведены в таблице 35.
52
При расчете свайного фундамента на внецентренную нагрузку не-
сущей способности сваи в кусте для свай, расположенных в крайнем
ряду (в направлении момента), с учетом коэффициентов
расчете свайного фундамента на центральную нагрузку несущая способность сваи в кусте определяется с учетом средних коэффициентов
и
.
3. Учет снижения несущей способности свай в сейсмических районах
Расчет свайных фундаментов сооружений в сейсмических райо-
нах производится на основе сочетания нагрузок (включая сейсмические)
и предусматривает:
а) определение несущей способности свай на вертикальную
нагрузку;
б) проверку сечения сваи по сопротивлению материала;
в) проверку прочности грунта по условию ограничения давления,
оказываемого на грунт боковыми поверхностями сваи.
Несущая способность сваи
, тс, висячей забивной сваи, работа-
ющей на осевую сжимающую нагрузку, с учетом сейсмических воздействий, может быть определена по формуле:
и
, при
где
,
- коэффициенты условий работы, учитывающих влияние
(51)
колебаний на напряженное состояние грунта под нижним концом и на
боковой поверхности свай в j–м слое;
- толщина j-го слоя грунта, соприкасающегося с боковой по-
верхностью сваи, м;
- учитывается только с глубины
- коэффициент упругой деформации; h – глубина
, при h ≥ 5,0 м,
погружения сваи в грунт в м.
53
2
3
4
h, м
ср
′
кр
′
ср
′
кр
′
ср
′
кр
′
ср
′
кр
′
ср
′
кр
′
ср
′
кр
′
4
0,17
0,17
0,71
0,71
0,185
0,185
0,68
0,68
0,195
0,195
0,68
0,68 5 0,19
0,17
0,68
0,71
0,21
0,19
0,65
0,67
0,22
0,21
0,62
0,66
6
0,24
0,22
0,635
0,67
0,26
0,24
0,615
0,63
0,28
0,26
0,575
0,62 7 0,26
0,22
0,595
0,66
0,29
0,26
0,565
0,625
0,315
0,28
0,54
0,61
8
0,275
0,23
0,575
0,66
0,305
0,26
0,54
0,62
0,33
0,28
0,51
0,6 9 0,325
0,3
0,525
0,57
0,36
0,34
0,495
0,53
0,39
0,37
0,46
0,52
10
0,325
0,25
0,525
0,64
0,36
0,29
0,495
0,6
0,39
0,32
0,46
0,58
11
0,33
0,24
0,515
0,64
0,365
0,29
0,48
0,6
0,4
0,32
0,45
0,58
12
0,39
0,34
0,47
0,56
0,43
0,39
0,44
0,51
0,475
0,42
0,4
0,5
13
0,39
0,32
0,455
0,56
0,43
0,37
0,42
0,52
0,475
0,4
0,385
0,5
15
0,42
0,32
0,43
0,54
0,475
0,37
0,395
0,5
0,53
0,42
0,36
0,49
16
0,46
0,4
0,41
0,5
0,525
0,47
0,37
0,46
0,59
0,52
0,34
0,44
17
0,465
0,38
0,405
0,52
0,53
0,46
0,365
0,47
0,6
0,5
0,33
0,45
18
0,47
0,35
0,4
0,54
0,54
0,43
0,36
0,5
0,605
0,48
0,325
0,48
20
0,51
0,43
0,37
0,49
0,59
0,5
0,33
0,45
0,665
0,57
0,3
0,43
22
0,525
0,4
0,36
0,51
0,605
0,47
0,32
0,475
0,685
0,545
0,285
0,44
Таблица 35
Значения коэффициентов и
Расчет-
ная сей-
смич-
ность
зданий и
сооруже-
ний,
баллы
Коэффициенты условий работы
и
L
Твердой и
полутвердой
Тугопластичной
Мягкопластичной
*
Текучепластичной
*
7
0,97
0,92
0,86
0,73
8
0,92
0,87
0,82
0,68
9
0,87
0,82
0,72
0,60
грунта на боковой поверхности сваи.
где K – коэффициент пропорциональности (в тс/м4), характеризующий
грунт как деформируемую среду, принимаемый от вида грунта, окружающего сваю, в соответствии СНиП 2.02.03-85 (приложение 1). Для
просадочных грунтов природной влажности K принимается как для
твердых глин и суглинков. При возможности замачивания верхних слоев грунта указанные значения предварительных расчетов уменьшаются
в 4 раза и уточняются по результатам испытаний;
ном расчете свай , а при расчете по первой стадии
воздействия при интенсивности =9 баллов, достигает 2040%. Осо-
бенно существенно сказывается сейсмовоздействие на несущей способности свай, находящихся в грунтах со степенью влажности Sr ≥ 0,8.
54
Таблица 36
Значения коэффициентов условий работы
Примечание. Графы, обозначенные *, относятся только к сопротивлению
Величина коэффициента упругой деформации α в м
(52)
где - диаметр или сторона сваи, м;
- коэффициент условий работы, принимаемый при двухстадий-
.
Снижение несущей способности свай, в результате сейсмического
55
Глубина погружения
нижнего конца сваи,
м
Расчетное сопротивление под нижним концом забивных свай,
погруженных без выемки грунта R, тс/м
2
песчаных грунтов средней плотности
мелких
пылеватых
средней крупности
3
185
95
285
4
197
101
301
5
205
105
320
4. Забивные сваи в водонасыщенных песчаных грунтах
На постоянных водотоках толщи мелких и пылеватых песков ни-
же дна котлована обычно составляют 8-15 м. Стремятся сваи опирать на
глинистые грунты, если они залегают на глубине не более 12-15 м от
дна котлована. Но боковая поверхность на 70-90% свай располагается в
мелких и пылеватых песках, что характерно, например, для мостовых
сооружений на реках г. Астрахани, Юга Украины, Белгородской области и инженерных сооружений на Каракумском канале, на участке его
трассы, расположенной в центральной части Прикопетдагской равнины.
Производственные испытания свай в г. Астрахани выполнялись
Мостопоездом № 404, на Прикопетдагской равнине трестом "Каракум-
гидрострой". Испытывались сваи сечением 0,3х0,30,4х0,4 м и круглые
м. Сваи в грунт погружались от 5 до 15 м. Строителями опреде-
лялась общая величина несущей способности свай. Всего рассмотрены
и проанализированы результаты проведенных испытаний по 84 сваям.
Использовались также результаты испытания свай, погруженных в мелкие и пылеватые пески на территории племсовхоза Саятского района
Чарджоуской области (пойменная часть реки Аму-Дарья). Уровень подземных вод залегал на глубине от 0,5 до 2 м.
Для определения несущей способности сваи по острию и боковой
поверхности, на основании статических испытаний, использовалась
методика Ф.К. Лапшина [6].
Значения расчетного сопротивления под нижним концом и боко-
вой поверхностью забивных свай, погруженных без выемки грунта,
приведены в таблицах 37 и 38.
Таблица 37
Расчетное сопротивление грунта R под нижним концом
забивных свай
56
Глубина погружения
нижнего конца сваи,
м
Расчетное сопротивление под нижним концом забивных свай,
погруженных без выемки грунта R, тс/м
2
песчаных грунтов средней плотности
мелких
пылеватых
средней крупности
7
220
113
340
10
235
120
365
15
256
145
395
Средняя глубина
расположения слоя
грунта, м
Расчетное сопротивление по боковой поверхности забивных
свай f, тс/м
2
песчаных грунтов средней плотности
мелких
пылеватых
средней крупности
3
3,3
2,35
4,5
4
3,55
2,5
4,9 5 3,75
2,7
5,15
6
3,9
2,85
5,25 8 4,08
3,03
5,70
10
4,15
3,13
6,1
12
4,55
3,38
6,7
Окончание табл. 37
Следует учитывать, что условия работы свай, погруженных в водоеме и на свободной от воды поверхности, резко отличаются, в связи с
возможностью попадания воды (в виде "смазочной" пленки) вдоль сваи
при забивке их в водоеме происходит релаксация напряжений, снижение несущей способности грунтов.
Таблица 38
Расчетное сопротивление грунта f по боковой поверхности
забивных свай
57
5. Расчет низкого свайного ростверка
Низким свайным ростверком называют свайный фундамент, в
котором плита погружена в грунт на глубину, достаточную для передачи горизонтальных сил грунту преимущественно через ее переднюю,
лобовую грань.
Если на подушку ростверка, заглубленную в грунт на величину h,
действует горизонтальная сила Hx, то по ее передней грани возникает
реактивное сопротивление грунта, в предельном состоянии равное отпору:
(53)
где – объемный вес грунта;
размер плиты ростверка в направлении, перпендикулярном дей-
ствию силы;
угол внутреннего трения.
Из формулы (53) следует выражение, определяющее минимальную глубину заложения низа плиты, при которой действующая на ростверк внешняя горизонтальная сила
может быть воспринята грунтом,
расположенным перед ее передней гранью:
.
Ростверк считается низким, если глубина заложения плиты удовлетворяет неравенству:
(54)
Коэффициент 0,7 учитывает трение по подошве плиты и другие
благоприятные факторы.
Продольные усилия в сваях низких ростверков определяются
только от внешних вертикальных сил и момента относительно подошвы
плиты ростверка; давления на грунт по подошве плиты не учитываются.
При этом предполагается, что горизонтальная нагрузка, приведенная к
подошве плиты, воспринимается окружающим плиту грунтом.
Плита ростверка считается абсолютно жесткой, что в фундаментах опор моста обычно соответствует действительности.
58
Назначение размеров низкого ростверка.
Прежде, чем рассчитывать ростверк, необходимо назначить
размеры плиты, выбрать конструкцию свай, определить их число и распределить по подошве плиты.
Размеры плиты ростверка в уровне обреза определяются размерами надфундаментной части, так же, как и в фундаментах мелкого заложения. Необходимо предварительно назначить форму и размеры фундамента и определить все силы, действующие на него, включая собственный вес и вес грунта на его уступах.
Отметка подошвы плиты назначается в зависимости от уровня
грунтовых вод, глубины промерзания грунта или глубины размыва. Подошва плиты может располагаться как ниже поверхности земли, так и
выше ее. В пучинистых грунтах – глинистых, суглинистых и пылеватых
песках – подошва должна быть выведена из зоны промерзания грунта с
запасом не менее 0,25 м. В крупнообломочных грунтах, а также крупных и среднезернистых песках, не подверженных пучению, плиту ростверка можно располагать независимо от глубины промерзания. Плита в
плане имеет размеры, превышающие размеры надфундаментной части.
Если плита выполняется из неармированного бетона, ее развитие не
должно выходить за пределы наклонной линии, проведенной под углом
α = 30° к вертикали из крайней точки надфундаментной части. При несоблюдении этого условия плиту необходимо армировать и рассматривать как гибкую конструкцию, лежащую на сваях. Окончательно размеры подошвы плиты уточняются в зависимости от числа свай и размещения их в плане.
При назначении глубины погружения свай следует руководствоваться тем, что сваями по возможности должны быть пройдены слабые
слои грунтов, и концы их погружены в плотные грунты с большим лобовым сопротивлением. Если скальные грунты залегают на глубине до
12-16 м, то выгодно сваи опирать на скалу, полностью используя их
несущую способность как свай-стоек. При этом экономически целесообразно уменьшать число свай за счет увеличения их поперечного сечения.
59
При висячих сваях, погруженных в грунты более или менее однородной плотности, также следует стремиться к уменьшению их числа.
Для этого или применяют длинные сваи, или прибегают к сваям с уширенным нижним концом: камуфлетным, винтовым, буровым. Во всех
случаях необходимо стремиться к тому, чтобы несущая способность
свай как по грунту, так и по стволу, была использована полностью.
Назначив размеры подошвы плиты ростверка и выбрав тип свай,
приступают к определению их числа и размещению в плане. Предположим, что на ростверк в плоскости ZOX действует вертикальная P и горизонтальная H силы и момент My (рис.). Эти силы приведены к началу
координат, расположенному в центре тяжести подошвы плиты.
Если бы свай не было, то под подошвой плиты от вертикальной
силы и момента возникли бы давления на грунт, эпюра которых имеет
вид трапеции с наибольшей и наименьшей ординатами:
где – размер подошвы плиты вдоль оси OX;
– размер подошвы в направлении, перпендикулярном к оси OX.
В свайном фундаменте эта эпюра должна быть полностью воспринята сваями.
Задавшись типом свай, глубиной погружения и размерами ствола
и определив их несущую способность по грунту, находим ориентировочное число свай:
, (55)
. (56)
Здесь - коэффициент, учитывающий неравномерность эпюры
давления: если эпюра прямоугольная, т.е.
, то , если
эпюра трапецеидальная (что всегда будет при μ≠0), то принимают
равным от 1,1 до 1,3 в зависимости от степени неравномерности эпюры.
Полученное количество свай должно быть распределено по подошве ростверка. Наиболее рациональное размещение будет то, при
котором все сваи будут испытывать одинаковые давления, равные или
близкие
.
60
В направлении, перпендикулярном к оси OX, ряды свай размещают с равным шагом. Задавшись расстоянием C между рядами свай
(рис.), находим число рядов в направлении стороны :
число
должно быть ближайшим меньшим целым числом.
Полученное число рядов следует уточнить, разместив их на длине
так, чтобы были удовлетворены требования технических условий в
отношении минимальных расстояний между сваями и между крайними
сваями и гранью плиты ростверка (≥ 0,25 м); одновременно с этим
уточняется размер .
Число свай в ряду (в направлении стороны ) будет
Это количество свай следует разместить так, чтобы на каждую
сваю приходилось одинаковое давление. Для этого необходимо разбить
эпюру (ток) давлений σ и
каждой части поместить свою. Это делается следующим графическим
построением.
Продолжив стороны трапецеидальной эпюры давлений до пересечения, получим точку C. На отрезке CB, как на диаметре, строим полуокружность и радиусом CA засекаем на ней точку A
пендикуляр на CB, получаем точку A1 и делим отрезок A
частей (рис.).
равновеликих частей и в центре тяжести
; (57)
. (58)
′
; опустив из
B на
1
пер-
равных
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]