Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Свайные фундаменты (примеры расчёта и конструирования). Учебное пособие.pdf
М
и
П
р
нво
т
ч
г
Н
А
о
о
м
т
н
г
о
т
б
У
л
о
д
х
Н
О
е
м
ж
з
«
р
ч
н
н
Б
й
л
и
Т
В
б
с
л
а
к
н
о
е
нистерство науки
Федеральное г
«Тамбовский
и высшего образ
осударственное бю
у
реждение высшего
осударственный те
В. М. АНТО
вания Российско
жетное образовате
образования
нический универс
НОВ
Федерации
ьное
тет»
СВАЙ
(
РИМЕРЫ Р
Утве
ждено Учёным с
для бакалавр
профилей «Про
и «Городское с
по
аправлению под
сстановление и
мос
ов и тоннелей», о
и изучающих
Издате
ЫЕ ФУ
СЧЁТА И К
ветом университ
в направления 08.
ышленное и гра
роительство и хо
отовки 08.05.02
ехническое прик
учающихся по о
дисциплину «Ос
чебное электрон
Тамбов
ьский центр ФГ
2019
ДАМЕН
НСТРУИРО
та в качестве уче
03.01 «Строитель
данское строите
яйство» и специ
Строительство, э
ытие автомобиль
ной и заочной ф
ования и фундам
ое издание
ОУ ВО «ТГТУ»
Ы
АНИЯ)
ного пособия
тво»
ьство»
листов
сплуатация,
ых дорог,
рме обучения
нты»
1
УДК 624.13:625(076)
ББК Н581.1я73-5
А72
Рецензенты:
Доктор технических наук, профессор кафедры «ГСиАД»
ФГБОУ ВО «ТГТУ»
А. Ф. Зубков
Кандидат технических наук, доцент,
профессор кафедры «Промышленное и гражданское строительство»
Мурманского государственного технического университета
А. А. Котов
А72 Свайные фундаменты (примеры расчёта и конструирования)
ISBN 978-5-8265-2061-1
2
Антонов, В. М.
[Электронный ресурс] : учебное пособие / В. М. Антонов. – Тамбов :
Издательский центр ФГБОУ ВО «ТГТУ», 2019. – 1 электрон. опт. диск
(CD-ROM). – Системные требования : ПК не ниже класса Pentium II ;
25,
CD-ROM-дисковод ;
с экрана.
Загл.
BN 978-5-8265-2061-1
IS
Приведены методы расчёта и проектирования свайных фундаментов в соответствии с современными нормами по предельным состояниям I и II группы. Рассмотрены вопросы определения несущей способности свай трения и
свай стоек аналитическим методом.
Предназначено для бакалавров направления 08.03.01 «Строительство»
профилей «Промышленное и гражданское строительство» и «Городское
строительство и хозяйство» и специалистов по направлению подготовки
08.05.02 «Строительство, эксплуатация, восстановление и техническое
прикрытие автомобильных дорог, мостов и тоннелей», обучающихся по очной
и заочной форме обучения и изучающих дисциплину «Основания и фундаменты».
7 Mb ; RAM ; Windows 95/98/XP ; мышь. –
УДК 624.13:625(076)
ББК Н581.1я73-5
Все права на размножение и распространение в любой форме остаются за разработчиком.
Нелегальное копирование и использование данного продукта запреще
© Федеральное государственное бюджетное
образовательное учреждение высшего образования
«Тамбовский государственный технический
университет» (ФГБОУ ВО «ТГТУ»), 2019
но.
ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ ……………………………………………………………………. 4
1. ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ И КЛАССИФИКАЦИЯ СВАЙ …………. 4
1.1. Классификация свай …………………………………………….............. 4
1.2. Область применения и маркировка свай ………………………………. 6
1.3. Классификация свайных фундаментов и ростверков ……………........ 13
1.4. Инженерно-геологические изыскания, необходимые
при проектировании и устройстве свайных фундаментов …………… 15
2. РАСЧЁТ И ПРОЕКТИРОВАНИЕ СВАЙНЫХ ФУНДАМЕНТОВ ……. 18
2.1. Определение глубины заложения подошвы ростверка ………………. 18
2.2. Расчёт свайных фундаментов по I группе предельных состояний …. 24
2.2.1. Расчёт материала сваи по прочности …………………………… 25
2.2.2. Определение несущей способности сваи по грунту
аналитическими методами ……………………………………….
26
2.2.2.1. Несущая способность сваи-стойки …………………….. 27
2.2.2.2. Несущая способность висячей сваи (сваи трения) ……. 31
2.3. Конструирование ростверка ……………………………………………. 41
2.4. Расчёт свайных фундаментов по II группе предельных состояний …. 52
2.4.1. Расчёт осадки одиночной сваи ………………………………….. 52
2.4.2. Расчёт осадки свайног
о куста …………………………………… 54
2.5. Подбор оборудования для погружения свай ………………………….. 58
ЗАКЛЮЧЕНИЕ ……………………………………………………………….. 61
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ …………………………………………………… 62
ПРИЛОЖЕНИЯ ………………………………………………………..............64
3
ВВЕДЕНИЕ
Настоящее учебное пособие составлено в соответствии с федеральным
государственным образовательным стандартом высшего образования и предназначено для студентов всех форм обучения. В пособии нашли отражение
вопросы, рассматриваемые на лекциях, практических занятиях и в курсовом
проектировании.
1. ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ И КЛАССИФИКАЦИЯ СВАЙ
Сваями называются относительно длинные, разной конфигурации
в плане конструктивные элементы, погружаемые в грунт или в нем формируемые в вертикальном или наклонном положении. Эти элементы передают
нагрузку на грунт от вышерасположенных несущих конструкций за счёт сопротивления под нижним концом и по боковым поверхностям.
По способу изготовления и погружения:
а) забивные и вдавливаемые
с частичной выемкой грунта и не заполняемые бетонной смесью (погружаемые без разбуривания или в лидерные скважины с помощью молотов, вибропогружателей, вдавливающих устройств), завинчиваемые
погружаемые в грунт путём завинчивания в сочетании с вдавливанием.
б) сваи, изготовленные в грунте
тём укладки бетонной смеси в скважины, образованные в результате принудительного вытеснения грунта; буровые, устраиваемые в грунте путём заполнения пробуренных скважин бетонной смесью или установки в них железобетонных элементов.
Набивные сваи по способу устройства подразделяют на:
набивные, устраиваемые путём погружения (забивкой, вдавливанием
или завинчиванием) инвентарных труб, с последующим извлечением этих
труб по мере заполнения скважин бетонной смесью;
набивные виброштампованные, устраиваемые в пробитых скважинах
путём заполнения скважин жёсткой бетонной смесью, уплотняемой виброштампом в виде трубы с заостренным нижним концом и закр
вибропогружателем;
набивные в выштампованном ложе, устраиваемые путём выштамповки
в грунте скважин пирамидальной или конусной формы с последующим заполнением их бетонной смесью.
Буровые сваи
по способу устройства подразделяют на:
буронабивные сплошного сечения с уширениями и без них, бетонируе-
мые в скважинах, без крепления стенок скважин или с закреплением стенок
4
1.1. Классификация свай
, погружаемые в грунт без выемки или
(винтовые сваи),
– набивные, устраиваемые в грунте пу-
епленным на ней
скважин глинистым раствором или инвентарными извлекаемыми обсадными
трубами;
баретты – буровые сваи, изготавливаемые технологическим оборудованием типа плоский грейфер или грунтовая фреза;
буронабивные с камуфлетной пятой, устраиваемые путём бурения
скважин с последующим образованием уширения;
буроинъекционные, устраиваемые в пробуренных скважинах путём нагнетания (инъекции) в них мелкозернистой бетонной смеси, а также устраиваемые по
лым шнеком; или выполняемые с уплотнением окружающего грунта путём обработки скважины по разрядно-импульсной технологии (серией
разрядов импульсов тока высокого напряжения – РИТ);
сваи-столбы, устраиваемые путём бурения скважин с уширением или
без него, укладки в них цементно-песчаного раствора и опускания в скважины цилиндрических или призматических элементов сплошного сечения;
буроопускные сваи с каму
флетной пятой, отличающиеся тем, что после
образования и заполнения камуфлетного уширения в скважину опускают
железобетонную сваю.
По характеру взаимодействия с грунтом: сваи-стойки и висячие (сваи
трения).
К сваям-стойкам следует относить сваи всех видов, опирающиеся на
скальные грунты, а забивные сваи и на малосжимаемые грунты (к малосжи-
м грунтам относятся крупнообломочные грунты с песчаным заполни-
маемы
телем средней плотности и плотным, а также глины твёрдой консистенции
в водонасыщенном состоянии с модулем деформации > 50 МПа). Сваи-
стойки передают нагрузки только нижним концом. Силы трения грунта по
боковой поверхности этих свай при расчёте не учитываются. К висячим сваям (сваям тр
ения) следует относить сваи всех видов, опирающиеся на сжимаемые грунты и передающие нагрузку на грунты основания и боковой поверхностью и нижним концом.
По материалу: железобетонные, бетонные, керамзитобетонные, деревянные, стальные – забивные, а сваи изготовленные в грунте могут быть,
кроме того, – грунтоизвестковые, грунтоцементные и грунтовые;
По способу армирования – с ненапр
ягаемой и напрягаемой продольной
арматурой; с поперечным армированием и без него;
По форме поперечного сечения – сваи квадратные, прямоугольные,
таврового и двутаврового сечений, квадратные с круглой полостью, полые
круглого сечения;
По форме продольного сечения – призматические, цилиндрические,
с наклонными боковыми гранями (пирамидальные, трапецеидальные);
По конструктивным особенностям – сваи цельные и составные
(из отдельных секций);
По конс
трукции нижнего конца – сваи с заостренным или плоским
нижним концом, или объёмным уширением.
5
Забивные сваи по ГОСТ19804–2012 [1] (табл. 1 Приложения) подразделяют на следующие типы:
С – квадратного сплошного сечения, цельные и составные, с попереч-
ным армированием ствола:
– изготовленные по серии 1.011.1-10 [2] (бывшая маркировка С)
с
ерии 3.500.1-1.93 [3];
– изготовленные по серии 1.011.1-10 [4] (бывшая маркировка СН))
ерии 3.500.1-1.93 [5];
по с
и по
и
– изготовленные по серии 1.011.1-10 [6] (бывшая маркировка СЦ));
СП – квадратного сечения с круглой полостью, цельные; СПН – то же, с
предварительно напряженной арматурой изготовленные по ГОСТ 19804.3–80 [7];
СК – полые круглого сечения диаметром 400…800 мм, цельные и составные изготовленные по серии 1.011.1-10 [8] и по серии 3.501.1-124 [9];
СО – сваи-оболочки диаметром 1000…3000 мм, цельные и составные
изготовленные по сер
ии 1.011.1-10 [8] и по серии 3.501.1-124 [9];
1СД – сваи-колонны квадратного сплошного сечения, двухконсольные, расположенные по крайним осям здания, изготовленные по ГОСТ 19804.7–83 [10];
2СД – то же, расположенные по средним осям здания.
1.2. Область применения и маркировка свай
а) забивные сваи
Сваи квадратного сплошного сечения с предварительно напрягаемой
арматурой и без предварительного напряжения (маркировка С), могут использоваться для всех зданий и сооружений, для восприятия вдавливающих,
выдергивающих и горизонтальных нагрузок. Эти сваи выполняют с поперечным армированием ствола, размерами сторон от 20×20 до 40×40 см, длиной
от 3 до 20 м пр
и любых сжимаемых грунтах, подлежащих прорезке, за исключением грунтов с твёрдыми непробиваемыми включениями. Опирание
нижних концов свай допускается на все виды грунтов, за исключением просадочных грунтов, торфов, заторфованных грунтов, слабых грунтов типа
илов, глинистых текучей консистенции и других видов сильно сжимаемых
грунтов.
В транспортном и гидротехническом строительстве (для оп
ор мостов,
причальных сооружений и т.п.) могут применяться призматические железобетонные предварительно-напряженные сваи сплошного сечения размерами
35×35 см, длиной до 20 м и 40×40 см, длиной до 25 м.
Сваи квадратного сечения с круглой полостью (маркировка СП и СПН)
и сплошные сваи без поперечного армирования (маркировка СЦ) применяют
для восприятия вдавлива
ющих нагрузок до 50 т, горизонтальных до 1,5т, при
полном их погружении или если они выступают не больше 2 м над поверхностью грунта и только внутри помещения с положительной температурой.
6
Забивные призматические предварительно-напряженные железобетонные
сваи с продольной арматурой без поперечного армирования изготавливают
сплошного сечения размерами 25×25 и 30×30 см, длиной от 3 до 12 м.
Такие сваи рекомендуется применять при прорезке песков средней
плотности и рыхлых, супесей пластичной и текучей консистенции, суглинков
и глин, кроме твёрдых и полутвёрдых, биогенных и органоминеральных
грунтов. Их не допускается пр
именять в пучинистых грунтах, если силы пучения превышают величину вертикальной вдавливающей нагрузки на сваю, и
при наличии сил выдергивающих, сейсмических.
Опирание нижних концов этих свай допускается на все виды грунтов, за
исключением скальных и вечномерзлых, просадочных, торфов, заторфованных грунтов, слабых грунтов типа илов, глинистых текучей консистенции и
угих видов сильносжимаемых грунтов. Не рекомендуется применять в ка-
др
честве опор мостов и портовых гидротехнических сооружений.
Полые круглые сваи (СК) и сваи-оболочки (СО) рекомендуется использовать в качестве безростверковых фундаментов в слабых грунтах мощностью более 12 м при передаче на сваю больших (более 10 т) горизонтальных
нагрузок. Сваи-оболочки диаметром от 80 до 1
60 см включительно, длиной
от 4 до 12 м и составные от 14 до 48 м могут опираться на любые виды грунтов, за исключением просадочных грунтов, торфов, заторфованных грунтов,
слабых грунтов типа илов, глинистых грунтов текучей консистенции и других видов сильносжимаемых грунтов.
Полые круглые сваи диаметром от 40 до 80 см могут погружаться с от-
крытым или закрыты
м нижним концом (наконечником) с использованием
для забивки молотов или вибропогружателей. Сваи-оболочки погружаются
с открытым нижним концом вибропогружателями без выемки или с выемкой
грунта (частичной или полной) из внутренней полости. Полые круглые сваи с
закрытым нижним концом (наконечником) следует применять в случае, когда
необходимо прорезать сваями слабые грунты и о
пирать их на более плотные
и прочные грунты.
В транспортном и гидротехническом строительстве могут применяться
как цельные железобетонные полые круглые сваи и сваи-оболочки, так и
составные, т.е. состоящие из отдельных секций, наращиваемых в процессе
погружения. Соединение отдельных секций указанных составных свай осуществляется с помощью сва
рных или болтовых стыков.
Сваи-колонны (маркировка СД) представляют собой разновидность забивных железобетонных свай, надземная часть которых служит колоннами
зданий (сооружений). Сваи-колонны длиной от 5 до 7,5 м сплошного квадратного сечения от 20×20 до 30×30 см рекомендуется применять для одноэтажных сельскохозяйственных и производственных зданий, а также в качестве оп
ор сооружений (технологических трубопроводов; горизонтальных
надземных резервуаров и т.п.).
7
Сваи-колонны рекомендуется применять при спокойном рельефе строительной площадки с глинистыми грунтами мягкопластичной, тугопластичной
и полутвёрдой консистенции и с песчаными грунтами средней плотности.
Применение свай-колонн не допускается, когда в пределах погружаемой части или под нижними концами их расположены слабые грунты (заторфованные и торфы, илы, глинистые текучей консистенции и др.)
либо гравелистые
пески, крупнообломочные и плотные песчаные грунты.
Не допускается использование в качестве свай-колонн предварительнонапряженных железобетонных свай с продольной проволочной арматурой,
а также предварительно-напряженных свай без поперечного армирования
с любым видом продольной арматуры.
Железобетонные и бетонные сваи следует проектировать из тяжёлого
бетона по ГОСТ 26633[11]. Сваи изготавливаются из бе
тона класса по прочности на сжатие не ниже: для свай сечением 200×250, 250×250 и 300×300 мм
длиной 3…7 м – В15; сечением 350×350 мм, длиной 4…6 м и сечением
400×400 мм, длиной 4…12 м – В20; сечением 300×300 мм длиной 8…12 м,
сечением 350×350 мм длиной 7…12 м – В20 для свай обычной ударостойкости и В25 для свай по
вышенной ударостойкости; сечением 400×400 мм длиной 13…16 м – В25 для свай обычной ударостойкости и В30 для свай повышенной ударостойкости.
Сваи длиной от 3 до 6 м изготавливают с интервалом 0,5 м, свыше – через 1 м. За длину сваи принимают длину призматической части без острия.
Так как размер сваи по дли
не тесно связан с размером поперечного сечения,
рекомендуют следующие размеры поперечного сечения в зависимости от
длины: 3…6 м – 200 мм; 4,5…6 – 250 мм; 3…12 – 300 мм; 8…16 – 350 мм;
13…16 – 400 мм. При требуемой большой длине изготавливают составные
сваи. Они состоят преимущественно из двух звеньев с различными стыками:
стаканным, коробчатым, сварным, болтовым, клеевым. Составные сваи имеют длину от 14…28 м и сеч
ение 30×30, 35×35, 40×40 см.
В массовом строительстве наиболее часто применяют сваи квадратного,
сплошного сечения, цельные с поперечным армированием ствола. По условиям погружения такие сваи длиной 7 м и более подразделяются на два вида:
обычной и повышенной ударостойкости. Необходимость применения свай
повышенной ударостойкости определяет организация, проектирующая свайные фундаменты на о
сновании инженерно-геологических изысканий, а также
пробных забивок.
Забивные сваи обозначают марками в соответствии с требованиями
ГОСТ 23009 [12]. Марка сваи состоит из буквенно-цифровых групп, разделенных дефисами.
В первой группе указывают обозначение типа сваи, её длину в дециметрах и размер стороны (диаметр) поперечного сечения в сантиметрах; для сваи
типа СД по
сле длины дополнительно указывают размер от верха сваи до её
консоли в дециметрах.
8
Во второй группе указывают: для предварительно напряженной сваи –
класс напрягаемой арматурной стали; для сваи с ненапрягаемой арматурой –
порядковый номер варианта армирования в соответствии с рабочими чертежами (табл. 2 Приложения).
В третьей группе указывают:
– для сваи типа СК или СО – наличие наконечника, обозначаемое
строчной буквой «н»;
– для составной сваи – тип стыка, об
означаемый строчными буквами:
«б» – болтовой стык, «св» – сварной стык, «с» – стаканный стык;
– для свай всех типов (при необходимости) – дополнительные характе-
ристики, отражающие особые условия применения или конструктивные особенности. Для сваи обычной ударостойкости буква «У» не проставляется.
Пример условного обозначения (марки) сваи типа С длиной 5000 мм,
размером стороны поперечного сечения 30
0 мм, с напрягаемой арматурной
сталью класса А800 (A-V): С50.30-А800.
То же типа СК длиной 14000 мм, диаметром 800 мм, третьего варианта
армирования, с болтовыми стыками: СК140.80-3-б.
Для армирования свай следует применять арматурную сталь следующих
видов и классов:
– в качестве ненапрягаемой продольной арматуры – стержневую горячекатаную арматуру периодического профиля классов А300 (A
-II) и А400 (А-III)
по ГОСТ 5781 [13], термомеханически упрочненную классов А400 (A-III) и
А600 (A-IV) по ГОСТ 10884 [14];
– в качестве напрягаемой продольной арматуры – горячекатаную и термомеханически упрочненную стержневую классов А600 (A-IV) и А800 (A-V)
по ГОСТ 5781 и ГОСТ 10884; стальные арматурные канаты 1×7 по ГОСТ
13840 [15]; высокопрочную проволоку периодического профиля класса от
Вр1200 до Вр1500 (Вр-II) по ГОСТ 734
8 [16];
– в качестве конструктивной арматуры (спирали, сетки, хомуты) – холод-
нотянутую проволоку из низкоуглеродистой стали класса В500 (B-I; Вр-I)
по ГОСТ 6727[17], стержневую горячекатаную гладкую класса А240 (А-I)
по ГОСТ 5781.
Допускается в качестве ненапрягаемой продольной арматуры применять
арматурную сталь класса А240 (А-I) по ГОСТ 5781.
Количество стержней продольной арматуры при размере поперечного сечения до 30×30
, включительно – 4 стержня, свыше – 8 стержней.
б) сваи изготовленные в грунте: буронабивные и буроопускные сваи:
Буронабивные сваи диаметром ствола от 40 до 170 см с уширениями
в нижней части до 350 см и без них, устраиваемые по различной технологии
(без крепления или с креплением стенок скважины), рекомендуются для зданий и сооружений любого назначения пр
и больших сосредоточенных вертикальных и горизонтальных нагрузках, а также на площадках со сложными
геологическими условиями строительства (табл. 3, 4 Приложения).
9
Буронабивные сваи рекомендуется применять при длине более 10 м, а
сваи меньшей длины – под лёгкие или средние нагрузки (например, для сельскохозяйственных зданий) особенно в случаях отсутствия соответствующей
производственной базы, необходимой для изготовления и применения железобетонных забивных свай. Буронабивные сваи рекомендуется также применять:
– когда необходима прорезка сваями насыпей с твёрдыми включениями
и прорезка слоёв грунта природного сложения в виде твёрдых глинистых
ил
грунтов, не позволяющих производить забивку или вибропогружение свай;
– на стеснённых площадках, где сложно транспортировать и устанавливать забивные сваи;
– вблизи существующих зданий и сооружений, в которых могут возникнуть недопустимые деформации элементов несущих конструкций или
оборудования при забивке или вибро
погружении свай.
Применение буронабивных свай наиболее целесообразно при возможности их устройства без крепления стенок скважин. Буронабивные сваи
не следует применять при наличии сильно агрессивных грунтовых или производственных вод.
Буронабивные сваи, устраиваемые без крепления стенок скважин (БСС,
для малонагруженных зданий БСС
), рекомендуется применять в случаях,
м
когда строительные площадки сложены глинистыми грунтами твёрдой, полутвёрдой и тугопластичной консистенции (в том числе глинистыми просадочными и набухающими грунтами), а горизонт грунтовых вод в период строительства расположен ниже пяты свай;
Буронабивные сваи, для устройства которых требуется крепление стенок скважин глинистым раствором (БСВ
), рекомендуется применять в слу-
г
чаях, когда строительные площадки сложены глинистыми грунтами мягкопластичной и текучепластичной консистенции;
Буронабивные сваи с креплением стенок скважин обсадными трубами,
остающимися в грунте (БСВ
) рекомендуется применять в случаях, когда
о
строительные площадки сложены водонасыщенными неоднородными глинистыми грунтами текучей консистенции с прослойками песка и супесей;
Буронабивные сваи, устраиваемые при помощи специальных станков с
закреплением стенок скважины извлекаемыми (БСИ) стальными (инвентар-
ными) трубами, рекомендуется применять при условии, когда строительные
площадки сложены любыми грунтами, а сваи опираются нижними ко
нцами
на скальные или другие виды плотных грунтов высокой несущей способности (твёрдые глинистые грунты, крупнообломочные грунты, плотные пески).
Буроопускные сваи по способу устройства подразделяются на:
– сваи-столбы, устраиваемые в предварительно пробуренных скважинах путём установки в них готовых железобетонных цилиндрических или
призматических элементов сплошного сечения поперечным размером не ме-
см с последующим заполнением зазора между стенкой скважины и
нее 80
этими элементами цементно-песчаным раствором;
10