Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Свайные фундаменты (примеры расчёта и конструирования). Учебное пособие.pdf
б) в месте сопряжения сжимающая нагрузка, передаваемая на сваю, при-
ложена к ней с эксцентриситетом, выходящим за пределы её ядра сечения;
в) на сваи действуют горизонтальные нагрузки, величины перемещений
от которых при свободном опирании оказываются более предельно допускаемых для проектируемого здания или сооружения;
г) в фундаменте имеются наклонные или составные ве
ртикальные сваи;
д) сваи работают на выдергивающие нагрузки.
Жёсткое сопряжение железобетонных свай с монолитным железобетон-
ным ростверком следует предусматривать с заделкой головы сваи в ростверк на
глубину, соответствующую длине анкеровки арматуры, либо с заделкой в ростверк выпусков арматуры на длину их анкеровки в соответствии с расчётом.
В свайных фундаментах мостов вер
хние концы свай должны быть заделаны в плиту ростверка (выше слоя бетона, уложенного подводным способом) или в железобетонную насадку (в ригель) на величину, определяемую
расчётом в случае наличия в узле сопряжения растягивающих усилий, но
не менее чем на две толщины ствола сваи, а при толщине ствола сваи более
6 м – не менее чем на 1,2 м. Допускается также для фундаментов этих со-
0,
оружений заделка ствола сваи в плиту ростверка на длину не менее 0,15 м
при условии заделки в плиту ростверка выпусков стержней продольной арматуры (без устройства отгибов и крюков) на длину, определяемую расчётом,
но не менее 25 диаметров стержня при ар
матуре периодического профиля и
40 диаметров – при гладкой арматуре.
При недостаточной несущей способности верхнего слоя скальных грунтов, возможности размыва верхнего слоя слабых грунтов, отсутствии наносных отложений или недостаточной их толщине для погашения воздействия
изгибающих моментов сваи-оболочки и буронабивные сваи необходимо обязательно заделывать в скальные грунты на величину, оп
том. При этом величина заделки должна быть не менее 0,5 м в сплошной скале с пределом прочности на сжатие более 500 кгс/см
ределяемую расчё-
2
и не менее 1 м в ос-
тальных скальных грунтах.
Поперечное сечение свай принимают в зависимости от их длины по сортаменту типовых свай. При этом для свай трения следует принимать наименьшее возможное сечение.
Пример 1. Определение глубины заложения подошвы ленточного
ростверка
Задание. Определить глубину заложения подошвы ростверка под на-
ружную кир
пичную стену жилого дома.
Исходные данные. Район строительства – г. Тамбов. Геологический разрез представлен следующими грунтами: песок пылеватый, мощностью 1 м,
глина тугопластичная, мощностью 2,5 м, песок средней крупности, с отм. 4,5
насыщенный водой. Уровень грунтовых вод проходит на отм. –
4,5 м от уровня
21
планировки. Высота подвала – 2,4 м. Температура воздуха в помещении
+18 °С. Температура в подвале +5 °С.
Решение: Находится сумма среднемесячных отрицательных температур
за год [29]:
|∑
|
|
1,4 7,2 10,9 10,3 4,6|6 °С.
Определяется нормативная глубина промерзания:
В пределах нормативной глубины промерзания:
0,28·10,6·0,23
где
– глубина промерзания при
для суглинков, глин
0,28).
0,23; для супесей, песков мелких и пылеватых
Нормативная глубина промерзания:
Расчётная глубина промерзания при температуре воздуха в подвале +5 °С:
.
1,6
∑
1° (зависит от вида грунта –
0,26 · 6 1,56 м.
0,26,
0,7 · 1,56 1,1 м,
где
– коэффициент, учитывающий влияние теплового режима сооружения,
принимаемый для наружных фундаментов отапливаемых сооружений –
по табл. 5.2 [27] или по табл. 1 [28].
Глубина заложения не зависит от глубины промерзания, так как глубина
подвала больше, чем глубина промерзания.
Исходя из глубины подвала и расположения верха плиты ростверка на
уровне пола подвала, предусматриваем 3 полных блока ФБС 24.4.6 (высота
каждого бл
ока 0,6 м) и один доборный – ФБС 24.4.3, высоту плиты ростверка
назначаем 0,45 м (не менее 0,3 м и кратно 15 см). Полная высота фундамента
2,55 м. Верхняя часть блока должна выступать над уровнем планировки
не менее чем на 0,3 м (рис. 1). Тогда разница между уровнем планировки и
полом первого этажа ∆ = 0,6 м (пустотная плита 0,22 и по
Глубина заложения
подв∆пл
где
пл
– высота подвала – 2,4 м; ∆
подв
– высота плиты ростверка – 0,45 м; ∆ = 0,6 м – разница между уровнем
∆ 2,4 0,1 0,45 0,6 2,35 м,
– толщина бетонной подготовки – 0,1 м;
л по лагам 0,08 м).
планировки и отметкой чистого пола.
22
Рис. 1. К определению глубины заложения подошвы ростверка
под наружную стену
Пример 2. Определение глубины заложения подошвы отдельно
стоящего ростверка
Задание. Определить глубину заложения подошвы ростверка под железобетонную колонну каркасного промышленного здания. Сечение колонны
400 на 400 мм.
Исходные данные. Район строительства – г. Мурманск. Здание неотапли-
ваемое, без подвала.
Геологический разрез представлен следующими грунтами: песок мел-
кий, мощностью 1 м, супесь пластичная (
0,5, мощностью 1,5 м, песок
пылеватый, мощностью 3,5 м (с отм. 3,0 насыщенный водой), суглинок полу-
твёрдый (
0,22. Уровень грунтовых вод проходит на глубине 3 м от
уровня планировки.
1) Определяем нормативную глубину промерзания:
|∑
|
0,28
|
10,5 10,4 5,8 1,3 4,9 5,7| 1,73 м,
где Mt – безразмерный коэффициент, численно равный сумме абсолютных
значений среднемесячных отрицательных температур за год в данном районе, принимаемый по [29]; d
= 0,28 м – для супесей, пылеватых и мелких
0
песков.
2) Расчётная глубина промерзания:
1,1 · 1,73 1,9 м,
где kh – коэффициент, учитывающий влияние теплового режима сооружения,
принимаемый для наружных и внутренних фундаментов неотапливаемых
сооружений – k
= 1,1.
h
23
Рис.
2
–
с
у
9
а
з
я
о
и
р
о
оРас
и
л
е
+
о
о
е
к
т
о
т
Р
г
м
е
и
п
щ
а
и
ж
0
ы
т
с
н
у
ы
и
ф
ы
с
о
ч
г
р
й
о
к
а
6
н
м
в
с
в
у
р
е
С
3)
структи
где Δ
1
hф – вы
ка – 0,9
между
4)
= 3 – 1,
Глубин
промер
Дл
дамент
состоян
К
сваи, р
сти осн
ванию
24
. К определению г
Глубина заложен
вных особенност
d = Δ1 + Δ2
толщина бетонн
ота ростверка, с
м (исходя из сеч
ровнем планиров
Так как от грун
= 1,1 м), грунт м
заложения рос
ания. Принимаем
2.2.
по I
свайных фунда
в мелкого залож
й – по прочност
асчёту по I груп
стверка, по несу
вания, если на св
чёт по прочности
раскрытию трещ
убины заложения
ия подошвы нару
й здания (рис. 2):
hф – Δ = 0,1 + 0,1
й подготовки –
стоящего из плит
ния колонны по
и и отметкой чи
овых вод до зо
жет проявлять п
верка должна б
глубину заложен
асчёт свайных
руппе предельн
ентов основным
ния, является ра
и по несущей сп
е относятся – рас
ей способности
ю передаются го
конструкций сва
н, должен произв
подошвы роствер
ного фундамент
5 + 1,5 – 0,15 = 1,
,1 м; Δ2 – толщи
ростверка – 0,6
абл. 29 [27]; Δ =
того пола.
ы промерзания
чинистые свойст
ть не менее ра
я подошвы рост
ндаментов
х состояний
видом расчёта, в
чёт по первой гр
собности.
ёт по прочности
рунта основания
изонтальные наг
и свайных роств
диться согласно
а под колонну
, исходя из кон-
м,
а пола – 0,15 м;
м и подколонни0,15 м – разница
енее 2 м (dw =
а (табл. 5.3 [27]).
чётной глубины
ерка d = 2 м.
отличие от фун-
ппе предельных
материала самой
и по устойчиво-
узки.
рков, по образоП [21 – 23, 30].
Несущую способность сваи следует определять как наименьшее из зна-
чений несущей способности, полученных по следующим двум условиям:
а) из условия сопротивления грунта основания свай, свай-оболочек и
свай-столбов;
б) из условия сопротивления материала свай, свай-оболочек и свай-
столбов.
Для большинства висячих свай несущая способность по материалу
больше чем по гр
унту, поэтому по прочности материала они не рассчитываются. Для длинных свай, свай-оболочек, свай-стоек приходится определять
эту несущую способность, и сравнивать с несущей способностью по грунту.
2.2.1. Расчёт материала сваи по прочности
Расчёт сопротивления материала ствола сваи должен производиться на
усилия от всех действующих эксплуатационных нагрузок (вертикальных и
горизонтальных).
Несущая способность забивной сваи по материалу определяется как для
ж/б элемента работающего на центральное или внецентренное сжатие.
γφ γ, (1)
где γ – коэффициент условий работы, γ
сечении до 300×300, γ
= 1 – для свай большего сечения;γ
условия работы бетона (для тяжёлого бетона γ
= 0,85 – для забивных ж/б свай при
– коэффициент
= 0,9); φ – коэффициент
продольного изгиба, учитываемый только в пределах свободной длины ствола – от низа высокого ростверка до поверхности плотного грунта, принимаемый по табл. 8 Приложения. При расположении ствола сваи в слабых грунтах
(текучих глинистых грунтах, илах, торфе или воде) за свободную длину
ствола следует принимать расстояние от низа ростверка до по
слоя;
ния сваи;
– сопротивление бетона на сжатие; – площадь поперечного сече-
– площадь сечения арматуры;
– расчётное сопротивление ар-
дошвы слабого
матуры на сжатие.
При необходимости учёта продольного изгиба расчёт производится по
методу, принятому для расчёта внецентренно – сжатых элементов. Условия
защемления верхнего конца сваи принимаются в соответствии с конструктивным решением узла сопряжения головы сваи с ростверком. Нижнюю
часть свай при расчёте на продольный изгиб условно считают жёстко защем-
й в грунте.
лённо
Расчётная нагрузка, допустимая на буронабивную сваю (буровую опору),
работающую на осевую вдавливающую нагрузку по сопротивлению материала
ствола с учётом продольного изгиба может определяться по формуле:
φ γγ, (2)
где
– расчётное сопротивление тяжёлого бетона для предельных сопро-
тивлений первой группы на осевое сжатие (призменная прочность), кПа;
25
– наименьшая площадь поперечного сечения ствола, м2;
– расчётное
сопротивление арматуры сжатию для предельных состояний первой груп-
пы, МПа;
– площадь поперечного сечения арматуры, м2.
При расчёте набивных, буровых свай по несущей способности по материалу расчётное сопротивление бетона следует определять с учётом пони-
жающего коэффициента условий работы γ
= 0,85, как для элементов, бето-
нируемых в вертикальном положении, а также дополнительного понижающего коэффициента условий работы, учитывающего влияние способа производства свайных работ:
а) в глинистых грунтах, консистенция которых позволяет бурить скважины и бетонировать их без крепления стенок, при положении горизонта
грунтовых вод в период строительства ниже пяты свай γ
= 1;
б) в грунтах, крепление скважин и бетонирование в которых осуществляется с применением извлекаемых обсадных труб при отсутствии воды в
скважинах (т.е. при бетонировании сухим способом), γ
= 0,9;
в) в грунтах, бурение скважин в которых производится с применением
извлекаемых обсадных труб и бетонирование под водой, γ
= 0,8;
г) в грунтах, бурение скважин в которых производится под глинистым рас-
твором (без обсадных труб) и бетонирование под этим же раствором, γ
Понижающий коэффициент условий работы γ
= 0,85 и коэффициенты
= 0,7.
условий работы, предусмотренные подпунктами «а» – «г», должны учитываться независимо друг от друга путём взаимного их перемножения.
2.2.2. Определение несущей способности сваи по грунту аналитическими методами
Аналитический метод используют только для предварительной оценки
определения несущей способности сваи.
Сваю по несущей способности грунта основания следует рассчитывать
исходя из условия
γ
, (3)
где – расчётная нагрузка по первой группе предельных состояний, переда-
ваемая на сваю от наиболее невыгодного сочетания нагрузок, действующих
на фундамент;
– несущая способностью сваи; γ
– коэффициент надёжно-
сти по ответственности сооружения, принимаемый для сооружений повы-
шенного уровня ответственности 1,1 нормального и пониженного 1; γ
– ко-
эффициент надёжности по грунту, принимаемый равным:
1,2 – если несущая способность сваи определена по результатам поле-
вых испытаний статической нагрузкой;
1,25 – если несущая способность сваи определена расчётом по результа-
там статического зондирования грунта или по результатам динамических
26
испытаний сваи, выполненных с учётом упругих деформаций грунта, а также
по результатам полевых испытаний грунтов эталонной сваей или сваейзондом;
1,4 – если несущая способность сваи определена расчётом с использованием таблиц свода правил, в том числе по результатам динамических испытаний свай, выполненных без учёта упругих деформаций грунта;
1,4 (1,25) – для фундаментов опор мо
стов при низком ростверке, на висячих сваях и сваях-стойках, а при высоком ростверке – только при сваяхстойках, воспринимающих сжимающую нагрузку независимо от числа свай
в фундаменте;
1,5 – если несущая способность сваи определена расчётом с использова-
нием компьютерных программ на основании численного моделирования.
Для любых сооружений при любом виде ростверка и висячих сваях и
сваях-ст
ойках, воспринимающих выдергивающую нагрузку, γ
принимают в
зависимости от числа свай в фундаменте:
При 21 свае и более γ
от 11 до 20 свай γ
от 6 до 10 свай γ
от 1 до 5 свай γ
В скобках даны значения γ
1,4 (1,25);
1,55 (1,4);
1,65 (1,5);
1,75 (1,6).
в случае, когда несущая способность сваи
определена по результатам полевых испытаний статической нагрузкой или
по результатам статического зондирования грунтов/
Для фундамента из одиночной сваи под колонну при нагрузке на забив-
ную сваю квадратного сечения более 600 кН, набивную или буровую сваю –
более 2500 кН, значение коэффициента γ
следует принимать равным 1,4,
если несущая способность сваи определена по результатам испытаний статической нагрузкой, и 1,6, если несущая способность сваи определена другими
способами.
2.2.2.1. Несущая способность сваи-стойки
Несущая способность сваи-стойки (забивной сваи, сваи-оболочки, набивной и буровой сваи, опирающейся на скальный грунт, а также забивной
сваи, опирающейся на слабодеформируемый грунт), принимается равной
несущей способности основания под нижним концом сваи.
Несущая способность основания под нижним концом сваи
γ, (4)
где γ – коэффициент условий работы сваи в грунте, равный 1; – расчётное
сопротивление грунта под нижним концом сваи-стойки, кПа; – площадь
опирания на грунт сваи, м
2
, принимаемая для свай сплошного сечения и по-
лых свай с закрытым нижним концом равной площади поперечного сечения
брутто, для свай полых круглого сечения с открытым нижним концом и свай-
27
оболочек – равной площади поперечного сечения нетто при отсутствии заполнения их полости бетоном и равной площади поперечного сечения брутто
при заполнении этой полости бетоном на высоту не менее трёх её диаметров.
Расчётное сопротивление скального грунта для всех видов забивных
свай, опирающихся на скальные и слабодеформируемые грунты, следует
принимать
= 20 000 кПа.
Для набивных, буровых свай и свай-оболочек, заполняемых бетоном,
опирающихся на невыветрелые скальные грунты (без слабых прослоек) и
заглубленные в них менее чем на 0,5 м, следует определять по формуле
где
– нормативное значение предела прочности на одноосное сжатие
, (5)
массива скального грунта в водонасыщенном состоянии (определяется в по-
левых условиях), кПа; γ
– коэффициент надёжности по грунту, принимае-
мый равным 1,4.
Для предварительных расчётов оснований сооружений всех уровней от-
ветственности значения характеристик
где
– расчётное значение предела прочности на одноосное сжатие скаль-
допускается принимать равным
, (6)
ного грунта в водонасыщенном состоянии, кПа, определяется по результатам
испытаний образцов в лабораторных условиях;
– коэффициент, учиты-
вающий снижение прочности ввиду трещиноватости скальных грунтов принимаемый по табл. 7.1 [32].
В любом случае значение следует принимать не более 20 000 кПа и
не менее величины расчётного сопротивления под нижним концом сваи для
крупнообломочных грунтов с песчаным заполнителем (формулы 9, 10) при
ϕ = 32° по табл. 13 Приложения.
Расчётное сопротивление скального грунта для наби
вных и буровых
свай и свай оболочек, заполняемых бетоном и заделанных в невыветрелый
скальный грунт (без слабых прослоек) не менее чем на 0,5 м, определяется по
формуле
1 0,4
– расчётная глубина заделки набивной и буровой сваи и сваи-оболочки
в скальный грунт, м;
– наружный диаметр заделанной в скальный грунт
), (7)
части набивной и буровой свай и сваи-оболочки, м.
Значение фактора заглубления 1 0,4
28
) принимается не более 3.
Для окончательных расчётов оснований сооружений I и II уровней ответственности, а также оснований, сложенных выветрелыми, размягчаемыми,
со слабыми прослойками скальными грунтами, несущую способность сваистойки F
следует принимать по результатам испытаний свай статической
d
нагрузкой.
Пример 3. Определение несущей способности забивной сваи-стойки
Задание. Определить несущую способность забивной сваи С60-30-3 при
следующих грунтовых условиях: супесь пластичная, мощностью 1,5 м,
суглинок тугопластичный, мощностью 2 м; песок пылеватый, насыщенный
водой, мощностью 2,5 м, подстилаемый скальным грунтом. Уровень грунтовых вод проходит на глубине 3,5 м от ур
овня планировки.
Решение. Так как под нижним концом сваи расположен малосжимаемый
(E ≥ 50 МПа) грунт – скальный, расчёт ведется как сваи-стойки.
Несущая способность по грунту:
1 ⋅ 20 000 ⋅ 0,30 ⋅ 0,30 1800 кН.
С учётом коэффициента надёжности
=
= 1285 кН.
,
Несущая способность по материалу определяется без учёта продольного
изгиба (ϕ = 1), так как фундамент с низким ростверком и в пределах ствола
сваи нет слабых грунтов:
γφ γ
1 ⋅ 0,9 ⋅ 11 500 ⋅ 0,09 355 000 ⋅ 0,000314
931,5 114,61 1046,11 кН.
Рис. 3. К определению несущей способности сваи-стойки
29
Бетон класса В-20,
Арматура 3 типа армирования (табл. 2 Приложения) –4 Ø10 А-ΙΙΙ (А-400);
С учётом коэффициента надёжности
11 500 кПа, 0,3 ⋅ 0,3 = 0,09 м
,
355 000 кПа, 3,14 см
,
=
,
= 747,22 кН.
2
.
2
.
Так как несущая способность по материалу сваи меньше, чем по грунту
для дальнейших расчётов принимаем это значение.
Пример 4. Определение несущей способности буровой сваи-стойки
Задание. Определить несущую способность буронабивной сваи (БСИ)
диаметром 0,88 м при следующих грунтовых условиях: супесь пластичная,
мощностью 2,5 м, суглинок тугопластичный, мощностью 3 м; песок пылеватый, насыщенный водой, мощностью 2,5
м, подстилаемый скальным грунтом. Уровень грунтовых вод проходит на глубине 5,5 м от уровня планировки. Заделка в скальный грунт 0,8 м. Нормативное значение предела прочности на одноосное сжатие массива скального грунта в водонасыщенном со-
стоянии, найденное в полевых условиях,
5000 кПа. Свая армируется
продольной арматурой 8 Ø16 А-ΙΙ (А-300), Бетон класса В-20.
30
Рис. 4. К определению несущей способности буровой сваи-стойки