Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Свайные фундаменты (примеры расчёта и конструирования). Учебное пособие.pdf
Наименование грунта
1 2 3 4
Толщина
слоя h
, м
i
Расстояние до
центра тяжести
слоя z
, м
i
Расчётное сопротивле-
ние грунта по боковой
поверхности сваи fi, кПа
Супесь пластичная
2. К расчёту несущей способности сваи-оболочки
= 0, 5) 0,5 2,25 18
(I
L
Песок пылеватый,
2,0 3,5 26
средней плотности,
насыщенный водой
Песок средней круп-
1,5 5,25 29,5
2 7 60
ности, средней плотности, насыщенный
водой
0,8 8,4 63
Значение , рассчитанное по формуле (9), не должно быть выше значе-
ний, приведенных в табл. 9 для забивных свай той же длины и в тех же грун-
товых условиях; 3860 – это условие соблюдается.
2.3. Конструирование ростверка
При разработке проекта свайных фундаментов необходимо учитывать
следующие данные: конструктивную схему проектируемого здания или сооружения; размеры несущих конструкций и материал, из которого они проектируются; наличие и габариты рядом расположенных заглублённых помещений здания или сооружения и их фундаментов; нагрузки на фундамент от
строительных конструкций; размещение технологического оборудования и
нагрузки, передаваемые от него на строительные конструкции и полы, а также требования к предельным осадкам и кренам строительных конструкций и
фундаментов под оборудование.
Число свай в фундаменте и их размеры следует назначать из условия
максимального использования прочности материала свай и грунтов основания при расчётной нагрузке, допускаемой на сваю, с учётом допустимых перегрузок крайних свай в фундаменте. При размещении свай в плане необходимо стремиться к минимальному числу их в свайны
х кустах или к максимально возможному шагу свай в лентах, при минимальном количестве рядов
и минимальному расстоянию между рядами, добиваясь наибольшего использования принятой в проекте несущей способности свай.
Не следует допускать недоиспользование несущей способности свай более чем на 15%, перегрузку свай от постоянных и длительных нагрузок более
чем на 5
%, от кратковременных нагрузок более чем на 20%.
41
При проектировании свайных и плитно-свайных фундаментов допускается применение свай разной длины и диаметров. Длины свай не должны
отличаться более чем на 30%. В расчётах следует учитывать дополнительную
нагрузку, передаваемую от более коротких свай на сваи большей длины.
Для восприятия вертикальных нагрузок и моментов, а также горизонтальных нагрузок (в зависимости от их з
начения и направления) допускается
предусматривать сочетание вертикальных, наклонных и козловых свай.
Расстояние между осями висячих забивных и вдавливаемых свай должно быть не менее 3d (где d – диаметр круглого или сторона квадратного, или
большая сторона прямоугольного поперечного сечения ствола сваи).
Это требование диктуется прежде всего тем, что при меньших р
асстояниях
между сваями их несущая способность снижается.
Расстояние между осями свай-стоек предусматривается уменьшать до
1,5d в целях экономии расхода материалов на ростверки в случаях, когда
применяется сваебойное оборудование, позволяющее их забить на таком расстоянии, либо предусмотрены мероприятия, облегчающие их забивку (например, лидирующие скважины или подмыв).
Расстояние в свету между ствола
ми буровых, набивных свай и свайоболочек, а также между скважинами свай-столбов должно быть не менее
1,0 м, а расстояние между буроинъекционными сваями в осях – не менее трёх
диаметров; расстояние в свету между уширениями при устройстве их в твёрдых и полутвёрдых глинистых грунтах – 0,5 м, в других дисперсных гр
унтах – 1,0 м. Принятое минимальное расстояние между набивными сваями и
их уширениями диктуется необходимостью обеспечения устойчивости стенок скважин.
Ростверк рассчитывают на изгиб (плитная часть, стаканная часть) и
на продавливание (продавливание колонной и угловой сваей) в соответствии
с требованиями [30]. Армирование ростверка производят плоскими сетками
(плитная часть) и пространственными каркасами (стен
ки стакана).
Высоту ростверка определяют расчётом в соответствии с [30]. Расчётная
высота ростверков должна быть наименьшей. При её подборе целесообразно
сначала увеличить марку бетона ростверков, а затем его высоту. Размеры
ростверков по высоте принимаются кратными 15 см. Конструктивная высота
ростверков назначается на 40 см больше глубины стакана или с учётом необходимой заделки анкерных болт
ов.
Стенки стакана ростверка армируют пространственным каркасом, устанавливаемым на подготовку, и поперечными сетками, надеваемыми на пространственный каркас. Расстояние между поперечными сетками принимается
не более 1/4 глубины заделки колонны и не более 20 см.
Число арматурных сеток, рассчитанных на местное сжатие, должно быть
не менее двух под железобетонными колоннами и не менее четырех под
стальными коло
ннами. Расстояние между сетками по высоте принимается
5…10 см.
42
Ле
н
л
и
к
е
п
а
к
в
у
д
у
с
А
к
ную ба
турным
точный роствер
ку. Армировани
каркасами, как
рассчитывают,
ростверка произ
равило, из армат
ак железобетонн
одится простран
ры класса А-III (
ю многопролеттвенными арма-
400).
Рис. 9. Армиров
ние ростверка по
железобетонную
олонну
43
Рис. 10. Элементы армирования угла ленточного ростверка
1 – горизонтальная арматура; 2 – нахлест; 3 – лапка 90 градусов;
4 – вертикальная арматура; 5 – поперечная арматура;
6 – дополнительная поперечная арматура; 7 – г-образный хомут
Количество продольной арматуры в сечении – минимум 4, расстояние
между стержнями – от 10 до 40 см (и не более 2-х толщин вышележащей стены); шаг между поперечными перемычками продольного пояса – 20…30 см;
шаг между вертикальными соединяющими перемычками – до 40 см; одним
хомутом можно связывать продольные стержни для конструкций 40×40 см
максимум при условии, что число продольных стержней в каждом ряду не
превышает 4.
Не допускаются отверстия в ростверках диаметр (размер) которых
больше 1/3 ширины балки.
Для ростверка применяют бетон класса по прочности не менее В 15. Ростверк укладывают по бетонной подготовке класса В 7,5.
Величина защитного слоя бетона в ростверках и сваях должна назначаться в соответствии с требованиями [30]. При этом допускается для инвен-
44
тарных забивных свай, свай-оболочек и буроинъекционных свай минимальные значения толщины защитного слоя бетона рабочей арматуры уменьшать
на 10 мм.
При конструировании ленточных ростверков предварительно, исходя из
действующей нагрузки и несущей способности сваи, определяется шаг свай
/γ
где – несущая способность сваи;
учёта его веса и веса грунта на уступах; γ
, (25)
– внешняя нагрузка на ростверк без
– коэффициент надёжности по
грунту, принимаемый в зависимости от способа определения несущей спо-
собности сваи,
– количество рядов. Оптимальный шаг (3…6) d, где d –
размер поперечного сечения сваи. Если полученное расстояние окажется менее 3d, несущей способности сваи недостаточно для восприятия нагрузок.
Необходимо, если позволяет геологическое строение участка, увеличить длину сваи (возможно и размер поперечного сечения по [1]). Если ниже опорного слоя расположены слабые грунты, увеличивают количество рядов.
Найденный шаг свай округляют в большую сторону, кратно 10 см, размещают с этим шагом сваи. Расстояние между рядами свай назначают минимально возможным.
Расстояние от края ростверка до грани сваи при однорядном расположении С0 ≥ 0,2d + 5 см, но не более 0,5d.
Расстояние от края ростверка до грани сваи при двух и трёхрядном расположении С0 ≥ 0,3d + 5 см, при большем количестве рядов С0 ≥ 0,4d + 5 см.
Минимальное расстояние от края сваи до края ростверка 5…10 см (в зависимости от расчёта на продавливание).
Ширина ленточного ростверка
’10,1 0,2
м, (26)
где ’ – расстояние между рядами свай. Размер ростверка по ширине при ис-
пользовании инвентарной опалубки принимается кратным 30 см, иначе 10 см.
Проверка нагрузки, действующей на сваю, с учётом веса ростверка и
грунта на его уступах при центральном загружении:
=
, (27)
где вес ростверка и надростверковой конструкции; вес грунта и
пола подвала на уступах ростверка; γ1,2 – осредненный коэффициент
надёжности по нагрузке для перехода от нормативных в расчётные значения
по 1 группе предельных состояний; / – количество свай на 1 м.
При внецентренном загружении и при количестве рядов свай два и более, ростверк способен воспринимать изгибающий момент.
45
Проверка нагрузки, действующей на сваю, с учётом изгибающего
момента
При знакопеременных нагрузках
где – расстояние от оси ростверка до оси проверяемой сваи; ∑
∑
–
∑
. (28)
γ
c
0, (29)
– сумма
квадратов расстояний до всех свай, находящихся за осью ростверка на 1 м. п.
При невыполнении этих условий необходимо либо повысить несущую
способность сваи (при возможности увеличить длину), либо уменьшить шаг
свай, либо увеличить количество рядов.
При конструировании отдельно стоящих ростверков предварительно,
исходя из действующей нагрузки и несущей способности сваи, определяется
количество свай в кусте.
=
где – вес ростверка, предварительно принимаемый (0,05…0,1)
с
, (30)
. Найден-
ное количество свай округляется до ближайшего большего целого значения и
размещается в ростверке.
В центрально нагруженных фундаментах и при небольших эксцентриситетах приложения нагрузок
≤ 0,03b, где b – сторона ростверка в направ-
лении которой действует момент все сваи размещают равномерно с минимально возможным шагом.
Сваи в кусте внецентренно нагруженного фундамента следует размещать
таким образом, чтобы равнодействующая постоянных нагрузок, действующих
на фундамент, проходила возможно ближе к центру тяжести плана свай.
Размеры отдельно стоящих ростверков в плане принимаются кратными
30 см и на 20 см больше размеров куста свай по наружному контуру. Расстояние от оси крайних свай до наружной грани ростверка должно быть не
менее поперечного размера сваи.
После размещения свай в ростверке проводится проверка нагрузки, действующей на сваю с учётом действительного веса ростверка и веса грунта на
его уступах.
При центральном загружении:
, (31)
– количество свай на свайный куст.
46
Проверка нагрузки, действующей на сваю, с учётом изгибающего момента
∑
, (32)
где – расстояние от оси ростверка до оси наиболее нагруженной сваи;
∑
– сумма квадратов расстояний до всех свай, находящихся за осью рост-
верка.
При знакопеременных нагрузках
–
0, (33)
∑
где – расстояние от оси ростверка до оси наиболее недогруженной сваи.
При действии на свайный фундамент моментов в одном или двух направлениях, кусты свай нужно проектировать таким образом, чтобы максимальная нагрузка на крайние сваи в кусте не превышала допускаемой на
сваю, определяемой по формуле 31.
Отношение максимальной нагрузи к минимальной должно быть не бо-
лее трех (
/
≤ 3).
Если моменты по сравнению с нормальными силами настолько велики,
что на крайние сваи действуют выдергивающие нагрузки – при невыполнении условия (33), то это можно допустить при условии:
1) выполнения расчёта достаточности продольной арматуры на растя-
жение и заделки в ростверк тела свай;
2) при восприятии этой выдергивающей нагрузки силами трения по бо-
ковой поверхности сваи.
Несущую способность сваи, работающей на выдергивающую нагрузку,
следует определять по формуле
γ
∑
γ
, (34)
где , γ, , – то же, что и в формуле (8); γ – коэффициент условий
работы сваи в грунте – для свай, погружаемых в грунт на глубину менее 4 м,
γ 0,6, на глубину 4 м и более γ 0,8.
При невыполнении условий 31 – 33 необходимо либо повысить несущую способность сваи (при возможности увеличить длину), либо увеличить
количество свай на куст, либо развить ростверк в сторону действия момента,
увеличив шаг свай в этом направлении.
Пример 8.
Задание. Спроектировать свайный фундамент под наружную стену.
Внешняя нагрузка на обрезе ростверка
595,4 кН/м, 19,2 кН⋅м.
Данные о грунтах и несущей способности сваи приведены в примере 5. Глубина заложения ростверка принята по примеру 1.
47
Решение.
Определяем шаг свай:
/γ1⋅588,96/595,4⋅1,4 0,7 м 3 0,9 м.
Необходимо увеличить количество рядов.
При двухрядном расположении свай:
/γ2⋅588,96/595,4⋅1,4 1,4 м.
Условие 3d < < 6 = 1,8 м – выполняется.
=
Принимаем шаг свай 1,4 м (
1,43 – количество свай на 1 м рост-
,
верка). Расстояние между рядами ’ 0,9 м.
Расстояние от края ростверка до наружной грани сваи при двухрядном
расположении свай:
0,3 5 см 0,3 ⋅ 30 5 14 см – принимаем 15 см.
Ширина ростверка:
’ 1 0,2 0.921 0,3 0,2 1,4 м
– принимаем 1,5 м.
Уточняем нагрузку, действующую на сваю, с учётом веса ростверка и
грунта на его уступах:
Расчётная нагрузка на сваю:
,, ⋅ ,,
γ
,
,
,
420,68 кН.
420,68 кН,
468,5
,
,
Вес 1 м. п. фундамента (блоки – ширина – 0,6 м, высота – 2,1 м и плита
ростверка – ширина 1,5 м, толщина – 0,45 м) с учётом удельного веса железобетона 25 кН/м
3
бп 25 ⋅ 0,6 ⋅ 2,1 ⋅ 1 0,45 ⋅ 1,5 ⋅ 25 ⋅ 1 48,4 кН/м.
Вес грунта на уступах ростверка
2,35 0,1 0,451,5 0,6 ⋅ 17 ⋅
1
13,77 кН/м
2
(глубина заложения за вычетом толщины плиты и бетонной подготовки)
(ширина плиты за вычетом ширины блока) (удельный вес грунта выше подошвы).
48
Рис. 11. К определению размеров ростверка
Необходимо уменьшить шаг свай до 1,3 м, тогда
,
435 кН
,
,
,
Условие не выполняется.
Необходимо уменьшить шаг свай до 1,2 м, тогда
,
=
,,,,
,
420,68 кН.
401,2 кН
Условие выполняется.
Проверка нагрузки на сваю с учётом действующего момента
1,2
595,4 1,2 ⋅ 48,4 13,77
1,67
426,75 420,68 перегруз 1,4% 3%;
595,4 1,2 ⋅ 48,4 13,77
1,67
19,2 ⋅ 0,45
1,67 ⋅ 0,45
∑
∑
19,2 ⋅ 0,45
1,67 ⋅ 0,45
375,65 0.
Условие выполняется.
1,54.
,
420,68 кН.
1,67.
,
,
,
49
Пример 9
Задание. Спроектировать свайный фундамент под колонну каркасного зда-
ния. Внешние нагрузки на обрезе ростверка:
= 3110,1 кН,
= 173,1 кН⋅м.
Данные о грунтовых условиях и глубине заложения ростверка приведены
в примере 5.
Решение.
Определяем требуемое количество свай:
=
где
– нагрузка от ростверка и грунта принимается предварительно 0,1 от
,,
,
⋅
,
8,13,
внешней нагрузки.
Принимаем 9 свай. Размещаем сваи в ростверке. Назначаем шаг свай
a = 3d = 0,9 м. Так как на ростверк действует изгибающий момент, проектируем его прямоугольной формы. Расстояние от края ростверка до оси сваи
назначаем с = d = 0,3 м.
Тогда размеры ростверка в плане 2,4 м (b) × 2,4 м (l) (рис. 18)
Уточняем вес плиты ростверка с подколонником (рис. 5, рис. 18)
2,4 ⋅ 2,4 ⋅ 0,6 0,9 ⋅ 0,9 ⋅ 0,925 97,125 кН.
Вес грунта и пола на уступах ростверка
2,4 ⋅ 2,4 0,9 ⋅ 0,92 0.1 0,6 ⋅ 17
,,,,, ⋅
.
127,3 7,5 134,8 кН.
50
Рис. 12. К расчёту свайного куста