Значения расчетной удельной касательной силы пучения

Грунты и степень водонасыщения	Значения fh, кПа, при глубине сезонного промерзания грунта, м
	до 1,5	2,5	3 и более
1	2	3	4
Супеси, суглинки, глины при показателе текучести IL> 0,5; крупнообломочные с пылевато-глинистым заполнителем, пески мелкие и пылеватые при степени влажностиSr > 0,95	110	90	70

Окончание табл.2

1	2	3	4
2. Супеси, суглинки, глины при 0,25< IL< 0,5; крупнообломочные с пылевато-глинистым заполнителем при 0,8 < Sr < 0,95	90	70	55
3. Супеси, суглинки, глины при IL< 0,25; крупнообломочные с пылевато-глинистым заполнителем при 0,6 < Sr < 0,8	70	55	40

Примечание: 1. Для промежуточных глубин промерзания значение принимается по интерполяции.

2. Значение _fh для грунтов, используемых при обратной засыпке котлованов, принимается по 1-й строке таблицы.

Для уменьшения воздействия сил морозного пучения грунтов на фундаменты сооружений в необходимых случаях должны предусматриваться противопучинные мероприятия: устройство защиты сезоннопромерзающего грунта вблизи фундамента от избыточного увлажнения, покрытие поверхности фундамента в пределах слоя промерзающего грунта консистентной смазкой, полимерной плёнкой, засоление грунтов веществами, не вызывающими коррозии бетона и арматуры, и др.

Для приспособления надземной части сооружения к неравномерным деформациям морозоопасных грунтов применяются конструктивные мероприятия.

Проверка всех типов фундаментов с вертикальными гранями на прочность при воздействии касательных сил морозного пучения производится по формуле

F_fh=_fhA_fh – F, (36)

где F_fh - расчётное усилие, разрывающие фундамент; _fh , A_fh , F - обозначения те же, что и в формуле (34).

Проверка фундамента на действие касательных сил морозного пучения грунтов должна производиться как для законченного, так и для незавершённого к началу зимнего периода строительства сооружения. Если при этой проверке силы пучения окажутся больше значения удерживающей силы, то необходимо предусмотреть мероприятия по предохранению грунта от промерзания. Выбор мероприятий во всех случаях должен быть технически и экономически обоснован.

Эффективность действия противопучинистых мероприятий должна обеспечиваться как в период строительства, так и в период всего срока эксплуатации проектируемого объекта.

3.6. Проектирование свайных фундаментов

По условиям взаимодействия свай с грунтом различают сваи-стойки и висячие сваи. К сваям-стойкам относятся сваи всех видов, опирающиеся на скальные, крупнообломочные грунты и глины твердой и полутвердой консистенции при E  50 МПа (рис.4,а)

Квисячим сваям относятся сваи всех видов, опирающиеся на сжимаемые грунты и передающие нагрузку на грунты основания своей боковой поверхностью и острием (рис. 4,б).Сваи и свайные фундаменты рассчитываются по двум группам предельных состояний [3].

Первая группа:

- по несущей способности одиночных свай и свайных фундаментов при действии вертикальных нагрузок;

а б

Рис.4

- по устойчивости одиночных свай и свайных фундаментов при действии горизонтальных нагрузок (фундаменты распорных конструкций, подпорные стены и др.);

- по прочности конструкций свай и ростверков.

Вторая группа:

- по осадкам свайных фундаментов при действии вертикальных нагрузок;

- по перемещениям свай (вертикальным, горизонтальным и углам поворота голов свай) от действия сочетания вертикальных, горизонтальных и моментных нагрузок;

- по образованию или раскрытию трещин в элементах железобетонных конструкций свайных фундаментов.

Расчет предельной нагрузки (несущей способности) одиночной сваи по грунту F_d выполняется на основное и особое сочетание расчетных нагрузок.

Вариант свайного фундамента принимается с учетом инженерно-геологических условий строительной площадки, конструктивных особенностей здания и передаваемых на фундаменты нагрузок.

При проектировании свайного фундамента рекомендуется следующая последовательность:

- анализируются инженерно-геологические условия площадки;

- выбирается несущий слой грунта, в который заглубляются сваи не менее чем на 0,5-1,0 м [3];

- выбирается вид свай (забивные, набивные, буровые, призматические) глубины заложения ростверка, глубины заделки сваи в ростверк [3];

- вычисляется по СНиП 2.02.03-85 [3] несущая способность сваи на вдавливающую, а при необходимости и на выдергивающую горизонтальную нагрузку;

- определяется шаг свай или общее их количество в фундаменте;

- определяется число рядов свай в ростверке;

- вычисляются нагрузки на крайние сваи в плоскости действия момента и сравниваются с вычисленными значениями несущей способности сваи;

- проверяется прочность свай по материалу, если в этом есть необходимость, выбирается конструкция ростверка (сборный монолитный);

- назначаются размеры ростверка из конструктивных соображений и проверяются расчетом [3];

- определяются горизонтальные нагрузки на сваи (если они имеются) и сравниваются с несущей способностью свай на горизонтальную нагрузку [3];

- вычисляется осадка и крен фундамента и сравниваются с предельно допустимыми по указаниям СНиП 2.02.01-83 [2];

- выбирается механизм для погружения свай;

- вычисляется расчетный отказ сваи;

- назначаются мероприятия по антикоррозийной защите, противопучинистые мероприятия, разрабатывается узел сопряжения стены с ростверком, при необходимости выполняется расчет анкеров, даются указания по производству работ.

При проектировании свайных фундаментов в просадочных грунтах необходимо учитывать возможность полного аварийного замачивания основания.

Сваи под стены зданий обычно располагают в один ряд по оси вертикальной нагрузки с шагом не менее 3d (где d - диаметр сваи или большая ее сторона).

Сваи размещаются обязательно в углах здания и в узлах пересечения несущих стен. При однорядном расположении свай в каменных зданиях целесообразно размещать сваи в узлах пересечения продольных и поперечных стен. Каждую панель следует устанавливать не менее чем на две сваи, имеющие оголовки.

Для колонн промышленных зданий свайные фундаменты проектируются с учетом действующих нагрузок. Применяются кусты из 2-3 и более свай. Сваи в кусте внецентренно нагруженного отдельно стоящего фундамента следует размещать таким образом, чтобы равнодействующая нагрузок проходила ближе к центру тяжести плана свай.

Расчетная нагрузка на сваю в кусте проверяется с учетом расчетных изгибающих моментов относительно главных центральных осей плана свай в плоскости ростверка,

, (37)

где N_d - расчетная сжимающая сила, кН (тc); M_x, M_y - расчетные изгибающие моменты, кНм (тcм), относительно главных центральных осей х и у плана свай в плоскости подошвы ростверка; n - число свай в фундаменте; x_i, y_i - расстояния от главных осей до оси каждой сваи, м; х, у - расстояния от главных осей до оси каждой сваи, для которой вычисляется расчетная нагрузка, м.

При отсутствии изгибающих моментов возможно проектирование куста из двух или трех свай.

Горизонтальную нагрузку, действующую на фундамент с вертикальными сваями, допускается принимать равномерно распределенной между всеми сваями.

Минимальная длина свай при центральной сжимающей нагрузке обычно принимается не менее 3 м.

При проектировании свай необходимо стремиться к максимальному использованию допускаемой на сваю расчетной нагрузки, обеспечению равномерности несущей способности свай по грунту и материалу.

При проектировании свайных фундаментов особое внимание следует уделять методам расчета осадок. Обычно выделяют расчеты осадок ленточных свайных фундаментов, осадок свайных кустов, осадок свай и свайных фундаментов во времени при их работе в водонасыщенных грунтах, прогноз осадок свай и свайных фундаментов во времени с учетом ползучести. Все указанные методы расчетов осадок свайных фундаментов достаточно подробно освещены в литературе [11,12,13]. Некоторые из указанных методов расчетов применяются при проектировании в сложных инженерно-геологических условиях ответственных зданий и сооружений или при решении сложных инженерных задач. При выполнении курсового проекта студенту необходимо научиться правильно определять конечные величины осадок основных типов фундаментов - лент и кустов.

Расчет осадок ленточных свайных фундаментов необходимо выполнять в том случае, если сваи прорезают глинистые грунты различной консистенции и опираются нижними концами на пески средней плотности и глинистые грунты мягкопластичной, тугопластичной и полутвердой консистенции. При опирании нижних концов свай на крупнообломочные и плотные песчаные грунты и глинистые грунты твердой консистенции расчет осадок свайных фундаментов гражданских зданий можно не производить, так как осадки в этих случаях будут незначительными [11]. Методика расчета осадок ленточных свайных фундаментов предложена профессором А.А.Бартоломеем [12] и представлена в приложении 3.

Для определения осадок кустов свай профессор А.А.Бартоломей [12] рекомендует использовать следующую формулу:

, (38)

где S - осадка куста свай; Р - нагрузка на куст свай, кН; Е₀ - модуль деформации грунта, кПа; l - длина свай, см. Принимается средневзвешенное значение Е₀ до границы активной зоны с учетом уплотнения грунта под сваями.

Модуль деформации в уплотненной зоне можно определить по данным испытаний сваи-штампа по формуле

, (39)

где Р - нагрузка на сваю-штамп, кН; W₀ - безразмерный коэффициент перемещений; S - осадка сваи-штампа, см; l - длина сваи, см.

Рис.5.

Значения W₀ для расчета осадок кустов свай через 0,2z₀/l табулированы в зависимости от коэффициента бокового расширения грунта ₀ = 0,2; 0,3; 0,35; 0,4; 0,5, приведенной ширины куста свай 2k₂ = 2b/l = 0,1; 0,5; 0,9, отношения сторон фундамента k₁/ k₂= 1, 1,2; 1,4; 1,6; 1,8; 2; 2,5; 3; 4; 5; 10 и приведенной границы активной зоны z₀/l = 1,2; 1,4; 1,6;…4. Некоторые значения W₀ для различных (b - ширина, а - длина фундамента) приведены на рис.5.

4. Производство работ нулевого цикла

В данном разделе описывается последовательность производства работ по устройству оснований и фундаментов. Необходимо указать, как производятся разработка котлованов и траншей, подготовка основания, организация водоотлива или водопонижения, монтаж (бетонирование) фундаментов, устройство вертикальной и горизонтальной гидроизоляции, обратная засыпка пазух, планировка площади и устройство отмостки вокруг здания. В случае применения свайного фундамента нужно указать способы и технологию погружения свай и устройство ростверков.

Следует использовать наиболее прогрессивные методы производства работ с максимальной их механизацией. Указываются рекомендуемые машины и механизмы для производства работ нулевого цикла. Если работы выполняются в зимнее время, должны быть отражены особенности их производства в зимних условиях.

При разработке проекта оснований и фундаментов реконструируемого здания необходимо описать особенности работ по усилению оснований и фундаментов, устройству новых фундаментов.