Методичка

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ ПОВОЛЖСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Проектирование свайных фундаментов

Методические указания к выполнению курсового проекта для студентов строительных специальностей и направлений очной и заочной формы обучения

Йошкар-Ола ПГТУ

2012

УДК 624.15

Составители: В. Е. Глушков, В. С. Рязанов, А. В. Глушков, С. Ю. Хабибулин,

Рецензент Главный инженер ОАО «Йошкар-олинское ПСО» Яковлев В.А.

Печатается по решению редакционно-издательского совета ПГТУ

Проектирование свайных фундаментов: методические указания к выполнению курсового проекта для студентов строительных специальностей и направлений очной и заочной формы обучения / сост. В. Е. Глушков, В. С. Рязанов, А. В. Глушков, С. Ю. Хабибулин. – Йошкар-Ола: Поволжский государственный технологический университет, 2012. – 56 с.

В методических указаниях отражены общие положения проектирования свайных фундаментов по предельным состояниям, даны примеры определения несущей способности различных типов свай, расчеты свайного фундамента под колонну и ленточного свайного фундамента. Методические указания рекомендуются студентам строительных специальностей и направлений очной и заочной формы обучения.

УДК 624.15 ББК 38.58

Поволжский государственный технологический университет,

2012

2

Исходные данные для проектирования свайных фундаментов

Свайный фундамент состоит из свай и ростверка. В промышленном и гражданском строительстве используются в основном свайные фундаменты с низким ростверком, т.е. опирающиеся на грунт.

Тип свайного фундамента, сечение свай и длину выбирают в зависимости от геологических и гидрогеологических условий площадки, конструктивных особенностей здания, опыта строительства и возможностей строительных организаций. Окончательно тип свайных фундаментов выбирается по результатам технико-экономической оценки возможных вариантов.

Геологические условия строительных площадок являются решающими в выборе длины свай. Залегающие с поверхности слабые грунты: торф, насыпные грунты, рыхлые пески и глинистые грунты в текучем состоянии должны быть пройдены сваями. Сваи, как правило, должны опираться на более прочные грунты (пески плотные и средней плотности, глинистые грунты твердой, полутвердой и тугопластичной консистенции). Заглубление свай в плотные грунты должно быть не менее 1 м.

Глубина заложения подошвы ростверка назначается, как и для фундаментов на естественном основании, в зависимости от конструктивных особенностей зданий, глубины заложения фундаментов примыкающих зданий, геологических условий площадки.

При выборе типоразмеров свай следует иметь в виду, что фундамент с меньшим числом длинных свай оказывается более экономичным, чем с большим числом коротких свай. Проект свайного фундамента составляется на основании данных инже- нерно-геологических изысканий и конструктивных особенностей проектируемого здания и должен включать план размещения

3

свай, монтажный план ростверков и фундаментных балок, арматурные чертежи ростверков.

Основные виды свай

Сваи, применяемые в строительстве можно разделить на сваи: забивные, набивные, винтовые. По характеру взаимодействия свай с грунтом различают сваи-стойки и висячие сваи.

Сваями-стойками считают сваи, прорезающие слабые грунты и опирающиеся остриями на практически несжимаемые грунты. Так как эти сваи опираются на несжимаемые грунты, то они практически не имеют вертикальных перемещений. Следовательно, трение по боковой поверхности свай не возникает, и считают, что свая-стойка передает нагрузку на грунт только нижним концом (пятой).

К висячим сваям относятся сваи, погружаемые в сжимаемые грунты и передающие нагрузку как острием, так и боковой поверхностью.

По способу изготовления сваи подразделяются на набивные и забивные. Набивные сваи изготавливают непосредственно на строительной площадке путем бетонирования скважин. Разновидностью набивных свай являются буронабивные, изготавливаемые с предварительным бурением скважин, они имеют в нижней части уширения, набивные частотрамбованные, устраиваемые путем забивки труб с башмаком и последующим бетонированием, виброштампованные сваи с заполнением скважин бетоном и с уплотнением виброштампом; набивные сваи, выполняемые с использованием разрядно-импульсной технологии (РИТ); грунтоцементные сваи по технологии «Jet grouting».

4

Забивные сваи изготавливаются в заводских условиях и погружаются на строительной площадке молотами, вибропогружателями или установками для вдавливания.

Форма поперечного сечения свай может быть круглая, квадратная, прямоугольная, треугольная, кольцевая.

1. Основные положения расчета свайных фундаментов

Расчет свайных фундаментов и их оснований должен быть выполнен по предельным состояниям:

1). Первой группы:

а) по прочности материала свай и свайных ростверков; б) по несущей способности грунта основания свай;

в) по несущей способности грунта оснований свайных фундаментов, если на них передаются значительные горизонтальные нагрузки (подпорные стены, фундаменты распорных конструкций и др.);

2). Второй группы:

а) по осадкам оснований свай и свайных фундаментов от вертикальных нагрузок;

б) по перемещениям свай (горизонтальным и углам поворота головы свай) совместно с грунтом оснований от действия горизонтальных нагрузок и моментов;

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

Свайные фундаменты и сваи по несущей способности грунтов основания рассчитываются по формуле [7]:

5

где N – расчетная нагрузка, передаваемая на сваю (продольное усилие, возникающее в ней от расчетных нагрузок, действующих на фундамент при наиболее невыгодном их сочетании);

Fd – несущая способность (предельное сопротивление) грунта основания одиночной сваи, называемая в дальнейшем несущей способностью сваи; γ0 – коэффициент условий работы, учитывающий повышение

однородности грунтовых условий при применении свайных фундаментов, принимаемый равным γ0 = 1 при односвайном фундаменте и γ0 = 1,15 при кустовом расположении свай;

γn – коэффициент надежности по назначению сооружения, принимаемый равным 1,2; 1,15 и 1,10 соответственно для сооружений I, II и III уровней ответственности;

γk – коэффициент надежности, принимаемый равным:

1,2 – если несущая способность сваи определена по результатам полевых испытаний статической нагрузкой; 1,25 – если несущая способность сваи определена расчетом по результатам статического зондирования грунта или по результатам динамических испытаний сваи;

1,4 – если несущая способность сваи определена расчетом.

Расчет свай и свайных фундаментов по деформациям следует производить исходя из условия:

где S – совместная деформация сваи, свайного фундамента и сооружения;

Su – предельное значение совместной деформации основания сваи, свайного фундамента здания и сооружения, устанавливаемое в соответствии с [6], для мостов – [8].

6

Определение несущей способности свай

Несущую способность свай всех видов определяют как наименьшее из значений несущей способности, полученных по следующим двум условиям:

а) из условия сопротивления грунта основания свай; б) из условия сопротивления материала свай в соответствии

с требованиями СП (СНиП) по проектированию бетонных и железобетонных или деревянных конструкций.

1.1. Сваи-стойки

Сваи-стойки – забивные сваи, сваи-оболочки, набивные и буровые сваи, опирающиеся на скальный грунт, а также забивные сваи, опирающиеся на малосжимаемый грунт. Несущую способность Fd, кН, сваи-стойки следует определять по формуле:

где γс – коэффициент условий работы сваи в грунте, принимаемый равным 1,0;

R – расчетное сопротивление грунта под нижним концом сваи-стойки, кПа;

А– площадь опирания на грунт сваи, м2.

Кпрактически несжимаемым грунтам относятся скальные, крупнообломочные с песчаным заполнением и глинистые грунты твердой консистенции.

Расчетное сопротивление грунта R под нижним концом сваистойки следует принимать:

а) для всех видов забивных свай, опирающихся на скальные и малосжимаемые грунты, R = 20 000 кПа;

7

б) для набивных и буровых свай и свай-оболочек, заполняемых бетоном и заделанных в невыветрелый скальный грунт не менее чем на 0,5 м, определяется по формуле:

где Rm – расчетное сопротивление массива скального грунта под нижним концом сваи-стойки, определяемое по Rс,m,n нормативному значению предела прочности на одноосное сжатие массива скального грунта в водонасыщенном состоянии, кПа; ld – расчетная глубина заделки набивной и буровой сваи и сваи-оболочки в скальный грунт, м;

df – наружный диаметр заделанной в скальный грунт части набивной и буровой свай и сваи-оболочки, м.

где Rс,m,n – нормативное значение предела прочности на одноосное сжатие массива скального грунта в водонасыщенном состоянии, кПа, определяемому, как правило, в полевых условиях

γg – коэффициент надежности по грунту, принимаемый рав-

ным 1,4.

Для набивных, буровых свай и свай-оболочек, заполняемых бетоном, опирающихся на невыветрелые скальные и малосжимаемые грунты (без слабых прослоек) и заглубленные в них менее чем на 0,5 м, R следует определять по формуле соответствующей методике [7].

Пример.1. Определить несущую способность забивной сваи С60.30-8 квадратного сечения 30×30 см длиной 6,0 м, опираю-

8

щейся на глинистые грунты твердой консистенции. Свая изготовлена из бетона класса В25, марки по морозостойкости F150, марки по водонепроницаемости W6, и армируется ненапрягаемой арматурой 4 14 А400 (рис.1.1.а). Свая выполняется под колонну производственного здания II уровня ответственности. Свая будет располагаться в кусте ростверка.

Решение. Несущую способность сваи по грунту определим по формуле (1.3). Для забивных свай-стоек γс = 1, R = 20000 кПа,

А = 0,3·0,3 = 0,09 м2.

Fd c R A 1 20000 0,09 1800 кН.

Несущая способность сваи по прочности материала определяется по формуле:

где φ – коэффициент продольного изгиба;

Rb – призменная прочность бетона по табл. П1.1, кПа; А – площадь сечения бетона, м2;

RSС – расчетное сопротивление арматуры на сжатие по табл. П.1.2, кПа;

АS – площадь арматуры, м2 (табл. П.2.1).

Fd (Rb A RSС AS ) 1,0 (14500 0,09 355000 6,16 10 4 ) 1305 218,68 1523,68 кН

Несущая способность сваи Fd определяется как меньшее из двух значений (по грунту и материалу) и составляет соответственно Fd = 1523,68 кН.

Расчетная нагрузка на сваю по грунту определяется по формуле (1.1) с учетом коэффициента надежности γk = 1,4, так как несущая способность определяется расчетным методом.

9

Рис. 1.1. Расчетная схема

Пример 2. Требуется определить несущую способность набивной сваи диаметром d = 0,7 м, заделанной в скальный грунт на h3 = 0,8 м. Свая изготовлена из бетона класса В20 и армируется ненапрягаемой арматурой 8 12 А240. Временное сопротивление скального грунта (сланца) одноосному сжатию в водонасыщенном состоянии R0 = Rc,m,n = 4200 кПа (рис.1.1.б). Свая выполняется под колонну производственного здания II уровня ответственности. Свая будет располагаться в кусте ростверка.

Решение. Величина Rm определяется по формуле (1.5):

Величина R определяется по формуле (1.4):

Площадь опирания сваи на грунт A = 0,503 м2. Несущая способность:

10