Методичка

2. Проектирование свайных фундаментов

Свайные фундаменты в зависимости от размещения в плане свай устраиваются в виде:

а) одиночных свай – под отдельно стоящие опоры; б) лент – под стены зданий и сооружений при передаче на

фундамент распределенных по длине нагрузок с расположением свай в плане в один, два и более рядов;

в) кустов – под колонны с расположением свай в плане на участке квадратной, прямоугольной, трапецеидальной и другой формы;

г) сплошного свайного поля – под тяжелые сооружения со сравнительно небольшими габаритами в плане (высотные сооружения, дымовые трубы, доменные печи и др.).

2.1. Расчет свайного фундамента под колонну

Требуется запроектировать свайный фундамент под колонну промышленного здания. Нагрузки на уровне обреза фундамента по табл.2.1.

Таблица 2.1

В соответствии с грунтовыми условиями принимаем глубину заложения ростверка h = 3,0 м (к примеру, если в здании имеется подвал, то ростверк должен находиться ниже отметки пола подвала).

21

Рис.2.1. Расчетная схема свайного фундамента под колонну каркаса

22

По геологическим условиям свая «висячая». По требованиям п.8.14 [7] нижний конец сваи должен заглубляться в малосжимаемый грунт, в данном случае пески средней крупности, не менее 0,5 м. От низа подошвы ростверка до слоя песка 6,0 м. Заделку сваи в ростверк принимаем 0,3 м. Длина свай должна быть не менее:

lC 6,0 0,5 0,3 6,8 м.

Выбираем по табл. П5.1 сваи сплошные квадратного сечения (серия 1.011.1-10 вып.1) марки С70.30-6. Бетон марки В20, вес

1,6 т, арматура 4 12 А300. А = 0,302 = 0,09 м2, u = 0,30×4 = 1,2 м.

Определяем несущую способность одной сваи. Расчетная схема приведена на рис.2.1.

Рассчитаем несущую способность забивной призматической сваи трения по формуле (1.7):

Fd c cR RA u cf fi hi

Коэффициент работы свай в грунте γс = 1,0.

Примем, что сборные железобетонные сваи под фундамент будут забиваться в грунт дизель-молотом, поэтому в соответ-

ствии с табл.7.4 [7] γсf = 1,0; γсR = 1,0.

При z0 = 9,9 м по табл. П3.1 принимаем R = 4000 кПа. В соответствии с примечанием таблицы для плотных песков можно увеличить R на 60%. Тогда R = 1,6 4000 = 6400 кПа.

Определяем несущую способность по боковой поверхности сваи в табличной форме:

23

*Для плотных песков fi (табл. П3.2) увеличивается на 30%. Несущая способность сваи по грунту по формуле (1.7):

Fd 1,0 1,0 6400 0,09 1,20 1,0 177,6 576 213,12 789,12 кН

Несущая способность сваи по материалу:

Fd (Rb A RSС AS )

1,0 (11500 0,09 355000 4,52 10 4 ) 1035 160,46 1195,46 кН

φ = 1,0; Rb = 11500 кПа; А = 0,09 м2; RSС = 355000 кПа; АS = 4,52 м2.

По меньшему из двух значений Fd определим расчетную нагрузку на сваю.

Определяем количество свай:

По обрезу фундамента действует значительный момент, поэтому увеличиваем количество свай на 20% и принимаем:

n 1,2 5,09 6,1. Принимаем 6 свай.

Конструируем ростверк. Определим размеры ростверка:

24

где ар и вр – соответственно длина и ширина ростверка,

my и mx – соответственно количество свай, размещенных вдоль оси Y и X, ty и tx – соответственно шаг свай по оси Y и X, d – поперечный размер сваи.

GIр γf Vр γ 1,1 (2,2 2,2 0,6 1,6 1,6 0,3) 25 100,98 кН

GI гр γf Vгр γгрI 1,1 (2,2 2,2 1,6 1,6) 0,3 9,96 1,1 0,55 2,2 9,960,55 2,2 0,5 8,37 1,6 0,55 2,2 17,2 0,6 0,55 2,2 15) 76,25 кН

Таблица 2.3

Проверяем нагрузку на сваю в крайнем ряду: Комбинация 1:

25

Комбинация 2:

Недонагрузка:

676 519,7 100% 23%

676

Рассчитываем основание по деформациям

by 3d d 2l tg 3 0,3 0,3 2 6,9 tg5,8 2,60м ly 6d d 2l tg 6 0,3 0,3 2 6,9 tg5,8 3,50м

Аy 2,6 3,5 9,1 м2

Определяем удельный вес грунтов выше острия свай с учетом взвешивающего действия воды γ`II

Определяем вес условного массива грунта. Общий объем свай Vc = 6·0,64 = 3,84 м3; объем ростверка Vp = 5,04 м3; объем, занимаемый подвалом, Vп = 2,05·1,5·2,4 = 7,38 м3; общий объем массива:

V Аy H 9,1 9,9 90,1 м3

Объем грунта в условном массиве:

Vгр V Vc Vp Vп 90,1 3,84 5,04 7,38 73,8 м3

Вес грунта: NгрII = γ`II·Vгр = 11,7·738 = 864 кН.

Вес свай: NсII = n·Pсв = 6·16 = 96 кН.

26

Давление под подошвой условного фундамента:

Сопоставим р с расчетным сопротивлением грунта на уровне нижнего конца свай. Расчетное сопротивление грунта R вычисляем по [6] в соответствии с данными для песка.

1,4 1,4 2,11 1,0 2,6 20,1 9,44 9,9 11,7 (9,44 1) 2,0 11,7 10,8 0,1 2748,47 кПа 1,0

РII = 383 кН/м2 R = 2748 кПа.

Определяем осадку методом эквивалентного слоя:

S m p hs ; hs A 0 by ;

где hs – толщина сжимаемого слоя грунта; р – давление по кровле сжимаемого слоя;

mν – коэффициент относительной сжимаемости грунта.

Примечание: Меньшие значения ν применяют при большей плотности грунта

27

Значения коэффициентов Aω0

hs A 0 b 1,57 2,6 4,08 м

рб IIi hi 15 1 21 1 11,3 2,5 9,3 4,5 10,7 0,9 116 кН / м2 ;

р0 = р – рб = 383 – 116 = 267 кН/м2 = 267 кПа.

Коэффициент относительной сжимаемости грунта:

Вычислим конечное значение осадки свайного фундамента и сравним его с предельным значением осадки производственного здания с полным железобетонным каркасом Su = 10 см по табл. П6.1 или по приложению Д. к [6]:

S m p hs 2,4 10 3 267 4,08 2,6 см Su 10 см;

28

3.Конструктивный расчет ростверка

3.1.Расчет ростверка под сборную колонну каркаса здания

Расчет ростверка произведен в соответствии с методикой «Пособия по проектированию железобетонных ростверков свайных фундаментов под колонны зданий и сооружений»

(к СНиП 2.03.01-84) [10].

Расчет по прочности плитной части ростверков под сборные железобетонные колонны производится: на продавливание колонной; продавливание угловой сваей; по прочности наклонных сечений на действие поперечной силы; на изгиб по нормальному и наклонному сечениям; на местное сжатие (смятие) под торцами колонн. Помимо этого проверяется прочность стакана ростверка.

Примеры расчета ростверков под монолитные железобетонные колонны и под базы колонн стального каркаса рассматриваются в пособии [10].

3.1.1. Расчет на продавливание ростверка колонной

Расчетная схема приведена на рис. 2.2.

Класс бетона ростверка по прочности на сжатие В25, коэффициент условий работы бетона b2 = 1,1.

Расчетное сопротивление бетона осевому растяжению с учетом коэффициента условий работы бетона

Rbt = 1,1 1,05 = 1,16 МПа (1160 кПа).

Призменная прочность бетона с учетом коэффициента условий работы Rb = 1,1 14,5 = 16 МПа.

Арматура из стали класса А300.

29

Ростверк принимаем прямоугольной формы в плане размером 240 150 см. Размеры подколенника (стакана) в плане 120 100 см, глубина заделки колонны в стакане hanc = 110 см.

Рис.2.2. Схема свайного ростверка под колонну каркаса

Расчетная продавливающая сила определяется по п. 2.2 [10]:

Величина продавливающей силы определяется по формуле:

Величины реакций свай от нагрузок колонны на ростверк на уровне верхней горизонтальной грани ростверка определяются по формулам:

а) в первом ряду свай от края ростверка со стороны наиболее нагруженной его части

30