Конструирование свайного фундамента.

Определение глубины заложения ростверка.

Определяем глубину заложения ростверка.

d_p >d_min,

d_min= 0.73 м.

Принимаем d_p=1.2 м.

Выбираем сваю:

Глубина заглубления нижнего конца сваи не менее 1.0 м, но не более 2.0-2.5 м.

Тип сваи: Цельные, из квадратного сплошного сечения с поперечным армированием ствола, с напрягаемой арматурой (СН).

d_св=35 см=0.35 м;

L_св=9.0 м.

При наличии F_vи М величина заделки головы ж/б сваи в ростверк составляет 20 см с выпуском арматуры 20d_a, т.к. арматура периодического профиля.

Определение несущей способности одиночной сваи.

Т.к. грунт суглинок тугопластичный, то забивную сваю будем рассчитывать как висячую.

F_d=γ_c(γ_cR∙R∙A+u∑γ_cf∙f_i∙h_i),

F_d,кН – несущая способность сваи (по прочности грунта);

γ_c=1.0 – коэффициент условия работы сваи в грунте;

R=3500 кПа – расчетное сопротивление грунта под нижним концом сваи;

А=0.35∙0.35=0.1225 м²– площадь опирания на грунт сваи;

u=0.35∙4=1.4 м – периметр поперечного сечения сваи;

f_i, кПа – расчетное сопротивлениеi-го слоя грунта основания на боковой поверхности сваи.

h_i,м - толщинаi-го слоя грунта, соприкасающегося с боковой поверхностью сваи, но не более 2 м;

γ_cR=1.0, γ_cf=1.0, - коэффициенты условий работы грунта соответственно под нижним концом и по боковой поверхности сваи, учитывающие влияние способа погружения сваи на расчетные сопротивления грунта(Погружение забивкой сплошных и полых с закрытым нижним свай молотом);

f1, кПа	f2кПа	f3кПа	f4кПа	f5кПа
27	30.5	32.45	33.58	47

F_d =1.0( 1.0∙3500∙0.1225+1.4∙(1∙27∙1.7+1∙30.5∙1.7+1∙32.45∙1.7+1∙33.58∙1.7+1∙47∙2)=428.75+425.6=854,35 кН.

Определение необходимого числа свай.

n_c=,

=f_v∙γ_f = 520∙1,15=598 кН – расчетная нагрузка по обрезу ростверка;

γ_f=1.15 – коэффициент надежности по нагрузке;

Среднее давление на основание под ростверком:

P_p=/(3d)²

d=0,35 м – сторона поперечного сечения сваи;

=F_d/γ_к=854.35/1.4=610, 25 кН – расчетное сопротивление сваи;

γ_к=1.4 – коэффициент надежности;

P_p=610,25/1.1=554,77 кПа;

По этому значению P_pопределяем площадь подошвы ростверка:

A_p=/(P_p-γ_cp∙d_p∙γ_f),

γ_cp=20 кН/м³– средний удельный вес материала ростверка и грунта;

γ_f=1.1 – коэффициент надежности по нагрузке;

d_p=3,2 м – глубина заложения ростверка.

A_p=598/(554,77-20∙3.2∙1.1)=1.235 м²

Т.к. расчет производится на 1 п.м. стены.

Поэтому ширина ростверка b_p=A_p/1=1,235 м.

Определяем расчетный вес ростверка и грунта на его обрезах:

= γ_f ∙A_p∙γ_cp∙d_p=1,1∙1,235∙20∙3,2=86,94 кН,

n_c=(598+86,94)/610,25=1.12.

а_р=1/n_c=0,89 м Принимаем а_р=0.9 м (кратным 0,05 м);

т.к. 1.5d_cв< а_р< 3d_cвиn<2, выбираем двухрядное шахматное, расстояние между рядами

с_р==0,54 м.

Ширина ростверка определяется по формуле:

b=d+ 2c₀+(m-1)c_p,

с₀=01 м – расстояние от края ростверка до грани сваи;

с_р=0,54 м – расстояние между рядами свай;

m=2 – количество рядов свай;

Проверка нагрузок на краевые и угловые сваи.

Условие расчета:

N≤F_d/γ_к=P_cв ,

N,кН – вертикальная нагрузка на сваю от расчетных нагрузок, действующих на фундамент.

N=;

N_d=∑N_p++- расчетная вертикальная нагрузка на уровне подошвы ростверка как сумма внешних вертикальных расчетных нагрузок ∑N_p, расчетного веса ростверкаи грунтов на уступах ростверка;

М_х,кНм – расчетные изгибающие моменты относительно главной центральной оси х плана свай в плоскости подошвы ростверка;

У_i=0.27 м – расстояние от главной оси до оси каждой сваи;

n– число свай в фундаменте.

=∙ - вес ростверка;

= 24∙1,2=28,8 кН.

=А_элем∙1 – объем ростверка;

=1.09∙1.1=1,2 м³

= 24 кН/м³ – удельный вес железобетона;

;=∙- вес грунта на уступах;

;=11.53∙0.525=6.05 кН.

===11.53 кН/м³ – средний удельный вес грунта

2.1∙0.25=0.525 м³ – объем грунта на уступах;

N_d=598+28,8+6,05=632, 85 кН,

N=632,85/2 + 40∙0.27/2∙0.27²=316.43+74,07=390,5 кН

N=390,5 кН <= 610, 25 кН. Проверка выполнена.

Определение осадки свайного фундамента как условно массивного.

Условие расчета:

S≤S_u,

S, м – совместная осадка сооружения и свайного фундамента;

S_u, м –предельное значение совместной деформации основания свайного фундамента и сооружения.

Определяем средний угол внутреннего трения:

=

, град – расчетные значения углов внутреннего трения для отдельных пройденных сваями слоев грунта толщиной h_i;

h_i,м – глубина погружения свай в грунт;

= (6.8∙23+2∙22)/(6.8+2)=22.8 град.

=5.7 град.

Определяем размеры подошвы условного фундамента:

b_y=b-2c₀+2htg();

a_y= 1п.м

h, м – глубина погружения свай в грунт;

b_y=1.09-2∙0.1+2∙8.8∙0.1=2.65 м;

A_y=b_y∙a_y=2,65∙1=2.65 м²– площадь условного фундамента.

Определяем среднее давление по подошве условного массивного фундамента по формуле:

P_ср=∑N^н/A_y,

∑N^н=f_v+++, кН – сумма вертикальных нормативных нагрузок на

уровне подошвы условного фундамента с учетом веса условного фундамента

(включая вес грунта и свай).

∑N^н=520+86,94+0.35∙0.35∙9∙2∙24+(1∙0.88∙0.2∙20.6+1∙9.8∙0.88∙10.58+1∙2∙0.88∙10.08)=659,86+112,61=772.47 кН.

P_ср=772,47/2.65=291,5 кПа.

P_ср<R,

R,кПа – расчетное сопротивление грунта основания под подошвой условного массивного фундамента.

R=[]

k=1,0;

=1,2; =1.1 (т.кL/H=1,2) – коэффициенты работы;

=0.61; =3.44;=6.04 – коэффициенты зависящие от угла внутреннего трения грунта;

= 1,0;

=10.08 кН/м³ – осредненное расчетное значение удельного веса грунта, залегающих ниже подошвы фундамента;

= =10.66 кН/м³ – осредненное расчетное значение удельного веса грунта, залегающих выше подошвы фундамента;

=40 кПа – расчетное значение удельного сцепления грунта, залегающего непосредственно под подошвой фундамента;

b_y= 2,65;d_y=10 м – соответственно ширина и глубина заложения условного массивного фундамента;

=2 м – глубина подвола;

R=[]=893,13 кПа.

P_ср=291,5 кПа <R=893,13 кПа. Проверка выполнена.

S_u=8 см –определяется по СНиП 2.02.01-83^*«Основания зданий и сооружений»;

Толщина расчетных слоев (h_i =1,00 м) принимается не более 0.4b_у;

Построение эпюры вертикальных напряжений от собственного веса грунта σ_zq:

Т.к водонепроницаемого слоя нет, то σ_zq определяется по формуле:

σ_zq=∑γ_i∙h_i+∑γ_sbi∙h_i;

γ_sbi, кН/м³– удельный вес грунта вi-м слое с учетом гидростатического взвешивания;

h_i, м – толщинаi-го слоя грунта;

Построение эпюры дополнительных вертикальных напряжений σ_zp:

σ_zp=α∙P₀;

α – коэффициент принимаемый в зависимости от формы подошвы условного фундамента, соотношения сторон(L/b) и относительной глубины ξ =2∙Z/b_у;

Z, м – расчетное расстояние от подошвы условного фундамента до границы расчетного слоя;

P₀=P_ср-σ_zq0=291,5 – 127,99=163,51 кПа – дополнительное вертикальное давление на основание;

σ_zq0=127,99 кПа – вертикальное напряжение от собственного веса грунта на уровне подошвы условного фундамента;

σ_zp =0.2 ∙σ_zq

Определяем осадки отдельных расчетных слоев в пределах сжимаемой толщи по формуле:

S_i=β,

β=0.8 – безразмерный коэффициент;

,кПа – среднее значение дополнительного вертикального напряжения в i-м слое грунта, равное полу сумме напряжений на верхнейZ_i-1и нижнемZ_i границах слоя по вертикальной оси, проходящей через центр подошвы условногофундамента;

–модуль деформаций i-го слоя;

S=.

Все расчеты представлены в таблице на стр. 17:

Схема для расчета осадки свайного фундамента.

Таблица расчета осадки свайного фундамента.

Номер расчетного слоя	Глубина от подошвы условного фундамента до расчетного слоя z, м	Толщина слоя hl, м (см)	Удельный вес грунта γl, кН/м3	Напряжение от собс-го веса грунта σzg, кПа	0,2 σzg	ζ = 2Z/B	Коэффициент α	Дополнительное напряжение σzр, кПа	Среднее доп-ое напряжение σzрi, кПа	Модуль деформации Ei кПа	Осадка слоя Si, м
1	−	0,20	20,6	4,12	0,82	−	−	−	−	−	−
2	−	0,80	10,582	12,59	2,52	−	−	−	−	−	−
3	−	1,00	10,582	23,17	4,63	−	−	−	−	−	−
4	−	1,00	10,582	33,75	6,75	−	−	−	−	−	−
5	−	1,00	10,582	44,33	8,87	−	−	−	−	−	−
6	−	1,00	10,582	54,91	10,98	−	−	−	−	−	−
7	−	1,00	10,582	65,50	13,10	−	−	−	−	−	−
8	−	1,00	10,582	76,08	15,22	−	−	−	−	−	−
9	−	1,00	10,582	86,66	17,33	−	−	−	−	−	−
10	−	1,00	10,582	97,24	19,45	−	−	−	−	−	−
11	−	1,00	10,582	107,82	21,56	−	−	−	−	−	−
12	−	1,00	10,082	117,91	23,58	−	−	−	−	−	−
13	0,00	1,00	10,082	127,99	25,60	0,00	1,000	163,51	−	19000	−
14	1,00	1,00	10,082	138,07	27,61	0,75	0,752	122,96	143,23	19000	0,006031
15	2,00	1,00	10,082	148,15	29,63	1,51	0,484	79,14	101,05	19000	0,004255
16	3,00	1,00	10,082	158,23	31,65	2,26	0,285	46,60	62,87	19000	0,002647
17	4,00	1,00	10,082	168,32	33,66	3,02	0,178	29,10	37,85	19000	0,001594
18	5,00	1,00	10,082	178,40	35,68	3,77	0,121	19,78	24,44	19000	0,001029
19	6,00	1,00	10,082	188,48	37,70	4,53	0,087	14,23	17,01	19000	0,000716
20	7,00	1,00	10,082	198,56	39,71	5,28	0,065	10,63	12,43	19000	0,000523
21	8,00	1,00	10,082	208,64	41,73	6,04	0,051	8,34	9,48	19000	0,000399
22	9,00	1,00	10,082	218,73	43,75	6,79	0,04	6,54	7,44	19000	0,000313
23	10,00	1,00	10,082	228,81	45,76	7,55	0,029	4,74	5,64	19000	0,000238
										∑	0,014527

∑S=0,0145 м = 1.45 см ≤S_u=8 см. Проверка выполнена.