17. Проектирование и расчет внецентренно нагруженных фундаментов мелкого заложения

Форма подошвы определяется конфигурацией в плане конструктивных элементов, опирающихся на фундамент. Площадь фундаментной подошвы выполняется из условия для отдельно стоящих фундаментов , для, , , , . Рис Для ленточных фундаментов , .Внецентренно нагруженные фундаменты следующим образом: а)вначале размер фундамента рассчитывают на вертикальные нагрузки, б)конструируют фундамент, в)проверка на внецентренные нагружения(при действии значительных моментов и горизонтальных нагрузок размеры фундамента увеличиваются на 20 %, а затем выполняют его конструирование и проверку). При этом целесообразно увеличивать подошву фундамента смещением подошвы в сторону действия момента, чтобы центр тяжести фундамента совпал с нагрузкой. Рис 15

18.Проверка давления на подстилающий слой слабого грунта

Форма подошвы определяется конфигурацией в плане конструктивных элементов, опирающихся на фундамент. Площадь фундаментной подошвы выполняется из условия для отдельно стоящих фундаментов , для, , , , . (Рис 16) Для ленточных фундаментов , .Внецентренно нагруженные фундаменты следующим образом: а)вначале размер фундамента рассчитывают на вертикальные нагрузки, б)конструируют фундамент, в)проверка на внецентренные нагружения(при действии значительных моментов и горизонтальных нагрузок размеры фундамента увеличиваются на 20 %, а затем выполняют его конструирование и проверку). При этом целесообразно увеличивать подошву фундамента смещением подошвы в сторону действия момента, чтобы центр тяжести фундамента совпал с нагрузкой. Рис

19. проверка устойчивости фундамента на опрокидывания и плоский сдвиг

20. расчет осадок. Метод послойного суммирования

Осадка - вертикальное перемещение фундамента, вызванное уплотнением грунта и деформациями сдвига. Расчет осадок является основным расчетом, который необходимо выполнять во всех случаях проектирования фундамента. Расчет осадок производиться по 2 группе предельных состояний. Осадка находиться от вертикальных напряжений, действующих по оси, проходящей через середину фундамента, при этом соблюдается следующий порядок расчета: 1)после определения размеров фундамента ось фундамента совмещают с осью z и строят эпюру природного давления 2)эпюра строится по оси фундамента, начиная от поверхности природного рельефа, 3)затем определяется природное давление на уровне подошвы фундамента и определяется дополнительное вертикальное давление , где -среднее давление, 4)установив величину , строят эпюру дополнительных вертикальных напряжений в грунте , 5)эпюру строят по точкам, для чего толщу грунта ниже подошвы фундамента делят на элементарные слои, толщиной не более , где -ширина фундамента, при этом необходимо следить, чтобы границы между элементарными слоями совпадали с границей между инженерно-геологическими элементами 6)Затеи рассчитывают среднее значение в каждом элементарном слое. По значениям рассчитывают осадки каждого элементарного слоя. Осадку для элементарных слоев, располагающихся в пределах сжимаемой толщи, которая ограничивается глубиной заложения, сжатием грунта можно пренебречь. Нижнюю границу сжимаемой толщи находят из условия 7)осадки элементарных слоев, входящих в сжимаемую толщу суммируют, получая конечную осадку оснований.

21. Когда ширина ф-та превышает 10м и передается большое давление на грунт рассчитать осадку методом послойного суммирования невозможно. Сущность м/да линейно-деформированного слоя заключ в том, что рассчитывается осадка в пределах глубины сжимаемой толщи каждого инж-геолог-го элемента в отдельности. где ψ-коэф, зависящий от вида грунта в основании; b- ширина ф-та; Кр- коэф, зависящий от среднего давления Р, передаваемого на основание и опред по СНиП; Н0 : для глинистых грунтов = 9м, для песчан.=6м. (РИС 17)

Осадка сжимаемой толщи опред: , где Kc, Km- коэф условия работы, по СНиП 2,02,01-83; Ki, Ki-1 – коэф, зависящий от глубины расположения кровли и подошвы каждого слоя, входящего в состав сжимаемой толщи.

22. Метод менее трудоемкий, но и менее точный. Поэтому рекоменд использовать только для первичного подсчета размера фундамента. В этом методе пространств задача расчета сводится к эквивалентной одномерной задаче. Осадка опред-ся с учетом жесткости ф-та и в предположении, что основание явл линейно-деформир-ым телом. Осадку ф-та опред по ф-ле: , , где Аw – коэф эквивалентного слоя, опред по табл в завис-ти от коэф Пуассона. Среднюю величину относительной сжимаемости находим по ф-ле: , где hi – толщина i-го слоя грунта, - коэф относит сжимаемости, - средняя глубина расположения слоя.Линейно-деформир тело (РИС18) Е- уплотнение грунта в зависимости от давления, , . Чтобы убрать все эти неточности, выбираем небольшой участок в зависимости от давления на основание. (РИС18)

23. Свая- это стержень, погруженный в грунт и предназ для передачи нагрузки от сооружения на основание. Несущей способностью сваи наз-ют пред-ую нагрузку, при которой свая получает осадку, не превышающую предельно-доп-ую. В работу включается больший объем грунта, чем рпи ф-те мелкого заложения. Несущая спос-ть сваи зависит не только от параметров самой сваи, но и от способа погружения сваи в грунт. Предворительно-изготовленные сваи погружают в грунт забивкой, вибропогружением, вдавливанием и ввинчиванием. При забивки вдавливании – происходит уплотнение и вытеснение грунта: (РИС 19) Предворительно-изготовленные сваи подразделяют на: ж/б, деревянные, стальные, комбинированные. Ж/б- наиболее распространенные, деревянные и Ме – только для временных сооружений. Проектирование свайных ф-ов по СНиП 2,02,03-85 «свайные ф-ты». Забивка свай в грунт осущ-ся сваебойными молотами. Для защиты материала головы сваи от разрушения ударами молота на нее надевают Ме-ий наголовник. Свайные молоты подразделят на: механические, паро-воздушные, дизель-молоты и вибро-молоты. Забивка свай – наиболее технологичный способ погружения и прим-ся практически во всех нескальных грунтах. Иногда при забивки сваи в плотные грунты пробуривают лидерные скважины длиной не более 0,9L, гдеL – длина сваи и диаметр не превышающий диаметр сваи. Вибропогружение сваи прим-ся д/погружения свай в насыщенные водой пески. Вертик-ые колебания, создаваемые вибратором разжижают грунт, снижая силы сопротивления, что приводит к быстрому погжению. Вдавливание свай осущ-ся с пом-ью мощных гидродомкратов. Вдавливание свай прим-ся в тех случаят, когда нельзя применять забивку (вблизи сущ-их зд-ий, при усилении ф-ов). Ввинчивание свай осущ-ют механизмами – кабестанами. Кабестан вращается и закручивает сваю.(РИС 20) Сваи, изготавливаемые в грунте имеют, как правило, цилиндрическую форму. По способу изгот-ия их раздел на 3 типа: сваи без оболочек(изгот-ют полость в грунте. Если стенки остаются устойчивыми, то просто заливается бетон, ж/б, грунто-бетон и т.п.); с извлекаемой оболочкой (н-р, есть слой грунта-пески. Оболочка- обычно труба., к-ая опускается во время бурения. Такие сваи изгот след образом: в поцессе бурения в сваю погружается оболочка, к-ая затем по мере заполнения скважины бетоном извлекается.); с не извлекаемой оболочкой (гл задача – удержать стенки скважины. Исп в водонасыщенных грунтах. не извлекаемая оболочка защищает бетон сваи от размыва грунтовыми водами. ). Их длина до 30м, диаметр 0,4-1,2м. (РИС 8)

24. Сплошная свая при погружении вытесняет объем грунта, равный ее объему.

(РИС 21)

В рез-те чего грунт около сваи уплотняется, а часть его вытесняется вверх, вызывая подъем пов-ти. В рыхлых песках и песках средней плотности, а также в ненасыщенных глинистых грунтах уплотнение происходит быстро, а его перемещение вверх – незначительно. В водонасыщенных грунтах уплотнение происх только в рез-те отжима воды из грунта, а это прцесс очень медленный. Поэтому грунт не успевает и большая его часть поднимается вверх. Зона уплотнения грунта вокруг забивных свай имеет радиус порядка 1,5dсвай. Под нижним концом сваи зона уплотнения грунта имеет форму, близкую к сферической и сост-ет порядка 3-4d d сваи. Учитывая эти явления, забивку сай производят от центра свайного поля к его периметру. При устр-ве набивных свай изменение структуры грунта не происходит. При забивки сваи сначало погружаются легко и быстро. Скорость погружения харак-ся величиной погружения сваи от удара молота. Эту величину наз-ют отказом сваи. По величине отказа сваи можно определить ее несущую способность. Чем меньше отказ, тем выше несущ спос-ть. При забивки свай в маловлажные грунты под нижним концом сваи формируется переуплотненная упругая зона, препятствующая погружению сваи, что и приводит к быстрому уменьшению отказа. Если забивку прекратить,то через нек-ое время в рез-те релаксации напряжений, сопротивление грунта под нижним концом сваи снизится и забивку можно возобновить. Это явление носит название отдыха сваи. Отдых сваи сост-ет: в песчан грунтах 3-5 суток, в супесях – 5-10 суток, в суглинках 15-20 суток, в глинах – 25-30.

Вертик-ая нагрузка, воспринимаемая висячей сваей передается на грунт ч/з ее боковую пов-ть и ниж конец. В рез-те вокруг сваи возникает напряженная зона, имеющая сложное кривелинейное очертание. (РИС 22) Эпюра вертик-ых нормальных напряжений на уровне ниж конца сваи имеет выпуклую форму. Напряжения распределяются по площади, равной основанию конуса, образующая к-го составляет со сваей угол α. При небольшом расстоянии м/ду сваями происходит наложение напряжений. В следствии чего, давление на грунт возрастает. Одновременно с увеличением давления увеличивается и зона активного сжатия грунта.

25. Вертик-ая нагрузка, воспринимаемая висячей сваей передается на грунт ч/з ее боковую пов-ть и ниж конец. В рез-те вокруг сваи возникает напряженная зона, имеющая сложное кривелинейное очертание. (РИС22) Эпюра вертик-ых нормальных напряжений на уровне ниж конца сваи имеет выпуклую форму. Напряжения распределяются по площади, равной основанию конуса, образующая к-го составляет со сваей угол α. При небольшом расстоянии м/ду сваями происходит наложение напряжений. В следствии чего, давление на грунт возрастает. Одновременно с увеличением давления увеличивается и зона активного сжатия грунта.

26. Свая-стойка работает как сжатый стержень на несжимаемом основании. Поэтому потеря ее несущей спос-ти может произойти в рез-те разрушения грунта под ниж концом сваи или в рез-те разрушения ствола сваи. (РИС23) Расчет на вертик-ую нагрузку свай-стоек произ-ся по 2 усл-ям: по усл-ю прочности материала ствола сваи; по усл-ю прочности грунта под ниж концом сваи. За несущ спос-ть сваи приним-ся меньшая из этих величин. По прочности мат-ласваи рассчит-ся как центрольно- сжатые стержни, при низком ростверке без учета продольного изгиба, а при высоком ростверке с учетом прод изгиба на уч-ке сваи, не окруженной грунтом. (РИС 23) , где - коэф продольного изгиба(при низком ростверке=1, при высоком – по СНиП). - коэф усл работы сваи в грунте и мат-ла сваи. - просность бетона на сжатие. А- площадь поперечного сечения. - коэф усл работы ар-ры. - расчетное сопротивление ар-ры осевому сжатию. По прочности грунта под ниж концом сваи несущ спос0ть опред след образом: , где А- площадь опирания сваи на грунт, R- расчет сопрт-ие грунта под ниж концом сваи. , - норм-ое значение предела прочности скальной породы на сжатие, - коэф надежности. Расчетная несущая спос-ть ф-та: . берем миним-ое из двух значений.

27. Висячая свая. (РИС24) Расчет несущей спос-ти вертикально нагруженных висячих свай производится только по прочности грунта. Сопротивление висячей сваи принято определять либо по расчету, либо по рез-ам полевых исследований. , где - коэф усл работы сваи в грунте; - коэф усл работы грунта под ниж кон сваи; R- расчетное сопр грунта под ниж кон сваи(приним по СНиП); А- площадь опирания сваи на грунт; U- периметр попер-го сечении сваи; - коэф усл работы грунта на боковой пов-ти сваи; - толщина i-го слоя; - расчет сопрт i-го слоя грунта на боковой пов-ти. (РИС 25) На выдергивающую нагрузку сви опред несущ спос-ть: .

Полевые методы опред несущ спос сваи. По рез-ам полевых исследований опред-ся величина предельного сопр-ия сваи( ). - явл частным значением. Чтобы избежать случайного рез-та, проводят ряд испытаний сваи в одинаковых грунтовых усл-ях. И после статической обработке рез-ов находят нормативные значения пред-го сопр-ия. Расчетное значение: . если число испытаний свай <6, то за величину приним-ся наименьшее значение из испытанных свай. Если число свай 6 и >, то за нормативное принимаем среднее арифмет значение.

28. Динамический метод заключ-ся в определении несущ спос-ти сваи по величине отказа на отметке, близкой к пов-ти. Работа, совершаемая молотом при забивки сваи, выражается произведением GH, где G- масса молота, Н-высота падения молота. Часть работы при забивки сваи затрачивается на упругие дефор-ии системы молот-свая-грунт, на превращение части энергии удара в тепловую и на разрушение головы сваи. Учитывая эти потери энергии, несущ-ю спос-ть сваи по величине отказа можно рассчитать по ф-ле: , где - коэф, зависящий от упругих св-тв мат-ла сваи; А- площ попер сеч сваи; М- коэф, зав-ий от способа погружения сваи; - расчетная энергия удара; - величина отказа сваи; - полный вес молота; - коэф восстановления удара, для ж/б; - вес сваи с наголовником; - вес конст-ий, поддерживающих сваю. ; , , -в паспортных данных. Отказ сваи опред-ют по одному удару молота или вычисляют как среднее арифм от серии ударов(такая серия наз-ся залог-4-5 ударов). Для правильного опред отказа динамич испытания производят после отдыха сваи. Для контроля за сопротивлением свай при их забивки из ф-ля вычисляется величина отказа сваи и сравнивается с фактической.

Метод опред-я несущ спос-ти сваи статической нагрузкой явл наиболее точным, т.к моделирует работу сваи в ф-те. (РИС 26) после испытаний строят графики (РИС 26). Статич исп-ия позволяют точно устанавливать предельные сопрот-я сваи с учетом всех геолог-их и гидрогеолог-их условий. Для проведения испытаний исп-ся спец установка, состоящая из: винтовых свай, соед-ых м/ду собой упорной балкой, к-ая жестко закрепляется по оголовкам свай. м/ду упорной балкой и испытуемой сваей уст-ют гидравлич домкрат, создающий статич-ю нагрузку на сваю. Нагрузки приклад-ся ступенями равными 1/10…1/15 от ожидаемого предел сопротив-ия. Осадки свай при приложении ступеней нагрузки измеряют прогибомерами, закрепляемыми на репера(реперы распол-ют вне зоны дефор-ции пов0ти) или методами высокоточной нивелировки. По рез испытаний строят график завис-ти м/ду давлением, передаваемым на сваю, и осадкой сваи. Получаемые графики обычно делятся на 2 типа. 1тип: предельная нагрузка опред по величине пред осадки сваи, к-ая опред по ф-ле: , где - предельно доп-ая осадка ф-ов всего зд-ия. 2тип: на этих графиках пределной нагрузкой на сваю считают нагрузку, при к-ой происх «срыв» сваи(осадка возрастает без увелич нагрузки). - при статич испытаниях, . – при динамич, . - при расчетном методе.

29. Расчет и проектирование свайных ф-ов производят по 2 группам предел сост-й. По 1-ой группе (по несущ спос-ти грунта основания, по устойчивости грунтового массива со свайным ф-ом и по проч-ти мат-ла свай и ростверка). (РИС 27) К расчетам по 2-ой гр относ: расчет осадок от вертак нагрузки, расчет перемещений свай совместно с грунтом оснований от действия гориз-ой нагрузки и момента, расчеты по образованию и раскрытию трещин в ж/б. осн-ое усл 1 гр пред сост: , гдн N- расчетная нагрузка, передаваемая на сваю; - несущ спос сваи, определенная с учетом коэф надежности . Осн усл 2 гр : . расчет по перемещению свайных ф-ов от действия гориз нагрузок и момента заключ в выполнении 2-х усл: и . - линейное отклонение головы сваи, - угол отклонения сваи.(РИС 28). Выбор конст-ии свайного ф-та производится исходя из конкретных усл строй площадки, конструктивных и технологических особен-ейпроектир-ых зд-ий и соор-ий. Глубина заложения ростверка опред исходя из тех же принципов. Длина свай выбир-ся в завис-ти от грунтовых усл и глубины заложения ростверка. Нижние концы сваи как правило заглубляют в плотные грунты с высокими расчет-ми харак-ми. Заглубление сваи в грунт д.б. не менее 1м. доп-ся 0,5м в глинистых твердых грунтах и в гравелистых песках. При центральном нагружении ф-ов число свай, необходимых для соор-ия ф-та или на 1 погон метр стены опред из усл: .

30. По форме свайные ф-ты подразделяются на: одиночные, ленточные(однорядные, двухрядные шахматные, двухрядные), кустовой, сплошные свайные поля. При дробном числе свай (н-р, n=1,25) кол-во свай округ до целого числа в сторону увеличения. Сваи в кусте распол т.о., чтобы ростверк получился наиболее компактным. Обычно сваи распол-ют по прямоуг-ой сетке или в шахматном порядке. Рас-ие м/ду сваями не менее 3d, где d- размер большей стороны. Если сваи в кустах работают только на сжимающую нагрузку, то достаточно их заделки в ростверк на 5-10 см. Если сваи воспринимают гориз и выдергивеющие нагрузки, то эту связь делают более надежной. Для чего разбивают оголовок сваи , обнажая ар-ру, к-ую замоноличивают в бетон ростверка. После размещения свай в плане опред-ют нагрузку, приходящуюся на каждую сваю и пров выполнение усл-я: , где - масса ф-та без учета веса свай(т.е ростверк+стена подвала), - вес грунта на обрезах ростверка.

а- расстояние между сваями, d- размер сваи., 3d≤a≤6d (РИС 29). а≤6d, т.к ростверк не должен прогибаться. В ином случае увеличивают высоту ростверка и рассчит его как балку, более армируют. - ширина ростверка., . при ленточном свайном ф-те число свай на 1 погон метр ростверка м.б. дробным. Рас-ие м/ду осями свай по длине стены опред: а=1/n. Величину размера а округляют до размера, кратного 5см. в завис-ти от величины а опред число рядов свай. Рекоменд-ся след распол-ие: (РИС 29) при 3d≤a≤6d – однорядное; при 1,5d≤a≤3d – двухрядное шахматное ; при а=1,5d – двухрядное, , где =1м – рас-ие от грани сваи до грани ростверка; m- число рядов свай; - рас-ие м/ду рядами свай.

31. Внецентренно-нагруженные свайные ф-ты. (РИС 30). , где n- число свай в ф-те; - вертик нагр на ф-т; и - моменты относит главных осей; X и Y- рас-ие от гл осей до оси сваи, для к-ой рассчит-ся нагрузка; - рас-ие от гл осей до оси каждой сваи. Для нашего рисунка : , . Макс-ое усилие на сваю должно удовл-ть усл-ю: . допускается перегрузка крайних свай на 20% при кратковременном действии нагрузок. Если , то необх расчит-ть крайнюю сваю на выдергивающие нагрузки. При проектировании Внецентренно-нагруженных свайных ф-ов предворительно число свай опред как и при центральной нагрузк, а затем увеличивается на 20%. После чего опред-ся расчетная нагрузка на саи и срав-ся с несущ спос-ью сваи.

32. Расчет осадок свайного фундамента.

Расчет фундамента из висячих свай и его основания по деформациям следует производить как для условного фундамента на естественном основании. Границы условного фундамента (см. чертеж) определяются следующим образом: снизу — плоскостью АБ, проходящей через нижние концы свай: с боков — вертикальными плоскостями АВ и АГ, отстоящими от наружных граней крайних рядов вертикальных свай на расстоянии С=h∙tg(φ_cр./4), но не более 2d в случаях, когда под нижними концами свай залегают пылевато-глинистые грунты с показателем текучести IL > 0,6 (d—диаметр или сторона поперечного сечения сваи);сверху — поверхностью планировки грунта ВГ. φ_cр.=∑ φ_i∙h_i/∑h_i. где φ_i — расчетные значения углов внутреннего трения для отдельных пройденных сваями слоев грунта толщиной hi;h — глубина погружения свай в грунт.

В собственный вес условного фундамента при определении его осадки включаются вес свай и ростверка, а также вес грунта в объеме условного фундамента. После приведения свайного фундамента к условному фундаменту с размерами АБВГ, расчет ведется также как и для фундамента мелкого заложения с глубиной заложения d и шириной b_усл. Расчет осадок можно вести по схеме по-слойного суммирования или по схеме линейно-деформируемого слоя конечной толщины. b_усл.=а_b(m_b-1)+ d+2с; l_усл.=а_l(m_l-1)+ d+2с, где а_b, а_l – расстояния между осями свай по поперечным и продольным направлениям свай; m_b, m_l – количество рядов свай по длине и ширине фундамента. После определения размера условного фундамента необходимо выполнить проверку данного условия: Р_усл.≤R_усл.

Р=Fv+Gгр(АБВГ)+Gр+Gсв./Aусл.,
Осадка фундамента определяется по формуле:

где β –безразмерный коэффициент, равный 0,8

_zp,i - среднее значение вертикального нормального напряжения в i-слое грунта

h_i и Е_i-толщина и модуль деформации i-слоя

n – число слоев, на которые разбита сжимаемая толща основания. (РИС 31)