Определение несущей способности сваи

МиНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ государственное БЮДЖЕТНОЕ

образовательное учреждение высшего образования

«тюменский ИНДУСТРИАЛЬНЫЙ университет»

Институт транспорта

Кафедра «Транспорт углеводородных ресурсов»

РАСЧЕТ СВАЙНОГО ФУНДАМЕНТА

методические указания по изучению дисциплины

«Строительные конструкции» и выполнения практических работ для студентов направления 21.03.01 Нефтегазовое дело (НД)

профиль: "Сооружение и реконструкция объектов систем трубопроводного транспорта" всех форм обучения

Составитель: Д.А. Серебренников, кандидат технических наук, доцент

Тюмень

ТИУ

Методические указания по изучению дисциплины «Строительные конструкции» и выполнения практических работ для студентов направления 21.03.01 Нефтегазовое дело (НД) профиль: "Сооружение и реконструкция объектов систем трубопроводного транспорта" всех форм обучения / сост. Д.А. Серебренников; Тюменский индустриальный университет. – Тюмень: Издательский центр БИК, ТИУ, 2016. – 16 с.

Методические указания рассмотрены и рекомендованы к изданию на заседании кафедры Эксплуатация автомобильного транспорта

«_____» мая 2016 года, протокол № _____.

Аннотация

Методические указания по изучению дисциплины «Строительные конструкции» и выполнения практических работ для студентов направления 21.03.01 Нефтегазовое дело (НД) профиль: "Сооружение и реконструкция объектов систем трубопроводного транспорта" всех форм обучения.

В методических указаниях содержатся задания для самостоятельных работ, общие рекомендации по их выполнению, порядок выбора вариантов. Самостоятельная работа оформляется согласно требованиям, изложенным в методических указаниях по оформлению письменных работ.

СОДЕРЖАНИЕ

	Введение ………………………………………………………………….
1.	Теоретические сведения………………………………………………..
1.1.	Назначение и виды фундаментов……………………………………...
2.	Расчет свайного фундамента…………………………………………..
2.1.	Определение несущей способности сваи……………………………….
2.2.	Определение количества свай…………………………………………
2.3.	Условный массив грунта………………………………………………..
2.4.	Определение давления на подошву фундамента………………………
2.5.	Определение осадки фундамента……………………………………….

ВВЕДЕНИЕ

Данное методическое указание предназначено для решения задач по дисциплине «Строительные конструкции» студентами направления 21.03.01 Нефтегазовое дело (НД) профиль: "Сооружение и реконструкция объектов систем трубопроводного транспорта" всех форм обучения.

В методическое указание входит порядок расчетов массивного свайного фундамента под промышленное оборудование нефтегазового комплекса.

1. ТеоретическИЕ СВЕДЕНИЯ

1.1. Назначение и виды фундаментов

Фундаментом называется часть здания или сооружения, чаще всего подземная, предназначенная для передачи нагрузок от надземной части здания на грунтовое основание, как искусст­венное, так и естественное.

Независимо от типа здания, района его возведения, усло­вий и сроков эксплуатации фундамент должен удовлетворять условиям прочности, устойчивости и долговечности.

Среди многообразных конструктивных видов можно выде­лить фундаменты мелкого и глубокого заложения.

К фундаментам мелкого заложения относятся:

· ленточные;

· рамные;

· стаканные;

· безстаканные;

· плитные;

· массивные.

К фундаментам глубоко заложения относятся свайные фундаменты;

В зависимости от видов грунтов, конструкции фундамента и способов приложения нагрузки используются различные виды расчета фундаментов.

Свайные фундаменты сооружают на слабонесущих грунтах. При сооружении свайных фундаментов различают висячие сваи и сваи-стойки, которые отличаются по характеру работы в грунте.

Свайный фундамент состоит из свай и ростверка. Ростверк предназначен для восприятия нагрузки от веса сооружения и равномерного ее перераспределения на каждую сваю. При сооружении фундаментов ростверки могут выполняться сборными, монолитными или сборно-монолитными.

При сооружении фундамента глубокого заложения, в зависимости от его назначения, могут применяться сваи следующих классификаций (Рисунок 1.1):

- по материалу:

железобетонные;

металлические;

- по продольному сечению:

сваи с плоским концом;

сваи с заостренным концом;

- по поперечному сечению:

круглого сечения;

квадратного сечения;

прямоугольного сечения.

- по условиям взаимодействия с грунтом:

сваи-стойки;

висячие.

а)	б)	в)	г)	д)

Рисунок 1.1. Продольное сечение свай:

а - железобетонная свая квадратного сечения с плоским концом (свая-стойка), б - железобетонная свая квадратного сечения с заостренным концом (висячая свая), в - свая с камуфлетным уширением, г, д - сваи переменного сечения.

Как правило, при сооружении фундаментов применяются железобетонные сваи прямоугольного сечения. Данные сваи обозначают­ся следующим образом: например, С 10-35. Первые цифры - длина сваи в метрах, вторые - сторона квадрата сваи в см. Стандартная длина железобетонных свай квадратного сечения равна: 6; 8; 10; 12; 14; 16; и 18 метров. Далее следуют составные сваи. По­перечное сечение - 25x25; 30x30; 35x35; 40x40 см. Вес свай рас­считывается с учетом веса арматуры (объемом арматуры пре­небрегают). Вес арматуры не более 3% от веса сваи.

2. Расчет свайного фундамента

Для того, чтобы рассчитать прочность фундамента необходимо знать его размеры. Верхняя и нижняя часть фундамента имеют разные размеры, поэтому верхнюю часть принято называть обрез, а нижнюю подошва. Фундаменты имеют четыре геометрических характеристики:

Обрез – это площадь фундамента, которая воспринимает нагрузку под весом здания или сооружения.

Подошва – плоскость, через которую нагрузка от веса сооружения передается на грунт основания.

Высота фундамента - расстояние от обреза до подошвы .

Глубина заложения фундамента – расстояние в грунте от нулевой отметки до уровня подошвы

Рисунок 2.1. Свайный фундамент с ростверком:

h_р – высота ростверка, м; h_к – глубина котлована, м; L₁ – глубина

залегания первого грунта, м; L₂ – глубина залегания второго грунта, м;

L_св – длина сваи, м.

Расчет свайного фундамента проводится в несколько этапов. При расчете фундамента выбор марки сваи производится произвольно. Исходные данные для расчета фундамента приведены на рис. 2.1.

Определение количества свай

Общее количество свай (n) для сооружения фундамента рассчитывается по формуле:

.

(3)

где N – нагрузка на фундамент.

Полученное значение n округляется в большую сторону до второго знака. Округленное количество свай n необходимо сопоставить с размерами ростверка в плане. При расстановке свай в плане ростверка (рис. 2.3) должно выполняться несколько условий:

1. сваи в ростверке должны расставляться симметрично (рядами);

2. расстояния между центрами соседних свай (l₁, b₁) должны составлять 3 6 диаметра сваи;

3. расстояния между крайней гранью ростверка и центром крайней сваи (m, n) должны составлять 0,3-0,5 метра.

Вышеперечисленные расстояния (пункты 2 и 3) должны быть равны между собой по параллельным сторонам ростверка, но могут различаться по его взаимно перпендикулярным сторонам.

Рисунок 2.3. Расстановка свай в плане ростверка

Рассчитав общее количество свай, выполняют проверку, исходя из следующих условий:

1. Если количество свай приняли в сторону увеличения, то:

2. Если количество свай приняли в сторону уменьшения, то:

где Ф_нов.=n₁×Ф_р

n₁ – выбранное количество свай.

Условный массив грунта

Определив необходимое количество свай, и расставив их в рост­верке, можно определить вес условного массива грунта, ко­торый определяется по подошве ореолом работы свай в грунте и перпендикуляром к подошве.

После погружения сваи, грунт уплотняется и вовлекается в работу вместе со сваей за счет сил трения по боковой поверхности (ореол), составляя единое целое со сваей.

Ореол работы сваи зависит от угла внутреннего трения грунта и рассчитывается по формуле:

,

(4)

где l_св – длина сваи, м,

j - угол внутреннего трения грунта, град.

Рисунок 2.4. Условный массив грунта

Если грунтов два и более, то рассчитывается усредненный угол внутреннего трения грунта:

.

(5)

Определив ореол работы сваи, можно рассчитать границы условного массива грунта (L и B):

	,	(6)
	,	(7)

где L и B – длина и ширина условного массива грунта, м,

d – диаметр сваи, м,

l и b – длина и ширина ростверка, м.

После определения границ условного массива грунта, рассчитывается площадь подошвы фундамента:

.

(8)

Объем условного массива грунта (объем грунта и объем свай) рассчитывается по формуле:

,

(9)

где V_гр – объем грунта, м³,

V_CB - объем всех свай, м³.

;

(10)

.

(11)

После определения объема условного массива грунта можно рассчитать давление на подошву фундамента.

РАСЧЕТ СВАЙНОГО ФУНДАМЕНТА

методические указания по изучению дисциплины

«Строительные конструкции» и выполнения практических работ для студентов направления 21.03.01 Нефтегазовое дело (НД)

профиль: "Сооружение и реконструкция объектов систем трубопроводного транспорта" всех форм обучения

В авторской редакции

Подписано в печать _________2016. Формат 60×90 1/16. Усл. печ. л._____

Тираж ___ экз. Заказ №_____.

Библиотечно-издательский комплекс

федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего образования

«Тюменский индустриальный университет».

625000, Тюмень, ул. Володарского, 38.

Типография библиотечно-издательского комплекса.

625039, Тюмень, ул. Киевская, 52.

МиНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ государственное БЮДЖЕТНОЕ

образовательное учреждение высшего образования

«тюменский ИНДУСТРИАЛЬНЫЙ университет»

Институт транспорта

Кафедра «Транспорт углеводородных ресурсов»

РАСЧЕТ СВАЙНОГО ФУНДАМЕНТА

методические указания по изучению дисциплины

«Строительные конструкции» и выполнения практических работ для студентов направления 21.03.01 Нефтегазовое дело (НД)

профиль: "Сооружение и реконструкция объектов систем трубопроводного транспорта" всех форм обучения

Составитель: Д.А. Серебренников, кандидат технических наук, доцент

Тюмень

ТИУ

Методические указания по изучению дисциплины «Строительные конструкции» и выполнения практических работ для студентов направления 21.03.01 Нефтегазовое дело (НД) профиль: "Сооружение и реконструкция объектов систем трубопроводного транспорта" всех форм обучения / сост. Д.А. Серебренников; Тюменский индустриальный университет. – Тюмень: Издательский центр БИК, ТИУ, 2016. – 16 с.

Методические указания рассмотрены и рекомендованы к изданию на заседании кафедры Эксплуатация автомобильного транспорта

«_____» мая 2016 года, протокол № _____.

Аннотация

Методические указания по изучению дисциплины «Строительные конструкции» и выполнения практических работ для студентов направления 21.03.01 Нефтегазовое дело (НД) профиль: "Сооружение и реконструкция объектов систем трубопроводного транспорта" всех форм обучения.

В методических указаниях содержатся задания для самостоятельных работ, общие рекомендации по их выполнению, порядок выбора вариантов. Самостоятельная работа оформляется согласно требованиям, изложенным в методических указаниях по оформлению письменных работ.

СОДЕРЖАНИЕ

	Введение ………………………………………………………………….
1.	Теоретические сведения………………………………………………..
1.1.	Назначение и виды фундаментов……………………………………...
2.	Расчет свайного фундамента…………………………………………..
2.1.	Определение несущей способности сваи……………………………….
2.2.	Определение количества свай…………………………………………
2.3.	Условный массив грунта………………………………………………..
2.4.	Определение давления на подошву фундамента………………………
2.5.	Определение осадки фундамента……………………………………….

ВВЕДЕНИЕ

Данное методическое указание предназначено для решения задач по дисциплине «Строительные конструкции» студентами направления 21.03.01 Нефтегазовое дело (НД) профиль: "Сооружение и реконструкция объектов систем трубопроводного транспорта" всех форм обучения.

В методическое указание входит порядок расчетов массивного свайного фундамента под промышленное оборудование нефтегазового комплекса.

1. ТеоретическИЕ СВЕДЕНИЯ

1.1. Назначение и виды фундаментов

Фундаментом называется часть здания или сооружения, чаще всего подземная, предназначенная для передачи нагрузок от надземной части здания на грунтовое основание, как искусст­венное, так и естественное.

Независимо от типа здания, района его возведения, усло­вий и сроков эксплуатации фундамент должен удовлетворять условиям прочности, устойчивости и долговечности.

Среди многообразных конструктивных видов можно выде­лить фундаменты мелкого и глубокого заложения.

К фундаментам мелкого заложения относятся:

· ленточные;

· рамные;

· стаканные;

· безстаканные;

· плитные;

· массивные.

К фундаментам глубоко заложения относятся свайные фундаменты;

В зависимости от видов грунтов, конструкции фундамента и способов приложения нагрузки используются различные виды расчета фундаментов.

Свайные фундаменты сооружают на слабонесущих грунтах. При сооружении свайных фундаментов различают висячие сваи и сваи-стойки, которые отличаются по характеру работы в грунте.

Свайный фундамент состоит из свай и ростверка. Ростверк предназначен для восприятия нагрузки от веса сооружения и равномерного ее перераспределения на каждую сваю. При сооружении фундаментов ростверки могут выполняться сборными, монолитными или сборно-монолитными.

При сооружении фундамента глубокого заложения, в зависимости от его назначения, могут применяться сваи следующих классификаций (Рисунок 1.1):

- по материалу:

железобетонные;

металлические;

- по продольному сечению:

сваи с плоским концом;

сваи с заостренным концом;

- по поперечному сечению:

круглого сечения;

квадратного сечения;

прямоугольного сечения.

- по условиям взаимодействия с грунтом:

сваи-стойки;

висячие.

а)	б)	в)	г)	д)

Рисунок 1.1. Продольное сечение свай:

а - железобетонная свая квадратного сечения с плоским концом (свая-стойка), б - железобетонная свая квадратного сечения с заостренным концом (висячая свая), в - свая с камуфлетным уширением, г, д - сваи переменного сечения.

Как правило, при сооружении фундаментов применяются железобетонные сваи прямоугольного сечения. Данные сваи обозначают­ся следующим образом: например, С 10-35. Первые цифры - длина сваи в метрах, вторые - сторона квадрата сваи в см. Стандартная длина железобетонных свай квадратного сечения равна: 6; 8; 10; 12; 14; 16; и 18 метров. Далее следуют составные сваи. По­перечное сечение - 25x25; 30x30; 35x35; 40x40 см. Вес свай рас­считывается с учетом веса арматуры (объемом арматуры пре­небрегают). Вес арматуры не более 3% от веса сваи.

2. Расчет свайного фундамента

Для того, чтобы рассчитать прочность фундамента необходимо знать его размеры. Верхняя и нижняя часть фундамента имеют разные размеры, поэтому верхнюю часть принято называть обрез, а нижнюю подошва. Фундаменты имеют четыре геометрических характеристики:

Обрез – это площадь фундамента, которая воспринимает нагрузку под весом здания или сооружения.

Подошва – плоскость, через которую нагрузка от веса сооружения передается на грунт основания.

Высота фундамента - расстояние от обреза до подошвы .

Глубина заложения фундамента – расстояние в грунте от нулевой отметки до уровня подошвы

Рисунок 2.1. Свайный фундамент с ростверком:

h_р – высота ростверка, м; h_к – глубина котлована, м; L₁ – глубина

залегания первого грунта, м; L₂ – глубина залегания второго грунта, м;

L_св – длина сваи, м.

Расчет свайного фундамента проводится в несколько этапов. При расчете фундамента выбор марки сваи производится произвольно. Исходные данные для расчета фундамента приведены на рис. 2.1.

Определение несущей способности сваи

Проектная несущая способность висячей сваи (рис. 2.2.) рассчитывается по формуле:

,

(1)

где - коэффициент условий работы фундамента, =1;

m_R, m_f - коэффициенты работы сваи под нижним концом и по боковой поверхности, (табл. 2.1);

R - сопротивление под нижним концом сваи, тс (табл. 2.2);

F - площадь поперечного сечения сваи, м²;

u - периметр поперечного сечения спаи, м;

f_i - сопротивление грунта по боковой поверхности i-го слоя, тс (табл. 2.3);

а_i - толщина i-гo слоя, м.

Таблица 2.1

Значения коэффициентов m_R и m_f

Способы погружения свай	mR	mf
1. Погружение забивкой сплошных свай дизельными молотами		0,9
2. Погружение забивкой или вдавливанием в предварительно пробуренные (лидерные) скважины	1,0	0,5
3. Вибропогружение, вибровдавливание свай в грунты:
крупной и средней крупности	1,2	1,0
мелкие и пылеватые	1,0	1,0
суглинки	0,8	0,9
глины	0,7	0,9
4. Погружение полых свай с последующим их заполнением	0,8	1,0
5. Погружение вдавливанием сплошных свай	1,1	0,8

При расчете сопротивления грунта по боковой поверхности сваи применяется метод послойного суммирова­ния. Для этого, погруженная в грунт длина сваи, разбивается на слои толщиной от 1 до 2 м (рис. 2.2). После чего на глубине середины каждого слоя определяется сопротивление по боковой поверхности f (с учетом глубины котлована - h_k). Например, определяется на глубине , - на глубине, равной и т.д. (табл. 2.3).

Таблица 2.2

Сопротивление грунта под нижним конусом сваи (R, тс)

Глубина погружения, м	Пески, супеси
граве-листые	крупн.	сред. крупн.	мелкие	пыле-ватые
	Глины, суглинки с консистенцией J
		0,1	0,2	0,3	0,4	0,5	0,6
		680/510		320/250	210/160
		700/620		340/280	220/200
		730/690		370/340	240/220
		770/730		400/350	260/240
		820/750
				480/450

* 1. Числитель - пески, знаменатель глины.