Общие принципы проектирования оснований и фундаментов.

С.А. Пьянков.

З.К. Азизов

ОСНОВАНИЯ И ФУНДАМЕНТЫ

Учебное пособие для студентов высших учебных заведений, обучающихся по направлению 270800.62 «Строительство» профиля подготовки «Промышленное и гражданское строительство»

Ульяновск 2014

УДК 32.001(075)

ББК 66.0 я7

П 87

Рецензенты: А.А.Шкляр, директор департамента профессионального образования и науки Министерства образования Ульяновской области; Ю. В. Иванов, гл. инженер ООО «Цитрин».

Утверждено редакционно-издательским советом университета
в качестве учебного пособия.

Пьянков, С. А., Азизов З.К.

П 87 Основания и фундаменты: учебное пособие / С. А. Пьянков, З.К. Азизов; Ульян. гос. техн. ун-т. – Ульяновск: УлГТУ, 2014. – 114 с.

ISBN 5-89146-700-0

Учебное пособие содержит материалы по дисциплине «Основания и фундаменты». Предназначено для студентов, обучающихся по направлению 270800.62 «Строительство» профиля подготовки «Промышленное и гражданское строительство», изучающих дисциплину «Основания и фундаменты».

УДК 32.001(075)

ББК 66.0 я7

Ó Пьянков С. А., Азизов З. К., 2014

ISBN 5-89146-700-0 Ó Оформление. УлГТУ, 2014

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ………………………………………………………………………………………….4

1. Общие положения проектирования оснований и фундаментов……...5

1.1 Общие принципы проектирования оснований и фундаментов………………………..5

1.2 Последовательность проектирования оснований и фундаментов………………….....6

1.3 Расчет оснований и фундаментов по предельным состояниям……………………….8

1.4. Общая оценка взаимодействия сооружений и оснований……………………………9

1.5. Материалы инженерно-геологических изысканий……………….………………….10

1.6. Выбор нормативных расчетных нагрузок и их сочетаний…………………………..11

1.7. Выбор типа и конструкции фундамента………………………………………………12

1.8. Вариантность решений……………………………………………………...………….13

2. Фундаменты, возводимые в открытых котлованах……………………....14

2.1. Конструкция фундаментов, их виды и порядок проектирования…………………..14

2.2. Выбор минимальной глубины заложения фундаментов…………………………….16

2.3. Предварительное назначение размеров подошвы фундаментов мелкого заложения…………………………………………………………………………………………………..20

2.4. Расчет фундаментов мелкого заложения……………………………………………..20

2.5. Определение расчетного сопротивления грунтов основания………………………..22

2.6. Учет подстилающего слоя слабого грунта……………………………………………25

2.7. Расчет размеров подошвы фундамента при наличии подвала………………………26

2.8. Расчет осадок фундаментов мелкого заложения методом послойного суммирования…………………………………………………………………………………………………..27

2.9. расчет оснований фундаментов мелкого заложения по несущей способности…….29

3. Свайные фундаменты, фундаменты глубокого заложения…………....35

3.1. Свайные фундаменты, общие положения………………………………………….....35

3.2. Классификация свай……………………………………………………………..……..38

3.3. Конструкции забивных железобетонных свай и опыт их применения…………......43

3.4. Новые типы фундаментных конструкций из свай……………………………………45

3.5. Расчет свайных фундаментов на прочность и трещиностойкость………………….49

3.6. Расчет свай по грунтовым условиям, общие положения…………………………….51

3.7. Исходные данные, последовательность расчета и проектирования……………………52

3.8. Определение глубины заложения ростверка………………………………………….53

3.9. Выбор типа свайного фундамента, выбор предварительных размеров сваи

и оценка условий ее работы в грунтовом массиве………………………..………………53

3.10. Определение несущей способности свай…………………………………………....54

3.11. Определение числа свай и размещение их в плане ростверка……………………..57

3.12. Расчет свайных фундаментов и их оснований по деформациям…………………..59

3.13. Явления, происходящие при погружении свай и при их изготовлении в грунте…60

3.14. Фундаменты глубокого заложения……………………………...………………..…62

4. Искусственное улучшение грунтов оснований…………………………….69

4.1 Искусственное улучшение грунтов оснований, общие положения………………….69

4.2. Конструктивные меры улучшения оснований………………………………………..71

4.3. Уплотнение грунтов оснований………………………………………………………..74

4.4. Закрепление грунтов оснований……………………………………………………….79

5. проектирование фундаментов в особых условиях…………………….....84

5.1. просадочные грунты…………………………………………………………………..84

5.2. Устойчивость грунтов оснований при динамических воздействиях……………….87

5.3. Фундаменты при динамических воздействиях от промышленного

и хозяйственного оборудования…………………………………….……………………...88

5.4. Фундаменты при сейсмических воздействиях……………………………………..…91

6. Обследование и усиление оснований и фундаментов.

Расчет фундаментов с использованием ЭВМ. …………………………….........94

6.1. Обследование оснований и фундаментов………………………………………….….94

6.2. Возможности увеличения нагрузок, передаваемых на фундаменты без их усиления…..................................................................................................................................................95

6.3. Методы усиления фундаментов и оснований………………………………………..97

6.4. Расчет фундаментов с использованием ЭВМ…………………………………….…103

Приложения А, Б………………………………………………………………..…..…107

Библиографический список……………………………………………….……113

ВВЕДЕНИЕ

Дисциплина «Основания и фундаменты» является частью группы дисциплин, связанных с проектированием, строительством и эксплуатацией зданий и сооружений, устройством подземных коммуникаций, прокладкой трубопроводов.

Во многих случаях на выполнение работ нулевого цикла, включающих устройство оснований и фундаментов, затрачивается больше времени, чем на возведение сборных надземных конструкций зданий. Кроме того, стоимость этих работ иногда составляет до 40 % от общей стоимости сооружений, поэтому их удешевление дает вполне ощутимый эффект.

Надежность оснований и фундаментов и удешевление работ по их устройству в значительной степени зависят от умения правильно оценить инженерно-геологические условия площадок строительства, свойства грунтов в основаниях и совместную работу этих грунтов с деформирующимися фундаментами и конструкциями сооружения, от рациональности выбранных типов оснований, от качества выполнения работ.

Механика грунтов изучает проблемы напряженно-деформированного состояния, прочности, деформативности и устойчивости грунтовых массивов и определяет условия их использования в качестве оснований объектов строительства.

На закрепление знаний, полученных студентами при изучении теоретического курса, направлены практические работы и курсовое проектирование по курсу «Основания и фундаменты» [16, 17, 18, 19]. Их последовательность соответствует изложению важнейших вопросов дисциплины.

Настоящий курс является естественным продолжением курсов «Инженерная геология» и «Механика грунтов».

Общие положения проектирования оснований

И фундаментов.

Вариантность решений

Даже при простых грунтовых условиях (однородный грунт на большую глубину), а тем более при сложных, можно наметить несколько вариантов решений устройства фундаментов. Эти варианты могут отличаться друг от друга по материалу и конструкциям самого фундамента, глубине его заложения, ширине подошвы, подготовке основания, способу устройства фундамента и т. п. Из них, очевидно, следует выбрать оптимальное решение. Это можно сделать только на основе технико-экономического сопоставления вариантов. При этом должны учитываться стоимость возводимой конструкции фундамента, ее долговечность, индустриальность, трудоемкость, скорость возведения, возможность выполнения работ в зимнее время, сохранение структуры грунтов в основании во время земляных работ и др.

Процесс рассмотрения вариантов является основным в проектировании фундаментов, поэтому важно правильно решить принципиальные вопросы при выборе варианта. Для этого рекомендуется:

1) составить наиболее реальные варианты;

2) отбросить наиболее неприемлемые из них;

3) рассчитать отобранные варианты для наиболее загруженного типичного фундамента;

4) произвести технико-экономическое сравнение вариантов.

Технико-экономическое сравнение должно производиться по приведенным затратам применительно к району строительства. При одинаковой долговечности конструкций фундаментов допустимо основное сравнение вариантов произвести по стоимости.

Предварительное назначение размеров подошвы фундаментов мелкого заложения

Предварительные размеры фундаментов назначают по конструктивным соображениям или исходя из табличных значений расчетного сопротивления грунтов основания R₀ определяемого по таблицам приложения В [23]. Значениями R₀ допускается также пользоваться для окончательного назначения размеров фундаментов сооружений III уровня ответственности, если основание сложено горизонтальными (уклон не более 0,1), выдержанными по толщине слоями грунта, сжимаемость которых не изменяется в пределах глубины, равной двойной ширине наибольшего фундамента, считая от его подошвы.

Предварительно площадь подошвы фундаментов мелкого заложения определяется:

(2.2)

где – среднее значение удельного веса материала фундамента и грунта на его уступах, принимается равным 18÷ 20 кН/м³ для зданий без подвала и 16÷19 кН/м³ при наличии подвала; d_f – глубина заложения (высота фундамента).

Определение размеров фундаментов мелкого заложения при действии различных сочетаний нагрузок:

Размеры подошвы – ширина b и длина ℓ определяются:

1. Для центрально нагруженного отдельного фундамента (квадратная в плане подошва) размеры принимаются b = ℓ = ;

2. Для внецентренно нагруженного отдельного фундамента (прямоугольная в плане подошва) размеры принимаются с соотношением b/ℓ = 0,6÷0,85;

3. Для ленточных фундаментов расчет производится на 1 м длины фундамента – размеры принимаются ℓ = 1 м. b = А.

Суммирования

В большинстве практических случаев основание сложено по глубине разнородными грунтами, представленными в материалах инженерно-геологических изысканий инженерно-геологическими элементами (ИГЭ).

Рис. 5.11. Расчетная схема к методу послойного суммирования

Метод послойного суммирования позволяет учитывать разнородность грунтового массива по глубине. В основе метода лежит суммирование осадок элементарных слоев от действия дополнительных напряжений. При этом распределение дополнительных напряжений в грунтовом массиве принимается в соответствии с моделью линейно деформируемого полупространства. Дополнительными напряжениями называют напряжения в грунтовом массиве от действия внешней нагрузки.

Расчет осадки оснований по методу послойного суммирования производится в соответствии с рекомендациями СП 22.13330.2011 «Основания зданий и сооружений. Актуализированная редакция СНиП 2.02.01-83*».

Порядок расчета

1. Строим расчетную схему.

2. Разбиваем грунтовый массив ниже подошвы фундамента шириной b на элементарные слои, исходя из следующих условий:

· мощность любого элементарного слоя ;

· слои должны быть однородными по своим свойствам.

3. Строим эпюру природных давлений:

, (2.15)

где удельный вес грунта i-го слоя.

толщина (мощность) i-го слоя грунта.

,

где удельный вес грунта выше подошвы фундамента;

d – глубина заложения фундамента.

Природные давления определяются на границах элементарных слоев.

4. Строим эпюру дополнительных вертикальных напряжений от фундамента и вычисляем эпюру дополнительных вертикальных напряжений собственного веса выбранного при отрывке котлована грунта.

Значения напряжений определяются на границах элементарных слоев. Начало эпюры давлений от уровня подошвы:

, , (2.16)

где – среднее давление под подошвой фундамента; – вертикальная нагрузка на фундамент; – вес фундамента; – вес грунта на уступах фундамента; – коэффициент, учитывающий убывание с глубиной дополнительных давлений (табл. А.1, прил. А).

5. Определяем нижнюю границу сжимаемой толщи, которая находится на такой глубине от подошвы фундамента, на которой выполняется условие .

При этом глубина сжимаемой толщи не должна быть меньше H_min, равной b/2 при b ≤ 10 м, (4 + 0,1b) при b≤ 60 м и 10 м при b>60 м. Если в пределах глубины Нс, найденной по указанным выше условиям, залегает слой грунта с модулем деформации Е > 100 МПа, сжимаемую толщу допускается принимать до кровли этого грунта. Если найденная по указанным выше условиям нижняя граница сжимаемой толщи находится в слое грунта с модулем деформации Е ≤ 7 МПа или такой слой залегает непосредственно ниже глубины z = Н_с, то этот слой включают в сжимаемую толщу, а за Нс принимают минимальное из значений, соответствующих подошве слоя или глубине, где выполняется условие .

6. Определяем осадку основания в пределах сжимаемой толщи:

, (2.17)

где – коэффициент, учитывающий боковое расширение грунта;

n – количество элементарных слоев, вошедших в сжимаемую толщу;

– мощность соответствующего элементарного слоя, м;

E_i – модуль деформации соответствующего элементарного слоя, кПа;

– дополнительное вертикальное давление от сооружения в середине элементарного слоя, кПа.

7. Проверяем условие S < S_U.

Классификация свай

Основным конструктивным элементом свайного фундамента являются сваи. Классификация свай приведена в табл. 3.1.

Таблица 3.1

Классификация свай

Способ погружения свай в грунт	Забивные железобетонные, стальные, деревянные, погружаемые в грунт (без его выемки) с помощью молотов, вибропогружателей и вдавливающих устройств
Сваи-оболочки (железобетонные), погружаемые вибропогружателями с выемкой грунта и заполняемые бетонной смесью
Набивные, устраиваемые путем укладки бетонной смеси в скважины, образованные в результате обжатия грунта
Буровые, устраиваемые путем заполнения пробуренных скважин бетонной смесью или установки в них железобетонных элементов
Винтовые, погружаемые в грунт с помощью кабестана
Условия взаимо­действия свай с грунтом	Сваи-стойки, к которым относятся сваи всех видов, опирающиеся на скальные грунты, а забивные сваи, кроме того, на малосжимаемые грунты (крупнообломочные грунты и твердые глины с модулем деформации Е > 50 МПа)
Висячие сваи, опирающиеся на сжимаемые грунты и передающие нагрузку на основание боковой поверхностью и нижним концом
Забивные железобе­тонные сваи и сваи-оболочки	По способу армирования – с ненапрягаемой продольной арматурой с поперечным армированием и предварительно напряженные со стержневой или проволочной продольной арматурой с поперечным армированием и без него
По форме поперечного сечения – квадратные, прямоугольные, тавровые и двутаврового сечений, квадратные с круглой полостью и полые круглые
По форме продольного сечения – призматические, цилиндрические и с наклонными гранями (пирамидальные, трапецеидальные, ромбовидные)
По конструктивным особенностям – целые и составные из отдельных секций
По конструкции нижнего конца – с заостренным или плоским нижним концом, с уширением и полые с закрытым или открытым нижним концом

Окончание табл. 3.1

Набивные сваи по способу устройства подразделяются	Устраиваемые путем погружения инвентарных труб, нижний конец которых закрыт башмаком, оставляемым в грунте, с последующим извлечением труб по мере заполнения скважин бетонной смесью
Виброштампованные, устраиваемые в пробитых скважинах путем их заполнения жесткой бетонной смесью, уплотняемой виброштампом в виде трубы с закрепленным на ней вибропогружателем
Виброштампованные, устраиваемые путем выштамповки в грунте скважин пирамидальной или конической формы с заполнением их бетонной смесью
Буровые сваи по способу устройства подразделяются	Буронабивные сплошного сечения, бетонируемые в пробуренных скважинах без крепления или с закреплением стенок извлекаемыми обсадными трубами
Буронабивные полые круглого сечения, устраиваемые с применением многосекционного сердечника
Буронабивные, устраиваемые путем втрамбовывания в скважину щебня
Буронабивные с камуфлетной пятой, устраиваемые путем бурения скважин с образованием уширения взрывом и заполнения скважин бетонной смесью
Сваи-столбы, устраиваемые путем бурения скважин, укладки в них цементно-песчаного раствора и опускания в скважины свайных элементов
Буроопускные сваи с камуфлетной пятой

История развития строительных конструкций связа­на с развитием производительных сил общества. В общем случае строительные конструкции в зависимости от мате­риала, из которого они изготовлены, разделяют на ме­таллические (преимущественно стальные), каменные, бетонные и железобетонные, конструкции из дерева и пластмасс. Для конструкций свай в основном используют дерево, металл, бетон и железобетон.

Наи­более древние конструкции – деревянные и каменные, так как самые простые их виды можно было изгото­вить, применяя примитивные инструменты.

Деревянные сваи. Дерево издавна использовалось для различных конструкций. К преимуществам деревянных свай относятся их небольшая масса, достаточно высокая прочность и простота из­готовления. Деревянные сваи можно погрузить в грунт путем за­бивки или виброметодом. Деревянные сваи трудно забиваются в крупнозернистые и гравелистые пески и почти не забиваются в гра­вий и гальку.

Недостатком деревянных свай является то, что они могут загни­вать в зоне переменной влажности при расположении свай выше горизонта вод. Для избежания этого в постоянных сооружениях го­ловы свай должны быть всегда расположены ниже горизонта самых низких вод не менее чем на 0,5 м. К недостаткам деревянных свай относится также ограниченность их размеров в случае изготовления из одиночных бревен и связанная с этим их низкая несущая способ­ность. Число свай в фундаменте получается обычно большим. Конструкции деревянных свай показаны на рис. 3.3.

Рис. 3.3. Конструкции деревянных свай (размеры даны в см.)

Для изготовления свай используют древесину хвойных пород (сосна, лиственница, ель и др.) диаметром от 18 до 40 см и длиной 4,5...16 м. Низ сваи обрабатывают в форме острия для облегчения погружения ее в грунт (рис. 3.3, а). В грунтах, содержащих гравий, гальку и другие твердые включения, на острие сваи надевают ме­таллический башмак (рис. 3.3, б). На голову сваи насаживается металлическое кольцо-бугель, предотвращающее повреждение сваи при ее забивке (рис. 3.3, в).

Для увеличения размеров деревянных свай были созданы пакет­ные и клееные сваи (рис. 3.3, г-е). В практике пакетные сваи при­менялись длиной до 25 м.

Стыки бревен пакетных свай устраивают вразбежку и перекры­вают металлическими накладками. Бревна сплачивают между собой металлическими болтами. Недостатки пакетных свай заключаются в большом расходе металла на соединения и высокой трудоемкости работ по их изготовлению.

Металлические сваи.Металл как материал для строительных конструкций начина­ют применять с XVIII в. В XIX в. начали выпускать профильный прокат, что позволило создавать рациональные сечения элементов. При использовании сварки для соединения элементов стальных конструкций значительно уменьшилась трудо­емкость изготовления этих конструкций, и расширились области их применения в строительстве.

Стальные сваи применяют пре­имущественно в сложных геологических условиях, когда непосредственное заглубление железобетонных свай невозможно. Такие сваи допустимы так­же для усиления фундаментов, посколь­ку значительно упрощается их наращи­вание по мере заглубления в грунт.

Металлические сваи, в основном – это стальные сваи, разделяют на два ос­новных типа. Сваи замкнутого попереч­ного сечения (рис. 3.4, а), для которых используют стальные трубы, а также элементы, сваренные из двух двутавров или двух швеллеров. В виде исключения для этих целей допустим стальной шпунт. Нижний конец сваи оставляют открытым или закрывают наконечни­ком. Сваи незамкнутого сечения (рис. 3.4, б) изготовляют из широкополых двутавров или элементов, составленных из двутавров, равнобоких уголков, сваренных подошвами рельсов. Кроме приведенных, применяют также эле­менты других сечений.

Рис. 3.4. Типы поперечных сечений стальных свай

Иногда применяют комбинированные сваи, отдельные части которых изготавливают из разных материалов.

Преимущества этих свай: небольшая масса, простота изготовления, удобство транспортировки и высокая прочность, что практически исключает их повреждение при забивке в грунт.

Вследствие высокой прочности и небольшой площади поперечного сечения стальные сваи можно забивать в грунты, содержащие твердые включения, и проходить ими разрушенные поверхностные слои скальных и полускальных грунтов до прочного основания.

Недостатками стальных свай являются повышенный расход ме­талла и его коррозия.

Железобетонные сваи.Железобетонные конструкции начали применять со второй половины XIX в. в связи с развитием промышленности и транс­порта.

Принято считать, что первым изделием из железобетона была лодка, построенная Ламбо во Франции в 1850 г.

Первые патенты на изготовление изделий из железо­бетона (цветочные кадки из проволочной сетки, обмазан­ной с обеих сторон цементным раствором), были получе­ны французским садовником Ж. Монье в 1867–1870 гг. Постепенно железобетон стал находить применение в строительных конструкциях, в частности в конструкциях свай (рис. 3.5).

Рис. 3.5. Железобетонные сваи: а – квадратного сплошного сечения;

б – квадратного сечения с круглой полостью; в – полого круглого поперечного сечения.

Набивные и буровые сваи. Также свое развитие, хотя и не так широко как забивные, получили различные изготовляемые в грунте набивные и буровые сваи (рис. 3.6).

Рис. 3.6. Сваи, изготовляемые в грунте

По материалу, из которого они изготовлены, сваи подразделяют на бетонные, железобетонные, песчаные (грунтовые), щебеночные и грунтоцементные. Для фундаментов используют, как правило, бетонные и железобетонные набивные сваи, другие типы свай в основном применяют для искусственного улучшения свойств грунтов оснований. По способу изготовления различают сваи без оболочек, с неизвлекаемой оболочкой и с оболочкой, извлекаемой из грунта.

Сваи без оболочек применяют в грунтах, которые позволяют осуществлять бурение скважин без крепления их стенок. Иногда для таких типов свай используют скважины, получаемые в результате забивки и извлечения специального сердечника либо вытрамбовывания тяжелыми трамбовками.

Для получения железобетонных свай в скважинах устанавливают арматурный каркас.

В относительно слабых грунтах проходку скважин производят под защитой глинистого раствора, который при подаче бетона вытесняется из скважины. Благодаря большому удельному весу глинистый раствор создает в скважине значительное избыточное давление, удерживающее стенки от обрушения.

Для повышения несущей способности безоболочковых свай в нижней части скважины формируют уширенную пяту с помощью разбуривания (рис. 3.6, а, б) или камуфлетного взрыва, производимого после заполнения ствола бетонной смесью.

Набивные сваи с извлекаемой оболочкой нашли широкое использование в практике строительства, так как применяемые при их изготовлении инвентарные обсадные трубы, защищая стенки скважин от обрушения, позволяют получать сваи в широком диапазоне грунтовых условий строительной площадки.

Сваи Страуса изготовляют в пробуренных скважинах, закрепленных металлическими обсадными трубами диаметром до 0,4 м и длиной до 12 м. Скважину заполняют бетоном слоями до 1 м, уплотняя бетон с помощью трамбования, трубу постепенно извлекают (рис. 3.6, в, г).

Частотрамбованные сваи изготовляют в инвентарных металлических оболочках, опирающихся на железобетонные наконечники, которые остаются в грунте после извлечения трубы. При погружении обсадных труб используют вибраторы или молоты, имеющие специальные приспособления для их извлечения из грунта. После забивки до проектной отметки во внутреннюю полость отдельными порциями подают бетон и трубу извлекают при включенном вибраторе или молоте. Под действием вибрации уплотняется не только бетон, но и окружающий грунт. Данный тип сваи имеет диаметр до 0,4 м и длину до 12 м.

Сваи Франки относятся к группе набивных свай, отличительной особенностью которых является то, что бетон укладывают во внутреннюю полость предварительно забитой до проектной отметки металлической трубы с закрытым пробкой нижним концом. Пробка из жесткого бетона после забивки обсадной трубы выбивается в грунт с помощью специального молота, образуя несколько уширенную пяту. Затем в трубу отдельными порциями подают бетон, который тем же молотом выбивается в грунт при одновременном подъеме оболочки, что приводит к формированию сваи с гофрированной поверхностью (рис. 3.6, в, д).

Сваи с неизвлекаемой оболочкой изготовляют в том случае, если отсутствует возможность качественного выполнения свай с извлекаемой оболочкой. Например, при значительном напоре грунтовых вод тело сваи с извлекаемой оболочкой может быть частично нарушено в процессе твердения, что приведет к снижению ее несущей способности.

В связи с тем, что данный тип свай достаточно дорог, целесообразно повышать их несущую способность, используя, например, уширение пяты (рис. 3.6, е).

Исходные данные, последовательность расчета и проектирования

Ø геологический разрез по оси фундамента с указанием мощностей слоев грунта и абсолютных отметок уровней: естественного рельефа, планировки и грунтовых, и подземных вод;

Ø расчетные значения характеристик грунта;

Ø невыгодные сочетания нагрузок, передаваемых на верхний обрез фундамента.

Расчет и проектирование свайных фундаментов их оснований производят в соответствии с действующими нормами проектирования СП 24.13330.2011 «Свайные фундаменты. Актуализированная редакция СНиП 2.02.03–85».

Рекомендуется следующая последовательность выполнения отдельных этапов расчета и проектирования свайных фундаментов:

Ø оценка инженерно-геологических условий площадки строительства;

Ø определение расчетных нагрузок на фундамент;

Ø выбор типа свайного фундамента;

Ø определение глубины заложения ростверка;

Ø выбор предварительных размеров сваи и оценка условий работы ее в грунте;

Ø определение несущей способности сваи по грунту;

Ø определение числа свай в фундаменте и размещение их в плане ростверка;

Ø расчет свайных фундаментов и их оснований по деформациям;

Ø уточнение конструкции фундамента по результатам расчета.

Сваи стойки

Несущую способность F_d, кН, забивной сваи, сваи-оболочки, набивной и буровой свай, опирающихся на скальный грунт, а также забивной сваи, опирающейся на малосжимаемый грунт, следует определять по формуле

(3.4)

где γ_c – коэффициент условий работы сваи в грунте, принимаемый γ_c = 1,0;

A – площадь опирания на грунт сваи, м², принимаемая для свай сплошного сечения равной площади поперечного сечения, а для свай полых круглого сечения и свай-оболочек – равной площади поперечного сечения нетто при отсутствии заполнения их полости бетоном и равной площади поперечного сечения брутто при заполнении этой полости бетоном на высоту не менее трех ее диаметров.

Расчетное сопротивление грунта R под нижним концом сваи-стойки, кПа, следует принимать:

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

Ø для набивных и буровых свай и свай-оболочек, заполняемых бетоном и заделанных в невыветрелый скальный грунт (без слабых прослоек), не менее чем на 0,5 м, по формуле

, (3.5)

где R_c,n – нормативное значение предела прочности на одноосное сжатие скального грунта в водонасыщенном состоянии, кПа.

γ_g – коэффициент надежности по грунту, принимаемый γ_g = 1,4;

l_d – расчетная глубина заделки набивной и буровой свай и сваи-оболочки в скальный грунт, м;

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

Висячие забивные сваи

Несущую способность F_d [кН] висячей забивной сваи, погружаемой без выемки грунта, работающей на сжимающую нагрузку, следует определять как сумму сил расчетных сопротивлений грунтов основания под нижним концом сваи на ее боковой поверхности по формуле

, (3.6)

где g_с – коэффициент условий работы сваи в грунте, принимаемый g_с = 1,0;

R – расчетное сопротивление грунта под нижним концом сваи, кПа, принимаемое по таблице Б.1 приложения Б;

А – площадь опирания на грунт сваи, м², принимаемая по площади поперечного сечения сваи брутто или по площади поперечного сечения камуфлетного уширения по его наибольшему диаметру, м²;

u – наружный периметр поперечного сечения сваи;

f_i – расчетное сопротивление i-го слоя грунта основания на боковой поверхности сваи, кПа, принимаемое по таблице Б.3 приложения Б;

h_i – толщина i-го слоя грунта, соприкасающегося с боковой поверхностью сваи, м. При определении расчетных сопротивлений грунтов на боковой поверхности свай f_i пласты грунтов необходимо расчленять на однородные слои толщиной не более 2 м;

γ_cr, γ_cf – коэффициенты условий работы грунта соответственно под нижним концом и по боковой поверхности сваи, зависящие от способа ее погружения, определяемые по таблице Б.2 приложения Б.

Висячие набивные сваи

Несущая способность F_d, кН, набивной и буровой свай с уширением и без уширения, работающих на сжимающую нагрузку, следует определять в соответствии с [1, 4] по формуле

, (3.7)

где γ_c – коэффициент условий работы сваи, принимаемый при опирании сваи на глинистые грунты со степенью влажности S_r < 0,8 и лессовидные грунты γ_c = 0,8 , в остальных случаях γ_c = 1;

γ_cr – коэффициент условий работы грунта под нижним концом набивной сваи, равный γ_cr = 1,0; для сваи с уширенной пятой, бетонируемой подводным способом, γ_cr = 0,9;

R – расчетное сопротивление грунта под нижним концом сваи следует принимать:

а) для крупнообломочных грунтов с песчаным заполнителем и песков в основании набивной и буровой свай с уширением и без уширения, сваи-оболочки, погружаемой с полным удалением грунтового ядра, – по формуле , а сваи-оболочки, погружаемой с сохранением грунтового ядра из указанных грунтов на высоту 0,5 м и более, – по формуле .

где , , , – безразмерные коэффициенты, принимаемые по таблице Б.4 приложения Б в зависимости от расчетного значения угла внутреннего трения грунта основания;

– расчетное значение удельного веса грунта, кН/м³, в основании сваи (при водонасыщенных грунтах с учетом взвешивающего действия воды);

– осредненное (по слоям) расчетное значение удельного веса грунтов, кН/м³, расположенных выше нижнего конца сваи (при водонасыщенных грунтах с учетом взвешивающего действия воды);

– диаметр, м, набивной и буровой свай, диаметр уширения (для сваи с уширением), сваи-оболочки или диаметр скважины для сваи-столба, омоноличенного в грунте цементно-песчаным раствором;

– глубина заложения, м, нижнего конца сваи или ее уширения, отсчитываемая от природного рельефа или уровня планировки (при планировке срезкой), для опор мостов – от дна водоема после его общего размыва при расчетном паводке.

б) для глинистых грунтов в основании – по таблице Б.5 приложения Б.

Расчетное сопротивление , кПа, грунта под нижним концом сваи-оболочки, погружаемой без удаления грунта или с сохранением грунтового ядра высотой не менее трех диаметров оболочки на последнем этапе ее погружения и не заполняемой бетоном (при условии, что грунтовое ядро образовано из грунта, имеющего те же характеристики, что и грунт, принятый за основание конца сваи-оболочки), следует принимать с коэффициентом условий работы грунта, учитывающим способ погружения свай-оболочек в соответствии с таблицей Б.1 приложения Б, при этом расчетное сопротивление в указанном случае относится к площади поперечного сечения сваи-оболочки нетто;

A – площадь опирания сваи, м²;

u – периметр ствола сваи, м;

γ_cf – коэффициент условий работы грунта, принимаемый по таблице Б.6 приложения Б в зависимости от способа изготовления ствола и скважины, и вида грунта;

f_i – расчетное с