Расчет свайного фундамента.

Для сечения А-А.

1. Тип и вид свайного фундамента и сваи.

Ростверковый тип, вид фундамента – свайный куст. Свайные кусты состоят из групп свай и используются под отдельные опоры (колонны и столбы), передающие значительные нагрузки.

По характеру передачи нагрузки на грунт сваи подразделяются на сваи-стойки и висячие сваи (сваи трения). Мы будем использовать висячие сваи, к таким относятся сваи, опирающиеся на сжимаемые грунты. Нагрузка на основание ими передается как за счет сил трения боковой поверхностью свай, так и за счет сопротивления грунта под нижними концами свай.

2. Глубина заложения ростверка. Сопряжение свай с ростверком.

С учетом конструктивных особенностей здания, глубину заложения ростверка выбираем из следующих соображений:

высота стакана: h_cт=0,65 м;

толщина дна стакана: h = 0,45 м;

высота ростверка: h_р= h_cт+ h, h_р=1,1 м;

заделка сваи: 0,1 м;

толщина пола: h_п=0,2 м;

d_р = 0,2+1,1=1,3 м – глубина заложения ростверка от планировочной отметки.

3. Подбор длины сваи и размеров ее поперечного сечения.

При заданных грунтовых условиях и нагрузке на фундамент, а также по конструктивным соображениям в качестве несущего слоя примем слой 6 – глина тугопластичная.

Общая длина сваи определяется по формуле:

L= +Ʃh_i+h₀,

где - глубина заделки головы сваи в ростверк,м;

Ʃh_i - толщина прорезаемых слабых грунтов, расположенных выше несущего слоя, м;

h₀ – глубина погружения нижнего конца сваи в несущий слой, м.

L = 0,1+(0,2+0,59+3,81+1,1+4,3)+1,9 = 12 м

В качестве расчетной примем монолитную железобетонную сваю С-12-40, длиной 12 м, размером сторон 0,4*0,4 м, длиной острия 0,35 м. Сваи погружаем с помощью дизель-молота.

4. Определим несущую способность сваи.

, где

- коэффициент условий работы сваи в грунте, принимаемый равным 1;

R – расчетное сопротивление грунта, расположенного под нижним концом сваи;

А – площадь опирания сваи на грунт, м²;

u – наружный периметр поперечного сечения сваи, м;

- расчетное сопротивление i-го слоя грунта основания на боковой поверхности сваи;

– толщина i-го слоя грунта, соприкасающегося с боковой поверхностью сваи, м;

, - коэффициенты условий работы грунтов, расположенных под нижним концом и на боковой поверхности сваи, учитывающие влияние способа погружения сваи на расчетное сопротивление грунта.

Для дальнейшего расчета с целью обеспечения надежности и безопасности работы конструкции принимается уменьшенное значение несущей способности, называемое расчетной несущей способностью или грузоподъемностью сваи. Она рассчитывается по формуле:

, где

– коэффициент надежности.

Для рассчитываемой сваи:

= 1,

А = 0,16 м²,

u = 1,6 м,

z₀ = 13,2 м – глубина погружения нижнего конца сваи, тогда R = 2158 кПа (215,8 тс/м²),

= = 1.

Толщину грунта, прорезаемого сваей, разбиваем на слои, толщиной не более 2 м. Находим расстояния l_i от планировочной отметки до середины каждого рассматриваемого слоя. Зная эти расстояния и вид грунта, находим по приложению расчетное сопротивление f_i для каждого слоя.

Сопротивление f_i в двух слоях пылеватого песка будет составлять:
при l₁ = 1,4 м h₁ = 0,2 м f₁ = 17,4 кПа;

при l₂ = 1,795 м h₂ = 0,59 м f₂ = 19,77 кПа;

Сопротивление f_i в двух слоях суглинка с J_L = 0,73 будет составлять:

при l₃ = 3,045 м h₃ = 1,91 м f₃ = 7,745 кПа;

при l₄ = 4,95 м h₄ = 1,9 м f₄ = 9,365 кПа;

Сопротивление f_i в слое суглинка с J_L = 0,45 будет составлять:

при l₅ = 6,45 м h₅ = 1,1 м f₅ = 28,338 кПа;

Сопротивление f_i в трех слоях мелкого песка будет составлять:

при l₆ = 7,7 м h₆ = 1,4 м f₆ = 43,7 кПа;

при l₇ = 9,1 м h₇ = 1,4 м f₇ = 45,1 кПа;

при l₈ = 10,55 м h₈ = 1,5 м f₈ = 46,55 кПа;

Сопротивление f_i в слое глины с J_L = 0,45 будет составлять:

при l₉ = 12,25 м h₉ = 1,9 м f₉ = 31,625 кПа.

Вычисляем несущую способность сваи:

= 1*[345,28+1,6*333,14] = 878,304 кН,

=

5. Определение количества свай.

, где

- расчетная нагрузка на куст кН от веса здании или сооружения,

– коэффициент надежности, принимаемый в зависимости от способа определения несущей способности сваи. При расчете практическим методом этот коэффициент принимается равным 1,4.

n =

6. Конструирование свайного ростверка.

По конструктивным соображениям принимаем высоту ростверка 1,1 м.

Размеры ростверка в плане (ширина «b» или длина «l») определяются по формуле:

b(l) = a(n_p- 1) + d + 2r, где

a – расстояние между осями свай, м;

n_p – количество свай в ряду по ширине или длине ростверка;

r -расстояние от края ростверка до грани сваи, м.

d принимаем равным 0,35 м.

Вычисляем размеры b и l сваи:

b = l = 1,2*(2-1) + 0,4 + 2*0,2 = 2 м.

7.Определение фактической расчетной нагрузки, передаваемой на сваю.

Согласно действующим нормам, фактическая действующая нагрузка на каждую сваю должна быть меньше расчетного значения:

, где

– расчетная (фактическая) нагрузка, передаваемая на сваю, кН;

Мы проектируем центрально нагруженный фундамент. Для такого фундамента расчетная (фактическая) нагрузка определяется из условия :

, где

– расчетная нагрузка на свайный куст, кН, от веса надземных конструкций здания или сооружения;

- количество свай в фундаменте;

, - расчетные нагрузки (силы) от веса ростверка и грунта на его обрезах, кН;

, где

- коэффициент надежности по нагрузке для веса строительных конструкций и грунтов;

- объем ростверка, м³;

= 24 кН/м³ – удельный вес железобетона.

, где

- средневзвешенное значение удельного веса грунта, кН/м³, расположенного выше ростверка;

- объем грунта на ступенях ростверка, м³.

= 1,1*2*2 = 4,4 м³;

1,1*4,4*24 = 116,16 кН;

= 3,64*0,2 = 0,728 м³;

= 1,1*0,728*18,8 = 15,06 кН;

N

F_p = 627,36 кН,

N≤ F_p, 622,645 кН ≤ 627,36 кН – условие выполняется.

8.Расчет свайного фундамента по деформациям.

Расчет свайного фундамента по деформациям.

Следующим этапом расчета является проверка прочности грунта основания куста свай в целом как условного массивного фундамента на естественном основании, включающего ростверк, сваи и грунт. Размеры условного фундамента на отметке заложения зависят от угла .

, где

- расчетные значения углов внутреннего трения, для отдельных пройденных сваями слоев грунта толщиной .

Для центрально нагруженного свайного фундамента реактивные давления по подошве условного фундамента считаются равномерно распределенными.

= 20,65 град.

= 5,16 град.

.

Размеры подошвы условного фундамента вычисляются по формулам:

, ,где

l, b- расстояния между наружными гранями крайних свай соответственно по продольным и поперечным осям, м,

- глубина погружения свай в грунт, считая от подошвы ростверка, м.

Длина подошвы условного фундамента:

1,6+2*12,25*0,09 = 3,805 м.

Ширина подошвы условного фундамента:

= 1,6+2*12,25*0,09 = 3,805 м.

Площадь сечения условного фундамента: A_y = 3,805*3,805 = 14,48 м².

Объем условного свайного фундамента будет равен:

V_y = 14,48*(0,2+1,1+0,2+0,59+3,81+1,1+4,3+1,9+0,35) = 196,204 м³,

а объем грунта в нем составит:

V_g = V_y - V_c - V_p = 196,204-7,68-4,4 = 184,124 м³.

Осредненный удельный вес грунта в свайном фундаменте с учетом взвешивающего действия воды для грунтов ниже уровня грунтовых вод будет равен:

= кН/м³.

Расчетная нагрузка от веса грунта в объеме условного свайного фундамента: = 2375,1996 кН.

Расчетная нагрузка от веса свай:

.

Расчетная нагрузка от веса ростверка:

.

кН/м² = 354,1 кПа.

Расчетное сопротивление грунта основания несущего слоя под подошвой условного фундамента определяем по формуле:

Для данного фундамента: γ_С1=1,2, γ_С2=1,1, k=1,1, М_γ = 0,245, М_q = 1,995,

M_c = 4,485, k_z = 1.

= 13,8 кН/м³,

кН/м³,

b = b_y = 3,805 м, d₁ = d = 13,55 м, С_II = 34,5 кН/м².

.

Основное требование расчета по второй группе предельных состояний выполняется, т.к. p ≤ R, 354,1 кПа ≤ 810,96 кПа.

Для сечения Б-Б.

1. Тип и вид свайного фундамента и сваи.

Ростверковый тип, вид фундамента – свайный куст. Свайные кусты состоят из групп свай и используются под отдельные опоры (колонны и столбы), передающие значительные нагрузки.

По характеру передачи нагрузки на грунт сваи подразделяются на сваи-стойки и висячие сваи (сваи трения). Мы будем использовать висячие сваи, к таким относятся сваи, опирающиеся на сжимаемые грунты. Нагрузка на основание ими передается как за счет сил трения боковой поверхностью свай, так и за счет сопротивления грунта под нижними концами свай.

2. Глубина заложения ростверка. Сопряжение свай с ростверком.

С учетом конструктивных особенностей здания, глубину заложения ростверка выбираем из следующих соображений:

высота стакана: h_cт=0,65 м;

толщина дна стакана: h = 0,45 м;

высота ростверка: h_р= h_cт+ h, h_р=1,1 м;

заделка сваи: 0,4 м;

толщина пола: h_п=0,2 м;

d_р = 0,2+1,1=1,3 м – глубина заложения ростверка от планировочной отметки.

3. Подбор длины сваи и размеров ее поперечного сечения.

При заданных грунтовых условиях и нагрузке на фундамент, а также по конструктивным соображениям в качестве несущего слоя примем слой 6 – глина тугопластичная.

Общая длина сваи определяется по формуле:

L= +Ʃh_i+h₀,

где - глубина заделки головы сваи в ростверк,м;

Ʃh_i - толщина прорезаемых слабых грунтов, расположенных выше несущего слоя, м;

h₀ – глубина погружения нижнего конца сваи в несущий слой, м.

L = 0,1+(0,2+0,59+3,81+1,1+4,3)+2,9 = 13 м

В качестве расчетной примем монолитную железобетонную сваю С-13-40, длиной 13 м, размером сторон 0,4*0,4 м, длиной острия 0,35 м. Сваи погружаем с помощью дизель-молота.

4. Определим несущую способность сваи.

, где

- коэффициент условий работы сваи в грунте, принимаемый равным 1;

R – расчетное сопротивление грунта, расположенного под нижним концом сваи;

А – площадь опирания сваи на грунт, м²;

u – наружный периметр поперечного сечения сваи, м;

- расчетное сопротивление i-го слоя грунта основания на боковой поверхности сваи;

– толщина i-го слоя грунта, соприкасающегося с боковой поверхностью сваи, м;

, - коэффициенты условий работы грунтов, расположенных под нижним концом и на боковой поверхности сваи, учитывающие влияние способа погружения сваи на расчетное сопротивление грунта.

Для дальнейшего расчета с целью обеспечения надежности и безопасности работы конструкции принимается уменьшенное значение несущей способности, называемое расчетной несущей способностью или грузоподъемностью сваи. Она рассчитывается по формуле:

, где

– коэффициент надежности.

Для рассчитываемой сваи:

= 1,

А = 0,16 м²,

u = 1,6 м,

z₀ = 14,2 м – глубина погружения нижнего конца сваи, тогда R = 2223 кПа (222,3 тс/м²),

= = 1.

Толщину грунта, прорезаемого сваей, разбиваем на слои, толщиной не более 2 м. Находим расстояния l_i от планировочной отметки до середины каждого рассматриваемого слоя. Зная эти расстояния и вид грунта, находим по приложению расчетное сопротивление f_i для каждого слоя.

Сопротивление f_i в двух слоях пылеватого песка будет составлять:
при l₁ = 1,4 м h₁ = 0,2 м f₁ = 17,4 кПа;

при l₂ = 1,795 м h₂ = 0,59 м f₂ = 19,77 кПа;

Сопротивление f_i в двух слоях суглинка с J_L = 0,73 будет составлять:

при l₃ = 3,045 м h₃ = 1,91 м f₃ = 7,745 кПа;

при l₄ = 4,95 м h₄ = 1,9 м f₄ = 9,365 кПа;

Сопротивление f_i в слое суглинка с J_L = 0,45 будет составлять:

при l₅ = 6,45 м h₅ = 1,1 м f₅ = 28,338 кПа;

Сопротивление f_i в трех слоях мелкого песка будет составлять:

при l₆ = 7,7 м h₆ = 1,4 м f₆ = 43,7 кПа;

при l₇ = 9,1 м h₇ = 1,4 м f₇ = 45,1 кПа;

при l₈ = 10,55 м h₈ = 1,5 м f₅ = 46,55 кПа;

Сопротивление f_i в двух слоях глины с J_L = 0,45 будет составлять:

при l₉ = 12,25 м h₉ = 1,9м f₉ = 31,625 кПа,

при l₁₀ = 14,2 м h₁₀ = 2 м f₁₀ = 32,6 кПа.

Вычисляем несущую способность сваи:

= 993,024 кН,

=

5. Определение количества свай.

, где

- расчетная нагрузка на куст кН от веса здании или сооружения,

– коэффициент надежности, принимаемый в зависимости от способа определения несущей способности сваи. При расчете практическим методом этот коэффициент принимается равным 1,4.

n =

6. Конструирование свайного ростверка.

По конструктивным соображениям принимаем высоту ростверка 1,1 м.

Размеры ростверка в плане (ширина «b» или длина «l») определяются по формуле:

b(l) = a(n_p- 1) + d + 2r, где

a – расстояние между осями свай, м;

n_p – количество свай в ряду по ширине или длине ростверка;

r -расстояние от края ростверка до грани сваи, м.

d принимаем равным 0,4 м.

Вычисляем размеры b и l сваи:

b = 1,2*(3-1) + 0,4 + 2*0,2 = 3,2 м.

l = 1,2*(5-1) + 0,4 + 2*0,2 = 5,6 м.

7.Определение фактической расчетной нагрузки, передаваемой на сваю.

Согласно действующим нормам, фактическая действующая нагрузка на каждую сваю должна быть меньше расчетного значения:

, где

– расчетная (фактическая) нагрузка, передаваемая на сваю, кН;

Мы проектируем центрально нагруженный фундамент. Для такого фундамента расчетная (фактическая) нагрузка определяется из условия :

, где

– расчетная нагрузка на свайный куст, кН, от веса надземных конструкций здания или сооружения;

- количество свай в фундаменте;

, - расчетные нагрузки (силы) от веса ростверка и грунта на его обрезах, кН;

, где

- коэффициент надежности по нагрузке для веса строительных конструкций и грунтов;

- объем ростверка, м³;

= 24 кН/м³ – удельный вес железобетона.

, где

- средневзвешенное значение удельного веса грунта, кН/м³, расположенного выше ростверка;

- объем грунта на ступенях ростверка, м³.

= 1,1*3,2*5,6 = 19,712 м³;

1,1*19,712*24 = 520,39 кН;

= 17,56*0,2 = 3,51 м³;

= 1,1*3,51*18,8 = 72,59 кН;

N

F_p = 709,3 кН,

N≤ F_p, 705,98 кН ≤ 709,3 кН – условие выполняется.

8.Расчет свайного фундамента по деформациям.

Расчет свайного фундамента по деформациям.

Следующим этапом расчета является проверка прочности грунта основания куста свай в целом как условного массивного фундамента на естественном основании, включающего ростверк, сваи и грунт. Размеры условного фундамента на отметке заложения зависят от угла .

, где

- расчетные значения углов внутреннего трения, для отдельных пройденных сваями слоев грунта толщиной .

Для центрально нагруженного свайного фундамента реактивные давления по подошве условного фундамента считаются равномерно распределенными.

= 20,04 град.

= 5,01 град.

.

Размеры подошвы условного фундамента вычисляются по формулам:

, ,где

l, b- расстояния между наружными гранями крайних свай соответственно по продольным и поперечным осям, м,

- глубина погружения свай в грунт, считая от подошвы ростверка, м.

Длина подошвы условного фундамента:

5,2+2*13,25*0,087 = 7,506 м.

Ширина подошвы условного фундамента:

= 2,8+2*13,25*0,087 = 5,106 м.

Площадь сечения условного фундамента: A_y = 7,506*5,106 = 38,33 м².

Объем условного свайного фундамента будет равен:

V_y = 38,33*(0,2+1,1+0,2+0,59+3,81+1,1+4,3+2,9+0,35) = 557,702 м³,

а объем грунта в нем составит:

V_g = V_y - V_c - V_p = 557,702-14,56-19,712 = 523,43 м³.

Осредненный удельный вес грунта в свайном фундаменте с учетом взвешивающего действия воды для грунтов ниже уровня грунтовых вод будет равен:

= кН/м³.

Расчетная нагрузка от веса грунта в объеме условного свайного фундамента: = 7642,1 кН.

Расчетная нагрузка от веса свай:

.

Расчетная нагрузка от веса ростверка:

.

кН/м² = 342,13 кПа.

Расчетное сопротивление грунта основания несущего слоя под подошвой условного фундамента определяем по формуле:

Для данного фундамента: γ_С1=1,2, γ_С2=1,1, k=1,1, М_γ = 0,245, М_q = 1,995,

M_c = 4,485, k_z = 1.

= 14,23 кН/м³,

кН/м³,

b = b_y = 3,2 м, d₁ = d = 14,55 м, С_II = 34,5 кН/м².

.

Основное требование расчета по второй группе предельных состояний выполняется, т.к. p ≤ R, 342,13 кПа ≤ 853,92 кПа.

Список используемой литературы.

1. Кочергин В.Д., Метелева З.Л., Ведяков И.И. Проектирование фундаментов мелкого заложения зданий и сооружений: Учеб. пособие для практических занятий и курсового проектирования. – Электросталь: ЭПИ МИСиС, 2005. – 122 с.

2. Кочергин В.Д., Метелева З.Л., Ведяков И.И., Основания и фундаменты. Раздел: Свайные фундаменты: Учеб. пособие для практических занятий и курсового проектирования. – Электросталь: ЭПИ МИСиС, 2004. – 86 с.

3. ГОСТ 25100-95. Грунты. Классификация. – М. : Госстандарт, 1996. – 25 с.

4. СНиП 2.02.01-83*. Основания зданий и сооружений. – М. : ГУП ЦПП, 2000. – 48 с.

5. СНиП 2.01.07-85*. Нагрузки и воздействия. – М. : ФГУП ЦПП, 2004. – 44 с.

6. СНиП 2.02.03-85. Свайные фундаменты. – М. : СТройиздат, 1986. – 45 с.