 |
|
Расчет и конструирование свайного фундамента
Для центрально нагруженного свайного фундамента количество свай в фундаменте определяется по формуле
n = 249,312 / 262,69 = 0,95
Количество свай принимаем n =1 на 1 п. м. (т. к. при n=0,95 не проходит проверка).
Производится размещение свай в плане и конструирование ростверка. Определяется расчетное расстояние между осями свай 
по длине стены. В зависимости от условия 3d≤ 
≤6d (d=0,3 м – сторона сечения сваи, м), т.е. 0,9≤ ≤ 1,8, принимаем 
,9 м, в зависимости от чего определяем число рядов свай по ширине ростверка в плане. Принимаем ростверк шириной bp = 600см (рисунок 4.2).
Рисунок 4.2. Конструкция ростверка
4.4. Определение фактического давление на голову сваи
Определяем фактическое давление на голову сваи по формуле:
(4.7)
где ap’ = 0,9м – расстояние между сваями (рисунок 4.2), м;
bp = 0,6 м – ширина ростверка (рисунок 4.2), м;
d = 1,5 м – глубина заложения ростверка, м;
Рф = (249,312 *0,9+0,6*0,9*1,5*22*1,1) / 1 =243,983 кН.
Получаем, что Pф=243,983 кН <Рd= 262,69 кН с погрешностью 7,1%, что не превышает 10% – условие выполняется.
4.5. Проверка несущей способности куста свай
Для оценки общей устойчивости свайного фундамента и определения его стабилизационной осадки необходимо определить вертикальные напряжения в грунте в плоскости, проходящей через острия свай. При этом свайный фундамент рассматривается как условный массивный фундамент, в состав которого входят ростверк, сваи, грунт междусвайного пространства и некоторый объем грунта, примыкающего к наружным сторонам свайного фундамента.
Контуры условного массива АBСD определяются (рисунок 4.3):
сверху – поверхностью планировки грунта;
снизу – плоскостью в уровне нижних концов свай ВС в границах, определяемых пересечением с этой плоскостью наклонных плоскостей, проведенных под углом 𝛼, от наружного контура свайного куста в уровне подошвы ростверка; с боков – вертикальными плоскостями АВ и СD, проведенными через границы нижней поверхности.
Определим угол 𝛼 по формуле:
где 
–средневзвешенное расчетное значение угла внутреннего трения,°, равное:
где h1’=1,9 м – длина 1-го слоя грунта в пределах соответствующего участка сваи, м;
h2’=2,05м–длина 2-го слоя грунта в пределах соответствующего участка сваи, м.
Тогда
.
Условная длина Lm для ленточных фундаментов принимается Lm = 1 м.
Рисунок 4.3. Схема границ условного фундамента
По условию прочности необходимо выполнение следующего условия:
Рср≤ R (4.11)
где Pcp–давление по подошве условного фундамента от расчетных нагрузок, которое находится как:
(4,12)
где 
=1*1,36 = 1,36 м2 – площадь основания условного массива, м2;
Н =1,5+3,95=5,45 м – расстояние от планировочной отметки до низа условного массива, м;
=22 кН/м3- среднее значение удельного веса грунта на уступах фундамента.
Pcp = 249,312 /1,36 + 22*5,45 = 303,22 кПа
R – расчетное сопротивление грунта основания, вычисляемое по формуле (3.5), для которой определим:
– коэффициенты условий работы, принимаемые по таблице П-14[1], ( 
=1,3 
=1,292, т.к. грунт под подошвой условного массива песок мелкий и соотношение длины здания к его высоте L/H =1,6);
K – коэффициент, принимаемый равным 1,1;
=1,3
= 6,184
=8,426
– коэффициенты, принимаемые в зависимости от угла внутреннего трения φ=31,6° по таблице П-15[1];
Kz – коэффициент, принимаемый равным 1,0 (b<10 м);
т/м3 – осредненное расчетное значение удельного веса грунтов, залегающих ниже подошвы фундамента;
–то же, залегающих выше подошвы фундамента, определяющееся по формуле:
(4,13)
- удельный вес грунта с учётом взвешивающего действия воды.
,
где 
- удельный вес частиц грунта, =26,09 кН/м4;
- удельный вес воды, =10 кН/м4;
е- коэффициент пористости грунта,е=0,66;
=26,09-10/(1+0,66)=9,69 кН/м3
gII’= (20,01*3,2+18,83*1,85+9,69*0,2) / (3,2+1,85+0,2) = 19,2 т/м3
=1,8 кПа – расчетное значение удельного сцепления грунта, залегающего ниже подошвы фундамента, кПа, (таблица 2.1);
– приведенная глубина заложения наружных и внутренних фундаментов от пола подвала, м, определяется по формуле 3.7, для этого необходимо знать, что:
=3,95 м – толщина слоя грунта выше подошвы фундамента со стороны подвала, м, (рисунок 4.3);
– расчетное значение удельного веса материала пола подвала, м, т.к. пол бетонный, =23.5 кН/м3;
= 0,1 м– толщина конструкции пола подвала, м, (рисунок 4.3).
d1=3,95+0.1*23.5/18,93 = 4,07 м.
db= 1,1м - глубина подвала – расстояние от уровня планировки до пола подвала,м.
R=(1,3*1,292/1,1)* [1,3*1*0,6*18,83+6,184*4,07*19,2 +(6,184-1)*1,1*19,2 +8,426*1,8] = 952,55кПа
Получили, что Pcp = 303,22 кПа<R = 952,55кПа – условие выполняется.
4.6. Расчет осадки свайных фундаментов методом эквивалентного слоя
Для определения осадки фундамента необходимо рассчитать значения эпюры вертикальных напряжений от собственного веса грунта szqi по формуле (3.11).
szq1= γII1·h1=20,01*3.2 = 64,032 кПа.
szq2= szq1 + γSB·h2 = 64,032 +9,69 *0,2 = 65,97 кПа.
szq0= szq2’ + γSB ·h3 = 65,97 +9,69*1,85 = 83,9 кПа,
(для ленточных фундаментов > 10) и от коэффициента Пуассона:
hs= 2,38*1,36 = 3,24 м,
P0– давление, возникающее под подошвой условного массива, кПа, определяемое по формуле :
P0 = szp0 (4.16)
где szp0- величина дополнительного вертикального напряжения для любого сечения ниже подошва фундамента вычисляемая по формуле:
szp0= Pср-szq0 (4.17)
szp0=303,22 -83,9=219,32 кПа
P0 = 219,32 кПа
mvm – средний коэффициент относительной сжимаемости грунта, кПа-1, определяемое по формуле:
где hi– толщина i-ого геологического слоя в пределах сжимаемой зоны, м. Расстояние от подошвы условного массива до нижней границы сжимаемой зоны H= 2·hs= 2·3,24= 6,48 м. Т. к. ниже подошвы условного массива располагается один и тот же слой, то h=H=6,48 м.
mvi –коэффициент относительной сжимаемости грунта:
где Ei= 27 МПа – модуль деформации второго слоя грунта (таблица 2.1);
𝛽i– коэффициент, зависящий от коэффициента Пуассона υ = 0,3 для песков мелких:
Тогда mvi= 0,74/27000 = 0,000027 кПа-1
zi – расстояние от середины i-ого слоя до нижней границы сжимаемой толщи (рисунок 4.4);
mvm= 1 * 6,48 *0,000027*3,24 / (2*3,242) = 0,000027 кПа-1
Значит
S = 3,24*0,000027*200,41 =0,017 м = 1,7 см
Получим, что S = 1,7 см ≤SU = 10 см, а это значит, что осадка фундамента находится в допустимых пределах.
Рисунок 4.4. Схема расчета осадки методом эквивалентного слоя
4.7. Подбор сваебойного оборудования
Минимальная энергия удара вычисляется по формуле:
Э=1,75*α*Р, кДж (4.21)
α – коэффициент, равный 25 Дж/кН;
Р – расчетная нагрузка, допускаемая на сваю, Р=372,695 кН
Э=1,75*25*372,695 =16,305 кДж
По табл. 8.29-8.31[4] подбираем молот, энергия удара которого соответствует расчетной минимальной.
Имеем трубчатый дизель-молот с воздушным охлаждением С995 со следующими характеристиками:
- масса ударной части 1250 кг;
- высота подскока ударной части – от 2000 до 2800 мм;
- энергия удара 19 кДж;
- число ударов в минуту – не менее 44;
- масса молота с кошкой 2600 кг.
(4.23)
где Gсв – вес сваи, определяемый исходя из следующего условия:
(4.24)
где γб = 25 
– удельный вес бетона;
A = 0,09 м2 – площадь сечения сваи;
l = 4,0 м – длина сваи;
Gсв= 25*0,09*4,0 = 9,0 кН
Gн = 2 кН – вес наголовника;
Gп = 1 кН – вес подбабка;
GB=9,0 +2+1 = 12кН;
Для трубчатых дизельных молотов расчетная энергия удара принимается:
Эр=0,9* Gh1*hm
Gh1 – вес ударной части молота, Gh1=12,5 кН;
hm – фактическая высота падения ударной части молота, hm= 2,8м.
Эр=0,9*12,5*2,8=31,5 кДж
Имеем: (26+12)*103/31,5*103=1,2≤6
Для контроля несущей способности свайных фундаментов и окончательной оценки применяемости выбранного молота определяется отказ сваи:
=0,002м (4.25)
Sпра = 0,002 м – остаточный отказ, равный значению погружения сваи от одного удара молота;
η – коэффициент, принимаемый в зависимости от материала сваи, т.к. свая железобетонная η= 1500 кН/м2;
А – площадь, ограниченная наружным контуром сплошного или полого поперечного сечения ствола сваи, А=0,09 м2;
Еd – расчетная энергия удара молота, Еd=31,5 кДж;
Fd – несущая способность сваи, Fd = 367,77 кН;
М = 1– коэффициент, принимаемый при забивке свай молотами ударного действия;
m1 = 26 кН – вес молота;
m2 = 7,92 +2 = 9,92кН – вес сваи и наголовника;
m3 = 1кН – вес подбабка;
Е – коэффициент восстановления удара, при забивке железобетонных свай молотами ударного действия с применением наголовника с деревянным вкладышем Е2=0,2.
Определим отказ сваи по формуле (4.20):
Sа=(1500*0,09*31,5*103)/(367,77/1*(367,77/1+1500*0,09))*(26+0,2(9,92+1))/(26+9,92+1)=0,017 > Saпр=0,002м
Условие выполняется, окончательно принимаем трубчатый дизель-молот с водяным охлаждением С995.
;
4) то же, залегающих выше подошвы фундамента γII*=18,01 кН/м 
=207,76 кН.
4. Определить расчетное сопротивление грунта основания R без учета уплотнения грунта: R=297,5 кПа.
5. Определить среднее давление на основание Р до реконструкции объекта: Рср=293,3 кПа.
6. Вычислить коэффициент 
, учитывающий изменение физико- механических свойств грунтов оснований под подошвой фундаментов за период эксплуатации здания. Так как P/R=293,3/297,5*100%=98,6%>80%, то 
=10см (таблица Б1[2]).
9. Определить коэффициент 
, принимаемый в зависимости от отношения расчетной осадки к предельной; т.к. данное отношение < 20%, по таблице 4.1[1] проинтерполировав получим 
11. Определить среднее давление после реконструкции здания, в соответствии с заданием при NII`= 259,7 кН.
304,679-293,3=11,38, что составляет 3,7%.
выполняется. Следовательно, ширину фундамента принимаем b=1,0 м.