12.2.3. Расчет свайных фундаментов

Расчет свайных фундаментов и их оснований проводится по двум группам предельных состояний.

К расчетам свайных фундаментов но предельным состояниям первой группы относят:

а) расчеты по прочности материала свай и ростверка (сами сваи должны выдерживать приложенную на них нагрузку, а ростверк, работающий как балка или плита, должен быть соответственно рассчитан);

б) расчеты несущей способности грунта основания сваи;

в) расчеты несущей способности основания свайных фундамен­тов, если есть вероятность нарушения целостности основания (на­пример, при расположении свайного фундамента на откосе воз­можен сдвиг откоса вместе с фундаментом).

К расчетам свайных фундаментов по предельным состояниям второй группы относят:

а) расчеты осадок свай и свайных фундаментов от вертикальных нагрузок и перемещений свай от действия горизонтальных нагрузок;

б) расчеты по образованию и раскрытию трещин в конструк­циях свайных фундаментов.

Различают несколько способов определения несущей способ­ности свай.

В настоящем разделе рассмотрены в основном расчеты несущей способности грунта основания забивных свай (стоек и висячих свай) по таблицам и формулам СНиП2.02.03-85.

Несущую способность /4, кН, забивной сваи, сваи-оболочки, набивной и буровой сваи, опирающихся на скальный или мало- сжимаемый грунт, следует определять по формуле

где ус — коэффициент условий работы сваи в грунте, принима­емый ус= 1;

А — площадь опирания сваи на грунт, м2, принимаемая для сплошного сечения равной площади поперечного сечения, а дня 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;

Я — расчетное сопротивление грунта под нижним концом сваи- стойки, кПа, следует принимать для всех видов забивных свай, опи­рающихся на скальные и малосжимаемые грунты, Я- 20 ООО кПа; для остальных свай — см.

Расчет висячих свай

Несущую способность грунта основания г* кН, висячей забив­ной сваи и сваи-оболочки, погружаемой без выемки грунта, ра­ботающих на сжимающую нагрузку, следует определять как сум­му сил расчетных сопротивлений грунтов основания под нижним концом сваи и на ее боковой поверхности по формуле

сыпкой, намывом до 3 м следует принимать от уровня природного рельефа, а при срезке, подсыпке, намыве от 3 до 10 м — от условной отметки, распо­ложенной соответственно на 3 м выше уровня срезки или на 3 м ниже уровня подсыпки.

Глубину погружения нижнего конца сваи и среднюю глубину расположе­ния слоя грунта в водоеме следует принимать от уровня дна после общего раз­мыва расчетным паводком, на болотах — от дна уровня болота.

При проектировании путепроводов через выемки глубиной до 6 м для свай, забиваемых молотами без подмыва или устройства лвдерных скважин, глуби­ну погружения в грунт нижнего конца сваи в таблице следует принимать от уровня природного рельефа в месте сооружения фундамента. Для выемок глу­биной более 6 м глубину погружения свай следует принимать как для выемок глубиной 6 м.

3. Для промежуточных глубин погружения свай и промежуточных значений показателя текучести /А пылевато-глинистых грунтов значения Я и £ в табли­цах определяются интерполяцией.

4. Для плотных песчаных грунтов, степень плотности которых определена по данным статического зондирования, значения Я по таблице для свай, погру­женных без использования подмыва или лидерных скважин, следует увеличи­вать на 100%. При определении степени плотности грунта по данным других видов инженерных изысканий и отсутствии данных статического зондирова­ния для плотных песков значения Я по таблице следует увеличить на 60%, но не более чем до 20 000 кПа.

5. Значения расчетных сопротивлений Я по таблице допускается использовать при условии, если заглубления свай в неразмываемый и несрезаемый грунт составляет не менее: 4,0 м — для мостов и гидротехнических сооружений; 3,0 м — для зданий и прочих сооружений.

6. Значения расчетного сопротивления Я под нижним концом забивных свай сечением 0,15 хО, 15 м и менее, используемых в качестве фундаментов под внут­ренние перегородки одноэтажных производственных зданий, допускается уве­личивать на 20%.

2. При определении расчетных сопротивлений грунтов на боковой поверхности свайпласты грунта следует расчленять на одно­родные слои толщиной не более 2 м.

3. Значения расчетного сопротивления плотных песчаных грунтов на боковой поверхности свайследует увеличивать на 30% по сравнению со значениями, приведенными в таблице.

4. Расчетные сопротивления супесей и суглинков с коэффициентом пористости е 4). Для расчета фундамента определена сервисная нагрузка, при­ходящаяся на один метр длины верхнего обреза фундамента Л^= 280 кН/м (условно принимаем, что нагрузка приложена по центру тяжести фундамента; фактически ленточные фундаменты под наружные стены часто оказываются внецентренно сжатыми). Геологические условия: 0,2 метра — растительный слой, далее слой маловлажного мелкого песка (плотность песка р = 1800 кг/м3, у- 18 кН/м3, коэффициент пористости с = 0,7). Грунтовые воды расположены на глубине 3,0 м от планировочной отметки (рис. 12.21). Район строительства г. Пермь (^,= 1,9 м); температура внутри помещения 20°С; пол первого этажа расположен по утеп­ленному цокольному перекрытию.

Рис. 12.21. К примеру 12.4

1. Определяем глубину заложения фундамента:

а) по геологическим условиям:

геологические условия позволяют заглубить фундамент на наи­меньшую допускаемую нормами величину — 0,5 м в несущий слой грунта, 0,2 + 0,5 = 0,7 м;

б) по климатическим условиям:

в соответствии с табл. 2 СНиП 2.02.01-83* пески мелкие, при глубине расположения уровня грунтовых вод в пределах 2 м ниже расчетной глубины промерзания являются пучинистыми, и фун­

дамент необходимо заглублять не менее чем на расчетную глуби­ну промерзания с!/.

4= кАп = 0,7-1,9 = 1,33 м, іде А:й — коэффициент, определяемый по табл. 1 СНиП 2.02.01-83*;

в) с учетом конструктивных требований принимаем глубину заложения фундамента (фундамент должен быть заглублен на наи­большую из определенных глубин: > 1,33 м); учитывая стандарт­ные размеры фундаментных блоков и фундаментной подушки, принимаем глубину заложения */, = 1,4 м (рис. 12.22).

2. По табл. 11.7 определяем расчетное сопротивление грунта Д), предназначенное для приближенного определения площади подошвы фундамента. Мелкие пески с коэффициентом пористо­сти е-0,7 относятся к пескам средней плотности (табл. 11.4). Яо = 300 кПа.

Пример 12.8. Определить шаг свай в ростверке, используя дан­ные примера 12.7, но при других грунтовых условиях; грунтовые условия изображены на рис. 12.26. Принимаем сваи с централь­ным армированием, сечением 300x300 мм, бетон сваи В25, арма­тура — стержень 012 мм, А-IV.

несущая способность по грунту меньше несущей способности сваи по материалу, ее и принимаем для определения требуемого шага свай.

5. Определяем требуемый шаг свай:

а 1,5*/= 1,5 ■ 0,3 = 0,45 м).

Вывод. Требуемый шаг свай а = 3,8 м. При окончательном на­значении шага свай необходимо учитывать конструкцию здания, его размеры, материал стен; сваи в обязательном порядке ставятся по углам здания, в местах пересечения стен, в панельных зданиях каж­дая панель должна опираться не менее чем на две сваи. Оконча­тельно принятый шаг свай может бьггь меньше требуемого.

Пример 12.9. Используя данные по сбору нагрузок из примера 3.7 и несущую способность сваи из примера 12.7, рассчитать свай­ный фундамент под кирпичную колонну. Нагрузка на ростверк А', = 566,48 кН; несущая способность сваи с учетом коэффициен­та надежности Р= 354,76 кН.

1. Назначаем размеры нижней части ростверка 1400x1400 мм, предварительно принимая, что он будет опираться на три сваи, и вер­хнюю часть ростверка выполняем размером 900x900 мм (рис. 12.27).

Определяем нагрузку от веса ростверка:

объем ростверка = 0,9 • 0,9 ■ 0,5 + 1,4 • 1,4 * 0,4 « 1,15 м3;

вес ростверка уж_ьУ/= 1,15-25-1,1 = 31,65 кН.

2. Нагрузка с учетом веса ростверка N ы/рт1п - 568,2/354,76 = 1,6 штуки.

4. Принимаем опирание ростверка на 2 сваи; расстояние меж­ду осями свай принимаем минимальное а- 3^=3 300 = 900 мм (рис. 12.28), корректируем размеры ростверка, принимаем ниж­нюю часть ростверка 1400x500 мм, верхнюю часть ростверка — размером 900x500 мм.

Рис. 12.28. План нижней части ростверка — к примеру 12.9

Задачи для самостоятельной работы

Задача 12.1. Определить размеры подушки ленточного фунда­мента под наружную стену по следующим данным: район строи­тельства — г. Москва; состав грунтов: сверху насыпной уплотнен­ный грунт, Л = 0,4 м; ниже — глина: е=0,85,1Ь=0,6, р = 1870 кг/м3; грунтовые воды отсутствуют; пол первого этажа выполнен по грунту; здание без подвала; температура внутри помещения +20°С; отношение размеров здания Ь/Н= 4,5; сервисная нагрузка на фун­дамент Ы5ег= 280 кН/м; отметки верха фундамента и планировоч­ная отметка соответственно: -0,350; -0,450.

Задача 12.2. Проверить достаточность размеров подошвы фун­дамента под колонну гражданского здания. Нагрузка на колонну Л^= 300 кН; у„ - 0,95; грунт основания — суглинок: е = 0,7,1Ь = 0,4, у„ = уп = 19 кН/м3; глубина заложения фундамента ^ = 1,8 м; зда­ние без подвала; размеры подошвы фундамента аЬ= 1,8* 1,8 м.

Задача 12.3. Определить глубину заложения фундамента бес- подвального здания по следующим данным: район строитель­ства — г. Уфа; геологические условия сверху вниз: растительный слой: Л, = 0,25 м; песок пылеватый: И2 = 0,8 м, е = 0,85, р = 1600 кг/м3; суглинок: Л3 = 4,0 м, е=0,85, 4 = 0,6; пол здания выполнен по грунту; здание неотапливаемое; фундамент ленточный из фунда­ментных блоков и фундаментной подушки (высота блоков: И = 600, 300 мм; высота фундаментной подушки 300 мм), отметка верха фундамента совпадает с отметкой планировки грунта.

Задача 12.4. Рассчитать фундамент под колонну жилого дома (определить требуемые размеры подошвы фундамента и выпол­нить расчет по материалу). Нагрузка на фундамент А= 500 кН; у„ = 0,95; Л^г= 395,8 кН; глубина заложения фундамента */, = 1,7 м; расчетное сопротивление грунта Я = 220 кПа. Сечение колонны 350x350 мм; сечение подколонника 900x900 мм (рис. 12.29). Бе­тон фундамента — В15; уь2 = 1,0; фундамент монолитный. Арма­турная сетка из арматуры класса А-Н.

Рис. 12.29. К задаче 12.4

Задача 12.5. Рассчитать сборный ленточный фундамент под внутреннюю стену жилого дома (определить ширину фундамент­ной подушки и ее арматуру). Нагрузка на 1 погонный метр фун­дамента А= 380 кН/м; у„ = 0,95; 287 кН/м; глубина заложе­

ния фундамента = 1,2 м; расчетное сопротивление грунта Я= 170 МПа; бетон В25, уЬ2- 1,0; арматура класса А-ІІІ.

Задача 12.6. Определить шаг свай под ленточный ростверк жилого дома; нагрузка на ростверк А, = 280 кН/м; у„ = 0,95; раз­меры ростверка и грунтовые условия принять по рис. 12.30.