Ростверка, расчет условного фундамента

 

7.1 Общие сведения

 

Расчет свайных фундаментов и их оснований ведут по двум группам предельных состояний:

по первой группе – по несущей способности грунта основания свай; по устойчивости грунтового массива со свайным фундаментом; по прочности материала свай и ростверков;

по второй группе – по осадкам свайных фундаментов от вертикальных нагрузок; по перемещениям свай совместно с грунтом оснований от действия горизонтальных нагрузок и моментов; по образованию или раскрытию трещин в элементах железобетонных конструкций свайных фундаментов.

Расчет по несущей способности грунтов основания заключается в выполнении условия (35):

N ≤ F_d / γ _k, (35)

 

где N - расчетная нагрузка, передаваемая на сваю, кН;

F_d - несущая способность сваи, определяемая любым из известных методов;

γ _k - коэффициент надежности, принимаемый равным:

1,2 – если несущая способность сваи определена по результатам ее испытания статической нагрузкой;

1,25 – по результатам динамических испытаний, выполненных с учетом упругих деформаций грунта, а также по результатам статического зондирования грунта или его испытания эталонной сваей или сваей – зондом;

1,4 – по результатам динамических испытаний свай, выполненных без учета упругих деформаций грунта, или расчетом практического метода.

Проверку устойчивости свайного фундамента совместно с грунтовым массивом производят только в случае передачи на свайные фундаменты больших горизонтальных нагрузок, а также если фундамент расположен на косогоре или его основание имеет откосный профиль. Проверку производят по расчетной схеме сдвига грунта по цилиндрической поверхности скольжения.

Расчет свайных фундаментов по второй группе предельных состояний при действии вертикальных нагрузок проводят из условия (36):

S < S _u, (36)

где, S - деформация свайного фундамента (осадка или относительная разность осадок), определяемая расчетом;

S _u - предельно допустимая величина деформации свайного фундамента, устанавливаемая заданием на проектирование или определяемая по СНиП 2.02.01 - 83.

Фундаменты из свай, работающих как сваи – стойки, рассчитывать по деформациям от вертикальных нагрузок не требуется.

 

Для фундаментов с вертикальными сваями расчетную нагрузку на сваю определяют по формуле (37):

N = N_d / n +(-) M_x y / ∑y²_i +(-) M_y x / ∑ x²_i, (37)

где N_d, M_x, M_y - расчетные усилия (вертикальная нагрузка, изгибающие моменты) в плоскости подошвы ростверка фундамента относительно главных центральных осей;

n – количество свай в фундаменте;

x _i, y _i - расстояния от главных осей до оси каждой сваи;

x и y - расстояния от главных осей до оси сваи, для которой вычисляется расчетная нагрузка.

 

7.2 Пример расчета и проверки конструкции ростверка

 

Примем площадь ростверка из следующих соображений. Расчетная площадь 1,54 кв.м, принятая 2,25 кв.м. Расстояния между центрами соседних свай должны быть не менее 3d, чтобы не накладывалось напряжение в грунте на соседние сваи и не происходил их «выпор». Расстояние свеса ростверка (расстояние от центра крайней сваи до кромки ростверка) должно быть равно d. В принятой свае С9 - d = 0,3 м, а 3d = 0,9 м. При количестве свай 4 конструкция ростверка будет иметь следующий вид (рисунок 7.1).

Необходимо найти величины:

Объем принятого ростверка V_p:

V_p = V_ст + V_к, (38)

где V_P – объем ростверка, м³;

V_к – объем опирающейся в ростверк части колонны (опоры), м³.

Вес ростверка N_р, кПа: N_р = γ _с (V_P γ _с + V_rp γ_rp), (39)

где γ _с - коэффициент условий работы сваи в грунте, принимаемый равным 0,85 для свай сечением менее 0,3 х 0,3 (м) и γ _с = 1 – для свай большего сечения;

V_p – объем ростверка, м³;

γ_p – удельный вес ростверка (23 т/куб.м);

V_rp – объем грунта, м³;

γ_rp – удельный вес грунта (у суглинка желто бурого, в котором расположен ростверк γ_rp = 14,52 т/куб.м).

 

Рисунок 7.1 – Схема расположения свай в фундаменте

Отсюда:

Объем ростверка:

V _р = 1,5 х1,5 х1,7 = 3,83 м³;

Вес ростверка:

N _р = 0,85 * (3,83*23) = 74,78 кПа;

Максимальное и минимальное давление на грунт от сваи или расчетную нагрузку, приходящуюся на отдельную сваю, в общем случае, когда моменты действуют в направлении двух осей, определяют по формуле:

Р_max(min) = (N_р+ N_o)/ u ± (М_х*х)/∑у_i² ± (М_у*у)/∑х_i², кПа, (40)

где M_x, M_у – изгибающие моменты вдоль оси х и оси у, кН·м;

у, х – расстояния от главных осей до оси (центра) сваи, для которой определяется расчетная нагрузка, м.

Рисунок 7.2 – Ростверк фундамента

 

Проверим условие Р_max < F_d:

кПа

кПа.

F_d = 647,59 кПа > Р_max = 575,92 кПа.

7.3 Расчет условного фундамента

 

Определим φ_ср – средний угол внутреннего трения (град.):

φ_ср = (∑φ_ср l_i) / L, (41)

где L - длина сваи, м;

l_i – длина i-го участка, м.

град.

Далее находим по формуле (29) коэффициент (угол) рассеивания напряжений с глубиной: град., (42)

Отсюда: град.

Найдем размеры и площадь площадки давления (условного фундамента) по формулам:

b_y = r_c + 2 l_св x tg α, (43)

l_y = r_c + 2 l_св x tg α,, (44)

А_у = b_y х l_y, (45)

где r_с – расстояние между сваями, м;

l_св – длина сваи, м;

α – коэффициент рассеивания с глубиной.

b_y = 0,9 +2*9*tg 10,1 = 4,11 ≈ 4,1 м.

l_y = 0,9 +2*9*tg 10,1 = 4,11 ≈ 4,1 м.

Площадь условного фундамента:

A_ф.усл = 4,1 х 4,1 = 16,81 м².

 

Рисунок 7.3 – Схема распределения давления на грунт

Найдем нагрузку от веса условного фундамента:

N _у = А_у * ∑ l _i * γ_i , (46)

N_y = 16,81*(3,7*14,52+1,97^*14,22 + 3,4*16,87+1,63*15,70) =

=16,81*(53,72+28,01+57,36+25,59)= 16,81*164,68=2768,27 кН.

Средний вес грунта условного фундамента:

γ_ср = 2768,27/(16,81 х 9,0) = 18,30 кН/кв.м.

Определяем расчетное сопротивление грунта:

R_II =(1,1х1,0)/1*(0,51*1*4,1*18,30 + 3,06*10,7*18,30) =

= 1,1 (38,27 + 599,18) = 701,20 кПа.

Среднее фактическое давление по подошве условного фундамента на грунт:

Р_II = (1180 + 2768,27) / 16,81 = 234,88 кПа. Р_II < R_II - условие соблюдается.

Практическое занятие № 8 - Технико-экономическое обоснование выбора варианта фундамента в ценах 1984 года

8.1 Определение объемов фундаментов и работ при их устройстве

 

8.1.1 Объемы по устройству внецентренно нагруженного

монолитного фундамента

 

Элементы работ согласно расчетам практического занятия №5:

 

а) Разработка грунта под фундамент - 71,83 м³.

 

б) Укрепление стенок котлована (устройство опалубки) - 30,6 м².

 

в) Устройство монолитного фундамента - 11,82 м³.

 

 

8.1.2 Объемы по устройству свайного фундамента

 

Элементы работ согласно расчетам практических занятий №6-7:

 

а) Разработка грунта под фундамент - 22,03 м³.

 

б) Укрепление стенок котлована (устройство опалубки) - 10,88 м².

 

в) Устройство монолитного ростверка - 4,664 м³.

 

г) Погружение железобетонных свай – 4 шт.:

 

0,81 х 4 = 3,24 куб.м.

Полученные значения заносим в таблицу 8.1, и производим сравнение двух вариантов фундаментов по технико-экономическим показателям.

 

Таблица 8.1 – Технико-экономические показатели

Наименование работ	Единица измерений	Количество	Стои- мость, руб	Общая стои-мость, руб
Внецентренно нагруженный фундамент
Элементы работ: а) Разработка грунта под фундамент б) Укрепление стенок котлована (устройство опалубки) 2 Устройство монолитного фундамента	м^3   м^2 м^3	71,83   30,6     11,82	3,60   0,85     43,10	258,59   26,01     509,44 Σ = 794,04
Свайный фундамент
1 Элементы работ: а) Разработка грунта под фундамент б) Укрепление стенок котлована 2 Устройство фундамента а) Монолитный ростверк б) ж/б сваи 0,81 х 4 = 3,24 куб.м	м^3   м^2 м^3 м^3	22,03   10,88     4,664 3,24	3,60   0,85     43,10 88,40	79,31   9,25     201,02 286,42 Σ = 374,98

По итогам расчетов принимаем вариант свайного фундамента, вследствие оптимальных технико-экономических показателей.