Практическая работа №6. Расчет свай-стоек.

 

1.Теоретическая часть.

Расчет свайных фундаментов и их оснований должен быть выполнен в соответствии с ГОСТ 27751 по предельным состояниям:

1) первой группы:

а) по прочности материала свай и свайных ростверков;

б) по несущей способности грунта основания свай;

в) по несущей способности грунта оснований свайных фундаментов, если на них передаются значительные горизонтальные нагрузки (подпорные стены, фундаменты распорных конструкций и др.), в том числе сейсмические, если сооружение расположено на откосе или вблизи него или если основание сложено крутопадающими слоями грунта (Расчет допускается не производить, если конструктивными мероприятиями обеспечена невозможность смещения проектируемого фундамента.);

2) второй группы:

а) по осадкам оснований свай и свайных фундаментов от вертикальных нагрузок;

б) по перемещениям свай (горизонтальным и углам поворота головы свай) совместно с грунтом оснований от действия горизонтальных нагрузок и моментов (см. подраздел 7.4 и приложение Д);

в) по образованию или чрезмерному раскрытию трещин в элементах железобетонных конструкций свайных фундаментов.

В расчетах оснований свайных фундаментов следует учитывать совместное действие силовых факторов и неблагоприятных влияний внешней среды (например, влияние подземных вод на физико-механические свойства грунтов и др.).

Сооружение и его основание должны рассматриваться совместно, т.е. должно учитываться взаимодействие сооружения со сжимаемым основанием.

Расчет свай, свайных фундаментов и их оснований по несущей способности необходимо выполнять на основные и особые сочетания нагрузок, по деформациям - на основные сочетания.

Одиночную сваю в составе фундамента и вне его по несущей способности грунта основания следует рассчитывать исходя из условия

 

, (6.1)

 

где - расчетная нагрузка, передаваемая на сваю (продольное усилие, возникающее в ней от расчетных нагрузок, действующих на фундамент при наиболее невыгодном их сочетании);

- расчетная несущая способность грунта основания одиночной сваи, называемая в дальнейшем несущей способностью сваи;

- коэффициент надежности, принимаемый равным:

1,2 - если несущая способность сваи определена по результатам полевых испытаний статической нагрузкой;

1,25 - если несущая способность сваи определена расчетом по результатам статического зондирования грунта, по результатам динамических испытаний сваи, выполненных с учетом упругих деформаций грунта, а также по результатам полевых испытаний грунтов эталонной сваей или сваей-зондом;

1,4 - если несущая способность сваи определена расчетом, в том числе по результатам динамических испытаний свай, выполненных без учета упругих деформаций грунта;

1,4 (1,25) - для фундаментов опор мостов при низком ростверке, на висячих сваях и сваях-стойках, а при высоком ростверке - только при сваях-стойках, воспринимающих сжимающую нагрузку независимо от числа свай в фундаменте.

При высоком или низком ростверке, подошва которого опирается на сильносжимаемый грунт, и висячих сваях, воспринимающих сжимающую нагрузку, а также при любом виде ростверка и висячих сваях и сваях-стойках, воспринимающих выдергивающую нагрузку, принимают в зависимости от числа свай в фундаменте:

при 21 свае и более	1,4 (1,25);
от 11 до 20 свай	1,55 (1,4);
" 6 " 10 "	1,65 (1,5);
" 1 " 5 "	1,75 (1,6).

 

Для фундаментов из одиночной сваи под колонну при нагрузке на забивную сваю квадратного сечения более 600 кН и набивную сваю более 2500 кН значение коэффициента следует принимать равным 1,4, если несущая способность сваи определена по результатам испытаний статической нагрузкой, и 1,6, если несущая способность сваи определена другими способами.

Для сплошных свайных полей жестких сооружений с предельной осадкой 30 см и более (при числе свай более 100), если несущая способность сваи определена по результатам статических испытаний, .

Расчетную нагрузку на сваю , кН, следует определять, рассматривая фундамент как рамную конструкцию, воспринимающую вертикальные и горизонтальные нагрузки и изгибающие моменты.

Для фундаментов с вертикальными сваями расчетную нагрузку на сваю допускается определять по формуле:

, (6.2)

 

где - расчетная сжимающая сила, кН;

, - расчетные изгибающие моменты, кН·м, относительно главных центральных осей и плана свай в плоскости подошвы ростверка;

- число свай в фундаменте;

, - расстояния от главных осей до оси каждой сваи, м;

, y - расстояния от главных осей до оси каждой сваи, для которой вычисляют расчетную нагрузку, м.

Горизонтальную нагрузку, действующую на фундамент с вертикальными сваями одинакового поперечного сечения, допускается принимать равномерно распределенной между всеми сваями.

Сваи-стойки

 

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

 

, (6.3)

 

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

- расчетное сопротивление грунта под нижним концом сваи-стойки, кПа;

- площадь опирания на грунт сваи, м , принимаемая для свай сплошного сечения и полых свай с закрытым нижним концом равной площади поперечного сечения брутто, для свай полых круглого сечения с открытым нижним концом 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 под нижним концом сваи-стойки следует принимать:

а) для всех видов забивных свай, опирающихся на скальные и малосжимаемые грунты, =20000 кПа;

б) 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:

, (6.4)

где - нормативное значение предела прочности на одноосное сжатие скального грунта в водонасыщенном состоянии, кПа;

- коэффициент надежности по грунту, принимаемый равным 1,4;

- 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;

в) для свай-оболочек, равномерно опираемых на поверхность невыветрелого скального грунта, прикрытого слоем нескальных неразмываемых грунтов толщиной не менее трех диаметров сваи-оболочки, - по формуле

, (6.5)

где , - то же, что и в формуле (6.4).

2. Задания.

Рассчитать свайный фундамент под колонну промышленного здания. Здание имеет жесткую конструктивную схему. В уровне обреза фундамента -0,15м действуют следующие усилия: центрально приложенной усилие: от нормативной нагрузки N_OII и от расчетной нагрузки N_OI, моменты М_х1 и М_у1. Грунтовые условия, нагрузки и отметки обреза фундамента приведены в таблице 6.1.

Таблица 6.1.

Вариант	Уровень подземных вод	L/H	Характеристики грунта	Расчетная нагрузка
NO11, кН/м	MХoII, кН/м	MУoII, кН/м
	4,8	4,5	Н1= -1,1м насыпной и растительный; Н2= -4,5м глинистый IL=0,7, е=1.0; Н3=-7м скальный крупнообломочный непросадочный
	4,9	3,3	Н1=- 0,9м насыпной и растительный; Н2=- 4,8м глинистый IL=0,71, е=0,95; Н3=-6м скальный крупнообломочный непросадочный
	3,9	3,0	Н1= -0,55м насыпной и растительный; Н2= -6,1м глинистый IL=0,73, е=0.98; Н3=-8,5м скальный крупнообломочный непросадочный
	2,8	3,8	Н1=- 0,77м насыпной и растительный; Н2= -7,5м глинистый IL=0,75, е=0.96; Н3=-7,8м скальный крупнообломочный непросадочный
	4,0	2,0	Н1=- 0,95м насыпной и растительный; Н2= -8,5м глинистый IL=0,8, е=0,95; Н3=-12м скальный крупнообломочный непросадочный
	6,1	1,5	Н1= -1,1м насыпной и растительный; Н2= -4,5м глинистый IL=0,7, е=1.0; Н3=-7м скальный крупнообломочный непросадочный
	4,8	5,0	Н1=- 0,9м насыпной и растительный; Н2=- 4,8м глинистый IL=0,71, е=0,95; Н3=-6м скальный крупнообломочный непросадочный
	4,9	4,5	Н1= -0,55м насыпной и растительный; Н2=- 6,1м глинистый IL=0,73, е=0.98; Н3=-8,5м скальный крупнообломочный непросадочный
	3,9	3,3	Н1=- 0,77м насыпной и растительный; Н2= -7,5м глинистый IL=0,75, е=0.96; Н3=-7,8м скальный крупнообломочный непросадочный
	2,8	3,0	Н1= -0,95м насыпной и растительный; Н2= -8,5м глинистый IL=0,8, е=0,95; Н3=-12м скальный крупнообломочный непросадочный
	4,0	3,8	Н1= -1,1м насыпной и растительный; Н2= -4,5м глинистый IL=0,7, е=1.0; Н3=-7м скальный крупнообломочный непросадочный
	6,1	2,0	Н1=- 0,9м насыпной и растительный; Н2=- 4,8м глинистый IL=0,71, е=0,95; Н3=-6м скальный крупнообломочный непросадочный
	4,8	1,5	Н1= -0,55м насыпной и растительный; Н2= -6,1м глинистый IL=0,73, е=0.98; Н3=-8,5м скальный крупнообломочный непросадочный
	4,9	5,0	Н1= -0,77м насыпной и растительный; Н2= -7,5м глинистый IL=0,75, е=0.96; Н3=-7,8м скальный крупнообломочный непросадочный
	3,9	4,5	Н1= -0,95м насыпной и растительный; Н2= -8,5м глинистый IL=0,8, е=0,95; Н3=-12м скальный крупнообломочный непросадочный
	2,8	3,3	Н1= -1,1м насыпной и растительный; Н2= -4,5м глинистый IL=0,7, е=1.0; Н3=-7м скальный крупнообломочный непросадочный
	4,0	3,0	Н1=- 0,9м насыпной и растительный; Н2=- 4,8м глинистый IL=0,71, е=0,95; Н3=-6м скальный крупнообломочный непросадочный
	6,1	3,8	Н1= -0,55м насыпной и растительный; Н2= -6,1м глинистый IL=0,73, е=0.98; Н3=-8,5м скальный крупнообломочный непросадочный
	4,8	2,0	Н1=- 0,77м насыпной и растительный; Н2= -7,5м глинистый IL=0,75, е=0.96; Н3=-7,8м скальный крупнообломочный непросадочный
	4,9	1,5	Н1= -0,95м насыпной и растительный; Н2= -8,5м глинистый IL=0,8, е=0,95; Н3=-12м скальный крупнообломочный непросадочный
	3,9	5,0	Н1=- 1,1м насыпной и растительный; Н2= -4,5м глинистый IL=0,7, е=1.0; Н3=-7м скальный крупнообломочный непросадочный
	2,8	4,5	Н1=- 0,9м насыпной и растительный; Н2=- 4,8м глинистый IL=0,71, е=0,95; Н3=-6м скальный крупнообломочный непросадочный
	4,0	3,3	Н1= -0,55м насыпной и растительный; Н2= -6,1м глинистый IL=0,73, е=0.98; Н3=-8,5м скальный крупнообломочный непросадочный
	6,1	3,0	Н1= -0,77м насыпной и растительный; Н2= -7,5м глинистый IL=0,75, е=0.96; Н3=-7,8м скальный крупнообломочный непросадочный
	4,8	3,8	Н1= -0,95м насыпной и растительный; Н2= -8,5м глинистый IL=0,8, е=0,95; Н3=-12м скальный крупнообломочный непросадочный
	4,9	2,0	Н1=- 1,1м насыпной и растительный; Н2= -4,5м глинистый IL=0,7, е=1.0; Н3=-7м скальный крупнообломочный непросадочный
	3,9	1,5	Н1=- 0,9м насыпной и растительный; Н2= -4,8м глинистый IL=0,71, е=0,95; Н3=-6м скальный крупнообломочный непросадочный
	2,8	5,0	Н1=- 0,55м насыпной и растительный; Н2= -6,1м глинистый IL=0,73, е=0.98; Н3=-8,5м скальный крупнообломочный непросадочный
	4,0	4,5	Н1=- 0,77м насыпной и растительный; Н2=- 7,5м глинистый IL=0,75, е=0.96; Н3=-7,8м скальный крупнообломочный непросадочный
	6,1	3,3	Н1= -0,95м насыпной и растительный; Н2= -8,5м глинистый IL=0,8, е=0,95; Н3=-12м скальный крупнообломочный непросадочный

 

3. Пример решения.

Пример 6.1. Рассчитать свайный фундамент под колонну промышленного здания. Здание имеет жесткую конструктивную схему. В уровне обреза фундамента -0,15м действуют следующие усилия: центрально приложенной усилие: от расчетной нагрузки N_OI =2860кН, моменты М_х1=210кНм и М_у1=120кНм. Грунтовые условия: Н1= -0,25м насыпной и растительный; Н2= -6,6м глинистый I_L=0,8, е=0,95; Н3=-12м скальный крупнообломочный непросадочный.

Решение.

1. Для заданных условий строительной площадки проектируем свайный фундамент из свай-стоек. Предварительно по таблице 5.3 принимаем сваи длиной 6м сечением 25*25см. Свая погружается с помощью забивки дизель-молотом.

2. Принимаем расчетное сопротивление грунта под нижним концом сваи-стойки, опирающейся на скальные грунты, =20000 кПа.

3. Несущую способность , кН, забивной сваи, опирающихся на скальный грунт находим по формуле 6.3:

=1*20000*0,25*0,25=1250кН

4.Расчетная нагрузка на сваю по формуле 6.1 составит:

N=F_d/γ_k=1250/1,4=893кН

 

5. Найдем требуемое количество свай: п = N_OI/ N=2860/893=3,20 шт

Окончательно принимаем 4 сваи-стойки. По конструктивным соображениям размеры ростверка в плане должны приниматься кратными 30 см, а по высоте - 15 см. Конструктивную высоту ростверка назначают на 40 см больше глубины стакана. Расстояние между осями свай-стоек - не менее (где - диаметр круглого или сторона квадратного, или большая сторона прямоугольного поперечного сечения ствола сваи). Принимаем размеры ростверка: в плане (см.рис.6.1.) х=0,45м, у=0,30м, l =1,5м b =0,9м, d =1,4м.

Рисунок 6.1

6.Определяем нагрузку на уровне подошвы ростверка:

N_d= N_OI+ γ_mt d=2860+20*1,4=2888кН

 

7.Определяем максимальную и минимальную нагрузку на сваю по формуле:

N_max=2888/4+210*0,3/(0,3+0,3)+120*0,45/(0,45+0,45)=887кН<N=893кН

N_min=2888/4-210*0,3/(0,3+0,3)-120*0,45/(0,45+0,45)=557кН>0

8.Окончательно назначаем: 4 сваи длиной 6,5 м. (l = 0,25+6,6+0,5+0.25-1,4=6,2м).

9. Проверка на осадку для свай-стоек не требуется.

 

4.Вопросы.

1.Какие предельные состояния должен быть приняты в расчет свайных фундаментов и их оснований?

2.По каким предельным состояниямпервой группы должен быть выполнен расчет свайных фундаментов и их оснований?

3.По каким предельным состояниям второй группы должен быть выполнен расчет свайных фундаментов и их оснований?

4.На какие сочетания нагрузок необходимо выполнять расчет свай, свайных фундаментов и их оснований по несущей способности?

5.На какие сочетания нагрузок необходимо выполнять расчет свай, свайных фундаментов и их оснований по деформациям?

6.Как следует определять расчетное сопротивление грунта под нижним концом сваи-стойки?