Особенности проектирования комбинированных свайно-плитных фундаментов

 

В комбинированном свайно-плитном фундаменте и сваи и объединяющая их плита совместно передают нагрузку на основание. Плита, например прямоугольного очертания (рис. 4.44) имеет, как правило, большие размеры ( 15 … 20 м). Длину свай рекомендуется принимать в зависимости от геологических условий и размеров плиты (0,5 … 1,0) . оптимальное расстояние между сваями составляет (5 … 7) .

Рис. 4.44. К расчету КСП

Расчет комбинированного свайно-плитного фундаменты осуществляется по специальной методике. В основу этой методики положены понятия жесткости плиты и жесткости свай [5, 6].

Жесткость плиты обозначается и определяется выражением:

(4.63)

где - среднее значение модуля деформации грунта на глубину ; -коэффициент Пуассона грунта; - коэффициент площади.

Значения коэффициента площади принимаются по таблице 4. в зависимости от отношения .

 

Значения коэффициента площади Таблица 4.7

	0,88	0,86	0,83	0,77	0,67

 

Жесткость всех свай определяется суммированием жесткостей отдельно взятых свай . Величина дается выражением:

(4.64)

где - модуль деформации грунта под нижним концом сваи; - диаметр сваи; - коэффициент влияния осадки.

Величина коэффициента влияния осадки устанавливается по таблице 4. в зависимости от отношений и ( - модуль деформации материала сваи).

 

Значения коэффициента влияния осадки Таблица 4.8

	0,19	0,16	0,15
	0,18	0,10	0,08
	0,17	0,06	0,05

 

 

Жесткость всех свай определяется по формуле:

(4.65)

Коэффициент увеличения осадки принимается в зависимости от числа свай и отношений . Выборочные значения этого коэффициента приведены в таблице.

 

Значения коэффициента увеличения осадки Таблица 4.9

	=10; =100	=25; =1000	=50; =10000
	3,3	3,00	2,60	5,60	4,75	3,90	6,50	5,25	4,25
	3,7	3,30	2,90	6,40	5,35	4,30	7,20	5,85	4,70
	4,00	3,55	3,15	6,90	5,75	4,70	7,75	6,35	5,10
	4,70	4,20	3,70	8,20	6,80	5,50	9,20	7,50	6,00
	5,40	4,80	4,25	9,35	7,75	6,35	10,50	8,60	6,90

 

 

Общая жесткость комбинированного свайно-плитного фундамента представляет собой сумму:

(4.66)

 

При общей нагрузке на фундаментную часть величина нагрузки передаваемой плитой на основание рассчитывается по формуле:

(4.67)

На сваи приходится суммарная величина нагрузки :

(4.68)

Располагая величиной можно установить нагрузку, приходящуюся на одну сваю . Далее, следует выполнить проверку несущей способности сваи на вдавливание по грунту.

Осадка фундаментной части здания рассчитывается по формуле:

(4.69)

Следует отметить, что определяющей проверкой для комбинированного свайно-плитного фундамента будет проверка по осадке основания. Осадку основания рекомендуется дополнительно определять по схеме условно массивного фундамента.

 

 

5. СООРУЖЕНИЕ ФУНДАМЕНТОВ В ОТКРЫТЫХ КОТЛОВАНАХ

 

5.1. Подготовительные и геодезические работы

 

Возведению фундаментов в открытых котлованах предшествуют подготовительные работы: расчистка и планировка строительной площадки с организацией водоотвода, прокладка дорог, перенос подземных коммуникаций, подводка электроснабжения и другие работы [6, 9]. Для закрепления на местности проектного положения фундаментов и их котлованов производят разбивочные геодезические работы. Размеры котлованов назначают в соответствии с проектными размерами фундаментов с запасом для устройства их креплений, установки опалубки, организации водоотлива.

Для закрепления осей и контура фундамента, а также границ котлована устраивают обноску, состоящую из досок толщиной 40 мм, закрепленных на столбиках диаметром 14–16 см, забитых на расстоянии 1,5–2 м от бровки котлована. На кромках досок обноски наносят метки (пропилы), соответствующие линиям граней котлована и фундамента. Через метки натягивают шнуры и с помощью отвесов сносят их положение на поверхность земли.

При строительстве на местности, покрытой водой, разбивочные работы удобно вести зимой со льда. В летний период оси фундаментов на акватории закрепляют сваями, которые устанавливают в проектное положение методом триангуляции с береговых базисов.

Вертикальную разбивку производят нивелированием проектных отметок в процессе ведения работ, пользуясь реперами, закрепленными на стройплощадке.

5.2. Крепление стен котлованов

Котлованы без крепления

 

Отрывку котлованов в маловлажных устойчивых грунтах можно выполнять без крепления откосов, крутизну которых назначают по табл. 6.1 в зависимости от вида грунта, слагающего откос, и глубины котлована [6, 9].

Работы в котловане без крепления следует вести в сжатые сроки во избежание намокания откосов и их оползания. От притока дождевых вод котлован защищают нагорными канавами. Для обеспечения устойчивости откосов места складирования строительных материалов, отвалы грунта и механизмы располагают не ближе 1 м от бровки котлована. Нагруженные откосы котлованов глубиной более 1,5 м обычно проверяют расчетами на устойчивость.

 

Допустимая крутизна неукрепленных откосов Таблица 5.1

 

Котлованы без крепления наиболее просты. Однако за счет откосов они увеличивают объемы земляных работ, а в стесненных условиях строительства их устройство часто оказывается невозможным.

При устройстве котлованов с вертикальными стенками в неустойчивых грунтах требуется их крепление.

 

Закладные крепления

 

Если уровень подземных вод ниже дна котлована или если предусматривается осушение котлована с помощью глубинного водопонижения, применяют закладные крепления [6, 9].

Простейшее закладное крепление (рис. 5.1, а) состоит из горизонтальных досок или горбылей («забирки») и поддерживающих их стоек и распорок. Доски забирки заводят за стойки снизу по мере отрывки котлована в несколько приемов. Стойки при этом заменяют на более длинные, а распорки перезакрепляют. В котлованах шириной более 6 м стойки закрепляют подкосами.

Другой тип закладного крепления состоит из двутавровых стальных стоек, предварительно забитых по периметру котлована, за полки которых по мере отрывки котлована закладывают забирку из досок или бревен (рис. 5.2). При большой глубине котлована устанавливают один или несколько ярусов распорок.

Рис. 5.1 Деревянное закладное крепление: а — схема крепления; б — расчетная схема закладных досок; в — расчетная схема стоек; г — расчетная схема распорок; 1 — закладные доски; 2 — стойки; 3 — распорки   Рис.5.2 Закладная крепь с забивными стальными стойками: а — свободно стоящее закладное крепление; б — расчетная схема свободно стоящей стойки; в — эпюра изгибающих моментов по длине стойки; 1 — закладные доски; 2 — забивная стойка

Шпунтовые крепления

 

Шпунтовое крепление служит не только для удержания вертикальных стен котлована от обрушения, но и препятствует притоку грунтовых вод в котлован [6, 9]. Его применяют, когда уровень подземных или поверхностных вод расположен в пределах глубины котлована, и выполняют в виде сплошной стенки, заглубленной ниже отметки дна. Такое крепление состоит (рис. 5.3) из шпунтин, погружаемых по контуру котлована до его отрывки, маячных свай и направляющих схваток (обвязки), обеспечивающих проектное положение шпунта в процессе его погружения, а также распорок или анкерующих устройств, удерживающих шпунт от обрушения.

Рис. 5.3. Схемы шпунтовых креплений котлованов: а — свободно стоящая стенка; б, в — распорные; г — анкерная; 1 — шпунт; 2 — обвязка; 3 — распорка; 4 — анкерная тяга; 5 — анкерная свая; 6 — маячная свая; 7 — водоупор

Заглубление шпунта ниже дна котлована должно быть достаточным для обеспечения его устойчивости и определяется расчетом. Если на небольшой глубине от дна котлована залегает водонепроницаемый грунт (водоупор), целесообразно погрузить шпунт до этого слоя, чем достигается защита котлована от притока воды через его дно. Минимальное заглубление шпунтовой стенки ниже дна котлована должно быть не менее 2 м в текучих и текучепластичных глинистых грунтах, мелких и пылеватых песках и не мене 1 м — в других грунтовых условиях. Маячные сваи погружают с расстоянием между ними 2–4 м.

Положение верха шпунтовых стенок определяется уровнем воды, а в русле рек его следует назначать выше рабочего уровня с учетом подпора и высоты возможных волн на акватории не менее 0,7 м. Высоту подпора воды при скорости ее потока v ³ 2 м/с вычисляют по формуле , где g = 9,81 м/с2— ускорение свободного падения.

Шпунтовые стенки могут быть деревянными, стальными и железобетонными. По способу их крепления различают свободно стоящие, распорные и с анкерным креплением (см. рис. 5.3).

Деревянный шпунт применяют при глубине его погружения не более 6 м из-за ограниченной длины древесины, идущей на его изготовление, если грунты не содержат камней или других крупных включений, препятствующих погружению шпунта. Деревянный шпунт трудно погружать также в гравелистые и галечниковые грунты, в глинистые твердой консистенции.

Толщину шпунта назначают по расчету на прочность и делают из досок толщиной до 8 см или из брусьев толщиной 10…24 см В сплошную стенку шпунтины соединяют с помощью гребня и паза. Досчатый шпунт с треугольным гребнем имеет меньшую плотность соединения, чем брусчатый или составной из досок с прямоугольным гребнем (рис. 5.4, а). Обычно шпунт забивают пакетами из 2–3 отдельных шпунтин, соединенных наклонными скобами, втопленными в шпунтины заподлицо с поверхностью (рис. 5.4, в).

Рис. 5.4 Конструкции деревянного шпунта: а — типы сечений; б, в — соединение шпунтин; г — крепление направляющих схваток к маячным сваям; 1 — шпунт; 2 — направляющие схватки; 3 — маячные сваи; 4 — прокладки

 

Нижний конец шпунтин или пакета из них заостряют на высоту 1–3 толщин шпунта. С боков заострение симметричное, а со стороны гребня скошенное, что обеспечивает более плотное прилегание шпунтины при ее погружении к ранее забитой. Забивка шпунта ведется гребнем вперед. Верх шпунтин (голову) для предохранения от размочаливания при забивке закрепляют бугелем из полосовой стали.

Для погружения шпунта по периметру котлована забивают маячные сваи из бревен диаметром 18–26 см, к которым крепят направляющие парные схватки из пластин диаметром не менее 22 см или брусьев сечением не менее 14´14 см2с прокладками между ними через 1,5–2,0 м (рис. 5.4, г). По мере забивки шпунта эти прокладки убирают.

Стальной шпунт применяют при глубине воды более 2 м, а также в труднопроходимых грунтах (гравий, прослойки мергеля и т. п.). Его используют многократно. Профили стального шпунта показаны на рис. 5.5, а их технические характеристики приведены в табл. 5.2.

Типы стального шпунтаТаблица 5.2

Рис. 5.5 Профили стального шпунта: а — плоский; б — коробчатый; в — зетовый; г — типа “Ларсен”; д — сварная шпунтовая панель

Примечание. B скобках приведены значения моментов инерции и сопротивления 1 м шпунтовой стенки в плане при учете совместной работы шпунтин на изгиб. Остальные характеристики даны для одной шпунтины.

 

Сварные шпунтовые панели ПШСК и ПШСКМ изготавливаются заводом “Курганстальмост” из универсальной полосовой стали с продольными сварными швами и уголковыми сварными замками. Сортамент панелей включает 57 номеров, в которых варьируются высота сечения Н (400, 420, 450, 500, 600, 700 и 800 мм), ширина полок bf (350, 400, 430 и 460 мм), толщина полок t (10–20 мм с шагом 2 мм и 25 мм), толщина стенок d (10, 12 и 14 мм) с моментом сопротивления при изгибе от 1800 до 11000 см3/м. Наибольшая длина поставляемых панелей — 36 м. Для погружения панелей используются известные технологии: забивка молотом и вибропогружение.

Замки стального шпунта обеспечивают работу шпунтового ряда на растяжение и взаимный поворот шпунтин до 10°, что позволяет устраивать ограждения, имеющие в плане криволинейные очертания. Угловые шпунтовые сваи составляют из разрезанных вдоль шпунтин, соединенных сваркой. Конструкция ограждения из стального шпунта показана на рис. 5.6.

Железобетонные шпунты применяют для ограждения котлованов, включая их составной частью в конструкцию фундаментов. Недостатком их является большая масса, что затрудняет их погружение по сравнению со стальными шпунтами.

Рис. 5.6 Конструкция крепления стен котлована стальным шпунтом: 1 — шпунт; 2 — обвязка; 3 — распорки; 4 — накладки