Расчет свай по несущей способности грунта

     Одиночную сваю по несущей способности грунтов основания следует рассчитывать исходя из условия

                                              N ≤ F_d /γ _k = Р _гр,                                       (6.15)

где N – расчетная нагрузка, передаваемая на сваю (определяется с учетом нагрузки от собственного веса ростверка); F_d – несущая способность сваи;

Р _гр– расчетная нагрузка, допускаемая на сваю по несущей способности грунта; γ _k – коэффициент надежности принимается равным 1,4 (если несущая способность сваи определена расчетом).

 

Понятие о расчете свай по прочности материала

Для железобетонных свай несущая способность по материалу определяется по формуле прочности для сжатых железобетонных элементов со случайным эксцентриситетом (3.1)           Р _м = j(R_b А + R_sc А _s, _tot)                                                              

где Р _м – несущая способность сваи по материалу; φ – коэффициент продольного изгиба ствола сваи. В случае если свая погружена в грунт φ = 1.     

Количество свай в ростверке

Количество свай в ростверке при центральном сжатии n, можно определить по формуле

                                        n ≥ N_d / Р _min ,                                                   (6.16)                                                           

где N_d – расчетная нагрузка приходящаяся на свайный фундамент, с учетом веса ростверка; Р _min – минимальная расчетная нагрузка которую способна выдерживать свая (по грунту Р _гр,или по материалу Р _м).

          Для ленточных ростверков, нагрузка на свайный фундамент N_d определяется на один погонный метр свайного фундамента, и вместо количества свай определяют требуемый шаг свай а по формуле

                                           а ≤ Р _min k / N_d,                                                (6.17)                                                  

где k – число рядов свай.

Примеры расчета к параграфу 6.6.

Пример 6.9. Назначить длину свай и определить их шаг в ростверке. Ростверк выполнен под кирпичную стену. Нагрузка, действующая на один погонный метр ростверка N ₁ = 500 кН/м, γ _n = 0,95. Сваи забивные, железобетонные, сечением 300×300 мм. Грунтовые условия и размеры сечения ростверка приняты по (рис. 6.15).

Решение.

1. При расчете свайных фундаментов учитываем нагрузку от веса ростверка, 

N _p = b _р h _рγ_жбγ _f = 0,4·0,5·25·1,1 = 5,5 кН/м.

Итого нагрузка на сваи

N_d = N ₁ + N _р = 500+5,5= 505,5кН/м.

С учетом коэффициента надежности по ответственности γ _n = 0,95, нагрузка на сваи                                  N_d = 505,5·0,95 = 480,2 кН/м.

2. Назначаем несущим слоем суглинок. В несущий слой свая должна заглубляться не менее чем на 1 метр. Принимаем забивные сваи l = 7,5 м, с центральным армированием ствола, сечением 300×300 мм. Голова свай заделывается в ростверк на 50 мм. Так как нижний конец свай опирается на сжимаемые грунты - сваи висячие.

3. Определяем расстояние от планировочной поверхности грунта до острия сваи z = 7,9 м; находим значение расчетного сопротивления грунта острию сваи R = 1395 кПа (значение принято с интерполяцией) (табл. 6.7 Приложения 6).

4. Пласты грунта, с которыми соприкасается боковая поверхность сваи и имеющие высоту более двух метров, разбиваем на слои высотой не более 2х метров. Получаем четыре слоя (см. рис. 6.15) высотой:

            h ₁ = 2,0 м;                  h ₂ = 1,6 м;         h ₃ = 2,0 м;                h ₄= 1,8 м.

5. Определяем расстояние от планировочной поверхности до середины каждого слоя грунта:     z ₁ = 1,5 м;       z ₂ = 3,3 м;       z ₃ = 5,1 м;      z ₄ = 7,0 м.

6. По (табл. 6.8 Приложение 6) находим значения сопротивления по боковой поверхности сваи, для каждого слоя грунта:

             f ₁ = 10 кПа;  f ₂    = 14,6 кПа;   f ₃  = 42 кПа;  f ₄   = 25,5 кПа.

7. Устанавливаем значения коэффициентов: (для забивных свай

γ _cR = 1,0;γ _cf = 1,0); коэффициент γ _c = 1,0.

8. Площадь сваи      А = 0,09 м²,           периметр сечения сваи     u = 1,2 м.

9. Несущая способность сваи по формуле (6.14)

                                         F_d = γ _c (γ _cR RA + u∑ γ _cf f_i h_i)=

= 1,0(1,0·1395·0,09 + 1,2·1,0(10·2+14,6·1,6+42·2+25,5·1,8) = 333,45 кН.

10. Определяем нагрузку, которую может выдерживать свая с учетом коэффициента надежности γ _k (γ _k  = 1,4, так как несущая способность сваи определена расчетом) Р _гр = F_d /γ _k = 333,45/1,4 = 238,2 кН, несущая способность висячих свай по грунту обычно меньше несущей способности свай по материалу, поэтому Р _min = Р _гр = 238,2 кН.

11. Определяем шаг свай, назначив однорядное расположение свай в ростверке, а ≤ Р _min k / N_d = 238,2·1/480,2 = 0,496 м; для висячих свай минимальный шаг

а _min = 3 d = 3·0,3 = 0,9 м; требуемый шаг свай меньше допустимого. Принимаем сваи в два ряда, тогда а ≤ Р _min k / N_d = 238,2·2/480,2= 0,992 м. Назначаем расстояния между осями свай а = 0,95 м, сваи ставим в два ряда.

 

Пример 6.10. Определить шаг свай в ростверке. Конструкция фундамента и грунтовые условия (рис. 6.16).

Рис.6.16. Свайный фундамент и грунтовые условия. К примеру 6.10

 

Нагрузка, действующая на один погонный метр ростверка N ₁ = 350 кН/м, γ _n = 1,1. Сваи забивные, железобетонные, сечением 300×300 мм с центральным армированием, бетон сваи В25, арматура – один стержень (Ø12 мм, А500).

Решение.

1. Назначаем в качественесущего слоя малосжимаемый грунт – песок плотный с включением гравия. Заглубление нижнего конца сваи в такие грунты принимается не менее 0,5 м. Сваи работают как сваи стойки. Длину свай принимаем l _св = 4,0 м.

2. Определяем нагрузку на ростверк с учетом веса ростверка. Вес погонного метра ростверка N _p = b _р h _рγ_жбγ _f = 0,6·0,55·25·1,1 = 9,1 кН/м. Итого, нагрузка на сваи N_d = N ₁ + N _р = 350+9,1= 359,1 кН/м. С учетом коэффициента надежности по ответственности γ _n = 1,1, нагрузка на сваи N_d = 359,1·1,1 = 395 кН/м.

3. Для свай стоек расчетное сопротивление грунта, R = 20000 кПа; Несущая способность сваи F_d, по формуле (6.13) F_d = γ _c RA = 1,0·20000·0,09 = 1800 кН.

4. С учетом коэффициента надежности, свая способна выдерживать нагрузку

Р = F_d /γ _k = 1800/ 1,4 = 1285,7 кН.

5. Несущая способность сваи по материалу по формуле (3.1)

Р _м = j(R_b А + R_scA_s, _tot) = 1(1,45·900 + 1,31·435) = 1874,8 кН,

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

6. Определяем требуемый шаг свай а ≤ Р _min k / N_d = 1285,7·1/395 = 3,25 м, что больше минимального шага свай (для свай стоек а _min ≥ 1,5 d = 1,5·0,3 = 0,45 м). При окончательном назначении шага свай необходимо учитывать конструкцию здания, его размеры, материал стен. Окончательно принятый шаг свай может быть меньше требуемого.

 

   Пример 6.11. Используя несущую способность сваи из примера 6.9 рассчитать свайный фундамент под колонну. Нагрузка на ростверк N ₁ = 700 кН, γ _n = 1,1. Несущая способность сваи с учетом коэффициента надежности Р _гр = 238,2 кН.

Решение.

1. Назначаем предварительные размеры ростверка: подколонник 900×900 мм, высотой 1200 мм; нижняя часть ростверка 1500×1500, высотой 300 мм (рис. 6.17).

Рис. 6.17. Свайный фундамент под колонну. К примеру 6.11

 

Определяем нагрузку от веса ростверка:

объем ростверка V _роств = 0,9·0,9·1,2 + 1,5·1,5·0,3 = 1,5 м³;

вес ростверка N _р = V _роствγ_жбγ _f   = 1,65·25·1,1 = 45,4 кН.

2. Нагрузка с учетом веса ростверка N_d  = N ₁ +N _р = 700 + 45,4 = 745,4 кН; с учетом коэффициента надежности по ответственности (γ _n = 1,1)

N_d = 745,4·1,1 = 820 кН.

3. Определяем требуемое количество свай n ≥ N_d / Р _min = 820/238,2 = 3,44 штуки.

 

Рис.6.18. План ростверка свайного фундамента под колонну. К примеру 6.11

 

 

4. Принимаем опирание ростверка на 4 сваи (рис. 6.18). Расстояние между осями свай минимальное, а = 3 d = 3·300 = 900 мм.

 

§ Задачи для самостоятельной работы к подразделу 6.6

   Задача 6.15. Назначить длину сваи иопределить шаг свай под ленточный ростверк жилого дома. Нагрузка на ростверк N ₁= 400 кН/м, γ _n = 0,95. Размеры сечения ростверка и грунтовые условия принять по рис. 6.19.

 

   Задача 6.16. Назначить длину сваи иопределить шаг свай под ленточный ростверк жилого дома. Нагрузка на ростверк N ₁= 300 кН/м, γ _n = 0,95. Размеры сечения ростверка b _р h _р = 400×400 мм, глубина заложения ростверка 2,0 м. Грунт глина с показателем текучести I_L = 0,6, распространена на глубину 15 м. Размер сечения сваи 350×350 мм, свая забивная.

 

   Задача 6.17. Назначить длину сваи иопределить количество свай в ростверке под колонну. Нагрузка на ростверк N ₁= 480 кН, γ _n = 1,0. Размеры подколонника ростверка 900×900 мм, высотой 1200 мм; нижняя часть ростверка 1400×1400, высотой 400 мм. Грунт супесь с показателем текучести I_L = 0,5, распространена на глубину 15 м. Размер сечения сваи 300×350 мм, свая забивная.

 

Приложение 1

 

Таблица П.1.1  

Некоторые нормативные нагрузки от веса элементов, приходящиеся на 1 м²

№ п.п.	Наименование конструкции или слоя	Нормативная нагрузка,         qn, кПа	γ f
1.	Пустотная плита ПК (с учетом заливки швов между плитами)	3,2	1,1
2.	Ребристая плита размером 3 · 6 м	1,47 – 1,5	1,1
3.	Один слой кровельного ковра	0,03 – 0,05	1,3
4.	Пароизоляция	0,03 – 0,05	1,3
5.	Стальной профнастил	0,09 – 0,15	1,05
6.	Металлочерепица	0,05 – 0,07	1,2
7.	Гибкая черепица на битумной основе	0,05	1,2
8.	Ондулин	0,06	1,2
9.	Стальные стропильные фермы	0,1 – 0.4	1.05
10.	Связи по фермам	0,04 – 0,06	1,05
11.	Прогоны по фермам сплошные, пролетом, м:          6          12          решетчатые	0,05 – 0,08 0,1 – 0,15 0,07 – 0,12	1,05 1,05 1,05

 

 

Таблица П.1.2