Расчет и проектирование свайных фундаментов.

А) проверка усилия, действующего в свае, заключается в выполнении условия (7.2)

Где N - расчетная нагрузка по первой группе предельных состояний, передаваемая на отдельную сваю;

Fd – несущая способность сваи по прочности грунта основания;

γn – коэффициент надежности, учитывающий уровень ответственности сооружения, принимаемый равным:

1 – для сооружений пониженного и нормального уровней;

1,1 – повышенного уровня;

γс,g – коэффициент надежности по грунту, 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 или динамических испытаний сваи, выполненных с учетом упругих деформаций грунта;

1,4 – для расчетного метода и динамических испытаний сваи, выполненных без учета упругих деформаций грунта;

1,5 – если несущая способность сваи определена расчетом с использованием компьютерных программ на основании численного моделирования.

При определении N учитывается нагрузка, действующая по обрезу фундамента, собственный вес свайного фундамента и грунта на его уступах. Если в сочетание нагрузок включают временные ветровые и крановые, то при проверке несущей способности крайних свай в ростверке Fd можно увеличивать на 20%.

Выражение (7.2) можно представить в виде

Где F_R – сила расчетного сопротивления сваи по грунту.

Б) Рациональная область применения сваи

Забивные сваи рекомендуется применять в грунтах без твердых включений (валуны, галька, гравий), прослоек или линз твердого глинистого грунта, плотного песка.

Сваи-оболочки, набивные сваи применяют при необходимости прорезки слабых грунтов значительной мощности и при действии на фундаменты больших сосредоточенных нагрузок.

Буровые сваи применяют в сложных инженерно-геологических условиях, когда требуется прорезка слабых отложений, содержащих включения валунов, гравия, гальки, при реконструкции зданий и усилении фундаментов в местах примыканий возводимых зданий к существующим.

В) Определение длины и сечения сваи

Длина сваи L зависит от принятой глубины заложения ростверка d_g и глубины расположения несущего слоя грунта.

l₃ ≥ 3м – глубина заделки сваи в несущий грунт;

l₃ ≥ 0,5м – глубина заделки сваи в скальный грунт.

Размер поперечного сечения сваи назначается в соответствии с необходимой несущей способностью сваи. В слабых грунтах целесообразно использование полых свай. Экономичными являются сваи, у которых сопротивления по материалу и грунту являются близкими.

Г) Назначение глубины заложения ростверка

Глубина заложения ростверка d_g принимается в зависимости от тех же факторов, что и у фундаментов мелкого заложения.

Д) Определение приближенного веса ростверка и грунта на уступах

N_0I – вертикальная нагрузка на обрезе ростверка;

3d – минимальное расстояние между сваями;

d – размер поперечного сечения сваи.

В этом случае среднее давление на основание под ростверком

Тогда, приближенную площадь подошвы ростверка можно найти по аналогии с фундаментом мелкого заложения по формуле

γm – среднее значение материала ростверка и грунта на уступах (см фунд мелкого заложения);

d_g – глубина заложения ростверка.

Приближенный вес ростверка определяем из выражения

где γ_f = 1,1 – коэффициент надежности по нагрузке.

Е) Определение числа свай в фундаменте и размещение их в плане

Необходимое число свай в кусте n или на 1п.м длины ленточного фундамента определяют по формуле

(для ленточного фундамента число свай может быть дробным)

Сваи в кусте надо разместить таким образом, чтобы ростверк получился наиболее компактным.

Обычно расстояние между сваями принимается a = 3d.

Схемы размещения свай в отдельном ростверке:

А – по прямоугольной сетке

Б – в шахматном порядке.

Для свайного фундамента под стену определяют шаг свай по формуле

Шаг свай округляется таким образом, чтобы он был кратен 5см. В зависимости от a определяется число рядов свай.

Однорядное, если 3d<a<6d.

Принимать a>6d не рекомендуется.

Если a>6d, то изменяют длину или сечение сваи, чтобы уменьшить ее несущую способность.

Двухрядное шахматное, если n≤2 и 1,5<a≤3d

Двухрядное по прямоугольной сетке, если n>2 и a=1,5d.

Рекомендуется принимать не более 2 рядов свай.

Если a<1,5d, то увеличивают длину сваи или ее сечение, т.е. несущую способность.

Ширину ростверка можно определить по формуле

где m – число рядов свай.

Ж/б ростверки ленточных свайных фундаментов рассчитывают как балки на упругом основании.

Ж) Конструирование ростверков

Принципы определения размеров ростверков аналогичны фундаментам мелкого заложения.

Ростверк стаканного типа (под колонны)

1 – ростверк;

2 – колонна;

3 – продольная арматура подколонника;

4 – поперечная арматура (пространственные каркасы);

5 – арматура плиты ростверка.

 

Размеры ростверков рекомендуется принимать:

- в плане подошвы, ступеней и подколонника – кратными 30мм;

- по высоте кратной части, ступеней и подколонника – кратными 150мм.

Ростверк рассчитывают на изгиб (плитная и стаканная часть) и на продавливание (продавливание колонны и угловой сваи) в соответствии с требованиями СП 63.13330.

Плитные ростверки

1 – верхняя рабочая арматура;

2 – нижняя рабочая арматура;

3 – вертикальная арматура;

4 – поддерживающие каркасы;

5 – бетонная подготовка.

З) Проверка усилий, передаваемых на сваи

Центрально нагруженный фундамент

где Gf и Gg – расчетные нагрузки от веса фундамента и грунта на его обрезах.

Если условие не выполняется, то необходимо выбрать другой тип сваи, имеющий более высокую несущую способность, или увеличить число свай в фундаменте и повторить расчет.

Внецентренно нагруженный фундамент

где   - расчетная вертикальная нагрузка на сваю;

Мх и Му – расчетные изгибающие моменты относительно главных центральных осей х и у плана свай в плоскости подошвы ростверка;

N – число свай в фундаменте.

Должно выполняться условие

Если условие не выполняется, необходимо увеличить число свай или расстояние между ними.

 

Лекция 16,17

Проверка прочности ростверка на продавливание колонной.

Пирамида продавливания, продавл. усилие

 – сумма реакций всех свай за пределом пирамиды продавливания.

 – сила сопротивления бетона

 - табл. коэффициент

 – расчетное сопротивление бетона растяжению

Проверка ростверка на продавливание угловой сваей.

 – расчетное усилие в угловой свае, с учетом действия моментов в 2-х направлениях

 – табличные коэффициенты

Проверка ростверка по поперечной силе в наклонном сечении.

 – поперечная сила равная сумме расчетных усилий всех свай, находящихся за пределом наклонного сечения.

 – табличный коэффициент

Расчет ростверка на изгиб.

Выполним по сечению 2-2

 

 – требуемая площадь арматуры АIII(А400), где

 – расчетное сопротивление арматуры на растяжение

Расчет осадки одиночной сваи.

По методике СП24.13330.2011(с изменением грунтом линейно-деформируемого полупространства)

G – модуль сдвига

 – коэффициент Пуассона

При условии ;

a) Для висячих свай

 

 

 – коэф. определяемый по п. 7.4.2

СП24

 

b) Для свай с уширением пяты или свай стойки

 – диаметр уширения

 

 

 

c) Учет разнослойности

 - осредненное значение модуля сдвига

 - осредненное значение коэф. Пуассона в пределах глубины погружения свай

и  - осредненное значения в пределах глубины 0,5h ниже торца сваи

 – модуль сдвига грунта

 – модуль общей деформации

Допускается:

Расчетный диаметр для сваи некруглого сечения (забивная свая)

Расчет осадки свайного куста.

При расчете грунтовых свай необходимо учитывать их взаимное влияние. Дополнительная осадка сваи i-ой сваи находится на расстоянии a от сваи j-ой сваи

 – определен по формуле 7.39 СП24

Тогда осадка i-ой сваи в грунте из n свай при известном распределении нагрузок на сваи

 – осадка одиночной сваи

 – доп. осадка сваи от влияния окружающих свай

 

Расчет осадки свайного фундамента как условного.

Осадка большеразмерного свайного фундамента (свайного поля)

 – осадка условного фундамента

 – дополнительная осадка за счет продавливания свай на уровне подошвы условного фундамента

 – дополнительная осадка за счет сжатия обвала свай

1. Осадка условного фундамента

Необходимо построить условный фундамент ABCD

 – давление по подошве услвоного фундамента. Вес фундамента и грунта в пределах призмы не учитывается.

Осадку находим н.п.с. с условием ограничивающим сжатие толщи

 

 

 

1. Осадка продавливаний.

Определяем методом ячейки

 

Грунт делится на 2 однородные части в пределах

          

В случае  и  

осадка продавливания:

Для идеальной сваи

; - площадь поперечного сечения ячейки

 – площадь поперечного сечения сваи

В общем случае

осадка продавливания:

1. Осадка за счет сжатого ствола

Расчет комбинированного свайного фундамента.

Принцип ; 15% нагружения грунт под плитой, 85% свая

1. Определение осадки плиты метод послойного суммирования

 

 

 

1. Определение осадки плиты как балки на упругом основании с использованием переменной в плане коэффициента отпора

1. Определение осадки условного

Песок средней плотности и глинистый

 

 

Особенности проектирования большеразмерных кустов и полей свай.

1. Пространственная постановка задачи и учет совместной работы конструкции сооружение-основание
2. Численные методы с помощью ЭВМ
3. Возможно использование линейных и нелинейных моделей грунта, конструкций
4. Рекомендуется проводит составление отдельных разрезов численного расчета с аналитическим
5. Учитывается влияние устройства котлована, ограждающего конструкцию, послед. строительства
6. Учитывается особенность работы свай, находящихся на разных участках свайного поля (грунтовый, краевой эффект), например: разные осадки свай в зависимости от расположения по сравнению с одиночной сваей.
7. Расчет сваи по прочности материала, выполненный на нагрузке в 1,5 раз превышающей расчетную величину усилия в сваях
8. В проекте уникальных зданий предусматривается установка датчика измерения усилий в сваях
9. При нагрузке на набивную ось более 500 кН производить контроль сплошности и прочности бетона.