Расчет вероятной осадки свайного столбчатого фундамента

Для расчета осадки свайного фундамента определим размеры условного массивного фундамента. Определим осредненное значение угла внутреннего трения грунта:

φ_{II, mt} =

где φ_{II, i} – расчетные значения углов внутреннего трения грунтов соответствующих участков сваи h_i.

φ_{II, mt} = = 24,6°

 

Таким образом ширина подошвы условного фундамента определяется из выражения:

b_y = m + 2 h₀ tg (φ_{II, mt} /4)

где h₀ – расчетная длина свай, 7,6 м;

m – расстояние между внешними плоскостями свай.

b_х = 2,3 + 2*7,6* tg (24,6°/4) = 3,94 м

b_y = 2,3 + 2*7,6* tg (24,6°/4) = 3,94 м

Ординаты эпюры природного давления грунта:

σ_zg,1 = 12*1 = 12 кПа

σ_zg,1’ =12+ 7*3 =33 кПа

σ_zg,2 = 9.5 + σ_zg,1’ = 52 кПа

σ_zg,2’ = 10*5 + σ_zg,2 = 102 кПа

σ_zg,3 = 20,1*2 + σ_zg,2’ = 142.2 кПа

σ_zg,4’ = 19*1 + σ_zg,3 = 161.2 кПа

σ_{zg, 4} = 19 *25 + σ_zg,4’ = 636.2 кПа

Давление под подошвой грунта для внецентренно сжатого фундамента определяется по формуле:

p_{max, min} =

N_d1 = G₁ + G₂ + G₃ + N₀

G₁ – вес ростверка, равный 110,8 кН;

G₂ – вес свай, равный 54.2 кН;

G₃ – вес грунта в объеме выделенного массива, равный 899 кН;

N₀ – вертикальная нагрузка от веса здания, равная 4752 кН.

p_max = = 479 кПа

p_min = 271 кПа > 0

p_m = = 375 кПа

Расчетное сопротивление грунтов в уровне подошвы условного фундамента:

R = * [1,68*1*3.19 *19 + 7,71*18,05*9 + (7,71–1)*0*18,05 + 9,58*0] = 2578.6 кПа

p_max = 375 кПа < 1,2 R = 3094.3 кПа, условие выполняется.

Дополнительное вертикальное давление под подошвой фундамента:

Р₀ = Р – σ_zg,4’ = 375-161.2 = 213,8 кПа.

Расчет осадки фундамента проводим в табличной форме

Номер элемен-тарного слоя, hi	Тол-щина элемен-тарного слоя hi , см	Коэф-т ζ	Коэф-т α	Дополни-тельное напря-жение в слое σzpi кПа	Среднее напря- жение от собст-венного веса грунта σzgi, кПа	0,2σzgi, кПа	Модуль общей дефор-мации грунта слоя Еi, кПа	Осадка слоя si, мм
			1,000	213,80	161,20	32,24		0,274
	0,4	0,960	205,25	172,60	34,52	0,268
	0,8	0,800	171,04	184,00	36,80	0,241
	1,2	0,606	129,56	195,40	39,08	0,192
	1,6	0,449	96,00	206,80	41,36	0,144
	2,0	0,336	71,84	218,20	43,64	0,107
	2,4	0,257	54,95	229,60	45,92	0,081
	2,8	0,201	42,97	241,00	48,20	0,063
	3,2	0,160	34,21	252,40	50,48
	3,6	0,131	28,01	263,80	52,76
		0,108	23,09	275,20	55,04
	4,4	0,091	19,46	286,60	57,32
	4,8	0,077	16,46	298,00	59,60
	5,2	0,067	14,32	309,40	61,88
	5,6	0,058	12,40	320,80	64,16
		0,051	10,90	332,20	66,44
Общая осадка s = 1,371 мм

Согласно ТКП 45-5.01-256-2007 предельная величина осадки, для зданий с железобетонным полным каркасом составляет 8 см. таким образом ε =0,137 см ≤ ε _u = 8 см.

Расчет прочности столбчатого фундамента на свайном основании

Для армирования подошвы фундамента принимаем сварную сетку заводского изготовления с Ø стержней 22 мм S500 вдоль длинной стороны и Ø стержней 16 мм S500 вдоль короткой стороны с шагом стержней 100 мм в обоих направлениях. Подколонник армируется вертикальными стержнями Ø 16 мм S500 вдоль короткой стороны и Ø 10 мм S500 вдоль длиной стороны с шагом 200 мм. Для армирования тела сваи применяются сварные каркасы с продольной арматурой Ø 10 мм S500.

Расчет ленточного фундамента на свайном основании

Полная длина сваи:

l = 0,05 + 5,42 + 1 = 6,47 м.

Согласно П19-04 к СНБ 5.01.01-99 примем диаметр сваи 400 мм, диаметр уширения в основании – 600 мм.

Несущая способность сваи по грунту:

F_di = 1*(1*10200*0,09 + 1,2*1,0*(48*2+37*2+104*1)) = 1246,8 кН

Расчетная нагрузка F_u допускаемая на сваю вычисляется из условия

N ≤ F_u =

F_u = = 890,6 кН

Расчетная нагрузка приходящаяся на одну сваю для центрально сжатого фундамента, (принимаем максимальный шаг свай 0,9 м):

N = (912+42)*0,9 = 858,6 кН

858,6 кН < 890,6 кН – условие выполняется.

Расчет возможной осадки ленточного фундамента на свайном основании

Среднее значение угла внутреннего трения:

φ_{II, mt} = = 24,6°

Ширина подошвы условного фундамента:

b_y = 0,4 + 2*6,42* tg (24,6°/4) = 1,79 м

Ординаты эпюры природного давления грунта:

σ_zg,1 = 12*1 = 12 кПа

σ_zg,1’ =12+ 7*3 =33 кПа

σ_zg,2 = 9.5 + σ_zg,1’ = 52 кПа

σ_zg,2’ = 10*5 + σ_zg,2 = 102 кПа

σ_zg,3 = 20,1*2 + σ_zg,2’ = 142.2 кПа

σ_zg,4’ = 19*1 + σ_zg,3 = 161.2 кПа

σ_{zg, 4} = 19 *25 + σ_zg,4’ = 636.2 кПа

Давление под подошвой грунта для центрально сжатого фундамента определяется по формуле:

p = = 606,49 кПа

Расчетное сопротивление грунтов в уровне подошвы условного фундамента:

R = * [1,68*1*1,79*19 + 7,71*9*18,05 + (7,71–1)*2,35*18,05 + 9,58*0] = 2678,32 кПа

p = 606,49 кПа < R = 2678,32 кПа.

Дополнительное вертикальное давление под подошвой фундамента:

Р₀ = Р – σ_zg,02 = 606,49 – 161,2 = 445,29 кПа.

Расчет осадки фундамента проводим в табличной форме

Номер элемен-тарного слоя, hi	Тол-щина элемен-тарного слоя hi , см	Коэф-т ζ	Коэф-т α	Дополни-тельное напря-жение в слое σzpi кПа	Среднее напря- жение от собст-венного веса грунта σzgi, кПа	0,2σzgi, кПа	Модуль общей дефор-мации грунта слоя Еi, кПа	Осадка слоя si, мм
	25,6	0,00	1,000	445,29	161,20	32,24		0,190
	0,40	0,977	435,05	166,06	33,21	0,188
	0,80	0,881	392,30	170,93	34,19	0,177
	1,20	0,755	336,19	175,79	35,16	0,155
	1,60	0,642	285,88	180,66	36,13	0,133
	2,00	0,550	244,91	185,52	37,10	0,113
	2,40	0,477	212,40	190,38	38,08	0,098
	2,80	0,420	187,02	195,25	39,05	0,085
	3,20	0,374	166,54	200,11	40,02	0,075
	3,60	0,337	150,06	204,98	41,00	0,068
	4,00	0,306	136,26	209,84	41,97	0,061
	4,40	0,280	124,68	214,70	42,94	0,056
	4,80	0,258	114,88	219,57	43,91	0,051
	5,20	0,239	106,42	224,43	44,89	0,047
	5,60	0,223	99,30	229,30	45,86	0,044
	6,00	0,208	92,62	234,16	46,83	0,041
	6,40	0,196	87,28	239,02	47,80	0,038
	6,80	0,185	82,38	243,89	48,78	0,036
	7,20	0,175	77,93	248,75	49,75	0,034
	7,60	0,166	73,92	253,62	50,72	0,032
	8,00	0,158	70,36	258,48	51,70	0,031
	8,40	0,150	66,79	263,34	52,67	0,029
	8,80	0,143	63,68	268,21	53,64	0,028
	9,20	0,137	61,00	273,07	54,61	0,027
	9,60	0,132	58,78	277,94	55,59	0,026
	10,00	0,126	56,11	282,80	56,56
	10,40	0,122	54,33	287,66	57,53
	10,80	0,117	52,10	292,53	58,51
	11,20	0,113	50,32	297,39	59,48
	11,60	0,109	48,54	302,26	60,45
	12,00	0,106	47,20	307,12	61,42
Общая осадка s = 1,862 мм

Согласно ТКП 45-5.01-256-2007 предельная величина осадки, для бескаркасных зданий с несущими стенами из кирпичной кладки без армирования составляет 10 см. таким образом ε =0,186 см ≤ ε _u = 10 см.

Расчет прочности ленточного фундамента на свайном основании

Принимаем размер уширения фундамента над сваей 0,5х0,6(h) м. Для армирования вдоль тела фундамента снизу и сверху используем 4 Ø 10 мм S500 с шагом 150 мм, в качестве поперечной арматуры используем четырехсрезные хомуты Ø 6 мм S240 с шагом 200 мм. Для армирования тела сваи применяются сварные каркасы с продольной арматурой Ø 10 мм S500.

Реконструкция фундаментов

По заданию на расстоянии 3 метров от существующего здания необходимо возвести новое. Глубина заложения новых фундаментов от уровня земли – 5 метра.

Допустимая разность заложения соседних фундаментов определяется по формуле (см. также схемы на листе 2 графической части проекта):

где L1 – расстояние между фундаментами в свету, м;

j и с – расчетные значения угла внутреннего трения и удельного сцепления грунта соответственно;

Р – среднее давление под подошвой расположенного выше фундамента от расчетных нагрузок:

Таким образом:

– условие не выполняется!

Поэтому необходимо устройство разделительной стенки, в качестве которой будем использовать шпунтовый ряд. Шпунтовый ряд представляет из себя несколько вбитых в землю вплотную друг к другу профильных металлических шпунтовых свай, образующих таким образом шпунтовую стенку в грунте.

Жесткость и глубина заделки разделительной стенки определяется расчетом или конструктивными мероприятиями (устройство анкеров, подкосов, распорок c упором в предварительно возведенные конструкции нового здания и т.п.). Они должны обеспечить ограничение горизонтальных смещений в основании существующего здания.

 

Литература

1. Методические указания к курсовому проектированию по дисциплине «Механика грунтов, основания и фундаменты», С.Н. Банников и др. Минск 2011.

2. ТКП 45-5.01-67-2007 «Фундаменты плитные. Правила проектирования».

3. ТКП 45-5.01-254-2012 «Основания и фундаменты зданий и сооружений. Основные положения».

4. ТКП 45-5.01-235-2011 «Основания и фундаменты зданий и сооружений. Геотехническая реконструкция».

5. П19-04 к СНБ 5.01.01-99 – «Проектирование и устройство набивных свай с уплотненным основанием».

6. Основания и фундаменты. Берлинов М.В., Москва, «Высшая школа», 1991.