Проектирование варианта фундамента на сваях

Несущая способность основания под подошвой фундамента мелкого заложения должна удовлетворять условиям:

 

 

 

 

Условия выполняются, несущая способность основания обеспечена.

Момент удерживающих сил:

 

Условие устойчивости сооружения против опрокидывания:

 

Условие устойчивости сооружения против сдвига:

• удерживающая сила:

 

где: f – коэффициент трения кладки фундамента о поверхность грунта, принят по п. 7.14 СНиП 2.05.03-84*;

• cдвигающая сила

 

 

Требования СНиП 2.05.03-84* на устойчивость конструкции против опрокидывания и сдвига выполняется.

Выбранные размеры фундамента мелкого заложения на естественном основании (b = 8 м; l = 16,7 м; dф = 5 м) полностью удовлетворяет условиям расчёта по I и II группам предельных состояний.

 

3 Проектирование варианта фундамента на сваях.

 

В курсовом проекте рассматривается устройство свайного фундамента из забивных призматических свай.

3.1 Выбор глубины заложения ростверка и длины свай.

 

Определим необходимую глубину заложения ростверка:

 –  по инженерно – геологическим  условиям:

 

 –  по гидрологическими условиями

 

Принимаем для дальнейших расчётов глубину заложения ростверка от поверхности дна, что соответствует абсолютной отметке 59,0 м. Обрез ростверка располагаем на 0,5 м ниже поверхности дна, т е. абсолютная отметка обреза 61,5 м, высота ростверка dр = 2,5 м.

Минимальные размеры подошвы ростверка в плане, как и фундамента на естественном основании:

 

 

3.2.Расчет свайного  фундамента

 

Анализ инженерно-геологического разреза показывает, что концы свай могут быть погружены в аллювиальную супесь. В соответствии с ГОСТ 19804.1-84 сечение сваи (350×350) мм тип: С-16-35 с диаметром арматуры 20 мм по 4 стержня класса А-III, класс бетона В25. Глубина заделки в ростверк:

 

Определяем несущую способность одной сваи по сопротивлению грунта в соответствии с п. 4.2. СНиП2.02.03-85:

 

 

gc - коэффициент условий работы сваи в грунте, принимаемый равный 1.

R – расчетное сопротивление грунта под нижним концом сваи, кПа, вычисленное интерполяцией по табл.1. СНиП2.02.03-85, при длине сваи 14 м R= 2887,77 кПа;

А = 0,1225 м2 – площадь сечения сваи;

u = 4·0,35 = 1,4 м – наружный периметр поперечного сечения сваи, м

fi – расчетное сопротивление i-го слоя грунта основания на боковой поверхности сваи, кПа, принимаемое по табл.2, СНиП 2.0203-85.

gcR, gcf - коэффициенты условий работы грунта соответственно под нижним концом и на боковой поверхности сваи, учитывающие влияние способа погружения сваи на расчетные сопротивления грунта и принимаемые по табл. 3.,СНиП 2.0203-85.

Расчётная нагрузка, допускаемая на сваю по сопротивлению грунта основания:

 

Несущая способность по материалу сваи:

 

 

 – коэффициент продольного изгиба, принимаемый равным 1 в данном курсовом проекте;

 – коэффициент условий работы, принимаемый равным 1, для свай сечением больше 30×30 см;

 – коэффициент условий работы бетона, принимаемый равным 1 для всех видов свай, кроме буронабивных;

 – расчетное сопротивление бетона осевому сжатию, зависящее от его класса и принимаемое по таблице 23 СНиП 2.05.03-84*;

, – площади поперечного сечения соответственно сваи и арматуры;

 – коэффициент условий работы арматуры, принимаемый равным 1;

 – расчетное сопротивление сжатию арматуры, принимаемое по таблице 31 СНиП 2.05.03-84*

Коэффициент использования прочности материала сваи и грунта основания:

 

Требуемое количество свай:

 

где:

 

 – коэффициент косвенно учитывающий  влияние момента от горизонтальных  нагрузок на сваю, (1,1 ÷ 1,5), зависит от высоты опоры моста;

;

 – глубина заложения подошвы ростверка от поверхности планировки или дна водотока после размыва

 – минимальное расстояние между сваями в плоскости их нижних концов, м принимаемое в соответствии с п. 7.9. СНиП 2.02.03-85

Принимаю количество свай равное 23 шт.

Принимаю в фундаменте 3 ряда свай вдоль моста по 8 свай в крайних рядах и 7 свай в среднем ряду.

Так как a= 3∙0,35=1,05 м, то

Тогда требуемая длина и ширина ростверка:

 

 

Так как , то принимаем ;

Так как , то принимаем ,

 

 

Основные характеристики ростверка:

– высота ростверка dр = 2,5 м;

– длина подошвы ростверка l = 9 м;

– ширина подошвы b = 3,9 м;

– объем ростверка :

V = 3,9∙2,5∙9 = 87,75 м3;

– вес ростверка:

 

 

3.3 Определение  расчётных нагрузок.

 

Расчётные нагрузки, действующие в уровне подошвы ростверка:

- вертикальная  составляющая:

 

 

– горизонтальная составляющая вдоль моста:

 

– опрокидывающий момент внешних сил, действующих вдоль моста:

 

 

– горизонтальная составляющая и момент поперек моста:

 

 

 

 

По формуле (3) СНиП 2.02.03.-85 определяем расчетную нагрузку, предаваемую на крайние сваи:

– при действии нагрузок вдоль моста:

 

 

 

Условие не выполняется увеличиваем количество свай. Принимаю количество свай равное 27 шт.

Принимаю в фундаменте 3 рядов свай вдоль моста и по 9 свай в ряду.

Тогда требуемая длина и ширина ростверка:

 

 

Так как , меньше чем на 0,5 м то принимаем , без уступов;

Так как , то принимаем ,

 

Основные характеристики ростверка:

– высота ростверка dр = 2,5 м;

– длина подошвы ростверка l = 9,25 м;

– ширина подошвы b = 3,9 м;

– объем ростверка :

V = 3,9∙2,5∙9,25 = 90,188 м3;

– вес ростверка:

 

 

 

Расчётные нагрузки, действующие в уровне подошвы ростверка:

- вертикальная  составляющая:

 

 

– при действии нагрузок вдоль моста:

 

 

 

 

 

Условия выполняются.

– при действии нагрузок поперек моста:

 

 

 

 

где: n – количество свай в ростверке;

x и y – расстояния от главных осей до оси крайней сваи поперк и вдоль моста соответственно

xi и yi – расстояния от главных осей до каждой сваи.

В обоих случаях действия нагрузки, условия Nmax ≤ 1.2∙Fv, Nmin > 0 выполняются.

Проверяем несущую способность и деформативность основания свайного фундамента как условного массивного.

Для этого определяем размеры и давление от веса условного фундамента при расчете по первой группе предельных состояний (прил. 25 к СНиП 2.05.03-84) от низа ростверка до острия свай:

- Осредненное  расчетное значение угла внутреннего  трения грунта:

 

здесь φi - расчетное (по первой группе предельных состояний) значение угла внутреннего трения грунта i-го слоя мощностью hi, град.;

d - глубина погружения свай в грунт от его расчетной поверхности, положение которой принимается по указаниям п. 7.10 СНиП 2.05.03-84.

α — угол для определения границ условного фундамента

 

Размеры в плане условного фундамента в направлении, параллельном плоскости действия нагрузки (вдоль моста):

 

 

Площадь условного фундамента

 

 

Объем грунта в пределах условного фундамента:

 

Средневзвешенное значение удельного веса грунта в пределах условного фундамента, принимаемого с учетом влияния взвешивающего действия воды:

 

Усилие от веса грунта в объеме условного фундамента:

 

Усилие от веса ростверка и свай:

 

Нормальная составляющая усилия условного фундамента на основание с учетом: веса грунтового массива с заключенными в нем ростверком и сваями, давления столба воды от уровня меженных вод до водоупора;

 

 

где:

 

 

Горизонтальная составляющая внешней нагрузки вдоль моста, действующая в уровне обреза ростверка: H1х= 930,6 кН;

Опрокидывающий момент относительно главной оси x условного фундамента в уровне расчетной поверхности грунта:

 

Вычисляется коэффициент пропорциональности, определяющий нарастание с глубиной коэффициента постели грунта, который расположен между подошвой условного фундамента и подошвой ростверка, как средне взвешенное по слоям грунта значение Ki принимаемое по таблице приложения 25 к               СНиП 2.05.03-84*.

 

 

Находим среднее и максимальное давление на грунт основания условного фундамента по формулам (2) и (3) приложения 25 к СНиП 2.05.03-84*

 

 

 

Вычисляем расчетное сопротивление осевому сжатию грунта основания условного фундамента по формуле (1) приложения 24 к СНиП 2.05.03-84*, приняв в запас расчета Ro = 152,72 кПа:

 

 

 

Проверяем выполнение условий п. 7.8. СНиП 2.05.03-84*:

 

 

Несущая способность основания условного фундамента обеспечена.

3.4 Расчёт горизонтальных смещений головы сваи и верха опоры.

 

Определяем расчетные значения горизонтальных перемещений Up и угол поворота ψp головы сваи при действии горизонтальных нагрузок вдоль моста по методике изложенной в приложении 1 к СНиП 2.02.03-85. Конструкция низкого ростверка предполагает, что он прорезает слой слабого грунта, сваи погружают в прочные грунты на глубину значительно превышающую 10d (где d – сторона сечения сваи). Зоны предельного равновесия в верхней части грунта, окружающей сваю не образуется. В связи с этим выполняем одностадийный расчет свай по п.12 приложения 1 к СНиП 2.02.03-85.

Поперечная сила H и изгибающий момент M, действующие на голову сваи в уровне подошвы ростверка, определяем от горизонтальных нагрузок при γf=1 и при допущении равномерного распределения между сваями:

 

 

 

 

 

Так как ростверк низкий, принимаем H=H0, M=M0, Up=U0, ψp=ψ0.

Определяем члены уравнений (30) и (31) п.12 прил. 1 к СНиП 2.02.03-85.

– коэффициент деформации:

 

где:

Е=30·106 кПа – модуль упругости бетона, принимаемый по таблице 20 СНиП 2.05.03-84;

– момент инерции поперечного сечения сваи:

 

– условная ширина сваи:

 

K – коэффициент пропорциональности, принятый по таблице 1 приложения 1 к СНиП 2.02.03-85, для грунта расположенного на глубине от подошвы ростверка до

γс=3 – коэффициент условий работы.

 

Приведенная длина свай по формуле (7) приложения 1 к СНиП 2.02.03-85:

 

По формулам (32), (33), (34) приложения 1 к СНиП 2.02.03-85 определим горизонтальное перемещение и угол поворота сечения сваи от действия единичных, горизонтальной силы и момента приложенных в уровне поверхности грунта:

– горизонтальное перемещение от действия Н=1 приложенной в уровне поверхности грунта:

 

–угол поворота сечения от силы Н=1

 

– угол поворота сечения от момента М=1:

 

где: A0, B0, C0 – безразмерные коэффициенты принимаемые по таблице 5 приложения 1 к СНиП 2.02.03-85 с учетом отпирания свай на нескальный грунт.

В связи с тем, что сопряжение головы сваи с ростверком жесткое, поворот головы сваи невозможен, т.е. ψ0=0, и на голову сваи со стороны заделки передается момент:

 

Горизонтальное перемещение головы сваи вычисляем по формуле (30) СНиП 2.02.03-85:

 

 

Знак «минус» означает, что при горизонтальной силе Н направленной слева направо, момент Mf направлен против часовой стрелки.

Перемещение верха опоры:

 

Допускаемое перемещение верха опоры:

 

 

Условие расчёта по деформациям удовлетворяется, горизонтальное перемещение головы сваи и верха опоры не превышающей допускаемой величины.

3.5 Выбор механизма для погружения сваи и определения проектного отказа.

Т.к. грунты слагающие площадку строительства в основной своей массе глинистые и маловлажные, то наиболее целесообразным будет для погружения свай на заданную отметку использовать дизель-молот одиночного действия..

Молот подбираем исходя из расчетной нагрузки допускаемой на сваю, по минимальной энергии удара и коэффициенту применимости.

По таблице 8.31 справочника проектировщика Основания, фундаменты и подземные сооружения( под ред. Е.А. Сорочана и Ю.Г. Трофименкова.) выбираем дизель-молот с воздушным охлаждением.

Свая погружается в тугопластичную глину, острие – в пластичную супесь.

Масса ударной части дизель-молота должна составлять 1,25 массы сваи, т.е

 

Необходимая минимальная энергия удара:

 

где: a=25 Дж/кН – коэффициент;

Fv – расчетная нагрузка на сваю, кН

По таблице подбираем трубчатый дизель-молот С-949 с воздушным охлаждением, энергия удара которого чуть больше необходимой минимальной. Производим проверку пригодности принятого устройства:

 

 

 

где: Gh = 50 кН – полный вес молота;

Gb = (49,5+4,95) = 54,45 кН – вес сваи, наголовника и подбабка, вес которых принят mt = 0.1m сваи;

Еd=0.9∙Gh’∙hm=0.9∙25∙2.5 = 56,25 кДж – расчетная энергия удара;

Gb’ = 25 кН – вес ударной части молота;

hm = 2.5 м – расчетная высота подскока молота;

Км – коэффициент применимости молота.

Т.к. условие проверки выполнено, то данный дизель-молот подходит для погружения этого типа свай на проектную глубину.

Определяем проектный отказ: