Расчет фундаментов мелкого заложения и свайных фундаментов

, что соответствует Æ10 мм Аs =0,758 см2.

Здесь n- количество стержней, n=4 шт.

5. Расчет свайного  фундамента.

 

5.1. Общие положения.

 

1. Глубина заложения подошвы ростверка свайного фундамента принимается такой же, как в случае фундамента мелкого заложения в сечение 1-1 т. е. d=3,35 м.
2. Принимаем, что ростверк свайного фундамента выполняется из монолитного железобетона кл. В20. Толщину защитного слоя бетона свайного фундамента принимаем as=40 мм. Принимаем кустовой отдельно стоящий тип свайного фундамента.
3. Вследствие того, что верхний слой грунта (ИГЭ-1), в котором располагается ростверк свайного фундамента, является непросадочный, принимаем сопряжение свай с ростверком не жестким. Тогда высота плитной части ростверка свайного фундамента по конструктивным соображениям определяется по формуле

                        hp=hmin+0,25=0,3+0,25=0,55 м.

Где hmin- минимальная глубина заделки сваи в ростверк, hmin=0,3 м. Высоту ростверка принимаем кратно 0,15 м, т.е. hp=0,6 м. Причем глубину заделки неразбитой части сваи в ростверк принимаем равной 0,1 м.

4. За опорный слой принимаем ИГЭ-3- песок пылеватый, средней плотности, насыщенный водой, непросадочный, Rо=100 кПа, Ео=6 кПа. В этот слой минимальная глубина погружения сваи должна быть не менее 0,5 м. Тогда предварительная длина сваи должна составлять

                                  

                         h3+h2/1+h2+ hmin=0,3+3,65+1+0,5=5,45 м.

Где h3- глубина заделки сваи в ростверк свайного фундамента; h2/1- расстояние от подошвы  свайного ростверка до подошвы первого слоя грунта; h2-мощность второго слоя грунта (ИГЭ-2); hmin-минимальная глубина погружения сваи в несущий слой грунта (ИГЭ-3). Принимаем сваи марки С6-30.

5. По прил. 10 настоящих методических указаний определяем вид и тип сваи, а также ее размеры - длину и поперечное сечение. Для заданных грунтовых условий строительной площадки назначаем готовую забивную железобетонную сваю марки С6-30 длиной призматической части Lсв=5,5 м, с размером сторон квадратного поперечного сечения b=0,3 м, длиной острия lо=0,25 м. Расчетная глубина заложения одиночной висячей сваи принимаем равной

                      d+ h2/1+h2+ lо+ h3/1=3,35+3,65+1+0,25+0,8=9,05 м.

Где h3/1 – глубина погружения сваи в несущий слой грунта, h3/1= 0,8. Принимаем, что свая погружается с помощью забивки дизель – молотом.

 

5.2. Определение несущей способности одиночной висячей сваи.

 

Определение несущей способности одиночной висячей сваи производится в следующей последовательности.

1. Для выбранного типа и размера сваи по формуле определяем расчетную несущую способность одиночной висячей сваи:

где gс – коэффициент условий работы сваи в грунте, gс =1; gсR и gсf – коэффициент условий работы грунта соответственно под нижней боковой поверхностью сваи, зависит от способа погружения, принимается по прил. 6, табл. 6.1 настоящих методических указаний, gсR =1 gсf =1. R - расчетное сопротивление грунта под нижним концом сваи, принимается по прил. 6, табл. 6.2 настоящих методических указаний, для пылеватого песка средней плотности R=1350 кПа; Асв- площадь поперечного сечения сваи Асв=0,32=0,09 м2; u-наружный периметр поперечного сечения сваи, u=1,2; hi-мощность i-го однородного слоя грунта, соприкасающегося с боковой поверхностью сваи (принимается не более 2 м.); n- количество слоев прорезаемых сваей, n=3шт.;      fi- расчетное  сопротивление сдвигу боковой поверхности сваи i-му слою грунта, принимается по прил. 6, табл. 6.3 настоящих методических указаний, при средней глубине расположения:

 

для 1-го слоя грунта при z1=5,175 м -f1= 29,4 кПа;

для 2-го слоя грунта при z2=7,5м      -f2= 32,5 кПа;

для 3-го слоя грунта при z3= 8,4м     -f3= 33,2 кПа;

2. Определяем расчетную нагрузку, допускаемую на сваю ND^

где gm-коэффициент надежности по нагрузке, gm=1,4.

3. Исходя из предположения, что ростверк обеспечивает равномерную передачу нагрузки на сваю, расположенные в кусте, определяем требуемое количество свай в фундаменте, по формуле

где к1 - коэффициент, для трапецеидальных эпюр к1=1¸1,2, принимаем к1=1,2; 0,1N1 – вес ростверка и грунта на его обрезах.

С учетом наличия изгибающего момента окончательно принимаем n=4 шт.

 

                              

 

 

 

3. Конструирование ростверка.

Размещение свай в плане и конструирование ростверка выполняем конструктивно:

• равнодействующая от постоянных нагрузок должна проходить как можно ближе к центру тяжести условной подошвы свайного фундамента;
• минимальное расстояние в плане между осями свай должен быть менее (3¸6)d, где d-диаметр круглой или размер стороны поперечного сечения квадратной сваи, принимаем 5d=5×0,3=1,5 м.;
• расстояние от края ростверка до оси крайнего ряда сваи принимаем равным размеру поперечного сечения сваи, т.е. 0,15 м.;
• с целью использования унифицированной опалубки габаритные размеры ростверка в плане должны быть кратны 0,3 м, а по высоте-0,15 м. Конструирование ростверка свайного фундамента см. рис.

 

5.4. Определение размеров условного  фундамента.

 

Определение размеров условного фундамента производится в следующей последовательности.

1. Определяем размеры условного фундамента. Границы условного фундамента определяются следующим образом: снизу – плоскостью АБ, проходящей через нижние концы свай; с боков – вертикальными плоскостями АВ  и ВБ, отстоящими от нагруженных граней крайних рядов вертикальных свай на расстоянии hу.ф.×tga, где a- угол распределения напряжений, определяется по формуле

где j2,mt- усредненный угол внутреннего трения в пределах грунта, пробиваемого сваей, определяется по формуле

2. Определяем ширину подошвы фундамента bу.ф.:

bу.ф.=5d+2tgalсв=5×0,3+2tg4,8475×5,7=2,46 м.

Где d-диаметр круглой или размер стороны поперечного сечения квадратной сваи, принимаем 0,3 м.; lсв - длина сваи без учета заделки в ростверк, определяется по формуле lсв=Lсв- h3=6-0,3=5,7 м,

Где h3- высота заделки сваи в ростверк, h3=0,3 м.

3. Определяем длину подошвы условного фундамента lу.ф.:

lу.ф=5d+2tgalсв=5×0,3+2tg4,8475×5,7=2,46 м.

4. Определяем площадь подошвы условного фундамента Ау.ф.:

Ау.ф= bу.ф× lсв=2,46×2,46=6,0516 м2

5. Определяем собственный вес  свай Gсв:

Gсв= Vсв×gm=2,052×25=51,3 кН 

Где Vсв- объем свай, определяется по формуле

Vсв=Асв× lсв× n=0,09×5,7×4=2,052м3

Здесь Асв- площадь поперечного сечения сваи, Асв= 0,09 м2; lсв- длина сваи без учета заделки в ростверк lсв=5,7 м; n- количество свай, n= 4 шт; gm= 25 кН/м3 – удельный вес бетона сваи.

6. Определяем собственный вес ростверка Gр:

Gр= Vр×gm=3,375×25=84,375 кН,

Где gm= 25 кН/м3 – удельный вес бетона ростверка; Vр- объем ростверка, определяется по формуле

Vр=lпл ×bпл ×hпл+ lп ×bп ×hп=2,1×2,1×0,6+0,9×0,9×0,9=3,375 м3

7. Определяем собственный вес  грунта Gгр, расположенного на уступах ростверка, определяется по формуле

Gгр=( Vу.ф.- Vр- Vсв)g’2= (14,53-3,375-2,052)12,25=111,51 кН

Где Vуф - объем условного фундамента грунта, определяется по формуле

Vу.ф.=0,5(bу.ф.-bc/2)l1+ bу.ф.l2+ bу.ф.h2+ bу.ф.(h3/1+lo)=0,5(2,46-0,3/2)2,15+2,46×1,85+2,46×2

+2,46(0,8+0,25)=14,53 м3,

здесь bу.ф ширина подошвы условного фундамента; bс –ширина поперечного сечения колонны, bс =0,3 м; lо- длина острия сваи, lо=0,25 м; g1, g2 и g3 соответственно удельный вес 1-го, 2-го и 3-го слоев грунта; g’2-осредненное расчетное значение удельного веса грунта, расположенного на подошве ростверка принимается равным g’2=19,1 кН/м3.

8.Определяем среднее давление  Ру.ф. под подошвой условного фундамента:

9. Определяем расчетное сопротивление грунта основания несущего слоя под подошвой условного фундамента:

где gс1 и gс2 –коэффициенты условий работы прил. 4 табл.4.1 настоящих методических указаний gс1 =1,1 и  gс2 =1,15; к – коэффициент, т.к. прочностные характеристики грунта определены непосредственно испытаниями, то к=1; Мg, Мq, Mc-коэффициенты , зависящие от угла внутреннего трения j несущего слоя грунта, для  j=18°- Мg=1,15, Мq=5,59, Mc=7,95, принимаются прил. 4 табл.4.2 настоящих методических указаний;

 кz-коэффициент, кz=1; т.к. ширина условного фундамента bу.ф. <10 м; db – глубина подвала – расстояние от уровня планировки до уровня пола подвала db =hподв +hц=2-0,15=1,85 м; с2-расчетное значение удельного сцепления грунта, залегающего непосредственно под подошвой условного фундамента, с2=1 кПа; g’2-осредненное расчетное значение удельного веса грунта, залегающих выше подошвы условного фундамента определяется по формуле

 то же , ниже подошвы условного  фундамента, определяется по формуле:

 

10. Проверяем условие, по которому  среднее давление под аодошвой условного фундамента не должно превышать расчетного сопротивления несущего слоя грунта Rу.ф. под подошвой условного фундамента, т.е. должно выполнятся условие

Условие выполняется, следовательно, фундамент запроектирован, верно.

 

5.5. Вычисление вероятной осадки  свайного фундамента.

 

 

Вычисление вероятной осадки производится методом послойного суммирования в следующей последовательности.

1. Вычисление ординаты эпюр природного давления szg и вспомогательной 0,2szg по формуле

szgi=szgi-1 +g2ihi,

где hi- толщина i-ого слоя грунта; g2i- удельный вес  i-ого слоя грунта.

Точка 0 –на поверхности земли

szg=0;

0,2szg=0;

Точка 1 –на границе первого и второго слоя (на уровне подземных вод)

szgо=(szgw ) =gsb1×h1=10,4×7=72,8 кПа;

0,2szgо=14,56 кПа;

Точка 2- на границе 2-го и 3-го слоя с учетом взвешивающего действия воды

szg1= szgо (szgw )+g1×h2=72,8+19×2=110,8  кПа;

0,2szg1=22,16 кПа;

Ниже первого слоя находится суглинок, поэтому к вертикальному напряжению на кровлю суглинка добавляется гидростатическое давление столба воды, находящиеся над суглинком.

sw = g w ×h2=10×2=20 кПа;

Полное вертикальное напряжение, действующее на кровлю глины

szg2 = szg1 +sw =110,8+20=130,8 кПа;

0,2szg2=26,16 кПа;

      Точка 3- на уровне условного фундамента

szgо = szg2 +g3×h3/1=130,8+20×0,8=146,8 кПа;

0,2szgо=29,36 кПа;

       Точка 4- на границе 3-го и 4-го слоев

szg4 = szg3 +g3×h3=146,8+20×3,2=210,8 кПа;

0,2szg4=42,16 кПа;

Точка 5- на границе 4-го и 5-го слоев

szg5 = szg4 +g4×h4=210,8+19,5×8=366,8 кПа;

0,2szg5=73,36 кПа;

Точка 6- вертикальное напряжение по подошве фундамента 5-го слоя

szg6 = szg5 +g5×h5=366,8+19,5×2=405,2 кПа;

0,2szg6=81,16кПа;

2. По полученным значениям ординат на геологическом разрезе в масштабе строим эпюру природного давления szg и вспомогательной 0,2szg. (рис.)
3. Определяем дополнительное вертикальное давление на основание от здания или сооружения по подошве фундамента:

ро=р-szgо =182,28-130,8=51,48 кПа

4. Разбиваем толщу грунта под подошвой фундамента на элементарные подслои толщиной i=(0,2¸0,4)bу.ф. Принимаем i=0,3bу.ф.=0,2×2,1=0,42 м.
5. Определяем дополнительные вертикальные нормальные szр напряжения на глубине zi от подошвы фундамента:

szр =ai pо,

где ai –коэффициент рассеивания напряжений для соответствующего слоя грунта, зависит от формы подошвы фундамента и соотношений x= 2zi / bу.ф. и h=lу.ф./bу.ф., где zi –глубина i-го элементарного слоя от подошвы фундамента

zi , определяется прл. 5 настоящих методических указаний.

Принимаем x=0,84 zi и h=1

6. По полученным данным строим эпюру дополнительных вертикальных напряжения szр от подошвы фундамента (рис.)
7. Определяем высоту сжимаемой толщи основания Hс, нижняя граница которой ВС принимается на глубине z=Hс, где выполняется условие равенства szр =0,2szg (см.рис.)
8. Определяем величину общей осадки по формуле

где b - безразмерный коэффициент, b=0,8; среднее значение дополнительного вертикального нормального напряжения от подошвы фундамента в i-ом слое грунта, равное полусумме напряжений на верхней zi-1 и нижней zi границах слоя по вертикали, проходящей через центр фундамента;  - толщина    i-ого слоя грунта; Ei –модуль деформации i-ого слоя грунта; n-количество слоев, на которые разбита сжимаемая толща основания.

9. Для удобства расчета осадки все вычисления ведем в табличной форме следующего вида

№ ИГЭ	Наименование грунта и его состояние	Мощность слоя, hi,м	, м	zi, м	xi	ai	кПа	кПа	Ei  кПа
ИГЭ-3	Песок пылеватый, средней плотности, насыщен водой, непросадочный.	4	0,00 0,42 0,42 0,42 0,42 0,42 0,42 0,13	0 0,42 0,84 1,26 1,68 2,1 2,52 2,65	0,0 0,4 0,7 1,1 1,4 1,8 2,1 2,2	1,0 0,960 0,84 0,655 0,528 0,393 0,316 0,297	51,48 49,42 43,24 33,72 27,18 20,23 16,27 15,3	50,45 46,33 38,48 30,45 23,7 18,25 15,78	28000