Расчет и конструирование фундаментов

h=13,5 - глубина погружения сваи в грунт, м;

U=1,26 - периметр поперечного сечения ствола сваи, м.

Среднее значение предельного сопротивления грунта под нижним концом сваи по данным ударного динамического зондирования в рассматриваемой точке (), МПа, следует определять по формуле:

где q_di - удельное сопротивление i-го слоя грунта в пределах участка (z) под нижним концом забивной сваи, МПа, определяемое в зависимости от полученного из опыта условного динамического сопротивления грунта (p_d) по таблице 5.1 П2-2000 к СНБ 5.01.01-99;

z_i - толщина i-го слоя грунта в пределах участка, м;

z - участок, расположенный в пределах одного диаметра (d) выше и четырех диаметров (4d) ниже отметки нижнего конца проектируемой сваи, м.



Среднее значение предельного сопротивления грунта на боковой поверхности сваи по данным ударного динамического зондирования в рассматриваемой точке (), МПа, следует определяв по формуле:



где - среднее значение удельного сопротивления грунта i-го слоя в пределах участка (h) на боковой поверхности сваи, МПа, определяемое в зависимости от полученного из опыта условного динамического сопротивления грунта (р_d) по таблице 5.1 П2-2000 к СНБ 5.01.01-99;

h_i - толщина i-го слоя грунта в пределах глубины погружения на боковой поверхности сваи, м;

h=13,5 - глубина погружения сваи, м.

Так как проведено одно испытание, то:

3.3 Расчет и конструирование свайных фундаментов подвальной части здания

Прежде всего, необходимо выбрать тип сваи, назначить ее длину и размеры поперечного сечения. Длину сваи назначаем такой, чтобы ее острие было заглублено в плотный слой грунта:

3. в мелкие пески и супеси - не менее чем, на 2 м.

4. в пески средней крупности, твердые глины и суглинки - не менее чем на 1 м

Полная длина свай (без острия) определяется как сумма:

?=?₁+?₂+?₃

где ?₁ - глубина заделки сваи в ростверк;

?₂ - расстояние от подошвы ростверка до кровли несущего слоя;

?₃ - заглубление в несущий слой.

Тогда длину сваи примем с учетом глубины залегания ростверка и заделкой сваи в ростверк на 10 см:

? = 0,1+0,8+10= 11,8 м.

Принимаем железобетонную забивную круглую сваю диаметром d=400 мм с пятой уширения dп=800 мм, длиной ? 12,0 м.

Несущая способность F_d забивной висячей сваи по грунту определяется как сумма сопротивления грунтов основания под нижним концом сваи и по боковой ее поверхности:

F_d = г_C·(г_CR^.R^.A+УUг_Cf^.h_i),

где г_C - коэффициент условий работы сваи в грунте (г_C=1,0);

г_CR=1 - коэффициент условий работы грунта под нижним концом сваи

(П4-2000 к СНБ 5.01.01-99 табл. 6.3);

г_Cf=0,6 - коэффициент условий работы грунта на боковой поверхности сваи, зависящий от способа образования скважины и условий бетонирования (таблица 6.3, П4-2000 к СНБ 5.01.01-99);

А - площадь опирания уширения сваи (А= р?r² = 0,50 м²);

R=9,58 МПа - расчетное сопротивление грунта под нижним концом сваи (П4-2000 к СНБ 5.01.01-99 таблица 6.1);

U - периметр поперечного сечения сваи (U= р?dп=2,51 м).

Rfi - расчетное сопротивление i-го слоя грунта основания по боковой поверхности сваи.

h_i - толщина i-го слоя грунта.

При определении пласты грунтов расчленяются на слои, толщиной не более 2-х метров:

?= 4,20 м; =56,0 кПа ?=12,8 м; = 80,53 кПа

?=5,35 м; = 70,7 кПа ?=14,8 м; = 81,88 кПа

?=7,00 м; = 75,0 кПа

?=9,00 м; = 77,0 кПа

?=11,0 м; = 79,0 кПа

F_d = г_C·(г_CR^.R^.A+УUг_Cf^.h_i)= 1·(1·9580·0,5+2,51·0,6·(56,0·1+70,7·1,3+75·2+77·2+79·1,6+80,53·2+81,88·2))=6150,11 кН.

Расчетная нагрузка Р, допускаемая на сваю, определяется из зависимости:

P = F_d/г_К = 6150,11/1,4 = 4392,94кН.

где г_К - коэффициент надежности, принимаемый равным 1,4.

Определяем необходимое количество свай на 1 м.п. по упрощенной формуле:

n=N/P,

где N=2910 - расчетная сжимающая сила на уровне обреза фундамента.

n=N/P= 2910/4392,94 =0,66

Принимаем 1 сваю.

Шаг свай равен 1/0,66=1,5 м.

Проверка несущей способности свайного фундамента производится из условия, чтобы расчетная нагрузка N, передаваемая на сваю, не превышала расчетной нагрузки, допускаемой на сваю.

Для внецентренно нагруженного свайного фундамента необходима проверка нагрузки с учетом действия расчетных моментов:

;

где M_x, M_y - расчетные моменты относительно главных осей x и y плана свай в плоскости подошвы свайного ростверка, кНм.

x_i, y_i - расстояние от главных осей свайного поля до оси каждой сваи, м;

x, y - расстояние от главных осей свайного поля до оси наиболее удаленной сваи, для которой вычисляется нормальная нагрузка, м;

N_d=N₀+G_m,

где N₀ - расчетная нагрузка, приложенная на уровне обреза фундамента (N₀=2910 кН);

G_m - расчетная нагрузка, от веса ростверка и грунта на его уступах.

Определим геометрические характеристики ростверка.

Определим вес ростверка и грунта на его уступах:

Ростверк:

V_р=0,4Ч0,8Ч1,5 - 2Ч0,1Ч3,14Ч0,2Ч0,2 = 0,45 м³.

G_р=0,45·21=9,45 кН.

Грунт:

V_гр=3,3Ч0,2Ч1,5) = 0,99 м³.

G_гр=0,99·г_гр = 0,99Ч18 = 17,82 кН

Тогда G_m= G_р +G_гр = 9,45+17,82 = 27,27 кН.

N_d=N₀₁+G_m=2910Ч1,5+27,27 = 4392,27кН

< P=4392,94 кН.

Условие выполняется.

Расчет основания свайного фундамента по деформациям

Расчет по предельному состоянию второй группы производится аналогично расчету по деформациям оснований фундаментов на естественном основании и сводится к удовлетворению условия: S<S_u.

При расчете осадки свайный фундамент рассматривается как условный массивный фундамент, в состав которого входит ростверк, сваи и грунт. Контур условного массива ограничивается сверху поверхностью планировки АД, снизу - плоскостью в уровне нижних концов свай ВС, с боков - вертикальными плоскостями АВ и СД, отстоящими от грани крайних свай на величину h^.tg(ц_ср/4).

Точки В и С находятся в результате пересечения горизонтальной плоскости в уровне нижних концов свай с наклонными линиями, проведенными от наружного контура свайного ряда в уровне подошвы ростверка или от поверхности первого более прчного слоя грунта под углом tg(ц_ср/4) к вертикали.

При слоистом напластовании в пределах длины сваи h угол ц_ср принимается средневзвешенным:

где - расчетные значения углов внутреннего трения грунтов соответствующих участков сваи .

Таким образом, длина подошвы условного фундамента определяется:

l₁ = m + 2h tg (ц_{II mt}/4),

где m - расстояние между внешними плоскостями свай, м

h - длина сваи, м

l₁ = 1,5 м

b₁ = 0,4 + 2Ч12Ч tg (29/4) = 3,45 м

Давление Р (в кПа) по подошве условного фундамента определяется с учетом веса условного массива:

Р=N_d1/A₁

A₁ - площадь подошвы условного фундамента (A₁=1,5Ч3,45=5,18 м²)

N_d1 - суммарный вес условного массива и нагрузок, приложенных на уровне обреза ростверка:

N_d1=N₀+G₁+ G₂+ G₃

N₀ - нагрузка, приложенная на уровне обреза ростверка (N_0II=2030 кН);

G₁ - вес ростверка (G₁=9,45 кН);

G₂ - вес свай (G₂=21Ч12Ч0,2Ч0,2Ч3,14=31,65 кН);

G₃ - вес грунта в объёме выделенного условного массива (G₃= 858,90 кН).

N_d1=2030+9,45+31,65+858,90=2930кН.

Р=2930/5,18=565,64 кПа.

Давление Р от расчетных нагрузок не должно превышать расчетного сопротивления грунта R, то есть необходимо соблюдение условий: P_max1,2R и PR.

кПа.

где _с1 и _с2 - коэффициенты условий работы, принимаемые по табл. 4.1 СНБ 5.01.01-99.

(_с1=1,4; _с2=1,264 - при соотношении L/H=48/15=3,2 < 4);

К - коэффициент, зависящий от способа получения прочностных характеристик грунта и С:

1) если непосредственными испытаниями, то K=1,0

2) если они приняты по таблицам, то K=1,1

M, M_q, M_c - коэффициенты, принимаемые по табл. 4.2 СНБ 5.01.01-99;

(=29є; M=1,06; M_q=5,25; M_c=7,67);

K_z - коэффициент, зависящий от ширины фундамента (т.к. ширина менее 10 м, то K_z=1,0);

db - глубина подвала - расстояние от уровня планировки до пола подвала (для сооружений с подвалом шириной B20 м и глубиной более 2 м принимается db = 2 м).

'_II - осредненное расчетное значение удельного веса грунтов, залегающих выше подошвы фундамента, кН/м³;

_II - то же для грунтов, залегающих ниже подошвы фундамента, кН/м³;

С_II=21 - расчетное значение удельного сцепления грунта, залегающего непосредственно под подошвой фундамента, кПа

=3289,6 кПа,

P=360,45 кПа < R=3289,6 кПа

Условие проверки выполняется, следовательно, принимаем полученные размеры свайного фундамента.

Дальнейший расчет осадки свайного фундамента производится так же, как и для фундаментов мелкого заложения, по методу послойного суммирования. Расчет полностью сведем в таблицу.

P_ср=565,64 кПа

_zg =17,9Ч1,5+20,2Ч0,7+20,4Ч0,8+18,1Ч1,7+21,6Ч5,3+21,9Ч5,6=325,2 кПа;

P₀=P_ср-_zg,0=565,64-325,20 =240,44 кПа;

з>10

Расчет выполнен от планировочной отметки земли

Zгр, м	уzg, кПа	0,2уzg, кПа	Zф, м	о	б	zр, кПа	Е, кПа	zр,ср, кПа	S, см	?S, см
15,75	325,20	65,04	0,00	0,0	1,000	240,44	44400
16,44	340,31	68,06	0,69	0,2	0,977	234,91		237,68	0,30	0,30
17,13	355,42	71,08	1,38	0,4	0,881	211,83		223,37	0,28	0,58
17,82	370,53	74,11	2,07	0,6	0,755	181,53		196,68	0,24	0,82
18,51	385,64	77,13	2,76	0,8	0,642	150,03		165,78	0,21	1,03
19,20	400,76	80,15	3,45	1,0	0,550	132,24		141,14	0,18	1,21
19,89	415,87	83,17	4,14	1,2	0,477	114,69		123,47	0,15	1,36
20,50	430,98	86,20	0,98	1,4	0,420	100,98		107,84	0,13	1,49
21,11	446,09	89,22	1,12	1,6	0,374	89,92		95,45	0,12	1,61
21,72	461,20	92,24	1,26	1,8	0,337	81,03
22,33	476,31	95,26	1,40	2,0	0,306	73,57

Согласно вычислениям, проделанным в таблице, получаем, что

S=1,61 см < S_норм=8 см

_zg,1 = 17,9 ·1,5= 26,85 кПа,

_zg,2 = 26,85+20,2 ·0,7 = 40,99 кПа,

_zg,3 = 40,99+20,4 ·0,8= 57,31 кПа,

_zg,4 = 57,31+18,1 ·1,7= 88,08 кПа,

_zg,5 = 88,08+21,6 ·5,3 = 202,56 кПа,

_zg,6 = 202,56+21,9 ·7,0 = 355,86 кПа.



Определение несущей способности забивных свай по результатам динамического зондирования

Расчетная нагрузка, допускаемая на сваю по несущей способности (N), кН, определяется по формуле:

где F_d - расчетная несущая способность грунта основания забивной защемленной в грунте сваи по результатам ударного динамического зондирования, кН;

г_к - коэффициент надежности по грунту, принимаемый равным 1,3.

Расчетную несущую способность забивной защемленной в грунте сваи, работающей на сжимающую нагрузку, по результатам ударного динамического зондирования (F_d), кН. следует определять по формуле:

где F_u - частное значение предельного сопротивления сваи в точке ударного динамического зондирования, кН;

n - число точек ударного динамического зондирования, шт.;

г_g - коэффициент безопасности по грунту, устанавливаемый в зависимое от изменчивости полученных частных значений предельною сопротивления сваи (F_u) в точках ударного динамического зондирования и числа точек при значении доверительной вероятности б = 0,95 в соответствии с требованиями ГОСТ 20522.

Частное значение предельного сопротивления забивной защемленной в грунте сваи с диаметром сечения сваи d=0,4 м в точке ударного динамического зондирования (F_u), кН следует определять по формуле:

где - среднее значение предельного сопротивления грунта под нижним концом сваи по данным ударного динамического зондирования в рассматриваемой точке, МПа;

А=0,13 - площадь поперечного сечения забивной сваи, м²;

- среднее значение предельного сопротивления грунта на боковой поверхности сваи по данным ударного динамического зондирования в рассматриваемой точке, МПа;

h=15,6 - глубина погружения сваи в грунт, м;

U=1,26 - периметр поперечного сечения ствола сваи, м.

Среднее значение предельного сопротивления грунта под нижним концом сваи по данным ударного динамического зондирования в рассматриваемой точке (), МПа, следует определять по формуле:

где q_di - удельное сопротивление i-го слоя грунта в пределах участка (z) под нижним концом забивной сваи, МПа, определяемое в зависимости от полученного из опыта условного динамического сопротивления грунта (p_d) по таблице 5.1 П2-2000 к СНБ 5.01.01-99;

z_i - толщина i-го слоя грунта в пределах участка, м;

z - участок, расположенный в пределах одного диаметра (d) выше и четырех диаметров (4d) ниже отметки нижнего конца проектируемой сваи, м.



Среднее значение предельного сопротивления грунта на боковой поверхности сваи по данным ударного динамического зондирования в рассматриваемой точке (), МПа, следует определяв по формуле:



где - среднее значение удельного сопротивления грунта i-го слоя в пределах участка (h) на боковой поверхности сваи, МПа, определяемое в зависимости от полученного из опыта условного динамического сопротивления грунта (р_d) по таблице 5.1 П2-2000 к СНБ 5.01.01-99;

h_i - толщина i-го слоя грунта в пределах глубины погружения на боковой поверхности сваи, м;

h=15,6 - глубина погружения сваи, м.

Так как проведено одно испытание, то:

4. Реконструкция фундаментов

Для оценки расчетного сопротивления грунта Pmin под существующими фундаментами реконструируемых зданий следует учитывать возможность его повышения исходя из срока их эксплуатации. При этом здание недолжно иметь трещин, деформаций и прочих показателей неравномерной осадки.

Значение коэффициента увеличения сопротивления грунта определяется в зависимости от соотношения фактического давления на грунт оснований под подошвой фундамента до реконструкции(P) к величине расчетного сопротивления(R). Коэффициент определяется по П11-1 к СНБ 5.01.01-99 «Геотехнические реконструкции оснований и фундаментов зданий и сооружений».

Увеличивая нормативные нагрузки по заданию на 45%, определяем новое значение среднего давления под подошвой фундамента P и сравниваем с новым значением расчётного сопротивления . Если новое фактическое давление оказывается больше повышенного расчетного, то нужно изменить размеры фундамента или произвести упрочнение грунта основания.

1. Фундамент мелкого заложения под отдельно стоящую колонну (среднего ряда):

b=1,6 м; l=2,8 м; d=1,5 м.

P /R= 393,11/514,90=0,76

=1,386

=1,386·514,90=713,65 кПа

;

1,45·N_0,II=1,45·1620=2349 кН

1,45·M_o, =1,45·100=145 кНм

Pmax = кПа;

Pmin=кПа

P=555,83 кПа

P=555,83кПа < ·R=713,65кПа

Условие выполняется, значит, реконструкция фундамента не требуется.

2. Фундамент мелкого заложения под стену подвала:

b=0,7 м; d=3,7 м.

P /R= 468,29/801,89=0,58

=1,278

=1,278*801,89=1024,82 кПа

;

=273,41 кН

=34,06 кНм

1,45·N =1,45·273,41=396,45 кН

1,45·M =1,45·34,06=49,39 кНм

Pmax = кПа;

Pmin = кПа;

P=644,06 кПа

P=644,06кПа < ·R=1024,85кПа

Условие выполняется, значит, реконструкция фундамента не требуется.

Литература

1. Банников Н.Д., Никитенко М.И. методические указания к курсовому проектированию по дисциплине «Механика грунтов, основания и фундаменты». Минск, 1995.

2. СНБ 5.01.01-99. Основания и фундаменты зданий и сооружений.

3. СНиП 2.02.03-85. Свайные фундаменты.

4. СНБ 5.03.01-02 Бетонные и железобетонные конструкции.

5. П11-01 к СНБ 5.01.01-99 «Геотехнические реконструкции оснований и фундаментов зданий и сооружений».

6. П4-2000 к СНБ 5.01.01-99 «Проектирование забивных свай».

7. Берлинов М.В. Основания и фундаменты, - М.: Высш. школа, 1988.

Размещено на Allbest.ru