4. Определение размеров подошвы фундамента мелкого заложения

Размеры подошвы определяют методом последовательного приближения.

1. Вычисляют площадь подошвы А в первом приближении

2. Выбирают форму подошвы. Известно, что самая оптимальная с точки зрения будущих осадок – круглая, но она трудоемка в исполнении. Поэтому подошву фундамента принимают квадратной, и только наличие большого по величине момента вынуждает принимать ее прямоугольной (в₁/l₁=0,85–0,65).

3. Исходя из А₁ вычисляют ширину и длину фундамента при принятом отношении . Например, для квадратной подошвы , для прямоугольной: ; ; . Размеры принимают кратными 10 см.

4. Определяют расчетное сопротивление грунта основания (по СНиП 2.02.01-83, формула (7)):

.

5. Вычисляют площадь подошвы во втором приближении:

6. Уточняют размеры подошвы и . На этом приближении можно остановиться, приняв , , .

7 Проверяют выполнение следующих условий: а) среднее давление под подошвой фундамента не должно превышать расчетного сопротивления грунта основания, т.е. ; б) при действии момента давление под наиболее и наименее нагруженной гранью фундамента должно быть соответственно (рис.4):

.

Если вышеприведенные условия не выполняются, то необходимо предпринять следующее:

1) изменить соотношение размеров подошвы, т.е. придать подошве удлинение в плоскости действия наибольшего момента, но не более чем ;

2) увеличить площадь подошвы на 20% и более.

При выполнении условий, предварительный расчет размеров подошвы фундамента мелкого заложения считается завершенным.

Ширину подошвы ленточного фундамента под стену определяют аналогично исходя из расчетных усилий .

Рис.4. Схема действия сил, возможные эпюры контактных давлений.

5. Определение параметров свайного фундамента

Несущая способность висячей сваи складывается из сопротивления грунта под острием и сил трения грунта по боковой поверхности, следовательно, острие нужно располагать в более прочном грунте при заглублении в него на 2–3 м, т.е. длину свай определяют исходя из инженерно-геологических условий.

Выбирают вид висячей сваи: забивные или набивные разных конструкций. Например, если свая прорезает мощную толщу сильносжимаемых грунтов и нижний конец находится в плотном (прочном) грунте, то наиболее целесообразно принимать буронабивную сваю с уширением в пределах прочного грунта. В этом случае максимально используется прочность бетона сваи. Забивные и буронабивные сваи без уширения применяют при достаточно однородных по прочности слоях грунта. Размеры забивных свай и свай-оболочек принимают по ГОСТам, а набивных – в зависимости от технических параметров оборудования.

Сопряжение свайного ростверка со сваями бывает как свободно опирающимся, так и жестким. Свободное опирание учитывают в расчетах как шарнирное, которое конструктивно выполняется заделкой головы сваи в монолитный ростверк на 5–10 см. Жесткое сопряжение сваи с ростверком осуществляют путем заделки головы сваи в монолитный ростверк на глубину, соответствующую длине анкеровки арматуры, либо заделкой в ростверк выпусков арматуры.

Уточнив размеры выбранной сваи (длину, поперечное сечение) и выполнив рис.5, определяют ee несущую способность по одной из соответствующих формул СНиП 2.02.03–85. Например, для забивных и набивных висячих формулы имеют одинаковый вид:

где – коэффициент условий работы сваи в грунте; – расчетное сопротивление грунтов под сваей, кПа; – площадь опирания сваи, м²; – периметр сваи, м; – коэффициенты условий работы грунта соответственно на боковой поверхности и под нижним концом сваи; – расчетное сопротивление -го слоя грунта на боковой поверхности сваи; – толщина -го слоя грунта, м.

Вычисляют количество свай в первом приближении

где – коэффициент надежности (при определении несущей способности сваи по СНиП ).

Рис. 5. Схема для определения несущей способности одиночной сваи по грунту

При действии на ростверк большого по величине момента и поперечной силы количество свай увеличивают до 20%.

Располагают забивные сваи в плане с соблюдением условия

,

где – диаметр круглого, сторона квадратного или большая сторона прямоугольного сечения сваи;

– расстояние в плане между центрами свай, расположенных рядами или в шахматном порядке (рис.6).

Рис.6. Примеры расположения свай в фундаменте под колонны (а) и под стены (б)

Причем необходимо стремиться располагать сваи на расстоянии 3d и к квадратной форме ростверка, тогда ростверк будет иметь минимальные размеры в плане. И только наличие большого по величине момента и поперечной силы вынуждают принимать ростверк прямоуголъной формы и увеличение расстояния между центрами свай до 6d в плоскости действия момента.

Расстояние в свету между стволами буровых и набивных свай и свай-оболочек должно быть не менее 1 м, между уширениями буронабивных свай и свай–оболочек при устройстве их в сухих глинистых грунтах твердой и полутвердой консистенции – 0,5 м, а в остальных грунтах – 1 м.

При расположении свай в плане могут быть следующие варианты:

1) одной сваи принятых размеров много, тогда нужно уменьшись длину сваи или принять другую ее конструкцию и расчеты повторить;

2) под одну колонну свай много и их невозможно расположить в плане с учетом свай под соседние колонны, тогда необходимо увеличить длину свай или принять другую конструкцию, например, вмес­то забивных призматических свай принять буронабивные с уширенной пятой и расчеты повторить.

Определяют размеры ростверка, при этом расстояние от края ростверка до первого ряда свай принимают 5-10 см.

Вычисляют усилия, передаваемые ростверком на сваи. Вертикаль­ное усилие на уровне подошвы ростверка , определяют по фор­муле

где – вес ростверка; – вес грунта на обрезах ростверка.

Определяют расчетную нагрузку на максимально и минимально нагруженные сваи (крайние в кусте) :

где – расстояние от центральной оси ростверка до оси каждой сваи; y_max(min) –расстояние от оси ростверка до оси крайних свай по обе стороны.

Проверяют условие .

При невыполнении этого условия необходимо увеличить число свай или применить наклонные сваи.

После того как определены размеры двух вариантов фундаментов (мелкого и свайного), вычисляют технические показатели для каждого из них (табл.3).

Массу арматуры принимают по содержанию ее в 1 м³ конструкции (сваи – 100-150 кг, ростверки под колонны – 70 кг, ленточные ростверки под стены и массивные фундаменты – 30–40 кг).

Объем земляных работ вычисляют в плане для площади здания, приходящейся на одну колонну или 1 пог. м стены.

По этим показателям выбирают вариант для дальнейшей проработки.

Таблица 3