3. Конструирование свайного фундамента
Свайный фундамент рассмотреть в качестве альтернативы фундаменту на естественном основании. При рассмотрении используем забивные висячие сваи и монолитный железобетонный ростверк.
3.1 Определить размер сваи
Так нижний конец сваи должен входить в плотный устойчивый грунт не менее чем на 1 м, а верхняя часть должна оставаться над поверхностью рельефа не менее чем на 0,4 м , то выбираем длиной 11,5 м и со стороной поперечного сечения 0,3 м. (Приложение 2. Схема расположения сваи на инженерно-геологическом разрезе).
3.2 Расчет несущей способности висячей забивной сваи
Несущую способность висячей забивной сваи расчитывается по формуле:
(11)
где Rp - расчетное сопротивление грунта под нижним концом сваи;
A - площадь поперечного сечения сваи, м2;
u - периметр сечения сваи, м
fi - расчетное сопротивление i-го слоя грунта по боковой поверхности сваи;
hi - толщина расчетного слоя м.
u = 0,3*4 = 1,2 м
А = 0,03*0,03 = 0,09 м
Таблица 3.- Расчетные сопротивления на боковой поверхности забивных свай fj, кПа
h, м |
Z, м |
fj, кПа |
1,2 |
0,6 |
23 |
2,0 |
2,2 |
33 |
0,4 |
3,5 |
36 |
2,0 |
4,8 |
55 |
1,6 |
6,6 |
59 |
2,0 |
8,3 |
44 |
0,2 |
9,8 |
46 |
1,5 |
10,2 |
65 |
Подставляем все значения в формулу 10:
Приложение 3. Схема к расчету несущей способности висячей сваи.
3.3 Конструирование свайного фундамента
Рассчитываем число свай по формуле (12).
Расставим сваи в фундаменте в соответствии с нагрузкой от сооружения. Неравномерно распределенную нагрузку на основание представляем ступенчатой эпюрой и определяем число свай для каждой ступени эпюры по формуле (12). Расстояние между осями свай должно быть не менее 3а, где а - сторона сечения сваи (в данном случае а = 0,3м).
(12)
где k - число свай в фундаменте;
1.4 - коэффициент надежности;
NI - расчетная нагрузка на все основание, кН;
GfI - собственный вес фундамента, кН;
Fd - несущая способность висячей забивной сваи.
Вес свай:
Определяем размеры ростверка. Свесы ростверка за наружные грани свай должны быть не менее 50 мм, поэтому принимаем их равными 0,1 м.
Строим схему условного фундамента, он включает: сваи, ростверк и грунт в объеме призмы с основанием (bусл) x (lусл) и вертикальными гранями.
Угол наклона границы зоны уплотнения к вертикали определяем по формуле:
(13)
- средне взвешенное
значение угла внутреннего трения:
(14)
где
- угол внутреннего трения грунта,
пронизываемого сваей, град;
- мощность грунтового
слоя, м.
=
,
α=14,39/4 =3,6
Графическим способом определяем (bусл) и (lусл):
bусл =1,3 м
lусл=1,3 м (т.к. одна свая, и ростверк получился квадратной формы)
Fгв= (bусл) * (lусл) = 1,3*1,3=1,69 м
Далее чертим схему.(Приложение 4.Схема построения условного фундамента)
Давление условного фундамента Русл на его основание, верхняя граница которого проходит через отрезок ВГ рассчитывается по формуле:
(15)
где NII - нормативная величина нагрузки, действующей на фундамент;
GfII - вес фундамента;
GgII - вес грунтового массива.
= |
|
Определяем
расчетное сопротивление основания
условного фундамента Rусл
по формуле (3),подставляя новые значения
(
= 1,25;
= 1,1;
= 0,14;
= 1,55;
= 3,93;
= 17,4;
= 17,1).
R=
=786,29
кН/м2
Проверяем с условием:
Pусл<Rусл; 737,22 < 786,29
Так как давление условного фундамента на его основание менее величины расчетного сопротивления основания, то данный вариант условного фундамента полностью пригоден для строительства.
Далее изображаем геологический разрез с бытовыми напряжениями в грунте по слоям в виде эпюры по оси сваи и рассчитываем дополнительные напряжения на подошве сваи.
σzg(подошва
сваи) =72,0+67,7+18,6
кПа
zp = 0,2 zg = 0,2*171,32 = 34,26 кПа
po = p - dg = 737,22 – 171,32 = 565,9
Разбиваем толщу грунтов под подошвой сваи на расчетные слои толщиной 0,2b = 0,2*1,3 = 0,26 м.
Рассчитанные значения напряжений и осадки записываем в таблицу.
Таблица 4. - Таблица расчетов осадки основания сваи.
z, м |
z +d, м |
2z/b |
|
zp, кПа |
E, кПа
|
si, м |
0 |
11,1 |
0 |
1 |
565,9 |
17,8 |
0,03 |
0,26 |
11,36 |
0,4 |
0,96 |
543,3 |
||
0,52 |
11,62 |
0,8 |
0,8 |
457,7 |
||
0,78 |
11,88 |
1,2 |
0,61 |
345,2 |
||
1,04 |
12,14 |
1,6 |
0,45 |
254,7 |
||
1,3 |
12,4 |
2,0 |
0,34 |
192,4 |
||
1,56 |
12,66 |
2,4 |
0,26 |
147,1 |
||
1,82 |
12,92 |
2,8 |
0,2 |
113,18 |
||
2,08 |
13,18 |
3,2 |
0,16 |
90,5 |
||
2,34 |
13,44 |
3,6 |
0,13 |
73,6 |
||
2,6 |
13,7 |
4,0 |
0,11 |
62,3 |
||
2,86 |
13,96 |
4,4 |
0,09 |
50,93 |
||
3,12 |
14,22 |
4,8 |
0,08 |
45,27 |
Значение осадки сравниваем с предельным для данного сооружения значением su. Так как для данного вида сооружения максимальное значение осадки равно 0,08м, а по нашим расчетам осадка равна, 0.03м ,то осадка является допустимой.
Далее, основываясь на полученные данные, составляем схему к расчету напряжений в основании сваи.(Приложение 5.)
Приложения
Задача № 1. Вариант 10
Исходные данные:
Таблица 1. - Физические характеристики грунтов
Плотность, г/см3 |
Влажность, % |
Содержание частиц, %, при их размере, мм |
||||||||||
Частиц грунта, Ps |
Грунта,
P |
Прир.
W |
На границе |
>2,0 |
2-0,5 |
0.5 - 0.25 |
0.25 - 0.1 |
0.1 - 0.05 |
0.05 - 0.01 |
0.01 – 0.005 |
< 0.005 |
|
Wp |
WL |
|||||||||||
2,74 |
1,94 |
19,1 |
23,4 |
41,8 |
3,8 |
29,8 |
29,4 |
18,5 |
11,5 |
4,6 |
1,1 |
1,3 |
Найти: Плотность скелета грунт, пористость, коэффициент пористости, влажность, степень насыщенности, число пластичности, показатель текучести
Решение:
1.
*Е;
2.
;
3.
;
4.
5.
6.
;
7.
Pd
;
e
=
;
W=
Sr
=
Ip = WL - Wp = 41.8 – 23.4 = 18.4
Исходя из табличных значений, число пластичности – глина.
IL=
Исходя из табличных значений, показатель текучести - твердая.
Степень влажности – маловлажная.
Задача № 2.
Определить Е.
Начальный коэффициент пористости, е0 |
Полная осадка, Si, мм Pi, МПа |
||||
0,681 |
0,05 |
0,1 |
0,2 |
0,3 |
0,5 |
0,14 |
0,29 |
0,43 |
0,56 |
0,7 |
|
Начальная высота 25 мм.
Решение:
еi= е0-Si/h(1+ е0)
е1= 0,681-0,14/25(1+ 0,681)=0,673
е2= 0,681-0,29/25(1+ 0,681)=0,662
е3= 0,681-0,43/25(1+ 0,681)=0,652
е4= 0,681-0,56/25(1+ 0,681)=0,643
е5= 0,681-0,7/25(1+ 0,681)=0,634
P=P2-P1
m01=
m02=
m03=
m04=
mv1=
mv2=
mv3=
mv4=
B = 0.4, V = 0.4
E=
Задача №3
Определить содержание частиц в %, при их размере в мм.
Решение:
При 60%= - 0,35, то 10-0,35 = 0,45
10%= -1,2, то 10-1,2 = 0,06
U
=
Так как U > 3 - грунт неоднородный.
Предельное
сопротивление образца грунта сдвигу
пред.,
МПа, при
нормальном удельном давлении передаваемом
на образец грунта Pi,
МПа
Предельное сопротивление образца грунта |
|||||
0,1 |
0,2 |
0,3 |
0,4 |
0,5 |
0,6 |
0,104 |
0,145 |
0,180 |
0,220 |
0,256 |
0,293 |
0,0104 |
0,029 |
0,054 |
0,088 |
0,128 |
0,176 |
Δ=n
Δ=6*0.91-4.41=1.05
tg
tg
=20,3°
C=
=
=1,02