7. Расчет и проектирование свайного фундамента

Рассмотрим вариант свайного фундамента из забивных железобетонных висячих свай сечением 400х400 мм, погружаемых дизельным молотом.

По конструктивным требованиям, так же как и для фундамента на естественном основании, верх ростверка должен быть на отм. -0,150 м.

Определяем глубину заложения подошвы ростверка исходя из:

1. Расчетной глубины промерзания грунта от поверхности планировки, которая определяется по формуле (п.5.5.4 СП 22.13330.2011):

d_fn = k_n * d_fn = к_п * d₀ * √ М = 0.8 * 0.23 * √ 56.4 = 1.38 м

где, к_n = 0,8 - коэффициент, учитывающий влияние теплового режима сооружения, принимаемый для наружных фундаментов отапливаемых сооружений - по таб. 5.2 СП 22.13330.2011 при t_ВН = 5°С;

d₀ — величина, принимаемая равной для суглинка 0.23 м;

М — безразмерный коэффициент, численно равный сумме абсолютных значений среднемесячных отрицательных температур за зиму в данном районе.

2. Конструктивных требований к минимальной высоте ростверка, которая складывается из высоты стакана, h_ст, мм, и толщины дна стакана h_дн, мм

Инв. № подп. Подп. и дата Взам. инв. №

h_r > h_ст + h_дн + 100 = 1250 + 400 + 100 = 1.75 м

где, h_ст - высота стакана для колонны с площадью сечением 1400х600 мм, мм;

h_дн — толщина дна стакана, которая должна быть не менее 400мм, мм.

Для дальнейших расчетов принимаем большее из двух значений с округлением до кратного 150 мм, т.к. 1.75 м > 1.38 м, то принимаем глубину заложения равным 1800 мм, что соответствует отм. -1.950 м (абсолютной отм. 65.00 м).В качестве несущего слоя висячей сваи принимаем пески плотные, малосжимаемые (слой 4).

Определяем минимально необходимую длину сваи L_min, м, по формуле:

L_min = h₁ + h₂ + h₃ = 0.05 + 3.9 + 1.4 + 1.0 = 6.35 м

где, h₁ - размер заделки сваи в ростверк (принимаем шарнирное сопряжение ростверка и сваи),м;

h₂ — толщина прорезаемых сваей слабых слоев грунтов, м;

h₃ — требуемое заглубление нижних концов свай в зависимости от параметров несущего слоя (п. 8.14 СП 24.13330.2011), м.

Окончательную длину сваи принимаем равной ближайшей стандартной длине (с округлением в большую сторону большего размера), а размер поперечного сечения и класс бетона сваи по прочности на сжатие - минимальный, соответствующими принятой длине.

Рис. 9. Расчетная схема к определению несущей способности сваи по грунту

Принимаем типовую (по серии 1.011.1-10) железобетонную сваю С7.40 квадратного сечения. Класс бетона В30, армирование выполнено из стали класса AIII 4Ø20, объем бетона 1.12 м³, масса сваи 2.8 т, толщина защитного слоя а_b — 20 мм.

Определяем несущую способность одиночной сваи из условия сопротивления грунта основания F_d, кН, по формуле (п. 7.2.2 СП 24.13330.2011):

F_d = γ_c * (γ_cR * R *A + u ∑(γ_cf * f_i * h_i) =

= 1 * (1 *5782 кПа * 0.16 м² + 1.6 м * 1 *

(2.0м * 11.35кПа + 1.9м * 17.50кПа + 1.4м * 7.00кПа + 1.65м * 76.51кПа) =1232.3 кН

где, γ_с = 1 - коэффициент условия работы;

R — расчетное сопротивление грунта под нижним концом сваи, кПа, принимаемый по таблице 7.2 СП 24.13330.2011;

А — площадь опирания на грунт сваи:

А = а² = (0.4 м)² = 0.16 м²

u — наружный периметр поперечного сечения ствола сваи, м;

u = 2(а + а) = 2(0.4 м + 0.4 м) = 1.6 м

f_i — расчетное сопротивление i-го слоя грунта основания на боковой поверхности сваи, кПа, принимаемый по таблице 7.3 СП 24.13330.2011;

h_i — толщина i-го слоя грунта, соприкасающегося с боковой поверхностью сваи, м;

γ_сR — коэффициент условия работы грунта под нижним концом сваи, принимаемые по таблице 7.4 СП 24.13330.2011

γ_сf — коэффициент условия работы грунта на боковой поверхности сваи, принимаемые по таблице 7.4 СП 24.13330.2011

Погружение сплошной сваи осуществляется дизельным молотом, тогда принимаем коэффициенты условия работы грунта под нижним концом и на боковой поверхности равным 1.

Для определения расчленяем каждый однородный пласт грунта на слой толщиной h_i < 2 м и устанавливаем среднюю глубину расположения z_i каждого слоя, считая от уровня природного рельефа по таблице 7.3 СП 24.13330.2011.

Таблица 11. Определение сопротивления грунтов.

Вид грунта	zi, м	fi, МПа
Суглинок IL = 0.55	1.300	11.35
Суглинок IL = 0.55	3.250	17.50
Суглинок IL = 0.90	4.900	7.00
Пески плотные, средней крупности	6.425	76.51

В соответствии с расчетной схемой свая устанавливается на пески плотные при z_i = 6.425 м из таблицы 7.2 СП 24.13330.2011 расчетное сопротивление R = 5782 кПа.

Определяем требуемое число свай в фундаменте по формуле:

n = N₁ * k * γ_n * γ_k / (γ₀ * F_d – γ_mt * d * (3 * d_св)² * γ_g) = 1403.8 кН * 1.2 * 0.95 * 1.4 / (1.15 * 1232.3 кН – 20 кН/м³ * 1.8 * (3 * 0.4 м)² * 1.4) = 1.67

где, N₁ - расчетное значение нагрузки, кН;

к — коэффициент увеличения числа свай, косвенно учитывающий влияние момента и поперечности силы;

γ_n — коэффициент надежности по назначению здания и сооружения;

γ_k — коэффициент надежности по грунту (по п. 7.1.11 СП 24.13330.2011);

γ₀ — коэффициент условий работы, учитывающий повышение однородности грунтовых условий при применении свайных фундаментов;

F_d — несущая способность висячей сваи, кН;

γ_mt — сред. значение удельного веса материала ростверка и грунта на его уступах, кН/м³;

d — глубина заложения подошвы ростверка от поверхности планировки, м;

(3 * d_св) ² — площадь подошвы ростверка, приходящаяся на одну сваю при минимальном расстоянии между свая 3 * d_св;

γ_g — коэффициент надежности по грунту.

Принимаем п = 6 свай, размещаем сваи в кусте по типовой схеме.