6.13. Несущая способность сваи по прочности материала.

Определим несущую способность сваи по прочности материала. Характеристики сваи: R_b = 8,5 МПа; R_sc = R_s = 225 МПа; b = d_св = 30 см; а = а` = 3 см; h<sub>0</sub> = d<sub>св</sub> – а` = 30 – 3 = 27 см; А_s = А_s’ = 3,14/2 = 1,57 см².

Из формулы (37) прил.1 к СНиП 2.02.03-85 для указанных характеристик сваи получаем следующее выражение для определения моментов М_z в сечениях сваи на разных глубинах z от подошвы ростверка:

;

Результаты дальнейших вычислений, имеющих целью определение М_{z max}, сводим в табл.10, причем при назначении Z используем соотношение = Z   _, в котором значения Z принимаем по табл.4. прил.1 к СНиП 2.02.03-85.

Результаты вычислений изгибающих моментов

Таблица 10.

Zi, м		A3	B3	D3	Mz, кН  м
0,355	0,4	-0,011	-0,002	0,400	2,985
0,71	0,8	-0,085	-0,034	0,799	4,948
0,887	1,0	-0,167	-0,083	0,994	5,35
1,064	1,2	-0,287	-0,173	1,183	5,45
1,419	1,6	-0,676	-0,543	1,507	4,678
1,774	2,0	-1,295	-1,314	1,646	3,271

Как видно из таблицы, М_{z max I} = 5,45 кНм действует на глубине z =1,064 м.

Эксцентриситеты продольной силы для наиболее и наименее нагруженных свай составляют соответственно:

;

.

Определим значения случайных эксцентриситетов по п.1.21. СНиП 2.03-01-84 для расчетной длины м и поперечного размера сваи d_св = 30 см:

;

Так как полученные значения эксцентриситетов е ₀₁ и е ₀₂ больше е_ai, оставляем эти значения для дальнейшего расчета свай по п.3.20 СНиП 2.03.01-84.

Находим расстояния от точек приложения продольных сил N_{max I} и N_{min I} до равнодействующей усилий в арматуре S:

;

.

Определим высоту сжатой зоны бетона по формуле (37) СНиП 2.03.01-84:

;

;

Граничное значение относительной высоты сжатой зоны по табл.2.2 п.2.3.12, учебного пособия, составляет для стали А-I и бетона В15 _R = 0,673.

, следовательно принимаем значение x₁ = 18,2 см для дальнейшего расчета.

Проверяем прочность сечения сваи по формуле (36) СНиП 2.03.01-84:

кН <

695,15 кН;

кН <

285,58 кН.

Несущая способность свай по прочности материала в наиболее нагруженных сечениях обеспечена.

6.14. Расчет осадки основания свайного фундамента.

Определяем размеры и вес условного фундамента (по указаниям п. 7.1. СНиП 2.02.03-85). Расчетная схема показана на рис.11.

.

Размеры свайного поля по наружному обводу:

м; м.

Размеры площади подошвы условного массива:

м;

м.

Площадь подошвы условного массива А_усл = 10,2 м².

Объём условного массива V_усл = A_усл  h_усл – V_r = 10,2  4,75 – 7,13 = 41,33 м³.

Вычислим средневзвешенное значение удельного веса грунта выше подошвы условного фундамента: 10,01 кН/м³.

Вес грунта в объёме условного фундамента: G_gr = V_усл _{II mt} = 413,73 кН.

Вес ростверка G_rII = V_r  _b  _f = 7,13  241 = 171,12 кН;

Вес свай G_{св II} = 1,15  9,8181 = 90,25 кН.

Расчетная нагрузка по подошве условного фундамента от веса грунта, ростверка и свай:

G_II = 413,73 + 171,12 + 90,25 = 675,1 кН.

Проверяем напряжения в плоскости подошвы условного фундамента.

N_{tot II} = N_{col II} + G_II = 1562,99 + 675,1 = 2238,09 кН;

M_{tot II} = M_{col II} + Q_{col II}  H_r = 487,52 + 59,11,8 = 593,9 кН  м;

Расчетное сопротивление грунта основания условного фундамента в уровне его подошвы определим по формуле (7) СНиП 2.02.01-83:

.

Принимаем: _c1 = 1,4 для песка мелкого _c2 = 1; k = 1; _{II 4} = 38; c_{II 4} = 2 кПа;

M_ = 1,44; M_q = 6,76; M_c = 8,88; _{II mt} = 10,01 кН/м³.

= 720,1 кПа.

Среднее давление P_{II mt} по подошве условного фундамента:

< R = 720,1 кПа.

Максимальное краевое давление P_{II max} :

310,14 < R = 720,1 кПа.

Для расчета осадки методом послойного суммирования вычислим напряжение от собственного веса грунта на уровне подошвы условного фундамента:

_zg,0 = 17,760,75 + 8,9 4,51 + 8,711,12 + 10,441,52 = 79,08 кПа.

Дополнительное вертикальное давление на основание от внешней нагрузки на уровне подошвы условного фундамента:

_{zp 0} = P₀ = P_{II mt} - _zg,0 = 219,42 – 79,08 = 140,34 кПа.

Соотношение сторон подошвы фундамента: .

Значения коэффициента  устанавливаем по табл.1 прил.2 СНиП 2.02.01-83.

Для удобства пользования указанной таблицей из условия: принимаем толщину элемента слоя грунта h_i = 0,2  b = 0,2  2,65 = 0,53 м.

Дальнейшие вычисления сводим в таблицу 11.

Определение осадки.

Таблица 11.

zi, м		zi + d, м		zp = P0, кПа	zg = zg,0 + + sb,i  ziт, кПа	0,2zg, кПа	Е, кПа
0	0	6,75	1	140,34	79,08	15,82	40000
0,53	0,4	7,28	0,971	136,31	84,61	16,92	40000
1,06	0,8	7,81	0,845	118,62	90,15	18,03	40000
1,59	1,2	8,34	0,678	95,10	95,68	19,14	40000
2,12	1,6	8,87	0,527	73,99	101,21	20,24	40000
2,65	2,0	9,4	0,41	57,47	106,75	21,35	40000
3,18	2,4	9,93	0,321	45,06	112,28	22,46	40000
3,71	2,8	10,46	0,257	36,01	117,81	23,56	40000
4,24	3,2	10,99	0,207	29,07	123,35	24,67	40000
4,77	3,6	11,52	0,171	23,94	128,88	25,78	40000
5,3	4	12,05	0,143	20,05	134,41	26,88	40000

На глубине H_c = 4,77 м от подошвы условного фундамента выполняется условие СНиП 2.02.01-83 (прил.2, п.6) ограничения глубины сжимаемой толщи основания (ГСТ):

_zp= 23,94 кПа  0,2_zg = 25,78 кПа,

поэтому послойное суммирование деформаций основания производим в пределах от подош вы фундамента до ГСТ

Рис.6 Расчетная схема распределения напряжений в основании свайного фундамента по оси Л-5

Осадку основания определяем по формуле:

= 0,00714 м = 0,71 см.

Условие S = 0,71 см < S_u = 8,0 см выполняется (значение S_u = 8,0 см принято по таблице прил.4 СНиП 2.02.01-83).