Раздел IV. Определение размеров конструктивных элементов свайного фундамента и разработка его конструкций.

4.1, 4.2. Назначение предварительной глубины заложения ростверка d_p его высоты h_p и решение надростверковой конструкции (стеновой части фундамента). Выбор вида свай, их длины и поперечного сечения.

Принимаем планировочную отметку +149,80м. Из конструктивных особенностей здания отметка верха ростверка +148,2м, d_p=2,1м. Высоту ростверка принимаем h_p=0.5м. Учитывая заглубление сваи в опираемый слой не менее 3м. по СНиП^[5], выбираем сваю С50.30 сечением 30х30см. длиной 4м. Рабочая длина сваи 3,9м., свая заглублена в III слой – песок средней плотности, средней крупности на 3,8м.

4.3. Определение расчетной несущей способности грунта основания одиночной сваи (несущей способности сваи по грунту) F_d и расчетной нагрузки на сваю Р_св

Расчетной нагрузки на сваю Рсв определяется по формуле:

, где

=1.4 - коэффициент надежности

- несущая способность сваи, определяется по формуле:

, где

=1- коэффициент условия работ сваи в грунте

- коэффициенты работы грунта соответственно под нижним концом и боковой поверхностью сваи

- расчетное сопротивление грунта под острием сваи при глубине погружения нижнего конца сваи на 6м по таблице 1^[5]

=0.3×0.3=0.09м²- площадь поперечного сечения сваи,

=0.3×4=1.2м. - наружный периметр поперечного сечения сваи,

- расчетное сопротивление -го слоя грунта основания на боковой поверхности сваи, принимаемое по таблице 2^[4],

- высота -го участка , не более 2м.

Для слоя II – супесь твердая:

Таблица 11

Средняя глубина расположения слоя грунта zi, м.	Расчетное сопротивление -го слоя грунта основания на боковой поверхности забивной сваи , кПа
	IL=0,2	IL=-0,52	IL=0,3
2	42		30
2,15		49,22
3	48		35

Для слоя III – песок средней плотности, средней крупности:

Таблица 12

Средняя глубина расположения слоя грунта zi, м.	Расчетное сопротивление -го слоя грунта основания на боковой поверхности забивной сваи , кПа
3	48
3,2	49
4	53

Для слоя III – песок средней плотности, средней крупности:

Таблица 13

Средняя глубина расположения слоя грунта zi, м.	Расчетное сопротивление -го слоя грунта основания на боковой поверхности забивной сваи , кПа
5	56
5,1	56,2
6	58

Тогда несущая способность сваи будет:

Расчетная нагрузка на сваю:

_.

4.4. Определение необходимого числа свай в свайном фундаменте, размещение их в плане, определение плановых размеров ростверка и его высоты

4.4.1 Для стены 1 (внешняя стена)

Необходимое число свай определяется по формуле:

n= , где

N¹_I =441,6 кН - нагрузка по первому предельному состоянию по Таблице 1;

- сторона сваи;

h=2,9м – высота ростверка и надростверковой подземной конструкции, нагрузка от которых не вошла в расчет при определении N1;

ср=20 – средний удельный вес грунта и бетона над ростверком

Тогда требуемое количество свай будет:

n= =1,26 сваи на пог. м

Определяем расстояние а между осями свай.

а= =0,79м

Сваи в составе фундамента должны размещаться на расстоянии, равном(3… 6) d между их осями. Очевидно, что наиболее экономичным был бы ростверк с однорядным расположением свай при расстоянии а между их осями, равном 3d=0,9 м. Но, так как полученное значение а=0,79 м < 0,9 м, приходится принимать двухрядное расположение свай, с тем, чтобы расстояние между соседними сваями одного и другого рядов составляло 3d=0,9 м, а по длине ростверка –0,79 м. При этом расстояние С_р между рядами свай определяется из треугольника abc (рис. 10.2).

С_р= = =0,43 м.

Расстояние от внешней грани вертикально нагруженной сваи до края ростверка принимается равным 0,3d + 5 см при двухрядном размещении свай (d – в см), но не менее 10 см. Исходя из этого, получаем ширину ростверка (рис. 10.2):

bp= С_р+d+2*(0,3*d+5) =0,43+0,3+2*(0,3*30+5)=1,0м.

Итак, полученные размеры ростверка составляют: ширина b¹p=1,0 м, высота hp=0,5 м.

4.4.2 Для стены 2 (внутренняя стена)

Необходимое число свай определяется по формуле:

n= , где

N²_I =650,4 кН - нагрузка по первому предельному состоянию по Таблице 1;

- сторона сваи;

h=2,9м – высота ростверка и надростверковой подземной конструкции, нагрузка от которых не вошла в расчет при определении N1;

ср=20 – средний удельный вес грунта и бетона над ростверком

Тогда требуемое количество свай будет:

n= =1,87 сваи на пог. м

Определяем расстояние а между осями свай.

а= =0,54м

Принимаем двухрядное расположение свай. При этом расстояние СР между рядами свай определяется из треугольника abc (рис. 10.2).

С_р= = 0,72 м.

Расстояние от внешней грани вертикально нагруженной сваи до края ростверка принимается равным 0,3d + 5 см при двухрядном размещении свай (d – в см), но не менее 10 см. Исходя из этого, получаем ширину ростверка (рис. 10.2):

bp= С_р+d+2*(0,3*d+5) =0,72+0,3+0,28=1,3м.

Итак, полученные размеры ростверка составляют: ширина b²p=1,3 м, высота hp=0,5 м.

4.5. Проверка допустимости фактической нагрузки, передаваемой на сваю.

_{4.5.1 Для стены 1}

_{1. Нагрузку на сваю можно найти из формулы:}

_{, где}

- нагрузка от здания, рассчитанная по первому предельному состоянию;

Вес ростверка Q_р=1,0·1·0,5·24=12 кН;

Вес надростверковой конструкции Qнк (одного пог. м стены подвала) из 3х блоков ФБС24.4.6, одного доборного блока ФБС 24.4.3 и одной кирпичной кладки, высотой 8см:

Qнк=0,4*22(0,6*3+0,3)+0,08*0,4*17=19,0кН;

Общий вес Q ростверка и надростверковой конструкции:

Q=Q_р+Qнк=12+19,0=31,0кН;

При вычислении Qнк приняты удельные веса: бет =22 , _кирп=17кН/м³

Вес грунта на внешнем обрезе ростверка G_гр= (1,0-0,4)/2*1,6* _ср

где _ср - средний удельный вес засыпки пазухи :

_ср = = =18,23

Gгр=0,3*1,6*18,23=8,75кН.

Пригрузка внутреннего обреза ростверка бетонным полом подвала G_п

Gп=0,3·0,2·1·22=1,32 кН.

Общий вес G пригрузки ростверка грунтом и полом подвала:

G=Gгр+Gп=8,75+1,32=10,07кН. - вес фундамента

Тогда нагрузка на сваю будет:

=389,6кН

_{2. Несущая способность сваи}

_Рсв=393 кН

389,6<393=Р_{св, следовательно, проверка выполняется и фундамент экономичен.}

_{4.5.2. Для стены 2 (внутренняя стена)}

_{1. Нагрузку на сваю можно найти из формулы:}

_{, где}

- нагрузка от здания, рассчитанная по первому предельному состоянию;

Вес ростверка Q_р=1,3·1·0,5·24=15,6 кН;

Вес надростверковой конструкции Qнк (одного пог. м стены подвала) из 3х блоков ФБС24.4.6, одного блока ФБС 24.4.3 и одной кирпичной кладки высотой 8см:

Qнк=0,4*22(0,6*3+0,3)+0,08*0,4*17=19,0кН;

Общий вес Q ростверка и надростверковой конструкции:

Q=Q_р+Qнк=15,6+19,0=34,62кН;

При вычислении Qнк приняты удельные веса: бет =22

Вес грунта на внешнем обрезе ростверка G_гр= 0

Пригрузка внутреннего и внешнего обрезов ростверка бетонным полом подвала G_п

Gп=0,3·0,2·1·22*2=2,64 кН.

Общий вес G пригрузки ростверка грунтом и полом подвала:

G=Gгр+Gп=0+2,64=2,64 кН. - вес фундамента

Тогда нагрузка на сваю будет:

=373,7кН

_{2. Несущая способность сваи}

_Рсв=393 кН

373,7< 393=Р_{св, следовательно, проверка выполняется и фундамент экономичен.}

_{4.6. Определение среднего вертикального давления p под подошвой условного фундамента и проверка выполнения условия p<R}

_{4.6.1. Определение среднего давления р под подошвой условного фундамента.}

_{Для вычисления р необходимо определить площадь подошвы условного ленточного фундамента Аусл и нагрузки, передающиеся на эту площадь от собственного веса всех элементов, входящих в объем условного фундамента, а также и от сооружения (рис. 10.1 и 10.2).}

_{а) Площадь условного ленточного фундамента:}

A_ycл=b _усл* 1 пог м= b _усл=С_р+2* +2*l_cB*tg , где

ср - среднее значение угла внутреннего трения грунтов, залегающих в пределах рабочей длины сваи lсв=3,9 м.

_ср=

_ср= =19,48 _ср/4=4,87 tg4,87 =0,085

Для стены 1 (внешняя стена)

b ¹_усл=0,43+2*0,3/2+2*3,9*0,085=1,4м А¹_усл=1,4м²

Для стены 2 (внутренняя стена)

b ²_усл=0,72+2*0,3/2+2*3,9*0,085=1,68м А²_усл=1,68м²

б) Объемы условного фундамента, всех входящих в него конструктивных элементов и грунта (рис. 10.1):

- условного фундамента: Vусл=Аусл*h_усл ; V¹усл=1,4*6=8,4м³; V²усл=1,68*6=10,08м³

- ростверка: V¹p=1,0*0,5*1=0,5м³ ; V²p=1,3*0,5*1=0,65м³

- части стены подвала, расположенной ниже верха условного фундамента (ниже отметки DL): Vчсп= 0,4*1,6*1=0,64м ;

- части пола подвала (справа от стены подвала): V¹чпп=(1,4-0,4)/2*0,2*1=0,1м³ ; V²чпп=(1,68-0,4)*0,2*1=0,256м³

- части подвала, примыкающего к стене и ограниченного справа стороной условного фундамента: V¹чп=0,5*1,4*1=0,7м³ ; V²чп=1,28*1,4*1=1,792м³

- грунта: Vгр.усл.=Vусл-Vр-Vчсп-Vчпп–Vчп

V¹гр.усл.=8,4-0,5-0,64-0,1-0,7=6,46м³; V²гр.усл=10,08-0,65-0,64-0,256-1,792=6,742м³

Объем свай не вычитается из объема Vусл. При подсчете веса грунта в условном фундаменте Gгр.усл. не учитывается увеличение его удельного веса _ср^упл за счет уплотнения при забивке свай. Принимается, что G_{гр усл}=V_{гр усл}* _ср (V_{гр усл}-V_св)* _ср^упл

в) Нагрузки от собственного веса всех составных частей условного фундамента и от сооружения:

- ростверка и всей надростверковой конструкции, то есть всей стены подвала, включая ее часть, расположенную выше отметки DL:

Q=Qp+Qнк: Q¹=31кН ; Q²=34,62кН

- части пола подвала Qчпп=Vчпп* _б; Q¹чпп=0,1*22=2,2кН; Q²чпп=0,256*22=5,632кН

- свай (n¹=1,26; n ²⁼ 1,86 сваи с рабочей длиной lсв=3,9 м, из которых 3,8 м – в водонасыщенном грунте): Q¹св=0,3²*3,9*24*1,26 =10,61 кН; Q²св=0,3²*3,9*24*1,86=15,67кН

- грунта в объеме условного фундамента: Qгр=Vгр.усл.* _{II ср усл}; II ср усл= = =10,35кН/м3

II 3= =5,69кН/м3

G

G¹_гр= 6,46*10,35=66,86кН; G²_гр=6,742*10,35=69,78кН

г) Среднее давление р под подошвой условного фундамента

p=

р¹ = = 341,9кПа ; р²= =397,4кПа

4.6.2 Вычисление расчетного сопротивления R по формуле (7) СНиП [6] для песка средней крупности, средней плотности (IIIслой), залегающего под подошвой условного фундамента.

,

а) Для стены 1

γ_с1=1,4; =1,15, =1,06; =5,26; =7,675; =1, k=1, , b_усл=1,4м

₃=5,69кН/м³, = _{ср усл}=10,35 кН/м³

=(0,5+3,9)+0,2*22/10,35=4,825м.

С_II=0

= 535,89кПа.

Условие p≤R выполняется: 341,9 кПа<535,89 кПа.

б) Для стены 2

b_усл=1,68м

=538,6кПа

Условие p≤R выполняется: 397,4 кПа<538,6 кПа.