2.7 Проверка прочности слабого подстилающего слоя основания

Если в пределах сжимаемой толщи основания, определенной в предыдущем пункте, залегает слой грунта, расчетное сопротивление Roкоторого меньше, чем Roу несущего слоя грунта, находящегося непосредственно под подошвой фундамента, принятые размеры подошвы фундамента должны

быть дополнительно проверены по условию

σzp+ σzg≤ Rz ,(2.17)

где σzp — дополнительное напряжение на глубине z от подошвы фундамента (на уровне кровли слабого подстилающегослоя, кПа;

σzg — вертикальное напряжение от собственного веса на той же глубине z, кПа;

Rz— расчетное сопротивление слабого грунта на глубине z, кПа, определяемое по формуле (4.8) для условного фундамента шириной bz(рис. 4.7),

(4.21)

здесь NII — вертикальная нагрузка, передаваемая фундаментом наоснование;

l и b— соответственно длина и ширина проектируемого фундамента, м.

Для квадратного фундамента ширину bzусловно определяют по формуле:

(4.22)

Для ленточных фундаментов bzопределяется по формуле:

(4.23)

Дополнительное напряжение σzpи напряжение от собственного веса грунта σzqможно взять непосредственно израсчета осадки, выполненного в п. 4.4.5.

2.8. Проектирование свайного фундамента

Проектирование свайных фундаментов производится всоответствии с требованиями СНиП 2.02.03-85 [8].

Свайный фундамент состоит из свай и ростверка. Свайныефундаменты применяются при слабых грунтах или вследствиетехнико-экономических преимуществ (быстрота производстваработ, экономичность и другие). Для промышленного и гражданского строительства выбираются, в основном, свайныефундаменты с низким ростверком.

Сваей называется стержень, погруженный в готовом видев грунт или изготовленный непосредственно в скважине вгрунтовом массиве. Свая передает нагрузку на основаниекак нижним торцом, так и трением, возникающим по еебоковой поверхности при перемещении.

Верхняя часть сваи называется головой.

Растверкомназывается балка или плита, объединяющая группу свай в единый фундамент. Растверк служит дляраспределения нагрузки, передаваемой сооружением на сваи.

Расчет свайных фундаментов производится по двумгруппам предельных состояний. По первой группе — расчетнесущей способности сваи и проверка прочности свай иростверков. По второй группе — расчет по деформациямсвайных фундаментов.

2.8.1. Выбор типа, длины и сечения свай

Тип свай, их длина, размер поперечного сечения назначаются исходя из конкретных инженерно-геологических условий строительной площадки. При выполнении курсовогопроекта рекомендуется выбирать типовые забивные железобетонные сваи по справочникам, специальному альбому, имеющемуся на кафедре, или согласно табл. 5.7 приложения.

В практике жилищного и промышленного строительстванаиболее часто применяются сваи с сечением 25 х 25 и 30 х 30 см. При назначении длины свай следует иметь в виду, что почти всегда экономически целесообразен фундамент сменьшим числом более длинных свай, чем фундамент сбольшим числом коротких свай.

Длина сваи определяется глубиной залегания несущегослоя грунта и отметкой заложения подошвы ростверка.

Нижний конец сваи рекомендуется заглублять в несущийслой грунта на 1÷1,5 м. (Рис. 4.8).

2.8.2. Предварительное определение глубины заложенияи толщины плиты ростверка

При назначении глубины заложения подошвы свайногоростверка необходимо учитывать вид и состояние грунтовстроительной площадки, положение уровня грунтовых вод, конструктивные особенности сооружения (например, наличие подвала и т.д.).

Глубина заложения свайного ростверка в непучиниетыхгрунтах назначается независимо от глубины промерзания(не менее 0,5 м от поверхности планировки), в пучинистыхгрунтах — ниже расчетной глубины промерзания не менеечем на 0,25 м.

В промышленных и гражданских зданиях обрез ростверкапринимается на I5...20 см ниже уровня отметки пола. Толщина ростверка должна быть не менее 40 см. Окончательная еготолщина определяется проверочным расчетом на изгиб илина продавливание головами свай. Величина заделки головы

железобетонной сваи в ростверке составляет:

а) при отсутствии горизонтальных нагрузок на фундамент — не менее 5...10 см. При этом заделка выпусков арматуры в ростверк необязательна;

б) при наличии горизонтальных нагрузок на фундамент-

не менее поперечного сечения сваи или на 5...10 см с обязательным выпуском в ростверк арматуры периодическогопрофиля на длину 25 ее диаметров.

2.8.3. Определение расчетного сопротивления сваи (Расчет свайного фундамента по I группе предельный состояний)

Расчетное сопротивление сваи (допустимая нагрузка на сваю) определяется по прочности материала и прочности грунта. Для дальнейших расчетов принимается меньшее полученное как правило, значение. Расчета висячих свай по материалу, как правило не требуется, так как его результат обычно больше, чем по грунту [5].

Расчетное сопротивление висячей сваи по грунту определяем по формуле:

(4.24)

В качестве примера на рис. 4.9 дана расчетная схема дляопределения расчетного сопротивления сваи.

Примечания. 1. В случаях, когда значения R указаны дробью, числитель относится к пескам, знаменатель — к пылевато-глинистымгрунтам.

2. Для плотных песков значения R увеличивается на 60%, но неболее, чем до R=20 МПа.

Острие сваи заводят в несущий слой: в пески средней крупности и крупные, средней плотности и плотные; глинистыегрунты при IL≤0,5. Слои грунта, прорезаемые сваей, делят наполоски толщиной не более 2 м. Так, например, третий слойделят на три части: верхнюю — толщиной по 2 м и нижнюю — 0,5 м. Вычисляют средние глубины ziдля каждого слоя, т.е. расстояния от поверхности грунта до середины полосок.

По табл. 4.11 определяют fiв зависимости от величины ziи характеристик грунтов:

По табл. 4.10 определяют R, в зависимости от zoи характеристик грунта. Полученные значения подставляют в формулу (4.24) и вычисляют F. Определяют количество свай:

(4.25)

где ΣN1 — сумма внешних расчетных вертикальных нагрузок, приведенных к подошве плиты ростверка;

η — коэффициент, учитывающий работу свай при наличии момента внешних сил в уровне подошвы ростверка и принимаемый равным 1,1...1,2.

Если на фундамент действует только осевая сжимающая нагрузка, то η=1.

Полученное количество округляют до целого числа свай в кусте, удобного для размещения и забивки — nс.ф.

При необходимости изменяют количество свай, принимая их других размеров, что ведет к увеличению или уменьшению F.

После определения числа свай производят размещение их в плите рядами или в шахматном порядке. Размещая сваи по площади ростверка, необходимо стремиться к сокращению его размеров дo конструктивного минимума. Это достигается правильным выбором порядка размещения и установлением минимальных (не менее 3d; d — поперечный размер сваи) расстояний между осями свай. Под ленточными ростверками (фундаменты под стены) сваи рекомендуется располагать в

один или два ряда (рис. 4.9).

При определении размеров ростверка расстояние от оси крайнего ряда свай до края плиты принимают равным не менее 0,7 d.

После размещения свай и конструирования ростверка (рис. 4.10) находят фактический вес ростверка и грунта на его уступах Nф, определяют фактическое давление на каждую сваю Рф.

Для центрально нагруженного свайного фундамента проверяют условие:

(4.26)

Для внецентренно нагруженного свайного фундамента:

(4.27)

гдеy —расстояние от центра тяжести свайного поля до ряда свай, в котором определяется давление на сваю, м;

yi— расстояние отдельного ряда свай относительно центрасвайного поля.

При этом расчетная нагрузка на одну сваю не должнаотклоняться от ее несущей способности F более чем на10–15%.

Если условие проверки выполняется, то расчет несущейспособности свайного фундамента считается законченным.

В противном случае необходимо изменить длину свай илиих число в фундаменте и повторить расчет.

2.8.4. Проверка давления в основании свайного фундаментакак условно - массивного

(Расчет свайного фундамента по II группе предельных состояний)

При расчете осадок свайный фундамент принимают условно как массивный с подошвой, расположенной на уровнеконцов свай (рис. 4.9). Перед определением осадки проверяют прочность основания фундамента в уровне острия сваи.

Положение граней 1; 2 и 3; 4 условного массивного фундамента определяют используя средневзвешенное значениерасчетного угла внутреннего трения ϕср.

(4.28)

где ϕ1, ϕ2,..., ϕn — расчетные значения углов внутреннего трения грун-

та в пределах соответствующих участков сваи h1, h2,..., hn;

(рис4.9)

Определяют ширину byдлину lyи площадь Ayусловногофундамента 1, 2, 3, 4.

Например, согласно рис. 4.9,

Расчетом проверяют условие

где ΣNII — сумма расчетных нагрузок (по деформациям) в плоскости подошвы свайного фундамента, кН;

Aу— площадь подошвы условного массива, м;

R — расчетное сопротивление грунта основания условного

фундамента в уровне острия сваи, кПа (см. формулу (4.8) при d1=zo; b=by).

(4.30)

NУII — вес условного фундамента в объеме свайно-грунтового

массива 1; 2; 3; 4. Приближение NyII=γcp·Z0+Ay.

2.8.5. Расчет свайного фундамента по деформациям

Расчет осадок свайных фундаментов и их оснований производится следующими методами:

1. Методом послойного суммирования (метод СНиП2.02.01-83*).

2. Методом, рекомендованным [8] для расчета ленточныхсвайных фундаментов.

Студент, в зависимости от наличия в его распоряжениилитературы, может выполнять расчеты любым методом.

Комплексный пример расчета свайного фундамента данв учебном пособии [6, с. I72–177].