45. Определение размеров подошвы фундамента мелкого заложения.

Форма бывает любая (круглая, кольцевая, многоугольная, квадратная, прямоугольная, ленточная, табровая, крестообразная и более сложная форма), но, как правило, она повторяет форму опирающейся на нее конструкцию.

Площадь подошвы предварительно может быть определена из условия:

P_II ≤ R, где

P_II – среднее давление под подошвой фундамента от основного сочетания расчетных нагрузок при расчете по деформациям;

R – расчетное сопротивление грунта основания, определяемое по формуле СНиП.

Рис. 10.12. Расчетная схема центрально нагруженного фундамента.

Реактивная эпюра отпора грунта при расчете жестких фундаментов принимается прямоугольной. Тогда из уравнения равновесия:

Сложность в том, что обе части выражения содержат искомые геометрические размеры фундамента. Но в предварительных расчетах вес грунта и фундамента в ABCD заменяют приближенно на:

, где

γ_m – среднее значение удельного веса фундамента и грунта на его уступах; γ_m=20 кН/м³;

d – глубина заложения фундамента, м.

- необходимая площадь подошвы фундамента.

Тогда ширина подошвы (b):

а) в случае ленточного фундамента; A=b·1п.м.:

б) в случае столбчатого квадратного фундамента; A=b²:

в) в случае столбчатого прямоугольного фундамента:

- задаемся отношением длины фундамента (l) к его ширине (b) (т.к. фундамент повторяет очертание опирающейся на него конструкции). Отсюда:

в) в случае столбчатого круглого фундамента:

b = D – диаметр фундамента.

После предварительного подбора ширины подошвы фундамента b=f(R_o) необходимо уточнить расчетное сопротивление грунта – R=f(b, φ, c, d, γ).

Зная точное R. Снова определяют b. Действия повторяют, пока два выражения не будут давать одинаковые значения для R и b.

После того. Как был подобран размер фундамента с учетом модульности и унификации конструкций проверяют действительное давление на грунт по подошве фундамента.

Рис.

Чем ближе значение P_II к R, тем более экономичное решение.

Этой проверкой мы проверяем возможность расчета по линейной теории деформации грунта.

Если условие не соблюдается, тогда расчет необходимо вести по нелинейной теории, что значительно его осложняет.

46.Основные типы свай.

Ф.14.1. Когда возникает необходимость устройства свайных фундаментов?

Необходимость устройства свайных фундаментов возникает, если верхние слои грунтов являются слабыми, малопрочными и сильносжимаемыми, то есть они являются малопригодными для устройства на них фундаментов мелкого заложения без улучшения свойств грунтов. Сваи передают нагрузки от сооружения на нижние, как правило, более уплотненные и прочные слои грунта. Свайные фундаменты применяются, если они являются в рассматриваемых условиях более экономичными и индустриальными.

Ф.14.2. Что называется сваей?

Сваей называется стержень, погружаемый в готовом виде в грунт или изготовленный непосредственно в скважине в грунтовом массиве. Свая передает нагрузку на основание как нижним торцом, так и трением, возникающим по ее боковой поверхности при перемещении.

Верхняя часть сваи называется головой, нижний конец ее ограничивается острием. Между ними находится тело сваи, ограничиваемое ее боковой поверхностью.

Все известные сваи классифицируются по трем признакам:

1) По материалу: железобетонные, бетонные, металлические, деревянные;

2) По способу заглубления в грунт:

а) забивные железобетонные, деревянные и стальные, погружаемые в грунт без его выемки с помощью молотов, вибропогружателей, вибровдавливающих и вдавливающих устройств, а также железобетонные сваи-оболочки;

б) сваи-оболочки железобетонные, заглубляемые вибропогружателями с выемкой грунта и заполняемые частично или полностью бетонной смесью;

в) набивные бетонные и железобетонные, устраиваемые в грунте путем укладки бетонной смеси в скважины, образованные в результате принудительного вытеснения грунта;

г) буровые железобетонные, устраиваемые в грунте путем заполнения пробуренных скважин бетонной смесью или установки в них железобетонных элементов;

д) винтовые;

3) По условиям взаимодействия с грунтом:

а) сваи-стойки, передающие нагрузку на грунт нижним концом и опирающиеся на скальные или малосжимаемые прочные грунты. К малосжимаемым грунтам относятся крупнообломочные грунты с песчаным заполнителем средней плотности и плотные, а также глины твердой консистенции в водонасыщенном состоянии с модулем деформации E  50 МПа (рис.Ф.14.8,а);

б) висячие сваи, опирающиеся на сжимаемые грунты и передающие нагрузку на грунты основания боковой поверхностью и нижним концом (рис.Ф.14.8,б).

Рис.Ф.14.8. Схемы передачи нагрузки на основание

Ф.14.9. Как различают сваи по характеру работы в грунте?

Сваи по характеру передачи нагрузки на грунт подразделяются на сваи-стойки и висячие сваи (см.рис.Ф.14.8). Сваи-стойки прорезают толщу слабых или недостаточно прочных грунтов и опираются на прочные грунты скальные, полускальные, крупнообломочные, плотные песчаные грунты, глинистые грунты твердой консистенции.

Свая-стойка всю свою нагрузку передает через нижний конец, так как при малых ее перемещениях  осадках не происходит мобилизации сил трения по боковой поверхности. Свая-стойка работает как сжатый стержень в упругой среде. Ее несущая способность определяется прочностью самого материала на сжатие и сопротивлением грунта под нижним концом  острием.

К висячим сваям относятся сваи, опирающиеся на сжимаемые грунты. Они имеют перемещения под воздействием нагрузок значительно большие, чем сваи-стойки, при этом в работу включаются силы трения, возникающие по боковой поверхности. У висячих свай нагрузка передается основанию не только через нижний конец, но и боковой поверхностью. Нагрузка на такую сваю определяется суммой этих двух воздействий. Таким образом, висячая свая отличается от сваи-стойки тем, что передает нагрузку от веса сооружения не только своим нижним концом, но и боковой поверхностью.

Свая-стойка подобна колонне, которая опирается на несжимаемый грунт и поэтому ее несущая способность определяется только размером ее поперечного сечения. Висячая свая под действием нагрузки перемещается относительно окружающего сжимаемого грунта, при этом на ее боковой поверхности возникает трение, которое оказывает сопротивление внедрению сваи в грунт. Поэтому несущая способность висячей сваи зависит как от площади поперечного сечения, так и от площади боковой поверхности сваи.

Ф.14.10. Как подразделяются сваи по условиям их изготовления?

По условиям изготовления сваи подразделяются на:

1) предварительно изготовленные на заводе или полигоне и затем погружаемые в грунт;

2) сваи, изготовляемые непосредственно в грунте.

Ф.14.11. Какие материалы используются для изготовления свай?

Основным материалом являются бетон и железобетон. Сваи изготавливаются также из дерева, металла, асбоцемента. Возможно комбинирование из этих материалов по длине сваи. Например, применение дерева для части сваи, располагающейся ниже уровня грунтовой воды, и бетона в зоне переменного увлажнения.

Классификация свай и свайных фундаментов.

Основные элементы свайных фундаментов

С вайный фундамент состоит из свай, объединенных в верхней части балкой или плитой, именуемыми ростверком. Ростверк служит для распределения нагрузки, передаваемой сооружением на сваи. Головы свай обычно заделывают в ростверк. Однако свайный фундамент может состоять и только из одной сваи, которая будет являться продолжением колонны наземной конструкции. Нижняя поверхность ростверка называется его подошвой. Глубиной заложения свайного фундамента называется расстояние от поверхности грунта до плоскости, проведенной через острие свай.

Свайные фундаменты с низким и высоким ростверками:  а,б - свайный фундамент с низким роствером; в - свайный фундамент с высоким ростверком