Определение расчетных характеристик физического состояния грунтов

    А - площадь поперечного сечения  сваи;

    R - расчетное сопротивление сваи под нижним концом сваи, принимаемое по табл. 1 /4/ в зависимости от типа грунта, характеристик его физического состояния, а также от глубины расположения нижнего конца сваи (Z_k);

    U - периметр поперечного сечения сваи;

    f_i - расчетное сопротивление i-того слоя грунта основания на боковой поверхности сваи, принимаемое по табл. 2 /4/ в зависимости от типа грунта, характеристик его физического состояния, а также от глубины расположения i-того слоя грунта;

    h_i - толщина i-того слоя грунта, соприкасающегося с боковой поверхностью.

    Несущую способность сваи по грунту определим  с использованием табличных характеристик  грунта п.4.2. /4/:

                                            при Z_R = 8.00 м              R = 5348,33 кПа;

                                            при Z₁ = 2.955 м             f₁ = 48 кПа;

                                            при Z₂ = 4.51 м               f₂ =  13 кПа;

                                            при Z₃ = 6.26 м               f₃ =  14,07 кПа;

                                            при Z₄ = 7.305 м             f₃ =  58,6 кПа;

    Коэффициенты  условия работы для забивных свай:

    g_CR = 1;    g_cf = 1;   g_с = 1.

    Площадь поперечного сечения А = 0.16 м², периметр U = 1.6 м.

    Несущая способность сваи по грунту:

   F_d=

кН

    Таким образом, несущая способность сваи F_d = 1109 кН. 

    Рис.3.2. Расчетная схема к определению  несущей способности сваи

3.4. Определение количества свай в ростверке, конструирование ростверка 

    3.4.1. Определение количества  свай в ростверке  для отдельно стоящих  фундаментов. 

    Количество  свай в ростверке отдельно стоящего фундамента под колонны определяется по формуле:

    

,

    где N_IF - расчетная нагрузка на уровне подошвы ростверка, которую на начальном этапе расчета допускается принимать без учета веса фундамента, ростверка и грунта на его уступах, т.е. N_IF = N_0I;

g_k - коэффициент надежности, принимаемый по СТБ 2.02.03-85. γ_k =1.4 – если несущая

способность определяется расчётом.

    

- принимаем 5 свай.

    3.4.2. Конструирование  ростверка

 

    При проектировании окончательных размеров ростверка выполняем следующие  конструктивные требования:

    - для  отдельно стоящих фундаментов  сваи располагаем симметрично.

    - расстояние  между осями свай принимаем  не менее 3d и не более 6d, где d – сторона поперечного сечения сваи.

    - размеры  ростверка в плане принимаем  кратными 300мм;

    Армирование ростверка и подколонника выполняем  с учётом рекомендаций пособия по проектированию железобетонных ростверков свайных фундаментов. Рабочую арматуру устанавливаем:

    - по  подошве ростверка в виде сварных  сеток. Диаметр стержней определяется  расчётом на продавливание, но  не менее 12мм;

    - у  наружных граней стакана в  виде арматурных каркасов. Диаметр  продольных(вертикальных) стержней  принимаем не менее 12мм, горизонтальных  – 8мм.

    Минимальные свесы ростверка за наружными гранями свай при трехрядном расположении свай a₁ = 0,3·40+ 5 см = 17 см (при n=3 – число рядов свай).

    Общие размеры ростверка:

    b = 1700+200·2+170·2=2440мм;

                                                    l = 1700+200·2+170·2=2440мм

    Полученные  размеры больше размеров подколонника - 1200x1500мм. Высоту ростверка с учётом жёсткой заделки сваи принимаем 0,5м.

    Схема сконструированного ростверка и  расположение свай показано на рис.3.4.

      Рисунок 3.4 Схема конструирования ростверка.

    3.4.3.     Проверка несущей  способности запроектированного  фундамента

 

    Вес фундамента и грунта на его уступах  определяем с учетом коэффициентов надежности по нагрузке g_f = 1,1 (для бетона) и g_f = 1,15 (для грунта). 

Полная нагрузка на уровне подошвы  ростверка (на 1 м ростверка):

    N_IF = 3600 + 328,144 = 3928,144 кН.

    М_1F = M₀₁ = 180кНм;

    Определяем  нагрузку на крайнюю сваю в направлении  действии момента.

    Максимальное  усилие, передаваемое на сваи:

    

кН

    Должно  выполняться условие:

                                                        

                                                             (3.3)

    

кН  <  кН  -  выполняется.

                                                          

    

кН  <  кН  -  выполняется. 

    Таким образом, максимальная нагрузка на сваю не превышает ее несущей способности. Следовательно, ростверк сконструирован правильно.

4. Расчет осадки свайного фундамента

 

    3.5.1. Определение размеров  условного фундамента 

    Рассмотрим  условный фундамент глубиной заложения  равной глубине погружения нижнего  конца сваи и размерами в плане  ограничиваемыми наклонными, выходящими от наружных граней свайного куста под углом к вертикали , угол j_II,mt представляет собой осредненное расчетное значение угла внутреннего трения грунта, определяемое по формуле:

                                                                

,                                              (3.4)

где j_II,i - расчетное значение угла внутреннего трения i-того слоя, прорезаемого сваей;

    h_i - толщина прорезаемого сваей i-того слоя.

    

       

    Размеры условного фундамента в плане:

    

,

где b_y - ширина подошвы условного фундамента;

                                        ,

где l_y - длина подошвы условного фундамента;

      h   - расчетная длина сваи.

      Рис. 3.4. Определение размеров условного  фундамента

3.5.2. Проверка давления  под подошвой условного  фундамента. 

    Расчетное сопротивление грунта основания  R: 

    

    Средневзвешенное  значение удельного веса грунта выше и ниже подошвы фундамента определяется по формуле:

    

,

где h_i - расчетная толщина слоев ниже и выше подошвы фундаментов соответственно.  

    

кН/м³ 

    

 кН/м³ 

По таблице 4 [2] определяем коэффициенты 

, , . 

кПа

    Полная  нагрузка на основание условного  фундамента: 

    

,

где  N_II - расчетная нагрузка по II группе предельных состояний на уровне обреза фундамента;

    G_II,p - вес конструкции фундамента и ростверка;

    G_II,св - вес свай;

    G_II,гр - вес грунта в объеме условного фундамента.

    

кН

    

кН

кН 

    N_II,y = 3400+ 152,179+ 118,272 + 223,376 = 3893,827кН 

    Выполняем проверку давления под подошвой условного  фундамента:

    

кПа  <  R_y = 588.871 кПа,

где  А_у - площадь подошвы условного фундамента; А_у = 2,617х2,617=6,849 м²;

       R_y - расчетное сопротивление грунта основания по подошве условного фундамента. 

          
 
 
 
 
 
 

3.5.3. Определение осадки свайного фундамента 

    Т.к. ниже подошвы условного фундамента на глубину более 4b_y залегают однородные грунты, осадку фундамента допускается определять методом эквивалентного слоя.

    В этом случае осадка фундамента определятся  по формуле:

    

,

    где A_vw - коэффициент эквивалентного слоя, принимаемый в зависимости от типа грунта, размеров и формы подошвы условного фундамента;

    b_y - ширина условного фундамента;

    m_v - относительный коэффициент сжимаемости;

    p_o - дополнительное давление на уровне подошвы условного фундамента. 

    Относительный коэффициент сжимаемости в рамках курсового проекта допускается принимать:

    

,

    где Е - модуль общей деформации грунта,

    

,

    где n - коэффициент бокового расширения грунта.

    

    

    Природное давление грунта на уровне подошвы  фундамента: 

    s_zg,F = 8,72*1,11+18,5*3,5+19,3*0,99 = 93,536 кПа; 

    Среднее давление под подошвой фундамента    Р = 561,628кПа 

    Р_о = 561,628 – 93,536 = 468,092 кПа 

    Осадка  фундамента: 

    

м = 5,9 см  <  S_u = 8 см 

    3.6. Подбор сваебойного оборудования и определение отказа сваи. 

    Вес сваи  кН=2,304 т. 

    Расчётная нагрузка на сваю   кН 

    Определим требуемую минимальную энергии  удара молота для забивки свай: 

    Eh = 0,045N =

кДж 

    По  приложению 5 методических указаний выбираем трубчатый дизель-молот С-949. Его наибольшая энергия удара Ea = 38 кДж, масса молота 5,8 т., молот работает с частотой 50 ударов в минуту. Наибольшая высота подъема части 2,8 м. Проверяем, удовлетворяет ли выбранный тип молота условию:

    

,

    где  m₁ - масса молота;