Основания и фундаменты в строительстве

5. Определение несущей способности  висячей сваи по сопротивлению грунта

 

Вертикальная  привязка сваи к грунтовым  условиям (см. рис.7).

 

Рисунок 7. Схема к определению несущей способности сваи:

  – расстояние  от поверхности  земли до середины  участка сваи  

Согласно  п. 4.2 [4] имеем

, где

  – коэффициент  условий работы  сваи в грунте;

А – площадь опирания сваи на грунт, м²; А = 0,3*0,3 = 0,09 м²;

и – периметр поперечного сечения сваи, u = 0,3*4 = 1,2 м;

, – коэффициенты условий работы грунта соответственно под нижним концом и на боковой поверхности сваи, учитывающие влияние способа погружения сваи на расчетные сопротивления грунта и принимаемые по табл.3 [4] (при погружении молотом);

R – расчетное сопротивление грунта под нижним концом сваи [4, табл. 1]:

при , _, ;

  – расчетное сопротивление  i-го слоя грунта основания на боковой поверхности сваи, кПа, принимаемое по табл.2 [4];

  – толщина i-го слоя грунта (мощностью не более 2-х м), соприкасающегося с боковой поверхностью сваи, м;

Расчет  силы трения по боковой  поверхности сваи (второе слагаемое формулы) приведен в табличной форме (см. табл. 4). 

Таблица 4. Расчет силы трения по боковой поверхности сваи. 

                                                                                                      

. 

Расчетное сопротивление сваи по грунту:

, где

  – коэффициент надежности, равный 1,4 (если несущая способность сваи определена расчетом);

Расчетное сопротивление сваи, уменьшенное на значение ее собственного веса (полезная несущая способность сваи):

, где

  – собственный вес сваи, кН:

, где

  – коэффициент  надежности по  нагрузке;

А = 0,09 м² – площадь поперечного сечения сваи, м²;

  – длина сваи без учета величины заделки сваи в ростверк;

  –  удельный  вес железобетона.

 

6. Определение количества свай.

1. Предварительное определение количества свай в фундаменте и их размещение при центральной нагрузке.

 

В первом приближении  число свай определяется как для центрально нагруженного фундамента без учета действующего момента. При центральной нагрузке усилия между сваями фундамента распределяются равномерно.

Количество  свай n с последующим округлением до целого числа в большую сторону:

, где

  – максимальное  расчетное усилие  из табл.1;

для средней колонны  ;

для крайней колонны  ;

  – минимальное расстояние между осями свай, где

  – сторона сечения  сваи;

  – глубина заложения ростверка;

  – осредненный удельный вес бетона ростверка со стаканом и грунта на уступах ростверка;

  – коэффициент надежности по нагрузке; 

Для средней колонны:

;

Для крайней колонны:

. 

  Размещение свай  см. рис. 8.

 

2. Уточнение количества свай в фундаменте и  их размещение.

 

Рисунок 8. Схема к определению количества свай для фундамента:

а) средней колонны; б) крайней колонны 

Количество  свай:

, где

  – обобщенный  момент, где

, , – расчетные сочетания усилий с максимальной нормативной силой;

  – коэффициент, зависящий от числа рядов свай по оси X, где – число рядов свай по оси Х. 

Для средней колонны:

;

Для крайней колонны:

;

а – расстояние между осями крайних свай.

При свободном опирании ростверка на сваи согласно п.8.8 [5] d_m=0, тогда

;

Для средней колонны:

;

;

принимаем n = 8.

Для крайней колонны:

;

;

принимаем n = 4.

3. Проверка  усилий в сваях.

 

Усилие  в любой свае от основного и дополнительного  сочетаний нагрузок в плоскости действия момента :

, где

  – расстояние от оси сваи до оси У;

  – момент инерции свайного поля:

- для средней колонны:

;

- для крайней колонны:

;

  – вес ростверка:

- для средней колонны:

;

- для крайней колонны:

;

Усилие  в максимально  нагруженной свае:

, где

  – расстояние от ЦТ свайного поля до оси крайней сваи в направлении действия момента (см. рис. 7). 

Усилия  в сваях должны отвечать следующим  условиям:

, где

  – усилие в свае, кН.

Расчет  свайных фундаментов  проводится с учетом ветровых и крановых нагрузок, то нагрузку на крайние сваи допускается  повышать на 20%:

, где

  – продольное усилие в голове наиболее нагруженной сваи от невыгодного сочетания нагрузок, кН.

Для отрицательных значений должно выполняться условие:

. 

Усилие  в свае средней  колонны от I (основного) сочетания нагрузок: 

;

; 

;

; 

;

; 

;

; 

;

;

  кН;  
 
 

Усилие  в свае крайней  колонны от I (основного) сочетания нагрузок: 

;

; 

;

;

;

 

4. Определение степени использования  несущей способности  сваи.

 

Расчет  свайных фундаментов  производится с учетом ветровых и крановых нагрузок, поэтому для наиболее нагруженных свай:

;

При этом степень перегрузки свай (при δ < 0) не должна превышать 5 %, степень недогрузки (при δ > 0) допускается принимать не более 20 %.

Наиболее  нагруженная свая для средней колонны:

.

Наиболее  нагруженная свая для крайней колонны:

.

 

7. Расчет  конечной осадки свайного фундамента.

1. Определение размеров подошвы  условного фундамента

 

Расчет  свайного фундамента и его основания  по деформациям проводится как для условного  фундамента на естественном основании [4, п.6.].

Границы условного фундамента определяются:

- снизу – плоскостью, проходящей через нижние концы свай;

- с боков – вертикальными плоскостями, отстоящими от наружных граней крайних рядов вертикальных свай на расстояние ∆;

- сверху – поверхностью планировки грунта.

Рисунок 9. Схема к определению размеров условного фундамента. 

Размеры подошвы условного  фундамента:

;

;

;

- осредненное расчетное значение угла внутреннего трения в пределах высоты условного фундамента (рис. 9), где

  – расчетные значения углов внутреннего трения для отдельных пройденных сваями слоев грунта толщиной ; 
 

  – глубина погружения свай в грунт;

Для средней колонны:

;

;

Для крайней колонны:

;

;

2. Проверка  напряжений на уровне нижних концов свай

 

Давление  в грунте от нормативных  нагрузок на уровне нижних концов свай не должно превышать расчетного сопротивления грунта :

.

Давление  под подошвой условного  фундамента:

, где

- осредненное значение коэффициента надежности по нагрузке;

  – нормативный  вес условного  фундамента (рис. 9);

Для средней колонны:

;

Для крайней колонны:

;

  – осредненный объемный вес бетона и грунта;

Для средней колонны:

;

Для крайней колонны:

.

Определяем расчетное сопротивление грунта на уровне нижних концов свай:

, где коэффициенты

, , , , , , , , те же, что в п. 1.3. слой № 13;

;

;

;

Для средней колонны:

=

=628,43

Для крайней колонны:

=

=624,20 

- для средней колонны;

- для крайней колонны;

3. Определение нижней границы сжимаемой  толщи основания

 
 
 
 
 
 

Рисунок 10. Схема к определению ВС 

Вертикальные напряжения от собственного веса грунта (рис. 9):

  ;

  +1,0·9,81·(6,8-2,3)= 143,36;