Проектирование ростверков

Пример расчета свайного фундамента под колонну

 

Проектирование свайного фундамента ведется по двум группам предельных состояний и включает расчеты самого фундамента, ростверка и свай по прочности, устойчивости, деформациям и трещиностойкости.

Полная несущая способность фундамента определяется суммой несущих способностей входящих в него свай по материалу или по грунту. Свайный фундамент с висячими сваями условно принимаем за массивный жесткий фундамент глубокого заложения, контур которого ограничен размерами ростверка, свай и некоторым объемом окружающего грунта. Грунты, залегающие ниже свай, принимаются за основание условного фундамента, от них зависят прочность и осадка этого фундамента.

Определение несущей способности свай

Произведем расчет висячих свай на действующую полезную нагрузку:

N_0II = 3440,56 кН;

место строительства г.Чебоксары, нормальная глубина сезонного промерзания d_fn=1.6 м.

Учитывая конструктивные требования устройства стакана для колонны, глубину заложения ростверка принимаем d = 2,15 м., высоту ростверка принимаем h_p = 0,5 м. По геологическим условиям свая висячая. Принимаем железобетонную Сваю С12 – 30: длина – 12,0 м, сечение – 0,3х0,3 м.,

вес – 28,0 кН.

Глубина заложения конца сваи: L = 14,0 м.

Определим несущую способность сваи по грунту:

, (3.6.)

 

где: g_с – коэффициент работы сваи в грунте, g_с = 1;

g_CR, g_cf – коэффициент работы грунта под концом сваи и по боковой поверхности, g_CR = 1, g_cf = 1;

R- расчетное сопротивление грунта под концом сваи, кН/м²;

А – площадь поперечного сечения сваи, м²;

U – периметр сваи, м;

f_i – расчетное сопротивление по боковой поверхности сваи кН/м²;

h_i – толщина элементарного слоя, м;

z_i – расстояние от поверхности земли до центра тяжести элементарного слоя;

R = 4200 кН/м² (конец сваи находится в песке).

А = 0,09 м²;

U = 1,2 м;

Рис.3.2. Схема для определения несущей способности свай по грунту

z₁ = 3,65 м; f₁ = 20 кПа;

z₂ = 5,65 м; f₂ = 21 кПа;

z₃ = 7,65 м; f₃ = 25 кПа;

z₄ = 9,65 м; f₄ = 42 кПа;

z₅ = 11,65 м; f₄ = 42 кПа;

z₆ = 14 м; f₄ = 42 кПа;

;

Расчетная нагрузка, допускаемая на сваю по грунту:

, (3.7)

- несущая способность 1-ой сваи;

Проектирование ростверков

Выбираем жесткое соединение свай с ростверком(вследствие слабых грунтов основания), т.е. верхняя часть головы сваи разбивается и обнаженная арматура замоноличивается в железобетонный ростверк. Неразбитая часть сваи замоноличивается в ростверк на 150 мм. В центрально нагруженных фундаментах сваи размещаются в плане равномерно. по конструктивным соображениям высота ростверка должна быть не менее h₀+0,25, но не менее 0,3м(h₀ – величина заделки сваи, м.).

Определим требуемое количество свай в ростверке:

, (3.8)

 

где: N_0I = 4074,49 кН/м – полезная нагрузка;

F_d = 593,74 кН – несущая способность сваи;

g_m – средний удельный вес ростверка, фундамента и грунта, g_m = 20 кН/м³;

а = (3÷6)×d = (3÷6)×0,3 ≈0,9-1,8 м – шаг свай в ростверке;

d = 2,15 м – глубина заложения ростверка;

;

Принимаем n =8 по конструктивным соображениям.

Рис. 3.3 Схема размещения свай в плане.

Проверяем нагрузку, приходящуюся на каждую сваю в ростверке

N_гр – вес грунта, кН;

N_р – фактический вес ростверка, кН;

N_ст – вес стакана, кН;

М_х – момент на обрезе фундамента, кН×м;

y_max, y_i – расстояние от центра тяжести сваи до оси х;

N_р = h_p×A_p×g_ж/б = 0,5×2,4×2,4×24 = 69,12 кН;

N_ст = h_ст×A_ст×g_ж/б = 1,2×0,56×24 = 40,5 кН;

N_гр =1,1×(0,5×2,4×2+0,5×2,4) ×17,6 = 87,4 кН;

y_max = y_i = 0,785м;

;

Р < Р; 581,49 < 593,74 кН/ м²;

Т.е. проверка по прочности выполняется.

Проверка свайного фундамента по деформациям сводится к расчету условного фундамента АВСД:

Рис 3.4. Схема к определению размеров условного фундамента.

 

Строим условный свайный фундамент

Границы условного фундамента: снизу – горизонтальная плоскость, проходящая через нижние концы свай; с боков вертикальные плоскости, отстоящие от наружных граней крайних рядов вертикальных свай на расстоянии

Определяем средний угол внутреннего трения:

, (3.9.)

где: j_IImt – среднее значение угла внутреннего трения;

j_i – угол внутреннего трения i-го слоя;

h_i – толщина i-го слоя, м;

;

,

где: h – длина свай без учета заделки в ростверк;

;

Размеры подошвы условного фундамента (ширину b_y и длину l_y) определяем по формулам:

b_усл = 2,4 + 2×d¢ = 2,4 + 2×1,23 = 4,86 м;

l_усл = 2,4+ 2,46=4,86 м;

А_усл = 4,86*4,86=23,62 м²;

Среднее давление под подошвой условного свайного фундамента АВСД:

(3.10)

 

где: N_0II = 3440,56 кН/м – полезная нагрузка;

N_р = 69,12 кН;

N_гр = (13,65×23,62 – 0,3×0,3×11,85×8 – 2,028 – 0,5×2,4×2,4)×17,6 = 5437,92Н;

N_ст = 40,5 кН;

N_св = 8×24×0,3×0,3×12 = 207,36 кН;

;

Проверим условие P≤ R

Расчетное сопротивление грунта:

(3.11)

где: - коэффициент, принимаемый 1,1;

- коэффициенты условий работы;

g_II = 17,6=кН/м³;

b = b_усл = 4,86 м;

d = Н_усл = 14 м;

;

j = 26°, , , ;

;

1) - условие выполняется;

Определим вертикальные напряжения от собственного веса грунта

s_zq0 = 14 × 17,6 = 246,4 кПа

Р₀=р- s_zq0 =389,31- 246,4= 142,91 кПа

Ширина фундамент В=4,86м

Разбиваем толщу грунта ниже подошвы фундамента на элементарные слои

высотой слоя h=0,4в=0,4*4,86=1,944м

Для вертикали, проходящей через середину подошвы фундамента, находим

напряжения от собственного веса грунта σ_zq и дополнительные давления σ_zр

по формуле σzр= ά*po; σzq= σqo + ΣYII*hI

Таблица 3.6.

Грунт	№	hi	Z,m	σzq кПа	ξ	ά	σzр кПа	σzр ср кПа	0,2 σzq кПа	Ео МПа
Песок YII=19,0 kН/m3	1		0,00	246,4	0,00	1,0	142,9			40
1,94						140,1
2		1,94	280,6	0,8	0,8	137,2
1,94						125,8
3		3,89	319,5	1,6	0,449	114,3
1,94						89,2
4		5,83	358,4	2,4	0,257	36,7		71,67

 

Осадка фундамента S= βΣ(σ_{zр ср}*h_I)/E_I=0,8*268,3*1,94/10429=0,04m<S_u=0,1m