Расчёт осадок свайного фундамента

Расчёт выполняют в следующей последовательности:

Определяютразмеры условного фундамента (рис.2). Границыусловного фундаментаопределяют следующим образом: снизу – плоскостью КБ, проходящей через нижние концы свай; с боков – вертикальнымиплоскостями КГ и БД,отстоящими отнаружных граней крайних рядоввертикальных свай на расстояния , где – осредненное (средневзвешенное) расчетное значение угла внутреннего трения грунта, определяемое по формуле

(6)

где – расчетные значения углов внутреннего трения для отдельных, пройденных сваями слоев грунта толщиной соответственно h₁, h₂ ….h_n; h – глубина погружения сваи в грунт, считая от подошвы ростверка.

Pиc. 2. Схема определения границ условного фундамента

Дальнейший расчет ведут в такой же последовательности, как и фундамента мелкого заложения с размерами подошвы В х L и глубиной заложения фундамента d. При этом на рис.10 не чертят ростверк и сваи, а наносят только границы условного фундамента (КГДБ на рис. 2), а величину среднего фактического давления под подошвой условного фундамента вычисляют по формуле

(7)

где – вес, соответственно, ростверка, свай и грунта в пределах границ условного фундамента.

Определение осадок ленточных и одиночных свайных фундаментов производят согласно СНиП 2.02.03-85 Свайные фундаменты (Приложение 3 и 4).

Осадка S см., ленточных свайных фундаментов с одно- и двухрядным расположением свай (при расстоянии между сваями 3-4 d) определяется по формуле:

S = (8)

где n – погонная нагрузка на свайный фундамент, кН/м;

Е, n - значение модуля деформации (кПа) и коэффициент бокового расширения (Пуассона) в пределах сжимаемой толщи;

- коэффициент принимаемый по Номограмме (см. СНиП).

Расчёт осадок одиночных свай, прорезающих слой грунта с модулем сдвига.

G (Мпа) и коэффециентом n производят по формуле:

S=bN/Gl (9)

где N - вертикальная нагрузка передаваемая на сваю, кН,

l - длина сваи, м.

b - коэффициент определяемый по формуле СНиП;

Характеристики G и n принимаются осреднёнными для всех слоёв в пределах глубины нагружения сваи.

Расчет осадок методом линейно-деформируемого слоя

Конечной толщины

Этот метод применяется, если:

а) в пределах сжимаемой толщи основания расположен слой грунта с модулем деформации Е ≥100000 кПа;

б) подошва фундамента имеет большие размеры (ширина или диаметр более 10 м).

Принимают, что осадка фундамента вызвана полным средним давлением, действующим по подошве фундамента (без вычета давления от собственного веса грунта на уровне подошвы), т.е. Р_о=Р.

Расчетную толщину линейно-деформируемого слоя H принимают или до кровли грунта с модулем деформации Е ≥ 100000 кПа, или при ширине фундамента b ≥10 м и вычисляют по формуле

(10)

где Н₀ и – принимают соответственно равными для оснований, сложенных пылевато-глинистыми грунтами 9 м и 0,15; песчаными грунтами 6 м и 0,1; К_р – коэффициент, принимаемый равным 0,8 при среднем давлении под подошвой фундамента p =100 кПа; 1,2 при P =500 кПа, а при промежуточных значениях P – по интерполяции.

Если основание сложено пылевато-глинистыми и песчаными грунтами, значение H вычисляют по СНиП 2.02.0I–83 прил.2, формуле (9).

Средняя осадка основания

(11)

где n – количество слоев грунта, – коэффициенты, определяемые соответственно по СНиП 2.02.01–83, прил.2, табл.2,3 и 4, в зависимости от глубины границ слоев, считая от подошвы фундамента.

Расчет считается законченным, если фактическая осадка меньше допускаемой:

S ≤ S_u (12)

Допускаемая величина осадки определяется по СП 50-101-2004 «Проектирование и устройство оснований и фундаментов зданий и сооружений» приложение Е «Предельные деформации оснований».

Расчет просадок

Просадка – вертикальные деформации грунтов основания при их увлажнении. Свойством просадочности обладают лессы и лессовидные суглинки. Просадку грунтов основания S_sl, см, при увеличении их влажности вследствие замачивания сверху больших площадей, а также замачивания снизу при подъеме уровня подземных вод определяют по формуле:

(13)

где S_sl,_i — относительная просадочность i-го слоя грунта;

h_i— толщина i-го слоя, см;

к _sl,i — поправочный коэффициент;

п — число слоев, на которое разбита зона просадки h_sl.

Относительную просадочность грунта ε_sl определяют на основе испытаний грунта в лабораторных условиях по формуле:

(14)

где h_n,pи h_sat,p — высота образца, см, соответственно природной влажности и после его полного водонасышения (w=w_sat)при давлении р, кПа, равном вертикальному напряжению на рассматриваемой глубине от внешней нагрузки и собственного веса грунта р = σ_гр + σ_zgпри определении просадки грунта в верхней зоне просадки; при определении просадки грунта в нижней зоне просадки также учитывают дополнительную нагрузку от сил негативного трения;

h_n,g — высота, см, того же образца природной влажности при р = σ_zg.

Значение ε_sl может быть определено также в полевых условиях по испытаниям грунта штампом с замачиванием.

Коэффициент к_5П, входящий в формулу, при b >12 м принимают равным единице для всех слоев грунта в пределах зоны просадки; при b < 3м вычисляют по формуле:

k_sl,i=0,5+1,5(p-p_sl,i)/p₀ (15)

где р — среднее давление под подошвой фундамента, кПа;

p_sl,i — начальное просадочное давление грунта i-го слоя, кПа;

р₀ — давление, равное 100 кПа.

При 3 м <b < 12 м k_sl,iопределяют интерполяцией.

При определении просадки грунта от собственного веса следует принимать k_sl= 1 при Н_sl ≤15 м и k_sl = 1,25 при Н_sl≥ 20 м, при промежуточных значениях Н_slкоэффициент k_slопределяют интерполяцией.

За начальное просадочное давление p_slпринимают давление, соответствующее:

- при лабораторных испытаниях грунтов в компрессионных приборах —давлению, при котором относительная просадочность ε_sl равна 0,01;

- при полевых испытаниях штампами предварительно замоченных грунтов — давлению, равному пределу пропорциональности на графике «нагрузка—осадка»;

- при замачивании грунтов в опытных котлованах — вертикальному напряжению от собственного веса грунта на глубине, начиная с которой происходит просадка грунта от собственного веса.

Толщину зоны просадки грунта h_sl принимают равной (рис.3): толщине верхней зоны просадочной толщи h_sl,pпри определении просадки грунта от внешней нагрузки s_sl,p, при этом нижняя граница указанной зоны соответствует глубине, где σ_z = σ_zp + σ_zg = р_sl (рис. 3а, б)или глубине, где значение σ_z минимально, если σ_z,min >> р_sl,(рис. 3в); толщине нижней зоны просадочной толщи h_sl,gпри определении просадки грунта от собственного веса s_sl,g., т.е. начиная с глубины z_gгде σ_z= р_sl,или значение σ_z минимально, если σ_z,min > р_sl, и до нижней границы просадочной толщи.

При отсутствии опытных определений начального просадочного давления суммирование по формуле производят до глубины, на которой относительная просадочность ε_sl от давления р_iравна 0,01.

Рисунок 3. Схемы к расчету просадок основания

а — просадка от собственного веса s_sl,gотсутствует (не превышает 5 см), возможна только просадка от внешней нагрузки s_sl,p в верхней зоне просадки h_sl,p (Iтип грунтовых условий); б, в, г — возможна просадка от собственного веса s_sl,g в нижней зоне просадки h_sl,g, начиная с глубины z_g (П тип грунтовых условий); 6 — верхняя и нижняя зоны просадки не сливаются, имеется нейтральная зона h_n; в— верхняя и нижняя зоны просадки сливаются; г) — просадка от внешней нагрузки отсутствует; 1 — вертикальные напряжения от собственного веса грунта σ_zg; 2—суммарные вертикальные напряжения от внешней нагрузки и собственного веса грунта σ_z = σ_zp + σzg; 3— изменение с глубиной начального просадочного давления р_s1;H_sl — толщина слоя просадочных грунтов (просадочная толща); d — глубина заложения фундамента

Для расчета просадки грунта от нагрузки фундамента просадочную толщу разбивают на отдельные слои h_iв соответствии с литологическим разрезом и горизонтами определения ε_sl,i. При этом толщина слоев должна быть не более 2 м, а изменение суммарного напряжения в пределах каждого слоя не должно превышать 200 кПа. При расчете просадок по формуле (13) учитывают только слои грунта, относительная просадочность которых при фактическом напряжении ε_sl ≥ 0,01. Слои, в которых ε_sl < 0,01, исключают из рассмотрения. Указанные требования относятся и к расчету максимальной просадки грунта от собственного веса по формуле (13).

Расчет считается законченным, если сумма фактической осадки и просадки меньше допускаемой:

(S+S_εl) ≤ S_u (16)