4.1.Выбор заглубления ростверка, несущего слоя грунта и конструкции свай
Обрез ростверка принимается на глубине 0,8 м от УМВ. Толщину плиты ростверка примем hf =1.6 м. H0 = 6м.
Наиболее благоприятным грунтом для использования в качестве несущего слоя является глина. Длину сваи определяем из условия заглубления конца сваи не менее чем на 1 м и заделки головы сваи в ростверк 2х0,40=0,8 м.
Тогда длина сваи равна:
Примем сваю длиной 18,0 м.
В соответствии с ГОСТ на типовые ж/б сваи такую длину могут иметь сваи сечением 35х35см, 40х40см. Принимаем напряженные мостовые трещиностойкие сваи СМ 14 -40Т8 – Класс бетона В30, рабочая арматура 4∅32 класс АII. Сваи погружаем забивкой.
4.2.Определение несущей способности и силы сопротивления
сваи по грунту.
Сваи висячие по характеру работы, т.к. опираются на глину (E=20Мпа<50Мпа).
Несущую способность сваи по грунту определяем по формуле (7.8)
[СП-50-102-2003]
, где
γСR, γcf – коэффициент условий работы грунта соответственно под нижним концом и по боковой поверхности сваи, равный 1;
R – расчетное сопротивление грунта под нижним концом сваи (определяется по таблице 1 СНиП 2.02.03-85). R = 7488 кПа;
Ас – площадь поперечного сечения сваи, равная 0.16 м2;
u – наружный периметр поперечного сечения сваи, равный 1.6 м;
fi – расчетное сопротивление i-ого слоя грунта по боковой поверхности сваи (по таблице 7.9 учебника Э.В. Костерина или по таблице 2 СНиП 2.02.03 – 84);
hi – толщина i-ого слоя грунта.
Для определения несущей способности толщу грунтов, прорезаемых сваей, разбивают на слои толщиной hi ≤ 2м. При этом граница слоев должна обязательно соответствовать границе напластований. Глубина нижнего конца
сваи zR, а также средняя глубина расположения слоя грунта принимаются от линии размыва.
|
|
Силу расчетного сопротивления сваи по грунту определяют по формуле при коэффициенте надежности γk = 1.4
4.3.Определение приближенного веса ростверка и числа свай.
Определим среднее давление под подошвой
Ростверка:
Находим
| Средняя глубина расположения слоя грунта, м. | fi, кПа | hi, м | fi· hi |
| 1.50 | 1.5 | ||
| 2.25 | 1.5 | ||
| 3.75 | 1.5 | ||
| 5.25 | 1.5 | ||
| 6.75 | 42.75 | 1.5 | 64.125 |
| 8.25 | 44,25 | 1.5 | 66,375 |
| 9.75 | 45.75 | 1.5 | 68.625 |
| 11.25 | 47,25 | 1.5 | 70.875 |
| 12.50 | 48.5 | 1.0 | 48.5 |
| 13.85 | 70,39 | 1.7 | 119.663 |
| ∑= | 438.163 |
противодавление от веса ростверка и подушки подводного бетона hп=0.5м.
γB =24 кНм3 – удельный вес бетона;
γf =1.1 коэффициент надежности на вес ж/б
Площадь подошвы ростверка равна:
Вес ростверка и бетонной подушки:
Примерное число свай:
шт.
=1,3 - коэффициент, учитывающий действие момента (от 1,2 до 1,6)
Минимальные размеры ростверка в плане исходя из размеров опоры:
bmin = B0+ 2Сy =1.5+2*0.3=2.1м.
аmin =A0+2Сy =7.0+2*0.3=7.6м.
Примем число поперечных рядов свай 
. Расстояние между крайними сваями при расстоянии между рядами свай в этом направлении
м
Расстояние между крайними сваями:
м
Примем общее число свай n=21, тогда число рядов свай в продольном
направлении 
м
Расстояние между крайними сваями:
Определяем размеры ростверка по формуле:
4.4.Конструирование ростверка.
Принимаем размеры ростверка в плане 
, 
Определяем объем, вес ростверка и тампонажной подушки:
4.5. Проверка усилий, передаваемых на сваи.
|
|
Центр плана свай принимаем на вертикальной оси опоры (z’) и фундамент проектируем симметрично относительно опоры.
Вычислим моменты относительно осей, проходящих через центр подошвы ростверка:
Вычислим суммарную вертикальную нагрузку в уровне подошвы ростверка:
Расчетные усилия, передаваемые на сваю от нагрузок продольного направления:
то же от нагрузок поперечного направления:
4.6.Расчет горизонтальных перемещений и углов поворота сечения сваи от единичных нагрузок.
Находим глубину lk от поверхности грунта, в пределах которой учитывается разнородность грунтов при вычислении коэффициента пропорциональности грунта k по формуле Д.4 [СП-102-2003]
- в пределах lk находится
только супесь с 
. Примем по табл. Д.1 [СП-102-2003] коэф. пропорциональности 
Найдем ширину свай:
Момент инерции поперечного сечения сваи:
Принимаем бетон B30, подвергнутый тепловой обработке, 
(СП на ЖБК)
Коэффициент деформации сваи находим по формуле Д.8 [СП-50-102-2003]:
Приведенная глубина погружения сваи в грунт при действительной 
Находим перемещение сечения сваи в уровне поверхности грунта от горизонтальной силы 
и момента 
при свободном нижнем конце в нескальном грунте по формулам Д.14, Д.15, Д.16 [СП на свайные фундаменты]
а) 
б) 
Горизонтальные перемещения сечения от силы :
Угол поворота сечения от силы , горизонтальные перемещения сечения от момента 
Угол поворота сечения от момента 
,
где 
(по табл. Д.2 [СП 50-102-2003] в зависимости от приведенной глубины 
и способа закрепления нижнего конца сваи в грунт)
|
|
Определим перемещения от единичной силы и момента, приложенных на уровне верхнего конца сваи по формулам (7.78,7.59,7.60)
а) б)
4.7.Расчет характеристик продольной и поперечной жесткости свай.
Определим длину сжатия висячей сваи с диаметром ствола 
по формуле (7.65) учебника Костерина:
Рассчитаем реактивные усилия в голове сваи, заделанной в ростверк при заданных значениях единичных перемещений и углов поворота по формулам (7.62), (7.63), (7.64), (7.68) учебника Костерина
При вертикальном перемещении S=1.
При горизонтальном смещении головы сваи u=1
а реактивный момент
При угле поворота 
,
т.е. 
при 
4.8.Расчёт горизонтальных перемещений и углов поворота свайных
ростверков и верха опоры.
Расчёт плоскости XOZ.
Находим усилие, действующее на плоскости при числе расчётных плоскостей 
Находим реакции в связях и заделки от единичных перемещений ростверка 
.
Реакции в связях 
при S=1
Реактивный момент в заделке
Реактивный момент в заделке равен сумме моментов от усилий в крайних сваях с разными знаками. Так как начало координат расположено в центре тяжести свай, а фундамент расположен симметрично в плоскости XOZ.
Реакции в горизонтальной связи 
при u=1 находятся, как сумма проекций на ось X.
Момент в заделке
Реакция вертикальной связи при 
Реакция в горизонтальной связи равна
Поскольку фундамент симметричен в плоскости XOZ и YOZ, т.е. имеют две плоскости симметричное начало координат, расположенное в точке пересечения плоскости подошвы ростверка и вертикальной плоскости симметрии.
Система канонических уравнений метода перемещений принимает вид
Решением этой системы находятся перемещения ростверка
Определяем перемещение ростверка
Продольные усилия в крайних сваях
Продольные усилия в свае разгруженной моментом
Момент в свае на уровне заделки в ростверк
Поперечная сила в свае.
Проверка
Перемещение верха опоры равно
Расчёт плоскости YOZ.
Находим усилие, действующее на плоскости при числе расчётных плоскостей 
Находим реакции в связях и заделки от единичных перемещений ростверка 
.
Реакции в связях 
при S=1
Реактивный момент в заделке
Реактивный момент в заделке равен сумме моментов от усилий в крайних сваях с разными знаками. Так как начало координат расположено в центре тяжести свай, а фундамент расположен симметрично в плоскости XOZ.
Реакции в горизонтальной связи 
при u=1 находятся, как сумма проекций на ось X.
Момент в заделке
Реакция вертикальной связи при 
Реакция в горизонтальной связи равна
Определяем перемещение ростверка в плоскости YOZ.
Определяем перемещение ростверка
Продольные усилия в крайних сваях
С учётом допускаемой перегрузки
Продольные усилия в свае разгруженной моментом
Момент в свае на уровне заделки в ростверк
Поперечная сила в свае.
Проверка
Перемещение верха опоры равно
4.9. Проверка свайного фундамента как массивного
Определим контур условного фундамента:
Размеры подошвы условного фундамента вычисляем по выражениям (7.149)
Расчетное значение углов внутреннего трения для отдельных пройденных сваями слоев грунта толщиной 
, град.
глубина погружения свай в грунт, 14.7м.
Определим среднее давление по подушке условного фундамента:
N=9670 кН
m (масса) сваи =7.4 т, по ГОСТ 19804.2-79 для сваи СМ18-40Т8
Максимальное давление по подошве условного фундамента
Расчетное сопротивление основания:
Для суглинка, принято значение:
где, 
=305.5 кПа условное сопротивление грунта.
=0.04, 
=2.0 – коэффициенты, принятые по таблице 4, СНиП 2.05.03-84
g=19,62 - осредненное по слоям расчетное значение удельного веса грунта, расположенного выше подошвы фундамента, вычисленное без учета взвешивающего действия воды.
d = 14.7 м – глубина заложения фундамента.
глубина воды от нижнего уровня межени до линии размыва
По подошве условного фундамента должны выполняться условия:
где, 
=1,2 – коэффициент условий работ.
=1,4 – коэффициент надежности.
Условия выполняются.
4.10. Расчет осадки фундамента.
| № слоя | Вид грунта | Модуль общей деформации кПа | Удельный вес грунта во взвешенном состоянии |
| I | Супесь пылеватая | 10,489 | |
| II | Песок мелкий | 10,226 | |
| III | Глина темно- серая | 9,918 |
Осадка фундамента определяется методом послойного суммирования.
Разобъем толщу на слои:
м
Нормативная вертикальная нагрузка, действующая на обрез ростверка, составляет 9670 кН.
Размеры подошвы условного фундамента вычисляем по выражениям (7.149)
Напряжения, влияющие на осадку, определяются по формуле (7.152):
Соотношение сторон условного фундамента 
Находим вертикальное напряжение от собственного веса грунта на уровне подошвы фундамента:
кПа
Вертикальное напряжение от собственного веса грунта на границе слоя, расположенного на глубине Z от подошвы фундамента:
,
где γ IIi – удельный вес грунта i-го слоя, h i – толщина i-го слоя грунта.
Дополнительные вертикальные напряжения на глубине z:
Где α – коэффициент, принимаемый по таблице 11 приложения 2 СНиП 2.02.01 – 83, значения коэффициента α для соотношения сторон η=a/b=2.12
определим с помощью интерполяции;
p0 – дополнительное вертикальное давление на основание:
Таким образом, p0 = 253.8 – 144.8=108.8 кПа
Нижняя граница сжимаемой толщи основания принимается на глубине, где выполняется условие
σzpi = 0.2 σzg
Среднее значение дополнительного вертикального нормального напряжения в i-том слое грунта находится по формуле:
Приведем все вычисления к табличной форме:
| z, м | 
| 
| 0.2 
| 
| 
|
| 0.00 | 0.00 | 1.00 | 28.96 | 108.80 | - |
| 1.30 | 0.50 | 0.949 | 28.9 | 103.27 | 106.03 |
| 2.60 | 1.00 | 0.800 | 31.6 | 87.04 | 95.15 |
| 3.90 | 1.40 | 0.662 | 36.9 | 79.02 | 83.03 |
| 5.20 | 1.90 | 0.523 | 44.9 | 68.56 | 73.78. |
| 6.00 | 2.20 | 0.441 | 55.5 | 55.85 | 62.21 |
| 7.30 | 2.70 | 0.345 | 67.45 | 48.03 | 51.94 |
| 8.60 | 3.20 | 0.274 | 81.9 | 37.59 | 42.81 |
| 9.9 | 3.70 | 0.222 | 98.9 | 29.80 | 33.70 |
Высота сжимаемой толщи hсж = 6 м.
Конечная осадка вычисляется по формуле (2.4):
,
где 
– предельно допустимая осадка
(L – длина наименьшего пролета, примыкающего к опоре);
σi – среднее вертикальное дополнительное напряжение в данном i–ом слое грунта от веса сооружения и действующих на него нагрузок;
h i и Ei – соответственно толщина и модуль общей деформации слоя;
β – безразмерный коэффициент, принимаемый равным 0.8 независимо от вида грунта. 
Вывод: все условия удовлетворены, следовательно, свайный фундамент подобран.