Расчёт свайных фундаментов по предельным состояниям

План лекции.

1. Несущая способность свай.

2. Расчетную нагрузку на сваю по материалу.

3. Конструктивные требования к устройству фундаментов.

Для расчета и проектирования свайных фундаментов необходимо знать несущую способность одиночной сваи. Несущая способность сваи определяется из условий работы материала, из которого она изготовлена, и грунта, в который она погружена. Для определения несущей способности свай по грунту существует несколько способов: практический, расчет по формулам и таблицам, динамический, статического зондирования и по данным испытания статической нагрузкой.

По несущей способности грунта основания сваи рассчитывают по формуле:

(11.1)

где – расчетная нагрузка, передаваемая на сваю;

– расчетная несущая способность, грунта основания одиночной сваи, в дальнейшем называемая для краткости несущей способностью сваи;

- коэффициент надежности (при определении несущей способности сваи расчетом, в том числе по результатам динамических испытаний; выполненных без учета упругих деформаций грунта, ; при ее определении по результатам полевых испытаний статической, нагрузкой, статического зондирования, а также по результатам динамических испытаний, выполненных с учетом упругих деформаций грунта );

- расчетная нагрузка, допускаемая на сваю.

Несущую способность сваи-стойки по грунту опреде­ляют по формуле

(11.2)

где – коэффициент условий работы, принимаемый равным 1;

– площадь опирания сваи на грунт;

– расчетное сопротивление сжатию грунта или скальной породы под нижним концом сваи, назначаемое для всех видов забивных свай, опирающихся на скальные породы, крупнообломочные грунты с песчаным заполнителем и глинистые грунты твердой консистенции, равным 20 МПа; для свай-оболочек, заполненных бетоном, и для свай-столбов, заделанных в невыветрелый скальный грунт (без слабых прослоек) не менее чем на 0,5 м, определяемое по формуле

(11.3)

здесь – нормативное временное сопротивление скального грунта сжатию в водонасыщенном состоянии;

– коэффициент надежности по грунту, равный 1,4;

– расчетная глубина заделки свай в грунт;

– наружный диаметр сваи, заделанной в грунт.

Несущая способность висячих свай по грунту определяется двумя составляющими: первая зависит от сопротивления грунта под нижним концом сваи, а вторая – от сопротивления грунта по ее боковой поверхности:

(11.4)

где – коэффициент условий работы сваи в грунте, равный 1;

и – коэффициенты условий работы грунта соответственно пода нижним концом сваи и по ее боковой поверхности;

– расчетное сопротивление грунта под нижним концом сваи;

— площадь опирания сваи на грунт, принимаемая по площади поперечного сечения сваи;

– наружный периметр поперечного сечения сваи;

– расчетное сопротивление 1-го слоя грунта основания по боковой поверхности сваи;

- толщина -го слоя грунта, прорезываемого сваей.

Расчетную нагрузку, допускаемую на железобетонную сваю по материалу, определяют по формуле

(11.5)

где – коэффициент условий работы, принимаемый для свай, изготовляемых в грунте, равным 0,6; для остальных – 1;

– коэффициент условий работы бетона;

- расчетное сопротивление бетона сжатию;

– площадь поперечного сечения бетонной сваи;

- расчетное сопротивление арматуры сжатию;

– площадь арматуры.

Вычисленная по формулам несущая способность сваи в некоторых случаях может существенно отличаться от их несущей способности в реальных условиях строительной площадки, поэтому непосредственно на строительной площадке несущую способность свай проверяют по данным испытаний динамической нагрузкой, статическим зондированием или статической нагрузкой.

Динамический метод основан на зависимости между расчетным отказом (осадкой в результате одного удара молота), замеряемым на строительной площадке, и энергией удара. Предельное сопротивление сваи при забивке находят по формуле

(11.6)

где - коэффициент, принимаемый для железобетонной сваи равным 1500 кН/м^г;

– площадь поперечного сечения сваи;

– коэффициент, принимаемый равным: при забивке свай молотами ударного действия – 1; при вибропогружении – в зависимости от вида грунта; при гравийном с песчаным – заполнителем – 1,3; при песках сред­ней крупности и крупных средней плотности и твердых супесях – 1,2; песках мелких средней плотности – 1,1; песках пылеватых средней плотности – 1,0; супесях пластичных, суглинках и твердых глинах – 0,9; суглинках и полутвердых глинах – 0,8; суглинках и тугопластичных глинах – 0,7;

– расчетная энергия удара молота, принимаемая равной: для молота подвесного или одиночного действия 10 ; для трубчатого дизель-молота 9 , для штангового дизель-молота 4 , для дизель-молота при контрольной добивке одиночными ударами без подачи топлива 10 G ( ) (здесь – масса ударной части молота; – высота падения ударной части молота; – высота первого отскока ударной части, равная для штанговых молотов 0,6 м и для трубчатых 0,4 м), или расчетная энергия вибропогружателя, Дж, принимаемая равной при возмущающей силе вибропогружателя, кН: 100–45; 200–90; 300–130; 400–175; 500–220; 600–265; 700–310 и 800–350;

– полная масса молота или вибропогружателя;

– коэффициент восстановления удара (при забивке свай , при вибропогружении );

– масса сваи и наголовника;

– масса подбабка (при вибропогружении );

– фактический остаточный отказ от одного удара молота, а при вибропогружении – от работы вибропогружателя в течение 1 мин.

Расчетная несущая способность сваи по результатам динамических испытаний и испытаний статической нагрузкой:

(11.7)

где – коэффициент условий работы, принимаемый равным: при вдавливающих или горизонтальных нагрузках – 1; при выдергивающих нагрузках на глубине погружения сваи в грунт 4 м и более – 0,8; – коэффициент надежности по грунту, принимаемый равным 1.

Определение несущей способности свай с помощью испытания статической нагрузкой заключается в постепенном загружении аналога возводимой сваи возрастающей нагрузкой, прикладываемой с помощью гидравлических домкратов, платформ с тарированным грузом и т.п. По результатам испытания строят графическую зависимость осадки от нагрузки, с помощью которой находят нагрузку, соответствующую непрерывному погружению сваи без затухания, принимая ее равной предельной несущей способности сваи. Если же эта зависимость не является ярко выраженном, то полагают, что для свайных фундаментов, за исключением фундаментов под мосты, предельная несущая способность испытываемой свая соответствует вдавливающей нагрузке, при которой эта свая получает осадку Δ. Величина Δ равна некоторой доле средней предельно допустимой осадки возводимого сооружения :

(11.8)

– переходной коэффициент, принимаемый равным 0,2.

Рис. 11.1. Расчетная схема свайного фундамента из висячих свай

Если осадка Δ, вычисленная по формуле (11.8), окажется >40 мм, то за значение предельного сопротивления сваи следует принимать нагрузку, соответствующую осадке в 40 мм.

При проектировании свайных фундаментов, состоящих из свай-стоек, их несущая способность определяется суммой несущих способностей отдельных свай по грунту или материалу (выбирают наименьшую несущую способность). Этот расчет соответствует требованиям расчета по первой группе предельных состояний. Расчета по второй группе предельных состояний не производится, поскольку сваи-стойки погружаются до практически несжимаемых грунтов.

При проектировании свайного фундамента из висячих свай его условно заменяют массивным жестким фундаментом, контур которого ограничен размерами ростверка, свай и некоторым объемом окружающего грунта (рис. 11.1). При расчете предполагают, что нагрузка передается на грунт, залегающий непосредственно под плоскостью, проходящей через нижние концы свай.

При расчете свайных фундаментов из висячих свай должны выполняться требования расчета по второй группе предельных состояний, т.е. среднее давление под подошвой условного фундамента не должно превышать расчетного сопротивления грунта , , а осадки не должны превышать допустимых. При центрально приложенной нагрузке среднее давление под подошвой условного фундамента определяется из выражения

(11.9)

где – коэффициент надежности, принимаемый равным 1;

– нагрузка от сооружения на уровне спланированной отметки земли;

– вес свай;

– вес грунта в объеме ;

– вес ростверка;

– площадь условного фундамента, определяемая с помощью осредненного угла внутреннего трения грунтов, прорезываемых сваей:

(11.10)

здесь – угол внутреннего трения слоя грунта;

— мощность слоя грунта.

При проектировании свайных фундаментов необходимо соблюдать следующие конструктивные требования: расстояние между осями висячих свай должно быть в пределах ( – ширина квадратной сваи или диаметр круглой); расстояние в свету между стволами свай-оболочек должно быть не менее 1 м; минимальное расстояние между осями свай-стоек – ; расстояние от края ростверка до внешней стороны сваи при свободном ее закреплении в ростверк принимается при размещении свай: однорядном — не менее см; двух- и трехрядном – см и при большем числе рядов – см.

Ростверки выполняют из монолитного или сборного железобетона. Высота ростверка назначается согласно расчету на продавливание в соответствии с требованиями норм проектирования железобетонных конструкций по формуле

(11.11)

где – ширина или диаметр сваи;

– усилие, приходящееся на одну сваю;

– коэффициент, принимаемый равным 1;

– расчетное сопротивление бетона осевому растяжению.

Обычно по конструктивным соображениям м, но не менее 30 см ( — величина заделки сваи в ростверк, принимаемая не менее 5 см).

Расчет и проектирование свайных фундаментов осуществляют в такой последовательности:

1. Рассчитывают нагрузки на уровне спланированной отметки земли.

2. Назначают глубину заложения подошвы ростверка.

3. Выбирают тип, вид и назначают предварительные размеры свай.

4. Определяют несущую способность свай по грунту и материалу.

5. Рассчитывают требуемое число свай в фундаменте по формуле

(11.12)

где – коэффициент надежности, равный 1,4;

– наименьшая несущая способность одной сваи.

6. Размещают сваи в плане и устраивают ростверк.

7. Уточняют нагрузку, приходящуюся на каждую сваю, по формуле

(11.13)

8. Определяют среднее давление по подошве условного фундамента и сопоставляют его с расчетным сопротивлением.

9. Находят осадку фундамента и сравнивают ее с предельно допустимой.

10.Уточняют конструкции фундамента по результатам расчета.

11.Выбирают оборудование для погружения свай.

Дата добавления: 2014-05-28; просмотров: 1181; Нарушение авторских прав

Мы поможем в написании ваших работ!