КПа < R = 731,5 кПа

134 кПа < R = 731,5 кПа

Все требования по ограничению давлений выполнены.

5.6 Определение толщины распределительной подушки

Назначаем в первом приближении толщину песчаной подушки hп = 0,9 м. Проверяем выполнение условия szp + szg £ Rz, для этого определяем при z = hп = 0,9 м:

а) szg = gII×dw + gsb II×(d – dw) + gsb п × z = 17,05 × 0,80 + 8,21× (2,05 – 0,80) + 10,7×0,9=33,5 кПа

б) szp = a×(PII mt – szg, 0) = 0,91 × (134 – 21,85) = 102 кПа

szg, 0 = gII × dw + gsb II × (d - dw) = 17,05×0,8 + 8,21 × (2,05 – 0,8) = 23,9 кПа

a = 0,91 для ξ = 2z/b = 2×0,9/3 = 0,6 и η = l/b = 4,2/3 = 1,4

Коэффициент a определен интерполяцией из табл.1 прил.2 к СНиП 2.02.01-83

в) Az = Ntot/szp = 1813/102 = 16,52 м²

а = (4,2-3) /2 = 0,6 м;  м

=

= 180 кПа

szg + szp = 33,5 + 102 = 135,5 < Rz = 180 кПа

Условие проверки выполняется

5.7. Расчет осадки методом послойного суммирования

Для расчета осадки фундамента методом послойного суммирования составляем расчетную схему, совмещенную с геологической колонкой по оси фундамента А-5.

Напряжение от собственного веса грунта на уровне подошвы фундамента при планировке срезкой в соответствии с п.1 прил.2 СНиП 2.02.01-83:

szg,0 = [gII×dw + gsb II ×(d - dw)] = [17,05×0,8 + 8,21 × (2,05 – 0,8)] = 24 кПа

Дополнительное вертикальное давление на основание от внешней нагрузки на уровне подошвы фундамента:

szp 0 = P0 = PII mt - szg,0 = 134 – 24 = 110 кПа

Соотношение сторон подошвы фундамента η = l/b = 4,2/3 = 1,4

Значения коэффициента a устанавливаем по табл.1 прил.2 СНиП 2.02.01-83.

Для удобства пользования указанной таблицей из условия ξ=2hi/b=1,2/3=0,4 принимаем толщину элемента слоя грунта hi = 0,2 × b = 0,2 × 3 = 0,6 м

Дальнейшие вычисления сводим в таблицу 9

Определение осадки

Таблица 9

zi, м	ξ=2zi/b	zi + d, м	a	szp = a×P0, кПа	szg = szg,0 + + gsb, i × zi, кПа	0,2×szg, кПа	Е, кПа
0	0	2,05	1,000	110,00	24,00	4,80	45000
0,60	0,4	2,65	0,966	106,26	28,93	5,79	45000
1, 20	0,8	3,25	0,824	90,64	33,85	6,77	8000
1,80	1,2	3,85	0,644	70,84	38,77	7,75	8000
2,40	1,6	4,45	0,490	53,90	43,70	8,74	8000
3,00	2,0	5,05	0,375	41,25	48,63	9,72	8000
3,60	2,4	5,65	0,291	32,01	54,10	10,82	6000
4, 20	2,8	6,25	0, 194	21,34	59,11	11,82	6000
4,80	3,2	6,85	0,175	19,25	65,90	13,18	16000
5,40	3,6	7,45	0,152	16,72	71,14	14,23	16000
6,00	4,0	8,05	0,126	13,86	76,38	15,28	16000
6,60	4,4	8,65	0,099	10,89	81,62	16,32	16000
7, 20	4,8	9,25	0,084	9,24	86,85	17,37	16000

Граница глины и суглинка условно смещена до глубины zi = 3,00 м от подошвы (фактическое положение на глубине z = 3,35 м), а граница суглинка и глины смещена до глубины zi = 4,8 м от подошвы (фактическое положение на глубине z = 5,05). На глубине Hc =6,0 м от подошвы фундамента выполняется условие СНиП 2.02.01-83 (прил.2, п.6) ограничения глубины сжимаемой толщи основания (ГСТ) поэтому послойное суммирование деформаций основания производим в пределах от подошвы фундамента до ГСТ

szp= 13,86 кПа » 0,2×szg = 0,2×76,38 = 15,28

Осадку основания определяем по формуле:

Условие S = 3,5 см < Su = 12,0 см выполняется (значение Su = 12,0 см принято по таблице прил.4 СНиП 2.02.01-83).

Расчетная схема и эскиз фундамента на распределительной подушке приведена на рис.7.

6. Расчет и проектирование свайного фундамента

Рассмотрим вариант свайного фундамента из забивных висячих свай сечением 300x300 мм, погружаемых дизельным молотом.

6.1 Глубина заложения подошвы ростверка

Назначаем глубину заложения подошвы ростверка:

Расчетная глубина промерзания грунта от поверхности планировки DL равна df = 1,27 м.

По конструктивным требованиям, также как и для фундамента на естественном основании верх ростверка должен быть на отметке – 0,700, размеры подколонника (стакана) в плане lcf x bcf = 2100 x 1200 мм, минимальная высота ростверка должна быть

hr ³ dp + hp = 1250 + 500= 1750 мм = 1,75 м

Для дальнейших расчетов принимаем большее из двух значений (1,27 и 1,75 м), т.е. hr = 1,8 м (кратно 150 мм), что соответствует глубине заложения –2,05м (абс. отм.63,35).

6.2 Необходимая длина свай

В качестве несущего слоя висячей сваи принимаем глину (слой 4), тогда необходимая длина сваи должна быть не менее: lсв = h1 + h2 + h3 = 0,05 + 5,05 + 1 = 6,1 м (рис.8)

Принимаем типовую железобетонную сваю С7-30 (ГОСТ 19804.1-79*) квадратного сечения 300 х 300 мм, длиной L = 7 м. Класс бетона сваи В20. Арматура из стали класса А-III 4 Æ12, объем бетона 0,64 м3, масса сваи 1,6 т, толщина защитного слоя ав = 20 мм.

6.3 Несущая способность одиночной сваи

Определяем несущую способность одиночной сваи из условия сопротивления грунта основания по формуле (8) СНиП 2.02.03-85:

Fd = gC × (gCR × R × A + U × ågcf × fi × hi).

В соответствии с расчетной схемой сваи (рис.8) устанавливаем из табл.1 СНиП 2.02.03-85 для глины (IL = 0,2) при z = 8,1 м расчетное сопротивление R = 4788 кПа. Для определения fi расчленяем каждый однородный пласт грунта (инженерно-геологический элемент) на слои Li £ 2 м и устанавливаем среднюю глубину расположения zi каждого слоя, считая от уровня природного рельефа. Затем по табл.2 СНиП 2.02.03. -85, используя в необходимых случаях интерполяцию, устанавливаем:

для глины при IL = 0,60 и z1 = 2,95 м Þ f1 = 14,3 кПа

для глины при IL = 0,60 и z2 = 4,625 м Þ f2 = 16,8 кПа

для суглинка при IL = 0,60 и z3 = 6,15 м Þ f3 = 18,2 кПа

для глины при IL = 0,20 и z4 = 7,95 м Þ f4 = 62,1 кПа

Площадь опирания сваи на грунт А = 0,3 х 0,3 = 0,09 м2, периметр U = 0,3 × 4 = 1,2 м. Для сваи сплошного сечения, погружаемой забивкой дизельным молотом, по табл.3 СНиП 2.02.03-85 gCR = gCf =1, gС = 1. Тогда:

Fd =1× [1×4788×0,09 + 1,2×1×(14,3×2,0 + 16,8×1,35 + 18,2×1,7 + 62,1×1,90)] = 671 кН

6.4 Требуемое число свай

Определяем требуемое число свай в фундаменте в первом приближении при Ncol I =1572,22 кН

Принимаем n равным 5

6.5. Размещение свай в кусте

Размещаем сваи в кусте по типовой схеме. Окончательно размеры подошвы ростверка назначаем, (рис.9) придерживаясь унифицированных размеров в плане, кратных 0,3 м, и по высоте, кратных 0,15м. (рис.8).

6.6 Вес ростверка и грунта на его уступах

Определим вес ростверка и грунта на его уступах.

Объем ростверка: Vr = 3·1,8×0,9 + 1,5×1,2 × 0,6 = 6,37 м3

Объем грунта: Vgr = 3·1,5×1,5 - Vr = 9,45-6,37 = 3,08 м3

Вес ростверка и грунта:

Gr + Ggr = (Vr × gb + Vgr × Kрз × gII) ×gf = (6,37× 25 + 3,08· 0,95× 17,05) × 1,2 = 251 кН

6.7 Определение нагрузок

Все действующие нагрузки приводим к центру тяжести подошвы ростверка:

Ntot I = Ncol I + Gr I + Ggr I = 1572,22 + 251 = 1823 кН

Qtot I = Qcol I = 98,29 кН

Mtot I = Mcol I + Qtot I×Hr = 922,24 + 98,29 × 1,5 = 1070 кН×м

6.8 Определение расчетных нагрузок

Определяем расчетные нагрузки, передаваемые на крайние сваи в плоскости подошвы ростверка по формуле (3) СНиП 2.02.03-85:

NI max = 572,6 кН; NI min = 154,6 кН

Проверяем выполнение условия:

NI max= 574,6 < 1,2Fd/gк×gn = 1,2×671/1,33 = 605,4 кН

NI mt = (NI max + NI min) /2 = 727,2/2 = 363,6 кН

NI mt = 363,6 < Fd/gк×gn = 671/1,33 = 504,5 кН

NI min = 154,6 кН > 0

Условия проверки выполняются с достаточным приближением.

6.9 Предварительная проверка сваи по прочности материала

Выполним предварительную проверку сваи по прочности материала по графикам и указаниям учебного пособия.

Определяем коэффициент деформации a e:

Начальный модуль упругости бетона класса В20, подвергнутого тепловой обработке при атмосферном давлении, по табл.18 СНиП 2.03.01-84, Еb = 24×103 МПа

Момент инерции поперечного сечения сваи:

Условная ширина сечения сваи bp = 1,5×dсв + 0,5 = 1,5×0,3 + 0,5 = 0,95 м. Коэффициент пропорциональности к по табл.1 прил.1 к СНиП 2.02.03-85 для глины (IL = 0,60), принимаем к = 7 МН/м4. Коэффициент условий работы gс = 1

Глубина расположения условной заделки сваи от подошвы ростверка:

;

В заделке действуют усилия: продольная сила NI max = 574,6 кН; изгибающий момент:

 кН×м

Точка, соответствующая значениям указанных усилий, лежит на графике ниже кривой для принятой сваи (сечение 300х300, бетон класса В20, продольное армирование 4Ø 12АIII), следовательно, предварительная проверка показывает, что прочность сваи по материалу обеспечена.

Вывод: принимаем сваю С 7-30 сечение 300х300, бетон класса В20, продольное армирование 4Ø 12АIII количество свай n = 5.

6.10 Расчет ростверка на продавливание колонной

Класс бетона ростверка принимаем В20, тогда Rbt = 0,9 МПа (табл.13 СНиП 2.03.01-84). Рабочую высоту сечения принимаем h0 = 150 см. Схему к расчету см. (рис.10)

Расчетное условие имеет следующий вид:

Размеры bcol = 500 мм, hcol = 1000 мм, c1 = 600 мм и c2 = 250мм, коэффициент надежности по назначению gn = 0,95.

Значения реакций по верхней горизонтальной грани:

а) в первом ряду от края ростверка со стороны наиболее нагруженной его части:

Величина продавливающей силы определяется по формуле:

Предельная величина продавливающей силы, которую может воспринять ростверк:

т.е. прочность ростверка на продавливание колонной обеспечена

6.11 Расчет свайного фундамента по деформациям

Выполним расчет свайного фундамента по деформациям на совместное действие вертикальной и горизонтальной нагрузок и момента по формуле 14 прил.1 к СНиП 2.02.03-85:

проверяем выполнение условия:

Горизонтальная нагрузка на голову сваи равна:

 

Коэффициент деформации ae = 0,837 м-1 (п.6.9. настоящего расчета). Условная ширина сечения сваи bp = 0,95 м. Прочностной коэффициент пропорциональности, для глины мягкопластичной (IL = 0,60), по табл.1прил.1СНиП 2.02.03-85 равен: a =50 кН/м3

Приведенное расчетное значение продольной силы  для приведенной глубины погружения сваи в грунт  = l × ae = 6,95×0,837 = 5,81 > 4 определяем по табл.2 прил.1 к СНиП 2.02.03-85 (шарнирное сопряжение сваи с ростверком) при l = 4 и zi = 0(уровень подошвы). Получаем  = 0,409, тогда:

Так как сила Hel = 27,73 кН > gn×HI = 0,95×19,7=18,17, то расчет ведем по первой (упругой) стадии работы системы свая-грунт.

При шарнирном опирании низкого ростверка на сваи М0 = 0 и  = 0, следовательно, формулы (30) и (31) по п.12 прил.1 к СНиП 2.02.03-85 примут вид:

 .

Определяем перемещение в уровне подошвы ростверка от единичной горизонтальной силы НII =1:

 1/кН,

где безразмерные коэффициенты А0 и В0 приняты по табл.5 прил.1 к СНиП 2.02.03-85 для приведенной глубины погружения сваи  = 4 м.

Так как up = 0,4 см < uu = 1см, условие ограничения горизонтального перемещения головы сваи выполнено.

6.12 Расчет устойчивости основания

Выполним расчет устойчивости основания, окружающего сваю по условию (25) прил.1 к СНиП 2.02.03-85, ограничивающему расчетное давление σz, передаваемое на грунт боковыми поверхностями сваи:

.

Здесь расчетный удельный вес грунта с учетом взвешивания воды (для слоя 2) gI = gsb = 8,21 кН/м3; φI = 60; cI = 19 кПа; коэффициент x = 0,6 (для забивных свай); коэффициент η1 = 0,7. При установлении значения коэффициента η2 по формуле (26) прил.1 к СНиП 2.02.03-85, используем данные табл.5, из которой следует, что момент от внешних постоянных нагрузок в сечении на уровне нижних концов свай составит для оси А:

Мс = 319 + 19 × 8,45 = 480 кНм

Момент от временных нагрузок в том же сечении составит:

Мt = 0 + 503,8 + 60,5 + (0 + 66,2 +3,7) × 8,45 = 1155 кНм

Расчетное давление на грунт σz, кПа, определяем по формуле (36) и указаниям п.13 прил.1 к СНиП 2.02.03-85:

,

для глубины , так как  > 2,5; откуда , а  = 0,85

Для этой приведенной глубины по табл.4 прил.1 СНиП 2.02.03-85 имеем:

А1 = 0,996; В1 = 0,849; С1 = 0,363; D1 = 0,103.

= 14 кПа

Как видно, 24,19 кПа,

т.е. устойчивость грунта, окружающего сваю, обеспечена.

6.13 Несущая способность сваи по прочности материала

Определим несущую способность сваи по прочности материала. Характеристики сваи: Rb = 11,5 МПа; Rsc = Rs = 365 МПа; b = dсв = 30 см; а = а` = 3 см; h0 = dсв – а` = 30 – 3 = 27 см; Аs = Аs’ = 4,52/2 = 2,26 см2.

Из формулы (37) прил.1 к СНиП 2.02.03-85 для указанных характеристик сваи получаем следующее выражение для определения моментов Мz в сечениях сваи на разных глубинах z от подошвы ростверка:

=1,2(0,8372·24·106·0,675·10-3·4·10-3·А3–0,837 ·24·106·0,675·10-3·2·10-3·В3+16,38·D3/0,837) =

= 54,5А3 – 32,5В3 + 23,5D3

Результаты дальнейших вычислений, имеющих целью определение Мz max, сводим в табл.10, причем при назначении Z используем соотношение  = Z × a e, в котором значения Z принимаем по табл.4. прил.1 к СНиП 2.02.03-85.

Результаты вычислений изгибающих моментов

Таблица 10

/Zi		A3	В3	D3	Мz
0,48	0,4	-0,011	-0,002	0,400	8,7
0,96	0,8	-0,085	-0,034	0,799	15,25
1,43	1,2	-0,287	-0,173	1,183	17,78
1,91	1,6	0,673	-0,543	1,507	16,40
2,39	2,0	-1,295	-1,314	1,646	15,80

Как видно из таблицы, Мz max I = 17,78 кНм действует на глубине z =1,43 м. Эпюра моментов показана на рис.12.

Эксцентриситеты продольной силы для наиболее и наименее нагруженных свай составляют соответственно:

Определим значения случайных эксцентриситетов по п.1.21. СНиП 2.03-01-84 для расчетной длины  м и поперечного размера сваи dсв = 30 см:

Так как полученные значения эксцентриситетов е 01 и е 02 больше еai, оставляем эти значения для дальнейшего расчета свай по п.3.20 СНиП 2.03.01-84.

Находим расстояния от точек приложения продольных сил NmaxI и NminI до равнодействующей усилий в арматуре S:

Определим высоту сжатой зоны бетона по формуле (37) СНиП 2.03.01-84:

Граничное значение относительной высоты сжатой зоны по табл.2.2 п.2.3.12, учебного пособия, составляет для стали А-Ш и бетона В20 xR = 0,591

При , следовательно принимаем значение

x1 = 15,5 см для дальнейшего расчета.

Проверяем прочность сечения сваи по формуле (36) СНиП 2.03.01-84:

 кН <

802 кН

 кН <

=315 кН

Несущая способность свай по прочности материала в наиболее нагруженных сечениях обеспечена.

6.14 Расчет осадки основания свайного фундамента

Определяем размеры и вес условного фундамента (по указаниям п.7.1. СНиП 2.02.03-85). Расчетная схема показана на рис.11.

°

Размеры свайного поля по наружному обводу:

 м;  м

Размеры площади подошвы условного массива:

 м

 м

Площадь подошвы условного массива Аусл = 3,6 · 2,4 = 8,64 м2

Объём условного массива Vусл = Aусл × hусл – Vr = 8,64 × 8,45 – 6,37 =66,6 м3

Вычислим средневзвешенное значение удельного веса грунта выше подошвы условного фундамента:

9,37 кН/м3

Вес грунта в объёме условного фундамента: Ggr = Vусл ×gII mt = 66,6·9,37 = 622 кН

Вес ростверка GrII = Vr × gb × gf = 6,37 × 24×1 = 153 кН

Вес свай Gсв II = 1,6 × 9,81×5×1 =78 кН

Расчетная нагрузка по подошве условного фундамента от веса грунта, ростверка и свай:

GII = 622 + 153 + 78 = 853 кН

Проверяем напряжения в плоскости подошвы условного фундамента.

Ntot II = Ncol II + GII = 1310,19 +853 = 2163 кН

Mtot II = Mcol II + Qcol II × Hr = 826,87 + 81,91×1,5 = 950 кНм

Расчетное сопротивление грунта основания условного фундамента в уровне его подошвы определим по формуле (7) СНиП 2.02.01-83:

Принимаем: gc1 = 1,2 gc2 = 1; k = 1; jII 4 = 18°; cII 4 = 44 кПа

Mg = 0,43; Mq = 2,73; Mc = 5,31; gII mt = 9,25 кН/м3

= 551 кПа

Среднее давление PII mt по подошве условного фундамента:

 < R = 551 кПа

Максимальное краевое давление PII max: