Вариантное проектирование фундаментов здания (вариант 7.80)

переделка.doc

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ
ГОУ ВПО «ЧЕРЕПОВЕЦКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»
Кафедра строительных конструкций и архитектуры
ОСНОВАНИЯ И ФУНДАМЕНТЫ.
ВАРИАНТНОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ
ФУНДАМЕНТОВ СООРУЖЕНИЙ
Методические рекомендации
по выполнению курсового проекта
Учебно-методическое пособие
Специальности: 270102 Промышленное и гражданское строительство; 270115 Экспертиза и управление недвижимостью
Рассмотрено на заседании кафедры строительных конструкций и архитектуры протокол № 5 от 29.01.07 г.
Составитель: Н.В. Медведева
Рецензенты: С.В. Демидов канд. техн. наук доцент (ГОУ ВПО «ЧГУ»); Р.Ш. Адигамов канд. техн. наук доцент (ГОУ ВПО «ЧГУ»)
Научный редактор: В.Н. Ворожбянов канд. техн. наук доцент
© Медведева Н.В. 2007
© ГОУ ВПО «Череповецкий государственный университет» 2007
В курсовом проекте (КП) по дисциплине «Основания и фундаменты» студенты должны запроектировать фундаменты жилого или промышленного здания или сооружения на основе существующих методов расчета оснований по предельным состояниям с учетом инженерно-геологических условий площадки строительства и конструктивных особенностей здания.
Цель курсового проектирования – научить студентов на практике использовать полученные теоретические знания привить навыки работы с технической справочной и нормативной литературой.
Настоящие указания составлены в соответствии с рекомендуемой последовательностью выполнения КП приступать к работе над которым следует после внимательного изучения материалов задания на проект данных методических указаний и рекомендуемой литературы. В тексте в прямоугольных скобках приведены ссылки на источники из списка литературы помещенного в конце пособия.
Срок выполнения КП определяется учебным планом и указывается в задании выданном студенту.
I.СОСТАВ И ОБЪЕМ ПРОЕКТА
Задание на КП предусматривает расчет и конструирование по наиболее нагруженной оси фундамента сооружения на основе технико-экономического сравнения трех вариантов.
Для принятого варианта проводится расчет оснований и фундаментов по остальным осям разрабатывается схема производства работ по устройству нулевого цикла и в случае необходимости - схемы понижения уровня грунтовых вод замачивания уплотнения грунта.
Проект должен содержать:
- подробную расчетно-пояснительную записку объемом около 40 страниц с обоснованием принятых решений со всеми расчетами расчетными схемами и таблицами;
- чертеж выполненный на 1 листе ватмана формата 841 × ×594 мм.
Записка должна быть напечатана на одной стороне стандартных белых листов бумаги формата А4 (210 × 297 мм) шрифт 14 GOST B c интервалом 15. Записка состоит из разделов подразделов оглавлений и списка литературы.
В списке литературы перечисляются все источники использованные в проекте. Источники нумеруются в порядке появления ссылок на них (желательно указывать соответствующую главу СНиП). Затем проставляются числовые значения в единицах СИ.
Все расчеты приводимые в записке иллюстрируются необходимыми графиками и схемами выполненными в удобном масштабе со всеми размерами абсолютными и относительными отметками. Все иллюстрации должны иметь наименование и номер в тексте на них даются ссылки.
Примерный состав расчетно-пояснительной записки:
Анализ конструктивного решения здания. Определение расчетных нагрузок на фундаменты.
Оценка инженерно-геологических условий строительной площадки.
Разработка вариантов (не менее 3) для одного наиболее нагруженного и характерного фундамента. По каждому варианту необходимо:
- выбрать и обосновать глубину заложения фундамента тип фундамента тип основания;
- определить основные размеры фундамента;
- сделать дополнительные расчеты основания если они требуются (например расчет песчаной подушки глубинного уплотнения и т.п.);
- рассчитать конечную осадку фундамента;
- определить стоимость каждого варианта сравнить рассмотренные варианты по технико-экономическим показателям и выбрать основной вариант.
Расчет и конструирование намеченных в задании фундаментов (см. схему здания) а при необходимости и искусственных оснований по принятому (основному) варианту с учетом их внецентренного загружения.
Расчет осадок двух фундаментов для принятого варианта (с использованием ЭВМ) включающий:
-расчет абсолютных осадок;
-расчет относительной осадки;
-сравнение полученных осадок с предельными приведенными в СНиПе и решение вопроса о необходимости устройства осадочных швов.
Разработка свайного фундамента если он не разрабатывается в стадии выбора вариантов.
Защита фундаментов и подземных частей зданий от грунтовых вод.
Рекомендации по производству работ нулевого цикла. Техника безопасности.
Чертеж выполняется на одном листе ватмана как представлено на рис. 1.
Рис. 1. Пример выполнения чертежа к курсовому проекту
В состав чертежа входят:
-схематический поперечный разрез сооружения с основанием (М 1 : 200);
-конструкции рассмотренных вариантов фундамента для наиболее нагруженной оси здания совмещенные с геологическим разрезом (М 1 : 100);
- план фундаментов принятого варианта (М 1 : 100). На плане фундаментов мелкого заложения показывается раскладка сборных фундаментных блоков и первого ряда блоков стен для ленточных фундаментов. Если в качестве основного варианта принят свайный то на чертеже приводится план свайного поля и план ростверков (допускается совмещение плана свай и ростверков). Необходимо также показать оси фундаментов дать привязку к ним блоков или свай и обозначить марку типовых блоков или свай. План фундаментов вычерчивается полностью без разрывов с указанием точного количества фундаментных подушек стеновых фундаментных блоков некратных мест и т.д.;
- рабочие чертежи фундаментов принятого варианта с привязкой к осям здания (М 1 : 50). На них изображаются: конструкции фундамента заделка колонны в подколонник пол первого этажа или подвала гидроизоляция фундаментов и подвальных помещений заделка голов свай в ростверк установка фундаментных балок устройство отмостки все размеры и марки типовых элементов абсолютные и относительные отметки. При необходимости приводится схема расположения и армирования поэтажных поясов жесткости детали устройства температурных и осадочных швов;
- пояснения о принятых материалах и их марках о подготовке под фундамент об особенностях производства работ и т.д. (приводятся также на листе ватмана в виде технических требований).
В случае необходимости рекомендуемые масштабы и состав графической части КП могут быть изменены руководителем проекта.
II.УКАЗАНИЯ ПО ВЫПОЛНЕНИЮ РАСЧЕТНОЙ ЧАСТИ КУРСОВОГО ПРОЕКТА
Анализ конструктивного решения сооружения и определение расчетных нагрузок на фундаменты
1. Изучение особенностей объемно-планировочного решения и технологического процесса в здании
- функциональное назначение здания;
- габариты здания размеры пролетов;
- типы каркаса здания колонн и покрытий;
- материалы конструкций;
- наличие подвалов подземных коммуникаций;
- грузоподъемность кранов;
- оборудование требующее специальных фундаментов;
- тепловой режим здания предполагаемое потребление воды и т.п.
2. Определение степени ответственности здания (сооружения)
Определение степени ответственности здания (сооружения) выполняется по [20 п. 1.1.1].
3. Оценка жесткости здания чувствительности его к неравномерным осадкам
Все здания и сооружения по жесткости и характеру дефор-маций подразделяются на абсолютно жесткие абсолютно гибкие и конечной жесткости [2] [20]. Для последних особенно важна оценка чувствительности поскольку в их конструкциях при неравномерном оседании развиваются дополнительные усилия. О степени чувствительности конструкций можно также судить по величине предельной относительной деформации ( Чем меньше допустимая предельная деформация тем выше чувствительность конструкции к неравномерным осадкам.
- выявить наиболее и наименее чувствительные или нечувствительные к неравномерным осадкам части заданного сооружения [2] [20];
- указать значения предельных относительных деформаций [15 прил. 4];
- наметить мероприятия по уменьшению чувствительности здания к неравномерным осадкам и их величине [15 п. 2.70 – 2.71] [20].
Согласно п. 2.4 в [15] необходимо выбрать расчетную схему системы «основания – фундамент - надфундаментные конструкции» с учетом податливости основания и жесткости сооружения. В учебном проектировании совместная работа оснований и фундамента учитывается приближенными методами третьей группы (коэффициент γс2). Если предполагается использование гибких фундаментов то для более достоверного определения усилий в теле фундамента вычисляют жесткость надземных конструкций по формулам методов второй группы [11 п. 2.8 – 2.12] [20 п. 1.1.3 1.5].
4. Определение характера нагрузок на фундаменты
Исходя из п. 2.5 в [15] нагрузки и воздействия на основания передаваемые фундаментами сооружений устанавливаются расчетом как правило при рассмотрении совместной работы сооружений и основания. Учитываемые при этом нагрузки и воздействия на сооружение или его отдельные элементы коэффициенты надежности по нагрузке а также возможные сочетания нагрузок должны приниматься согласно требованиям СНиП 2.01.07-85 «Нагрузки и воздействия» по [15] и [16].
В КП нагрузки принимаются без учета перераспределения за счет деформируемости основания и жесткости верхнего строения. При этом сбор нагрузок на фундамент осуществляется по грузовым площадкам в предположении статической определимости надземных конструкций. Согласно п. 2.6 в [15] расчет оснований по деформациям должен производиться на основное сочетание постоянных длительных и кратковременных нагрузок; по несущей способности – на основное сочетание а при наличии особых нагрузок и воздействий – на основное и особое сочетание состоящее из постоянных длительных возможных кратковременных и одной из особых нагрузок.
Для облегчения работы над КП в задании приведены нормативные нагрузки в основном сочетании действующие на фундамент на уровне его обреза. Расчетные нагрузки определяются по формуле:
где N н – сумма постоянных и временных нормативных нагрузок на уровне обреза фундамента (по заданию); γf - коэффициент надежности по нагрузке.
При расчете оснований и фундаментов допускается пользоваться коэффициентом перегрузки принимаемым при расчете по деформациям γf = 1 при расчете по несущей способности γf = 12.
При проектировании оснований фундаментов используют комбинации усилий (см. рис. 2) обеспечивающие:
- наибольший изгибающий момент (Мma
- наибольшую продольную силу (FV cor) и соответствующие ей изгибающий момент (Мcor) и поперечную силу (Fh cor) .
Рис. 2. Схема силовых факторов на уровне обреза фундамента
Оценка инженерно-геологических условий и свойств грунтов строительной площадки
Классификация и оценка состояния грунтов производится в результате сопоставления их физических и механических характеристик с классификационными приведенными в [3] [4] [10]. Такое сопоставление позволяет оценить свойства грунтов и выявить возможность их использования в основании сооружений.
В задании на КП имеется паспорт грунтов строительной площадки в котором указаны нормативные значения основных показателей физических свойств грунтов определенных в лабораторных условиях:
-γ - удельный вес грунта (Нм3);
- - удельный вес частиц грунта (Нм3);
- - естественная влажность грунта;
- - влажность грунта на границе раскатывания;
- - влажность грунта на границе текучести.
Остальные дополнительные характеристики вычисляются для каждого пласта грунта на базе основных по формуламприведенным в п. 2.1 - 2.3. Результаты сводятся в табл. формы 1.
1. Дополнительные физические характеристики грунтов
используется для классификации пылевато-глинистых грунтов по табл. 1 прил. 1.
Показатель текучести (консистенции)
оценивает глинистые грунты в соответствии с табл. 2 прил.1.
Коэффициент пористости
используется для оценки плотности сложения песков по табл. 3 прил. 1 подразделяет илистые грунты по табл. 4 прил. 1.
Вычисленные физико-механические характеристики грунтов строительной площадки
Наименование слоя грунта
Физические характеристики
Механические характеристики
Полное наименование грунта пригодность в качестве естественного основания
Показатель текучести
Угол внутреннего трения
Условное расчетное сопротивление
Степень влажности определяется по формуле
где - удельный вес воды (10 кНм3).
По этому показателю классифицируются крупнообломочные и песчаные грунты (табл. 7 прил. 1) а также некоторые пылевато-глинистые грунты.
Песчаные и пылевато-глинистые грунты подразделяются по относительному содержанию органического вещества согласно табл. 5 прил. 1.
2. Механические характеристики грунтов
Согласно указаниям СНиП 2.02.01-83 [15 п. 2.11 2.16] характеристики грунтов должны определяться как правило на основе их непосредственных испытаний в полевых или лабораторных условиях с учетом возможного изменения влажности грунтов в процессе строительства и эксплуатации сооружений.
Для предварительных расчетов оснований а также для окончательных расчетов оснований зданий и сооружений II и III классов допускается определять значения прочностных и деформационных характеристик грунтов по их физическим характеристикам.
По прил. 1 в [15] определяют:
- - угол внутреннего трения грунта;
- С - удельное сцепление грунта;
- Е - модуль деформации грунта.
Для песчаных грунтов С Е определяют по табл. 1 прил.1 [15] в зависимости от е.
Для пылевато-глинистых грунтов определяют:
- С по табл. 2 прил. 1 [15] в зависимости от IL и е;
- Е по табл. 3 прил. 1 [15] в зависимости от IL и е а также от происхождения и возраста грунтов.
В табл. 6 прил. 1 приведено подразделение грунтов по Е.
Расчетные значения характеристик грунтов принимаются согласно [15 п. 2.13 2.16].
3. Условное расчетное сопротивление грунта R0
Важным дополнительным показателем строительных свойств грунтов является условное расчетное сопротивление грунта R0 .
Для предварительных расчетов R0 находится с учетом физических характеристик грунтов по таблицам прил. 3 [15].
Промежуточные значения R0 для пылевато-глинистых грунтов находятся путем двойной интерполяции по формуле
где e IL – характеристики грунта для которого определяется значение е1 е2 - соседние значения коэффициента пористости в интервале между которыми находится значение е для рассматриваемого грунта; и - табличные значения R0 для е1 соответственно при и ; и - то же для е2.
Кроме того R0 можно определить по формуле 7 в СНиП 2.02.01-83 принимая ширину подошвы фундамента b = 1 м.
4. Непосредственная оценка слоев грунта
Следующий этап – непосредственная оценка каждого слоя грунта с прогнозом возможных изменений свойств грунтов и выводом о возможности использования их в качестве естественного основания.
В КП непригодными в качестве естественных оснований считаются грунты:
- почвенные илы торфы заторфованные грунты рыхлые пески;
- пылевато-глинистые грунты в текучей и текучепластичной консистенции а также с коэффициентом пористости супесей е> 07; суглинков е > 1; глин е > 11;
- сильносжимаемые грунты;
- грунты с R0 ≤ 100 кПа.
Возможность использования слабых грунтов в качестве оснований выясняется только по результатам дополнительных исследований и мероприятий по искусственному улучшению грунтов строительной площадки.
По результатам расчетов для каждого слоя грунта делается вывод например: грунт – песок мелкозернистый средней плотности влажный среднесжимаемый R0 = 035 МПа может быть использован в качестве естественного основания с точки зрения пригодности его для заданного сооружения.
5. Общая характеристика строительной площадки
Общая характеристика строительной площадки дается с учетом качества и толщины отдельных слоев глубины и последовательности залегания более плотных и более слабых слоев а также с учетом величины нагрузок на фундаменты географического района строительства.
Согласно п. 2.17 в [15] при проектировании оснований должна учитываться возможность изменения гидрогеологических условий площадки в процессе строительства и эксплуатации сооружения а именно:
- наличие и возможность образования верховодки;
- естественные и многолетние колебания уровня подземных вод;
- возможное техногенное изменение уровня подземных вод;
- степень агрессивности подземных вод по отношению к материалам подземных конструкций и коррозионная активность грунтов.
Более подробно этот вопрос рассмотрен в [10].
В заключение выбирается несущий слой грунта наиболее пригодный для основания. Даются рекомендации по устройству гидроизоляции подземных частей сооружения по учету пучинистых свойств грунтов при подготовке оснований и устройстве фундаментов. Приводятся соображения по проектированию водоотлива или водопонижения при разработке котлована исходя из гидрогеологических условий и фильтрационных свойств грунтов.
6. Привязка сооружения на плане (разрезе) строительной площадки
В задании на КП выдаются кроме паспорта грунтов схема и геологические разрезы строительной площадки. Расположение скважин расстояния между ними и абсолютные отметки устьев скважин принимаются по схеме строительной площадки на которой нанесены горизонтали.
В проекте на плане строительной площадки выделяют пятно застройки. При необходимости в пределах пятна застройки намечают дополнительный геологический разрез.
Если по условиям застройки или планировки участка размещение сооружения возможно только в единственном варианте (например рядом существуют другие здания) то приведенная для такого варианта привязка будет окончательной. В этом случае привязка сооружения на геологическом разрезе производится независимо от геологических условий и является следствием геометрического согласования с плановой привязкой.
Если участок еще не застроен и по условиям планировки представляется возможность свободной плановой привязки сооружения то сначала его размещают на плане (разрезе) в первом приближении. Далее исходя из инженерно-геологических условий передвигают место предварительного размещения сооружения по разрезу влево или вправо с тем чтобы «посадить» сооружение на площадку с более благоприятными условиями (более равномерным залеганием слоев грунта исключением вклинивающего слабого слоя так чтобы здание в меньшей степени испытывало неравномерные осадки).
При окончательной привязке на геологическом разрезе должны быть показаны контуры и оси здания абсолютные отметки нуля и планировки площадки.
Планировочная отметка строительной площадки DL выбирается с учетом необходимой срезки почвенно-растительного слоя исходя из нулевого баланса земляных работ.
После того как сооружение будет привязано к месту на геологическом разрезе производится его окончательная привязка на плане строительной площадки.
Вариантное проектирование. Выбор возможных вариантов устройства фундамента
Тип фундамента и вид основания практически любого сооружения невозможно предопределить заранее однозначно так как эти категории принимаются в зависимости от самых разнообразных условий: величины нагрузок инженерно-геологи-ческих условий предельных осадок и т.п. Наиболее общим методом решения таких задач проектирования является метод разработки нескольких конкурентоспособных вариантов и выбора из их числа наилучшего (оптимального) путем сравнения их экономических показателей.
Отличительной особенностью одного варианта фундамента от другого может быть:
- различие в типе фундамента (отдельностоящий ленточный сплошной);
- конструкция фундамента (сборный монолитный);
- материал фундамента (бетон железобетон дерево и т.п.);
- тип основания (естественное или искусственное основание другой несущий слой);
- способ устройства основания и фундамента и т.п.
В учебном проектировании вариантное сравнение ведется в следующей последовательности:
а) составляют эскизы всех реальных вариантов отбирают наиболее приемлемые их них;
б) рассчитывают отобранные варианты для одного наиболее нагруженного типичного фундамента (под стену или колонну) заданного здания.
- определяют предварительную глубину заложения и размеры фундаментов;
- выполняют для них расчеты оснований по второму а при необходимости и по первому предельному состоянию;
- производят технико-экономическое сравнение тех вариантов предварительные расчеты которых не противоречат требованиям СНиПа;
- для выбранного (оптимального) варианта производят расчет основания и конструкций фундамента по всем характерным сечениям.
Студенты разрабатывают не менее трех вариантов устройства фундаментов в числе которых обязательно должны быть рассмотрены фундамент на естественном основании и фундамент на забивных сваях сплошного квадратного сечения. Остальные варианты можно выбирать руководствуясь рекомендациями [3] [20].
В КП должна быть дана эскизная прорисовка всех целесообразных в рассматриваемом случае вариантов оснований и фундаментов по схеме от более простых к более сложным – на естественном основании свайные на искусственном основании фундаменты глубокого заложения.
Перед тем как приступить к расчету и конструированию фундаментов необходимо четко представить себе возможное архитектурное решение особенно в месте перехода надземной части здания в подземную т.е. установить абсолютные отметки планировки пола первого этажа обреза фундамента а также применяемые конструкции. При этом для устройства оснований и фундаментов необходимо стремиться при минимальном расходе материалов получить наиболее рациональное и экономичное решение.
За относительную отметку 00 обычно принимают пол первого этажа. Обрез фундаментов большинства зданий устраивают на относительной отметке – 015 м а для металлических колонн промышленных зданий обрез располагают на отметке находящейся в пределах от -06 до -12 м (в зависимости от поперечного размера колонн и высоты траверс). Это дает возможность произвести обратную засыпку пазух фундаментов грунтом до монтажа колонн и прикрыть базу колонны полом первого этажа.
Вариант 1. Фундамент мелкого заложения на естественном основании
В зависимости от типа здания его конструктивной схемы величины нагрузок и свойств грунтов могут быть применены фундаменты мелкого заложения на естественном основании следующих видов: массивные одиночные (столбчатые) ленточные плитные.
Наиболее часто в практике строительства используют сборные ленточные и столбчатые фундаменты. При больших нагрузках которые обычно встречаются в промышленных зданиях фундаменты выполняются монолитными.
Конструктивное решение фундамента зависит от глубины заложения и размеров подошвы.
1. Определение рациональной глубины заложения фундамента
На выбор глубины заложения подошвы фундамента влияют следующие факторы:
- инженерно-геологические и гидрогеологические условия стройплощадки;
- климатические условия района строительства;
- конструктивные особенности проектируемого здания.
В каждом из упомянутых случаев глубина заложения определяется по особым правилам (см. п. 4.1.1 – 4.1.3) однако нужно помнить что технология производства работ требует минимальной глубины заложения при которой сводится к минимуму объем земляных работ упрощается водоотлив снижается опасность расструктуривания грунтов ниже дна котлована облегчается крепление откосов и т. д. С точки зрения экономики оптимальное решение может быть найдено только после проработки нескольких вариантов с разной глубиной заложения.
1.1. Влияние инженерно-геологических и гидрогеологических условий
Во всех случаях минимальная глубина заложения подошвы фундамента должна быть не менее 05 м от поверхности земли (DL) или от отметки пола подвала.
Если с поверхности залегают пласты непригодные в качестве естественного основания то фундамент должен прорезать эти пласты и заглубляться в хороший грунт на 10 - 20 см.
Под подошвой фундамента нецелесообразно оставлять слой малой толщины если свойства подстилающего пласта значительно лучше. В этом случае имеет смысл заглубить фундамент до хорошего грунта.
Кроме того необходимо стремиться заложить фундамент выше уровня подземных вод WL. Заложение ниже отметки WL требует дополнительных водозащитных мероприятий во время строительства и эксплуатации здания.
1.2. Учет климатических условий района строительства
В районах с сезонным промерзанием грунтов глубина заложения фундамента определяется исходя из недопущения промерзания пучинистого грунта под подошвой. Наибольшему пучению подвержены грунты содержащие пылеватые и глинистые частицы.
Нормативную df n и расчетную df глубину сезонного промерзания грунта определяют в соответствии с [15 п. 2.26 – 2.28].
Окончательную глубину заложения фундаментов из условий промерзания грунтов в период эксплуатации здания назначают с учетом типа и состояния грунтов основания и уровня подземных вод d по [15 табл. 2 п. 2.29 - 2.31].
В проекте оснований и фундаментов должны предусматриваться мероприятия не допускающие увлажнения грунтов основания а также промораживания их в период строительства [3 п. 5.4] [10 п. 2.144 – 2.147].
1.3. Конструктивные особенности здания
При наличии подвала минимальная глубина заложения подошвы фундамента от уровня планировки (см. рис. 3) определяется по формуле
где dв – глубина подвала (по заданию); hs – высота плитной части фундамента; hc f – толщина конструкций пола подвала.
Рис. 3. Схема к определению глубины заложения фундаментов
Если уровень грунтовых вод (УГВ) находится ниже пола подвала то hc f может быть принята порядка 01 - 02 м. Если же УГВ будет выше гидроизоляционного слоя пола подвала то приходится погашать гидростатическое давление пригрузочным слоем бетона или устраивать железобетонную плиту заделываемую под несущие конструкции здания.
В этом случае hc f принимают 03 - 05 м. В дальнейшем значения hs и hcf уточняются при расчете тела фундамента и конструкции гидроизоляции на прочность или с учетом модульности и унификации конструкций.
Подошву фундаментов непосредственно примыкающих к каналам боровам приямкам вводам коммуникаций заглубляют на 02 - 05 м ниже пола этих конструкций.
Для сборных фундаментов под стены глубина заложения дополнительно определяется принятой конструкцией и размещением по высоте фундаментных блоков и подушек. Рекомендации по конструированию фундаментов приведены в п. 4.2.2.
Глубина заложения фундамента под колонны назначается с учетом его высоты которая должна быть достаточной из условия прочности и заанкерирования колонн.
Глубину заделки типовых колонн и размеры фундаментов под них принимают по соответствующим типовым сериям [20 п. III.6.3] [1] - [3] и прил. 2.
При проектировании индивидуального монолитного фундамента под колонны высота фундамента hf назначается из условия заглубления или заделки колонн. Высоту плитной части фундамента hр l назначают по расчету на продавливание руководствуясь требованиями [11] [17].
Если высота фундамента hf получается больше высоты плитной части hр l требуемой по расчету то увеличение высоты фундамента производится за счет подколонника (рис. 4 а - г).
Обрез фундамента железобетонных колонн зданий принимается как правило на 150 мм ниже отметки чистого пола здания.
Глубина заделки сборной железобетонной колонны в фундамент dc зависит от вида и диаметра рабочей арматуры колонны от типа сечения и класса бетона колонны от эксцентриситета продольной силы. В КП допускается определять глубину заделки сборных железобетонных колонн в фундамент из условия:
- для сплошных колонн:
- для двухветвевых колонн:
где ld – расстояние между наружными гранями двухветвевой колонны.
Для возможности рихтировки колонны в фундаменте высота стакана dp выполняется больше глубины заделки колонны dc на 50 мм.
Толщину дна стакана следует принимать по расчету на раскалывание и продавливание колонной но не менее 200 мм. В КП толщину дна стакана рекомендуется принимать 250 - 300 мм.
Толщина защитного слоя бетона для рабочей арматуры подошвы фундамента принимается равной 35 мм подколонника – 30 мм.
Таким образом высота фундамента железобетонной колонны из условия ее заделки равна мм:
Высоту фундамента под колонны рекомендуется назначать кратной 300 мм.
Рис. 4. Монолитные железобетонные фундаменты под сборные железобетонные колонны (сплошные и двухветвевые) с развитым подколонником (а б) и в виде плитной части (в г); под монолитные колонны (д); под стальные колонны (е)
Для передачи усилия от стальной колонны на фундамент (рис. 4 е) в фундаменте устраивают анкерные болты к которым крепится башмак (закладные детали) колонны. Диаметр анкерных болтов определяется расчетом [11 п. 3]. Тип анкерного болта и глубина его заделки Н принимаются в зависимости от диаметра анкерного болта [11 табл. 1]. Расстояние от нижнего конца анкерного болта до подошвы фундамента под стальную колонну принимается не менее 100 мм.
Основные размеры плитной части фундамента и подколонника (по прочности и раскрытию трещин) определяются так же как и для фундаментов под железобетонные колонны.
Отметка верха подколонника фундамента под стальную колонну и размеры его в плане определяются в зависимости от размеров и способа опирания башмака и метода монтажа колонн на 200 600 900 и 1200 мм ниже отметки чистого пола здания.
Таким образом минимальная высота фундамента под стальную колонну из условия ее заанкерирования равна
Зная высоту фундамента и отметку его обреза определяют глубину заложения подошвы фундамента из условия заанкерирования колонн.
Соседние фундаменты примыкающие друг к другу закладывают как правило на одной отметке. Но в зависимости от уклона поверхности земли различия грунтов нагрузок и других условий отдельные сечения ленточных фундаментов по длине и отдельные фундаменты одного здания могут иметь различную глубину заложения (рис. 5). В этом случае допустимую разницу определяют по формуле
где а – расстояние между фундаментами в свету; СI и - расчетные значения соответственно удельного сцепления и угла внутреннего трения грунта; Р – среднее давление под подошвой вышерасположенного фундамента от расчетных нагрузок (для расчета оснований по несущей способности).
Рис. 5. Схема к определению допустимой разницы отметок рядом расположенных фундаментов
При перепаде высот в ленточных сборных фундаментах по их длине делают уступы высотой 03 - 06 м (полувысота и высота блока). Отношение высоты уступа к его длине принимают для связанных грунтов для песчаных грунтов (рис. 6 ж).
При неблагоприятных условиях (больших горизонтальных нагрузках наличии слабых грунтов окружающих фундамент и пр.) глубина заложения фундаментов дополнительно рассчитывается из общей устойчивости системы «основание – фундамент - надземная конструкция» с учетом того что с заглублением фундаментов увеличивается расчетное сопротивление и устойчивость грунтов.
Глубина заложения фундамента должна удовлетворять всем перечисленным условиям и выбираться наибольшей из них. Последующие расчеты и конструирование фундаментов могут потребовать ее изменения.
2. Предварительное определение размеров подошвы фундамента
2.1. Определение размеров подошвы фундамента
Определение размеров подошвы фундамента выполняется из расчета оснований и может производиться двумя методами: методом последовательных приближений и графическим методом.
В первом методе рекомендуемом для применения в КП площадь фундамента Аr первоначально определяется по приближенной формуле (с учетом действия только вертикальных сил на обрез фундамента):
где - расчетная вертикальная нагрузка на фундамент на уровне его обреза (при расчете по деформациям); R0 – условное расчетное сопротивление грунта под подошвой фундамента (см. п. 2.3); d – глубина заложения фундамента (п. 4.1); - средний удельный вес материала фундамента и грунта расположенного на его обрезах. Принимают кНм3.
Далее подбирают размеры сторон подошвы фундамента .
Для ленточного фундамента расчет ведется на 1м длины и поэтому bf = Af (l = 1).
Для квадратного фундамента (рационального при центральном загружении) .
Для прямоугольного фундамента предварительно задаются соотношением сторон k = l b (k зависит от эксцентриситета приложения нагрузки и принимается в пределах от 12 до 18). Тогда и l = bk.
Подошва фундамента принимается вытянутой в сторону действия М и Fh .
2.2. Конструирование фундамента
После определения требуемых размеров подошвы производится подбор стандартных блоков. Если в каталоге нет необходимых размеров то фундамент конструируют монолитным в соответствии с требованиями [3] [11] [17].
Материалы фундаментов выбираются в соответствии с материалами основных конструкций сооружения. Кроме прочности материал фундаментов должен обладать необходимой морозостойкостью. В качестве материала фундаментов применяют железобетон бетон каменные материалы (кирпич бут блоки из природных камней). В определенных случаях возможно использование облегченных и легких бетонов цементогрунта. Сборные элементы изготовляются из железобетона и бетона в том числе и на силикатных вяжущих материалах. Материал фундаментов марки растворов и бетона можно выбрать по [3 табл. 4.3 - 4.6] в зависимости от класса сооружения грунтов основания и расчетной температуры зимнего воздуха.
Частично рекомендации по конструированию фундаментов приводились в разделе 4.1.3 при обосновании глубины заложения фундаментов.
Ленточные фундаменты под стены (рис. 6) могут быть сборными состоящими из железобетонных плит и стеновых бетонных блоков или панелей и монолитными (бут бутобетон бетон) в виде жесткой конструкции ступенчатой формы.
Сборные фундаментные железобетонные плиты изготавливают сплошными [1] - [3] [20] (табл. 1 прил.2) или ребристыми (при больших нагрузках). Для снижения материалоемкости фундамента и улучшения работы в контакте с грунтом применяют железобетонные плиты с вырезами в углах [когда ширина плит совпадает с расчетной шириной полученной по формуле (2)] [3] [20] (табл. 2 прил. 2) или устраивают прерывистые ленточные фундаменты (на хороших грунтах когда ширина типовой плиты больше расчетной) [10 п. 2.193-2.198]; [20 п. III 5.3].
Марка плит состоит из буквы «Ф» (фундаментная плита) и шифра обозначающего ширину подошвы и длину плиты в дециметрах. Дополнительно в наименование плиты (через дефис) включается значение давления по подошве плиты на которое она рассчитана и буквенный индекс «В» (плита с вырезом).
Фундаментные стены (под кирпичные и блочные стены) выполняются из сплошных (ФБС) и пустотелых (ФБП) (для маловажных грунтов) блоков. Для укладки перемычек и пропуска коммуникаций применяют сплошные блоки с вырезом ФБВ [1] - [3] [20] (табл. 3 прил. 2).
Маркировка блоков высотой 06 м включает буквенные индексы «ФБС» и число обозначающее ширину блока в дециметрах. Блоки высотой 03 м имеют дополнительный буквенный индекс «Н» например: ФБСН-6.
В панельных зданиях вертикальные элементы ленточных фундаментов могут быть представлены фундаментными панелями конструктивное оформление которых аналогично надземным стеновым панелям (рис. 6 в).
Толщина фундаментных стен принимается равной (или меньшей) толщине надземных стен но не менее 30 см. Надземные стены не должны выступать над фундаментными более чем на 15 см.
Для устройства вводов коммуникаций в здание а также для уменьшения числа типовых размеров фундаментных и стеновых блоков в стенах фундаментов оставляются проемы длиной которые при необходимости заполняются кирпичом или бетоном. Проемы в углах здания не допускаются.
Для обеспечения пространственной жесткости сборного фундамента предусматривается связь между продольными и поперечными стенами путем перевязки их фундаментными стеновыми блоками или закладки в горизонтальные швы сеток из арматуры (рис. 6 е ж).
Монолитные фундаменты из камня и бетона (рис. 6 а б) конструируют таким образом чтобы в их теле не возникали растягивающие усилия. Для этого фундаменты уширяются к подошве уступами размеры которых определяются углом жесткости . Угол жесткости и отношение между шириной by и высотой hy уступов назначаются по [2] [20] или по табл. 13 14 прил. 2. Наименьшую высоту уступа принимают из условия перевязки швов кладки: для постелистого камня – 40 см (два ряда кладки) для рваного – 60 см (три ряда) для бетона – 30см.
Рис. 6. Фундаменты мелкого заложения под стены здания:
а б – монолитные ленточные из бута (а) или бетона (б); в г – сборный столбчатый; д – сборный ленточный с перевязкой стен блоками (ж) и арматурными сетками (е); 1 – гидроизоляция; 2 – цементная стяжка; 3 – отмостка; – засыпка по теплотехническому расчету; 5 – фундаментные блоки; 6 – фундаментные плиты; 7 – монолитный бетон при перепаде глубины; 8 – ввод трубопровода; 9 – арматурные сетки; 10 – фундаментная балка; 11 – столб; 12 – панели ограждения; 13 – фундамент стаканного типа; 14 – стеновые панели
Столбчатые (отдельно стоящие) фундаменты выполняются под колонны и столбы а также служат опорами для бескаркасных стен преимущественно малоэтажных зданий.
Сопряжение сборных колонн с фундаментом осуществляется с помощью стакана монолитных – соединением арматуры колонн с выпусками из фундамента стальных – креплением башмака колонны к анкерным болтам забетонированным в фундаменте (рис. 4) (п. 4.13).
Фундаменты колонн каркасных зданий обычно выполняются ступенчатыми состоящими из плитной части и подколонника и могут применяться в монолитном сборном и сборно-монолитном исполнении.
Для проектирования типовых монолитных фундаментов под сборные железобетонные колонны (рис. 7 а) прямоугольного и двухветвевого сечений в одноэтажных промышленных зданиях с мостовыми кранами грузоподъемностью до 500 кН или без мостовых кранов (на грунтах с R = 015 – 06 МПа) разработаны типовые конструкции монолитных ступенчатых фундаментов (серии 1.412-177 и 1.412-277).
В типовых сериях разработаны 5 унифицированных подколонников ([1] - [3] [20] или табл. 5 прил. 2).
Плитная часть фундамента образуется ступенями высотой 300 мм. Количество ступеней (от одной до трех) зависит от вылета граней подошвы фундамента по отношению к подколоннику [определяется величиной Af формула (2)].
Размеры подошвы типовых фундаментов приведены в табл.6 прил. 2 а также в [1] - [3] [20].
Типовые фундаменты разработаны высотой от 15 до 42 м. При этом предполагается 6 типов размеров по высоте (№ 1 6) для колонн прямоугольного сечения и 5 типовых размеров (№ 2 6) для двухветвевых колонн (табл. 4 прил. 2 или [1] - [3] [20]).
Фундаменты под сборные двухветвевые колонны с расстоянием между наружными гранями ветвей рекомендуется выполнять с устройством отдельных стаканов под каждую ветвь.
Верх фундаментов под железобетонные колонны располагают как правило на глубине 150 мм от поверхности чистого пола чтобы завершить работы нулевого цикла до монтажа надземных конструкций.
Марка фундаментов состоит из буквенных и цифровых индексов: первая буква «Ф» обозначает вид конструкции – фундамент второй индекс (А Б В Г или Д) указывает на тип подколонника (табл. 5 прил. 2); первая цифра обозначает типоразмер подошвы (табл. 6 прил. 2) а вторая – типоразмер фундамента по высоте (табл. 4 прил. 2).
Номенклатура типовых фундаментов для прямоугольных и двухветвевых колонн приведена в табл. 7 8 прил. 2 или в [1] - [3] [20].
Типовые конструкции монолитных фундаментов для многоэтажных производственных и общественных зданий разработаны в серии 1.412 - 379. Габаритные размеры ступенчатой плитной части и типоразмеры по высоте этой серии полностью соответствуют типоразмерам серии 1.412 - 177. Подколонники по серии 1.412 - 379 имеют отличающиеся размеры в табл. 9 прил.2 [20].
Помимо рассмотренных рядовых фундаментов в типовых сериях предусмотрены фундаменты под спаренные колонны в местах устройства температурных швов (серия 1.412 - 123) и фундаменты под фахверковые колонны (серия 1.412.1 - 4) [3].
Материалы типовых серий 1.412 могут быть использованы при проектировании фундаментов и других типов каркасов если соответствующие унифицированные серии не разработаны. В частности для зданий с металлическим каркасом габаритные размеры плитной части фундамента могут приниматься по табл. 7 8 прил. 2.
Подколонник же выполняется сплошным с размерами прямоугольного поперечного сечения обеспечивающими размещение анкерных болтов (см. рис. 4 е) [11 п. 3].
Рис. 7. Типовые фундаменты под сборные железобетонные колонны:
а – монолитные ступенчатые фундаменты (серии 1.412 – 177 и 1.412 – 277); б в – сборные фундаменты стаканного типа (серия ИИ. 04-1); г – фундамент с подбетонкой для опирания фундаментных балок
Типовые сборные фундаменты под колонны (рис. 7 б) применяются редко так как они по сравнению с монолитными дорогие в них большой расход арматуры.
Под колонны многоэтажных общественных зданий могут применяться сборные фундаменты состоящие из одного или нескольких элементов по ГОСТ 24476 - 80. Согласно типовой серии ИИ.04 - 1 вып. 7 разработаны одноблочные железобетонные фундаменты под колонны сечением 300300 и 400400 мм (табл. 10 прил. 2 или [2] [3] [20]).
Маркировка фундамента может иметь вид 1Ф13. Первая цифра обозначает размер сечения колонны (1 – 300300 мм; 2 – 400400 мм); Ф – фундамент; 13 – размер подошвы в дециметрах. Если нагрузки на фундамент значительные то может быть использована сборно-монолитная конструкция т.е. элемент 1ФС13 (или 2ФС13) используемый в качестве башмака устанавливается на монолитную железобетонную плитную часть фундамента. Индекс «ФС» означает что фундамент составной.
Индивидуальные (не типовые) монолитные фундаменты. Если в каталогах нет фундамента с необходимыми размерами то его конструируют самостоятельно в соответствии с требованиями норм [3] [11] [17] а также п. 4.1.3.
Фундаментные балки. Если для проектирования здания приняты отдельные фундаменты то передача фундаментам нагрузок от стен осуществляется с использованием цокольных стеновых панелей опирающихся непосредственно на отдельные фундаменты колонн или самонесущих стен и стен из навесных панелей опирающихся на фундаментные балки.
Фундаментные балки могут опираться на верхние обрезы фундаментов или на ступенчатую их часть. При этом используются сборные столбики или приливы. Верх фундаментной балки в типовых конструкциях должен находиться на отметке -003 (считая отметку пола первого этажа ±000).
Разработаны типовые решения сборных железобетонных фундаментных балок (серии 1.415 - 1) при шаге отдельных фундаментов 6 и 12 м (табл. 11 12 прил. 2 или [2] [20]).
Балки номинальной длины 6 м предназначены для панельных стен толщиной 200 400 мм и для кирпичных стен толщиной 250 510 мм. Предварительно напряженные балки номинальной длиной 12 м разработаны только для панельных стен. Для кирпичных стен и шаге фундаментов 12 м необходимо возводить промежуточные фундаменты для опирания 6-метровых фундаментных балок.
Маркировка фундаментных балок состоит из буквенных индексов «ФБ» (фундаментная балка) и цифр обозначающих номинальную длину балки и номер типоразмера.
При шаге отдельных фундаментов 2 4 м (в малонагруженных фундаментах жилых домов) в качестве фундаментных балок используют железобетонные перемычки – рядовые и усиленные.
Пример конструктивного оформления подбетонки для опирания балок на фундаменты серии 1.412 - 177 дан на рис. 7 в.
2.3. Уточнение величин нагрузок на основание
После определения конструкций фундамента уточняют величины нагрузок на основание с учетом фактических размеров фундамента. (Напоминаем что на первой стадии разработки вариантов учитываются лишь максимальные вертикальные нагрузки считающиеся центрально-приложенными.)
Нагрузки от веса фундамента Gf грунта на его ступенях Gg стены подвала Gст или фундаментной балки Gф.б определяют исходя из запроектированных размеров этих конструкций (рис. 8).
Горизонтальное активное давление грунта Еа на стену подвала устанавливают в предположении что на поверхности грунта действует сплошная равномерная нагрузка интенсивностью g = 10 кПа а грунт засыпки находится в предельном состоянии.
Характеристики грунтов обратной засыпки (с учетом нарушения их структуры) принимают равными
Рис. 8. Расчетная схема для определения нагрузок на основание
Используя положения строительной механики в области теории подпорных стенок определяют Еа и Ма на уровне подошвы фундамента.
Для этого заменяют равномерно распределенную нагрузку g фиктивным слоем грунта высотой hg c таким же удельным весом какой имеет грунт засыпки:
Если подвальное перекрытие устраивают до засыпки грунта за пазуху фундамента то приближенно расчетную схему представляют в виде балки защемленной в грунте на уровне подошвы фундамента и опертой другим концом на уровне низа перекрытия подвала на шарнирную опору.
Если обратная засыпка состоит из песка то
В случае засыпки глинистым грунтом величины 1 и 2 можно вычислить по формулам для песка. Такое упрощение допускается вследствие малой высоты стенок и нарушения природной структуры грунта засыпки.
Затем находят горизонтальную силу от активного давления грунта на стену фундамента (подвала):
где L – расстояние между осями колонн.
Для ленточного фундамента расчет ведут на 1 м его длины т.е. L = 1.
Момент от активного давления грунта равен
Таким образом суммарные усилия действующие на основание по подошве фундамента будут равны
При разных конструктивных решениях фундаментов в формуле (3) могут добавляться другие слагаемые или некоторые из указанных слагаемых могут быть равны нулю.
В тех случаях когда обратную засыпку за пазухи фундамента производят до устройства надподвального перекрытия давление грунта воспринимается подпорной стенкой как свободно стоящей.
Когда фундамент заглублен относительно пола подвала на 1м и более дополнительно учитывается давление грунта на нижнюю часть фундамента с подвальной стороны (пассивное давление грунта Ер) [1] - [3] [20].
2.4. Проверка давлений по подошве фундамента
При расчете центрально-нагруженных фундаментов давление на грунт под подошвой фундамента если исходить из принципа линейной деформируемости основания не должно превышать расчетное сопротивление грунта основания R т.е.
При расчете внецентренно-нагруженных фундаментов должны выполняться условия:
где Р – среднее давление под подошвой фундамента от нагрузок для расчета оснований по деформациям; Рma Рma R – расчетное сопротивление грунта оснований вычисляемое по формуле 7 в СНиП 2.02.01-83 [15] для выбранной ширины bf и глубины d заложения фундамента.
Давления по подошве фундамента определяются по формулам:
где W – момент сопротивления площади подошвы фундамента относительно оси перпендикулярной плоскости действия момента.
Для прямоугольных фундаментов большая сторона которых параллельна плоскости действия момента W = bl 2 6 для ленточных фундаментов W = b2 6.
Для случая (рис. 9 а) когда нагрузка в точке А приложена с эксцентриситетом относительно двух осей x и y формула (8) примет вид
Условия (4) (5) (6) на окончательной стадии проектирования (после выбора варианта фундамента) проверяются для двух сочетаний нагрузок соответствующих максимальным значениям нормальной силы Fv max и момента Мmax. Кроме того рекомендуется ограничивать относительный эксцентриситет приложения нагрузки на подошву фундамента следующими условиями:
а) Для фундаментов под колонны производственных зданий с мостовыми кранами грузоподъемностью 750 кН и выше и открытых крановых эстакад с кранами грузоподъемностью более 150 кН для высотных сооружений (труб зданий башенного типа) а также во всех случаях строительства на грунтах с R150 кПа рекомендуется принимать трапециевидную эпюру давлений на грунт (рис. 9 в) с отношением
Рис. 9. Схема сил и эпюры давлений по подошве фундаментов при разных эксцентриситетах
б) В остальных случаях для фундаментов с мостовыми кранами для фундаментов общественных зданий допускается треугольная эпюра давлений на грунт (рис. 9 г) при
в) Для фундаментов бескрановых сооружений и с подвесным оборудованием на грунтах с R ≥ 250 кПа в стесненных условиях строительства допускается треугольная эпюра давлений (рис. 9 д) с нулевой ординатой на расстоянии (14) l от наименее нагруженного ребра.
В случае неполного касания подошвы фундамента величина наибольшего краевого давления вычисляется по формуле
где b – ширина подошвы фундамента; l0 – длина зоны отрыва подошвы равная
При этом должно соблюдаться условие
Условия формул (4) - (6) и (9) - (11) должны удовлетворяться с требуемой экономичностью. Так при устройстве монолитного фундамента допускается недогрузка до 5% а в случае применения стандартных сборных фундаментов – до 10%.
Недогрузка вычисляется по формуле
Если условия проверки не выполняются (хотя бы одно из них) то необходимо изменить размеры подошвы фундамента. Удобнее всего в зависимости от того что будет – недогрузка или перегрузка уменьшить или увеличить Аf и произвести расчет заново. Задача решается методом последовательного приближения до выполнения условий проверки [формулы (4) - (6) и (9) - (11)].
Для уменьшения неравномерности эпюры давлений на грунт под подошвой внецентренно нагруженного фундамента допускается осуществлять смещение оси фундамента от оси колонны или стены на величину С = е2 в сторону действия момента.
Расчет оснований фундаментов по предельным состояниям
Расчет строительных конструкций и оснований в нашей стране ведут методом предельных состояний.
Если нормальная эксплуатация сооружения невозможна при исчерпывании грунтом прочности то достигается предельное состояние оснований по несущей способности (первое предельное состояние). Если деформации основания оказываются чрезмерными для надземных конструкций (при напряжениях меньше предела прочности грунта) то предельное состояние основания достигается по деформациям (второе предельное состояние).
Целью расчета оснований по предельным состояниям является уточнение предварительно принятых размеров фундамента такими пределами при которых гарантируются прочность устойчивость и трещиностойкость конструкций включая общую устойчивость сооружения а также нормальная эксплуатация надземных конструкций при любых возможных нагрузках и воздействиях.
Сжимаемость дисперсных грунтов в сотни раз выше сжимаемости строительных материалов надземных конструкций. Поэтому расчет оснований по деформациям приобретает первостепенную значимость и всегда должен выполняться при проектировании оснований фундаментов еще на первой стадии вариантного проектирования.
Расчет основания по несущей способности необходим только в определенных условиях когда в грунтовом массиве возможно возникновение напряжений близких к предельному сопротивлению грунта сдвигу [15 п. 2.3].
1. Расчет оснований фундаментов по деформациям
Расчет оснований по деформациям производят исходя из теории линейно-деформируемой среды (теории упругости). Применение этой теории допустимо когда зоны пластических деформаций грунтов в основании или полностью отсутствуют или имеют незначительное развитие (рис. 10 I фаза).
Основные условия при которых реализуется линейная зависимость между напряжениями и деформациями S были приведены ранее [формулы (4) - (6)]. Эти условия являются определяющими при назначении предварительных размеров подошвы фундамента (см. п. 4.2.4).
Целью расчета оснований по II группе предельных состояний (по деформациям) является ограничение абсолютных перемещений фундаментов и подземных конструкций такими пределами при которых гарантировалась бы нормальная эксплуатация сооружения и не снижалась бы его долговечность.
Рис. 10. Деформирование грунта под нагрузкой
Расчет сводится к удовлетворению основного условия
где S – совместная деформация основания и сооружения определяемая расчетом; Su - предельное значение совместной деформации основания и сооружения устанавливаемого по [15 прил. 4].
Из условия (12) следует что все виды деформаций надземных частей зданий и сооружений (абсолютные и относительные осадки крены прогибы выгибы и т.д.) в период строительства и эксплуатации возникающие в результате равномерных и неравномерных осадок грунтов оснований не должны превышать допустимые значения т.е. S ≤ Su f l ≤ (f l)u i ≤ iu .
Однако чаще всего ограничиваются проверкой осадки одного максимально нагруженного фундамента (Smax ≤ Smax u) которая косвенно оценивает неравномерности деформаций при согласованном залегании слоев. Проверки этого условия достаточно для расчета оснований по деформациям на первой стадии КП (стадии выбора вариантов).
Согласно [15 п. 2.6] расчет оснований по деформациям должен производиться на основное сочетание нагрузок.
1.1. Проверка давлений действующих на слабый подстилающий слой грунта
Проверка давлений действующих на слабый подстилающий слой грунта необходима когда в основании фундамента на некоторой глубине залегает слой более слабого грунта (см. рис. 11) физико-механические характеристики которого и величина R0 значительно меньше чем у грунта несущего слоя для которого определены размеры подошвы фундамента. В этом случае приближенным расчетом в соответствии с [15 п.2.48 формула 9] выясняют возможность развития зон пластических деформаций в пределах слоя слабого грунта т.е. соблюдение принципа линейной деформированности оснований по условию
где - природное давление (от собственного веса грунта) на кровлю слабого слоя равное
где - соответственно удельный вес и толщина каждого i-го вышележащего слоя.
Удельный вес грунтов залегающих ниже уровня подземных вод WL но выше водоупора должен приниматься с учетом взвешивающего действия воды:
На кровле водоупорного пласта эпюра напряжений имеет скачок за счет гидростатического давления.
Построение эпюры напряжений от собственного веса грунта при планировке срезкой начинают с планировочной отметки DL а при планировке подсыпкой – с отметки природного рельефа NL.
Рис. 11. Схема к проверке прочности слабого подстилающего слоя:
– фундамент; 2 – несущий слой; 3 – слабый подстилающий слой
Дополнительное давление на кровлю слабого слоя от внешней нагрузки определяется по формуле
где - коэффициент изменения дополнительного давления по глубине основания учитывающий форму подошвы фундамента [15 табл. 1 прил. 2];
где pII – среднее давление под подошвой фундамента установленное по формуле (7) (для фундаментов шириной b > 10 м оно принимается pII = p0 II); - вертикальные напряжения от собственного веса грунта на уровне подошвы фундамента равные
где - удельный вес грунта расположенного выше подошвы фундамента; d – глубина заложения фундамента от планировочной отметки; Rz – расчетное сопротивление грунта для условного фундамента опирающегося на слабый слой; Rz вычисляется по [15 формула 7] с учетом характеристик слабого слоя и ширины подошвы условного фундамента bz определяемой по формуле
где (FV II - вертикальная нагрузка на основание от фундамента при расчете по деформациям; l и b – соответственно длина и ширина фундамента).
В случае если проверка по подстилающему слою грунта относится к ленточному фундаменту ширину условного фундамента допускается определять по формуле
Если условие (13) не выполняется то необходимо увеличить размеры подошвы фундамента либо принять фундамент более глубокого заложения. Задача решается методом последовательного приближения до выполнения условия проверки.
1.2. Расчет абсолютной осадки S фундамента
Среди разработанных способов расчета вертикальных деформаций оснований S в СНиП 2.02.01 - 83 выделен метод послойного суммирования и метод с использованием расчетной схемы в виде линейно-деформируемого слоя конечной толщины. Область применения каждого из них обусловлена характером грунтовых напластований и размерами подошвы рассчитываемых фундаментов.
Метод линейно-деформируемого слоя конечной толщины используется в двух случаях:
а) если в пределах сжимаемости толщи основания Нс определенной как для линейно-деформируемого полупространства расположен малосжимаемый слой с модулем деформации
Е1 ≥ 100 МПа. При этом толщина малосжимаемого слоя h1 должна быть не менее чем
где Е2 - модуль деформации грунта подстилающего слой грунта с модулем деформации Е1;
б) если ширина (диаметр) фундамента b ≥ 10 м и модуль деформации грунтов в основании слоя грунта с Е ≥ 10 МПа. При этом ниже сжимаемой толщи Н допускается наличие слоя грунта с Е 10 МПа если толщина его не превышает 02 Нс.
Отметим что определение параметра Нс довольно трудоемко поэтому в первом приближении можно упрощенно принимать Нс = (15 2) b – для прямоугольных и Нс = 25b – для ленточных фундаментов.
В остальных случаях рекомендуется универсальный метод послойного суммирования позволяющий при расчете осадок учесть все многообразие грунтовых условий и нагрузок.
Порядок расчета осадок по различным методам приведен в [15 прил. 2] и в [1] - [3] [5] [10] [20]. В пособии рассмотрен лишь наиболее универсальный метод – метод послойного суммирования.
Если основное условие расчета оснований фундаментов (S≤Su) не выполняется то возможно применение следующих мероприятий: изменение размеров фундамента; переход к другому типу фундаментов; улучшение деформативно-прочностных показателей грунта основания; изменение конструктивных жесткостных и прочностных характеристик верхнего строения.
Сущность метода послойного суммирования состоит в следующем: основание разбивается на элементарные слои в пределах сжимаемой толщи определяется осадка каждого слоя от дополнительных вертикальных напряжений затем осадки всех элементарных слоев суммируются. Расчетная схема включена в таблицу.
Для построения эпюр и грунт на разрезе строительной площадки расположенный ниже подошвы фундамента разбивается на элементарные слои высотой hi так чтобы выполнялось условие
где b – ширина или диаметр фундамента.
При слоистом основании каждый элементарный слой должен включать однородный грунт.
Определяют вертикальные напряжения от собственного веса грунта на границе i-го слоя залегающего на глубине zi по формуле (14).
Находят дополнительные вертикальные напряжения от внешней нагрузки на глубине zi под подошвой фундамента (по вертикали проходящей через центр фундамента) по формуле (15).
Нижняя граница сжимаемой толщи основания условно находится на глубине z = Hc там где если модуль деформации этого слоя или слоя непосредственно залегающего под этой границей больше или равен 5 МПа. Если же Е 5 МПа то в границу сжимаемой толщи включается слабый слой и она определяется из условия .
Таким образом Нс можно определить графически как точку пересечения эпюр и построенных в масштабе (см. рис. в табл. 1).
Определяют среднее значение дополнительного вертикального напряжения в i-м слое грунта по формуле
Полная осадка основания определяется как сумма осадок отдельных слоев в пределах сжимаемости толщи по формуле
где - безразмерный коэффициент учитывающий условность расчетной схемы принимаемый равным 08.
Расчет осадки рекомендуется выполнять с помощью таблицы. Схема чертится в масштабе на миллиметровой бумаге.
Метод послойного суммирования позволяет определить осадку не только центральной точки подошвы фундамента но и любой точки в пределах или вне пределов фундамента. Для этого следует воспользоваться методом угловых точек. Аналогично метод угловых точек позволяет учесть дополнительную осадку проектируемого фундамента возможную в результате влияния рядом расположенных фундаментов.
Определение осадки методом послойного суммирования
Толщина элементарного слоя
Глубина расположения точки
1.3. Определение относительной разности осадок основания фундаментов
При расчетах выполняющихся на стадии выбора вариантов фундаментов определяется абсолютная осадка одного наиболее нагруженного фундамента S1 (см. п. 5.1.2).
После выбора основного (наиболее целесообразного) варианта фундамента следует вычислить также абсолютную осадку S2 для фундамента менее нагруженного и расположенного рядом с ранее рассчитанным. Зная величины этих осадок для двух или нескольких фундаментов можно определить относительную разность осадок и сравнить ее с предельной относительной разностью осадок ()и установленной для рассматриваемого сооружения. При этом должно соблюдаться условие
где S1 и S2 – величины абсолютных осадок оснований рассчитанные для одного и другого фундамента; L – расстояние между осями рассматриваемых фундаментов; - предельная относительная разность осадок установленная по [15 прил. 4] для конкретного сооружения.
Если условие (16) соблюдается то устойчивость и нормальная эксплуатация сооружения будут обеспечены а если нет то необходимо разработать фундаменты заново так чтобы произошло выравнивание осадок этих двух фундаментов или же по возможности устроить деформационный шов.
Осадки всех фундаментов (по выбранной схеме их расположения) с учетом загружения соседних определяют с использованием ЭВМ. Полученные значения абсолютных осадок позволяют вычислить величины различных видов деформаций оснований (среднюю осадку относительную разность осадок относительный прогиб выгиб крен фундамента или сооружения) и сопоставить их с предельно допустимыми.
2.Расчет оснований фундаментов по несущей способности
Расчет оснований фундаментов по несущей способности производится лишь при определенных условиях нагружения а также при неблагоприятных инженерно-геологических условиях площадки строительства [15 п. 2.3].
В КП такой расчет выполняется в обязательном порядке (в учебных целях) для одного из фундаментов на естественном основании.
Целью расчета оснований по несущей способности является обеспечение прочности и устойчивости оснований а также недопущение сдвига фундамента по подошве и его опрокидывание.
Расчет оснований по несущей способности должен производиться на основное сочетание нагрузок а при наличии особых нагрузок и воздействий – на основное и особое сочетание.
Несущая способность основания считается обеспеченной при выполнении одного из условий в зависимости от способа расчета:
- при использовании аналитических методов расчета:
- при расчете на сдвиг по подошве фундамента:
- при расчете графоаналитическим методом круглоцилиндрических поверхностей:
где F – расчетная нагрузка на основание; Fu – сила предельного сопротивления основания определяемая расчетом; – коэффициент условий работы грунта; – коэффициент надежности по назначению сооружения; k – коэффициент устойчивости представляющий собой соотношение суммарного момента удерживающих сил к суммарному моменту сдвигающих сил для выбранной круглоцилиндрической поверхности скольжения; и – сумма проекций на плоскость скольжения соответственно расчетных сдвигающих и удерживающих сил определяемых с учетом активного и пассивного давления грунта на боковые грани фундамента.
Потеря устойчивости основания происходит в тех случаях когда напряжения в грунтах превышают их сопротивление сдвигу. При этом считается что нормальные и касательные напряжении и по всей поверхности скольжения достигают значения соответствующего предельному равновесию вычисленному по формуле Кулона – Мора:
где и – соответственно расчетные значения угла внутреннего трения и удельного сцепления грунта.
2.1. Схемы потери устойчивости (разрушения) основания
Возможны различные схемы потери устойчивости (разрушения) основания:
а) плоский сдвиг по подошве фундамента или слабому прослойку (рис. 12 а);
б) глубинный сдвиг с образованием поверхностей скольжения охватывающий фундамент и примыкающий к нему массив грунта (рис. 12 б).
Рис. 12. Схемы разрушения основания
При выборе схемы потери устойчивости (а значит и метода расчета) следует учитывать характер нагрузок и их равнодействующей (вертикали наклона эксцентриситета); форму фундамента (ленточного прямоугольного и т.д.); характер подошвы фундамента (горизонтальность наклон); наличие связей фундамента с другими элементами здания или сооружения ограничивающих возможность потери устойчивости; характеристику основания – вид и свойства грунтов (их стабилизированное или нестабилизированное состояние) однородность геологического строения наличие и наклон слоев и слабых прослоек наличие откосов грунта вблизи фундамента и т.д.
Основания ленточного фундамента следует проверять на устойчивость только в направлении короткой стороны (ширины) фундамента а прямоугольного квадратного и круглого – в направлении действия момента либо наклона равнодействующей (направления ее горизонтальной составляющей).
2.2. Порядок выбора метода расчета оснований по несущей способности
Расчет оснований по несущей способности осуществляется в следующем порядке:
Определяют состояние несущего слоя грунта основания – стабилизированное или нестабилизированное (для нескальных грунтов).
Согласно [15 п. 2.61] в нестабилизированном состоянии находятся медленно уплотняющиеся пылевато-глинистые и биогенные грунты со степенью влажности
SR ≥ 085 и коэффициентом консолидации Gv ≤ 107 см2год. Сила предельного сопротивления основания для данных грунтов должна определяться с учетом избыточного давления в поровой воде U вычисленного методами фильтрационной консолидации грунтов.
Условие прочности нестабилизированного основания примет вид:
Коэффициент консолидации вычисляется по формуле
где kf – коэффициент фильтрации грунта (табл. 8 прил. 1); - удельный вес воды = 10 кНм3; Е – модуль общей деформации; – коэффициент бокового расширения грунта зависящий от коэффициента Пуассона. Ориентировочно можно принять для крупноблочных грунтов = 074 для суглинков = 062 и для глин = 04.
Для водонасыщенных грунтов имеющих показатель консистенции IL ≤ 05 допускается не определять коэффициент консолидации и не учитывать возможность возникновения нестабилизированного состояния грунтов (т.е. считать их стабилизированными).
Грунты в которых нормальное сжимающее напряжение целиком воспринимается скелетом грунта находятся в стабилизированном состоянии:
Вычисляют угол наклона к вертикали равнодействующей внешней нагрузки на основание из условия
где – соответственно расчетные горизонтальная и вертикальная нагрузки на основание в уровне подошвы фундамента с учетом веса фундамента и грунта на его обрезах активного и пассивного давления грунта на стенку подвала [см. формулы (1) и (3)].
После анализа состояния грунта и характера нагрузок на основание переходят к выбору схемы возможного разрушения основания (глубинного или плоского сдвига) и методов расчета.
Аналитические методы расчета оснований по несущей способности используют при расчете на возможность возникновения глубинного сдвига в следующих случаях:
а) При стабилизированном состоянии основания и . Тогда вертикальная составляющая силы предельного сопротивления основания определяется по [15 формула 16]:
Обозначения приведены в [15 с. 12 - 14]. Символом b в формуле (19) обозначается та сторона подошвы фундамента в направлении которой ожидается потеря устойчивости.
В случаях когда нарушаются условия применяемости формулы (19) (при выполнении условия ) расчет оснований по несущей способности производится графоаналитическим методом.
б) При нестабилизированном состоянии основания ленточного фундамента и . Вертикальная составляющая силы предельного сопротивления основания определяется по [15 формула 21]:
Силу предельного сопротивления нестабилизированного основания прямоугольного фундамента ( . Тогда
После вычисления предельного сопротивления основания проверяют возможность потери устойчивости основания по формуле (17).
Возможность возникновения сдвига по подошве фундамента или слабому прослойку проверяют при:
а) стабилизированном состоянии грунта и ;
б) нестабилизированном состоянии грунта и .
В этом случае расчет должен выполняться как по плоской так и по глубинной схеме сдвига причем размеры фундамента принимаются по менее благоприятному варианту.
Плоский сдвиг возникает тогда когда сила трения грунта по контакту подошвы фундамента с грунтом меньше действующих горизонтальных сил.
Возможность возникновения плоского сдвига проверяется по условию (18).
Расчетные сдвигающие и удерживающие силы определяются по формулам:
где FhI – составляющая расчетных нагрузок на фундамент параллельная плоскости сдвига (горизонтальная сила); EaI и EpI – составляющие равнодействующих соответственно активного и пассивного давления грунта (на боковые грани фундамента) параллельные плоскости сдвига (см. п. 4.2.3); FvI – сумма расчетных нагрузок нормальных к плоскости сдвига; U – сила гидростатического противодавления (при уровне грунтовых вод выше подошвы фундамента); Af – площадь подошвы фундамента; CI – расчетное удельное сцепление грунта; f – коэффициент трения фундамента о грунт определяемый в зависимости от шероховатости подошв. Для бетонных фундаментов с повышенной шероховатостью подошвы .
Если на небольшой глубине от подошвы залегает слой слабого грунта то дополнительно следует проверить возможность скольжения сооружения по этому слою. Проверка производится по формуле (18) при этом вертикальные давления на этот слой и площадь А по которой они передаются определяются так же как и при проверке прочности слабого подстилающего слоя (см. п. 5.1.1).
Графоаналитические методы расчета предполагающие построение круглоцилиндрических или ломаных поверхностей скольжения допускается принимать в случаях указанных в [15 п. 2.64]. Примеры расчетов приведены в [3] [5] [10] [20].
Расчет прочности фундамента
Расчет железобетонных фундаментов по прочности производят в последнюю очередь (после выбора варианта фундамента) когда уже выполнены все необходимые расчеты основания т.е. подобраны размеры подошвы фундамента проверена осадка и т.д. В состав конструктивного расчета входят:
- определение реактивного давления грунта на подошву;
- определение или проверка высоты плитной (ступенчатой) части фундамента;
- проверка прочности нижней ступени;
- подбор сечения арматуры в разных частях фундамента.
В условиях КП по дисциплине «Основания и фундаменты» обычно определяют только опалубочные размеры фундаментов. Подбор сечения арматуры и ее конструирование как правило выполняются в курсе «Железобетонные конструкции».
Примеры расчетов железобетонных фундаментов на прочность приведены в [1] - [3] [5] [11] [20].
Вариант 2. Фундамент на грунтовой подушке
Грунтовые подушки – простейший вид искусственно улучшенного основания.
Применение подушек способствует уменьшению и выравниванию осадок сооружения и более быстрому их затуханию а также уменьшению объема и глубины заложения фундаментов. Их целесообразно применять когда основание с поверхности сложено слабыми грунтами. Подушки используют для полной замены (прорезки) непригодного как основания пласта (рис.13а) или для частичной замены слабого грунта (рис. 13 б) с целью уменьшения на него давления (висячие подушки).
В качестве материала подушки целесообразно применять:
- щебень гравий (если есть местные);
- пески крупные и средней крупности (при устройстве фундаментов в водонасыщенных грунтах);
- местные супеси и суглинки (при отсутствии грунтовых вод);
- стойкие шлаки и т.д.
Рис. 13. Схема к расчету песчаных подушек:
а – опертая подушка прорезающая насыпной грунт; б – висячая подушка в слабом грунте; 1 – насыпной (слабый) грунт; 2 – плотный грунт; 3 – песок; 4 – слабый грунт
В теле подушки эти грунты необходимо послойно уплотнить. При этом удельный вес скелета уплотненного грунта должен быть не менее 165 кНм3 .
Расчет песчаной или гравийной подушки сводится к определению ее размеров и осадки возводимого на ней фундамента и выполняется в следующем порядке:
Выбирается материал для песчаной или гравийной подушки (по крупности) и назначается средняя его плотность сложения в теле подушки.
Устанавливается расчетное сопротивление грунта подушки Rо по [15 прил. 3].
Например если проектируем подушку из крупного песка средней плотности то Ro = 500 кПа.
Определяется глубина заложения подошв фундамента d подобно тому как это делается для фундамента возводимого на естественном основании (см. п. 4.1) с учетом того что материал подушки не обладает пучинистыми свойствами.
Предварительное определение площади подошвы фундамента Аf и его размеров в плане bf и lf производят по ранее приведенным формулам (см. п. 4.2.3) и проверяют давления возникающие по подошве фундамента (см. п. 4.2.4).
Здесь расчетное сопротивление материала подушки R определяется по [15 формулы 1 2 прил. 3].
Высота песчаной подушки hc s выбирается таким образом чтобы на уровне низа подушки соблюдалось условие (13):
При расчете висячих подушек (рис. 13 б) первоначально задаются высотой подушки равной 1 м и методом последовательных приближений ведут дальнейший расчет до удовлетворения условия (13).
Для малоэтажных зданий с нагрузкой на ленточный фундамент до 150 кНм и столбчатый фундамент до 600 кН толщина грунтовой подушки ориентировочно может быть определена по формуле
где р – среднее давление по подошве фундамента; bf – ширина фундамента; R0s – условное расчетное сопротивление слабого заменяемого слоя грунта.
В случае опертых подушек (рис. 13 а) их высота определяется глубиной залегания плотного несущего слоя подстилающего подушку. При этом прочность его также проверяется по формуле (13).
Таким образом Rz подстилающего слоя должно быть не менее суммарного напряжения под подушкой и вместе с тем не должно превышать его более чем на 10 % (для висячих подушек).
Если эти условия не соблюдаются то необходимо изменить мощность подушки hc s и произвести расчет по формуле (13) заново.
Исходя из условий производства работ подушки под фундаменты устраивают сплошными (в общем котловане) или отдельными под каждый фундамент.
Ширину подушки понизу определяют по формуле
где α - угол распределения давления в теле подушки. Устойчивость подушки в слабом грунте обеспечивается при . Чем больше различия в деформационных и прочностных свойствах слабого грунта и материала подушки тем больше должен быть угол α.
Аналогично определяется ширина подушки поверху:
где - угол наибольшей крутизны откоса заменяемого грунта (обратной засыпки) (табл. 1 прил. 3).
Кроме того ширина грунтовой подушки должна быть больше ширины фундамента поверху не менее чем на 06 м понизу - на 04 м.
Осадку определяют так же как для фундамента возведенного на слоистом основании. Модуль деформации для грунта подушки принимают по [15 табл. 1 прил. 1] в зависимости от крупности и плотности грунта в теле подушки. Расчет осуществляется по методике изложенной в п. 5.1.2.
Вариант 3. Свайный фундамент
1. Основные виды свай и область их применения
В отечественной практике известно более 150 видов свай которые классифицируются по материалу конструкции по виду армирования по способу изготовления и погружения по характеру работы в грунте.
В настоящее время в строительстве наибольшее применение нашли следующие виды свай (см. рис. 14):
- сваи забивные железобетонные погружаемые в грунт в готовом виде с помощью молотов вибропогружателей и вибро-вдавливающих агрегатов;
- сваи-оболочки железобетонные;
- сваи набивные устраиваемые в скважинах образованных уплотнением грунта;
- сваи буронабивные устраиваемые заполнением пробуренных скважин бетонной смесью или железобетонными элементами.
Рациональная область применения различных видов свай определяется в первую очередь инженерно-геологическими условиями строительной площадки и характером нагрузок передаваемых от сооружения на фундамент [3] [8] [13].
В табл. 2 представлены типовые конструкции забивных железобетонных свай и область их применения.
Буронабивные сваи рекомендуется применять в сложных инженерно-геологических условиях когда требуется прорезка слабых отложений содержащих включения валунов гравия гальки при реконструкции зданий и усилении фундаментов для стабилизации деформаций оснований и кренов фундаментов при осуществлении пристроек вновь возводимых зданий к существующим [3 п. 8.1.4]. Буровые сваи с заполнением скважины железобетонными элементами рекомендуется использовать при наличии агрессивных грунтовых вод.
Набивные сваи длиной 2 - 6 м диаметром 40 - 80 см рекомендуется применять при больших сосредоточенных вертикальных и горизонтальных нагрузках в тех же грунтовых условиях что и при забивных сваях особенно в маловлажных глинистых грунтах или с опиранием на кровлю песчаных грунтов. Короткие набивные сваи в вытрамбованных скважинах рекомендуется применять в просадочных грунтах I типа. Набивные сваи отличаются от буронабивных более высокой степенью использования несущей способности грунтов основания приближающейся к несущей способности забивных свай [3 п. 8.1.5] [10] [15].
Индивидуальные нетиповые конструкции свай применяют для отдельных объектов на основе рекомендаций или указаний по их проектированию и изготовлению либо разрабатывают в виде альбомов рабочих чертежей местного или регионального пользования для экспериментального строительства. К ним относятся сваи без острия булавовидные пирамидальные керамзитобетонные деревянные и т.п. [3 п. 8.1.6 8.1.7] [10] [15].
Типовые конструкции забивных железобетонных свай
Ширина грани сваи см
Исходная рабочая документация
Цельные квадратного сплошного сечения с ненапрягаемой арматурой
При любых сжимаемых грунтах подлежащих прорезке за исключением грунтов с непробиваемыми включениями. Кроме того сваи могут воспринимать вертикальные вдавливающие и выдергивающие а также горизонтальные нагрузки и изгибающие моменты
То же с поперечным армированием ствола с напрягаемой арматурой
То же но предпочтительнее так как имеют наименьший расход стали. Целесообразны на площадках с агрессивными грунтовыми водами и когда требуется проходка слоев твердого глинистого грунта или песка средней плотности
То же без поперечного армирования ствола
Могут прорезать пески рыхлые и средней плотности глинистые грунты от тугопластичных до текущих илы торфы прослойки толщиной до 05 м плотных или твердых сжимаемых грунтов. Пригодны для фундаментов любых зданий и сооружений (за исключением мостов и гидротехнических сооружений) для восприятия вдавливающих нагрузок до 500 кН и горизонтальных нагрузок до 15 кН при условии полного погружения сваи в грунт. Не допускается исполь-
зование при действии выдергивающих нагрузок и при необходимости погружения сваи с помощью вибрации
Составные квадратного сплошного сечения с поперечным армированием ствола
Применяются для восприятия вертикальных и горизонтальных нагрузок в слабых грунтах мощностью более 12м при отсутствии условий для изготовления и транспортировки цельных свай длиной 14 - 20 м при отсутствии оборудования для погружения длинных цельных свай при невозможности применения полых круглых свай
Цельные квадратного сечения с круглой полостью
То же что и в п. 3 но их применение позволяет снизить расход цемента на 15 – 20 % и более эффективно использовать сваебойное оборудование
Цельные полые круглые сваи (d = 04 - - 08 м) сваи-оболочки (d > 08 м)
Рекомендуется применять в качестве безростверковых фундаментов в слабых грунтах мощностью более 12 м при передаче на сваю больших (более 100 кН) горизонтальных а также значительных вдавливающих и выдергивающих нагрузок. Могут погружаться с открытым нижним концом (вибропогружателями без выемки или с выемкой грунта) или с закрытым концом (увеличивается несущая способность) но возможны лишь для слабых грунтов
Составные полые круглые сваи и сваи-оболочки
- квадратного сечения
Рекомендуется применять в песках средней плотности и в глинистых грунтах тугопластичной или полутвердой консистенции а также при прорезании рыхлых песчаных и глинистых мягкопластичных грунтов для бескрановых каркасных зданий с нагрузкой на колонну до 500 кН.
То же но для легких сельскохозяйственных зданий.
П р и м е ч а н и е . В маркировке сваи цифры перед дефисом обозначают длину сваи в метрах после дефиса – ширину грани сваи или диаметр в сантиметрах. Например: С14 – 35 – свая СН 14 - 35 – то же с напрягаемой арматурой [8 табл. 1.1]; С 14 - 35 С – то же составная свая [3 табл. 8.3].
Рис. 14. Основные виды железобетонных свай:
а – забивные: 1 – квадратного сечения; 2 – полые круглые; 3 - 5 – сложного поперечного сечения; 6 - составные; 7 - 8 – пирамидальные; 9 – козловые; 10 – с оголовком; 11 – с шайбой; 12 – булавовидные; 13 - винтовые; б – набивные: 14 – буронабивные без уширения; 15 - 19 – буронабивные с различными уширениями; 20 - 21 – корневидные; 22 – частотрамбованные; 23 - 24 – в вытрамбованном котловане
2. Конструктивное решение свайных фундаментов
Прежде чем приступать к расчету необходимо представить конструкцию фундамента и схематично ее изобразить.
Свайные фундаменты подразделяются на два типа: безростверковые и с ростверками. К безростверковым относятся конструкции со сваями-колоннами и конструкции состоящие из одиночных свай накладок и колонн. К конструкциям с ростверками относятся свайные кусты ленты и поля.
Для жилых домов с несущими стенами свайные фундаменты проектируют ленточными преимущественно одно- и двухрядными которые могут быть:
- с монолитным железобетонным ростверком если он устраивается на уровне планировочных отметок или под стенами технического подполья (рис. 16);
- со сборным железобетонным ростверком если он устраивается под стенами первого этажа над планировочными отметками (рис. 15 18);
- безростверковыми когда вместо ростверка могут быть использованы панели первого этажа цокольные или технического подполья (рис. 17).
Для большинства серий жилых домов массового применения действуют типовые проекты свайных фундаментов.
Конструкции свайных фундаментов промышленных зданий и сооружений весьма разнообразны что объясняется прежде всего резким колебанием нагрузок на фундаменты. Но поскольку от конструкции промышленных зданий и оборудования на фундаменты передаются главным образом сосредоточенные нагрузки свайные фундаменты таких зданий и сооружений принимают как правило в виде кустов свай объединенных общим железобетонным ростверком квадратной прямоугольной или трапецеидальной формы в плане. Количество свай в кусте определяют величиной и видом нагрузки и несущей способностью свай. Кроме кустовых свайных фундаментов применяют также площадочные фундаменты с расположением свай под всем зданием или сооружением и фигурные фундаменты с расположением свай соответственно опорным несущим элементам (под различные сооружения и оборудование).
Рис. 15. Свайный фундамент крупнопанельного дома серии I-464А:
а – свайное поле; б – полносборный ростверк; 1 – ростверковая балка; 2 – перемычная балка; 3 – ростверк (оголовок); 4 – несущая цокольная панель; 5 - свая
Рис. 16. Свайный фундамент крупноблочного дома серии I-439А:
– монолитный ростверк; 2 – бетонные блоки; 3 – керамзитобетонные блоки
Ростверки под колонны как правило устраивают монолитными. Сборный ростверк под сборную железобетонную колонну допускается применять при отсутствии выдерживающих нагрузок на сваю (рис. 19 в).
Фундаменты состоящие из одной сваи т.е. безростверковые свайные фундаменты могут применяться для одноэтажных и многоэтажных каркасных зданий при расчетных вертикальных нагрузках до 1000 кН на сваю квадратного сечения до 3000 кН на полую круглую сваю до 8000 кН на сваю-оболочку диаметром до 160 см и до 6500 кН на набивную
Рис. 17. Безростверковый свайный фундамент крупнопанельного жилого дома:
а - поперечный разрез; б - деталь опирания панелей на сваю; 1 - сваи под внутренние стеновые панели; 2 – сборный железобетонный оголовок; 3 – сваи под наружные стеновые панели; 4 – цокольная стеновая панель; 5 - панель перекрытия; 6 – стеновая панель
Рис. 18. Свайный фундамент крупнопанельного дома
серии I-464А со сборномонолитным ростверком:
а – свайное поле; б – ростверк; 1 – ростверковая балка;
– цоколь; 3 – монолитный ростверк; 4 – свая; 5 – вкладыши
(буронабивную) сваю диаметром до 120 см. Примеры сооружений на безростверковых свайных фундаментах показаны в [3 рис. 8.18] [10 рис. 29].
Согласно п. 7.4 - 7.6 СНиП [18] сопряжение свайного ростверка со сваями допускается предусматривать как свободным (рис. 19 а) так и жестким (рис. 19 б).
Свободное опирание ростверка на сваи должно учитываться в расчетах условно как шарнирное сопряжение и при монолитных ростверках должно выполняться путем заделки головы сваи в ростверк на глубину 5 - 10 см.
Жесткое сопряжение свайного ростверка со сваями следует предусматривать в случае когда:
а) стволы свай располагаются в слабых грунтах (рыхлых песках пылевато-глинистых грунтах текучей консистенции илах торфах и т.п.);
б) в месте сопряжения сжимающая нагрузка передаваемая на сваю приложена к ней с эксцентриситетом выходящим за пределы ее ядра сечения;
в) на сваю действуют горизонтальные нагрузки значения перемещений от которых при свободном опирании (определенные расчетом в соответствии с требованиями прил. 1 [18]) оказываются больше предельных для проектируемого здания или сооружения;
г) в фундаменте имеются наклонные или составные вертикальные сваи.
Жесткое сопряжение железобетонных свай с монолитным железобетонным ростверком следует предусматривать с заделкой головы сваи в ростверк на глубину соответствующую длине анкеровки арматуры или с заделкой в ростверк выпусков арматуры на длину их анкеровки в соответствии с требованиями СНиП 2.03.01 - 85.
Допускается также жесткое сопряжение с помощью сварки закладных стальных элементов при условии обеспечения требуемой прочности.
Жесткое соединение свай со сборным ростверком должно обеспечиваться колоколообразными оголовками. При сборном ростверке допускается также замоноличивание свай в специально предусмотренные в ростверке отверстия.
3. Последовательность проектирования и расчета свайных фундаментов
Расчет свайных фундаментов производится в такой последовательности:
Определяются нагрузки на обрез фундамента и оцениваются инженерно-геологические условия строительной площадки.
Определяется глубина заложения ростверка.
Выбираются вид материал размеры свай и способ погружения сваи.
Определяется расчетная нагрузка допускаемая на сваю из условия работы свай по грунту и материалу.
Определяется количество свай в фундаменте и их размещение.
Конструируется ростверк.
Производится проверка свайного фундамента по первой группе предельных состояний (по прочности свай и ростверка по несущей способности и устойчивости грунта основания).
Выполняется расчет по второй группе предельных состояний (определяются осадка и горизонтальное смещение свайного фундамента).
Рис. 19. Конструкции свайных фундаментов
под отдельные колонны здания из забивных свай:
а б – с монолитным ростверком; в – со сборным стаканным ростверком; 1 – свободное соединение сваи с ростверком; 2 – жесткое сопряжение сваи с ростверком
3.1. Рациональность применения свайных фундаментов
Свайные фундаменты рационально применять при большой толщине слабых грунтов залегающих сверху (текучепластичных и текучих глинистых грунтов заторфованных насыпных и др.) а также при высоком горизонте грунтовых вод и при глубоком промерзании грунтов для понижения трудоемкости увеличения степени механизации работ нулевого цикла и экономической их целесообразности. Нагрузки и воздействия при расчетах свайных фундаментов определяются по СНиП 2.01.07 - 85 и СНиП 2.02.03 - 85.
На стадии разработки вариантов фундаментов (п. 3) в курсовом проекте в обязательном порядке рассматривается фундамент на забивных железобетонных сваях сплошного квадратного сечения. Целесообразность применения других вариантов свайных фундаментов студентами оценивается самостоятельно исходя из условий задания.
Расчет каждого варианта свайного фундамента рекомендуется начинать с составления расчетной схемы где изображаются геологический разрез (грунтовая колонка) с отметками границ грунтов с указанием показателей текучести глинистых грунтов плотности и вида песчаных грунтов уровня грунтовых вод угла внутреннего трения и модуля деформации грунтов. На геологическом разрезе размещается свая указываются отметки ее острия и подошвы ростверка.
3.2. Определение глубины заложения подошвы ростверка
Ростверк стараются заложить как можно выше так как это обеспечивает более экономическое решение и если это возможно устраивают промежуточный или высокий ростверк.
При установлении глубины заложения подошвы ростверка руководствуются теми же соображениями что и при определении глубины заложения подошвы фундаментов возводимых на естественном основании (п. 4.1):
а) ростверки бесподвальных зданий в непучинистых грунтах могут закладываться у поверхности на 01 - 015 м ниже планировочной отметки. В пучинистых же грунтах их подошву следует располагать не выше расчетной глубины промерзания грунтов т.е. dp ≥ df . В районах глубокого сезонного промерзания грунтов ростверк может располагаться в пределах зоны пучения. При этом между ростверком и грунтом создается воздушный зазор размером несколько больше ожидаемого пучения но не менее 02 м или грунт под ростверком утепляется. Возможно также устройство под ростверком подушек из шлака толщиной не менее 03 м или песка не менее 05 м;
б) при наличии подвала ростверк как правило следует располагать ниже пола подвала и глубину заложения его подошвы определять по формуле
где - глубина подвала (расстояние от уровня планировки до пола подвала); - высота ростверка; - толщина конструкции пола подвала;
в) ориентировочно минимальная высота ростверка под колонну может быть определена по формуле м:
где аk - больший размер колонны в плане; h0 - глубина заделки сваи в ростверк (п. 8.2.4).
Размеры подколонника выбираются аналогично фундаментам мелкого заложения на естественном основании.
Высота ростверка под стены зданий определяется из конструктивных соображений м:
В дальнейшем при расчете ростверка на прочность его высота уточняется. Рекомендуется высота ростверка: под кирпичные стены – 30 - 50 см под крупнопанельные стены – 40 - 60 см под колонны – 70 - 100 см.
Дополнительные рекомендации по назначению глубины заложения подошвы свайного ростверка приведены в [14 п. 8.14].
3.3. Рекомендации по рациональному выбору видов и размеров свай
Согласно СНиП 2.02.03 - 85 [18 п. 2.2] сваи по характеру работы в грунте разделяют на сваи-стойки и сваи трения (висячие).
К сваям-стойкам относят сваи всех видов опирающиеся на скальные грунты а кроме того забивные сваи опирающиеся на малосжимаемые грунты. К малосжимаемым грунтам относятся крупнообломочные грунты с песчаным заполнителем средней плотности и плотным а также твердые глины с модулем деформации E > 50 МПа.
Сваи передающие нагрузку острием и боковой поверхностью на сжимаемые грунты называются сваями трения (висячими).
Длина сваи определяется глубиной залегания слоя хорошего грунта в который заглубляется свая отметкой заложения подошвы ростверка (п. 8.3.2) и величиной заделки сваи в ростверк (п. 8.2.4). При назначении длины сваи слабые грунты (насыпные торф грунты в текучем и рыхлом состоянии) необходимо прорезать и острие сваи заглублять в плотные грунты. При очень мощной толще слабых грунтов нижние концы свай оставляют в них. Если кровля несущего слоя имеет наклон применяют сваи различной длины.
Обычно заглубление сваи в крупнообломочные гравелистые крупные и средней крупности песчаные грунты а также в глинистые грунты с показателем консистенции IL ≤ 01 должно быть не менее 05 м в прочие нескальные грунты – не менее 1 м.
Определив тип и требуемую длину сваи выбирают по сортаменту рациональное сечение и марку сваи (табл. 2) [3] [8] [13]. Например С9-30 - свая длиной 9 м сплошного квадратного сечения 30 х 30 см с поперечным армированием ствола.
Проект свайного фундамента может быть разработан только с учетом конкретной технологии погружения сваи. Готовые сваи можно внедрить в грунт забивкой молотами различных типов вибропогружением и т.д. Выбрать способ погружения тип молота и его марку можно по прил. 4.
3.4. Определение расчетной нагрузки допускаемой на сваю
Допускаемая на сваю нагрузка определяется из условий работы сваи по грунту и по материалу. В расчетах используется меньшее значение расчетной нагрузки допускаемой на сваю полученное по двум указанным условиям.
а) Определение расчетной нагрузки допускаемой на сваю по грунту
Расчетная нагрузка допускаемая на сваю определяется по величине ее несущей способности по грунту Fd (кН) по формуле
где - коэффициент надежности определяемый по п. 3.10 в [18].
С целью уменьшения ошибок при курсовом проектировании в дальнейшем в пособии приводится формула для определения Р в которую подставлена величина Fd определяемая расчетным методом при этом равен 14.
Расчетная нагрузка Р (кН) допускаемая на сваю-стойку определяется по формуле
где - коэффициент работы сваи в грунте принимаемый = 1; R - расчетное сопротивление грунта под нижним концом сваи кПа; А – площадь опирания на грунт сваи м2 (R A определяются по п. 4.1 в [18]).
Висячие забивные сваи
Расчетная нагрузка Р (кН) допускаемая на висячую забивную сваю определяется по формуле
где - коэффициент условий работы сваи в грунте принимаемый = 1; R – расчетное сопротивление грунта под нижним концом сваи кПа определяемое по табл. 1 в [18] в зависимости от вида грунта его состояния и глубины заложения несущего слоя; А - площадь опирания сваи на грунт м2; u – наружный периметр поперечного сечения сваи м; f h - коэффициенты условий работы грунта соответственно под нижним концом и на боковой поверхности сваи учитывающие влияние способа погружения свай на расчетные сопротивления грунта и определяемые по табл. 3 в [18] в зависимости от вида и состояния грунта; γk - коэффициент надежности определяемый по п.3.10. в [18].
Висячие набивные и буровые сваи сваи-оболочки заполняемые бетоном
Величина Р (кН) указанных свай работающих на осевую сжимающую нагрузку определяется по формуле (20) в которой находятся по п. 4.6 в [18] R находится по п. 4.6. и 4.7 в [18].
б) Определение расчетной нагрузки допускаемой на сваю по сопротивлению материалов (сваи)
Расчетная нагрузка Рс допускаемая на сваю по сопротивлению материала для железобетонных свай определяется в соответствии со СНиПом [17].
Расчетная нагрузка Рс (кН) допускаемая на сваю (железобетонную прямоугольного сечения с симметричным армированием центрально-сжатую) по сопротивлению материала определяется по формуле
где - коэффициент условий работы свай = 09 при размере поперечного сечения сваи d ≤ 200 мм и = 1 при d > 200 мм; φ - коэффициент продольного изгиба для низкого ростверка принимаемый φ = 1 для высокого ростверка φ находится с учетом длины сваи - расчетное сопротивление бетона сжатию кПа; - площадь поперечного сечения сваи м2; - расчетное сопротивление арматуры сжатию кПа; - площадь поперечного сечения рабочей арматуры м2.
Расчетная нагрузка допускаемая на сваю по сопротивлению материала рассчитывается как для центрально-сжатой на первом этапе проектирования когда по величине Р определяется число свай в ростверке.
Если в свае действует продольное усилие и момент то она должна быть проверена по сопротивлению материала как внецентренно нагруженная.
В прил. 5 приведены ориентировочные расчетные нагрузки на сваю которые можно использовать для первоначального конструирования свайного фундамента.
3.5. Определение количества свай в фундаменте и их размещение
Кусты свай. Необходимое количество свай в фундаменте рассчитывают приближенным способом предполагая равномерное размещение и передачу нагрузки на все сваи в ростверке из выражения
где k - коэффициент учитывающий действие момента M0I (при M0I = 0 k = 1 при M0I 0 k = 12); - расчетная нагрузка действующая по обрезу фундамента кН; Р – расчетная нагрузка допускаемая на сваю (п. 8.3.4) кН; а – шаг свай принимаемый ориентировочно а = 3b (b - большая сторона или диаметр сваи); - коэффициент надежности равный 11; dр – глубина заложения подошвы ростверка м (п. 8.3.2); - усредненный удельный вес материала фундамента и грунта принимаемый = 20 кНм3.
Полученное количество округляется до целого числа свай в кусте nф удобного для размещения в плане.
Размещение свай осуществляется согласно СНиПу [18 п.7.7 7.9]. Расстояние между осями висячих забивных свай без уширения в плоскости их нижних концов должно быть не менее 3d (где d - диаметр круглого или большая сторона прямоугольного поперечного сечения ствола сваи) а свай-стоек - не менее 15 d.
Фундамент на одной или двух сваях ограничен в применении из-за незначительной способности воспринимать горизонтальные нагрузки и изгибающие моменты [13 п. 8.1].
Для облегчения производства работ сваи желательно размещать в плане фундамента правильными рядами на равных расстояниях в рядовом или шахматном порядке. Оси одиночных свайных рядов должны совпадать с линиями действия нагрузок. Оси свайных рядов и кустов привязывают к осям здания. Каждая свая в проекте должна иметь свой порядковый номер.
Типовые планы кустов свай приведены в прил. 6 [3 табл.8.20 - 8.24] [8 табл. 1.16].
Рис. 20. Схемы к проектированию ленточных фундаментов из забивных висячих свай:
а – определение глубины заложения ростверка и свай;
б – размещение сваи в плане; в – к расчету оснований по деформациям
Свайные ленты. В ленточных фундаментах (под стены) сваи располагают в один два и реже в три ряда. При этом количество свай полученное из формулы (21) необходимо разместить на 1 м длины фундамента.
Если для висячих забивных свай n > 3 то следует повысить несущую способность сваи увеличивая ее длину или сечение; если n 1 то лучше выбрать более экономическое решение сваи с меньшей длиной или сечением.
Располагают сваи в рядовом или шахматном порядке принимая расстояние между ними в поперечном направлении минимально возможным для данного вида свай в соответствии с вышеприведенными требованиями.
Расстояния между сваями округляют до величин кратных 5см в сторону уменьшения (рис. 20 б).
В свайных фундаментах зданий с несущими стенами наличие свай обязательно в углах зданий а для крупнопанельных зданий также и в местах пересечения продольных и поперечных стен.
Панели зданий рекомендуется устанавливать не менее чем на двух сваях. При технико-экономическом обосновании и наличии жесткого ростверка допускается установка свай лишь в местах пересечения продольных и поперечных стен.
3.6. Конструирование ростверка
Конструирование ростверка производится в соответствии с требованиями п. 7 СНиПа [18].
Железобетонные ростверки следует проектировать из тяжелого бетона классом не ниже: для сборных ростверков – В15 для монолитных – В125.
Высота ростверка определяется конструктивными соображениями (п. 8.2 8.3.2) и согласно расчету на продавливание по [17]:
где b - ширина или диаметр сваи; N – усилие приходящееся на одну сваю; k – коэффициент принимаемый k = 1; - расчетное сопротивление бетона ростверка осевому растяжению.
Ширина ростверка зависит от схемы размещения свай и возможного отклонения при забивке.
Расстояние от края ростверка до внешней стороны сваи может быть принято:
- при однородном их размещении с = 02 b + 5 см (b - ширина сваи);
- при двух- и трехрядном их размещении с = 03b + 5 см;
- при большем числе рядов с = 04 b + 5 см (с должно быть кратно 5 см).
При однорядном расположении свай ширина ростверка принимается обычно равной толщине фундаментной стенки. Конструкцию ростверка колонн проектируют таким образом чтобы возможно было на обрезах уложить фундаментные балки (рис.19 б).
Расчет свайных ростверков производится на продавливание по нормальным и наклонным плоскостям на разрушение по нормальным и наклонным плоскостям (на главные растягивающие напряжения) и на изгиб [17].
Ростверки армируют в соответствии с расчетом или конструктивно. По верху свай обычно укладывают арматурную сетку. Примеры расчета ростверков под разные виды несущих конструкций приведены в [14 прил. 9 - 12] [8 гл. 4] [3 п.8.2.6].
3.7. Определение фактической нагрузки на сваю
После размещения свай и получения размеров ростверка определяют фактическую расчетную нагрузку на сваю N рассматривая фундамент как рамную конструкцию воспринимающую вертикальные и горизонтальные нагрузки и изгибающие моменты.
Для фундаментов промышленных и гражданских сооружений с вертикальными сваями расчетную нагрузку на сваю в плоскости подошвы ростверка допускается определять по формуле
где - расчетная вертикальная нагрузка на обрез фундамента кН; и - соответственно вес ростверка и грунта на его обрезах кН; nф – число свай в фундаменте (фактическое после размещения); и - моменты относительно главных центральных осей х и y плана свай в плоскости подошвы ростверка кН м; х х у – расстояния от главных осей до оси рассматриваемой сваи м.
Сваю по несущей способности необходимо проверять из условия
В данном случае допускается недогрузка как правило до 10%. При кратковременных и особых нагрузках СНиП допускает перегрузку крайних свай до 20% т.е. [18 п.3.10].
Если окажется что то необходимо определить допускаемую на сваю выдерживающую нагрузку Рu [18 п. 4.5]. При этом должно выполняться условие .
Если эти требования не удовлетворяются то изменяют либо количество свай либо их параметры (длину и сечение) а следовательно и несущую способность и производят конструирование и расчет заново. Последние рекомендации могут быть выполнены не для всех свай куста а лишь для свай крайних рядов. Возможно также смещение оси свайного фундамента от оси колонны или стены на величину эксцентриситета.
Оценка устойчивости оснований свайных фундаментов в целом выполняется если на них передаются большие горизонтальные нагрузки или если основания ограничены откосами либо сложены крутопадающими слоями грунта. При расчете свай на совместное действие вертикальных и горизонтальных нагрузок и моментов проверяется устойчивость грунта окружающего сваи [18 п. 3.13; прил. 1].
3.8. Расчет свайного фундамента по деформациям
Расчет фундамента из висячих забивных свай и его основания по деформациям (по второй группе предельных состояний) следует производить как для условного фундамента на естественном основании в соответствии с требованиями СНиП 2.02.01 - 83 [15].
Расчет сводится как правило к определению размеров условного фундамента к проверке напряжений возникающих по его подошве и к вычислению осадки.
Границы условного фундамента (рис. 20 в) определяют следующим образом.
Первоначально находят средневзвешенное расчетное значение угла внутреннего трения грунтов находящихся в пределах длины сваи:
где - расчетные значения углов внутреннего трения для отдельных пройденных сваями слоев грунта толщиной .
Затем проводят наклонные плоскости под углом от точек пересечения наружных граней свай с подошвой ростверка до плоскости АБ проходящей через нижние концы свай. Путем построения боковых вертикальных плоскостей проходящих через точки А и Б до пересечения с поверхностью планировки грунта находят очертания условного фундамента АБВГ который включает в себя грунт сваи и ростверк.
Размеры подошвы условного фундамента (ширину и длину) определяют по выражениям:
а площадь условного фундамента – по выражению
где b и h - глубина погружения свай в грунт считая от подошвы ростверка.
Для свайного ленточного фундамента Ly = 1 так как расчет для него ведется на 1 м длины.
Найдя площадь условного фундамента и глубину его заложения определяют интенсивность давления по подошве фундамента и сравнивают ее с расчетным сопротивлением грунта установленным на этой глубине аналогично фундаментам мелкого заложения (п. 4.2.4). Тогда
где - расчетная вертикальная нагрузка по обрезу фундамента кН; - вес свай ростверка и грунта в пределах условного фундамента АБВГ кН с площадью м2; - расчетное сопротивление грунта на уровне подошвы условного фундамента кПа [15 формула 7]. В тех случаях когда условие (22) не соблюдается сваи можно разместить на несколько большем расстоянии друг от друга или применить сваи большей длины. Это приведет к увеличению размеров подошвы условного фундамента а следовательно и к снижению .
Осадку условного свайного фундамента определяют одним из методов (например методом послойного суммирования) по формулам приведенным в п. 5.1.2.
Осадку свайного фундамента выполненного на стойках не рассчитывают так как она практически не наблюдается а если и бывает то ничтожно мала.
Защита фундаментов и подземных частей здания от грунтовых вод
Защитные мероприятия бывают направлены на:
- предохранение надземных помещений и фундаментов от грунтовой сырости;
- защиту от затопления и всплытия подземных помещений;
- защиту от коррозии и разрушения материалов подземных конструкций.
1. Защита надземных помещений
Защита надземных помещений от грунтовой сырости (см. рис. 21) ограничивается устройством по выровненной поверхности всех стен непрерывной водонепроницаемой прослойки из жирного цементного раствора или из одного-двух слоев рулонного материала на битуме.
Этот слой составляет с бетонной подготовкой пола одно целое. В местах понижения пола устраивают дополнительную изоляцию.
Рис. 21. Изоляция стен бесподвальных зданий с полами по лагам по грунту:
а в – наружных стен; б – внутренних стен; 1 – рулонная гидроизоляция или цементный раствор; 2 – обмазка битумом за 2 раза
2. Защита подвальных помещений и приямков
Защита подвальных помещений и приямков от затопления подземной водой необходима когда уровень воды может подниматься выше пола этих помещений или других подземных устройств. Кроме того изолируют фундаменты и пол для исключения капиллярного подсоса влаги из грунта.
Водонепроницаемость стен и пола сооружения можно обеспечить применением плотного монолитного бетона специального состава с пластифицирующими водоотталкивающими добавками. При недостаточной плотности бетона и при сборных фундаментах основными направлениями защиты подвальных помещений от подземных вод являются:
- устройство гидроизоляции;
- перехват их дренажами.
Дренажные системы должны устранять воздействие напорных вод на заглубленные сооружения что позволяет упростить выполнение работ по устройству фундаментов. Дренирование является целесообразным в грунтах имеющих достаточно высокие коэффициенты фильтрации ( мсут).
В городском и промышленном строительстве применяют горизонтальные трубчатые дренажи совершенного типа полностью прорезающие водоносный слой и доходящие до водоупора и несовершенного типа прорезающие этот слой частично.
Наиболее экономично устраивать дренаж не для одного здания а для комплекса зданий в период инженерной подготовки сооружения что сокращает протяженность дренажной сети.
Для отдельных зданий и сооружений применяют два типа дренажа: пристенный и пластовый. Пристенный (сопутствующий) дренаж применяют при неглубоком залегании водоупора и слоистом основании (рис. 22). Пластовый дренаж применяют в слабопроницаемых грунтах где линейные дренажи часто не дают положительного результата и при наличии в этих грунтах маломощных хорошо проницаемых прослоек и линз (рис. 24). Соединение подпольного пластового дренажа с пристенным дренажом в зданиях с ленточными фундаментами осуществляется с помощью труб а в зданиях с отдельными фундаментами - через дренажные прослойки.
Устройство дренажей особенно индивидуальных лимитируется возможностью отвода из них воды. Например следует учесть что при устройстве дренажей требуются дополнительные расходы связанные с их эксплуатацией и ремонтом.
Рис. 22. Пристенный дренаж:
- щебень втрамбованный в грунт; 2 - дренажная труба; 3 - мелкий щебень или гравий; 4 - песок крупный; 5 - песок средней крупности; 6 - местный грунт; 7 - глинобетон; 8 - обмазочная гидроизоляция; 9 - депрессионная кривая
Рис. 23. Эпюры гидростатического давления
Проектирование гидроизоляции ведется с учетом возможного подъема капиллярных вод на высоту до 05 м в песках мелких и средней крупности до 15 м – в пылеватых песках и до 2 м – в глинистых грунтах.
Обычно гидроизоляцию делают следующих типов: окрасочную оклеенную штукатурную. В редких случаях ее выполняют в виде конструкций из металла или плотного бетона при непрерывном его бетонировании.
От капиллярной влаги подземные конструкции в местах соприкосновения с грунтом чаще всего изолируют окрасочной гидроизоляцией на битумной битумно-полимерной и полимерной основах которая наносится в 2 - 4 слоя. Во влажных грунтах обмазку делают по оштукатуренной цементным раствором поверхности стены. В сильновлажных грунтах к цементному раствору добавляют церезит уплотняющий бетон и растворы.
Изоляцией полов подвала при низком уровне подземных вод служит сам бетонный пол. В сильновлажных грунтах пол выполняется из плотного бетона с добавлением церезита и покрывается слоем битума.
При положении грунтовых вод выше пола подвалов приямков подземных этажей обычно применяют для полов и стен штукатурную или оклеечную гидроизоляцию которую можно выбрать руководствуясь табл. 2 прил. 3.
Подземные воды оказывают гидростатическое давление на пол и стены заглубленных помещений. Расчетный напор hp равен разности отметок (см. рис. 23).
При WL выше подошвы фундамента гидроизоляция устраивается по наружному или внутреннему контуру подземных конструкций находящихся в зоне контакта с водой.
Наружная гидроизоляция применяемая чаще выполняется в трех конструктивных вариантах в зависимости от напора воды (рис. 25 а - в).
Во всех трех вариантах боковое гидростатическое давление воспринимается стенами подвала а вертикальная оклеечная гидроизоляция защищается от механических повреждений кирпичной стенкой.
Рис. 24. Пластовый дренаж под подвалом здания:
- песок средней крупности; 2 - пристенный дренаж; 3 - песок крупный; 4 - гравий или щебень
Рис. 25. Гидроизоляция подвальных помещений:
наружная (а б в) и внутренняя (г д ) антикоррозионная (е); 1 – песчаная подготовка; 2 - обмазочная гидро-изоляция в 2 - 3 слоя; 3 – противокапиллярная гидроизоляция; 4 - оклеечная гидроизоляция (2 - 3 слоя гидро-изола на битумной мастике); 5 - защитная стенка в 05 кирпича или из пластмассовых щитов; 6 – железо-бетонная коробчатая конструкция; 7 - глиняный замок
Гидростатическое давление со стороны пола подвала погашается:
- при hp ≤ 05 м пригрузочным слоем бетона над гидроизоляцией толщина которого определяется из условия недопущения всплытия конструкций (рис. 25 б):
где hp – гидростатический напор; - удельный вес воды; - удельный вес пригрузочного слоя бетона; - коэффициент надежности принимаемый = 11;
- при hp > 05 м устраивается железобетонная плита в полу заделываемая под стены которая рассчитывается как балочная плита под действием равномерно распределенной нагрузки (рис. 25 в).
При высоком WL (hp > 05 м) может быть применена внутренняя гидроизоляция (рис. 25 г д) устраиваемая после возведения фундаментов. Вертикальное и горизонтальное гидростатическое давление в этом случае воспринимается железобетонной коробчатой конструкцией (плитой кессоном) стенки которой упираются в перекрытия или выступающие части здания.
3. Антикоррозионная защита
Антикоррозионная защита от разрушения бетона агрессивными водами может быть выполнена за счет применения плотных бетонов полимербетонов бетонов на сульфатостойком портландцементе (при наличии сульфатной агрессии). Надежным способом изоляции фундамента от агрессивных вод является обмазка его полимерной смолой или битумной мастикой с последующим устройством по боковым граням глиняного замка (рис. 25 е).
Качественную гидроизоляцию можно сделать лишь в сухом котловане поэтому до устройства гидроизоляции производят временное понижение УПВ дренажем или применением водоотлива.
Для предохранения подвала от замачивания поверхностными водами устраивается отмастка шириной 05 - 07 м.
Мероприятия против деформации зданий и сооружений при промерзании и пучении грунтов
Фундаменты зданий и сооружений закладываемые в пучинистые грунты испытывают при промораживании воздействие нормальных и касательных сил морозного пучения.
Для исключения деформаций конструкций от этих воздействий нужно запроектировать особые мероприятия: инженерно-мелиоративные строительно-конструктивные химические тепловые и теплоизоляционные. Выбор тех или иных мер зависит от степени морозной пучинистости грунтов оснований и обратной засыпки.
Приводим краткий перечень основных рекомендаций.
а) Исключить избыточное увлажнение грунтов вблизи фундаментов. Не допускать застаивания воды в котлованах. Дренажи выполнять в первую очередь.
б) Обратную засыпку пазух (особенно глинистыми грунтами) выполнять в строгом соответствии со СНиПом. Обязательно устраивать водонепроницаемые отмостки.
в) Детально обосновать глубину заложения фундаментов по условиям недопущения образования сил морозного пучения грунтов под подошвой фундаментов.
г) Принимать простейшие формы фундаментов с малой площадью поперечного сечения. Отдавать предпочтение столбчатым и свайным фундаментам с фундаментными балками.
д) Уменьшать площадь смерзания грунта с поверхностью фундамента.
е) Снижать глубину промерзания грунта возле фундаментов теплоизоляционными мероприятиями (например устройством под отмостками подушек из шлака керамзита шлаковаты и т.д.).
ж) Уменьшать значения касательных сил морозного пучения за счет устройства на вертикальных плоскостях фундаментов покрытий из полимерной пленки или смазочных материалов.
з) Повышать нагрузки на фундаменты для уравновешивания касательных сил выпучивания; заанкерировать фундаменты в слое грунта ниже сезонного промерзания.
и) Применять полную или частичную замену пучинистого грунта непучинистым грунтом (например под фундаментными балками).
к) Применять в строительный период временное отопление подвалов и подполий устраивать временные теплоизоляционные покрытия из опилок шлака керамзита и т.п. (в отдельных случаях допускается применение электропрогрева грунтов).
В КП необходимо выбрать меры по исключению выпучивания заглубленных конструкций под которыми возможно промораживание грунта в строительный или эксплуатационный период. Особое внимание нужно обратить на фундаментные балки и фундаменты в подвалах.
Технико-экономическое сравнение и выбор оптимального варианта фундамента
Технико-экономическая оценка выполняется для каждого из разработанных вариантов фундамента и включает в себя определение объемов основных работ для одного фундамента и подсчет их стоимости.
1. Стоимость каждого варианта фундамента
Стоимость каждого варианта фундамента определяется по единым районным единичным расценкам (ЕРЕР) [7] или укрупненным расценкам стоимости работ по устройству фундаментов приведенным в прил. 8. В смету затрат можно не включать элементы одинаковые во всех вариантах. В состав работ помимо работ по возведению собственно фундамента должны быть включены работы по отрывке котлована по устройству крепления его стенок по подготовке под фундамент по водоотливу или водопонижению по устройству искусственного основания по выполнению мероприятий снижающих чувствительность зданий к неравномерным деформациям оснований и т.д. Результаты расчетов представляются в табличной форме (см. табл. 4).
При сопоставлении вариантов фундамента общая стоимость не является единственным критерием для оценки. Необходимо учитывать местные условия строительства в частности наличие поблизости предприятий по производству железобетонных изделий отдаленность от промышленных центров возможность обеспечения строительства производительной техникой и т.п. Существенное влияние на выбор варианта могут оказать его трудоемкость и материалоемкость. В итоге должна быть дана комплексная оценка рассмотренных вариантов и сделан выбор более целесообразного из них.
Совершенствование строительного производства нередко происходит настолько быстро что показатели стоимости и трудоемкости отдельных видов работ приводимые в ЕРЕРах оказываются устаревшими. Например эти показатели оказываются сдерживающим фактором при выборе вариантов из буровых свай. В таких случаях студент может и должен воспользоваться ведомственными документами или данными отражающими передовой опыт.
Рассмотренное в данном пособии упрощенное определение стоимости по укрупненным показателям обычно выполняется в тех проектах где вопросы экономики фундаментов не являются основными. Наиболее точно стоимость фундаментов определяется по приведенным затратам с учетом фактора сокращения суммарной трудоемкости продолжительности строительства и всего срока эксплуатации здания или сооружения.
В настоящее время наиболее приемлемой для практической оценки эффективности проектных решений фундаментов является методика приведенная в [13]. Расчеты приведенных затрат и экономической эффективности вариантов фундаментов по формулам инструкции [6] являются достаточно сложными и должны быть обязательно проверены консультантом - специалистом по экономике строительства. Такое сравнение вариантов фундамента рекомендуется для дипломного проекта со специализацией по основаниям и фундаментам.
2. Объемы отдельных видов работ
Для определения стоимости расчета по каждому варианту необходимо установить объемы отдельных видов работ (см. табл.3) и особенности их производства.
Для отдельных фундаментов (например под колонну) определяется полная стоимость их устройства. Экономичность ленточных фундаментов оценивается по стоимости одного метра фундамента по длине и все объемы необходимых работ и затрат на них принимаются на 1 погонный метр. Если здание имеет сравнительно небольшие размеры в плане а также если оно проектируется по одному или нескольким вариантам на сплошной плите или с устройством свайного поля то оценку эффективности вариантов фундаментов следует выполнять по общей их стоимости под зданием или сооружением.
На рис. 26 представлен ленточный фундамент на естественном основании. Крепления котлована не требуется так как отрываем котлован с откосами 1 : 1. Водоотлив осуществляется из приямков. Подсыпки песка не требуется так как фундамент опирается на песчаный грунт.
Рис. 26. Схема определения объёмов работ
Стоимость работ по рассматриваемому варианту определяется по укрупненным расценкам приведенным в прил. 8 и представлена в табл. 4. Порядок подсчета объемов строительных работ и конструкций представлен в табл. 3.
Объемы работ и конструкций
Трапецеидальные сборные блоки (подушки)
Бетонные сборные блоки фундаментной стенки
Монолитный железобетонный пояс
Разработка грунта под фундамент (по объему фундамента)
Водоотлив (по объему фундамента)
П р и м е ч а н и я :
При применении дощатого или шпунтового крепления стенок котлована его также необходимо включить в таблицу объемов работ. При этом площадь крепления относится к погонному метру ленточного фундамента или к одному фундаменту (для варианта отдельно стоящего фундамента под колонну).
При определении стоимости свайного варианта в табл. 3 включается объем свай приходящихся на 1 м длины ленточного фундамента или на фундамент под колонну а объем земляных работ принимается равным объему ростверка.
Для варианта фундамента на песчаной подушке объем земляных работ принимается:
-в пределах глубины d (заложения фундамента): V'гр = Vф;
-в пределах высоты hc s (песчаной подушки):
Объем песчаной подушки устанавливается по ее фактическим габаритам.
Рис. 27. Инженерно-геологический разрез совмещенный со схемой погружения свай (а) и планы ростверков из свай № 1 и № 2 (б)
Стоимость работ по устройству ленточного фундамента
на естественном основании
Вид работы или элемент
- блоки фундаментных подушек
- стеновые блоки фундаментов
- устройство монолитного железобетонного пояса
- при поправке на глубину
- при поправке на мокрый грунт (при количестве мокрого грунта менее 50 % от общего объема)
Поправочный коэффициент Кг принимается при глубине заложения фундамента d > 18 (во всех вариантах).
Поправка на мокрый грунт Кд определяется если уровень подземных вод расположен выше подошвы фундамента (в том числе и для варианта фундамента на песчаной подушке). При этом объем воды Vв принимается равным объему фундамента.
Средний приток воды принимается для связных грунтов а сильный - для песчаных.
Количество мокрого грунта составляет менее 50 % если расстояние от подошвы фундамента до уровня подземных вод меньше d2 (половины глубины заложения фундамента) и более 50 % если это расстояние больше d2.
Стоимость работ по другим вариантам определяется и оформляется аналогичным образом.
3. Сравнение эффективности разных видов свай
Свайные фундаменты могут быть запроектированы с применением разнообразных видов свай а сваи одного типа могут отличаться большим разнообразием их геометрических размеров. В конкретных инженерно-геологических условиях должны быть определены наиболее эффективные размеры свай заданного типа с тем чтобы выбранный типоразмер был использован при разработке варианта свайного фундамента. При выборе наиболее эффективных размеров свай показателями служат удельная несущая способность:
или удельный расход материала:
а при разных видах свай - удельная стоимость:
где Fd - несущая способность сваи; V - объем сваи; С - стоимость 1 м3 материала сваи в деле.
Выполним сравнение эффективности двух свай сечением 35 × 35 см длиной 6 м (свая 1) и 9 м (свая 2) в грунтовых условиях приведенных на рис. 27 а.
Несущие способности свай по СНиП 2.02.03 - 85 составили:
- для сваи 1: Fd 1 = 411 кН;
- для сваи 2: Fd 2 = 548 кН.
Объемы свай соответственно:
V1 = 0735 м3 V2 = 1012 м3.
Удельные несущие способности свай определенные по формуле (23):
q1 = 4110735 = 559184 кНм3
q2 = 548102 = 497278 кН м3
показывают что свая 1 длиной 6 м в рассмотренных условиях предпочтительнее так как на 1 м3 железобетона здесь получена большая отдача в виде несущей способности и следовательно материал используется более рационально. Об этом свидетельствует и величина удельного расхода материала (24) которая составляет: для сваи 1 J1 = 00018 м3кН для сваи 2 J2 = 00020 м3 кН и показывает что на каждый килоньютон несущей способности у сваи 2 требуется больший расход железобетона.
Естественно в составе фундамента для обеспечения заданной несущей способности потребуется большее количество свай 1 которые обладают меньшим сопротивлением по грунту. Однако как правило при проектировании без запаса по несущей способности фундаменты из эффективных свай оказываются более экономичными. Так для рассмотренного примера при расчетных нагрузках на фундамент
N = 20844 кН и М = 3276 кН · м
и с учетом расчетных нагрузок допускаемых на сваи = 41114 =29536 кН и =54814 = 3914 кН требуется 8 шестиметровых и 6 девятиметровых свай. Планы соответствующих ростверков имеющих одинаковую высоту 11м представлены на рис. 27 б.
Иногда исходя из технических требований принимают для фундамента не самый эффективный в конкретных грунтовых условиях типоразмер свай. Это однако должно быть оправдано экономической целесообразностью всего фундамента. Например согласно расчету требуется чтобы в составе фундамента под колонну были три 10-метровые сваи сечением 30 × 30 см которые по сравнению с другими оказались бы наиболее экономичными. Но по конструктивным соображениям в составе рассматриваемого куста допустим должно быть не менее четырех свай. Если в фундаменте оставить четыре 10-метровые сваи то они будут недогружены т.е. материал их будет использован нерационально.
Поэтому в прикидочных расчетах необходимо устанавливать сравнительную экономичность фундаментов из выбираемых в порядке снижения их эффективности. В рассматриваемом случае следует принять фундамент из свай меньшей длины например из четырех 8-метровых свай сечением 30 × 30 см. Несущая способность такого куста должна с минимальным запасом соответствовать действующей на фундамент нагрузке.
При оценке свай различных типов например буровых и забивных следует учитывать что кубометр изготовленных в грунте из монолитного бетона и погружаемых в грунт железобетонных свай будет иметь различную стоимость. В этом случае наиболее применим показатель «удельная стоимость» - С. Разную стоимость будут иметь и сваи одинакового типа например буровые изготавливаемые бетонированием в сухих скважинах и ниже уровня подземных вод так как в последнем случае производство работ значительно усложняется.
Во всех случаях желательно вместе со стоимостью оценивать также и трудоемкость устройства фундамента (особенно для ДП).
Установив таким образом стоимость каждого варианта производят сравнение их между собой по стоимости и другим технико-экономическим показателям: по трудоемкости материалоемкости по величинам предельных деформаций основания в результате чего определяют наиболее целесообразный и экономически оправданный вариант который и принимают для дальнейших расчетов всех фундаментов здания или сооружения за основной. Исключением в этом отношении могут быть такие случаи когда здание состоит из нескольких конструктивно самостоятельных объемов отнесенных на некоторое расстояние друг от друга или разделенных деформационными швами. В указанных случаях все фундаменты в пределах основного объема здания проектируются по выбранному варианту а под легкие постройки где нагрузки намного меньше можно принять и другие типы фундаментов и виды оснований (без технико-экономических расчетов). Например в качестве основного варианта выбран фундамент свайный или на искусственно улучшенном основании а под пристройку можно принять фундамент на естественном основании.
Технология производства работ нулевого цикла
В этом разделе приводятся только общие данные по производству работ при возведении фундаментов. Выбирая способ производства работ по устройству фундаментов нужно учитывать инженерно-геологические и гидрогеологические условия площадки строительства а также конструктивные особенности здания (наличие подвала тип фундамента: ленточный или столбчатый и т.д.) [6] [12] [19].
1. Строительство в сухих грунтах
Если горизонт грунтовых вод расположен ниже проектной отметки дна котлована и грунт не осыпается то котлован разрабатывается без креплений. Крутизну откосов котлована и траншей назначают в соответствии с табл. 1 прил. 3.
Если размеры стройплощадки не допускают устройство котлована без креплений а грунты не держат вертикальных откосов то применяется крепление двух типов: закладные дощатые при отсутствии грунтовых вод и шпунтованные если ожидается приток в котлован. Закладные крепления из горизонтальных досок устраиваются для траншей или прямоугольных котлованов. Вертикальные закладные доски используют при котлованах круглой формы в плане шпунт забивают вертикально.
Траншеи устраивают при сооружении ленточных фундаментов. Ширина траншей и расстояние между распорками принимаются такими чтобы обеспечить беспрепятственное опускание блоков сборного фундамента: на 02 м больше длины и ширины блока.
Котлованы круглой формы рекомендуются при устройстве фундаментов под колонны. Внутренний диаметр котлована должен быть на 02 м больше диагонали подошвы фундамента. Круглые котлованы не имеют распорок а давление грунта передающееся через доски или шпунт воспринимается горизонтальными кольцами из швеллеров.
Толщина закладных досок принимается 004 - 006 м диаметр стоек 014 - 018 м диаметр распорок 015 - 018 м. Меньшие размеры относятся к котлованам глубиной до 3 м большие - к котлованам от 3 до 6 м.
Верхнее кольцо или верхние распорки устанавливаются на 05 м глубже поверхности грунта а последующие - через 1 м по глубине. При диаметре котлована до 5 м для колец используется швеллер № 20. Для выемки грунта применяются экскаваторы типа обратной лопаты или с грейфером. При вскрытии котлована оставляют защитный слой грунта толщиной 01 - 015 м который снимают вручную непосредственно перед началом возведения фундамента. Котлован защищают от притока воды с поверхности канавами или земляными валами. Для сбора воды внутри котлована устраивают приямок для насоса а дно планируют с небольшим уклоном в его сторону. Перед укладкой блоков сборного фундамента или устройством опалубки для монолитного фундамента устраивают подготовку. Блоки укладывают с помощью кранов подбор которых производят по [19 с.99]. Обратная засыпка пазух производится ранее вынутым грунтом с послойным уплотнением.
2. Строительство при наличии грунтовых вод
Когда дно котлована располагается ниже грунтовых вод для производства строительных работ в таких котлованах необходимо принимать меры по их осушению. Осушение котлованов может осуществляться откачкой притекающей воды непосредственно из котлована (открытый водоотлив) либо искусственным понижением уровня грунтовых вод специальными водопонизительными установками.
При вскрытии котлованов в скальных обломочных и гравийно-галечных грунтах а также если вода в котловане накапливается в результате выпадения атмосферных осадков или слабого притока грунтовых вод со сторон откосов применяют как правило открытый водоотлив при котором вода проникающая в котлован отводится по канавкам и водосборным приямкам - зумпфам откуда откачивается насосами. Приямки размещаются за пределами контура фундамента. Схема открытого водоотлива приведена в [19 с. 115] [12 с. 61]. Сооружение приямков должно опережать ход основных земляных работ.
Применение открытого водоотлива в котлованах вскрываемых в мелкозернистых грунтах приводит к разрыхлению основания сооружения. В этом случае прибегают к искусственному понижению уровня грунтовых вод (грунтовому водоотливу) исключающему просачивание грунтовых вод через откосы и дно котлована. Достигается это откачкой грунтовой воды из системы трубчатых колодцев скважин иглофильтров обеспечивающей снижение уровня грунтовых вод ниже дна предполагаемой выработки (котлована траншеи). Ориентировочная область применения систем водоснабжения представлена в табл. 6 в [12 с.70]. Откачку воды из котлованов производят центробежными насосами производительность которых должна вдвое превышать расчетный приток воды в котлован.
Минимальное расстояние от дна котлована до пониженного уровня грунтовых вод – 07 м. Подробные указания по открытому водоотливу и иглофильтрам приводятся в [19 с. 89 - 164] [12 с. 58 - 89].
Если проектная отметка дна котлована расположена ниже горизонта грунтовых вод то котлован на всю глубину или в нижней части ограждают шпунтовой стенкой. Деревянный шпунт длиной не более 6 м и толщиной до 12 см применяется в мягких грунтах допускающих его забивку. Длина стального шпунта не лимитирована а его тип определяется расчетом. Длину шпунта назначают из расчета на устойчивость которая обеспечивается забивкой нижней части шпунта ниже дна котлована и установкой распорок и анкеров. Распорки применяются в котлованах шириной до 6 м анкеры - в более широких котлованах. При глубине котлована до 5 м в курсовом проекте разрешается не производить расчет шпунтовых стен а принимать их в соответствии с табл. 5.
Шпунтовые ограждения котлованов в водонасыщенных оплывающих мелкопесчаных пылеватых и супесчаных грунтах
Расстояние от поверхности до распорки или анкера м
глубина забивки ниже дна котлована м
Разработку грунта в котлованах с креплением откосов как правило производят с помощью грейферов. На первых этапах выемка производится из-под воды. Система водопонижения и водоотлива включается с началом откачки воды из котлована. Устройство фундаментов производится только насухо.
Классификационные показатели грунтов
Подразделение пылевато-глинистых грунтов
по числу пластичности
Число пластичности %
по показателю текучести
Подразделение песчаных грунтов по коэффициенту пористости
Гравелистый крупный и средней крупности
Подразделение илов по коэффициенту пористости
Подразделение грунтов по относительному содержанию
органических веществ Ioт
Песчаные с примесью органического вещества
Пылевато-глинистые с примесью органического вещества
Подразделение грунтов по модулю деформаций
Модуль деформации МПа
Подразделение песчаных грунтов по степени влажности
Ориентировочные значения коэффициента фильтрации грунтов
Галечниковый (чистый)
Крупнообломочный с песчаным заполнителем
-среднеразложившийся
-сильноразложившийся
Типовые конструкции фундаментов мелкого заложения
Номенклатура железобетонных фундаментных плит
типовой серии 1.112-5
Характеристики облегченных фундаментных плит
(с вырезами по углам)
Номенклатура стеновых фундаментных блоков
Размеры по высоте типовых фундаментов колонн серии 1.412
Унифицированные размеры подколонников для фундаментов
Размеры подошвы типовых фундаментов серии 1.412
Характеристики монолитных фундаментов под колонны
прямоугольного сечения (серия 1.412-177)
Эскиз. Типовые монолитные фундаменты стаканного типа:
а – 1-ступенчатый; б – 2-ступенчатый; в – 3-ступенчатый
Размеры плитной части м
Расход бетона м3 при высоте фундамента
П р и м е ч а н и е . В маркировке фундамента индекс n обозначает типоразмер по высоте и может иметь значения от 1 до 6.
Характеристики типовых монолитных фундаментов под двухветвевые сборные колонны (серии 1.412-277)
П р и м е ч а н и е . В маркировке фундаментов индекс n обозначает типоразмер по высоте и имеет значения от 2 до 6.
Унифицированные размеры подколонников для фундаментов серии 1.412-379 (для многоэтажных каркасов)
Подколонник рядового фундамента
Характеристики типовых сборных фундаментов под колонны
многоэтажных зданий (серия ИИ. 04-1)
Размеры фундамента мм
Характеристика фундаментных балок ФБ6 для шага колонн 6 м
Характеристики фундаментных балок для шага колонн 12 м
Углы жесткости и максимальное отношение by и hy
каменных фундаментов
Давление на грунт р МПа
Углы жесткости и максимальные отношения by и hy
бетонных фундаментов
Наибольшая крутизна грунтовых откосов
Наибольшая крутизна откосов (отношение высоты h к заложению l при глубине)
Песчаные и гравийные влажные (ненасыщенные)
Лессы и лессовидные сухие
П р и м е ч а н и я .
В скобках указан угол откоса φ.
При напластовании различных видов грунта крутизну откоса для всех пластов надлежит назначать по более слабому виду грунта.
Некоторые рекомендации по выбору типа гидроизоляции
подвальных помещений
- из холодных асфальтовых мастик в 3 - 4 слоя толщиной 10 - 15 мм
- из горячих асфальтовых мастик или растворов в два намета
- асфальтовая литая в два слоя
- цементная наносимая торкретированием в два намета
- битумные рулонные материалы (гидроизоляция металлоизоляция фольгоизоляция стеклобитум и др.) в три слоя
- пластмассовая (листовая)
П р и м е ч а н и е : «+» - рекомендуется к применению; « – » – не рекомендуется к применению.
Выбор машин и оборудования для погружения забивных свай
Тип сваепогружателя и копрового оборудования для погружения свай выбирают в зависимости от массы и длины свай размеров и конфигурации свайного поля расположения свай геологических условий строительной площадки сроков выполнения работ. Эффективность применения сваепогружающих агрегатов определяют технико-экономическими расчетами.
Выбор механизмов производится в следующей последовательности. По табл. 1 определяют способ погружения а затем – тип погружателя.
Способ погружения свай в различные грунты
Все виды сжимаемых грунтов
Слабые водонасыщенные песчаные грунты и связные грунты текучепластичной консистенции
Слабые пылеватые песчаные грунты а также связанные грунты текучей и текучепластичной консистенции
Глинистые грунты текучей и текучепластичной консистенции
Выбрать молот (в первом приближении) можно по отношению веса ударной части молота к весу сваи которое должно быть для дизель-молотов и молотов одиночного действия не менее 15 при плотных грунтах 125 при грунтах средней плотности и 10 при слабых водонасыщенных грунтах.
В случае отсутствия сваебойного механизма отвечающего этим требованиям рекомендуется выбирать молот в зависимости от минимальной энергии удара Э [3 п. 8.5.2] [8 с. 228].
При сооружении свайных фундаментов для объектов жилищно-гражданского и промышленного строительства наибольшее применение находят дизельные молоты (штанговые и трубчатые); на объектах транспортного и гидротехнического строительства – паровоздушные молоты и вибропогружатели [10] [15] [16].
Способы подбора копрового оборудования вибропогружателей и оборудования для изготовления буронабивных свай приведены в [3 п. 8.5] [8 разд.4 гл. 2].
Технические характеристики паровоздушных молотов
Молоты простого действия с управлением
Число ударов в 1 мин
Объемный расход воздуха м3мин
Массовый расход пара кгч
Технические характеристики штанговых дизель-молотов
Дизель-молоты с охлаждением
Наибольшая высота подъема ударной части молота мм
Размер сечения или диаметр погружаемых свай см
П р и м е ч а н и е : * - деревянные сваи; ** - железобетонные сваи.
Технические характеристики трубчатых дизель-молотов
Масса ударной части кг
Высота подскока ударной части мм:
Энергия удара (при высоте подскока
Число ударов в 1 мин не менее
Масса молота с кошкой кг
Ориентировочные расчетные нагрузки на сваю
Размер сечения или диаметр1 см
Прочность ствола по материалу кН
При гравелистых крупных песках и глинистых грунтах с
При песках средней крупности и глинистых грунтах с IL = 02 ÷ 03
При мелких пылеватых песках и глинистых грунтах IL = 04 ÷ 05
квадратного сечения
Перед чертой указан диаметр ствола за чертой – диаметр уширения.
Над чертой приведены значения вдавливающей нагрузки под чертой – горизонтальной.
Зависимость количества свай
в кусте от величины эксцентриситета (е)
Количество свай в кусте
Рекомендуемый шаг свай а или а0
Эксцентриситет е м при ширине сечения или диаметре сваи d см
П р и м е ч а н и е . Для каждого куста свай величина е допускается в пределах между минимальными и максимальными значениями эксцентриситетов.
Условные обозначения: е = MN – расчетный эксцентриситет; M и N – расчетный момент и нормальная сила действующая на фундамент; а и а0 – расстояние между осями свай в направлении действия момента при расположении свай соответственно по прямоугольной сетке и в шахматном порядке; а > 3d; a0 > 15d; b и b0 – расстояние между сваями в направлении перпендикулярном к действию момента:
Номенклатура сборных железобетонных ростверков
Размеры ростверка мм
Расход стали кг при марке бетона ростверка
Сваи сплошные квадратного сечения с поперечным армированием ствола (серия 1.011-6 вып. 1)
Справочная масса сваи т
Арматура ненапрягаемая стержневая
С10 - 35 C11 - 35 С12 - 35
Арматура напрягаемая стержневая
Марки свай сплошных с поперечным армированием ствола расшифровываются следующим образом: С - с ненапрягаемой стержневой арматурой; СН - с напрягаемой стержневой арматурой. Первая цифра означает длину призматической части сваи L м вторая — размер стороны поперечного сечения сваи b см.
Nр - растягивающее усилие воспринимаемое арматурой сваи при отсутствии изгибающего момента.
Длина острия сваи А в зависимости от величины b равна: b см 20 25 30 36 40; А см 15 15 25 30 35.
Укрупненные единичные расценки на земляные работы устройство фундаментов и искусственных оснований
Наименование работ и конструкций
дополнительные условия
Стоимость на единицу измерения
I. Разработка грунта под фундаменты
промышленных зданий (объем грунта принимать равным объему фундамента):
)при глубине выработки до 18 м без водоотлива
)при глубине котлованов более 18 м на каждые полные 01 м глубины увеличивать расценку на 15%
) при разработке мокрых грунтов (ниже уровня грунтовых вод) вводить поправочный коэффициент к расценке: при количестве мокрого грунта менее 50 % от общего объема Кд = 125. То же более 50 % – Кд = 14
II. Разработка грунта под фундаменты жилых
и гражданских зданий (объем грунта принимать равным объему фундамента):
) при глубине выработки до 18 м без водоотлива
) при глубине выработки более 18 м и водонасыщенных грунтах учитывать поправочные коэффициенты по п. 1.2 и 1.3
III. Водоотлив на 1 м3 грунта вытесненного фундаментом (равного объему фундамента):
)при среднем притоке воды и количестве мокрого грунта менее 50 %
)то же при количестве мокрого грунта более 50%
)при сильном притоке воды и количестве мокрого грунта менее 50 %
IV. Крепление стенок котлована:
)досками с распорками:
- при глубине выработки до 3 м
- при глубине выработки более 3 м
)то же металлическим
V. Искусственное улучшение основания под
) песчаные подготовки и подушки
) щебеночные и гравийные подготовки и подушки
) уплотнение грунта тяжелыми трамбовками
) уплотнение лесса грунтовыми сваями
) силикатизация лессов и мелких песков однорастворным методом
) уплотнение слабых грунтов песчаными сваями d = 32 см
) закрепление грунтов синтетическими смолами
) термическое закрепление лессовых грунтов
) цементация песчаных грунтов
) искусственное замораживание грунтов
Б. Устройство фундаментов
I. Сборные фундаменты:
)жб отдельные для промышленных зданий
)плиты (подушки) жб для ленточных фундаментов
)бетонные блоки (в том числе стеновые)
II. Монолитные фундаменты:
)жб отдельные (под колонны)
)фундаменты и стены подвала бутобетонные
III. Армированные пояса:
)из монолитного железобетона
)из армированной кладки
)забивные призматические до 12 м
)забивные полые с открытым концом до 8 м:
а) при диаметре 660 мм
)забивные полые с закрытым концом (толщина стенок 80 мм d = 400 - 600 мм)
VI. Набивные сваи с металлической оболочкой:
)забивка трубчатых оболочек (включая стоимость металла)
)заполнение трубчатых оболочек бетоном
VII. Опускные колодцы:
)изготовление железобетонных колодцев
) опускание колодца (за объем по внешним
)устройство опорной подушки
)заполнение колодца песком
) бетонирование верхней плиты
м3 уплотняемого массива
м3 закрепляемого массива
Берлинов Н.В. Ягупов Б.А. Примеры расчета оснований и фундаментов: Учебник для строит. техникумов. - М.: Стройиздат 1986.
Веселов В.А. Проектирование оснований и фундаментов (основы теории и примеры расчета): Учеб. пособие для вузов. - 3-е изд. перераб. и доп. – М.: Стройиздат 1990.
Горбунов-Посадов М.И. и др. Основания фундаменты и подземные сооружения (Справочник проектировщика) Под ред. Е.А. Сорочана и Ю.Г. Трофименкова. - М.: Стройиздат 1985.
ГОСТ 25.100-96. Грунты. Классификация. - М.: Изд-во стандартов 1982.
Далматов Б.И. и др. Проектирование фундаментов зданий и промышленных сооружений. - М.: Высш. шк. 1986.
Инструкция по определению экономической эффективности использования в строительстве новой техники изобретений и рационализаторских предложений СН 509-79. - М.: Стройиздат 1980.
Каталог зональных единичных расценок общеотраслевого назначения на строительные конструкции и работы промышленного и гражданского строительства в Вологодской области. - Вологда 1983.
Метлюк Н.С. и др. Сваи и свайные фундаменты: Справочное пособие. - Киев: Будивельник 1977.
Основания и фундаменты Под общ. ред. М.И. Смородинова. - 3-е изд. доп. и перераб. – М.: Стройиздат 1983.
Пособие по проектированию оснований зданий и сооружений (к СНиП 2.02.01-83). - М.: Стройиздат 1986.
Пособие по проектированию фундаментов на естественном основании под колонны зданий и сооружений (к СНиП 2.03.01-84 и СНиП 2.02.01-83). - М.: ЦИТП 1989.
Пособие по производству работ при устройстве оснований и фундаментов (к СНиП 3.02.01-83) НИИОСП им. Н.М. Герсеванова. - М.: Стройиздат 1986.
Руководство по выбору проектных решений фундаментов НИИОСП им. Н.М. Герсеванова НИИЭС ЦНИИПроект Госстроя СССР. - М.: Стройиздат 1984.
Руководство по проектированию свайных фундаментов НИИОСП им. Н.М. Герсеванова НИИЭС ЦНИИПроект Госстроя СССР. - М.: Стройиздат 1980.
СНиП 2.02.01-83. Основания зданий и сооружений. - М.: Стройиздат 1985.
СНиП 2.01.07-85. Нагрузки и воздействия. - М.: Стройиздат 1986.
СНиП 2.03.01-84. Бетонные и железобетонные конструкции. - М.: Стройиздат 1985.
СНиП 2.02.03-85. Свайные фундаменты. – М.: ЦИТП Госстроя СССР 1986.
СНиП 3.02.01-87. Земляные сооружения основания и фундаменты. - М. 1988.
Шутенко Л.Н. и лр. Основания и фундаменты: Курсовое и дипломное проектирование. - Киев: Высш. шк. 1989.
I. Состав и объем проекта 3
II. Указания по выполнению расчетной части курсового проекта 9
Анализ конструктивного решения сооружения и определение расчетных нагрузок на фундаменты 9
Оценка инженерно-геологических условий и свойств грунтов строительной площадки 12
Вариантное проектирование. Выбор возможных вариантов устройства фундамента 19
Вариант 1. Фундамент мелкого заложения на естественном основании 21
Расчет оснований фундаментов по предельным состояниям 49
Расчет прочности фундамента 68
Вариант 2. Фундамент на грунтовой подушке 68
Вариант 3. Свайный фундамент 72
Защита фундаментов и подземных частей здания от грунтовых вод 103
Мероприятия против деформации зданий и сооружений при промерзании и пучении грунтов 112
Технико-экономическое сравнение и выбор оптимального варианта фундамента 113
Технология производства работ нулевого цикла 123
Список литературы 163
Редактор Н.С. Менькина
Изготовление оригинал-макета: М.Н. Авдюхова
Лицензия А № 165724 от 11.04.06 г.
Подписано к печати .
Зак. . Тир. 25. Уч.-изд. л. 812. Усл. п. л. 959.
Формат 60 84 116 . Гарнитура таймс.
ГОУ ВПО «Череповецкий государственный университет»
2600 г. Череповец пр. Луначарского 5.

осадка.dwg

курсовик.doc

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
«ЧЕРЕПОВЕЦКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»
КАФЕДРА СТРОИТЕЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИИ И АРХИТЕКТУРЫ
Курсовой проект по дисциплине «Основания и фундаменты»
Тема: «Вариантное проектирование фундаментов здания»
Руководитель работы:
г. Череповец 2009 год
Анализ конструктивного решения сооружения 5
1. Объемно-планировочное решение 5
2. Степень ответственности здания5
3. Оценка жёсткости и чувствительности к неравномерным деформациям5
Оценка инженерно-геологических условий и свойств грунтов строительной площадки7
1. Дополнительные физические характеристики грунтов7
2. Механические характеристики грунтов8
3. Определение условного расчетного сопротивления грунта R0 8
4. Непосредственная оценка каждого из грунтовых слоев9
5 Общая оценка строительной площадки 10
6 Выбор возможных вариантов фундаментов .10
Фундамент мелкого заложения на естественном основании 11
1. Выбор глубины заложения фундамента 11
1.1. Климатические факторы .11
1.2. Инженерно-геологические факторы ..12
1.3. Конструктивные особенности здания 12
2. Предварительное определение размеров подошвы фундамента 13
2.1. Требуемая площадь подошвы 13
2.2. Проверка выполнения условий ..14
2.3 Проверка давлений по подошве фундамента 14
Расчет оснований фундамента по предельным состояниям .18
1. Расчет деформаций фундамента по деформациям .19
2. Расчет деформаций фундамента по несущей способности 23
3. Расчет фундамента на сдвиг по подошве .27
4. Проверка слабого подстилающего слоя 28
Проектирование свайного фундамента 29
1. Определение глубины заложения ростверка 30
2. Выбор вида и размеров свай ..31
3.Определение расчетной нагрузки допускаемой на сваю 32
3.1. Определение расчетной нагрузки допускаемой на сваю по грунту .32
3.2. Определение расчетной нагрузки допускаемой на сваю по сопротивлению материала (сваи) .33
4. Определение количества свай в фундаменте и их размещение .34
5. Определение размеров ростверка .35
6. Проверка свай по несущей способности ..36
7. Расчет свайного фундамента по деформациям 39
7.1. Определение границ условного фундамента 39
7.2. Определение интенсивности давления по подошве условного фундамента .41
7.3. Определение осадки условного свайного фундамента 42
Технико-экономическое сравнение и выбор оптимального варианта фундамента .. 45
Расчет свайного фундамента по сечению 2-2 ..46
1. Определение количества свай в фундаменте и их размещение . 46
2. Определение размеров ростверка 47
3. Проверка свай по несущей способности 48
Список литературы 52
Целью курсового проекта по дисциплине «Основания и фундаменты» является ознакомление с принципами проектирования оснований и фундаментов и закрепление теоретических знаний. Тематика проектирования отвечает учебным задачам подготовки инженеров и связана с решением практических вопросов – выполнением проектов фундаментов сооружений.
В ходе разработки курсового проекта необходимо рассчитать два типа фундаментов: мелкого заложения и свайный.
Для фундаментов мелкого заложения проводятся расчеты: определение физико-механических свойств грунтов оценка грунтовых условий строительной площадки расчет размеров и выбор вариантов фундаментов расчет оснований по деформациям расчет осадки.
Для разработки свайных фундаментов: расчет размеров ростверков определение осадки свайных фундаментов подбор оборудования для погружения свай и расчетный отказ.
Анализ конструктивного решения сооружения
1 Изучение особенностей объёмно – планировочного решения и технологического процесса в здании
В соответствии с заданием необходимо запроектировать фундаменты под одноэтажным промышленным зданием с железобетонным каркасом в городе Харьков.
Наружные стены здания выполнены из сэндвич-панелей «Венталл» толщина стен = 80 см. Каркас здания образуют колонны сечением 800 х 400 мм и стропильные фермы.
Подвал в здании отсутствует.
Габаритные размеры здания – 24000 х 48000 х 10800 мм.
2 Определение степени ответственности здания
По степени ответственности выделяют 3 класса объектов:
Класс I - здания и сооружения имеющие народнохозяйственное назначение а также социальные объекты требующие повышенной надежности (ТЭС АЭС телебашни и.т.д.);
Класс II - промышленные и гражданские здания не входящие в классы I и III с коэффициентом надежности по назначению = 095.
Класс III - складские здания (без процесса сортировки и упаковки) одноэтажные жилые здания временные здания и сооружения;
Данное промышленное здание относится ко II классу ответственности.
3 Оценка жесткости здания
Все здания по жесткости и характеру деформаций делятся на абсолютно-жесткие абсолютно гибкие и конечной жесткости.
Проектируемое здание относится к зданиям конечной жесткости а потому высокочувствительно к неравномерным осадкам. Здание при неравномерном сжимании основания может получить дополнительные усилия в конструкциях которые не смогут полностью их воспринять может произойти смещение конструкции искривление и др.
При определении RО (расчётного сопротивления грунта по ф.7 [2]) коэффициент условий работы принимается по таб.3 [2] как сооружения конечной жёсткости не рассчитываемого специально на восприятие дополнительных усилий от деформации основания.
В соответствии с прил.4 [2] предельные деформации основания для фундаментов рассматриваемого здания: максимальная осадка Smax= 8 см
Меры по снижению чувствительности здания к неравномерным деформациям:
)Увеличения жесткости за счёт применения жёстких соединений несущих конструкций;
)проектирование сооружений компактных в плане без выступов их пристроек;
)для выравнивания давлений рекомендуется внутренние стены делать сквозными на всю ширину или длину здания простенки и проёмы делать одинаковой ширины и высоты распределяя их равномерно продольные и поперечные стены располагать симметрично;
)устройство монолитных фундаментов;
)использование армированной кладки и железобетонных армированных поясов.
Оценка инженерно – геологических условий и свойств грунта
Классификация и оценка состояния грунтов производится в результате сопоставления их физических и механических характеристик с классификационными приведенными в нормативных документах. Такое сопоставление позволяет оценить свойства грунтов и выявить возможность их использования в основании сооружения.
В задании на курсовой проект имеется паспорт грунтов строительной площадки в котором указаны нормативные значения основных показателей физических свойств грунтов определённых в лабораторных условиях.
Исходные физические характеристики грунта
на границе текучести
на границе раскатывания
Глубина заложения грунтовых вод 33 метра от поверхности земли
Данные геологических изысканий по исходным физическим характеристикам грунтов:
1 Дополнительные физические характеристики грунтов:
Число пластичности: . Используется для классификации пылевато-глинистых грунтов по [1 табл. 1 прил. 1].
Показатель текучести (консистенции): . Оценивает глинистые грунты в соответствии с [1 табл. 2 прил. 1].
Коэффициент пористости: . Используется для оценки плотности сложения песков по [1 табл. 3 прил. 1]. Подразделяет илистые грунты по [1 табл. 4 прил. 1].
Степень влажности: где – удельный вес воды (). По этому показателю классифицируются крупнооб-ломочные и песчаные грунты [1 табл. 7 прил. 1] а также некоторые пылевато-глинистые грунты.
Найденные физические характеристики грунтов записываются в таблицу 1 в столбцы 2 3 4 5. (см. таб. 1 – приложение 1)
2 Механические характеристики грунтов
Согласно указаниям СНиП 2. 02. 01 – 83 по прил. 1 определяют:
φ – угол поворота грунта;
С – удельное сцепление грунта;
Е – модуль деформации грунта.
Для песчаных грунтов φ С и Е определяют по [2 табл. 1 прил. 1] в зависимости от е.
Для пылевато-глинистых грунтов φ С определяют по [2 табл. 2 прил. 1] в зависимости от IL и е; Е – по [2 табл. 3 прил. 1] в зависимости от IL и е а также от происхождения и возраста грунтов.
В [1 табл. 6 прил. 1] приведено подразделение грунтов по Е.
Найденные механические характеристики грунтов записываются в таблицу 1 в столбцы 6 7 8. (см. таб. 1 – приложение 1)
3 Определение условного расчетного сопротивления грунта R0
Для предварительных расчетов R0 находится с учетом физических характеристик грунтов по таблицам приложения 3 [2]. Промежуточные значения R0 для пылевато-глинистых грунтов находятся путем двойной интерполяции по формуле:
где е IL – характеристики грунта для которого определяется значение
е1 е2 – соседние значения коэффициента пористости в интервале между которыми находится значение е для рассматриваемого грунта;
R0 (1. 0) и R0 (1. 1) – табличные значения R0 для е1 соответственно при IL = 0 и IL = 1; R0 (2. 0) и R0 (2. 2) – то же для е2;
Кроме того можно R0 определить по формуле (7) СНиП 2. 02. 01. – 83 принимая ширину подошвы фундамента b = 1 м.
Значения R0 записываются в таблицу 1 в 9 столбец. (см. таб. 1 – приложение 1)
4 Непосредственная оценка каждого из грунтовых слоев
В курсовой работе непригодными в качестве естественных оснований считаются грунты:
-почвенные илы торфы заторфованные грунты рыхлые пески;
-пылевато-глинистые грунты в текучей и текучепластичной консистенции и с коэффициентом пористости у супесей е > 07; суглинков е > 1; глин е > 11;
-сильносжимаемые грунты;
-грунты с R0 ≤ 100 кПа.
Возможность использования слабых грунтов в качестве оснований выясняется только по результатам дополнительных исследований и применения мероприятий по искусственному улучшению грунтов строительной площадки. По результатам расчетов для каждого слоя грунта делается вывод и записывается в 10 столбец таблицы 1. (см. таб. 1 – приложение 1)
5 Общая оценка строительной площадки
Строительная площадка характеризуется горизонтальным залеганием пластов грунта. Имеется один выдержанный уровень грунтовых вод на глубине 33 м.
Как показывает анализ (см. таб. 1 – приложение 1) в качестве несущего пласта нужно использовать суглинок мягко-пластичный среднесжимаемый проходя непригодный ил.
6 Выбор возможных вариантов фундаментов
Выбор вариантов фундаментов и их оснований рассмотрим для сечения I-I имеющее наиболее невыгодное сочетание нагрузок (см. задание).
Для данных инженерно-геологических условий и конструкций здания рассмотрим следующие варианты фундаментов и оснований:
Фундамент мелкого заложения на естественном основании (несущий слой суглинок).
Фундамент из забивных висячих свай опирающихся на суглинок.
Фундамент мелкого заложения на естественном основании
1 Определение рациональной глубины заложения фундамента
На выбор глубины заложения фундамента влияют следующие факторы:
инженерно – геологические и гидрогеологические условия стройплощадки;
климатические условия района строительства;
конструктивные особенности проектируемого здания.
В каждом из этих случаев глубина заложения определяется по своим правилам которые будут рассмотрены ниже. Главное чтобы глубина заложения была минимальной (т.е. сводится к минимальному объему земляных работ упрощается водоотлив снижается опасность расструктуривания грунтов ниже дна котлована и.т.д.).
1.1 Климатические факторы
) Нормативная глубина сезонного промерзания грунта - (2 п. 2.27 формула 2). Из СНиП 23-01-99 «Строительная климатология» таблица 3 определяем как сумму абсолютных значений среднемесячных отрицательных температур за зиму в данном районе.
- для суглинков (2 п. 2.27).
) Расчётная глубина сезонного промерзания - (2 п. 2.28 формула 3)
- табличный коэффициент учитывающий влияние теплового режима сооружения принимаемый для наружных и внутренних фундаментов неотапливаемых сооружений kh = 11 кроме районов с отрицательной среднегодовой температурой; для отапливаемых от 04-1 в зависимости от t в помещении наличии подвала и конструкции пола.
1.2 Инженерно-геологические факторы
Ил не может служить естественным основанием далее идет суглинок который может служить надежным естественным основанием. Поэтому фундамент прорезая непригодные слои будет заглубляться в пригодный слой на 15 см.
м – мощность слоя ила
5 м – величина заглубления в несущий слой.
1.3 Конструктивные особенности
Глубина заложения фундамента назначается с учетом его высоты которая должна быть достаточной из условия прочности.
Чертим конструктивную схему фундаментов мелкого заложения.
Рис. 1. Конструктивная схема фундамента
2 Предварительное определение размеров подошвы фундамента
Выбираем наиболее нагруженное сечение. Это сечение I – I. На обрез фундамента в этом сечении действует вертикальная нагрузка .
Горизонтальная нагрузка . Момент
2.1 Определение требуемой площади подошвы фундамента
Площадь фундамента первоначально определяется по приближенной формуле (с учетом действия только вертикальных сил на обрез фундамента) из 1 п. 4. 2. 1 формула 2:
где – расчетная нагрузка на фундамент в уровне его обреза (при расчете по деформациям);
– условное расчетное сопротивление грунта под подошвой фундамента (под подошвой фундамента находится песок средней крупности для которого (см. табл. 1));
- глубина заложения фундамента = 305 м;
– средний удельный вес материала фундамента и грунта расположенного на его обрезах (.
2.2 Проверка выполнения условий
Для прямоугольного фундамента: предварительно задаются соотношением сторон k = l b (k зависит от эксцентриситета приложения нагрузки и принимается в пределах от 12 до 18). Тогда и l = bk.
Подошва фундамента принимается вытянутой в сторону действия М и Fh .
k = 12; =~3(м); l = 29512=354(м)~36(м)
Рис.2. Расчетная схема для определения нагрузок на основание
2.3 Проверка давлений по подошве фундамента
Определяем расчётное сопротивление грунта по формуле (7) [2]:
где gс1 и gс2 - коэффициенты условий работы принимаемые по табл. 3 [2]; ; определяем соотношение между длиной и высотой здания - ;
- коэффициент принимаемый равным: если прочностные характеристики грунта (j и с) определены непосредственными испытаниями и если они приняты по таблицам 1 - 3 рекомендуемого приложения 1 [2]; ;
- коэффициенты принимаемые по табл. 4 [2] для величин не указанных в таблице вычисляются путем интерполирования;
kz - коэффициент принимаемый равным: при b 10 м - kz = 1;
b - ширина подошвы фундамента = 30 м;
gII - осредненное расчетное значение удельного веса грунтов залегающих ниже подошвы фундамента (при наличии подземных вод определяется с учетом взвешивающего действия воды) кНм3
- то же залегающих выше подошвы
сII - расчетное значение удельного сцепления грунта залегающего непосредственно под подошвой фундамента кПа ;
d1 - глубина заложения фундаментов бесподвальных сооружений от уровня планировки
Произведем проверку для этого необходимо определить и проверить выполнение следующих условий:
Р - среднее давление под подошвой фундамента от нагрузок для расчета оснований по деформациям;
R – расчетное сопротивление грунта основания вычисляемое по формуле (7)[2] для выбранной ширины bf и глубины df заложения фундамента.
Сначала уточняем величины нагрузок на основание (считаем что вес фундаментной балки и опирающихся на неё стен был учтён при определении нагрузок на обрез фундамента приведённых в задании). Тогда вес фундамента:
где - объём фундамента;
- удельный вес материала фундамента (для железобетона ).
Вес грунта на обрезах фундамента:
где - объёмы грунта соответственно слева и справа фундамента;
- осреднённое расчётное значение удельного веса грунтов залегающих выше подошвы фундамента.
Вычислим максимальное и минимальное краевое давление под подошвой фундамента:
где W – момент сопротивления площади подошвы фундамента относительно оси перпендикулярной плоскости действия момента:
M – момент от активного давления грунта:
Проверяем выполнение условий:
Условия должны удовлетворяться с требуемой экономичностью. Так при устройстве монолитного фундамента допускается недогрузка 5 - 10%.
Условия не выполняются следовательно выбранный размер подошвы не подходит. Необходимо увеличить размер подошвы и произвести вычисления с новой величиной (II приближение).
Пусть размеры стороны подошвы фундамента серии 1.412 будут: 54 х 42 м типоразмер №16 (в соответствие с 1 прил.2 табл. 6).
Все условия выполняются и наиболее невыгодное из условий – второе выбранный размер подошвы подходит. Принимаем b=4.2 м l=5.4 м
Расчет оснований фундамента по предельным состояниям
Основания должны рассчитываться по двум группам предельных состояний: по первой – по несущей способности и по второй – по деформациям.
Расчет строительных конструкций и оснований ведут методом предельных состояний.
Если нормальная эксплуатация сооружения невозможна при исчерпывании грунтом прочности то достигается предельное состояние основания по несущей способности (первое предельное состояние). Если деформации основания оказываются чрезмерными для надземных конструкций (при напряжениях меньше предела прочности грунта) то достигается предельное состояние основания по деформациям (второе предельное состояние).
Целью расчета оснований по предельным состояниям является уточнение предварительно принятых размеров фундамента такими пределами при которых гарантируется прочность устойчивость и трещиностойкость конструкций включая общую устойчивость сооружения а также нормальная эксплуатация подземных конструкций при любых возможных нагрузках и воздействиях.
Основания рассчитываются по деформациям во всех случаях и по не сущей способности (в случаях указанных в п. 2.3[1]).
1 Расчёт основания по деформациям (II группа предельных состояний)
Расчеты оснований по деформациям производят исходя из теории линейно-деформируемой среды (теории упругости).
Целью расчета оснований по II группе предельных состояний (по деформациям) является ограничение абсолютных перемещений фундаментов и подземных конструкций такими пределами при которых гарантировалась бы нормальная эксплуатация сооружения и не снижалась бы его долговечность.
Расчет абсолютной осадки фундамента S:
Расчет сводится к удовлетворению основного условия
где S – совместная деформация основания и сооружения определяемая расчетом;
SU – предельное значение совместной деформации основания и сооружения устанавливаемого [2 прил. 4].
Расчёт осадки основания производим методом послойного суммирования в соответствии с приложением 2[2] т.к. м и в основании нет грунтов с МПа.
Сущность метода состоит в следующем: основание разбивается на элементарные слои; в пределах сжимаемой толщи определяется осадка каждого слоя от дополнительных вертикальных напряжений; затем осадки всех элементарных слоев суммируются.
Результаты расчёта представлены в таблице 2 где:
) Для построения эпюр zр и zg грунт на разрезе строительной площадки расположенный ниже подошвы фундамента разбивается на элементарные слои высотой hi так чтобы выполнялось условие:
толщина элементарного слоя принимается из условия при
) Определяют вертикальные напряжения от собственного веса грунта zgi на границе i – го слоя залегающего на глубине zi по формуле (на уровне подошвы фундамента) т.к. суглинок: мягкопластичный среднесжимаемый и не является водоупором то вес части слоя суглинка расположенного ниже УГВ будет рассчитываться с учётом взвешивающего действия воды: .
Далее идет суглинок полутвердый водоупорный слой.
При определении szg в водоупорном слое следует учитывать давление столба воды расположенного выше рассматриваемой глубины.
Результаты расчета заносим в графу 4 таблицы 2.
) Находят дополнительные вертикальные напряжения от внешней нагрузки на глубине zi под подошвой фундамента (по вертикали проходящей через центр подошвы фундамента):
коэффициент определяемый по табл.1 прил. 2[2] в зависимости от : ; ;
Значения α zpi заносим в таблицу 2 в графы 6 7 и 8 соответственно.
) Нижняя граница сжимаемой толщи основания условно находится на глубине Z = Hс там где zр = 02 zg если модуль деформации этого слоя или непосредственно залегающего под этой границей больше или равен 5 МПа.
Z = 53 м что соответствует точке пересечения.
Hс можно определить графически как точку пересечения эпюр zр и 02 zg построенных в масштабе.
) среднее значение вертикального напряжения от внешней нагрузки в каждом i – том слое грунта: :
) Полная осадка основания определяется как сумма осадок отдельных слоёв в пределах сжимаемой толщи по формуле:
где – безразмерный коэффициент учитывающий условность расчетной схемы принимаемый равным 08.
Полученные значения записываются в графе 10 таблицы 2. Таблица 2 – смотрите приложение 2.
) Предельно допустимая осадка для данного здания определяется по прил.4[2]:
Таким образом основное условие расчета основания фундамента по деформациям удовлетворено:
Рис. 3. Расчетная схема к определению осадки методом послойного суммирования
2 Расчёт оснований по несущей способности (I группа предельных состояний)
Целью расчета оснований по несущей способности является обеспечение прочности и устойчивости оснований а также недопущение сдвига фундамента по подошве и его опрокидывания.
Расчет оснований по несущей способности производится лишь при определенных условиях нагружения а также при неблагоприятных инженерно-геологических условиях площадки строительства п. 2.3[2].
В КР такой расчет выполняется в обязательном порядке (в учебных целях) для одного из фундаментов на естественном основании.
Расчет оснований по несущей способности должен производиться на основное сочетание нагрузок а при наличии особых нагрузок и воздействий — на основное и особое сочетание.
Несущая способность основания считается обеспеченной при выполнении одного из условий в зависимости от способа расчета:
а) при использовании аналитических методов расчета:
б) при расчете на сдвиг по подошве фундамента:
в) при расчете графоаналитическим методом круглоцилиндрических поверхностей:
где F – расчетная нагрузка на основание
γc – коэффициент условий работы зависящий от вида грунта основания
γn – коэффициент надежности по назначению сооружения
FSa – сдвигающие силы
FSR – удерживающие силы
k – коэффициент устойчивости представляющий собой соотношение суммарного момента сдвигающих сил к суммарному моменту удерживающих сил для выбранной круглоцилиндрической поверхности скольжения.
Потеря устойчивости основания происходит в тех случаях когда напряжения в грунтах превысят их сопротивления сдвигу. При этом считается что нормальные и касательные напряжения и по всей поверхности скольжения достигают значения соответствующего предельному равновесию вычисленному по формуле Кулона — Мора:
где и — соответственно расчетные значения угла внутреннего трения и удельного сцепления грунта.
Возможны различные схемы потери устойчивости (разрушения) основания:
а) Плоский сдвиг по подошве фундамента или слабому прослойку.
б) Глубокий сдвиг с образованием поверхностей скольжения охватывающих фундамент и примыкающий к нему массив грунта.
При выборе схемы потери устойчивости (а значит и метода расчета) следует учитывать характер нагрузок и их равнодействующей (вертикаль наклон эксцентриситет); форму фундамента (ленточный прямоугольный и пр.); характер подошвы фундамента (горизонтальность наклон); наличие связей фундамента с другими элементами здания или сооружения ограничивающих возможность потери устойчивости; характеристику основания — вид и свойства грунтов (их стабилизированное или нестабилизированное состояние) однородность геологического строения наличие и наклон слоев и слабых прослоек наличие откосов грунта вблизи фундамента и пр.
Основания ленточного фундамента следует проверять на устойчивость только в направлении короткой стороны (ширины) фундамента а прямоугольного квадратного и круглого — в направлении действия момента либо наклона равнодействующей (направления ее горизонтальной составляющей).
) Определяем состояние несущего слоя грунта согласно п. 2.61 [2].
В нестабилизированном состоянии находятся медленно уплотняющиеся пылевато–глинистые и биогенные грунты со степенью влажности SR>085 и коэффициентом консолидации . Сила предельного сопротивления основания для данных грунтов должна определяться с учетом избыточного давления в паровой воде U вычисленного методами фильтрационной консолидации грунтов. Условие прочности нестабилизированного основания примет вид:
Коэффициент консолидации вычисляется по формуле:
где kf – коэффициент фильтрации грунта (табл. 8 прил. 1); - удельный вес воды = 10 кНм3; Е – модуль общей деформации; – коэффициент бокового расширения грунта зависящий от коэффициента Пуассона. Ориентировочно можно принять для крупноблочных грунтов = 074 для суглинков = 062 и для глин = 04.
Для водонасыщенных грунтов имеющих показатель консистенции IL05 допускается не определять коэффициент консолидации и не учитывать возможность возникновения нестабилизированного состояния грунтов (т. е. считать их стабилизированными). Остальные виды грунтов считаем в стабилизированном состоянии.
Так как несущий слой – суглинок со степенью влажности SR=0934 следовательно грунт находится в нестабилизированном состоянии.
) Оцениваем нагрузки:
) Определяем несущую способность основания состояние грунта нестабилизированное силу предельного сопротивления основания прямоугольного фундамента (l ≤ 3b) при действии на него вертикальной нагрузки допускается определять по формуле (16) полагая jI = 0 и xc = 1 + 011h.
где и - соответственно приведённые ширина и длинна фундамента м вычисляемые по формулам:
коэффициенты формы фундамента ;
и - расчетные значения удельного веса грунтов кНм3 находящихся в пределах возможной призмы выпирания соответственно ниже и выше подошвы фундамента (при наличии подземных вод определяются с учетом взвешивающего действия воды);
с1 - расчетное значение удельного сцепления грунта кПа;
Далее проверяем выполнение условия формула 11[2]:
где F - расчетная нагрузка на основание
Fu - сила предельного сопротивления основания
gс - коэффициент условий работы принимаемый
gn - коэффициент надежности по назначению сооружения принимаемый равным 12; 115 и 110 соответственно для зданий и сооружений I II и III классов.
Проверим выполняется ли условие:
Условие выполняется несущая способность основания обеспечена.
3 Расчет фундамента на сдвиг по подошве.
Расчет фундамента на сдвиг по подошве производится исходя из условия:
где и - суммы проекций на плоскость скольжения соответственно расчетных сдвигающих и удерживающих сил определяемых с учетом активного и пассивного давлений грунта на боковые грани фундамента. Расчетные сдвигающие и удерживающие силы определяются по формулам:
где FhI – составляющая расчетных нагрузок на фундамент параллельная плоскости сдвига (горизонтальная сила);
EaI и EpI – составляющие равнодействующих соответственно активного и пассивного давления грунта (на боковые грани фундамента) параллельные плоскости сдвига
FvI – сумма расчетных нагрузок нормальных к плоскости сдвига;
U – сила гидростатического противодавления (при уровне грунтовых вод выше подошвы фундамента);
Af – площадь подошвы фундамента;
CI – расчетное удельное сцепление грунта;
f – коэффициент трения фундамента о грунт определяемый в зависимости от шероховатости подошв. Для бетонных фундаментов с повышенной шероховатостью подошвы .
Условие выполняется.
4 Проверка слабого подстилающего слоя
Поверка необходима когда в основании фундамента на некоторой глубине залегает слой более слабого грунта физико-механические характеристики которого и величина R значительно меньше чем у грунта несущего слоя для которого определены размеры подошвы фундамента. В этом случае приближенным расчетом в соответствии с [2 п. 2.48 формула (9)] выясняют возможность развития зон пластических деформаций в пределах слоя слабого грунта т. е. соблюдение принципа линейной деформированности основания по условию:.
В данном КП такая проверка не требуется т.к. фундамент заглублен в суглинок и ниже него слабых грунтов нет.
В России известно более 150 видов свай которые классифицируются по материалу конструкции виду армирования способу изготовления и погружения по характеру работы в грунте.
В настоящее время в строительстве наибольшее применение нашли следующие виды свай:
Сваи забивные жб погружаемые в грунт в готовом виде с помощью молотов вибропогружателей и вибровдавливающих агрегатов;
Сваи буронабивные устраиваемые заполнением пробуренных скважин бетонной смесью или жб элементами.
Сваи набивные устраиваемые в скважинах образованных уплотнением грунта;
Рациональная область применения различных видов свай определяется в первую очередь инженерно-геологическими условиями строительной площадки и характером нагрузок передаваемых от сооружения на фундамент.
Свайные фундаменты рационально применять при большой толщине слабых грунтов залегающих сверху (текучепластичных и текучих глинистых грунтов заторфованных насыпных) а также при высоком горизонте грунтовых вод и при глубоком промерзании грунтов для понижения трудоемкости увеличения степени механизации работ нулевого цикла и экономической их целесообразности.
В нашем случае свайный фундамент принимаем в виде кустов свай объединенных общим железобетонным ростверком квадратной формы в плане. Количество свай в кусте определяет величиной и видом нагрузки и несущей способностью свай. Принимаем жесткое сопряжение свайного ростверка со сваями.
1 Глубина заложения ростверка
Ростверк пытаются заложить как можно выше так как это обеспечивает более экономичное решение.
При установлении глубины заложения подошвы ростверка руководствуются теми же соображениями что и при определении глубины заложения подошвы фундаментов возводимых на естественном основании (п 3. 1).
Расчетная глубина промерзания грунтов определенная в п 3. 1. 1 -
ориентировочно минимальная высота ростверка под колонну может быть определена по формуле м:
где аk - больший размер колонны в плане; h0 - глубина заделки сваи в ростверк.
Размеры подколонника выбираются аналогично фундаментам мелкого заложения на естественном основании.
Рис. 4. Схема определения глубины заложения ростверка и свай
2 Выбор вида и размеров свай
Согласно СНиП 2.02.03 – 85 (п. 2.2.) сваи по характеру работы в грунте разделяют на сваи-стойки и сваи трения (висячие). К сваям-стойкам относят сваи всех видов опирающиеся на скальные грунты а кроме того забивные сваи на малосжимаемые грунты. К малосжимаемым грунтам относятся крупнообломочные грунты с песчаным заполнителем средней плотности и плотным а также твердые глины с модулем деформации Е > 50 МПа.
Сваи передающие нагрузку острием и боковой поверхностью на сжимаемые грунты называются сваями трения (висячими).
Длина сваи определяется глубиной залегания слоя хорошего грунта в который заглубляется свая отметкой заложения подошвы ростверка и величиной заделки сваи в ростверк. При назначении длины сваи слабые грунты (насыпные торф грунты в текучем и рыхлом состоянии) необходимо прорезать и острие сваи заглублять в плотные грунты. При очень мощной толще слабых грунтов нижние концы свай оставляют в них.
Обычно заглубление сваи в крупнообломочные гравелистые крупные и средней крупности песчаные грунты а также глинистые грунты с показателем консистенции IL ≤ 01 должно быть не менее 05 м а прочие нескальные грунты – не менее 1 м.
Выбираем висячую забивную сваю с заглублением в суглинок (IL = 0) на 1 м:
Определив тип и требуемую длину сваи выбираем по сортаменту рациональное сечение и марку сваи табл. 2[1]. Выбираем сваю С 55 – 30 длинной 55 м с размером поперечного сечения b=30х30 см и длинной острия 025м.
3 Определение расчетной нагрузки допускаемой на сваю
Допускаемая нагрузка на сваю определяется из условий работы сваи по грунту и по материалу. В расчетах используется меньшее значение расчетной нагрузки допускаемой на сваю полученное по двум указанным условиям.
3.1 Определение расчетной нагрузки допускаемой на сваю по грунту
Расчётная нагрузка Fd кН допускаемая на висячую забивную сваю определяется по формуле
где γc - коэффициент условий работы сваи в грунте принимается γc =1;
R - расчётное сопротивление грунта под нижним концом сваи определяемое по табл. 1 [3] с помощью интерполирования в зависимости от вида грунта его состояния и глубины заложения несущего слоя кПа.
A - площадь опирания сваи на грунт м2 (А = 03 03 = 009 м2);
U - наружный периметр поперечного сечения сваи м (U = 03 4 = 12 м);
Разделим слои которые проходит свая на слои толщиной 2м и обозначим их. Получаем следующие слои: 1–ый слой суглинок h1 = 125 м 2–ой слой суглинок толщиной h2 = 125 м 3-ий слой – суглинок h3 = 125 м тогда:
- коэффициенты условий работы грунта соответственно под нижним концом и на боковой поверхности сваи учитывающие влияние способа погружения свай на расчётные сопротивления грунта определяемые по табл. 3 [3] в зависимости от вида и состояния грунта
3.2 Определение расчетной нагрузки допускаемой на сваю по сопротивлению материала (сваи)
Расчетная нагрузка Рс допускаемая на сваю по сопротивлению материала для железобетонной сваи определяется в соответствии со СНиП [4]. В КР применены сваи из бетона марки В 15 со стержневой арматурой (4 стержня А-I диаметром 12 мм). Расчетная нагрузка Рс (кПа) допускаемая на сваю (железобетонную центрально-сжатую прямоугольного и квадратного сечения с симметричным армированием) по сопротивлению материала определяется по формуле:
где γ с – коэффициент условий работы сваи (γс = 1 при d > 200 мм);
φ – коэффициент продольного изгиба (для низкого ростверка принимается φ = 1);
γb – коэффициент условий работы бетона (для забивных свай γсd = 1);
Rb – расчетное сопротивление бетона сжатию определяемое по [4] (Rb = 85 МПа);
А – площадь поперечного сечения сваи м2 (А = 0303 = 009 м2);
Rs – расчетное сопротивление арматуры сжатию определяемое по [4] (Rs = 225 МПа) ;
As – площадь поперечного сечения рабочей арматуры м2 ()
Несущая способность висячей сваи по грунту больше чем по материалу (9082 кПа > 8667 кПа) следовательно в дальнейших расчетах используется наименьшее из этих значений т. е. N = 8667 кПа.
4 Определение количества свай в фундаменте и их размещение
Необходимое количество свай в фундаменте рассчитывают приближенным способом предполагая равномерное размещение и передачу нагрузки на все сваи в ростверке из выражения:
где – расчетная нагрузка действующая по обрезу фундамента кН() ;
– расчетная нагрузка допускаемая на сваю;
а – шаг сваи принимаемый ориентировочно а = 3b (b – большая сторона или диаметр сваи) а = 3b = 3 03 = 09м;
dp – глубина заложения подошвы ростверка м (dp = 165 м);
Так как действуют большие горизонтальные нагрузки принимаем количество свай равным 4.
Расстояние между осями забивных висячих свай без уширений в плоскости их нижних концов должно быть не менее 3d (где d — или диаметр круглого или сторона квадратного или большая сторона прямоугольного поперечного сечения ствола сваи) 3d=09м
5 Определение размеров ростверка
Определение ширины ростверка
Ширина ростверка зависит от схемы размещения свай и возможного отклонения свай при забивке. Расстояние от края ростверка до внешней стороны сваи при двухрядном их размещении
где b – ширина сваи равная 30 см.
с = 03b + 5 = 03 30 + 5 = 14 см 15 см (т.к. должно быть кратно 5).
Ширина ростверка bр равна:
bр =h +2с + b = 09 +2 015 + 03 = 15 м.
Принимаем ширину ростверка кратной 300 мм т.е. bр=15 м.
6 Проверка свай по несущей способности
После размещения сваи и получения размеров ростверка определяют фактическую расчетную нагрузку на сваю N рассматривая фундамент как рамную конструкцию воспринимающую вертикальные и горизонтальные нагрузки и изгибающие моменты.
Для фундаментов промышленных и гражданских сооружений с вертикальными сваями расчетную нагрузку на сваю в плоскости подошвы ростверка допускается определять по формуле:
где – нагрузка приходящаяся на одну сваю в плоскости подошвы ростверка
n – число свай в фундаменте;
В КР поэтому формула имеет вид:
При этом должно выполняться условие: где γk - коэффициент надёжности определяемый [4п.3.10]) γk =14. Условие выполняется так как 32292 кН 6487 кН
Принимаем такое расположение свай.
Вычисляем момент действующий в плоскости подошвы ростверка:
Сваи по несущей способности необходимо проверять из условия:
не все условия выполняются.
Увеличиваем количество свай до пяти:
bр =h +2с + b = 15 +2 015 + 03 = 21 м.
Принимаем ширину ростверка кратной 300 мм т.е. bр=21 м.
Условие выполняется так как 27824 кН 648 кН
все условия выполняются.
Рис. 5. Размещение свай в плане n=5
7 Расчет свайного фундамента по деформациям
Расчет фундамента из висячих забивных свай и его основания по деформациям (по второй группе предельных состояний) следует производить как для условного фундамента на естественном основании в соответствии с требованиями СНиП [3]. Расчет сводится к определению размеров условного фундамента проверке напряжений возникающих по его подошве и вычислению осадки.
7.1 Определение границ условного фундамента
Границы условного фундамента определяются следующим образом. Первоначально определяют средневзвешенное расчетное значение угла внутреннего трения грунтов находящихся в пределах длины сваи:
где – расчетные значения углов внутреннего трения для отдельных пройденных сваями слоев грунта толщиной hi.
Затем проводим наклонные плоскости под углом от точек пересечения наружных граней свай с подошвой ростверка до плоскости DC проходящей через нижние концы свай. Путем построения боковых вертикальных плоскостей проходящих через точки D и C до пересечения с поверхностью планировки грунта находят очертания условного фундамента ABCD который включает в себя грунт сваи и ростверк.
Размеры подошвы условного фундамента (соответственно ширину и длину его) определяют по выражениям:
Площадь условного фундамента:
где и – размеры в пределах внешних граней крайних свай м;
h – глубина погружения свай в грунт считая от подошвы ростверка.
Рис.7. Схема к расчету основания по деформациям
7.2 Определение интенсивности давления по подошве условного фундамента
Определив площадь условного фундамента и глубину его заложения определяют интенсивность давления по его подошве и сравнивают ее с расчетным сопротивлением грунта установленным на этой глубине аналогично фундаментам мелкого заложения [1 п. 4.2.4]. Тогда:
где – расчетная вертикальная нагрузка по обрезу фундамента ;
– вес свай ростверка и грунта в пределах условного фундамента ABCD кН с площадью Аy м2;
R – расчетное сопротивление грунта на уровне подошвы условного фундамента кПа [3 ф. (7)].
Расчетное сопротивление грунта основания:
где gс1 и gс2 - коэффициенты условий работы принимаемые по табл. 3 [2]; ; ;
- коэффициенты вычисляются путем интерполирования:
7.3 Определение осадки условного свайного фундамента
Определяют по формулам приведенным в [3 п. 5.1.2].
) hi ≤ 04b т. е. hi = 04b = 04 288 = 1152 м 2)
) Полная осадка основания определяется как сумма осадок отдельных слоев в пределах сжимаемой толщи по формуле:
- условие выполняется так как .
Результаты расчета сведены в таблицу 3.см. приложение 2.
Технико-экономическое сравнение и выбор оптимального варианта фундамента
Технико-экономическая оценка выполняется для каждого из разработанных вариантов фундамента и включает в себя определение объемов основных работ для одного фундамента и подсчет их стоимости.
Фундамент мелкого заложения
Вид работ или элемент конструкции
Номер расценки или пункт в таблице приложения №8
Монолитный фундамент под колонну
Крепление стенок котлована металлическим шпунтом
Разработка грунта под фундамент промышленного здания
поправочный коэффициент на глубину
После того как мы определили что более экономичным является свайный фундамент выполним расчет для сечения 2-2 по заданию КП.
Смотри выше п 5.1 – 5.3.2
1 Определение количества свай в фундаменте и их размещение
Так как у нас фундамент под колонну принимаем количество свай равным двум. Расстояние между осями забивных висячих свай без уширений в плоскости их нижних концов должно быть не менее 3d (где d — или диаметр круглого или сторона квадратного или большая сторона прямоугольного поперечного сечения ствола сваи) 3d=09м
7.5 Определение размеров ростверка
Ширина ростверка зависит от схемы размещения свай и возможного отклонения свай при забивке. Расстояние от края ростверка до внешней стороны сваи при однородном размещении
с = 02b + 5 = 02 30 + 5 = 11 см
bр =h +2с + b = 09 +2 011 + 03 = 142 м.
7.6 Проверка свай по несущей способности
При этом должно выполняться условие: где γk - коэффициент надёжности определяемый [4п.3.10]) γk =14. Условие выполняется так как 98304 кН 6487 кН
В данной курсовой работе мы запроектировали фундаменты одноэтажного промышленного здания на основе существующих методов расчета оснований по предельным состояниям с учетом их инженерно-геологических условий площадок строительства и конструктивных особенностей здания.
При выполнении курсовой работы получили следующие данные:
Глубина заложения фундамента равна .
Размеры подошвы фундамента b=5400 мм h=4200 мм.
Определили основные нагрузки действующие на фундамент.
Провели проверку давлений по подошве фундамента.
Провели расчет основания фундамента по деформациям.
Определили осадку фундамента .
Провели расчет основания фундамента по несущей способности
Провели выбор свай С 55 - 30.
Определили количество свай n=5
Размеры ростверка bр=2100мм h=1600 мм.
Определили интенсивность давления по его подошве и сравнили ее с расчетным сопротивлением грунта
Провели расчет основания фундамента по деформациям. Определили осадку фундамента .
На основании расчетов двух вариантов фундаментов: фундамента мелкого заложения и свайного фундамента можно сделать вывод - приемлемым и наиболее экономичным является применение рассчитанного в КР - свайного фундамента.
Учебно-методическое пособие для выполнения курсового проекта по теме «Вариантное проектирование фундаментов сооружений» ЧГУ 2007 г.
СНиП 2.02.01-83 «Основания здания и сооружений». Стройиздат 1985 г.
СНиП 2.03.03-85 «Свайные фундаменты» Госстроя СССР1986 г.
СНиП 2.03.01-84 «Бетонные и железобетонные конструкции». Стройиздат 1985 г.
Л.Н. Шутенко А.Д. Гильман Ю.Т. Лупан «Основания и фундаменты. Курсовое и дипломное проектирование» Высшая школа Киев 1989
«Руководство по проектированию свайных фундаментов» НИИОСП им. Н.М. Герсеванова Госстроя СССР Москва Стройиздат 1980

СНиП 2.02.03-85.DOC

Строительные нормы и правила
Срок введения в действие 1 января .1987 г.
УТВЕРЖДЕНЫ постановлением Государственного комитета СССР по делам строительства от 20 декабря 1985 г. N 243.
ВНЕСЕНЫ НИИОСП им.Герсеванова Госстроя СССР.
ПОДГОТОВЛЕНЫ К УТВЕРЖДЕНИЮ Главтехнормированием Госстроя СССР (О.Н.Сильницкая).
С введением в действие СНиП 2.02.03-85 “Свайные фундаменты” с 1 января 1987 г. утрачивает силу:
глава СНиП II-17-77 “Свайные фундаменты”;
Изменения и дополнения главы СНиП II-17-77 утвержденные постановлением Госстроя СССР от 16 января 1981 г. N 4 от 17 июля 1981 г. N 122 от 25 октября 1982 г. N 264 и от 6 декабря 1983 г. N 313 прилагаются.
Настоящие нормы распространяются на проектирование свайных фундаментов вновь строящихся и реконструируемых зданий и сооружений.
Настоящие нормы не распространяются на проектирование свайных фундаментов зданий и сооружений возводимых на вечномерзлых грунтах свайных фундаментов машин с динамическими нагрузками а также опор морских нефтепромысловых и других сооружений возводимых на континентальном шельфе при глубине погружения опор более 35 м.
Свайные фундаменты зданий и сооружений возводимых в районах с наличием или возможностью развития опасных геологических процессов (карстов оползней и т.п.) следует проектировать с учетом дополнительных требований соответствующих нормативных документов утвержденных или согласованных Госстроем СССР.
1. Выбор конструкции фундамента (свайного на естественном или искусственном основании) а также вида свай и типа свайного фундамента (например свайных кустов лент полей) следует производить исходя из конкретных условий строительной площадки характеризуемых материалами инженерных изысканий расчетных нагрузок действующих на фундамент на основе результатов технико-экономического сравнения возможных вариантов проектных решений фундаментов (с оценкой по приведенным затратам) выполненного с учетом требований по экономному расходованию основных строительных материалов и обеспечивающего наиболее полное использование прочностных и деформационных характеристик грунтов и физико-механических свойств материалов фундаментов.
2. Свайные фундаменты следует проектировать на основе результатов инженерно-геодезических инженерно-геологических инженерно-гидрометеорологических изысканий строительной площадки а также на основе данных характеризующих назначение конструктивные и технологические особенности проектируемых зданий и сооружений и условия их эксплуатации нагрузки действующие на фундаменты с учетом местных условий строительства.
Проектирование свайных фундаментов без соответствующего и достаточного инженерно-геологического обоснования не допускается.
3. Результаты инженерных изысканий должны содержать данные необходимые для выбора типа фундамента в том числе свайного для определения вида свай и их габаритов (размеров поперечного сечения и длины сваи расчетной нагрузки допускаемой на сваю) с учетом прогноза возможных изменений (в процессе строительства и эксплуатации) инженерно-геологических и гидрогеологических условий площадки строительства а также вида и объема инженерных мероприятий по ее освоению.
В материалах изысканий должны быть приведены данные полевых и лабораторных исследований грунтов а в необходимых случаях устанавливаемых проектной организацией проектирующей свайные фундаменты - результаты испытаний натурных свай статической и динамической нагрузками.
Должны быть также приведены геологические разрезы с данными о напластованиях грунтов расчетных значениях их физико-механических характеристик используемых в расчетах по двум группам предельных состояний с указанием положения установленного и прогнозируемого уровней подземных вод а при наличии результатов зондирования - графики зондирования.
П р и м е ч а н и е. Испытания свай производимые в процессе строительства в соответствии с требованиями СНиП З.02.01-83 являются только контрольными для установления качества свайных фундаментов и соответствия их проекту.
4. В проектах свайных фундаментов должно предусматриваться проведение натурных измерений деформаций оснований и фундаментов в случаях применения новых или недостаточно изученных конструкций зданий и сооружений или их фундаментов возведения ответственных зданий и сооружений в сложных инженерно-геологических условиях а также при наличии в задании на проектирование специальных требований по измерению деформаций.
5.Свайные фундаменты предназначенные для эксплуатации в условиях агрессивной среды следует проектировать с учетом требований СНиП 2.03.11-85 а деревянные конструкции свайных фундаментов - также с учетом требований по защите их от гниения разрушения и поражения древоточцами.
1. По способу заглубления в грунт надлежит различать следующие виды свай:
а) забивные железобетонные деревянные и стальные погружаемые в грунт без его выемки с помощью молотов вибропогружателей вибровдавливающих и вдавливающих устройств а также железобетонные сваи-оболочки заглубляемые вибропогружателями без выемки или с частичной выемкой грунта и не заполняемые бетонной смесью;
б) сваи-оболочки железобетонные заглубляемые вибропогружателями с выемкой грунта и заполняемые частично или полностью бетонной смесью;
в) набивные бетонные и железобетонные устраиваемые в грунте путем укладки бетонной смеси в скважины образованные в результате принудительного отжатия (вытеснения) грунта;
г) буровые железобетонные устраиваемые в грунте путем заполнения пробуренных скважин бетонной смесью или установки в них железобетонных элементов;
2. По условиям взаимодействия с грунтом сваи следует подразделять на сваи-стойки и висячие.
К сваям-стойкам надлежит относить сваи всех видов опирающиеся на скальные грунты а забивные сваи кроме того на малосжимаемые грунты.
П р и м е ч а н и е. К малосжимаемым грунтам относятся крупнообломочные грунты с песчаным заполнителем средней плотности и плотным а также глины твердой консистенции в водонасыщенном состоянии с модулем деформации Е ³50000 кПа (500 кгссм2).
Силы сопротивления грунтов за исключением отрицательных (негативных) сил трения на боковой поверхности свай-стоек в расчетах их несущей способности по грунту основания на сжимающую нагрузку не должны учитываться.
К висячим сваям следует относить сваи всех видов опирающиеся на сжимаемые грунты и передающие нагрузку на грунты основания боковой поверхностью и нижним концом.
П р и м е ч а н и е: Отрицательными (негативными) силами трения называются силы возникающие на боковой поверхности сваи при осадке околосвайного грунта и направленные вертикально вниз.
3. Забивные железобетонные сваи размером поперечного сечения до 08 м включ. и сваи-оболочки диаметром 1 м и более следует подразделять:
а) по способу армирования - на сваи и сваи-оболочки с ненапрягаемой продольной арматурой с поперечным армированием и на предварительно напряженные со стержневой или проволочной продольной арматурой (из высокопрочной проволоки и арматурных канатов) с поперечным армированием и без него;
б) по форме поперечного сечения - на сваи квадратные прямоугольные таврового и двутаврового сечений квадратные с круглой полостью полые круглого сечения;
в) по форме продольного сечения - на призматические цилиндрические и с наклонными боковыми гранями (пирамидальные трапецеидальные ромбовидные);
г) по конструктивным особенностям - на сваи цельные и составные (из отдельных секций);
д) по конструкции нижнего конца - на сваи с заостренным или плоским нижним концом с
плоским или объемным уширением (булавовидные) и на полые сваи с закрытым или открытым нижним концом или с камуфлетной пятой.
П р и м е ч а н и е. Сваи забивные с камуфлетной пятой устраивают путем забивки полых свай круглого сечения в нижней части с закрытым стальным полым наконечником с последующим заполнением полости сваи и наконечника бетонной смесью и устройством с помощью взрыва камуфлетной пяты в пределах наконечника. В проектах свайных фундаментов с применением забивных свай с камуфлетной пятой следует предусматривать указания о соблюдении требований правил производства буровзрывных работ в том числе при определении допускаемых расстояний от существующих зданий и сооружений до места взрыва.
4. Набивные сваи по способу устройства разделяются на:
а) набивные устраиваемые путем погружения инвентарных труб нижний конец которых закрыт оставляемым в грунте башмаком или бетонной пробкой с последующим извлечением этих труб по мере заполнения скважин бетонной смесью;
б) набивные виброштампованные устраиваемые в пробитых скважинах путем заполнения скважин жесткой бетонной смесью уплотняемой виброштампом в виде трубы с заостренным нижним концом и закрепленным на ней вибропогружателем;
в) набивные в выштампованном ложе устраиваемые путем выштамповки в грунте скважин пирамидальной или конусной формы с последующим заполнением их бетонной смесью.
5. Буровые сваи по способу устройства разделяются на:
а) буронабивные сплошного сечения с уширениями и без них бетонируемые в скважинах пробуренных в пылевато-глинистых грунтах выше уровня подземных вод без крепления стенок скважин а в любых грунтах ниже уровня подземных вод - с закреплением стенок скважин глинистым раствором или инвентарными извлекаемыми обсадными трубами;
б) буронабивные полые круглого сечения устраиваемые с применением многосекционного вибросердечника;
в) буронабивные с уплотненным забоем устраиваемым путем втрамбовывания в забой скважины щебня;
г) буронабивные с камуфлетной пятой устраиваемые путем бурения скважин с последующим образованием уширения взрывом и заполнением скважин бетонной смесью;
д) буроинъекционные диаметром 015-025 м устраиваемые путем нагнетания (инъекции) мелкозернистой бетонной смеси или цементно-песчаного раствора в пробуренные скважины;
е) сваи-столбы устраиваемые путем бурения скважин с уширением или без него укладки в них омоноличивающего цементно-песчаного раствора и опускания в скважины цилиндрических или призматических элементов сплошного сечения со сторонами или диаметром 08 м и более;
ж) буроопускные сваи с камуфлетной пятой отличающиеся от буронабивных свай с камуфлетной пятой (см. подп. "г") тем что после образования камуфлетного уширения в скважину опускают железобетонную сваю.
П р и м е ч а н и я: 1. Обсадные трубы допускается оставлять в грунте только в случаях когда исключена возможность применения других решений конструкции фундаментов (при устройстве буронабивных свай в пластах грунтов со скоростью фильтрационного потока более 200мсут при применении буронабивных свай для закрепления действующих оползневых склонов и в других обоснованных случаях).
При устройстве буронабивных свай в пылевато-глинистых грунтах для крепления стенок скважин допускается использовать избыточное давление воды.
6. Железобетонные и бетонные сваи следует проектировать из тяжелого бетона.
Для забивных железобетонных свай с ненапрягаемой продольной арматурой на которые отсутствуют государственные стандарты а также для набивных и буровых свай необходимо предусматривать бетон класса не ниже В15 для забивных железо-бетонных свай с напрягаемой арматурой - не ниже В225.
Для коротких набивных и буровых свай (длиной менее 35м) в обоснованных случаях допускается предусматривать применение тяжелого бетона класса не ниже В75.
7. Железобетонные ростверки свайных фундаментов для всех зданий и сооружений кроме опор мостов гидротехнических сооружений и больших переходов воздушных линий электропередачи следует проектировать из тяжелого бетона класса не ниже:
для сборных ростверков - В15;
Для опор больших переходов воздушных линий электропередачи класс бетона сборных и монолитных ростверков следует принимать В225 и В15 соответственно.
Для опор мостов класс бетона свай и свайных ростверков следует назначать в соответствии с требованиями СНиП 2.05.03-84 для гидротехнических сооружений - СНиП II-56-77.
8. Бетон для замоноличивания железобетонных колонн в стаканах свайных ростверков а также оголовков свай при сборных ленточных ростверках следует предусматривать в соответствии с требованиями СНиП 2.03.01-84 предъявляемыми к бетону для заделки стыков сборных конструкций но не ниже класса В125.
П р и м е ч а н и е: При проектировании мостов и гидротехнических сооружений класс бетона для замоноличивания сборных элементов свайных фундаментов должен быть на ступень выше по сравнению с классом бетона соединяемых сборных элементов.
9. Марки бетона по морозостойкости и водонепроницаемости свай и свайных ростверков следует назначать руководствуясь требованиями ГОСТ 19804.0-78 СНиП 2.03.01-84 для мостов и гидротехнических сооружений - соответственно СНиП 2.05.03-84 и СНиП II-56-77.
10. Деревянные сваи должны быть изготовлены из бревен хвойных пород (сосны ели лиственницы пихты) диаметром 22-34 см и длиной 65 и 85 м соответствующих требованиям ГОСТ 9463-72.
Бревна для изготовления свай должны быть очищены от коры наростов и сучьев. Естественная коничность (cбег) бревен сохраняется. Размеры поперечного сечения длина и конструкция пакетных свай принимаются по результатам расчета и в соответствии с особенностями проектируемого объекта.
П р и м е ч а н и е: Возможность применения для деревянных свай бревен длиной более 85 м допускается только по согласованию с предприятием - изготовителем свай.
11. Стыки бревен или брусьев в стыкованных по длине деревянных сваях и в пакетных сваях осуществляются впритык с перекрытием металлическими накладками или патрубками. Стыки в пакетных сваях должны быть расположены вразбежку на расстоянии один от другого не менее 15 м.
ОСНОВНЫЕ УКАЗАНИЯ ПО РАСЧЕТУ
1. Расчет свайных фундаментов и их оснований должен быть выполнен по предельным состояниям:
по прочности материала свай и свайных ростверков (см. п. 3.6);
по несущей способности грунта основания свай (см. п. 3.10);
по несущей способности оснований свайных фундаментов если на них передаются значительные горизонтальные нагрузки (подпорные стены фундаменты распорных конструкций и др.) или если основания ограничены откосами или сложены крутопадающими слоями грунта и т. п. (см. п.3.13);
по осадкам оснований свай и свайных фундаментов от вертикальных нагрузок (см. п. 3.15 разд. 6);
по перемещениям свай (горизонтальным up углам поворота головы сваи yp) совместно с грунтом оснований от действия горизонтальных нагрузок и моментов (см. рекомендуемое приложение 1);
по образованию или раскрытию трещин в элементах железобетонных конструкций свайных фундаментов (см. п. 36).
2. Нагрузки и воздействия учитываемые в расчетах свайных фундаментов коэффициенты надежности по нагрузке а также возможные сочетания нагрузок следует принимать в соответствии с требованиями СНиП 2.01.07-85 с учетом указаний СНиП 2.02.01-83.
Значения нагрузок необходимо умножать на коэффициенты надежности по назначению принимаемые согласно "Правилам учета степени ответственности зданий и сооружений при проектировании конструкций" утвержденным Госстроем СССР.
3. Расчет свай свайных фундаментов и их оснований по несущей способности необходимо выполнять на основные и особые сочетания нагрузок по деформациям - на основные сочетания.
4. Нагрузки воздействия их сочетания и коэффициенты надежности по нагрузке при расчете свайных фундаментов мостов и гидротехнических сооружений следует принимать согласно требованиям СНиП 2.03.05-84 и СНиП II-56-77.
5. Все расчеты свай свайных фундаментов и их оснований следует выполнять с использованием расчетных значений характеристик материалов и грунтов.
Расчетные значения характеристик материалов свай и свайных ростверков следует принимать в соответствии с требованиями СНиП 2.03.01-84 СНиП II-23-81 СНиП II-25-80 СНиП 2.05.03-84 и СНиП II-56-77.
Расчетные значения характеристик грунтов следует определять по указаниям СНиП 2.02.01-83 а расчетные значения коэффициентов постели грунта сz окружающего сваю следует принимать по указаниям рекомендуемого приложения 1.
Расчетные сопротивления грунта под нижним концом сваи R и на боковой поверхности сваи fi следует определять по указаниям разд. 4.
При наличии результатов полевых исследований проведенных в соответствии с требованиями разд. 5 несущую способность грунта основания свай следует определять с учетом данных статического зондирования грунтов испытаний грунтов эталонными сваями или по данным динамических испытаний свай. В случае проведения испытаний свай статической нагрузкой несущую способность грунта основания сваи следует принимать по результатам этих испытаний.
6. Расчет по прочности материала свай и свайных ростверков должен производиться в соответствии с требованиями СНиП 2.03.01-84 СНиП II-23-81 СНиП II -25-80 для мостов и гидротехнических сооружений - СНиП 2.05.03-84 и СНиП II-56-77 с учетом дополнительных требований изложенных в пп. 3.5 3.7 и 38 и в рекомендуемом приложении 1.
Расчет элементов железобетонных конструкций свайных фундаментов по образованию и раскрытию трещин следует производить в соответствии с требованиями СНиП 2.03.01-84 для мостов и гидротехнических сооружений - также с учетом требований СНиП 2.05.03-84 и СНиП II-56-77 соответственно.
7. При расчете свай всех видов по прочности материала сваю следует рассматривать как стержень жестко защемленный в грунте в сечении расположенном от подошвы ростверка на расстоянии l1 определяемом по формуле
-коэффициент деформации 1м определяемый по рекомендуемому приложению 1.
Если для буровых свай и свай-оболочек заглубленных сквозь толщу нескального грунта и заделанных в скальный грунт отношение- то следует принимать l1=l0+h (где h – глубина погружения сваи или сваи-оболочки отсчитываемая от ее нижнего конца до уровня планировки грунта при высоком ростверке подошва которого расположена над грунтом и до подошвы ростверка при низком ростверке подошва которого опирается или заглублена в нескальные грунты за исключением сильносжимаемых м).
При расчете по прочности материала буроинъекционных свай прорезающих сильносжимаемые грунты с модулем деформации Е = 5000кПа (50 кгссм2) и менее расчетную длину свай на продольный изгиб ld в зависимости от диаметра сваи d и следует принимать равной:
при Е = 500-2000кПа (5-20кгсcм2 ) ld= 25d
при Е = 2000-5000 кПа (20-50 кгссм2) ld = 15d
В случае если ld превышает толщину слоя сильно-сжимаемого грунта hg расчетную длину следует принимать равной 2hg.
8. При расчете набивных и буровых свай (кроме свай-столбов и буроопускных свай) по прочности материала расчетное сопротивление бетона следует принимать с учетом коэффициента условий работы gсb = 085 согласно указаниям СНиП 2.03.01-84 и коэффициента условий работы учитывающего влияние способа производства свайных работ:
а) в пылевато-глинистых грунтах если возможны бурение скважин и бетонирование их насухо без крепления стенок при положении уровня подземных вод в период строительства ниже пяты свай
б) в грунтах бурение скважин и бетонирование в которых производятся насухо с применением извлекаемых обсадных труб
в) в грунтах бурение скважин и бетонирование в которых осуществляются при наличии в них воды с применением извлекаемых обсадных труб
г) в грунтах бурение скважин и бетонирование в которых выполняются под глинистым раствором или под избыточным давлением воды (без обсадных труб)
П р и м е ч а н и е: Бетонирование под водой или под глинистым раствором следует производить только методом вертикально перемещаемой трубы (ВПТ) или с помощью бетононасосов.
9. Расчеты конструкций свай всех видов следует производить на воздействие нагрузок передаваемых на них от здания или сооружения а забивных свай кроме того на усилия возникающие в них от собственного веса при изготовлении складировании транспортировании свай а также при подъеме их на копер за одну точку удаленную от головы свай на 03l (где l - длина сваи).
Усилие в свае (как балке) от воздействия собственного веса следует определять с учетом коэффициента динамичности равного:
- при расчете по прочности;
5 - при расчете по образованию и раскрытию трещин.
В этих случаях коэффициент надежности по нагрузке к собственному весу сваи принимается равным единице.
10. Одиночную сваю в составе фундамента и вне его по несущей способности грунтов основания следует рассчитывать исходя из условия :
где N - расчетная нагрузка передаваемая на сваю (продольное усилие возникающее в ней от расчетных нагрузок действующих на фундамент при наиболее невыгодном их сочетании) определяемая в соответствии с указаниями п. 3.11;
Fd - расчетная несущая способность грунта основания одиночной сваи называемая в дальнейшем несущей способностью сваи и определяемая в соответствии с указаниями разд. 4 и 5.
Коэффициент надежности gk принимается равным:
- если несущая способность сваи определена по результатам полевых испытаний статической нагрузкой;
5 - если несущая способность сваи определена расчетом по результатам статического зондирования грунта по результатам динамических испытаний свай выполненных с учетом упругих деформаций грунта а также по результатам полевых испытаний грунтов эталонной сваей или сваей-зондом;
- если несущая способность сваи определена расчетом в том числе по результатам динамических испытаний свай выполненных без учета упругих деформаций грунта;
(125) *- для фундаментов опор мостов при низком ростверке висячих сваях и сваях-стойках при высоком ростверке - только при сваях-стойках воспринимающих сжимающую нагрузку независимо от числа свай в фундаменте;
при высоком ростверке или низком ростверке подошва которого опирается на сильносжимаемый грунт и висячих сваях воспринимающих сжимающую нагрузку а также при любом виде ростверка и висячих сваях и сваях-стойках воспринимающих выдергивающую нагрузку gk принимается в зависимости от числа свай в фундаменте:
при 21 свае и более ..14(125)
от 11 до 20 свай ..155(14)
от 6 до 10 свай ..165(15)
от 1 до 5 свай .175(16)
Для фундаментов из одиночной сваи под колонну при нагрузке на забивную сваю квадратного сечения более 600 кН (60 тс) и набивную сваю - более 2500 кН (250тс) значение коэффициента gk следует принимать равным 14 если несущая способность сваи определена по результатам испытаний статической нагрузкой и 16 если несущая способность сваи определена другими способами;
gk = 1 - для сплошных свайных полей жестких сооружений с предельной осадкой 30 см и более (при числе свай более 100) если несущая способность сваи определена по результатам статических испытаний.
П р и м е ч а н и я: 1. При расчете свай всех видов как на вдавливающие так и на выдергивающие нагрузки продольное усилие возникающее в свае от расчетной нагрузки N следует определять с учетом собственного веса сваи принимаемого с коэффициентом надежности по нагрузке увеличивающим расчетное усилие.
Если расчет свайных фундаментов производится с учетом ветровых и крановых нагрузок то воспринимаемую крайними сваями расчетную нагрузку допускается повышать на 20% (кроме фундаментов опор линий электропередачи).
Если сваи фундамента опоры моста в направлении действия внешних нагрузок образуют один или несколько рядов то при учете (совместном или раздельном) нагрузок от торможения давления ветра льда и навала судов воспринимаемых наиболее нагруженной сваей расчетную нагрузку допускается повышать на 10% при четырех сваях в ряду и на 20% при восьми сваях и более. При промежуточном числе свай процент повышения расчетной нагрузки определяется интерполяцией.
* В скобках даны значения gk в случае когда несущая способность сваи определена по результатам полевых испытаний статической нагрузкой или расчетом по результатам статического зондирования грунтов.
11. Расчетную нагрузку на сваю N кН (тс) следует определять рассматривая фундамент как рамную конструкцию воспринимающую вертикальные и горизонтальные нагрузки и изгибающие моменты.
Для фундаментов с вертикальными сваями расчетную нагрузку на сваю допускается определять по формуле
n - число свай в фундаменте;
xy- расстояния от главных осей до оси каждой сваи для которой вычисляется расчетная нагрузка м.
12. Горизонтальную нагрузку действующую на фундамент с вертикальными сваями одинакового поперечного сечения допускается принимать равномерно распределенной между всеми сваями.
13. Проверка устойчивости свайного фундамента и его основания должна производиться в соответствии с требованиями СНиП 2.02.01-83 с учетом действия дополнительных горизонтальных реакций от свай приложенных к сдвигаемой части грунта.
14. Сваи и свайные фундаменты следует рассчитывать по прочности материала и производить проверку устойчивости фундаментов при действии сил морозного пучения если основание сложено пучинистыми грунтами.
15. Расчет свай и свайных фундаментов по деформациям следует производить исходя из условия
где s-совместная деформация сваи свайного фундамента и сооружения (осадка перемещение относительная разность осадок свай свайных фундаментов и т. п.) определяемая расчетом по указаниям пп. 3.3 3.4 разд. 6 и рекомендуемого приложения 1;
su - предельное значение совместной деформации основания сваи свайного фундамента и сооружения устанавливаемое по указаниям СНиП 2.02.01-83 а для мостов - СНиП 2.05.03-84.
РАСЧЕТ НЕСУЩЕЙ СПОСОБНОСТИ СВАЙ
1. Несущую способность Fd кН (тc) забивной сваи сваи-оболочки набивной и буровой свай опирающихся на скальный грунт а также забивной сваи опирающейся на малосжимаемый грунт (см. примечание к п. 2.2) следует определять по формуле
где gc - коэффициент условий работы сваи в грунте принимаемый gc = 1;
А - площадь опирания на грунт сваи м2 принимаемая для свай сплошного сечения равной площади поперечного сечения а для свай полых круглого сечения и свай-оболочек - равной площади поперечного сечения нетто при отсутствии заполнения их полости бетоном и равной площади поперечного сечения брутто при заполнении этой полости бетоном на высоту не менее трех ее диаметров.
Расчетное сопротивление грунта R под нижним концом сваи-стойки кПа (тсм2) следует принимать:
а) для всех видов забивных свай опирающихся на скальные и малосжимаемые грунты R=20000кПа (2000тсм2);
б) для набивных и буровых свай и свай-оболочек заполняемых бетоном и заделанных в невыветрелый скальный грунт (без слабых прослоек) не менее чем на 05 м - по формуле
где Rcn- нормативное значение предела прочности на одноосное сжатие скального грунта в водонасыщенном состоянии кПа (тсм2);
gg -коэффициент надежности по грунту принимаемый gg = 14;
df- наружный диаметр заделанной в скальный грунт части набивной и буровой свай и сваи-оболочки м;
в) для свай-оболочек равномерно спираемых на поверхность невыветрелого скального грунта прикрытого слоем нескальных неразмываемых грунтов толщиной не менее трех диаметров сваи-оболочки - по формуле
где Rcn gg -тоже что в формуле (6).
П р и м е ч а н и е: При наличии в основании набивных буровых свай и свай-болочек выветрелых а также размягчаемых скальных грунтов их предел прочности на одноосное сжатие следует принимать по результатам испытаний штампами или по результатам испытаний свай и свай-оболочек статической нагрузкой.
ВИСЯЧИЕ ЗАБИВНЫЕ СВАИ ВСЕХ ВИДОВ И СВАИ-ОБОЛОЧКИ
ПОГРУЖАЕМЫЕ БЕЗ ВЫЕМКИ ГРУНТА
2. Несущую способность Fd кН- (тc) висячей забивной сваи и сваи-оболочки погружаемой без выемки грунта работающих на сжимающую нагрузку следует определять как сумму сил расчетных сопротивлений грунтов основания под нижним концом сваи и на ее боковой поверхности по формуле
Fd=gc(gcRRA+ugcffihi) (8)
R - расчетное сопротивление грунта под нижним концом сваи кПа (тсм2) принимаемое по табл. 1;
А - площадь опирания на грунт сваи м2 принимаемая по площади поперечного сечения сваи брутто или по площади поперечного сечения камуфлетного уширения по его наибольшему диаметру или по площади сваи-оболочки нетто;
u - наружный периметр поперечного сечения сваи м;
gcR gcf - коэффициенты условий работы грунта соответственно под нижним концом и на боковой поверхности сваи учитывающие влияние способа погружения сваи на расчетные сопротивления грунта и принимаемые по табл. 3.
В формуле (8) суммировать сопротивления грунта следует по всем слоям грунта пройденным сваей за исключением случаев когда проектом предусматривается планировка территории срезкой или возможен размыв грунта. В этих случаях следует суммировать сопротивления всех слоев грунта расположенных соответственно ниже уровня планировки (срезки) и дна водоема после его местного размыва при расчетном паводке.
П р и м е ч а н и е. 1. Несущую способность забивных булавовидных свай следует определять по формуле (8) при этом за периметр u на участке ствола следует принимать периметр поперечного сечения ствола сваи на участке уширения - периметр поперечного сечения уширения.
Расчетное сопротивление f в пылевато-глинистых грунтах сопротивление fi на участке ствола расположенного в стволе уширения следует принимать равным нулю.
Расчетные сопротивления грунтов R и fi в формуле (8) для лессовых пылевато-глинистых грунтов при глубине погружения свай более 5м следует принимать по значениям указанным в табл.1 и 2 для глубины 5 м.
Кроме того для этих грунтов в случае возможности их замачивания расчетные сопротивления R и fi указанные в табл. 1 и 2 следует принимать при показателе текучести соответствующем полному водонасыщению грунта.
Расчетные сопротивления под нижним концом забивных свай-оболочек погружаемый без выемки грунта R кПа (тсм3)
песчаных грунтов средней плотности
пылевато-глинистых грунтов при показателе текучести IL равном
П р и м е ч а н и я: 1. Над чертой даны значения R для песчаных грунтов под чертой - для пылевато-глинистых.
В табл.1 и 2 глубину погружения нижнего конца сваи и среднюю глубину расположения слоя грунта при планировке территории срезкой подсыпкой намывом до 3 м следует принимать от уровня природного рельефа а при срезке подсыпке намыве от 3 до 10 м - от условной отметки расположенной соответственно на 3 м выше уровня срезки или на 3 м ниже уровня подсыпки.
Глубину погружения нижнего конца сваи и среднюю глубину расположения слоя грунта в водоеме следует принимать от уровня дна после общего размыва расчетным паводком на болотах - от дна уровня болота.
При проектировании путепроводов через выемки глубиной до 6 м для свай забиваемых молотами без подмыва или устройства лидерных скважин глубину погружения в грунт нижнего конца сваи в табл. 1 следует принимать от уровня природного рельефа в месте сооружения фундамента. Для выемок глубиной более 6 м глубину погружения свай следует принимать как для выемок глубиной 6 м.
Для промежуточных глубин погружения свай и промежуточных значений показателя текучести IL пылевато-глинистых грунтов значения R и f i в табл. 1 и 2 определяются интерполяцией.
Для плотных песчаных грунтов степень плотности которых определена по данным статического зондирования значения R по табл. 1 для свай погруженных без использования подмыва или лидерных скважин следует увеличить на 100%. При определении степени плотности грунта по данным других видов инженерных изысканий и отсутствии данных статического зондирования для плотных песков значения R по табл. 1 следует увеличить на 60% но не более чем до 20000 кПа (2000тсм2).
Значения расчетных сопротивлений R по табл. 1 допускается использовать при условии если заглубление свай в неразмываемый и несрезаемый грунт составляет не менее:
м - для мостов и гидротехнических сооружений;
- для зданий и прочих сооружений.
Значения расчетного сопротивления R под нижним концом забивных свай сечением 015 х 015м и менее используемых в качестве фундаментов под внутренние перегородки одноэтажных производственных зданий допускается увеличивать на 20%.
Для супесей при числе пластичности IP 4 и коэффициента пористости е08 расчетные сопротивления R и fi следует определять как для пылеватых песков средней плотности.
Средняя глубина расположения слоя грунта м
Расчетные сопротивления на боковой поверхности забивных свай и свай-оболочек fi кПа (тсм2)
крупных и средней крупности
пылевато-глинистых грунтов при показателе текучести IL равном
П р и м е ч а н и я: 1. При определении расчетного сопротивления грунта на боковой поверхности свай fi по табл.2 следует учитывать требования изложенные в примеч. 2 и 3 к табл.1.
При определении по табл.2 расчетных сопротивлений грунтов на боковой поверхности свай fi пласты грунтов следует расчленять на однородные слои толщиной не более 2 м.
Значения расчетного сопротивления плотных песчаных грунтов на боковой поверхности свай fi следует увеличивать на 30% по сравнению со значениями приведенными в табл.2.
Расчетные сопротивления супесей и суглинков с коэффициентом пористости е 05 и глин с коэффициентом пористости е 06 следует увеличивать на 15% по сравнению со значениями приведенными в табл.2 при любых значениях показателя текучести.
Способы погружения забивных свай и свай-оболочек погружаемых без выемки грунта и виды грунтов
Коэффициенты условий работы грунта при расчете несущей способности свай
под нижним концом gсR
на боковой поверхности gcf
Погружение сплошных и полых с закрытым нижним концом свай механическими (подвесными) паровоздушными и дизельными молотами
Погружение забивкой и вдавливанием в предварительно пробуренные лидерные скважины с заглублением концов свай не менее 1м ниже забоя скважины при ее диаметре:
а) равном стороне квадратной сваи
б) на 005м менее стороны квадратной сваи
в) на 015м менее стороны квадратной или диаметра сваи круглого сечения (для опор линий электропередачи)
Погружение с подмывом в песчаные грунты при условии добивки свай на последнем этапе погружения без применения подмыва на 1 м и более
Вибропогружение свай-оболочек вибропогружение и вибровдавливание свай в грунты:
а) песчаные средней плотности:
крупные и средней крупности
б) пылевато-глинистые с показателем текучести IL=05:
в) пылевато-глинистые с показателем текучести ll 0
Погружение молотами любой конструкции полых железобетонных свай с открытым нижним концом:
а) при диаметре полости сваи 04м и менее
б) то же от 04 до 08м
Погружение любым способом полых свай круглого сечения с закрытым нижним концом на глубину 10 м и более с последующим устройством в нижнем конце свай камуфлетного уширения в песчаных грунтах средней плотности и в пылевато-глинистых грунтах с показателем текучести IL05 при диаметре уширения равном:
а) 10 м независимо от указанных видов грунта
б) 15 м в песках супесях
в) 15 м в суглинках и глинах
Погружение вдавливанием свай:
а) в пески средней плотности крупные средней крупности и мелкие
б) в пески пылеватые
в) в пылевато-глинистые грунты с показателем текучести IL 05
П р и м е ч а н и е. Коэффициенты gcR и gcf по поз.4 табл.3 для пылевато-глинистых грунтов с показателем текучести 05> IL >0 определяются интерполяцией.
3. Для забивных свай опирающихся нижним концом на рыхлые песчаные грунты или на пылевато-глинистые грунты с показателем текучести IL > 06 несущую способность следует определять по результатам статических испытаний свай.
4. Несущую способность пирамидальной трапецеидальной и ромбовидной свай прорезающих песчаные и пылевато-глинистые грунты Fd кН (тс) с наклоном боковых граней ip 0025 следует определять по формуле
Fd =gc [RA+hi (ufi + u0i ipEikizi)]] (9)
zr - реологический коэффициент zr =08
П р и м е ч а н и я: 1. При ромбовидных сваях суммирование сопротивлений грунта на боковой поверхности участков с обратным наклоном в формуле (9) не производится.
Расчет пирамидальных свай с наклоном боковых граней ip > 0025 допускается производить в соответствии с требованиями рекомендуемого приложения 2 при наличии результатов прессиометрических испытаний а при их отсутствии - по формуле (9) принимая значение ip равным 0025.
Примечание. Для глин с числом пластичности 18 Ip 25 значения коэффициента ki определяются интерполяцией.
5. Несущую способность FduкН (тс) висячей забивной сваи и сваи-оболочки погружаемой без выемки грунта работающих на выдергивающую нагрузку следует определять по формуле
Fdu =gc ugcf fi hi (10)
где u gcf fi hi - то же что в формуле (8)
gc -коэффициент условий работы; для свай погружаемых в грунт на глубину менее 4 м gc =06 на глубину 4м и более gc =08 - для всех зданий и сооружений кроме опор воздушных линий электропередачи для которых коэффициент gс принимается по указаниям разд.12.
П р и м е ч а н и е: В фундаментах опор мостов не допускается работа свай на выдергивание при действии одних постоянных нагрузок.
ВИСЯЧИЕ НАБИВНЫЕ И БУРОВЫЕ СВАИ И СВАИ-ОБОЛОЧКИ ЗАПОЛНЯЕМЫЕ БЕТОНОМ
6. Несущую способность Fd кН (тс) набивной и буровой свай с уширение и без уширения а также сваи-оболочки погружаемой с выемкой грунта и заполняемой бетоном работающих на сжимающую нагрузку следует определять по формуле
Fd = gc (gcR RA + ugcf fi hi) (11)
где gс -коэффициент условий работы сваи; в случае опирания ее на пылевато-глинистые грунты со степенью влажности Sr 09 и на лессовые грунты =08 в остальных случаях gс= 1;
gсR- коэффициент условий работы грунта под нижним концом сваи; gсR =1 во всех случаях за исключением свай с камуфлетными уширениями для которых этот коэффициент следует принимать gсR = 13 и свай с уширением бетонируемым подводным способом для которых gсR= 09 а также опор воздушных линий электропередачи для которых коэффициент gсR принимается по указаниям разд.12;
R - расчетное сопротивление грунта под нижним концом сваи кПа (тсм2) принимаемое по указаниям п.4.7. а для набивной изготовляемой по технологии указанной в п.2.4.аб - по табл.1;
А - площадь опирания сваи м2 принимаемой равной: для набивных и буровых свай без уширения площади поперечного сечения сваи; для набивных и буровых свай с уширением - площади поперечного сечения уширения в месте наибольшего его диаметра; для свай-оболочек заполняемых бетоном- площади поперечного сечения оболочки брутто;
u -периметр поперечного сечения ствола сваи м;
gсf - коэффициент условий работы грунта на боковой поверхности сваи зависящий от способа образования скважины и условий бетонирования и принимаемый по табл.5;
hi.- то же что в формуле (8)
П р и м е ч а н и е. Сопротивление песчаных грунтов на боковой поверхности сваи с уширением следует учитывать на участке от уровня планировки до уровня пересечения ствола свои с поверхностью воображаемого конуса имеющего в качестве образующей линию касающуюся поверхности уширения под углом jI2 к оси сваи где jI - осредненное (по слоям) расчетное значение угла внутреннего трения грунта залегающего в пределах указанного конуса определяемое в соответствии с требованиями п.3.5. Сопротивление пылевато-глинистых грунтов допускается учитывать по всей длине ствола.
Сваи и способы их устройства
Коэффициент условий работы сваи gcf
Набивные по п.25 а при забивке инвентарной трубы с наконечником
Набивные виброштампованные
Буровые в том числе с уширением бетонируемые:
а) при отсутствии воды в скважине (сухим способом) а также при использовании обсадных инвентарных труб
б) под водой или под глинистым раствором
в) жесткими бетонными смесями укладываемыми с помощью глубинной вибрации (сухим способом)
Буронабивные полые круглые устраиваемые при отсутствии воды в скважине с помощью вибросердечника
Сваи-оболочки погружаемые вибрированием с выемкой грунта
Буроинъекционные изготовляемые под защитой обсадных труб или бентонитового раствора с опрессовкой давлением 200-400 кПа-(2-4 атм)
7. Расчетное сопротивление R кПа (тсм2) грунта под нижним концом сваи следует принимать:
а) для крупнообломочных грунтов с песчаным заполнителем и песчаных грунтов в основании набивной и буровой свай с уширением и без уширения сваи-оболочки погружаемой с полным удалением грунтового ядра - по формуле (12) а сваи-оболочки погружаемой с сохранением грунтового ядра из указанных грунтов на высоту 05 м и более - по формуле (13):
R =075a4(a1 g’Id +a2a3gIh); (12)
R =a4(a1g’Id +a2a3gIh) (13)
где a1 a 2 a3 a4 - безразмерные коэффициенты принимаемые по табл.6 в зависимости от расчетного значения угла внутреннего трения jI грунта основания определенного в соответствии с указаниями п.3.5;
g’I - расчетное значение удельного веса грунта кНм3 (тсм2) в основании сваи (при водонасыщенных грунтах с учетом взвешивающего действия воды);
g’- усредненное (по слоям) расчетное значение удельного веса грунтов кНм3 (тсм2) расположенных выше нижнего конца сваи (при водонасыщенных грунтах с учетом взвешивающего действия воды);
d - диаметр м набивной и буровой свай диаметр уширения (для сваи с уширением) сваи-оболочки или диаметр скважины для сваи-столба омоноличенного в грунте цементно-песчаным раствором;
h - глубина заложения м нижнего конца сваи или ее уширения отсчитываемая от природного рельефа или уровня планировки (при планировке срезкой) для опор мостов - от дна водоема после его общего размыва при расчетном паводке;
б) для пылевато-глинистых грунтов в основании - по табл.7.
П р и м е ч а н и е. Указания п.4.7. относятся к случаям когда обеспечивается заглубление свай в грунт принятый за основание их нижних концов не менее чем на диаметр сваи (или уширения для сваи с уширением) но не менее чем на 2 м.
Расчетные значения угла внутреннего трения грунта j1 град
П р и м е ч а н и е. Для промежуточных значений jI и d значения коэффициентов a1a 2 a 3 и a4 определяются интерполяцией.
Глубина заложения нижнего конца сваи h м
Расчетное сопротивление R кПа (тсм2) под нижним концом набивных и буровых свай с уширением и без уширения и свай-оболочек погружаемых с выемкой грунта и заполняемых бетоном при пылевато-глинистых грунтах за исключением лессовых с показателем текучести IL равным
П р и м е ч а н и е: Для свайных фундаментов опор мостов значения приведенные в табл.7 следует:
а) повышать (при расположении опор в водоеме) на величину равную 15 gw hw где gw - - удельный вес воды -10 кНм2 (1тсм3); hw - глубина слоя воды в водоеме от ее уровня при расчетном паводке до уровня дна водоема а при возможности размыва - до уровня дна после общего размыва;
б) понижать при коэффициенте пористости грунта e>06 при этом коэффициент понижения m следует определять интерполяцией между значениями m = 10 при e = 06 и m= 06 при е = 11
8. Расчетное сопротивление R кПа (тсм2) грунта под нижнем концом сваи-оболочки погружаемой без удаления грунта или с сохранением грунтового ядра высотой не менее трех диаметров оболочки на последнем этапе ее погружения и не заполняемой бетоном (при условии что грунтовое ядро образованно из грунта имеющего те же характеристики что и грунт принятый за основание конца сваи-оболочки) следует принимать по табл.1 с коэффициентом условий работы учитывающим способ погружения свай-оболочек в соответствии с поз.4 табл.3 причем расчетное сопротивление в указанном случае относится к площади поперечного сечения сваи-оболочки нетто.
9. Несущую способность Fdu кН (тс) набивной и буровой свай и сваи-оболочки работающих на выдергивающие нагрузки следует определять по формуле
Fdu =gcugcffihi (14)
где gс - тоже что в формуле (10);
u g cf fi hi - то же что в формуле (11).
10. Несущую способность Fd кН (тс) винтовой сваи диаметром лопасти d 12 м и длиной l 10м работающей на сжимающую или выдергивающую нагрузку следует определять по формуле (15) а при диаметре лопасти d > 12 м и длине сваи l > 10 м - только по данным испытаний винтовой сваи статической нагрузкой:
Fd =gc [(a1c1 + a2gIh1)A + ufi (h-d)] (15)
где gс - коэффициент условий работы зависящий от вида нагрузки действующей на сваю и грунтовых условий и определяемый по табл.8;
a1a 2 - безразмерные коэффициенты принимаемые по табл.9 в зависимости от расчетного
значения угла внутреннего трения грунта в рабочей зоне jI (под рабочей зоной понимается прилегающий к лопасти слой грунта толщиной равной d);
cI - расчетное значение удельного сцепления пылевато-глинистого или параметр линейности песчаного грунта в рабочей зоне кПа (тсм2);
gI - осредненное расчетное значение удельного веса грунтов залегающих выше лопасти сваи (при водонасыщенных грунтах с учетом взвешивающего действия воды);
h1 - глубина залегания лопасти сваи от природного рельефа а при планировке территории срезкой - от уровня планировки м;
А - проекция площади лопасти м2 считая по наружному диаметру при работе винтовой сваи на сжимающую нагрузку и проекция рабочей площади лопасти т.е. за вычетом площади сечения ствола при работе винтовой свои на выдергивающую нагрузку;
u - периметр ствола сваи м;
h - длина ствола сваи погруженной в грунт м;
d - диаметр лопасти сваи м.
П р и м е ч а н и я: 1. При определении несущей способности винтовых свай при действии вдавливающих нагрузок характеристики грунтов в табл.9 относятся к грунтам залегающим под лопастью а при работе на выдергивающие нагрузки - над лопастью сваи.
Глубина заложения лопасти от уровня планировки должна быть не менее 5d при пылевато-глинистых грунтах и не менее 6d - при песчаных грунтах (где d-диаметр лопасти)
Расчетные значения угла внутреннего трения jI и сцепления грунта сI основания при расчетах по формуле (15) должны определяться в соответствии с требованиями п.3.5.
Коэффициент условий работы винтовых свай gс при нагрузках
а) твердые полутвердые и тугопластичные
а) пески маловлажные и супеси твердые
б) пески влажные и супеси пластичные
в) пески водонасыщенные и супеси текучие
Расчетное значение угла внутреннего трения грунта в рабочей зоне jI град
УЧЕТ ОТРИЦАТЕЛЬНЫХ (НЕГАТИВНЫХ) СИЛ ТРЕНИЯ ГРУНТА
НА БОКОВОЙ ПОВЕРХНОСТИ СВАЙ
11. Отрицательные (негативные) силы трения возникающие на боковой поверхности свай при осадке околосвайного грунта и направленные вертикально вниз следует учитывать в случаях:
планировки территории подсыпкой толщиной более 10 м;
загрузки пола складов полезной нагрузкой более 20 кНм2 (2 тс м 2 );
загрузки пола около фундаментов полезной нагрузкой от оборудования более 100 кНм2 (10 тсм2 );
увеличение эффективных напряжений в грунте за счет снятия взвешивающего действия воды при понижении уровня подземных вод;
незавершенной консолидации грунтов современных и техногенных отложений;
уплотнения несвязных грунтов при динамических воздействиях;
просадки грунтов при замачивании.
П р и м е ч а н и е. Учет отрицательных сил трения возникающих в просадочных грунтах следует производить в соответствии с требованиями разд. 8.
12. Отрицательные силы трения учитываются до глубины на которой значение осадки околосвайного грунта после возведения и загрузки свайного фундамента превышает половину предельного значения осадки фундамента. Расчетные сопротивления грунта принимаются по таблице 2 со знаком “минус” а для торфа ила сапропеля - минус 5 кПа (05 тсм2).
Если в пределах длины погруженной части сваи залегают на пластование торфа толщиной более 30 см и возможно планировка территории подсыпкой или иная ее загрузка эквивалентная подсыпке то расчетное сопротивление грунта fi расположенного выше подошвы наинизшего (в пределах длины погруженной части сваи) слоя торфа следует принимать:
а) при подсыпках высотой менее 2 м - для грунтовой подсыпки и слоев торфа - равным нулю для минеральных ненасыпных грунтов природного сложения - положительным значениям по таблице 2;
б) при подсыпках высотой от 2 до 5 м - для грунтов включая подсыпку - равным 0 4 значений указанных в таблице 2 но со знаком “минус” а для торфа - минус 5кПа (05 тсм 2 ) (отрицательные силы трения);
в) подсыпках высотой более 5 м - для грунтов включая подсыпку - равным значениям указанным в таблице2 но со знаком “минус” а для торфа - минус 5кПа (05 тсм 2 ).
В пределах нижней части свай где осадка околосвайного грунта после возведения и загрузки свайного фундамента менее половины предельного значения осадки свайного фундамента расчетные сопротивления грунта fi следует принимать положительными по табл. 2 а для торфа ила сапропеля – равными 5 кПа (05 тсм2).
13. В случае когда консолидация грунта от подсыпки или погрузки территории к моменту начала возведения надземной части зданий или сооружений (включая свайный ростверк) завершилась или возможное значение осадки грунта окружающего сваи после указанного момента в результате остаточной консолидации не будет превышать половины предельного значения осадки для проектируемого здания или сооружения сопротивление грунта на боковой поверхности сваи допускается принимать положительным вне зависимости от наличия или отсутствия прослоек торфа. Для прослоек торфа значение f i следует принимать равным 5 кПа (05тсм2).
Если известны значения коэффициентов консолидации и модуля деформации торфов залегающих в пределах длины погруженной части сваи и возможно определение значения осадки основания от воздействия пригрузки территории для каждого слоя грунта то при определении несущей способности сваи допускается учитывать силы сопротивления грунта с отрицательным знаком (отрицательные силы трения) не от уровня подошвы нижнего слоя торфа а начиная от верхнего уровня слоя грунта значение дополнительной осадки которого от пригрузки территории (определенной начиная с момента передачи на сваю расчетной нагрузки) составляет половину предельного значения осадки для проектируемого здания или сооружения.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ НЕСУЩЕЙ СПОСОБНОСТИ СВАЙ ПО РЕЗУЛЬТАТАМ ПОЛЕВЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ
1. Испытания свай статической и динамической нагрузками следует производить соблюдая требования ГОСТ 5686-78 а испытания грунтов статическим зондированием и эталонной сваей – ГОСТ 20069-81 и ГОСТ 24942-81.
П р и м е ч а н и е. Для забивных висячих свай длиной более 12 м вместо испытаний грунтов эталонной сваей допускается производить испытания статической нагрузкой с помощью металлической сваи-зонда диаметром 127 мм конструкция которой обеспечивает раздельные измерения сопротивления грунта под нижним концом и на участке боковой поверхности (муфте трения) площадью 025 м2. Испытания грунтов сваей-зондом следует производить в соответствии с требованиями ГОСТ 24942-81 применительно к эталонной свае типа II.
2. Для определения несущей способности свай по результатам полевых исследований для каждого здания или сооружения должно быть проведено не менее:
статистических испытаний сваи и свай-штампов 2
динамических испытаний свай 6
испытаний грунтов эталонной сваей 6
испытаний свай-зондов 6
испытаний статическим зондированием 6
3. Несущую способность Fd кН (тс) свай по результатам их испытаний вдавливающей выдергивающей и горизонтальной статическими нагрузками и по результатам их динамических испытаний следует определять по формуле
где gс - коэффициент условий работы; в случае вдавливающих или горизонтальных нагрузок gс = 1; в случае выдергивающих нагрузок gс принимается по указаниям п.4.5.
Fun - нормативное значение предельного сопротивления сваи кН (тс) определяемое в соответствии с указаниями пп.5.4-5.7;
gg - коэффициент надежности по грунту принимаемый по указаниям п.5.4.
П р и м е ч а н и е. Результаты статических испытаний свай на горизонтальные нагрузки могут быть использованы для непосредственного определения расчетной нагрузки допускаемой на сваю если условия испытаний соответствуют действительным условиям работы сваи в фундаменте здания или сооружения.
4. В случае если число свай испытанных в одинаковых грунтовых условиях составляет менее шести нормативное значение предельного сопротивления сваи в формуле (16) следует принимать равным наименьшему предельному сопротивлению полученному из результатов испытаний т.е. Fun = Fumin а коэффициент надежности по грунту - gg = 1.
В случае если число свай испытанных в одинаковых условиях составляет шесть и более Fun и gg следует определять на основании результатов статистической обработки частных значений предельных сопротивлений свай Fu полученных по данным испытаний руководствуясь требованиями ГОСТ 20522-75 применительно к методике приведенной в нем для определения временного сопротивления. При этом для определения частных значений предельных сопротивлений следует руководствоваться требованиями п.5.5 при вдавливающих п.5.6 - при выдергивающих и горизонтальных нагрузках и п.5.7- при динамических испытаниях.
5. Если нагрузка при статическом испытании свай на вдавливание доведена до нагрузки вызывающей непрерывное возрастание их осадки s без увеличения нагрузки (при s = 20мм) то эта нагрузка принимается за частное значение предельного сопротивления Fu испытываемой сваи.
Во всех остальных случаях для фундаментов зданий и сооружений (кроме мостов и гидротехнических сооружений) за частное значение предельного сопротивления сваи Fu вдавливающей нагрузке следует принимать нагрузку под воздействием которой испытываемая свая получит осадку равную s и определяемую по формуле
где sumt- предельное значение средней осадки фундамента проектируемого здания или сооружения устанавливаемое по указаниям СНиП 2.02.01-83;
z- коэффициент перехода от предельного значения средней осадки фундамента здания или сооружения sumt к осадке сваи полученной при статический испытаниях с условной стабилизацией (затуханием) осадки.
Значение коэффициента z следует принимать равным 02 в случаях когда испытание свай производится при условной стабилизации равной 01 мм за 1 ч если под их нижними концами залегают песчаные или пылевато-глинистые грунты с консистенцией от твердой до тугопластичной а также за 2 часа если под их нижними концами залегают пылевато-глинистые грунты от мягкопластичной до текучей консистенции. Значение коэффициента z допускается уточнять по результатам наблюдений за осадками зданий построенных на свайных фундаментах в аналогичных грунтовых условиях.
Если осадка определенная по формуле (17) окажется более 40 мм то за частное значение предельного сопротивления сваи Fu следует принимать нагрузку соответствующую s = 40 мм.
Для мостов и гидротехнических сооружений за предельное сопротивление сваи Fu при вдавливающих нагрузках следует принимать нагрузку на одну ступень менее нагрузки при которой вызываются:
а) приращение осадки за одну ступень загружения (при общем значении осадки не более 40 мм) превышающей в пять раз и более приращение осадки полученное за предшествующую ступень загружения;
б) осадка не затухающая в течение суток и более (при общем значении ее более 40 мм).
Если при максимальной достигнутой при испытаниях нагрузке которая окажется равной или более 15Fd [где Fd -несущая способность сваи подсчитанная по формулам (5) (8) (9) (11) и (15)] осадка сваи s при испытаниях окажется менее значения определенного по формуле (17) а для мостов и гидротехнических сооружений - менее 40 мм то в этом случае за частное значение предельного сопротивления сваи Fu допускается принимать максимальную нагрузку полученную при испытаниях.
П р и м е ч а н и я. 1. В отдельных случаях при соответствующем обосновании допускается принимать максимальную нагрузку достигнутую при испытаниях равной Fd .
Ступени загружения при испытаниях свай статической вдавливающей нагрузкой должны назначаться равными в пределах 110 - 115 предполагаемого предельного сопротивления сваи Fu
6. При испытании свай статической выдергивающей или горизонтальной нагрузкой за частое значение предельного сопротивления Fu (см.п.5.4) по графикам зависимости перемещений от нагрузок принимается нагрузка на одну ступень менее нагрузки без увеличения которой перемещения сваи непрерывно возрастают.
П р и м е ч а н и е: Результаты статических испытаний свай на горизонтальные нагрузки могут быть использованы для непосредственного определения расчетных параметров системы “свая-грунт” используемых в расчетах по рекомендуемому приложению 1.
7. При динамических испытаниях забивных свай частное значение предельного сопротивления Fu кН (тс) (см.п.5.4.) по данным их погружения при фактических (измеренных) остаточных отказах sa ³0002 м следует определять по формуле
Если фактический (измеренный) остаточный отказ sa 0002 м то в проекте свайного фундамента следует предусмотреть применение для погружения свай молота с большей энергией удара при которой остаточный отказ будет sa ³ 0002 а в случае невозможности замены сваебойного оборудования и при наличии отказомеров частное значение предельного сопротивления сваи Fu кН (тс) следует определять по формуле
В формулах (18) и (19):
h- коэффициент принимаемый по табл.10 в зависимости от материала сваи кНм2 (тсм2);
А - площадь ограниченная наружным контуром сплошного или полого поперечного сечения ствола сваи (независимо от наличия или отсутствия у сваи острия) м2;
М - коэффициент принимаемый при забивке свай молотами ударного действия равным единице а при вибропогружении свай - по табл.11 в зависимости от вида грунта под их нижними концами;
Еd - расчетная энергия удара молота кДж (тс-м) принимаемая по табл12 или расчетная энергия вибропогружателей - по табл.13;
sa - фактический остаточный отказ равный значению погружения сваи от одного удара молота а при применении вибропогружателей - от их работы в течение 1мин м;
m1 - масса молота или вибропогружателя т.;
m2 - масса сваи и наголовника т;
m3 - масса подбабка (при вибропогружении свай m3 = 0) т;
m4 - масса ударной части молота т;
- коэффициент восстановления удара; при забивке железобетонных свай молотами ударного действия с применением наголовника с деревянным вкладышем 2 = 02 а при вибропогружателе 2 = 0;
q- коэффициент 1кН (1тс) определяемый по формуле
здесь А m4 m2 - тоже что и в формулах (18) и (19);
np nf - коэффициенты перехода от динамического (включающего вязкое сопротивление грунта) к статическому сопротивлению грунта принимаемые соответственно равными: для грунта под нижним концом сваи np = 000025 с·мкН (00025 с·мтс) и для грунта на боковой поверхности сваи nf = 0025 с·мкН (025 с·мтс);
Af - площадь боковой поверхности сваи соприкасающейся с грунтом м2;
g - ускорение свободного падения равное 981мс2;
H- фактическая высота падения ударной части молота м;
h - высота первого отскока ударной части дизель - молота принимаемая согласно табл.12 для других видов молотов h=0
П р и м е ч а н и я: 1. При забивке свай в грунт подлежащий удалению при разработке котлована или в грунт дна водотока значение расчетного отказа следует определять исходя из несущей способности свай вычисленной с учетом неудаленного или подверженного возможному размыву грунта а в местах вероятного проявления отрицательных сил трения - с их учетом.
В случае расхождения более чем в 14 раза значений несущей способности свай определенных по формулам (18) - (20) с несущей способностью определенной расчетом в соответствии с требованиями разд.4 (по результатам лабораторных определений физико-механических свойств грунтов) необходимо дополнительно проверить несущую способность свай по результатам статического зондирования или статических испытаний свай.
Коэффициент h кНм2 (тсм2)
Испытание свай забивкой и добивкой ( а также в случае определения отказов) при видах свай:
железобетонных с наголовником
деревянных без подбабка
деревянных с подбабком
Контроль несущей способности свай по результатам производственной забивки при значении Ed sa кН (тс):
Грунты под нижним концом сваи
Крупнообломочные с песчаным заполнителем
Пески средней крупности и крупные средней плотности и супеси твердые
Пески мелкие средней плотности
Пески пылеватые средней плотности
Супеси пластичные суглинки и глины твердые
Суглинки и глины полутвердые
Суглинки и глины тугопластичные
П р и м е ч а н и е. При плотных песках значения коэффициента М в поз.2-4 табл.11 следует повышать на 60% при наличии материалов статического зондирования - на 100%
Расчетная энергия удара молота Еd кДж(тс×м)
Подвесной или одиночного действия
Трубчатый дизель-молот
Штанговый дизель-молот
Дизельный при контрольной добивке одиночными ударами без подачи топлива
П р и м е ч а н и я: 1.G - вес ударной части молота кН (тс).
В поз.4 h - высота первого отскока ударной части дизель-молота от воздушной подушки определяемая по мерной рейке м. Для предварительных расчетов допускается принимать:
для штанговых молотов h = 06 м
для трубчатых молотов h = 04 м
Возмущающая сила вибропогружателя кН (тс)
Зквивалентная расчетная энергия удара вибропогружателя кДЖ (тс·м)
8 Несущую способность Fd кН (тс) забивной висящей сваи работающей на сжимающую нагрузку по результатам испытаний грунтов эталонной сваей испытаний сваи-зонда или статического зондирования следует определять по формуле
где gс - коэффициент условий работы; gс = 1;
n - число испытаний грунтов эталонной сваей испытаний сваи-зонда или точек зондирования;
Fu - частное значение предельного сопротивления сваи кН (тс) в месте испытания грунтов эталонной сваей испытания сваи-зонда или в точке зондирования определенное в соответствии с требованиями п.5.9 5.10 или п.5.11;
gg - коэффициент надежности по грунту устанавливаемый в зависимости от изменчивости полученных частных значений предельного сопротивления сваи Fu в местах испытаний грунтов эталонной сваей испытаний сваи- зонда или в точках зондирования и числа этих испытаний или точек при значении доверительной вероятности a = 095 в соответствии с требованиями ГОСТ 20522-75.
9. Частное значение предельного сопротивления забивной сваи в месте испытания грунтов эталонной сваей Fu кН (тс) следует определять:
а) при испытании грунтов эталонной сваей типа I (ГОСТ 24942 - 81) - по формуле
где gsp - коэффициент; gsp = 125 при заглублении сваи в плотные пески независимо от их крупности или крупнообломочные грунты и gsp = 1 для остальных грунтов;
u usp - периметры поперечного сечения сваи и эталонной сваи;
Fusp - частное значение предельного сопротивления эталонной сваи кН (тс) определяемое по результатам испытания статической нагрузкой согласно п.5.5;
б) при испытании грунтов эталонной сваей типа II или III (ГОСТ 24942 - 81) по формуле
Fu = gcR Rsp A +gcf fsp u h (23)
где - gcR - коэффициент условий работы под нижним концом натурной сваи принимаемый по табл.14 в зависимости от предельного сопротивления грунта под нижним концом эталонной сваи
Rsp - предельное сопротивление грунта под нижним концом эталонной сваи кПа (тсм2)
А - площадь поперечного сечения натурной сваи м2 ;
gcf - коэффициент условий работы на боковой поверхности натурной сваи принимаемый по табл.14 в зависимости от среднего значения предельного сопротивления грунта на боковой поверхности эталонной сваи fsp ;
fsp - среднее значение предельного сопротивления грунта на боковой поверхности эталонной сваи кПа (тсм2);
h - глубина погружения натурной сваи м;
u - периметр поперечного сечения ствола сваи м.
П р и м е ч а н и е. При применении эталонной сваи типа II следует проверить соответствие суммы предельных сопротивлений грунта под нижним концом и на боковой поверхности эталонной сваи ее предельному сопротивлению. Если разница между ними превышает ± 20% то расчет предельного сопротивления натурной сваи должен выполняться как для эталонной сваи типа I.
10. Частное значение предельного сопротивления забивной сваи в месте испытаний сваи-зонда Fu кН (тс) следует определять по формуле
Fu =gcR Rps A + ugcf fpsihi (24)
где gcR - коэффициент условий работы грунта под нижним концом сваи принимаемый равным 08;
Rps - предельное сопротивление грунта под нижним концом сваи-зонда кПа (тсм2);
gcf - коэффициент условий работы
hi - толщина i-го слоя грунта м.
Коэффициент gcR в зависимости от Rsp
Коэффициент gcf в зависимости от fsp для эталонных свай типов II и III
Коэффициент gcf в зависимости от fpsi
для эталонных свай типа II
для эталонных свай типа III
при песчаных грунтах
при пылевато-глинистых грунтах
П р и м е ч а н и я: 1.Для промежуточных значений Rsp и fsp значения gcR и gcf определяются интерполяцией.
В случае если по боковой поверхности сваи залегают тесчаные и пылевато-глинистые грунты коэффициент gcf определяется по формуле
gg’cf gg’’cf - коэффициенты условий работы эталонных свай и свай-зондов соответственно в песчаных и пылевато-глинистых грунтах.
11. Частное значение предельного сопротивления забивной сваи в точке зондирования Fu кН (тс) следует определять по формуле
Fu = Rs A + f h u (25)
где Rs - предельное сопротивление грунта под нижним концом сваи по данным зондирования в рассматриваемой точке кПа (тсм2);
f - среднее значение предельного сопротивления грунта на боковой поверхности сваи по данным зондирования в рассматриваемой точке кПа (тсм2 );
h - глубина погружения сваи от поверхности грунта около сваи м;
Предельное сопротивление грунта под нижним концом забивной сваи Rs кПа (тсм2) по данным зондирования в рассматриваемой точке следует определять по формуле
где b1 - коэффициент перехода от qs к Rs принимаемый по табл.15 независимо от типа зонда (по ГОСТ 20069-81);
qs - среднее значение сопротивления грунта кПа (тсм2 ) под наконечником зонда полученное из опыта на участке расположенном в пределах одного диаметра d выше и четырех диаметров ниже отметки острия проектируемой сваи (где d - диаметр круглого или сторона квадратного или большая сторона прямоугольного сечения сваи м).
Среднее значение предельного сопротивления грунта на боковой поверхности забивной сваи f кПа (тсм2) по данным зондирования грунта в рассматриваемой точке следует определять:
а) при применении зондов типа I - по формуле
б) при применении зондов типа II или III - по формуле
В формулах (27) и (28):
fs - среднее значение сопротивления грунта на боковой поверхности зонда кПа (тсм2) определяемое как частное от деления измеренного общего сопротивления грунта на боковой поверхности зонда на площади его боковой поверхности в пределах от поверхности грунта в точке зондирования до уровня расположения нижнего конца сваи в выбранном несущем слое;
12. Несущую способность винтовой сваи работающей на сжимающую и выдергивающую нагрузки по результатам статического зондирования следует определять по формуле (21) а частное значение предельного сопротивления сваи в точке зондирования - по формуле (25) где глубина принимается уменьшенной на значение диаметра лопасти. Предельное сопротивление грунта под (над) лопастью сваи по данным зондирования грунта в рассматриваемой точке следует определять по формуле (26) . В этом случае bi - коэффициент принимаемый по табл.15 в зависимости от среднего значения сопротивления грунта под наконечником зонда в рабочей зоне принимаемой равной диаметру лопасти. Среднее значение предельного сопротивления грунта на боковой поверхности ствола винтовой сваи по данным зондирования грунта в рассматриваемой точке следует определять по формуле (27) или (28)
b1 - коэффициент перехода от qs Rs
b2 – коэффициент перехода от fs к f для зонда типа I
b1 - коэффициент перехода от fsi к f для зонда типа II или III
для винтовых свай при нагрузке
для песчаных грунтах
П р и м е ч а н и е. Для винтовых свай в песчаных грунтах насыщенных водой значения коэффициента b1 должны быть уменьшены в два раза.
РАСЧЕТ СВАЙНЫХ ФУНДАМЕНТОВ И ИХ ОСНОВАНИЙ ПО
1. Расчет фундамента из висячих свай и его основания по деформациям следует как правило производить как для условного фундамента на естественном основании в соответствии с требованиями СНиП 2.02.02-83. Границы условного фундамента (см. чертеж) определяются следующим образом:
снизу - плоскостью АБ проходящей через нижние концы свай;
с боков - вертикальными плоскостями АВ и БГ отстоящими от наружных граней крайних рядов вертикальных свай на расстоянии htg (см. чертеж а) но не более 2d в случаях когда под нижними концами свай залегают пылевато-глинистые грунты с показателем текучести I.
сверху - поверхностью планировки грунта ВГ; здесь jIImt - осредненное расчетное значение угла внутреннего трения грунта определяемое по формуле
h - глубина погружения свай в грунт.
Определение границ условного фундамента при расчете осадок свайных фундаментов.
В собственный вес условного фундамента при определении его осадки включаются вес свай и ростверка а также вес грунта в объеме условного фундамента.
Полученные по расчету значения деформаций (осадок) свайного фундамента и его основания не должны превышать предельных значений в соответствии с условием (4).
2. Если при строительстве предусматриваются планировка территории подсыпкой (намывом) высотой более 2 м и другая постоянная (долговременная) загрузка территории эквивалентная подсыпке а в пределах глубины погружения свай залегают слои торфа или ила толщиной более 30 см то значение осадки свайного фундамента из висячих свай следует определять с учетом уменьшения габаритов условного фундамента который в этом случае как при вертикальных так и при наклонных сваях принимается ограниченным с боков вертикальными плоскостями отстоящими от наружных граней крайних рядов вертикальных свай на расстоянии hmt tg где hm t - расстояние от нижнего конца сваи до подошвы слоя торфа или ила толщиной более 30 см.
3. Свайные фундаменты из свай работающих как сваи-стойки висячие одиночные сваи воспринимающие вне кустов выдергивающие нагрузки а также свайные кусты работающие на действие выдергивающих нагрузок рассчитывать по деформациям не требуется.
4. Расчет свай по деформациям на совместное действие вертикальной и горизонтальной сил и момента следует выполнять по указаниям рекомендуемого приложения 1 а расчет осадок малонагруженных ленточных свайных фундаментов и одиночных свай допускается выполнять по указаниям рекомендуемых приложений 3 и 4.
КОНСТРУИРОВАНИЕ СВАЙНЫХ ФУНДАМЕНТОВ
1. Свайные фундаменты в зависимости от размещения свай в плане следует проектировать в виде:
а) одиночных свай — под отдельно стоящие опоры;
б) свайных лент - под стены зданий и сооружений при передаче на фундамент распределенных по длине нагрузок с расположением свай в один два ряда и более;
в) свайных кустов — под колонны с расположением свай в плане на участке квадратной прямоугольной трапецеидальной и другой формы;
г) сплошного свайного поля - под тяжелые сооружения со сваями равномерно расположенными под всем сооружением и объединенными сплошным ростверком подошва которого опирается на грунт.
2. При разработке проекта свайных фундаментов необходимо учитывать следующие данные: конструктивную схему проектируемого здания или сооружения; размеры несущих конструкций и материал из которого они проектируются; наличие и габариты приближения заглубленных помещений к строительным осям здания или сооружения и их фундаментам; конструкции полов и технологические нагрузки на них; нагрузки на фундамент от строительных конструкций; размещение технологического оборудования нагрузки передаваемые от него на строительные конструкции а также требования к предельным осадкам и кренам строительных конструкций и фундаментов под оборудование.
3. Число свай в фундаменте следует назначать из условия максимального использования прочностных свойств их материала при расчетной нагрузке допускаемой на сваю с учетом допустимых перегрузок крайних свай в фундаменте в соответствии с требованиями п. 3.10.
Выбор конструкции и размеров свай должен осуществляться с учетом значений и направления действия нагрузок на фундаменты (в том числе технологических нагрузок) а также технологии строительства здания и сооружения.
4. Сопряжение свайного ростверка со сваями допускается предусматривать как свободно опирающимся так и жестким. .
Свободное опирание ростверка на сваи должно учитываться в расчетах условно как шарнирное сопряжение и при монолитных ростверках должно выполняться путем заделки головы сваи в ростверк на глубину 5—10 см.
Жесткое сопряжение свайного ростверка со сваями следует предусматривать в случае когда:
а) стволы свай располагаются в слабых грунтах (рыхлых песках пылевато-глинистых грунтах текучей консистенции илах торфах и т. п.) ;
б) в месте сопряжения сжимающая нагрузка передаваемая на сваю приложена к ней с эксцентриситетом выходящим за пределы ее ядра сечения;
в) на сваю действуют горизонтальные нагрузки значения перемещений от которых при свободном опирании (определенные расчетом в соответствии с требованиями рекомендуемого приложения 1) оказываются более предельных для проектируемого здания или сооружения;
г) в фундаменте имеются наклонные или составные вертикальные сваи;
д) сваи работают на выдергивающие нагрузки.
5. Жесткое сопряжение железобетонных свай с монолитным железобетонным ростверком следует предусматривать с заделкой головы сваи в ростверк на глубину соответствующую длине анкеровки арматуры или с заделкой в ростверк выпусков арматуры на длину их анкеровки в соответствии с требованиями СНиП 2.03.01-85. В последнем случае в голове предварительно напряженных свай должен быть предусмотрен ненапрягаемый арматурный каркас используемый в дальнейшем в качестве анкерной арматуры.
Допускается также жесткое сопряжение с помощью сварки закладных стальных элементов при условии обеспечения требуемой прочности.
П р и м е ч а н и я: 1. Анкеровка в ростверк свай работающих на выдергивающие нагрузки (см. п. 7.4 д) должна предусматриваться с заделкой арматуры свай в ростверк на глубину определяемую расчетом на выдергивание.
При усилении оснований существующих фундаментов с помощью буроинъекционных свай длина заделки свай в фундамент должна приниматься по расчету в соответствии с требованиями СНиП 2.02.01-83 или назначаться конструктивно равной пяти диаметрам сваи; при невозможности выполнения этого условия следует предусматривать создание уширения ствола сваи в месте ее примыкания к ростверку.
6. Жесткое соединение свай со сборным ростверком должно обеспечиваться колоколообразными оголовками. При сборном ростверке допускается также замоноличивание свай в специально предусмотренные в ростверке отверстия.
П р и м е ч а н и е: При небольших вдавливающих нагрузках [ до 400 кН (40 тс) ] допускается свободное опирание ростверка на выровненную цементным раствором поверхность головы сваи.
7. Сваи в кусте внецентренно нагруженного фундамента следует размещать таким образом чтобы равнодействующая постоянных нагрузок действующих на фундамент проходила возможно ближе к центру тяжести плана свай.
8. Для восприятия вертикальных нагрузок и моментов а также горизонтальных нагрузок (в зависимости от их значения и направления) допускается предусматривать вертикальные наклонные и козловые сваи.
Наклон свай не должен превышать значений указанных в табл. 16.
Наклон забивных свай диаметром менее 10 м
Наклон буровых свай и свай-оболочек диаметром м
9. Расстояние между осями забивных висячих свай без уширений в плоскости их нижних концов должно быть не менее 3d (где d — или диаметр круглого или сторона квадратного или большая сторона прямоугольного поперечного сечения ствола сваи) а свай-стоек — не менее 15d.
Расстояние в свету между стволами буровых набивных свай и свай-оболочек а также скважинами свай-столбов должно быть не менее 10 м; расстояние в свету между уширениями при устройстве их в твердых и полутвердых пылевато-глинистых грунтах —05 м; в других нескальных грунтах — 10 м.
Расстояние между наклонными или между наклонными и вертикальными сваями в уровне подошвы ростверка следует принимать исходя из конструктивных особенностей фундаментов и обеспечения их надежности заглубления в грунт армирования и бетонирования ростверка.
10. Выбор длины свай должен производиться в зависимости от грунтовых условий строительной площадки уровня расположения подошвы ростверка с учетом возможностей имеющегося оборудования для устройства свайных фундаментов. Нижний конец свай как правило следует заглублять в прочные грунты прорезая более слабые напластования грунтов при этом заглубление забивных свай в грунты принятые за основание под их нижние концы должно быть: в крупнообломочные гравелистые крупные и средней крупности песчаные пылевато-глинистые грунты с показателем текучести 1L 01—не менее 05 м а в прочие нескальные грунты — не менее 10 м.
П р и м е ч а н и е: Для фундаментов зданий и сооружений III класса1 нижние концы свай допускается опирать в песчаных и пылевато-глинистых грунтах с относительным содержанием органического вещества om 025. В этом случае несущая способность свай должна определяться по результатам их испытаний статической нагрузкой. При наличии слоя погребенного торфа нижний конец свай должен быть заглублен не менее чем на 2 м ниже подошвы этого слоя.
Здесь и далее класс ответственности зданий и сооружений принят согласно Правилам учета степени ответственности зданий и сооружений при проектировании конструкций" утвержденным Госстроем СССР.
11. Глубину заложения подошвы свайного ростверка следует назначать в зависимости от конструктивных решений подземной части здания или сооружения (наличия подвала технического подполья) и проекта планировки территории (срезкой или подсыпкой) а также высоты ростверка определяемой расчетом. Для фундаментов мостов подошву ростверка следует располагать выше или ниже поверхности акватории ее дна или поверхности грунта при условии обеспечения расчетной несущей способности и долговечности фундаментов исходя из местных климатических условий особенностей конструкции фундаментов обеспечения требований судоходства и лесосплава надежности подлежащих осуществлению мер по эффективной защите свай от неблагоприятного воздействия знакопеременных температур среды ледохода истирающего воздействия перемещающихся донных отложений и других факторов.
При строительстве на пучинистых грунтах необходимо предусматривать меры предотвращающие или уменьшающие влияние сил морозного пучения грунта на свайный ростверк.
12. В районах со средней температурой воздуха наиболее холодной пятидневки ниже минус 40 °С для фундаментов мостов в зоне воздействия знакопеременных температур следует применять сваи и сваи-столбы сплошного сечения с защитным слоем бетона (до поверхности рабочей арматуры) не менее 5 см. В районах с температурой воздуха выше минус 40 °С допускается вне акватории использовать сваи сплошного сечения полые сваи и сваи-оболочки с защитным слоем бетона не менее 3 см при условии осуществления мер по предотвращению образования в них трещин. В зоне переменного уровня постоянных водотоков не следует как правило применять буронабивные сваи и заполненные бетоном сваи-оболочки.
Для буронабивных свай фундаментов мостов защитный слой бетона должен быть не менее 10 см.
В зоне воздействия положительных температур (не менее чем на 05 м ниже уровня сезонного промерзания грунта или подошвы ледяного покрова) можно применять сваи любых видов без ограничений по условию морозостойкости бетона.
13. При разработке проекта свайных фундаментов необходимо учитывать возможность подъема (выпора) поверхности грунта при забивке свай который как правило может происходить в случаях когда:
а) площадка строительства сложена пылевато-глинистыми грунтами мягкопластичной и текуче-пластичной консистенций или водонасыщенными пылеватыми и мелкими песками;
б) погружение свай производится со дна котлована;
в) конструкция свайного фундамента принята в виде свайного поля или свайных кустов при расстоянии между их крайними сваями менее 9 м.
Среднее значение подъема поверхности грунта h м следует определять по формуле
где k — коэффициент принимаемый равным 05— 07 в зависимости от степени влажности грунта соответственно равной 09—10;
Vp — объем всех свай погружаемых в грунт м3;
Аe - площадь забивки свай или площадь дна котлована м2 .
ОСОБЕННОСТИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ СВАЙНЫХ ФУНДАМЕНТОВ
В ПРОСАДОЧНЫХ ГРУНТАХ
1. Применение свайных фундаментов в условиях просадочных грунтов должно быть обосновано технико-экономическим сравнением возможных вариантов проектных решений свайных фундаментов и фундаментов на естественном основании.
Проектирование свайных фундаментов в грунтовых условиях II типа по просадочности должно выполняться специализированными организациями.
2. При инженерно-геологических изысканиях на строительных площадках сложенных просадочными грунтами следует определять тип грунтовых условий с указанием частных и максимальных возможных значений просадки грунтов от собственного веса (при подсыпках — с учетом веса подсыпки) и выделять слои грунта в которых могут быть заглублены сваи в соответствии с требованиями п. 8.4.
Для исследования грунтов должны быть выполнены бурение скважин и проходка шурфов. Расстояние между выработками назначается в зависимости от сложности инженерно-геологических условий площадки и должно быть не более 50 м. В пределах контура отдельно стоящего здания или сооружения должно быть не менее 4 скважин а для зданий с площадью застройки менее 1300 м2 — 3 скважины.
На застраиваемой территории должен быть тщательно изучен гидрогеологический режим подземных вод и дан прогноз возможного его изменения при эксплуатации проектируемых и существующих зданий и сооружений.
Физико-механические в том числе прочностные и деформационные характеристики просадочных и других видов грунтов изменяющих свои свойства при замачивании должны определяться для состояния природной влажности и при полном водонасыщении.
3. При проектировании свайных фундаментов в грунтовых условиях II типа по просадочности с возможной просадкой грунтов от собственного веса свыше 30 см следует как правило предусматривать мероприятия по переводу грунтовых условий II типа в I путем срезки грунта или уплотнения предварительным замачиванием замачиванием со взрывом грунтовыми сваями и другими методами. При соответствующем технико-экономическом обосновании указанные способы должны обеспечивать устранение просадки грунтовой толщи от ее собственного веса в пределах площади занимаемой зданием или сооружением и на расстоянии равном половине просадочной толщи вокруг него.
4. Свайные фундаменты на территориях с просадочными грунтами при возможности замачивания грунтов следует применять в случаях когда возможна прорезка сваями всех слоев просадочных и других видов грунтов прочностные и деформационные характеристики которых снижаются при замачивании. Нижние концы свай должны быть заглублены как правило в скальные грунты песчаные плотные и средней плотности пылевато-глинистые грунты с показателем текучести в водонасыщенном состоянии 1L 06 для всех видов свай в грунтовых условиях I типа IL 04 для забивных свай и IL 02 для буронабивных свай при sslg su в грунтовых условиях II типа и 1L 02 для забивных свай и 1L 0 для буронабивных свай при sslg > su грунтовых условиях II типа (где sslg -просадка от собственного веса грунта с учетом подсыпки или другой пригрузки его поверхности) . Заглубление свай в указанные грунты должно назначаться по расчету как наибольшее из условия что осадка сваи не превысит предельную осадку su и из условия обеспечения требуемой несущей способности сваи.
П р и м е ч а н и я: 1. Если прорезка указанных грунтов в конкретных случаях экономически нецелесообразна то в грунтовых условиях 1 типа по просадочности для зданий и сооружений III класса допускается устройство свай (кроме свай-оболочек) с заглублением нижних концов не менее чем на 1м в слой грунта с относительной просадочностью sl 002 [при давлении не менее 300 кПа (3 кгссм2) и не менее давления соответствующего давлению от собственного веса грунта и нагрузки на его поверхности) при условии что в этом случае обеспечивается несущая способность свай а суммарные значения возможных просадок и осадок основания не превышают предельных значений для здания и сооружения при неравномерном замачивании грунтов.
Сваи-колонны одноэтажных зданий III класса в грунтовых условиях I типа допускается опирать нижними концами на грунты с sl ³ 002 если несущая способность свай подтверждена испытаниями.
5. В случае если по результатам инженерных изысканий установлено что погружение забивных свай в просадочные грунты может быть затруднено в проекте должно быть предусмотрено устройство лидерных скважин диаметр которых в грунтовых условиях I типа следует назначать менее размера сечения сваи (до 50 мм) а в грунтовых условиях II типа — равным ему или менее (до 50 мм) . В последнем случае лидерные скважины не должны выходить за пределы проседающей толщи.
6. Расчет свай применяемых в грунтовых условиях I типа следует производить в соответствии с указаниями разд. 4 6 и рекомендуемого приложения 1 с учетом того что расчетные сопротивления грунтов под нижними концами R и на боковой поверхности fi сваи (см. табл. 1 2 и 7) коэффициенты пропорциональности К и а (см. рекомендуемое приложение 1) модуль деформации Е угол внутреннего трения j и удельное сцепление с должны определяться при условиях:
а) если возможно замачивание грунта — то при полном водонасыщении грунта при этом расчетные табличные характеристики следует принимать при показателе текучести определяемом по формуле
е — коэффициент пористости грунта природной плотности;
gw - удельный вес воды; gw = 10 кНм3 (тсм3);
gы ~ удельный вес твердых частиц кНм3 (тсм3);
если по формуле (31) I L 04 следует принимать IL = 04;
б) если замачивание грунта невозможно - то при влажности W и показателе текучести IL грунта в природном состоянии (когда W Wh принимается Wp).
7. Несущая способность свай в выштампованном ложе применяемых в грунтовых условиях I типа должна назначаться в соответствии с требованиями п. 4.4 как для забивных свай с наклонными гранями при соблюдении дополнительных требований изложенных в п. 8.6.
8. Несущую способность свай применяемых в грунтовых условиях I типа по результатам их статических испытаний проведенных с локальным замачиванием грунта в пределах всей длины сваи согласно ГОСТ 5686-78 следует определять в соответствии с требованиями разд. 5.
В грунтовых условиях I типа при наличии опыта строительства на застраиваемой территории и результатов ранее выполненных статических испытаний свай в аналогичных условиях испытания свай допускается не производить.
Не допускается определять несущую способность свай и свай-оболочек устраиваемых в просадочных грунтах по данным результатов их динамических испытаний а также определять расчетные сопротивления просадочных грунтов под нижним концом R и на боковой поверхности сваи fi по данным результатов полевых испытаний этих грунтов зондированием. Статическое зондирование допускается применять ниже границы просадочной толщи при выборе слоев грунта для опирания свай в соответствии с п. 8.4.
9. В грунтовых условиях I типа помимо свай указанных в разд. 2 следует также применять набивные бетонные и железобетонные сваи устраиваемые в пробуренных скважинах с забоем уплотненным втрамбовыванием щебня на глубину не менее 3d (где d — диаметр скважины) .
В грунтовых условиях II типа рекомендуется применять сваи с антифрикционными покрытиями нанесенными на часть ствола находящуюся в пределах проседающей толщи.
10. Сваи по несущей способности грунтов основания в грунтовых условиях II типа следует рассчитывать исходя из условия
где N - расчетная нагрузка кН (тc) на одну сваю определяемая при проектировании свайных фундаментов зданий и сооружений;
Fd — несущая способность кН (тc) определяемая в соответствии с п. 8.12;
gk — коэффициент надежности принимаемый по указаниям п. 3.10;
gc — коэффициент условий работы значение которого зависит от возможного значения просадки грунта ss
Рn - отрицательная сила трения определяемая в соответствии с п. 8.11.
П р и м е ч а н и я: 1. Значение Рn следует определять как правило для полностью водонасыщенного грунта (при возможном замачивании грунтов сверху) . В случае замачивания грунтов снизу (при подъеме уровня подземных вод) отрицательная сила трения P’n определяется для грунтов природной влажности.
По прочности материала сваи должны быть рассчитаны на нагрузку N + P n (при замачивании грунтов сверху) или N + P’n (при замачивании грунтов снизу) действующую на глубине hsl (см. п. 8.11).
11. Отрицательная сила трения Рn в водонасыщенных грунтах и P’n в грунтах природной влажности действующая на боковой поверхности сваи кН (тc) принимается равной наибольшему предельному сопротивлению сваи длиной hsl по испытаниям выдергивающей нагрузкой согласно ГОСТ 5686-78* соответственно в водонасыщенных грунтах и грунтах природной влажности.
До проведения испытаний на выдергивание значение Pn допускается определять по формуле
где u — периметр м участка ствола сваи;
hs значение просадки грунта основания должно определяться в соответствии с требованиями СНиП 2.02.01-83;
ti —расчетное сопротивление кПа (тсм2) определяемое до глубины h = 6 м по формуле
ti =zszg tg jI + cI (34)
здесь z — коэффициент бокового давления принимаемый равным 07;
jI cI — расчетные значения угла внутреннего трения и удельного сцепления осредненные по глубине hsl и определяемые в соответствии с ГОСТ 12248-78 по методу консолидированного дренированного среза: при глубине 6 м h hsl значение t
szg - вертикальное напряжение от собственного веса водонасыщенного грунта кПа (тсм2);
hi — толщина м i-го слоя просадочного грунта оседающего при замачивании и соприкасающегося с боковой поверхностью сваи.
12. Несущую способность Fd кН (тc) свай работающих на сжимающую нагрузку следует определять:
а) по результатам статических испытаний свай с локальным замачиванием - как разность между несущей способностью свай длиной
б) расчетом в соответствии с указаниями п. 8.6 в условиях полного водонасыщения грунтов в пределах слоев грунта ниже глубины hsl
13. Проведение статических испытаний свай в грунтах II типа по просадочности является обязательным.
14. Для особо ответственных сооружений и при массовой застройке в районах с неизученными грунтовыми условиями следует производить испытания с длительным замачиванием основания до полного проявления просадок по программе разработанной для конкретных условий с привлечением специализированной научно-исследовательской организации.
15. Если на боковой поверхности свай возможно появление отрицательных сил трения то осадку свайного фундамента из висячих свай следует определять как для условного фундамента который принимается ограниченным с боков вертикальными плоскостями отстоящими от наружных граней крайних рядов вертикальных свай на расстоянии hmt tg где hmt - расстояние от нижнего конца сваи до глубины hsjII mt то же что в формуле (29) определяемое в пределах слоев на глубину hmt.
При подсчете нагрузок к собственному весу условного фундамента должны быть добавлены отрицательные (негативные) силы трения определенные по формуле (33) при периметре u м равном периметру ростверка в пределах его высоты и равном периметру куста по наружным граням свай.
16. Определение неравномерности осадок свайных фундаментов в просадочных грунтах для расчета конструкций зданий и сооружений должно производиться с учетом прогнозируемых изменений гидрогеологических условий площади застройки и возможного наиболее неблагоприятного вида и расположения источника замачивания по отношению к рассчитываемому фундаменту или сооружению в целом.
17. В грунтовых условиях II типа в случае когда возможна просадка грунта от собственного веса применение свайных фундаментов не исключает необходимости выполнения водозащитных мероприятий. При этом должна быть также предусмотрена разрезка зданий осадочными швами на блоки простой конфигурации. В производственных зданиях промышленных предприятий оборудованных кранами кроме того должны быть предусмотрены конструктивные мероприятия обеспечивающие возможность рихтовки подкрановых путей на удвоенное значение расчетной осадки свайных фундаментов но не менее половины просадки грунта от собственного веса.
18. При просадках грунта от собственного веса более 30 см следует учитывать возможность горизонтальных перемещении свайных фундаментов попадающих в пределы криволинейной части просадочной воронки.
19. В грунтовых условиях II типа при определении нагрузок действующих на свайный фундамент следует учитывать отрицательные силы трения которые могут появляться на расположенных выше подошвы свайного ростверка боковых поверхностях заглубленных в грунт частей здания или сооружения.
20. При применении свайных фундаментов планировочные подсыпки грунтов более 1 м на территориях сложенных просадочными грунтами допускаются только при специальном обосновании.
21. При проектировании свайных фундаментов устраиваемых в грунтовых условиях II типа коэффициент надежности по назначению не учитывается.
ОСОБЕННОСТИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ
СВАЙНЫХ ФУНДАМЕНТОВ В НАБУХАЮЩИХ ГРУНТАХ
1. При проектировании свайных фундаментов в набухающих грунтах допускается предусматривать как полную прорезку сваями всей толщи набухающих грунтов (с опиранием нижних концов на ненабухающие грунты) так и частичную прорезку (с опиранием нижних концов непосредственно в толще набухающих грунтов).
2. Расчет свайных фундаментов в набухающих грунтах следует производить по предельным состояниям в соответствии с требованиями приведенными в разд. 3-6. При расчете свайных фундаментов в набухающих грунтах по деформациям должен также выполняться дополнительный расчет по определению подъема свай при набухании грунта в соответствии с требованиями пп. 9.4—9.6.
3. При расчете свайных фундаментов в набухающих грунтах по несущей способности значения расчетных сопротивлений набухающих грунтов под нижним концом R и на боковой поверхности fi сваи или сваи-оболочки должны приниматься на основании результатов статических испытаний свай и свай-штампов в набухающих грунтах с замачиванием на строительной площадке или прилегающих к ней территориях имеющих аналогичные грунты. При отсутствии ко времени проектирования свайных фундаментов результатов указанных статических испытаний расчетное сопротивление набухающих грунтов под нижним концом R и на боковой поверхности fi свай и свай-оболочек диаметром менее 1 м допускается принимать по табл. 1 2 и 7 как для ненабухающих грунтов с введением дополнительного коэффициента условий работы грунта gс = 05 учитываемого независимо от других коэффициентов условий работы приведенных в табл. 3 и 5.
4. Подъем hswp м забивных свай погруженных в предварительно пробуренные лидерные скважины набивных свай без уширения а также свай-оболочек не прорезающих набухающую зону грунтов следует определять по формуле
hswp = (hsw - h’swp)W + h’swp - (35)
где hsw — подъем поверхности набухающего грунта м:
h’swp — подъем слоя грунта в уровне заложения нижнего конца свай (в случае прорезки набухающего грунта h’swp = 0) м;
W w - коэффициенты определяемые по табл. 17 при этом W зависит от показателя a. который характеризует уменьшение деформации по глубине массива при набухании грунта и принимается для набухающих глин: сарматских — 031 м-1 аральских - 036 м-1' и хвалынских - 042 м-1
u — периметр сваи м;
N—расчетная нагрузка на сваю кН (тc) определенная с коэффициентом надежности по нагрузке gf = 1.
Предельные значения подъема сооружений а также значение подъема поверхности набухающего грунта hsw и подъема слоя грунта в уровне расположения нижних концов свай hsw р следует определять в соответствии с требованиями СНиП 2.02.01 -83.
Глубина погружения сваи м
Коэффициент W при значениях a м-1
Коэффициент w м2кН (м2тс)
5. При прорезке сваями набухающих слоев грунта и заглублении их в ненабухающие грунты подъем свайного фундамента будет практически исключен при соблюдении условия
где Fsw — равнодействующая расчетных сил подъема кН (тc) действующих на боковой поверхности сваи определяемая по результатам их полевых испытаний в набухающих грунтах или определяемая с использованием данных табл. 2 с учетом коэффициента надежности по нагрузке для сил набухания грунта g f = 12;
Fdu - несущая способность кН (тc) участка сваи расположенного в ненабухающем грунте при действии выдергивающих нагрузок;
gk - то же что в формуле (2) .
6. Подъем свай диаметром более 1 м не прорезающих набухающие слои грунта должен определяться как для фундамента на естественном основании в соответствии с требованиями СНиП 2.02.01-83. При этом подъем сваи с уширением должен определяться при действии нагрузки Fu равной:
Fu = N +gII Vg - Fsw (37)
где N Fsw — то же что в формуле (36) ;
gII - расчетное значение удельного веса грунта к Нм3 (тсм3);
Vg - объем грунта препятствующий подъему сваи м3 и принимаемый равным объему грунта в пределах расширяющегося усеченного конуса высотой h с нижним (меньшим) диаметром равным диаметру уширения d а верхним диаметром d’ = h + d (здесь h — расстояние от природной поверхности грунта до середины уширения сваи).
7. При проектировании свайных фундаментов в набухающих грунтах между поверхностью грунта и нижней плоскостью ростверка должен быть предусмотрен зазор размером равным или более максимального значения подъема грунта при его набухании.
При толщине слоя набухающего грунта менее 12 м допускается устраивать ростверк опирающийся непосредственно на грунт при соблюдении расчетного условия (36).
НА ПОДРАБАТЫВАЕМЫХ ТЕРРИТОРИЯХ
1. При проектировании свайных фундаментов на подрабатываемых территориях кроме требований настоящих норм должны соблюдаться также требования СНиП II-8-78; при этом наряду с данными инженерных изысканий для проектирования свайных фундаментов должны также использоваться данные горногеологических изысканий и сведения об ожидаемых деформациях земной поверхности.
2. В задании на проектирование свайных фундаментов на подрабатываемых территориях должны содержаться полученные по результатам маркшейдерского расчета данные об ожидаемых максимальных деформациях земной поверхности на участкe строительства в том числе оседание наклон относительные горизонтальные деформации растяжения или сжатия радиус кривизны земной поверхности высота уступа.
3. Расчет свайных фундаментов зданий и сооружений возводимых на подрабатываемых территориях должен производиться по предельным состояниям на особое сочетание нагрузок назначаемых с учетом воздействий со стороны деформируемого при подработке основания.
4. В зависимости от характера сопряжения голов свай с ростверком и взаимодействия фундаментов с грунтом основания в процессе развития в нем горизонтальных деформаций от подработки территории различаются следующие схемы свайных фундаментов:
а) жесткие — при жесткой заделке голов свай в ростверк путем заанкеривания в нем выпусков арматуры свай или непосредственной заделки в нем головы сваи в соответствии с требованиями изложенными в п. 7.5;
б) податливые — при условно-шарнирном сопряжении сваи с ростверком выполненном путем заделки ее головы в ростверк на 5—10 см или сопряжения через шов скольжения.
5. Расчет свайных фундаментов и их оснований на подрабатываемых территориях должен производиться с учетом:
а) изменений физико-механических свойств грунтов вызванных подработкой территории в соответствии с требованиями п. 10.6;
б) перераспределения вертикальных нагрузок на отдельные сваи вызванного наклоном искривлением и уступообразованием земной поверхности в соответствии с требованиями п. 10.7;
в) дополнительных нагрузок в горизонтальной плоскости вызванных относительными горизонтальными деформациями грунтов основания в соответствии с требованиями п. 10.8.
6. Несущую способность по грунту основания Fcr кН (тc) свай всех видов работающих на сжимающую нагрузку при подработке территории следует определять по формуле
gcr — коэффициент условий работы учитывающий изменение физико-механических свойств грунтов и перераспределение вертикальных нагрузок при подработке территории: для свай-стоек в фундаментах любых зданий и сооружений gcr = 1; для висячих свай в фундаментах податливых зданий и сооружений (например одноэтажных каркасных с шарнирными опорами) gcr = 09; для висячих свай в фундаментах жестких зданий и сооружений (например бескаркасных многоэтажных зданий с жесткими узлами силосных корпусов) gcr = 11;
Fd — несущая способность сваи кН (тc) определенная расчетом в соответствии с требованиями разд. 4 или определенная по результатам полевых исследований испытаний свай динамической и статической нагрузками и зондирования грунта в соответствии с требованиями разд. 5.
П р и м е ч а н и е. В случае крутопадающих пластов кроме того следует учитывать зависящий от значения относительной горизонтальной деформации h’ ммм дополнительный коэффициент gcr = 1 (1 + 100h)
7. Дополнительные вертикальные нагрузки ± DN на сваи или сваи-оболочки зданий и сооружений с жесткой конструктивной схемой следует определять в зависимости от расчетных значений вертикальных перемещений свай вызванных наклоном искривлением уступообразованием земной поверхности а также горизонтальными деформациями грунтов основания при условиях:
а) свайные фундаменты из висячих свай и их основания заменяются в соответствии с п. 6.1 условным фундаментом на естественном основании;
б) основание условного фундамента принимается линейно-деформируемым с постоянными по длине здания (сооружения) или выделенного в нем отсека модулем деформации и коэффициентом постели грунта.
Определение дополнительных вертикальных нагрузок производится относительно продольной и поперечной осей здания.
8. В расчетах свайных фундаментов возводимых на подрабатываемых территориях следует учитывать дополнительные усилия возникающие в сваях вследствие их работы на изгиб под влиянием горизонтальных перемещений грунта основания при подработке территории по отношению к проектному положению свай.
9. Расчетное горизонтальное перемещение usr мм грунта при подработке территории следует определять по формуле
usr = gf gc h x (39)
где gf gc - соответственно коэффициенты надежности по нагрузке и условий работы для относительных горизонтальных деформаций принимаемые согласно СНиП II-8-78;
h —ожидаемое значение относительной горизонтальной деформации определяемое по результатам маркшейдерского расчета ммм;
х — расстояние от оси рассматриваемой сваи до центральной оси здания (сооружения) с ростверком устраиваемым на всю длину здания (отсека) или до блока жесткости каркасного здания (отсека) с ростверком устраиваемым под отдельные колонны м.
10. Свайные фундаменты зданий и сооружений возводимых на подрабатываемых территориях следует проектировать исходя из условий необходимости передачи на ростверк минимальных усилий от свай возникающих в результате деформации земной поверхности.
Для выполнения этого требования необходимо в проектах предусматривать:
а) разрезку здания или сооружения на отсеки для уменьшения влияния горизонтальных перемещений грунта основания;
б) преимущественно висячие сваи для зданий и сооружений с жесткой конструктивной схемой для снижения дополнительно возникающих усилий в вертикальной плоскости от искривления основания;
в) сваи возможно меньшей жесткости например призматические квадратного или прямоугольного поперечного сечения причем сваи прямоугольного сечения следует располагать меньшей стороной в продольном направлении отсека здания;
г) преимущественно податливые конструкции сопряжения свай с ростверком указанные в п. 10.4;
д) выравнивание зданий с помощью домкратов или других выравнивающих устройств.
При разрезке здания или сооружения на отсеки между ними в ростверке следует предусматривать зазоры (деформационные швы) размеры которых определяются как для нижних конструкций зданий и сооружений в соответствии с требованиями СНиП II-8-78.
11. Свайные фундаменты следует применять как правило на подрабатываемых территориях I- IV групп в том числе:
а) с висячими сваями — на территориях I- IV групп для любых видов и конструкций зданий и сооружений;
б) со сваями-стойками — на территориях III и IV групп для зданий и сооружений проектируемых с податливой конструктивной схемой здания при искривлении основания а для IV группы — также и для зданий и сооружений проектируемых с жесткой конструктивной схемой.
П р и м е ч а н и я: 1. Деление подрабатываемых территорий на группы принято согласно СНиП II-8-78.
Сваи-оболочки набивные и буровые сваи диаметром более 600 мм и другие виды жестких свай допускается применять как правило только в свайных фундаментах с податливой схемой при сопряжении их с ростверком через шов скольжения (см. п. 10.4) .
Заглубление в грунт свай на подрабатываемых территориях должно быть не менее 4 м за исключением случаев опирания свай на скальные грунты.
12. На подрабатываемых территориях Iк—IVк групп с возможным образованием уступов а также на площадках с геологическими нарушениями применение свайных фундаментов допускается только при наличии специального обоснования.
13. Конструкция сопряжения свай с ростверком должна назначаться в зависимости от значения ожидаемого горизонтального перемещения грунта основания причем предельные значения горизонтального перемещения для свай не должны превышать при сопряжении с ростверком (см. п. 10.4) см:
— податливом условно-шарнирном;
— то же через шов скольжения.
П р и м е ч а н и е. Для снижения значений усилий возникающих в сваях и ростверке от воздействия горизонтальных перемещений грунта основания а также для обеспечения пространственной устойчивости свайных фундаментов здания (сооружения) в целом сваи свайного поля в зоне действия небольших перемещений грунта (до 2 см) следует предусматривать с жестким сопряжением а остальные — с податливым (шарнирным или сопряжением через шов скольжения).
14. Свайные ростверки должны рассчитываться на внецентренное растяжение и сжатие а также на кручение при воздействии на них горизонтальных опорных реакций от свай (поперечной силы и изгибающего момента) вызванных боковым давлением деформируемого при подработке грунта основания.
15. При применении свайных фундаментов с высоким ростверком в бетонных полах или других жестких конструкциях устраиваемых на поверхности грунта следует предусматривать зазор по всему периметру свай шириной не менее 8 см на всю толщину жесткой конструкции. Зазор следует заполнять пластичными или упругими материалами не образующими жесткой опоры для свай при воздействии горизонтальных перемещений грунта основания.
В СЕЙСМИЧЕСКИХ РАЙОНАХ
1. При проектировании свайных фундаментов в сейсмических районах кроме требований настоящих норм следует соблюдать также требования СНиП II-7-81; при этом в дополнение к материалам инженерных изысканий для проектирования свайных фундаментов должны быть использованы данные сейсмического микрорайонирования площадки строительства.
2. Свайные фундаменты зданий и сооружений с учетом сейсмических воздействий должны рассчитываться на особое сочетание нагрузок по предельным состояниям первой группы. При этом необходимо предусматривать:
а) определение несущей способности сваи на сжимающую и выдергивающую нагрузки в соответствии с требованиями разд. 4;
б) проверку устойчивости грунта по условию ограничения давления передаваемого на грунт боковыми поверхностями свай в соответствии с требованиями рекомендуемого приложения 1;
в) расчет свай по прочности материала на совместное действие расчетных усилий (продольной силы изгибающего момента и поперечной силы) значения которых определяются по указаниям рекомендуемого приложения 1 в зависимости от расчетных значений сейсмических нагрузок.
При указанных в подпунктах а"—в" расчетах должны выполняться также требования приведенные в пп. 11.3—11.8.
П р и м е ч а н и е. При определении расчетных значений сейсмических нагрузок действующих на здание или сооружение высокий свайный ростверк следует рассматривать как каркасный нижний этаж.
3. При расчете несущей способности свай на сжимающую или выдергивающую нагрузку Feq значения R и fi следует умножить на понижающие коэффициенты условий работы грунта основания gеq1 и geq2 приведенные в табл. 18.
Значения R следует также умножить на коэффициент условий работы geq3 принимаемый: geq3 = 1 при ³ 3 и geq3 = 09 при 3 где - приведенная длина сваи определяемая по указаниям рекомендуемого приложения 1.
Кроме того сопротивление грунта fi на боковой поверхности сваи до расчетной глубины hd (см. п. 11.4) следует принимать равным нулю.
4. Расчетная глубина hd до которой не учитывается сопротивление грунта на боковой поверхности сваи определяется по формуле (40) но принимается не более 3a :
где a1a2 a3 —безразмерные коэффициенты равные соответственно 15; 08 и 06 при высоком ростверке и для отдельно стоящей сваи и 12; 12 и 0— при жесткой заделке сваи в низкий ростверк;
H M — расчетные значения соответственно горизонтальной силы кН (тc) и изгибающего момента кН м (тc м) приложенных к свае в уровне поверхности грунта при особом сочетании нагрузок с учетом сейсмических воздействий;
ae — коэффициент деформации 1м определяемый по рекомендуемому приложению 1;
bp — условная ширина сваи м определяемая по рекомендуемому приложению 1;
g- расчетное значение удельного веса грунта кНм3 (тсм3) определяемое в водонасыщенных грунтах с учетом взвешивающего действия воды;
jI cI - расчетные значения соответственно угла внутреннего трения грунта град и удельного сцепления грунта кНм2 (тсм2) принимаемые в соответствии с указаниями пп. 3.5 и 11.5.
5. Определение расчетной глубины hd при воздействии сейсмических нагрузок следует производить принимая значения расчетного угла внутреннего трения jI уменьшенными для расчетной сейсмичности 7 баллов —на 2° 8 баллов — на 4° 9 баллов - на 7°.
6. При расчете свайных фундаментов мостов влияние сейсмического воздействия на условия заделки свай в водонасыщенных пылеватых песках в пылевато-глинистых грунтах с показателем текучести IL > 05 следует учитывать путем понижения на 30 % значений коэффициентов пропорциональности К приведенных для этих грунтов в рекомендуемом приложении 1.
В расчетах несущей способности свай при действии горизонтальной нагрузки следует учитывать кратковременный характер воздействия сейсмической нагрузки путем повышения коэффициента h2 в формуле (24) рекомендуемого приложения 1. При расчетах однорядных фундаментов на нагрузки действующие в плоскости перпендикулярной ряду значение коэффициента h2 увеличивается на 10% в остальных случаях — на 30 %.
Расчетная сейсмич-ность зданий и сооруже-ний баллы
Коэффициент условиий работы geq1 для корректировки значений R при грунтах
Коэффициент условий работы geq2 для корректировки значений fi при грунтах
песчаных средней плотности
пылевато-глинистых при показателе текучести
песчаных плотных и средней плотности
маловлажных и влажных
мало-влажных и влажных
П р и м е ч а н и я: 1. Значения geq1 и geq2 указанные над чертой относятся к забивным сваям под чертой — к набивным.
Значения коэффициентов geq1 и geq2 следует умножать на 085 10 или 115 для зданий и сооружений возводимых в районах с повторяемостью 1 2 3 соответственно (кроме транспортных и гидротехнических) .
Определение несущей способности свай-стоек опирающихся на скальные и крупнообломочные грунты производится без введения дополнительных коэффициентов условий работы geq1 и geq2
7. Несущая способность сваи Feq кН (тc) работающей на вертикальную сжимающую и выдергивающую нагрузки по результатам полевых испытаний должна определяться с учетом сейсмических воздействий по формуле
где keq — коэффициент учитывающий снижение несущей способности сваи при сейсмических воздействиях определяемый расчетом как отношение значения несущей способности сваи вычисленного в соответствии с указаниями пп. 11.2-11.4 с учетом сейсмических воздействий и значения несущей способности сваи определенной согласно требованиям разд. 4 без учета сейсмических воздействий;
F d — несущая способность сваи кН (тc) определенная по результатам статических или динамических испытаний либо по данным статического зондирования грунта в соответствии с указаниями разд. 5 (без учета сейсмических воздействий).
8. Расчет свай в просадочных и набухающих грунтах на особое сочетание нагрузок с учетом сейсмических воздействий должен производиться при природной влажности если замачивание грунта невозможно и при полностью водонасыщенном грунте имеющем показатель текучести определяемый по формуле (31) если замачивание грунта возможно; при этом определение несущей способности свай в грунтовых условиях II типа по просадочности производится без учета возможности развития отрицательных сил трения грунта.
П р и м е ч а н и е. Расчет свай на сейсмические воздействия не исключает необходимости выполнения их расчета в соответствии с разд. 8—10.
9. Для свайных фундаментов в сейсмических районах следует применять сваи всех видов кроме свай без поперечного армирования и булавовидных. Применение буронабивных свай допускается только в устойчивых грунтах не требующих закрепления стенок скважин при этом диаметр свай должен быть не менее 40 см а отношение длины сваи к ее диаметру — не более 25.
П р и м е ч а н и е. Как исключение допускается прорезка водонасыщенных грунтов набивными и буровыми сваями с применением извлекаемых обсадных труб.
10. При проектировании свайных фундаментов в сейсмических районах опирание конца свай следует предусматривать на скальные крупно - обломочные плотные и средней плотности песчаные и пылевато-глинистые грунты с показателем текучести 1L 05.
Опирание нижних концов свай на рыхлые водонасыщенные пески пылевато-глинистые грунты с показателем текучести 1L> 05 не допускается.
11. Заглубление в грунт свай в сейсмических районах должно быть не менее 4 м а при наличии в основании нижних концов свай водонасыщенных песчаных грунтов средней плотности — не менее 8 м. Допускается уменьшение заглубления свай при соответствующем обосновании полученном в результате полевых испытаний свай имитированными сейсмическими воздействиями.
Для одноэтажных сельскохозяйственных зданий не содержащих ценного оборудования и в случае опирания свай на скальные грунты их заглубление в грунт принимается таким же как в несейсмических районах.
12. Ростверк свайного фундамента под несущими стенами здания в пределах отсека должен быть непрерывным и расположенным в одном уровне. Верхние концы свай должны быть заделаны в ростверк на глубину определяемую расчетом учитывающим сейсмические нагрузки.
Устройство безростверковых свайных фундаментов зданий и сооружений не допускается.
13. При соответствующем технико-экономическом обосновании допускается применять свайные фундаменты с промежуточной подушкой из сыпучих материалов (щебня гравия песка крупного и средней крупности). Такие фундаменты не следует применять в биогенных грунтах просадочных грунтах II типа на подрабатываемых территориях геологически неустойчивых площадках (на которых имеются или могут возникнуть оползни сели карсты и т.п.) и на площадках сложенных нестабилизированными грунтами.
Для свайных фундаментов с промежуточной подушкой следует применять такие же виды свай как и в несейсмических районах.
14. Расчет свай входящих в состав свайного фундамента с промежуточной подушкой на горизонтальные нагрузки не производится. Несущую способность таких свай работающих на сжимающую нагрузку с учетом сейсмических воздействий следует определять в соответствии с требованиями п. 11.3; при этом сопротивление грунта необходимо учитывать вдоль всей боковой поверхности сваи т.е. hd =0 а коэффициент условий работы нижнего конца сваи при сейсмических воздействиях geq1 = 12
15. При расчете свайных фундаментов с промежуточной подушкой по деформациям осадку фундамента следует вычислять как сумму осадки условного фундамента определяемой в соответствии с требованиями разд. 6 и осадки промежуточной подушки.
ОПОР ВОЗДУШНЫХ ЛИНИЙ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ
1. Свайные фундаменты опор воздушных линий электропередачи (ЛЭП) и открытых распределительных устройств (ОРУ) подстанций допускается применять во всех видах грунтов в которых обеспечиваются возможность их погружения и экономическая целесообразность.
2. Для свайных фундаментов опор воздушных линий электропередачи не допускается применение булавовидных пирамидальных и ромбовидных свай.
3. Глубина погружения свай в грунт воспринимающих выдергивающие или горизонтальные нагрузки должна быть не менее 40 м а для фундаментов деревянных опор — не менее 30 м.
4. Деревянные сваи для фундаментов деревянных опор воздушных линий электропередачи допускается применять независимо от наличия и положения уровня подземных вод. При этом в зоне переменной влажности необходимо предусматривать усиленную защиту древесины от гниения.
5. Несущую способность забивных висячих и набивных свай работающих на сжимающую нагрузку следует определять соответственно по формулам (8) и (11) с учетом указаний приведенных в пп. 12.7 и 12.8; при этом коэффициент условий работы gс в формулах (8) и (11) следует принимать:
для нормальных промежуточных опор 12
в остальных случаях 10
6. Несущую способность забивных и набивных свай работающих на выдергивание следует определять по формулам (10) и (14) с учетом дополнительных указаний приведенных в пп. 12.7-12.9; при этом коэффициент условий работы gc в формулах (10) и (14) следует принимать для опор;
нормальных и промежуточных 12
анкерных и угловых 10
если удерживающая сила веса свай и ростверка
равна расчетной выдергивающей нагрузке 10
если удерживающая сила составляет 65%
и менее расчетной выдергивающей нагрузки 06
в остальных случаях по интерполяции
7. Расчетные сопротивления грунта под нижним концом забивных свай R и расчетные сопротивления на боковой поверхности забивных свай fi в фундаментах опор воздушных линий электропередачи принимаются по табл. 1 и 2 причем в фундаментах нормальных опор расчетные значения fi для пылевато-глинистых грунтов при их показателе текучести 1L ³03 следует повышать на 25 %.
8. Расчетные сопротивления грунта на боковой поверхности забивных свай fi вычисленные в соответствии с требованиями п. 12.7 должны быть умножены на дополнительные коэффициенты условий работы gc приведенные в табл. 19.
Дополнительные коэффициенты условий работы gc при длине сваи
Вид фундамента характеристики грунта и нагрузки
Фундамент под нормальную промежуточную опору при расчете:
а) одиночных свай на выдергивающие нагрузки:
в песчаных грунтах и супесях
в глинах и суглинках при 1l 06
б) одиночных свай на сжимающие нагрузки и свай в составе куста на выдергивающие нагрузки:
в глинах и суглинках при 1L 06
Фундамент под анкерную угловую концевую опоры под опоры больших переходов при расчете:
в глинах и суглинках
б) свай в составе куста на выдергивающие нагрузки:
в) на сжимающие нагрузки во всех грунтах
В табл. 19 приняты обозначения:
d— диаметр круглого сторона квадратного или большая сторона прямоугольного сечения сваи;
Н — горизонтальная составляющая расчетной нагрузки;
N — вертикальная составляющая расчетной нагрузки.
П р и м е ч а н и е. При погружении одиночной сваи с наклоном в сторону действия горизонтальной составляющей нагрузки при угле наклона к вертикали более 10° дополнительный коэффициент условий работы следует принимать как для вертикальной сваи работающей в составе куста (по поз. 16 или 26) .
9. При расчете на выдергивающие нагрузки сваи работающей в свайном кусте из четырех свай и менее расчетную несущую способность сваи следует уменьшить на 20 %.
10. Для свай воспринимающих выдергивающие нагрузки допускается предусматривать погружение их в лидерные скважины при этом разница между поперечным размером сваи и диаметром лидерной скважины должна быть не менее 015 м.
ОСОБЕННОСТИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ СВАЙНЫХ ФУНДАМЕНТОВ
МАЛОЭТАЖНЫХ СЕЛЬСКИХ ЗДАНИЙ
1. Особенности проектирования свайных фундаментов распространяются на следующие виды малоэтажных сельских зданий: дома усадебного типа животноводческие и птицеводческие склады сельскохозяйственных продуктов и сельскохозяйственной техники навесы различного назначения и т. п. с расчетной нагрузкой в уровне цоколя стены зданий до 150 кНм (15 тсм) а на колонну - до 400 кН (40 тc).
2. При проектировании свайных фундаментов малоэтажных сельских зданий следует применять преимущественно сваи-колонны короткие пирамидальные сваи с предварительно напряженной арматурой без поперечного армирования буровые сваи длиной до 3 м с уплотненным трамбованием забоем и набивные сваи устраиваемые в пробитых скважинах предусмотренных п. 2.46.
В фундаментах сельских зданий распорной конструкции следует применять сваи таврового и двутаврового сечений с консолями.
П р и м е ч а н и е: 1. Применение свай-колонн для малоэтажных сельских зданий возводимых в сейсмических районах допускается при глубине погружения свай-колонн в грунт не менее 2 м.
Уплотнение забоя скважин при устройстве буровых свай длиной до 3 м должно осуществляться путем втрамбовывания в грунт слоя щебня толщиной не менее 10 см.
В проектах свайных фундаментов малоэтажных сельских зданий на просадочных грунтах с просадкой от их собственного веса до 15 см допускается не предусматривать полной прорезки сваями просадочной толщи если надземные конструкции зданий проектируются с применением конструктивных мероприятий обеспечивающих возможность их нормальной эксплуатации при определенных расчетом неравномерных осадках и просадках фундаментов.
3. При расчете несущей способности свай по формуле (8) расчетные сопротивления грунта R кПа (тсм2) под нижним концом забивных свай при глубине погружения от 2 до 3м следует принимать по табл. 20 а на боковой поверхности fi кПа (тсм2) - по табл. 21.
4. Расчетные сопротивления грунта R кПа (тсм2 ) под нижним концом набивных и буровых свай с уплотненным забоем при глубине погружения свай от 2 до 3м следует принимать по табл. 22; при этом для плотных песчаных грунтов табличные значения следует увеличить в 13 раза. Расчетные сопротивления fi кПа (тсм2) на боковой поверхности набивных и буровых свай допускается принимать по табл. 21 с дополнительным коэффициентом условий работы равным 09.
5. Несущую способность сваи-колонны с погружаемыми в грунт железобетонными консолями работающей на сжимающую нагрузку следует определять как сумму сопротивлений грунта под нижним ее концом под консолями и на боковой поверхности по формуле
Fd =gc ( R A + gcon Rcon Acon + u fi hi ) (42)
gcon - дополнительный коэффициент условий работы; gcon = 04 для песчаных грунтов и gcon = 08 для пылевато-глинистых грунтов;
Rcon - расчетное сопротивление грунта под консолями кПа (тсм2) при погружении их в грунт на глубину 05—10 м принимаемое по табл. 22;
Acon - площадь проекции консолей на горизонтальную плоскость м2.
6. Несущую способность свай таврового и двутаврового сечений при действии вертикальной составляющей нагрузки следует определять по формуле (8) принимая в ней значения fi на боковой поверхности полки и стенки по табл. 21.
П р и м е ч а н и е. При расчете несущей способности свай таврового и двутаврового сечений используемых для зданий с каркасом из трехшарнирных рам допускается учитывать влияние горизонтальной составляющей распора на расчетные сопротивления на боковой поверхности свай.
7. Для свайных фундаментов и свай-колонн одноэтажных сельских зданий необходимо производить проверку устойчивости фундаментов при действии сил морозного пучения грунтов.
8. Расчетные характеристики грунтов при определении несущей способности свай по пп. 13.3—13.5 следует принимать для наиболее неблагоприятного случая их сезонного изменения в процессе строительства и эксплуатации здания.
Коэффициент пористости е
Расчетные сопротивления грунтов под нижним концом забивных свай R кПа (тсм2 )
пылевато-глинистых при показателе текучести iL равном
П р и м е ч а н и е : Для промежуточных значений Il и е значение R определяются интерполяцией
Средняя глубина располо-жения
Расчетные сопротивления грунта на боковой поверхности забивных свай в том числе таврового и двутаврового сечений i fi кПа (тсм2 )
пылевато-глинистых при показателе текучести Il равном
крупных и среднейкрупности
П р и м е ч а н и е : Для промежуточных значений hie и IL значение fi определяются интерполяцией
Расчетные сопротивления под нижним концом набивных и буровых свай R кПа (тсм2) при глубине их погружения 2-3 м и расчетные сопротивления под консолями свай-колонн Rcon кПа (тсм2)
Пески средней плотности
РАСЧЕТ СВАЙ НА СОВМЕСТНОЕ ДЕЙСТВИЕ ВЕРТИКАЛЬНОЙ И ГОРИЗОНТАЛЬНОЙ СИЛ И МОМЕНТА
При расчете свай на совместное действие вертикальной и горизонтальной сил и момента в соответствии со схемой приведенной на чертеже следует различать две стадии напряженно-деформированного состояния системы свая — грунт".
Схема нагрузок на сваю
В первой стадии грунт окружающий сваю рассматривается как упругая линейно-деформируемая среда характеризуемая коэффициентом постели сz кНм3 (тсм3).
Расчетные значения коэффициента постели сz грунта на боковой поверхности сваи допускается определять по формуле
где К — коэффициент пропорциональности кНм4 (тсм4) принимаемый в зависимости от вида грунта окружающего сваю по табл. 1;
z— глубина расположения сечения сваи в грунте м для которой определяется коэффициент постели по отношению к поверхности грунта при высоком ростверке или к подошве ростверка при низком ростверке;
gc — коэффициент условий работы.
Во второй стадии в верхней части грунта окружающего сваю образуется зона предельного равновесия (пластическая зона) характеризуемая прочностным коэффициентом пропорциональности а.
Расчет свай в случае многорядного их расположения в фундаменте с ростверком опирающимся на грунт при отсутствии сейсмических воздействий допускается производить с учетом возможности последовательного развития первой и второй стадий напряженно-деформированного состояния грунта. В этом случае производится двухстадийный расчет свай а коэффициент условий работы gc в формуле (1) принимается gc = 1. Во всех остальных случаях следует производить одностадийный расчет свай применительно к условиям возможного развития только первой стадии напряженно-деформированного состояния системы свая — грунт" принимая коэффициент условий работы gc . в формуле (1) равным 3.
Расчет свай на совместное действие вертикальной и горизонтальной сил и момента должен включать:
а) расчет несущей способности свай в случае возможности развития второй стадии напряженно-деформированного состояния грунта в соответствии с условием
где H — расчетное значение поперечной силы кН (тс) действующей на одну сваю;
Fd — несущая способность сваи определяемая в соответствии с требованиями п. 10;
gk — коэффициент надежности принимаемый равным 14;
б) проверку устойчивости грунта согласно п. 13 в случае когда расчет ведется с допущением развития только первой стадии напряженно-деформированного состояния грунта;
в) расчет свай по деформациям включающий проверку соблюдения условий допустимости расчетных значений горизонтального перемещения головы сваи up и угла ее поворота Yh :
где up Yp - расчетные значения соответственно горизонтального перемещения головы сваи м и угла ее поворота рад определяемые согласно указаниям п. 5;
uu Yu - предельные значения соответственно горизонтального перемещения головы сваи м и угла ее поворота рад устанавливаемые в задании на проектирование здания или сооружения;
Грунты окружающие сваи и их характеристики
Коэффициент пропорциональности К кНм4 (тсм4)
Прочностный коэффициент пропорциональности а кНм3 (тсм3)
Пески крупные (055 е 07);
глины и суглинки твердые (IL0)
Пески мелкие (06 c 075); пески средней крупности (055 e 07); супеси твердые (IL0); глины и суглинки тугопластичные и полутвердые
Пески пылеватые (06 e 08); супеси пластичные (0 IL 1); глины и суглинки мягкопластичные (05 IL 075)
Глины и суглинки текучепластичные (075 IL 1)
Пески гравелистые (055 e 07); крупнообломочные грунты с песчаным заполнителем
П р и м е ч а н и я: 1. Меньшие значения коэффициента К соответствуют более высоким значениям показателя текучести IL глинистых и коэффициентов пористости е песчаных грунтов указанным в скобках а большие значения коэффициента К — соответственно более низким значениям IL и е. Для грунтов с промежуточными значениями характеристик IL и е значения коэффициента К определяются интерполяцией.
Коэффициент К для плотных песков должен приниматься на 30% выше чем наибольшие значения указанных в табл. 1 коэффициентов К для заданного вида грунта.
г) проверку сечений свай по сопротивлению материала по предельным состояниям первой и второй групп (по прочности по образованию и раскрытию трещин) на совместное действие расчетных усилий — вертикальной силы изгибающего момента и поперечной силы; указанный расчет выполняется в зависимости от материала сваи согласно требованиям п. 3.6; расчетные значения изгибающих моментов и поперечных сил действующих в различных сечениях сваи должны определяться согласно требованиям пп. 8 и 9 в случае возможности допущения развития второй стадии напряженно-деформированного состояния грунта а в остальных случаях — согласно требованиям пп. 14 и 15.
При расчете с допущением развития второй стадии напряженно-деформируемого состояния грунта за предельное состояние системы свая — грунт" принимается образование на глубине zz (в пределах или на .границе пластической зоны) пластического шарнира в котором возникает момент Мu кН·м (тc·м) равный предельному изгибающему моменту воспринимаемому поперечным сечением сваи. В случае заделки сваи в ростверк последовательно образуются два пластических шарнира: первый - в месте заделки сваи в ростверк второй — в пределах или на границе пластической зоны. За предельное состояние системы принимается момент образования второго пластического шарнира.
Расчет свай по предельным состояниям двух групп выполняется с использованием следующих параметров: приведенной глубины расположения сечения сваи в грунте приведенной глубины погружения сваи в грунт а в случае учета возможности развития второй стадии напряженно-деформированного состояния грунта кроме того приведенной глубины пластической зоны приведенных расчетных значений поперечной силы и изгибающего момента действующих со стороны ростверка на голову сваи приведенного значения граничной поперечной силыel = соответствующего границе упругой работы системы “свая — грунт" при zi = 0 приведенных значений граничного горизонтального перемещения и граничного угла поворота при низком ростверке в уровне его подошвы при = 0 приведенных значений перемещений и угла поворота сваи которые определяются по формулам:
a— коэффициент деформации 1м определяемый по формуле
где К — то же что в формуле (1) ;
Е — модуль упругости материала сваи кПа (тсм2);
I — момент инерции поперечного сечения сваи м4;
bр — условная ширина сваи м принимаемая равной: для свай с диаметром стволов 08 м и более bр = d + 1 м а для остальных размеров сечений свай bр = 15d + 05 м;
gc — коэффициент условий работы принимаемый согласно п. 1;
d — наружный диаметр круглого или сторона квадратного или сторона прямоугольного сечения свай в плоскости перпендикулярной действию нагрузки м;
а — прочностный коэффициент пропорциональности кНм3 (тсм3) определяемый по табл. 1; значения и определяются по табл. 2 и 3 при = 0.
Расчетные значения горизонтального перемещения сваи в уровне подошвы ростверка up м и угол ее поворота Yp рад следует определять по формулам:
где Н М - расчетные значения поперечной силы кН (тс) и изгибающего момента кНм (тем) .действующие на голову сваи (см. чертеж) ;
E I - то же что в формуле (11) ;
uo y0- горизонтальное перемещение м и угол поворота поперечного сечения сваи рад. в уровне поверхности грунта при высоком ростверке а при низком ростверке — в уровне его подошвы определяемые по указаниям п. 7 при двухстадийном расчете и по указаниям п. 12 при одностадийном расчете свай.
П р и м е ч а н и е. В настоящем приложении считаются положительными:
момент и горизонтальная сила приложенные к голове сваи если момент и сила направлены соответственно по часовой стрелке и вправо;
изгибающий момент и поперечная сила в сечении сваи если момент и сила. передающиеся от верхней условно отсеченной части сваи на нижнюю направлены соответственно по часовой стрелке и вправо;
горизонтальное смещение сечения сваи и его поворот если они направлены соответственно вправо и по часовой стрелке.
Горизонтальная сила Н кН (тc) соответствующая границе упругой работы системы свая-грунт" при двухстадийном расчете определяется по формуле
Горизонтальное перемещение u0 м и угол поворотаY0 рад при двухстадийном расчете следует определять по формулам:
где H - расчетное значение поперечной силы кН (тc) прикладываемой к голове сваи;
Hel — граничное значение поперечной силы определяемой по формуле (14) где el определяется по табл. 2 и 3 в зависимости от значения при z
— определяются по табл. 2 и 3 в зависимости от значения силы рассчитываемой по формуле (8).
П р и м е ч а н и е. При приведенной длине сваи 26 следует пользоваться табл. 2 и 3 для = 26 при этом значение допускаемого перемещения сваи в уровне поверхности грунта не должно превышать 2 см.
Расчетный изгибающий момент Мz кН м (тc м) поперечную силу Hz кН (тc) действующие на глубине z в сечении сваи следует определять при допущении двух стадий работы системы свая-грунт" в пределах упругой зоны грунта по формулам:
- приведенные значения фиктивных начальных параметров определяемые в зависимости от значений H и
Ai Bi Ci Di— коэффициенты значения которых принимаются по табл. 4 в зависимости от глубины .
Параметры для расчета свай при шарнирном их сопряжении с ростоверком
Параметры для расчета свай при их жесткой заделке в ростоверк
Во второй стадии работы сваи расчетный изгибающий момент Мz кНм (тсм) поперечную силу Hzi. кН (тc) действующие на глубине zi в пределах пластической зоны грунта следует определять по формулам:
где zi — глубина расположения сечения сваи в грунте м в пределах пластической зоны по отношению к подошве низкого ростверка.
В случае жесткой заделки сваи в ростверк если исключается возможность поворота ее головы (например в жесткий ростверк с двумя рядами свай или более установленных в направлении действия горизонтальной силы) в формуле (21) вместо М следует принимать расчетный момент заделки Mf действующий в месте сопряжения сваи с ростверком.
Расчетный момент заделки Mf кН м (тc м) определяется по формуле
где — приведенный момент определяемый по табл. 3 в зависимости от значений .
Несущая способность системы свая—грунт" при действии горизонтальной силы определяется по формулам:
) для сваи не имеющей жесткой заделки в ростверк
где zz - расстояние м от поверхности грунта до местоположения пластического шарнира которое определяется из уравнения
здесь e - эксцентриситет приложения внешней нагрузки к свае м;
Mu- предельный изгибающий момент воспринимаемый поперечным сечением сваи с учетом продольной силы кНм (тcм);
h1 - коэффициент равный единице кроме случаев расчета фундаментов распорных сооружений для которых h1 = 07;
h2 - коэффициент учитывающий долю постоянной нагрузки в суммарной нагрузке определяемый по формуле
где Mc - момент от внешних постоянных нагрузок в сечении фундамента на уровне нижних концов свай кН м (тc м);
Mt - то же от внешних временных расчетных нагрузок кН м (тc м);
- - коэффициент принимаемый = 25 за исключением случаев расчета:
Приведенная глубина располо-жения сечения сваи в грунте
а) особо ответственных сооружений для которых при 26 принимается = 4 и при ³ 5 принимается = 25; при промежуточных значениях значение определяется интерполяцией;
б) фундаментов с однорядным расположением свай на внецентренно приложенную вертикальную сжимающую нагрузку для которые следует принимать = 4 независимо от значения;
) для сваи имеющей жесткую заделку в низкий ростверк несущую способность Fd следует определять по формуле
При статическом расчете свай в составе куста если допускается возможность развития второй стадии напряженно-деформированного состояния системы «свая—грунт» следует учитывать их взаимодействие. В этом случае расчет производится как для одиночной сваи но коэффициенты пропорциональности К и а умножаются на понижающий коэффициент ai определяемый по формуле
где gc — коэффициент учитывающий уплотнение грунта при погружении свай и принимаемый: gc = 12 для забивных свай сплошного сечения и gc = 1 для остальных видов свай;
d — диаметр или сторона поперечного сечения сваи м;
хi уi — координаты оси i-й сваи в плане причем горизонтальная нагрузка приложена в направлении оси х
xjyj— то же для j-й сваи.
Произведение в формуле (28) распространяется только на сваи куста непосредственно примыкающие к i-й свае.
При одностадийном расчете свай горизонтальное перемещение u0 м и угол поворота Y0 рад следует определять по формулам:
где H0 M0 — расчетные значения соответственно поперечной силы кН (тс) и изгибающего момента кН м (тс м) в рассматриваемом сечении сваи принимаемые равными H0 = Н и М0 = М + H
НН — горизонтальное перемещение сечения мкН (мтс) от действия силы H = 1 приложенной в уровне поверхности грунта;
HM — горизонтальное перемещение сечения 1кН (1тс) от момента M=1 действующего в уровне поверхности грунта;
MH -угол поворота сечения 1кН (1тс) от силы Н = 1 ;
MM -угол поворота сечения 1(кН м) [1(тс м)] от момента М = 1.
Перемещения НН MН =НM MM вычисляются по формулам:
где a Е I —то же что и в формуле (11);
A0 B0 C0 — безразмерные коэффициенты принимаемые по табл. 5 в зависимости от приведенной глубины погружения сваи в грунт определяемой по формуле (7).
При значении соответствующем промежуточному значению указанному в табл. 5 его следует округлить до ближайшего табличного значения.
Расчет устойчивости основания окружающего сваю должен производиться по условию (35) ограничения расчетного давления sz оказываемого на грунт боковыми поверхностями свай:
где sz — расчетное давление на грунт кПа (тсм2) боковой поверхности сваи определяемое по формуле на следующих глубинах z м отсчитываемых при высоком ростверке от поверхности грунта а при низком ростверке — от его подошвы [ при z 25 — на двух глубинах соответствующих z = при >25— на глубине z =085a где a определяется по формуле (11)];
gI - расчетный удельный (объемный) вес грунта ненарушенной структуры кНм3 (тсм3) определяемый в водонасыщенных грунтах с учетом взвешивания в воде;
gI cI — расчетные значения соответственно угла внутреннего трения грунта град и удельного сцепления грунта кПа (тсм2) принимаемые в соответствии с указаниями п. 3.5;
h1 h2 — значения коэффициентов те же что и в формуле (24).
Приве-денная глубина погру-жения сваи
При опирании сваи на нескальный грунт
При опирании сваи на скалу
При заделке сваи в скалу
П р и м е ч а н и е. Если расчетные горизонтальные давления на грунт (sz не удовлетворяют условию (35) но при этом несущая способность свай по материалу недоиспользована и перемещения свай меньше предельно допускаемых значений то при приведенной глубине свай >25 расчет следует повторить приняв уменьшенное значение коэффициента пропорциональности К. При новом значении К необходимо проверить прочность сваи по материалу ее перемещения а также соблюдение условия (35).
Расчетное давление sz кПа (тсм2) на грунт по контакту с боковой поверхностью сваи возникающее на глубине z а также расчетный изгибающий момент Mz кН м (тc м) поперечную силу Hz. кН (тс) и продольную силу H кН (тc) действующие на глубине z в сечении сваи при одностадийном расчете свай следует определять по формулам:
где К — коэффициент пропорциональности определяемый по табл. 1
a E I — то же что и в формуле (11);
— приведенная глубина определяемая по формуле (5) в зависимости от значении действительной глубины z для которой определяются значения давления sz момента Mz и поперечной силы
А1А2 А4— коэффициенты значения которых принимаются по табл. 4;
N — расчетная осевая нагрузка кН (тc) передаваемая на голову сваи.
Расчетный момент заделки М кН м (тc м) учитываемый при одностадийном расчете свай имеющих жесткую заделку в ростверк который обеспечивается невозможностью поворота головы сваи следует определять по формуле
где все буквенные обозначения те же что и в предыдущих формулах.
При этом знак минус" означает что при горизонтальной силе Н направленной слева направо на голову сваи со стороны заделки передается момент направленный против часовой стрелки.
РАСЧЕТ НЕСУЩЕЙ СПОСОБНОСТИ ПИРАМИДАЛЬНЫХ СВАЙ С НАКЛОНОМ БОКОВЫХ ГРАНЕЙ ip>0025
Несущую способность Fd кН (кгс) пирамидальных свай с наклоном боковых граней ip>0025 допускается определять как сумму сил расчетных сопротивлений грунта основания на боковой поверхности сваи и под ее нижним концом по формуле
a— угол конусности сваи град;
d — сторона сечения нижнего конца сваи м;
n1 n2 — коэффициенты значения которых приведены в таблице.
Сопротивления грунта под острием сваи рi и на ее боковой поверхности рi кПа (кгссм2) определяются по формуле
x- коэффициент значения которого приведены в таблице.
Давления грунта poi и ppi кПа (кгссм2) определяются по формулам:
ppi=poi(1+sinjIi )+cIi cosjIi (4)
hi — средняя глубина расположения i-го слоя грунта м.
Угол внутреннего трения грунта j I i град
П р и м е ч а н и е: Для промежуточных значений угла внутреннего трения jI i значения коэффициентов n1 n2 и x определяются интерполяцией.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОСАДКИ ЛЕНТОЧНЫХ СВАЙНЫХ ФУНДАМЕНТОВ
Осадка s м (см) ленточных свайных фундаментов с одно- и двухрядным расположением свай (при расстоянии между сваями 3—4d определяется по формуле
где n — погонная нагрузка на свайный фундамент кНм (кгссм) с учетом веса фундамента в виде массива грунта со сваями ограниченного: сверху—поверхностью планировки; с боков — вертикальными плоскостями проходящими по наружным граням крайних рядов свай; снизу — плоскостью проходящей через нижние концы свай;
Е n — значения модуля деформации кПа (кгссм2) и коэффициента Пуассона грунта в пределах сжимаемой толщи определяемые для указанного выше фундамента в соответствии с требованиями СНиП 2.02.01-83;
d0 — коэффициент принимаемый по номограмме (см. чертеж) в зависимости от коэффициента Пуассона v приведенной ширины фундамента =bh (где b — ширина фундамента принимаемая по наружным граням крайних рядов свай; h - глубина погружения свай) и приведенной глубины сжимаемой толщи Hch (Hc — глубина сжимаемой толщи).
Значения коэффициента d0 определяются по номограмме следующим образом. На номограмме через точку соответствующую вычисленному значению приведенной глубины сжимаемой толщи проводится прямая параллельная оси абсцисс до пересечения с линией приведенной ширины фундамента и опускается перпендикуляр до линии коэффициента Пуассона грунта n. Из точки пересечения проводится линия параллельная оси абcцисс до пересечения с осью ординат на которой приведены значения коэффициента d0.
Номограмма для определения значений d0
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОСАДКИ ОДИНОЧНОЙ СВАИ
Расчет осадок одиночных свай прорезающих слой грунта с модулем сдвига G1 МПа (тсм2) и коэффициентом Пуассона n1 и опирающихся на грунт рассматриваемый как линейно-деформируемое полупространство характеризуемое модулем сдвига G2 и коэффициентом Пуассона n2 допускается производить при N Fdgk и при условии ld > 5 G1lG2d > 1 (где l- длина сваи м d — диаметр или сторона поперечного сечения сваи м) по формулам:
а) для одиночной сваи без уширения
где N—вертикальная нагрузка передаваемая на сваю МН (тс);
b— коэффициент определяемый по формуле
ЕА - жесткость ствола сваи на сжатие МН (тc);
l1 - параметр определяющий увеличение осадки за счет сжатия ствола и определяемый по формуле
kv kv1— коэффициенты определяемые по формуле kv =282 - 378v + 218v2 соответственно при v=(v1 + v2)2 и при v =
б) для одиночной сваи с уширением
где db — диаметр уширения сваи.
Характеристики G1 и v1 принимаются осредненными для всех слоев грунта в пределах глубины погружения сваи а G2 и n2-в пределах 10 диаметров сваи или уширения (для сваи с уширением) при условии что под нижними концами свай отсутствуют торфы илы и грунты текучей консистенции.
Основные указания по расчету
Расчет несущей способности свай
Висячие забивные сваи всех видов и сваи -оболочки погружаемые без выемки грунта
Висячие набивные и буровые сваи и сваи -оболочки заполняемые бетоном
Учет отрицательных (негативных) сил трения грунта на боковой поверхности свай
Определение несущей способности свай по результатам полевых исследований
Расчет свайных фундаментов и их оснований по деформации
Конструирование свайных фундаментов
Особенности проектирования свайных фундаментов в просадочных грунтах
Особенности проектирования свайных фундаментов в набухающих грунтах
Особенности проектирования свайных фундаментов на подрабатываемых территориях
Особенности проектирования свайных фундаментов в сейсмических районах
Особенности проектирования свайных фундаментов опор воздушных линий электропередачи
Особенности проектирования свайных фундаментов малоэтажных сельских зданий
Приложение 1.Рекомендуемое. Расчет свай на совместное действие вертикальной и горизонтальной сил и момента
Приложение 2.Рекомендуемое. Расчет несущей способности пирамидальных свай с наклоном боковых граней ip>0025
Приложение 3.Рекомендуемое. Определение осадки ленточных свайных фундаментов
Приложение 4.Рекомендуемое. Определение осадки одиночной сваи
Приложение. Поправки к СНиП 2.02.03-85
Поправки к СНиП 2.02.03-85
Стр. 13 пункт 4.12 10-я строка снизу напечатано:
сопротиление" следует читать: "сопротивление";
стр. 31 пункт 13.8 2-я строка сверху напечатано:
3 - 13.5" следует читать: "13.3 - 13.6".

осадка с графиком.dwg

курсач.dwg

Проектирование промышленного здания
Инструментальный цех
планы фундаментов по сечениям
План фундаментов сечения 1-1; 2-2
Инженерно-геологический разрез для свайного фундамента
Инженерно-геологический разрез для фундамента мелкого заложения
Условные обозначения:

Чертеж1.dwg