Осадка свайного фундамента с учетом взаимного влияния свай в кусте

Библиографическая ссылка на статью:
Мельников В.А., Алексеев Н.С., Ионов К.И. Сравнительный анализ методик расчета осадки свайных фундаментов // Современные научные исследования и инновации. 2015. № 9. Ч. 1 [Электронный ресурс]. URL: http://web.snauka.ru/issues/2015/09/57462 (дата обращения: 25.03.2019).

На современном этапе развития фундаментов одной из главных задач является повышение эффективности проектировочных решений, разработка экономически обоснованных и конкурентоспособных решений

В настоящее время большой размах приобретает строительство на слабых водонасыщенных грунтах, когда строители используют под объекты площадки, которые ранее признавались геологами невыгодными для возведения сооружений.

В сложных инженерно-геологических условиях свайный вариант зачастую оказывается единственно возможным видом фундаментов. Свайные фундаменты применятся в тех случаях, когда грунты основания представлены насыпью большой мощности, илистыми отложениями, связными грунтами в текучем и текуче-пластичном состоянии и т.п. [13, 15].

Так как затраты на устройство подземной части здания составляют до 25% от общей стоимости, снизить эти показатели позволяет применение более экономичных и индустриальных свайных фундаментов.

Важнейшим резервом повышения эффективности свайных фундаментов является совершенствование определения их осадок на стадии проектирования.

Сложность работы сваи в грунте делает невозможным создание математически строгой теории надежности расчета. Поэтому используются различные инженерные методики расчета. Используемая в настоящее время нормативная литература в области проектирования свайных фундаментов содержит недостаточно информации и позволяет получать неоднозначные результаты.

Целью данной работы является сравнение результатов расчета осадок свайных фундаментов здания каркасного типа в заданных геологических условиях. Параметры здания и геологический разрез приняты одинаковыми для того, чтобы выявить влияние различных теоретических подходов к расчету осадок в СНиП 2.02.03.-85 «Свайные фундаменты» и СП 24.13330.2011 «Свайные фундаменты» (актуализированная редакция).

2. Расчет несущей способности свай
Характеристики грунтов и мощности слоев, слагающих грунтовое основание заданного сооружения, представлены в таблице 1.

Расчеты проводятся по двум группам предельных состояний [2]:Будем рассматривать висячие железобетонные сваи, призматической формы, квадратного поперечного сечения с заостренным концом. При этом размеры поперечного сечения принимаем 40 х 40 см, длину сваи 13 м.

1) по несущей способности – по прочности материала свай и материала ростверка (ведется на основное сочетание расчетных нагрузок);
2) по деформациям – по осадкам оснований свай и свайных фундаментов от вертикальных нагрузок (на основное сочетание нормативных нагрузок).

Сваю в составе фундамента и вне его по несущей способности грунтов основания следует рассчитывать исходя из условия [6]:

, (1)

где N — расчетная нагрузка, передаваемая на сваю (продольное усилие, возникающее в ней от расчетных нагрузок, действующих на фундамент при наиболее невыгодном их сочетании);

F _d — расчетная несущая способность грунта основания одиночной сваи, называемая в дальнейшем несущей способностью сваи;
— коэффициент условий работы, учитывающий повышение однородности грунтовых условий при применении свайных фундаментов, принимаемый равным 1,15 при кустовом расположении свай;
— коэффициент надежности по назначению (ответственности) сооружения, принимаемый равным 1,15;
— коэффициент надежности примем равным 1,4, т. к. несущая способность сваи определена расчетом.
Несущую способность F _d , висячей забивной сваи, погружаемой без выемки грунта, работающей на сжимающую нагрузку, следует определять как сумму сил расчетных сопротивлений грунтов основания под нижним концом сваи и на ее боковой поверхности по формуле [6]:

где _c — коэффициент условий работы сваи в грунте, принимаемый _c = 1;
R – расчетное сопротивление грунта под нижним концом сваи, принимаемое по таблице (табл. 7.2 [4]): R =5360 кПа;
A — площадь опирания на грунт сваи, м 2 , принимаемая равной площади поперечного сечения сваи: A =0,16 м 2 ;
u — наружный периметр поперечного сечения сваи, м: u =1,6 м;
f _i — удельное сопротивление i-го слоя грунта основания на боковой поверхности сваи, принимаемое по таблице (табл. 7.3, [4]) в зависимости от глубины H _i и вида грунта на этой глубине;
H _i — глубина погружения средней точки i-го однородного участка грунта;
h _i — толщина i-го слоя грунта, соприкасающегося с боковой поверхностью сваи, м;
_cR , _cf — коэффициенты условий работы грунта соответственно под нижним концом и на боковой поверхности сваи, учитывающие влияние способа погружения сваи на расчетные сопротивления грунта (табл. 7.4, [4]): .
Определим f _i и и результаты сведём в таблицу 2:
Таблица 2

Читать еще: Фасадная штукатурка для наружных работ акриловая

2.2.3 Расчет осадки свайного фундамента с учетом взаимного влияния свай в кусте

Для расчета осадки свайного фундамента с учетом взаимного влияния свай в кусте необходимо определить осадку одиночной сваи

гдеР – нагрузка на сваю, 540кН;

IS – коэффициент влияния осадки, определяемая по таблице 7.18 [8];

ESL – модуль деформации грунта в уровне подошвы сваи, 14МПа;

d – сторона квадратной сваи, 0,35м;

Осадку группы свай sG, м, при расстоянии между сваями до 7d с учетом взаимного влияния свай в кусте определяют на основе численного решения, учитывающего увеличение осадки свай в кусте против осадки одиночной сваи при той же нагрузке

гдеs1 – осадка одиночной сваи;

RS – коэффициент увеличения осадки, таблица 7.19 [8];

2.3 Расчет простенка

Расчет простенка выполняем для наружной стены по оси 2с в осях Ес-Жс длиной 1290мм.

Рисунок 2.7 – Схема расположения расчетного простенка

Таблица 2.6-Сбор нагрузок на простенок

– Линокром – 2 слоя (t=7 мм, γ=1700 кг/м3)

-ц/п стяжка, М100 (t=30 мм, γ=1800 кг/м3)

-керамзитовый гравий (t=100 мм, γ=600 кг/м3)

-утеплитель (t=170 мм, γ=35 кг/м3)

-ж/б плита (t=220 мм, γ=2500 кг/м3)

-цементно-песчаная стяжка (t=40 мм, γ=1800 кг/м3)

-утеплитель (t=130 мм, γ=35 кг/м3)

-стеклоизол (t=7 мм, γ=600 кг/м3)

– ж/б плита (t=220 мм, γ=2500 кг/м3)

-плитка керамическая (t=11 мм, γ=1800 кг/м3)

-ц/п стяжка из бетона В7,5 (t=50 мм, γ=180 кг/м3)

Ж/б плита(t=220 мм, γ=2500 кг/м3)

Перегородки кирпичные оштукат. t=105мм

-цементно-песчаная стяжка (t=25 мм, γ=1800 кг/м3)

-плита ж/б сплошная (t=150 мм, γ=2500 кг/м3)

-ограждение кирпичное (t=120 мм, γ=1800 кг/м3)

Вес кирпичной стены 1,29·32,12·0,68·18

Грузовая площадь 3,02·3,01=9,09м

Расчет ведется в соответствии с [13];

Для расчета принимаем марку кирпича 125, марку раствора 100.

Расчет внецентренно-сжатых элементов каменных конструкций следует производить по формуле п.4.7. формула 13:

где Ас – площадь сжатой части сечения определяемая по формуле 14:

, (2.31)

(2.32)

где – коэффициент продольного изгиба для всего сечения в плоскости действия изгибающего момента, определяемый по фактической высоте элемента. Согласно п. 4.2. h=Н/h=2,8/0,68=4,1;

с – коэффициент продольного изгиба для сжатой части сечения, определяемый по фактической высоте элемента. Согласно п.4.2. hс=Н/hс=2,8/0,28=10,0, для прямоугольного сечения hc=h-2eо =0,68-2*0,2 =0,28;

упругая характеристика кладки с сетчатым армированием

(2.33)

где – временное сопротивление сжатию, (2.34).

– процент армирования кладки

МПа·0,6=294МПа,

где 0,6-коэфициент условий работы (для Ø4 В500)

– коэффициент, принимаемый по табл. 14,

-упругая характеристика (табл.15),

;

по табл.18  =0,99, с=0,80

;

R – расчетное сопротивление кладки сжатию, согласно табл. 2 для кирпича марки 125 и раствора марки 100 R=2,0 МПа; МПа для Ø4 В500

 – коэффициент, определяемый по формулам приведенным в табл. 19 п.1, для прямоугольного сечения:

Проектирование и устройство свайных фундаментов (стр. 13 )

Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах:
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33

где φII,i – расчетные значения углов внутреннего трения для отдельных пройденных сваями слоев грунта толщиной hi, град.;

h – глубина погружения свай в грунт, м.

Расчет осадки условного фундамента производят на дополнительное вертикальное давление, передаваемое на основание подошвой условного фундамента, т. е. за вычетом вертикального напряжения от собственного веса грунта на уровне этой подошвы, при этом в собственный вес условного фундамента включают вес свай, ростверка и грунта в объеме условного фундамента.

7.4.3 Если при строительстве предусматривают планировку территории подсыпкой (намывом) высотой более 2 м и другую постоянную (долговременную) загрузку территории, эквивалентную 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 принимают ограниченным с боков вертикальными плоскостями, отстоящими от наружных граней крайних рядов вертикальных свай на расстоянии hmttg(φII,mt/4), где hmt – расстояние от нижнего конца сваи до подошвы слоя торфа или ила толщиной более 30 см.

Читать еще: Как соединять отливы на углах в 90 градусов?

Рисунок 1 – Определение границ условного фундамента при расчете осадки свайных фундаментов

Расчет осадки свайного фундамента с учетом взаимного влияния свай в кусте

7.4.4 Для расчета осадки свайного фундамента с учетом взаимного влияния свай в кусте необходимо определить осадку одиночной сваи.

Осадку s, м, одиночной висячей сваи следует определять по формуле

где P – нагрузка на сваю, кН;

Is – коэффициент влияния осадки, зависящий:

для жесткой сваи – от отношения l/d, для сжимаемой сваи – от отношения l/d и от относительной жесткости сваи λ = Ep/ESL, где Ep – модуль упругости материала сваи, кПа;

ESL – модуль деформации грунта на уровне подошвы сваи, кПа;

d – диаметр или сторона квадратной сваи, м;

l – длина сваи, м.

7.4.5 Коэффициент влияния осадки Is в формуле (7.35) для жесткой сваи определяют по формуле

Значения коэффициента Is для сжимаемой сваи приведены в таблице 7.18.

Значения Is при λ, равном

7.4.6 При определении модуля деформации грунта ESL следует учитывать, что наиболее достоверное его значение может быть получено по результатам полевых испытаний свай (при наличии на объекте более 100 свай).

При использовании результатов статического зондирования рекомендуется принимать следующие минимальные значения ESL в зависимости от сопротивления зондированию qс:

– в глинистых грунтах ESL = 10qc.

7.4.7 Осадку группы свай sG, м, при расстоянии между сваями до 7d с учетом взаимного влияния свай в кусте определяют на основе численного решения, учитывающего увеличение осадки сваи в кусте против осадки одиночной сваи при той же нагрузке, гибкость l/d и жесткость λ свай, по формуле

где s1 – осадка одиночной сваи при принятой на нее нагрузке, определяемая по формуле (7.35);

Rs – коэффициент увеличения осадки (7.4.8).

7.4.8 При использовании осадки одиночной сваи для проектирования свайных кустов и полей следует учитывать, что осадка группы свай в результате их взаимодействия в свайном фундаменте увеличивается, что учитывают коэффициентом увеличения осадки Rs (таблица 7.19).

Общее число свай n определяют с учетом удовлетворения двух условий: осадка группы свай sG должна быть в пределах допустимой, а нагрузка на одиночную сваю P1 должна соответствовать нагрузке, определяемой по формуле (7.35) при осадке, равной s1 = sG/Rs.

7.4.9 Таблица 7.19 составлена для свай, объединенных жестким ростверком, расположенным над поверхностью грунта или на слое относительно слабых поверхностных грунтов, когда ростверк практически не влияет на осадку группы свай.

При низком ростверке со сваями под отдельные колонны (кусты свай), не связанные общей плитой, значения Rs в таблице 7.19 могут быть уменьшены за счет работы ростверка, расположенного на грунте, в зависимости от отношения расстояния a между осями свай к их диаметру d:

при a/d = 5 – 10 – на 15 %.

Проверку расчетного сопротивления грунта основания подошвы свайного ростверка производят в соответствии со СНиП 2.02.01.

Расчет осадки комбинированных свайно-плитных фундаментов

7.4.10 Для уменьшения общей и неравномерной осадки сооружений с большой нагрузкой на фундамент следует при проектировании рассмотреть вариант устройства комбинированного свайно-плитного (КСП) фундамента.

В практике наибольшее применение нашли буронабивные сваи диаметром 0,8 – 1,2 м, возможно также применение забивных свай квадратного сечения.

Длину свай следует принимать от 0,5B до B (B – ширина фундамента), расстояние между осями свай a = (5 – 7)d и более.

Расчет количества свай по сечениям

Таблица 2.2- Сбор нагрузки от перекрытия цокольного этажа, кН/м

1. Конструкция пола
-линолеум на теплозвукоизоляционной основе

Читать еще: Что такое планка примыкания

t=5 мм, г=1800 кг/м3

-ц/п стяжка из легкого бетона В 7,5

t=40 мм, г=1800 кг/м3

t=7 мм, г=600 кг/м3

t=100 мм, г=35 кг/м3

t=220 мм, г=2500 кг/м3

3. Перегородки кирпичные оштукат. t=105мм

Итого постоянной нагрузки

-в т.ч. длительная

Таблица 2.3- Сбор нагрузки от междуэтажного перекрытия, кН/м

1. Конструкция пола
-плитка керамическая

t=11 мм, г=1800 кг/м3

-ц/п стяжка из легкого бетона В 7,5

t=50 мм, г=180 кг/м3

t=220 мм, г=2500 кг/м3

3. Перегородки кирпичные оштукат. t=105мм

Итого постоянной нагрузки

-в т.ч. длительная

Итого временной нагрузки

Таблица 2.4-Сбор нагрузки от чердачного перекрытия, кН/м

t=40 мм, г=1800 кг/м3

t=130 мм, г=35 кг/м3

t=7 мм, г=600 кг/м3

t=220 мм, г=2500 кг/м3

Итого постоянной нагрузки

-в т.ч. длительная

Таблица 2.5-Сбор нагрузки от покрытия, кН/м

-Линокром – 2 слоя

t=7 мм, г=1700 кг/м3

t=30 мм, г=1800 кг/м3

-керамзитовый гравий для уклона (185..0)

t=100 мм, г=600 кг/м3

t=170 мм, г=35 кг/м3

t=220 мм, г=2500 кг/м3

Итого постоянной нагрузки

Сечение 1-1 по наружной несущей стене по оси 5с

Нагрузка от покрытия и перекрытий

Нагрузка от парапета и стены

N=(30,15·0,63+1,68·0,38) ·1·18·0,95·1,1=402,16 кН/м

Нагрузка от утеплителя

N=(30,15·0,05) ·1·0,35·0,95·1,3=0,71 кН/м

Нагрузка от фундаментных блоков

Нагрузка от ростверка

Нагрузка от грунта

Нагрузка от сваи С90.35.8

Итого N01=308,94+402,16+0,71+37,62+23,93+29,12+30,32=832,8 кН/м

Расчет шага свай в ленточном ростверке при однорядном расположении (или в проекции на ось) свай.

Расчетный шаг свай :

гдеN – принятая расчетная нагрузка допускаемая на сваю, 540 кН;

N01 – расчетная нагрузка на п/м, тс.

По конструктивным требованиям принимаем

Определяем требуемое количество свай

где k=1,4 – коэффициент надежности;

N01 – расчетная нагрузка на 1 м длины;

d – глубина заложения подошвы ростверка;

m=0,02 – расчетное значение осредненного удельного веса материала ростверка и грунта, МН/м3.

Принимаем 3 сваи.

Сечение 2-2 по наружной самонесущей стене по оси Ас

Нагрузка от стены

N=(30,15·0,63+1,68·0,38) ·1·18·0,95·1,1=402,16 кН/м

Нагрузка от утеплителя

N=(30,15·0,05) ·1·0,35·0,95·1,3=0,71 кН/м

Нагрузка от фундаментных блоков

Нагрузка от ростверка

Нагрузка от грунта

Нагрузка от сваи С90.35.8

Итого N02=402,16+0,71+37,62+23,93+29,12+30,32=523,86 кН/м

Расчетный шаг свай

По конструктивным требованиям принимаем

Определяем требуемое количество свай

Принимаем 2 сваи.

Сечение 3-3 по внутренней несущей стене по оси 4с

Нагрузка от покрытия и перекрытий

Нагрузка от стены

N=(27,69·0,38) ·1·18·0,95·1,1=235,31 кН/м

Нагрузка от фундаментных блоков

Нагрузка от ростверка

Нагрузка от грунта

Нагрузка от сваи С90.35.8

Итого N03=617,89+235,31+37,62+23,93+29,12+30,32=974,16 кН/м

Расчетный шаг свай

По конструктивным требованиям принимаем

Определяем требуемое количество свай

Принимаем 3 сваи.

Расчет осадки свайного фундамента с учетом взаимного влияния свай в кусте

гдеР – нагрузка на сваю, 540кН;

IS – коэффициент влияния осадки, определяемая по таблице 7.18 [8];

ESL – модуль деформации грунта в уровне подошвы сваи, 14МПа;

d – сторона квадратной сваи, 0,35м;

гдеs1 – осадка одиночной сваи;

RS – коэффициент увеличения осадки, таблица 7.19 [8];

Оценка статьи:

Загрузка...

0,09 0,72 0,042 0,035 2,75 1,70	1,2 1,3 1,2 1,3 1,1 1,1	0,95 0,95 0,95 0,95 0,95 0,95	0,103 0,889 0,048 0,043 2,87 1,778
2,0 1,0	1,2 1,2	0,95 0,95	2,28 1,24
0,198 0,9	1,3 1,3	0,95 0,95	0,245 1,11
2,75 1,70	1,1 1,1	0,95 0,95	2,87 1,778
2,0 1,0	1,2 1,2	0,95 0,95	2,28 1,24
0,72 0,035 0,042 2,75	1,3 1,3	0,95 0,95 0,95 0,95	0,889 0,043 0,048 2,87
0,7 –	1,3 1,3	0,95 0,95	0,86 –
0,119 0,54 0,60	1,3 1,3	0,95 0,95	0,147 0,667 0,741
0,035 2,75	1,3 1,1	0,95 0,95	0,043 2,87