2. Расчет конечной (стабилизированной) осадки свайного фундамента методом послойного суммирования для наружной стены

Запроектированный ленточный свайный фундамент под наружную стену многоэтажного кирпичного здания имеет ширину условного фундамента bусл = 1,94 м. Вертикальное сжимающее напряжение под подошвой условного фундамента р = 291,82 кПа, что меньше расчетного сопротивления ([6], формула (7)) песка мелкой крупности, средней плотности R = 1216,51 кПа, который залегает под его подошвой. Выполнение условия р ? R позволяет в расчетах напряженно-деформированного состояния грунтов основания пользоваться линейной моделью грунтов и, в частности, считать осадку методом послойного суммирования.

Инженерно-геологические условия на расчетной вертикали разреза, в которых запроектирован фундамент, его конструктивная схема, эпюры природного уzg и дополнительного давления уzp показаны на рисунке 2.

Вычисление ординат эпюры природного давления

· на границе II и III слоев

кПа.

· на границе III и IV слоев

кПа.

· на границе III и IV слоев с учетом давления толщи воды .

кПа.

Рисунок 2. Расчетная схема для определения осадки свайного фундамента наружной стены методом послойного суммирования

На подошве условного фундамента

кПа

· в IV слое на отм. 120.0

кПа

· в IV слое на отм. 119.8

 кПа

Ординаты вспомогательной эпюры 0,2 уzg, необходимые для нахождения нижней границы сжимаемой толщи на ее пересечении с эпюрой уzp, достаточно вычислить только на глубинах ниже подошвы условного фундамента.

На отм. 123.7 - 181.8·0,2 = 36.36 кПа;

На отм. 120,0 - 258,76 ·0,2 = 51,75 кПа;

На отм. 119,8 - 262,92 ·0,2 = 52,58 кПа.

Вычисление ординат эпюры дополнительного давления уzp,i

Сначала вычисляется верхняя ордината эпюры уzp,о непосредственно под подошвой фундамента при z = 0:

кПа

Затем вычисляются другие ординаты по формуле для различных глубин откладываемых от подошвы фундамента. Коэффициенты берутся в зависимости от отношения длины фундамента стены l к ширине фундамента b, то есть (принимается по последней колонке таблицы 11 Приложения, где - фундамент ленточный и отношения о=2z/b (первая колонка)). Вычисления удобно вести в табличной форме. Для отыскания нижней границы В.С. сжимаемой толщи Hc в этой же таблице приводятся значения 0,2 При этом толщины элементарных слоев hi в эпюре уzp соответственно получаются 0,72 м, что соответствует рекомендациям принимать величину hi ? 0,4b = 0,4·1,94=0,78 м.

Значения модулей деформации Е грунтов, входящих в сжимаемую толщу Нс, вычислены в первой части курсового проекта.

Вычисление осадки.

Для вычисления осадки необходимо значения модулей деформации Е грунтов, входящих в толщу Нс, в данном случае в неё входит один слой грунт, модуль деформации которого Е=20102 кПа:

.

Полученная осадка оказалась значительно меньше Su=10см - предельной величины осадки для многоэтажных бескаркасных зданий с несущими стенами из крупных панелей.

3. Определение размеров конструктивных элементов свайного фундамента и разработка его конструкций для внутренней стены

Расчетная нагрузка

Расчетная нагрузка от сооружения N1 = 493,2 кН/м без учета собственного веса ростверка и стены подвала Q и пригрузки грунтом и полом подвала на обрезах фундамента G. Q и G определяются после назначения размеров ростверка. Полная расчетная нагрузка вычисляется по формуле:

N1полн = N1+1,2(Q+G), где

1,2 - коэффициент перерасчета нормативных нагрузок в расчетные по I предельному состоянию.

Назначение предварительной глубины заложения ростверка и решение надростверковой конструкции

Предварительно, из конструктивных соображений, назначаем высоту ростверка hр 0.5м. Тогда глубина заложения ростверка будет равна: dр = 2,7+0,2+0,5-0,8 = 2,6 м.

Так же как и стена подвала под наружную стены отметками стена подвала под внутреннюю по высоте может быть образована из четырёх блоков ФБС24.4.6.

Рисунок 3. Информация по расчетному сечению инженерно-геологического разреза: к определению несущей способности сваи Fd, к определению давления на грунт под подошвой условного фундамента

Выбор вида свай, их длины и поперечного сечения

Учитывая расчет свайного фундамента под наружную стену, выбирается свая С40.35, длиной 4 м и сечением 35х35 см. Следовательно, рабочая длина сваи составляет 3,9 м (длина острия 0,25 м в длину сваи не входит). Нижний конец сваи при такой ее длине будет погружен в мелкой крупности, насыщенный водой на глубину 0,1 м до отметки 123,7.

Определение несущей способности сваи по грунту Fd и расчетной нагрузки Рсв на одну сваю

Fd - определяется по формуле

Fd = гc(гCRRA+u?гcffihi) , где

гc = 1 - коэффициент условий работы сваи в грунте

R = 2319 кПа- расчетное сопротивление грунта под нижним концом сваи;

А = 0,352 = 0,123м2 - площадь поперечного сечения сваи;

u = 1,4 м - наружный периметр поперечного сечения сваи;

гCR = гcf = 1 - коэффициенты условий работы грунта соответственно под нижним концом и на боковой поверхности сваи;

hi - толщина i-го слоя грунта основания, соприкасающегося с боковой поверхностью сваи;

fi - расчетное сопротивление i-го слоя грунта основания, на боковой поверхности сваи.

Fd = 1·(1·2319·0,123 + 1,4(1·45·1,1 + 1·9,2·12,7+ 1·46·0,1) = 395,6 кН.

Расчетная допустимая нагрузка на сваю определяется по формуле:

Рсв = Fd/гк,

где: гк = 1,4 (если Fd определяется расчетом) - коэффициент надежности.

Рсв =395,6/1,4 = 282,68 кН.

Определение необходимого числа свай п в свайном фундаменте, размещение их в плане, определение ширины bp и высоты hp ростверка.

Необходимое число свай n на один погонный метр длины ленточного фундамента определяем по формуле:

8d2 - осредненная грузовая площадь вокруг сваи, с которой передается нагрузка от собственного веса ростверка, надростверковой конструкции и грунтовой пригрузки на ростверке.

d = 0,35м - сторона сваи;

h = 3,2 м - высота ростверка и надростверковой конструкции, нагрузка от которых не вошла в расчет при определении ;

гср = 20 кН/м3 - средний удельный вес грунта и бетона над подошвой ростверка.

Определение расстояния а между осями свай:

Сваи в составе фундамента должны размещаться на расстоянии, равном (3… 6) d между их осями. Очевидно, что наиболее экономичным был бы ростверк с однорядным расположением свай при расстоянии а между их осями, равном 3d=0,9 м. Но, так как полученное значение а=0,45 м < 0,9 м, приходится принимать двухрядное расположение свай, с тем, чтобы расстояние между соседними сваями одного и другого рядов составляло 3d=0,9 м, а по длине ростверка 0,45 м. При этом расстояние СР между рядами свай определяется из треугольника abc

СР= v(0,92+0,452)=1,01

Расстояние от внешней грани вертикально нагруженной сваи до края

ростверка принимается равным 0,2d + 5 см при двух рядном (d - в см), но не менее 10 см. Исходя из этого, получаем ширину ростверка

0,2d + 5см = 0,2·35 + 5 = 12см.

bp=1,01+2·0,15+2*0,12=1,55 м.

Ширина стены подвала составляет 40 см поэтому окончательно принимается ширина ростверка1,6м, высота 0,5 м.

Высота ростверка ленточного фундамента должна определяться из условия продавливания его сваей. Но т.к. свая полностью расположена под стеной подвала, то продавливание ростверка сваей исключается. Поэтому из конструктивных соображений и практики строительства оставляем hр = 0,5м.

Полученные размеры ростверка составляют: ширина 1,6 м, высота 0,5 м.

Расчет одиночной сваи в составе фундамента по первой группе предельных состояний (по несущей способности грунта основания сваи)

Расчет предусматривает проверку выполнения условия I предельного состояния:

F - расчетная нагрузка передаваемая на сваи т.е. фактическая нагрузка:

 - расчетная несущая способность грунта основания одиночной сваи (несущая способность сваи по грунту);

- расчетная нагрузка, допускаемая на сваю.

- коэффициент надежности.

Вычисление фактической нагрузки F, передаваемой на сваю.

Вес ростверка QP = 1,6·1·0,5·24 = 19,2кН;

Вес надростверковой конструкции Qнк (одного пог. м стены подвала) из 5 блоков ФБС24.4.6: Qнк = (0,4·0,6·1·4) ·22 = 26,4 кН;

Общий вес Q ростверка и надростверковой конструкции:

Q = QP + Qнк = 19,2 + 26,4 = 45,6 кН;

При вычислении QP и Qнк приняты удельные веса:

Пригрузка внутреннего обреза ростверка бетонным полом подвала GП:

GП = 0,1·0,2·1·22 = 0,44 кН.

Общий вес G пригрузки ростверка грунтом и полом подвала:

G = GП = 0,44 = 0,44 кН.

Расчетная допускаемая нагрузка на сваю

Условие F < Pсв выполняется.

Принятые размеры свайного фундамента будут считаться окончательными при удовлетворении условия расчета по второму предельному состоянию - по деформациям.

Определение среднего вертикального давления р под подошвой условного фундамента и проверка выполнения условия р <R

Для вычисления р необходимо определить площадь подошвы условного ленточного фундамента Аусл и нагрузки, передающиеся на эту площадь от собственного веса всех элементов, входящих в объем условного фундамента, а также и от сооружения.

а) Площадь условного ленточного фундамента:

- среднее значение угла внутреннего трения грунтов, залегающих в пределах рабочей длины сваи .

= 1,01

б) Объемы условного фундамента, всех входящих в него конструктивных элементов и грунта:

- условного фундамента:

- ростверка:

- части стены подвала, расположенной ниже верха условного фундамента (ниже отметки пола подвала):

- части пола подвала (справа и слева от стены подвала):

- грунта:

Объем свай не вычитается из объема . При подсчете веса грунта в условном фундаменте . не учитывается увеличение его удельного веса за счет уплотнения при забивке свай.

Принимается, чт

в) Нагрузки от собственного веса всех составных частей условного фундамента и от сооружения:

- ростверка и всей надростверковой конструкции, то есть всей стены подвала, включая ее часть, расположенную выше отметки DL:

Q = QP + Qнк = 45,6 кН;

- части пола подвала ;

- свай (1,03 сваи с рабочей длиной lсв = 3,9 м, из которых 0,1 м - в водонасыщенном грунте):

- грунта в объеме условного фундамента:

Среднее давление р под подошвой условного фундамента:

Вычисление расчетного сопротивления R по формуле (7) СНиП [6] для песка мелкой крупности, (IV слой), залегающего под подошвой условного фундамента.

где

;

= 1,0 ;

k =1

, , ;

=1

;

м3,

,

.

Условие р ? R выполняется: 315,74 < 967,66. Расчет осадки методами, основанными на теории линейного деформирования грунта, правомерен, поэтому далее производится расчет осадки методом послойного суммирования.