Расчет свайного фундамента из забивных призматических свай

 

Рассчитать свайный фундамент на забивных призматических сваях стены 9-этажного жилого дома.

Нагрузки: Fⁿ = 316 кН; F = 379 кН на уровне обреза ростверка.

Грунтовые условия:

Слой 1 – почвенно-растительный мощностью 0, 4 м; удельный вес грунта

g₁₁ = 16, 3 кН/м³; g₁ = 16, 3 кН/м³

Слой 2 – песок мелкий (средней плотности) мощностью 5, 3 м;

g¹ = 16, 8 кН/м³; плотность r = 1, 68 т/м³; плотность частиц r_S = 2, 67 т/м³; влажность w=0, 07; угол внутреннего трения j₁₁=32^о, j₁=30^о; удельное сцепление С₁₁=7 кПа; С₁=0 кПа; модуль общей деформации Е = 12 МПа.

Слой 3 – супесь мощностью 4 м; w_L=0, 25; w_Р=0, 19; r=1, 87 т/м³; r_S = 2, 68 т/м³; j₁₁=18^о; С₁₁=4кПа; Е=7Мпа; I_L=0, 67

Слой 4 – песок мелкий плотный мощностью 7м: r=1, 99 т/м³; r_S=2, 65 т/м³; w = 0, 17; j₁₁=36^о; С₁₁=6 кПа; Е=30 МПа; l = 0, 588.

Так как позволяют конструктивные особенности и нагрузки проектируемого здания, принимаем в качестве пласта слой 4.

Принимаем забивные призматические сваи С-10-30, высоту ростверка 0, 5 м, когда подошва ростверка залегает на отметке - 2, 7 м.

Длина сваи ниже подошвы ростверка при условии жесткой заделки сваи в ростверк

l_rf = l-20d_S-0, 1 = 10-20·0, 014-0, 1 = 9, 62 м

Расчет по первому предельному состоянию

Несущую способность висячей сваи определяем по формуле:

F_U = g_C · (g_CR · R · A + u Sg_Cf · f_i·l_i,

где g_С = 1; g_CR = 1; g_Cf = 1; u = 1, 2 м; А = 0, 09 м²

При Н = 11, 32 м R = 2600 + ·1, 32 = 2679 кПа

Учитывая, что песок слоя 4 плотный, увеличим расчетное сопротивление под нижним концом сваи на 60%, т.е. R = 2679·1, 6 = 4286 кПа

По таблице 9.7 [3] определяем расчетные сопротивления по боковой поверхности сваи:

при z₂ = 4, 7 м, f₂ = 11, 8 кПа;

при z₃ = 6, 7 м, f₃ = 12, 5 кПа;

при z₄ = 8, 7 м, f₄ = 12, 7 кПа;

при z₅ =10, 37 м, f₅ = 12, 8 кПа;

Так как слой 4 песок плотный, увеличим расчетное сопротивление по боковой поверхности сваи на 30%:

                                  f₅ = 12, 8·1, 3 = 16, 6 кПа

Толщина слоев грунта, м: h₁ = 2, 0; h₂ = 2, 0; h₃ = 2, 0; h₄ = 2, 0; h₅ = 1, 62

Несущая способность

F_U = 1· (0, 09·49, 86·1+1, 2·1) ·(2·9, 4+2·11, 8+2·12, 5+2·12, 7+1, 62·16, 6) = 529 кН

Расчетная нагрузка, допускаемая на сваю: Р = F_U/g_f = 529/1, 4 = 378 кН

Расстояние между сваями в ряду: l = P/N = 378/279 = 1, 0 м

Принимаем расположение свай в один ряд с расстоянием между ними

l = 0, 9 м, что не превышает минимально допустимого расстояния между сваями l_min = 3d = 3·0, 3 м = 0, 9 м. При ширине ростверка 0, 4 м фактическая нагрузка на сваю составит 

P = N·l + G_zf = 379·0, 9 + 1, 1·25·0, 5·0, 4·0, 9 = 346 кН < P = 378 кН

Условие расчета свайного фундамента по условию несущей способности грунта основания удовлетворительно.

Так как на фундамент наружной стены подвала действует давление грунта, необходимо определить горизонтальную силу и момент на сваю. Расчетная схема участка стены длиной 0, 9 м принимается в виде балки, верхний конец которой оперт на перекрытие шарнирно, а нижний жестко защемлен сваей.

Определяем постоянные и временные нагрузки на стену подвала:

1.Удельный вес грунта в пределах глубины заложения ростверка

2. Высота эквивалентного слоя грунта при временной нагрузке на отмостку

 q=20кПа

3. Интенсивность бокового давления грунта на уровне планировочной отметки

s_DL = 16, 7·1, 2· tg²  = 6 кПа;

на уровне подошвы ростверка

s_FL = 16, 7·(1, 2+1, 7)· tg²  = 16, 1 кПа.

4. Суммарная горизонтальная нагрузка на фундамент

                          F_hs =

5. Изгибающий момент в защемлении вычислим как сумму моментов от действия:

равномерно распределенной нагрузки

треугольной распределенной нагрузки

внецентренно приложенной нагрузки от подвального перекрытия

где N₁ = 3·0, 9·(3, 8+2, 0) = 15, 66 кН, l₁ = 0, 4/2 – 0, 125/3 = 0, 158 м.

Тогда изгибающий момент М₃ = 6, 1+4, 6-1, 24 = 9, 46 кНм

6. Несущую способность сваи при действии горизонтальной нагрузки определяют по формуле

где l₀ = 6d = 6·30 = 180 см; b = 1, 2; D_h = 1 см; Е_h = 2, 6·10⁶; I = 30⁴/12 = 67500 см⁴.

Тогда F_uh = 1, 2·

7. Расчетная горизонтальная нагрузка, допускаемая на сваю, по формуле:

F_h = F_n/g_f, где g_f = 1, 4, F_h = 36, 1/1, 4 = 25, 8 кН

Условие расчета выполнено: F_h = 25, 8 кН > F_hs = 17, 4 кН

8. Согласно [16] в данном конкретном случае расчет устойчивости грунта основания не требуется, т.к. d = 0, 3< 0, 6 и свая погружена в грунт естественного сложения на глубину более 10d.

Условная ширина сваи b_p.c. = 1, 5b_p+0, 5 = 1, 5·0, 3+0, 5 = 0, 95 м

Коэффициент деформации по таблице 1 приложения[16]при коэффициенте пористости е = 0, 70

К = 5000 + ·10 = 7000 кН/см⁴

Коэффициент деформации

Приведенная глубина расположения сечения и погружения сваи в грунт по формуле z =0, 82z, когда l_p = a_D·l_p=0, 82·9, 62 = 7, 9 м

Перемещение головы сваи от единичных нагрузок по формулам:

d_НН = А₀/a³_D·E_B·I = 2, 441/0, 82³·2, 6·10⁷·6, 75·10^-4 = 0, 00025 м/кН

d_НН = d_МН = В₀/a³_D·E·I = 1, 621/0, 82³·2, 6·10, 7·6, 75·10^-4 = 0, 00014 м/кН

d_ММ = С₀/a³_D·E_B·I = 1, 751/0, 82³·2, 6·10⁷·6, 75·10^-4 = 0, 00012 м/кН

где А₀, В_0, С₀ – по таблице 2 приложения 1[16]

Горизонтальные перемещения головы сваи

Dh = 17, 4·0, 00025+9, 46·0, 00014 = 0, 0057 м

Угол поворота в уровне подошвы ростверка

y₀ = 17, 4·0, 00012+9, 46·0, 00012 = 0, 0036 рад

Проверку устойчивости грунта выполним для глубины z = 0, 85/a_D, так как l_p=7, 9> 2, 5.

Расчетное давление на грунт, контактирующий с боковой поверхностью сваи на приведенной глубине z = 0, 85·0, 82/0, 82 = 0, 85 м, определим по формуле:

 

где А₁ = 0, 996; В₁ = 0, 849; С₁ = 0, 363; D = 0, 103

Тогда

Допустимое давление на грунт боковыми поверхностями сваи h₁ = 1, 2; h₂ = 0, 7 (доля постоянной нагрузки в суммарной); x = 0, 6 (для забивных свай; z = 0, 85/0, 82 = 1, 04 м.

Тогда s_U = (1, 2·0, 7·4/cos 30^o) · (16, 8·1, 04·tg 30^o + 0, 6·0) = 39 кПа

Условие расчета выполнено

s_Z = 17, 7 кПа < s_U = 39 кПа

Расчет по второму предельному состоянию

Осадку сваи вычислим по расчетной схеме двухслойного линейно-деформируемого полупространства.

Для каждого слоя грунта установим значение коэффициента Пуассона n (для гравия –0, 27; песка и супеси –0, 30; суглинка –0, 35; глины 0, 42) и вычислим модуль сдвига:

слой 2 - n = 0, 30: G₁ = E_i/2(1+n_i) = 12/2(1+0, 3) = 4, 6 МПа;

слой 3 - n = 0, 30: G₂ = E_i/2(1+n_i) = 7/2(1+0, 3) = 2, 69 МПа;

слой 4 - n = 0, 30: G₃ = E_i/2(1+n_i) = 30/2(1+0, 3) =11, 5 МПа.

Основание разделим на два слоя.

Первый слой мощностью l_p = 9, 62 м с подошвой на уровне острия сваи, а второй слой мощностью 0, 5 l_p = 0, 5·9, 62 = 4, 81 м с кровлей на уровне острия сваи.

Средние, в пределах каждого слоя, значения n и G:

n₁=0, 3; G₁ = (4, 6·4+2, 69·4+11, 5·1·62)/(4+4+1, 62) = 4, 97 МПа;

n₂=0, 3; G₂ = 11, 5 МПа

Коэффициенты k_n и k_n1:

При n = (n₁+n₂)/2 = (0, 3+0, 3)/2 = 0, 3 и при n = n₁ = 0, 3

k_n = k_n1 = 2, 82-3, 78n + 2, 18n² = 2, 82-3, 78·0, 3+2, 18·0, 3² = 1, 922

Относительная жесткость ствола сваи на сжатие

n₁ = E_B·A_B/G₁·l²_p = 2, 6·10⁷·0, 09/4970·9, 62² = 5, 1

Коэффициент, соответствующий абсолютно жесткой свае,

(Е_В·А®¥ ) b_r = 0, 171·ln

и коэффициент

По графику на рис.1 приложения 7 [17] определим коэффициент l по х = х₁, т.е. l=0, 87.

Определим условие расчета

Осадку определяем как для висячей сваи.

Осадка сваи при b -  составит

Определим необходимость учета влияния загружения соседних свай на осадку.

Учет выполняют при условии (w- расстояние между осями свай, равное 0, 9 м) т.е. 1, 922·4, 97·9, 62/2·11, 5·0, 9 = 4, 44 > 1. Учет влияния необходимый.

Дополнительная осадка от соседней сваи, находящейся на расстоянии 0, 9 м, при d = 0, 171· =0, 171·4, 44=0, 759

S_C = d·P/G₁·l_p = 0, 759·346/1500·9, 62 = 0, 002 м.

Полная осадка сваи составит: S = 0, 005+2·0, 002 = 0, 009 м < S_n = 10см

Расчетная осадка сваи не превышает допустимой величины. При действии горизонтальной нагрузки горизонтальное перемещение головы сваи Dh = 0, 0055 м < Du = 0, 0034 рад < y_u = 0, 015 рад

Условие расчета по деформациям выполнено.

 

 

⇐ Предыдущая12345678910Следующая ⇒

Поделиться: