Материал: Проектирование оснований и фундаментов. учебно-методическое пособие. Ким М.С
26
грунта под нижним концом сваи-стойки для забивных свай, опирающихся нижним концом на скальные и малосжимаемые грунты, принимается равным R = 20000 кПа.
а) |
N |
б) |
N |
|
|
||
|
|
|
|
f
R
R
Рис. 6. Схемы передачи нагрузки на грунты основания: а) – свая – стойка; б) – висячая свая
Несущая способность по грунту висячих забивных свай, работающих на сжимающую нагрузку, определяется как сумма расчетных сопротивлений грунтов основания под нижним концом свай и по их боковой поверхности:
Fd =γc (γcR R A +U ∑n |
γcf fi hi ) , |
(3.48) |
i=1 |
|
|
где γс – коэффициент условий работы сваи в грунте, принимаемый для всех видов забив-
ных свай γс = 1; R – расчетное сопротивление грунта под нижним концом сваи, определяемое по табл. П.4.1 или по таблицам [1, 18, 22]; А – площадь опирания сваи на грунт (площадь поперечного сечения нижнего конца сваи); U – наружный периметр поперечного сечения ствола сваи; fi – расчетное сопротивление i-го слоя грунта на боковой поверхности сваи, принимаемое по табл. П.4.2 или по таблицам [1, 18, 22]; hi – толщина i-го слоя грун-
та, соприкасающегося с боковой поверхностью сваи; γcR – коэффициент условия работы
грунта под нижним концом сваи; γсf – коэффициент условия работы грунта на боковой поверхности сваи, учитывает влияние способа погружения свай на расчетное сопротивление грунта.
Для забивных свай γcR =γсf = 1.
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.
Расчетная схема забивной висячей сваи показана на рис. 7.
hk
hi ≤ 2 м
27
Zi
fi
Z0
R
Рис. 7. Расчетная схема висячей сваи
3.6.2. Последовательность проектирования свайных фундаментов
Вариант свайного фундамента должен выбираться с учетом инженерно-геологических условий строительной площадки, конструктивных особенностей здания и передаваемых на фундаменты нагрузок.
Проектирование ленточного свайного фундамента рекомендуется производить в следующей последовательности:
•Анализируются инженерно-геологические условия площадки, выбирается несущий слой грунта, в который возможно заглубление сваи. Нижний конец свай следует заглублять в прочные грунты, прорезая более слабые напластования грунтов. При этом заглубление забивных свай в грунты, принятые за основание, должно быть: в крупнообломочные, гравелистые и крупные песчаные, а также глинистые грунты твердой консистенции – не менее 0,5 м, в прочие дисперсные грунты – не менее 1 м [ 18, 22].
•Выбирается тип сваи, ее поперечное сечение и длина. В курсовом проекте принимаются забивные железобетонные цельные сваи сплошного квадратного сечения по ГОСТ 19804.1-79 [4]. Длина сваи зависит от положения в грунте ее нижнего конца и уровня расположения подошвы ростверка.
•Определяется несущая способность сваи и расчетная допускаемая нагрузка на нее.
•Определяется шаг свай в ленточном свайном фундаменте или количество свай в ростверке.
При однорядном расположении свайв ростверкешаг их рассчитывается по формуле
L = |
P |
, |
(3.49) |
|
N |
||||
|
|
|
где L - шаг свай; P - расчетная допустимая нагрузка на сваю; N - расчетная нагрузка, действующая на один метр ростверка.
28
Шаг висячих свай должен быть не менее 3d (где d – диаметр круглого, или сторона квадратного, или большая сторона прямоугольного поперечного сечения ствола сваи), а для свай-стоек – 1,5d. Если шаг свай получится меньше, то несущая способность сваи недостаточна. Необходимо увеличить ее длину или площадь поперечного сечения и вновь рассчитать ее несущую способность. Можно, не изменяя несущей способности свай, расположить их в ростверке в шахматном порядке,а также в два или более рядов. Максимальныйшаг свайобычно принимают не более 6d.
Количество свай в свайном кусте под отдельную колонну рассчитывается по формуле
n = |
N |
, |
(3.50) |
|
P |
||||
|
|
|
где n - требуемое количество свай в свайном кусте; P - расчетная допустимая нагрузка на сваю; N - расчетная нагрузка, действующая на ростверк с учетом собственного веса ростверка и грунта на его уступах.
•В необходимых случаях производится расчет свай на совместное действие моментов, вертикальных и горизонтальных сил. На основании этих расчетов уточняется количество (шаг) свай в ростверке.
•Назначаются размеры ростверка из конструктивных соображений и проверяются расчетом. Расстояние от края ростверка до внешней стороны сваи принимается: при однорядном расположении свай – 0,2 d + 5 см; при двухрядном – 0,3 d + 5 см, а при большем числе рядов – 0,4 d + 5 см.
Размеры ростверков под колонны каркасных зданий принимают в плане кратными 30 см. Край ростверка располагается на расстоянии 10 см от края наружного контура свай с каждой стороны. Высота ростверка назначается по расчету или по конструктивным соображениям и принимается кратной 15 см.
•Рассчитывается осадка свайного фундамента. Расчет осадки фундамента из висячих свай производится как для условного фундамента на естественном основании в соответствии с требованиями СНиП [18, 22]. Границы условного фундамента определяются следующим образом:
снизу – плоскостью АБ, проходящей через нижние концы свай (рис. 8): с боков –
вертикальными плоскостями АВ и БГ, отстоящими от наружных граней крайних рядов вертикальных свай на расстоянии h·tgα; сверху – поверхностью планировки грунта ВГ.
Угол α определяется по формуле
α = ϕII,mt/4, |
(3.51) |
здесь ϕII,mt – осредненное расчетное значение угла внутреннего трения грунта, определяемое по формуле
n |
|
ϕII ,mt = ∑ϕi hi / Σhi , |
(3.52) |
i=1
где ϕi – расчетные значения углов внутреннего трения для отдельных пройденных сваями слоев грунта толщиной hi; h – глубина погружения свай в грунт.
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. В собственный вес условного фундамента включаются вес свай и роствер-
29
ка, а также вес грунта в объеме условного фундамента. Осадка основания условного фундамента определяется по формуле (3.27).
Полученные по расчету значения деформаций (осадок) свайного фундамента и его основания не должны превышать предельных значений.
Рис. 8. Определение границ условного фундамента при расчете осадки свайных фундаментов
•Подбирается оборудование для погружения свай. Погружение свай в грунт до заданной отметки возможно с помощью молотов, вибропогружателей, вибровдавливающих агрегатов и других механизмов. Наибольшее распространение получил метод погружения свай забивкой различными молотами. Для успешного погружения свай необходимо, чтобы отношение веса ударной части молота к весу сваи было не менее 1,5 при плотных грунтах и не менее 1,25 при грунтах средней плотности.
Подбор молота производится по следующей методике [15, 22]. Необходимую для забивки сваи максимальную энергию удара молота Ek определяют по формуле
Ek = 1,75аР, |
(3.53) |
где а – коэффициент, равный 25 кДж/кН; Р – расчетная нагрузка на сваю, принятая в проекте.
Принятый тип молота с расчетной энергией удара должен удовлетворять условию
Qn + q |
≤ kn , |
(3.54) |
|
Ekp |
|||
|
|
где Qn – полный вес молота; q – вес сваи, включая вес наголовника и подбабка; Ekp – расчетная энергия удара принятого молота; kn – коэффициент, принимаемый по таблицам [15, 22].
Технические характеристики механизмов для погружения свай в грунт приведены в таблицах [15].
30
•Определяется расчетный отказ для забивных свай. Расчетным отказом называют величину погружения сваи от одного удара молота, при котором свая приобретает заданную в проекте несущую способность. Расчетный отказ сваи вычисляется по формуле
Sa = |
|
nAEkp |
|
m + ε 2 (m + m ) |
, |
(3.55) |
||||||
F F |
|
m |
+ m |
|
+ m |
3 |
||||||
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
2 |
|
|
|
|
d |
|
d |
+ nA |
|
1 |
|
2 |
|
3 |
|
|
|
M |
M |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
где n – коэффициент, зависящий от материала сваи и способа забивки, принимаемый для железобетонных свай, погружаемых с металлическим наголовником, 1500 кН/м2; Ekp – расчетная энергия удара принятого молота; Fd – расчетная несущая способность сваи; М – коэффициент, принимаемый при забивке свай молотами ударного действия, М = 1; ε – коэффициент восстановления удара при забивке свай, ε2 = 0,2; m1– вес молота; m2 – вес сваи и наголовника; m3 – вес подбабка.
Формулой (3.55) можно пользоваться при правильно подобранном оборудовании для погружения сваи и при Sa ≥ 0,002 м.
4. ОЦЕНКА ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ РАССМОТРЕННЫХ ПРОЕКТНЫХ ВАРИАНТОВ ФУНДАМЕНТОВ
Технико-экономическое сравнение рассмотренных вариантов фундаментов на стадии проектирования может производиться по показателям сметной стоимости. Прямые затраты и затраты труда на устройство фундаментов могут быть определены по Единичным расценкам [1]. Стоимость материалов и изделий приводится в сборниках сметных цен для соответствующих регионов. Стоимость работ и материалов по вариантам фундаментов рассчитывается в ценах 1984 г., но может быть переведена в современные цены умножением на индекс изменения СМР, публикуемый региональными центрами по ценообразованию.
После определения сметной стоимости и трудоемкости возведения фундаментов по рассмотренным вариантам следует произвести расчет их экономической эффективности в такой последовательности:
•Определяется экономия от снижения сметной стоимости фундаментов:
Э1 = С1 – С2, |
(4.1) |
где С1 – сметная стоимость фундаментов 1-го варианта; С2 – сметная стоимость фундаментов 2-го варианта.
•Производится расчет экономии от сокращения численности рабочих:
Э2 = 0,64(Т1 – Т2), |
(4.2) |
•где Т1 – трудоемкость, чел.-дн., для 1-го варианта фундаментов; Т2 – трудоемкость чел.-дн., для 2-го варианта фундаментов; 0,64 – сокращение части накладных расходов за каждый сэкономленный чел.-день в рублях.
Снижение трудоемкости Х в процентах определяется по формуле