Проектирование фундаментов

                              (3.3)

где расчетная нагрузка на уровне подошвы ростверка, допускается принять без учета веса фундамента, ростверка и грунта на их уступах, т.е. ;

коэффициент надежности, принимаемый по П4 [10].

Принимаем 2 сваи.

Конструирование ростверка с 2 сваями (см. рис. 7) производим в соответствии с конструктивными требованиями [4].

Нагрузка  на фундамент в уровне обреза =1500 кН, = 150 кН×м. Сечение сваи 350х350мм. Несущая способность одной сваи, полученная = 1290,45кН. Размеры стакана под колонну 1200х2100 мм. Высота стакана – 1500 мм.

Минимальный расход бетона на изготовление ростверка  будет при минимальном расстоянии между осями свай a =3×d =3×350=1050 мм. Минимальные свесы ростверка за наружными гранями свай приодно рядном расположении свай a₁=0,2×35+5 см=12 см. Общие размеры ростверка:

=1050+2×200+2×120=1690 мм;

=2×1050+2×200+2×120=2740 мм.

Полученные  размеры больше размеров подколонника. Следовательно, при минимальном  расстоянии между сваями полученные размеры ростверка удовлетворяют  всем конструктивным требованиям. Высоту ростверка с учетом жесткой заделки сваи принимаем равной 0.4 м.

Примем  размеры: b=1800 мм, l=2700 мм, высота ростверка h_р=400 мм, высота стакана h_ст=1500 мм, расстоянии между осями свай a =5×d =5×350=1750 мм

 

Рисунок 8– Схема конструирования ростверка.

3.4 Проверка несущей  способности наиболее загруженной  сваи

Для центрально загруженного фундамента должно выполняться  условие:

                                                     (3.4)

Значение  расчетной нагрузки действующей  на уровне подошвы ростверка:

                                          (3.5)

где вес ростверка, фундамента и грунта на его уступах, определяемый с коэффициентом надежности по нагрузке .

расчетная нагрузка на уровне обреза фундамента.

 

G_FI=1,10∙12·[(1,8·2,7·0,5-0,35·0,35·0,4·2)+(2,1·1,2·1,5-0,6·1,5·1,25)]+ 17,0·0,15·(2,7·1,8-1,75·0,5)+ 17,0·0,6·(2,7·1,8-1,2·2,1)+17,5∙1,4·(2,7·1,8-1,2·2,1)=157,188кН.

 

_{Полная  нагрузка на уровне подошвы ростверка}

 

 

Определим нагрузку на крайнюю сваю и проверим условие (3.4):

 

Таким образом, максимальная нагрузка на сваю не превышает  ее несущей способности. Следовательно, ростверк сконструирован правильно.

3.5Определение размеров условного фундамента

Расчет  свайного фундамента по деформациям  основания производится аналогичным  образом, как и фундамента на естественном основании с использованием метода послойного суммирования, согласно п.п.5.14 [10].

При этом рассматривается  условный фундамент глубиной заложения  равной глубине погружения нижнего  конца сваи и размерами в плане  ограничиваемыми наклонными, выходящими от наружных граней свайного куста  под углом к вертикали . Угол представляет собой осредненное расчетное значение угла внутреннего трения грунта, определяемое по формуле:

                               (3.6)

где – расчетное значение угла внутреннего трения i-го слоя, прорезаемого сваей;

– толщина  прорезаемого сваей i-го слоя.

Определим границы условного фундамента.

 

Размеры условного  фундамента в плане:

 

(3.7)

 

где – длина и ширина подошвы условного фундамента;

расчетная длинна сваи.

 

Рисунок 9  – Определение размеров условного фундамента.

3.6Проверка давления под подошвой условного фундамента

Давление  под подошвой условного фундамента при определении осадки методом  послойного суммирования не должно превышать  расчетного сопротивления основания R.

При этом необходимо учитывать, что . Полная нагрузка на основание условного фундамента будет равна:

                              (3.8)

где – расчетная нагрузка по II группе предельных состояний на уровне образе фундамента;

– вес конструкции  фундамента и ростверка:

G_II,p=1,10∙12·[(1,8·2,7·0,5-0,35·0,35·0,4·2)+(2,1·1,2·1,5-0,6·1,5·1,25)]=63,426 кН

– вес свай:

 

– вес грунта в объеме условного  фундамента.

 

 

Величина  расчетного сопротивления грунта (R_y), кПа, под подошвой условного фундамента для зданий без подвала определяется по [5] по формуле:

 

 

 

где γ_с1= 1,25, γ_с2=1,0 – коэффициенты условий работы, принимаемые по таблице B.1 [5];

k =1,1, т. к. прочностные характеристики грунта (φ и с) определены по таблицам СНБ;

М_y=1,340, М_q=6,430, М_c=8,550 – коэффициенты, принимаемые по таблице В.2 [5];

k_z– коэффициент, принимаемый равным: k_z = 1 при b < 10;

b = 3,3 м – ширина подошвы фундамента, м;

- осредненное расчетное значение удельного веса грунтов, залегающих выше подошвы фундамента:

 кН/м;

 

- осредненное расчетное значение удельного веса грунтов, залегающих ниже подошвы фундамента:

 кН/м;

- приведенная глубина заложения наружных и внутренних фундаментов от пола подвала:

 

где h_s = 6,75 – толщина слоя грунта выше подошвы фундамента со стороны подвала, м;

h_cf = 0,1 – толщина конструкции пола подвала, м;

γ_cf = 22 – расчетное значение удельного веса материала пола подвала, кН/м³

c_II = 39,20 – расчетное значение удельного сцепления грунта, залегающего непосредственно под подошвой фундамента, кПа;

 

Выполняем проверку давления под подошвой условного  фундамента:

 

Проверка выполняется.

3.7Определение осадки свайного фундамента

Определение осадки свайного фундамента производится в той же последовательности, что  и фундамента на естественном основании.

Вычисляем ординаты эпюры природного давления и вспомогательной эпюры , необходимой для определения глубины расположения нижней границы сжимаемой толщи грунта:

- на поверхности  земли (отметка природного рельефа  NL):

 

- на уровне остриясвай:

;

- на уровне  острия свай с учетом взвешивающего действия воды:

;

- на уровне подошвы фундамента:

;

- на уровне  подошвы фундамента с учетом  взвешивающего действия воды:

;

- на контакте  1-го и 2-го слоёв:

;

;

- на контакте 2 и 3 слоёв без учёта взвешивающего  действия воды:

; ;

- на контакте 2 и 3 слоёв с учётом взвешивающего действия воды:

; ;

- на контакте  4,2м глубины 3-го слоя:

; ;

Мощность  третьего слоя не установлена, поэтому  напряжение на нижней границе разреза  не устанавливается.

Полученные  значения ординат эпюры природного давления и вспомогательной эпюры 0,2 вынесены на расчетной схеме.

Определяем  дополнительное давление под подошвой фундамента:

кПа.

Разбиваем основание под подошвой фундамента на элементарные слои с учетом требований п.п.2.3.2 [3]. Для удобства вычисления толщину  элементарного слоя принимаем кратной  таким образом, чтобы  была кратной 0,4, т.е. кратной:

=0,4×3,3/2=0,66 м.

Ординаты  эпюры дополнительного давления определяем по формуле Значения находим по табл. Б.1 [9] при h =1/b=4,2/3,3=1,27. Результаты расчета приведены в табл.9. Расчетная схема определения осадки основания представлена в графической части курсового проекта.

Полученные  значения ординат эпюры наносим  на расчетную схему. В точке пересечения  эпюры дополнительных давлений со вспомогательной  эпюрой находим нижнюю границу сжимаемой толщи.

Определяем  осадку каждого слоя грунта основания  по формуле (Б.1) приложения Б [6], что  удобнее делать для каждого ИГЭ  в отдельности:

 

 

где– среднее значение дополнительного вертикального нормального напряжения в i-ом слое грунта, равное полусумме указанных напряжений на верхней (z_i-1) и нижней (z_i) границах слоя по вертикали, проходящей через центр подошвы фундамента. МПа;

h_i– толщина i-го слоя грунта, м;

Е_i– модуль деформации i-го слоя грунта, МПа;

n–число слоев, на которое разбита сжимаемая толща основания (табл. 9).

Считаем осадку только в границах сжимаемой толщи.

Осадка  фундамента:

 

 

где – средняя осадка по прил. Б табл. Б.1 [5].

Таблица 9 – Результаты расчета напряжений в грунте

№ ИГЭ	z, м	ζ=2z/b	α	σzp кПа	σzpi кПа
1	0	0	1	56,98	56,07
3	0,66	0,4	0,968	55,16	51,28
	1,32	0,8	0,832	47,41	42,42
	1,98	1,2	0,657	37,44	33,11
	2,64	1,6	0,505	28,77	25,47
	3,3	2	0,389	22,17	19,72
	3,96	2,4	0,303	17,26	15,50
	4,62	2,8	0,241	13,73	-

 

3.8Подбор сваебойного оборудованияи определение отказа сваи

Вес сваи:

 кН

Расчетная нагрузка на крайнюю сваю:

кН

Определим требуемую минимальную  энергии удара молота для забивки  свай:

кДж                  (3.9)

По приложению 5 [4] выбираем трубчатый дизель-молот  С-949. Его наибольшая энергия удара E_h = 38 кДж, масса ударной части молота 2,5 т., масса молота с кошкой 5,8 т, молот работает с частотой 43-55 ударов в минуту. Наибольшая высота подъема части 2,8 м.

Проверяем, удовлетворяет ли выбранный тип  молота условию:

- условие  выполняется.

где m₁− масса молота;

m₂− масса сваи;

m₃ − масса подбабка (m₃ = 0);

K − коэффициент применимости молота.Для трубчатых дизель-молотов при забивке железобетонных свай К = 0,6 т/кДж.

Определим контрольный отказ железобетонной сваи:

                            (3.10)

где − коэффициент, зависящий от материала сваи (для железобетонных свай h = 1500 кН/м²);

м²−площадь сваи;

−расчетная  энергия удара молота;

 − коэффициент  восстановления удара, принимаемый  при забивке свай ;

−несущая  способность сваи.

м

Ориентировочно  определим, на какое расстояние погружается  свая за одну минуту работы дизель-молота:

м/мин                            (3.11)

С некоторым  приближением можем определить время  забивки сваи:

 

мин                                         (3.12)

 

4 Технико-экономическое  сравнение вариантов фундаментов

Для упрощения  расчета рассмотрим затраты необходимые  для устройства фундамента под центральной  колонной:

Фундамент стаканного типа

Наименование  работ	Единицы измерения	Объем	Стоимость
			Единицы	Общая
Земляные работы Разработка  грунта под фундаменты	м3	25,10	4,7	117,97
Устройство фундаментов Фундаменты  ж/б монолитные отдельные (под колонны)	м3	4,4	87,1	383,24
Уплотнение грунтов Уплотнение  грунта трамбовками	м3	25,74	0,21	5,41