Промежуточная подушка свайного фундамента

Содержание

12.2.6. Сейсмостойкость свайных фундаментов (ч.4)
Рекомендации по проектированию свайных фундаментов с промежуточной подушкой для зданий и сооружений, возводимых в сейсмических районах.
Способы доставки
Оглавление
Этот документ находится в:
Организации:
РЕКОМЕНДАЦИИ

12.2.6. Сейсмостойкость свайных фундаментов (ч.4)

В. СВАЙНЫЕ ФУНДАМЕНТЫ С ПРОМЕЖУТОЧНОЙ ПОДУШКОЙ

Свайные фундаменты с промежуточной подушкой применяются в сейсмических районах в тех же грунтовых условиях, в каких применяются обычные свайные фундаменты. Следует отметить, что оба эти типа фундаментов конкурентоспособны между собой и должны применяться на основании технико-экономического обоснования.

Свайные фундаменты с промежуточной подушкой часто могут оказаться экономически более целесообразными, чем традиционные свайные фундаменты. Для того чтобы свайные фундаменты с промежуточной подушкой обеспечивали восприятие и распределение сейсмических нагрузок требуемым образом, необходимы определенные соотношения между размерами свай, оголовков и промежуточной подушки. В связи с этим толщина промежуточной подушки над оголовками свай назначается в зависимости от расчетной нагрузки, приходящейся на одну сваю, и составляет 40 см при нагрузках до 600 кН и 60 см при нагрузках более 600 кН. Размеры промежуточной подушки в плане должны быть больше размеров фундаментного блока не менее чем на 30 см в каждую сторону. Размеры фундаментного блока в плане, должны быть не менее размеров свайного куста по наружным граням оголовков. Независимо от формы поперечного сечения сваи оголовки могут приниматься квадратной формы в плане, при этом длина стороны оголовка должна находиться в пределах

где а — длина стороны оголовка, см; b_p — диаметр круглого, или длина стороны квадратного, или длина большей стороны прямоугольного поперечного сечения ствола сваи, см; l_i — расстояние между осями свай, см.

Толщина железобетонного оголовка над плоскостью торца сваи должна быть не менее a – b_p .

Порядок устройства этих фундаментов может быть принят следующим: сначала разрабатывают котлован (приямки, траншеи), в который погружают забивные сваи или в котором изготовляют набивные сваи. Затем бетонируют оголовки. После того, как бетон оголовков наберет достаточную прочность, отсыпают промежуточную подушку с послойным уплотнением: первый слой отсыпают таким образом, чтобы его толщина над оголовками составляла 20 см, толщина следующих слоев должна быть не более 10–15 см. Когда подушка отсыпана до проектной отметки, на ней устраивается монолитный или сборный фундаментный блок.

Требования по контролю плотности промежуточной подушки являются важными и следует подчеркнуть, что их необходимо строго выдерживать. Промежуточная подушка является существенным элементом рассматриваемой конструкции свайного фундамента, она воспринимает и передает значительные нагрузки и в процессе эксплуатации может подвергаться действию разнообразных факторов (например, динамические нагрузки, подземные воды и пр.). Следовательно, прочность подушки должна быть достаточно высокой, в связи с чем ее необходимо уплотнять до максимально возможного значения плотности для принятого материала подушки. При расчете по первому предельному состоянию следует выполнять обычное условие, в соответствии с которым несущая способность фундамента должна быть не меньше действующей на него нагрузки (как при основном, так и при особом сочетании нагрузок).

Поскольку значительные горизонтальные сейсмические нагрузки на сваи не передаются, то и расчет сваи на воздействие горизонтальных сил не производится. Расчет рассматриваемых фундаментов на сейсмические нагрузки сводится к проверке здания на сдвиг по подошве фундаментного блока, при этом коэффициент трения бетона по поверхности промежуточной подушки принимается равным 0,4, а коэффициент запаса на сдвиг — не менее 1,2. Кроме того, необходимо произвести проверку общей устойчивости на опрокидывание относительно фундаментного блока. При воздействии моментных нагрузок на фундамент необходимо, чтобы расстояние от края подошвы блока до нулевой ординаты треугольной эпюры давления сжатия не превышало 1/3 ширины подошвы в направлении действия момента. При расчете свайных фундаментов с промежуточной подушкой рекомендуется среднее давление на контакте промежуточной подушки и сваи (отношение расчетной нагрузки, приходящейся на одну сваю, к площади ее контакта с промежуточной подушкой) назначать таким, чтобы оно не превосходило 2,5 МПа. В необходимых случаях для увеличения площади контакта, т.е. уменьшения среднего давления, следует устраивать на сваях железобетонные оголовки. Расчет оголовков выполняется на действие равномерно распределенной нагрузки, равной среднему давлению на контакте с промежуточной подушкой.

Фундаментный блок рассчитывается как ростверк свайного фундамента, при этом предполагается, что подошва блока опирается непосредственно на сваи.

Свайные фундаменты с промежуточной подушкой, кроме того, должны отвечать требованиям расчета по деформациям при основном сочетании нагрузок. Осадка фундаментного блока под нагрузкой определяется как сумма осадок промежуточной подушки s_t и свайного куста s_p :

при этом осадка свайного куста определяется в соответствии с указаниями гл. 8 Справочника, а осадка промежуточной подушки — по формуле

где N n _p — нормативная вертикальная нагрузка, действующая на фундамент на уровне низа промежуточной подушки при основном сочетании нагрузок; h_t — толщина промежуточной подушки над оголовками свай; ΣA_h — площадь всех оголовков свай; Е — модуль деформации уплотненной промежуточной подушки, в зависимости от материала подушки принимаемый равным: для песка средней крупности 15 МПа, для крупного песка и известкового щебня 20 МПа, для гранитного щебня 40 МПа; и случае применения других материалов значение Е можно принимать равным половине значения модуля деформации, определенного в приборе трехосного сжатия.

Пример 12.9. Требуется рассчитать свайный фундамент с промежуточной подушкой под колонну производственного здания, возводимого на площадке с расчетной сейсмичностью 8 баллов. Расчетные нагрузки, действующие по верхнему обрезу фундамента, составляют: при основном сочетании N = 1900 кН; M = 120 кН·м; F_h = 80 кН; при особом сочетании N = 1600 кН; M = 300 кН·м; F_h = 200 кН. С поверхности до глубины 7 м залегает слой мягкопластичного суглинка ( I_L = 0,6), подстилаемый крупными плотными песками.

Сваи забивные железобетонные сечением 30×30 см и длиной 8 м. Несущая способность свай с учетом дополнительного коэффициента условий работы (промежуточная подушки подстилается суглинком с I_L = 0,6 N = 1703 кН; M = 540 кН·м.

Расчетную нагрузку на сваю определяем но формуле (26) СНиП II-17-77:

;

Таким образом, максимальная погрузка на само меньше расчетной допускаемой, а минимальная нагрузка положительна, т.е. отрыва подошвы не происходит.

Площадь оголовка в плане должка быть не менее N‘_max /2500 = 725/2500 = 0,29 м 2 = 2900 см 2 . Принимаем квадратные оголовки с длиной стороны a = 55 см и площадью 3025 см 2 > 2900 см 2 , в этом случае удовлетворяется условие (12.106). Площадь оголовка на всех четырех сваях составляет ΣA_h = 3025·4 = 12 100 см 2 .

Толщину оголовка над плоскостью торца сваи принимаем равной 30 см, что больше, чем a – b = 55 – 20 = 25 см. Свая заводится в оголовок на 10 см.

Толщину промежуточной подушки оставляем равной 60 см, поскольку вертикальная нагрузка, приходящаяся на сваю, больше 600 кН. Подушка выполняется из известкового щебня фракции 20—40 мм с модулем деформации E = 20 МПа. Конструктивная схема фундамента показана на рис. 12.17.

Проверяем фундамент на сдвиг по подошве фундаментного блока. Сдвигающая нагрузка равна 200 кН. удерживающая сила при коэффициенте трения между фундаментным блоком и подушкой, равном 0,4 составляет 1600·0,4 = 640 кН. Коэффициент запаса на сдвиг определяется как отношение удерживающего и сдвигающего усилий, т.е. 640/200 = 3,2 > 1,2.

Для расчета по деформациям выделяем нормативную вертикальную нагрузку при основном сочетании учетом собственного веса фундамента, равного 103 кН. принимаем осредненный коэффициент перехода к нормативным нагрузкам, равным 1,15:

Осадку промежуточной подушки определяем по формуле (12.107):

= 0,043 м = 4,3 см.

Осадка свайного куста составляет s_p = 2,9 см. Общая осадка фундамента s = 4,3 + 2,9 = 7,2 см, что меньше допустимой для данного типа зданий осадки, равной 8 см.

Сорочан Е.А. Основания, фундаменты и подземные сооружения

Источник

Дата введения	01.02.2020
Добавлен в базу	01.09.2013
Актуализация	01.02.2020

Настоящие «Рекомендации» разработаны НИИ основании им. Н. М. Герсеванова при участии института «Фундамент-проект» на основе результатов исследований работы свайных фундаментов с промежуточной подушкой, выполненных на специальном полигоне в г. Кишиневе, а также с учетом результатов внедрения этой конструкции на ряде объектов строительства.

Целью «Рекомендаций» является распространение в практике проектирования и строительства в сейсмических районах конструкции свайных фундаментов с промежуточной подушкой, позволяющей значительно уменьшить величины горизонтальных сил на сваи, передать часть вертикальных нагрузок грунту, а также исключить влияние на несущую способность свай колебаний сооружения.

Экспериментальные исследования свайных фундаментов с промежуточной подушкой выполнены под руководством д. т. н. Д. Д. Баркана, к. т. н. В. М. Шаевича и инж. Г. Н. Межевого.

Рекомендации составлены д. т. н. Д. Д. Барканом, к. т. н. В. М. Шаевичем, инж. Г. Н. Межевым (НИИ оснований им. Н. М. Герсеванова) и к. т. н. Ю. Г. Трофименковым, к. т. н. М. Н. Пинком, инж. Р. Е. Ханиным (институт «Фун-даментпроект»).

I. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

1.1. Настоящие «Рекомендации» распространяются на проектирование свайных фундаментов с промежуточной подушкой для зданий и сооружений, возводимых на площадках сейсмичностью 7, 8 и 9 баллов.

Принципиальная схема конструкции приведена на рис. 1.

Примечание: Настоящие рекомендации не распростра

няются на проектирование свайных фундаментов с промежуточной подушкой в вечномерзлых грунтах, заторфованных и набухающих грунтах, просадочных грунтах II типа, на подрабатываемых территориях, на площадках с оползневыми явлениями и карстами.

Оф.б. = 620 + 337 = 957 кПа Оф.б. = 620 — 337 = 283 кПа.

Из полученных величин напряжений под подошвой фундаментного блока видно, что отрыва не происходит (эпюра напряжений имеет один знак), что удовлетворяет требованиям п. 2.5. «Рекомендаций».

Проверка фундаментного блока на сдвиг

Сдвигающим усилием являются горизонтальные сейсмические силы

Коэффициент трения фундаментного блока по промежуточной подушке задан равным 0,4.

Удерживающая сила будет равна

Р_Уд = UN X Ктр = 3000 X 0,4 = 1200 кН.

Коэффициент запаса на сдвиг будет равен: ₂“ =

Так как S_CB выполняется по действующим СНиП И—Б. 1—62* и СНиП II—Б. 5—67*, в настоящем примере

эти расчеты не приводятся. N H = —— : 5 = 500 кН —

нормативная вертикальная нагрузка, приходящаяся на 1 сваю. 500 X 0,6

Сумма S„ и S_cв не должна быть больше величины S_Bpr регламентированной СНиП II—Б. 1—62* для заданной конструкции здания.

Далее производится расчет фундаментного блока и оголовка как ж. б. элементов в соответствии с действующим СНиП II—В. 1—62*.

После получения технико-экономических показателей запроектированной конструкции выполняется сравнение с другими вариантами и осуществляется окончательный выбор конструкции фундамента.

Рис 1. Схема фундамента с промежуточной

фундаментной блок, 2 — промежуточна? подушка; 3

d/c.S. оголовки ■ 4- yfc-5. сваи;5-поверхность

Ж.$. оголо!ок uj бетон о Р

Контур ж 6. С Sou

Ж. 8, oeojcSp* _у. и$ бетона М ш Ш

Ж 8 оголо/ок изТётокй М’З/о

, Контур ж 8 с8аи

Контур ж 8 сбои сеч иоо»Ооо

Ok. 6. о голо Сон для с8ай сеч. 300*500мм

Ж. 6 оголоСок для сСай сеч. 550Ж. 5. огопаСок дл/) сСай сеч 400*400 мм

Рис. 2. Констоикти8н(/е схемб/ ж. 5 огалоСкаС сСай^

Рис. 3 Схемл опЬ/ г йог о ЯРь’ндлмЕнтл^

3fC‘6. С8Лft] 2-ofc.B оголовок] 3- промежуточна ft

подушкл; 4 — сгал6нЬ/е злементб/ дл/t измерение п£р£-

МВщений сели; 5- стллбнб/зкожухи дл/t изол/ции

Элементов 4 от промежуточной подушки; 6- т 8кПа filO/dla,

Cl о-30 £ СТ£СГа£ННбШ г Рун г

_6__ К пр и игеру /эле *s£ гя.

I. Общие положения . —

II. Указания по проектированию . 4

III. Указания по испытанию свайных фундаментов с промежуто 1 —

нон подушкой вертикальной статической нагрузкой . 7

Приложение. Пример проектирования и расчета свайного фундамента с промежуточной подушкой. 9

1. 2. Применение свайных фундаментов с промежуточной подушкой следует производить на основании технико-экономического сравнения различных вариантов фундаментов.

1.3. На основе натурных исследований, установлено, что конструкция свайного фундамента с промежуточной подушкой практически исключает передачу на сваи горизонтальных нагрузок от верхних конструкций, возникающих при сейсмических воздействиях, в связи с чем при проектировании свай горизонтальные сейсмические нагрузки не учитываются.

II. УКАЗАНИЯ ПО ПРОЕКТИРОВАНИЮ

2. 1. Проектирование свайного фундамента с промежуточной подушкой включает:

— назначение конструкции сечения и длины свай, определение их несущей способности;

— определение необходимого количества свай в фундаменте для восприятия вертикальных нагрузок и конструирование свайного куста;

— определение размеров фундаментного блока и подушки;

— расчет оголовка как ж. б. элемента;

— расчет конструкции фундаментного блока, устанавливаемого на промежуточную подушку;.

— расчет фундаментного блока на отрыв;

— расчет на сдвиг по подошве фундаментного блока от действия горизонтальных сейсмических сил;

— расчет фундамента с промежуточной подушкой по деформациям (по осадкам).

2. 2. Несущая способность свай определяется на основании данных отчета по инженерно-геологическим изысканиям по СНиП II—Б. 5—67*, при этом коэффициент условия работы принимается: т — 1, — когда промежуточная подушка подстилается рыхлыми, пылеватыми и мелкими песчаными грунтами, глинистыми грунтами с консистенцией В > 0,75, а также илистыми и предварительно неуплотненными просадоч-ными грунтами;

т — 1,2 — для всех остальных грунтов.

Примечание: конструкция свай назначается такой же, как и для несейсмических районов.

2.3. Количество свай определяется исходя из величин нагрузок, действующих на фундамент, и принятой несущей способности свай согласно указаниям СНиП II—Б. 5—67*, как для обычного свайного фундамента.

2.4. Минимальное расстояние между осями свай в кусте рекомендуется принимать равным 3 диаметрам.

2. 5. Отрыв подошвы фундаментного блока не должен превосходить Vs ее размера в плоскости момента.

2.6. Промежуточная подушка может выполняться из материалов, указанных в табл. 1, уплотняемых до объемной массы 2 т/м 3 с контролем качества уплотнения.

2. 7. Толщина промежуточной подушки над оголовками свай назначается в зависимости от принятой в проекте несущей способности сваи на вертикальную нагрузку и составляет:

— при нагрузках до 600 кН — 40 см,

— при нагрузках более 600 кН — 60 см.

2. 8. Размеры фундаментного блока в плане должны быть не менее размеров свайного куста по наружным граням оголовков.

2.9. Размеры промежуточной подушки в плане должны быть увеличены по сравнению с размерами фундаментного блока не менее чем на 300 мм с каждой стороны.

2. 10. Проектная отметка верха свай назначается из условия запуска неразрушенной части сваи в ж. б. оголовок на 100 мм. Арматура сваи срезается заподлицо с плоскостью торца сваи.

2. 11. Ж. б. оголовки рекомендуется надевать на головы свай свободно, при этом зазоры между наружными гранями свай и боковыми гранями стаканной части оголовка рекомендуется принимать не менее 10 мм.

2. 12. Размер а стороны квадратного в плане ж. б. оголовка должен находиться в пределах

где d — размер стороны поперечного сечения сваи;

L — расстояние между осями свай в кусте;

при этом также необходимо соблюдение условия

где N — расчетная вертикальная нагрузка, приходящаяся на 1 сваю;

For — площадь оголовка сваи.

2. 13. Толщина ж. б. оголовка над плоскостью торца сваи должна быть не менее а — d.

2. 14. Пример конструирования квадратных в плане ж. б. оголовков приведен на рис. 2.

2. 15. Расчет оголовков как ж. б. элемента выполняется в соответствии с требованиями СНиП II—В. 1—62*.

2. 16. Фундаментный блок, устанавливаемый на промежуточную подушку, рассчитывается, как фундамент на естественном основании в соответствии с указаниями пп. 7.62, 7.63 СНиП II—В. 1—62*, от вертикальных реакций свай.

2. 17. Расчет на сдвиг по подошве фундаментного блока выполняется по п. 3.77 СНиП II—А 12—69, при этом:

— коэффициент запаса на сдвиг рекомендуется принимать не менее 1,2;

— коэффициент трения бетона по поверхности промежуточной подушки следует принимать равным 0,4.

2. 18. Расчет свайного фундамента по деформациям состоит из определения осадки свайного куста S_CB, осадки промежуточной подушки 5_П и общей осадки фундамента 5ф/

2. 19. Осадка свайного куста определяется в соответствии с указаниями СНиП II—Б. 1—62* и СНиП II—Б. 5—67*.

2.20. Осадка промежуточной подушки вычисляется по формуле

где N 11 — нормативная вертикальная нагрузка, приходящаяся на 1 сваю;

h — толщина промежуточной подушки;

Е — модуль деформации уплотненной промежуточной подушки, принимаемый в зависимости от материала подушки согласно табл. 1.

for — площадь оголовка

Модуль деформации в МПа

Наименование материала подушки

1. Грунтогравийные и грунтощебеночные смеси:

2. Песок крупнозернистый 20

3. Песок среднезернистый 15

4. Кислые доменные шлаки 25

5. Дресва из изверженных пород 25

6. Грунтощебеночные смесь с суглинистым заполнителем 25

Примечай и е: Для грунтогравийных и грунтощебеночных смесей (и. 1 таблицы) меньшие значения модулей деформации относятся к грунтогравийному материалу, большие — к грунтощебеночному.

III. УКАЗАНИЯ ПО ИСПЫТАНИЮ СВАЙНЫХ ФУНДАМЕНТОВ С ПРОМЕЖУТОЧНОЙ ПОДУШКОЙ ВЕРТИКАЛЬНОЙ СТАТИЧЕСКОЙ НАГРУЗКОЙ

3. 1. Испытания свайных фундаментов с промежуточной подушкой вертикальной статической нагрузкой следует проводить на стадии изысканий. Количество испытаний должно составлять 1% от общего числа свай для зданий или сооружений, но не менее двух.

3.2. Испытаниями свайных фундаментов с промежуточной подушкой статической нагрузкой определяются несущая способность свай и осадка промежуточной подушки S_n, соответствующая нормативной нагрузке на сваю.

3. 3. Опытный фундамент устраивается односвайным, при этом площадь квадратной подошвы фундаментного блока принимается равной 1 м 2 , а его высота — не менее 0,8 м. Промежуточная подушка выполняется с послойным уплотнением до заданной в проекте плотности, которая устанавливается контрольными измерениями; толщина подушки принимается но проекту, ее размер в плане — в соответствии с указаниями п. 2,9 настоящих «Рекомендаций».

3. 4. Испытания опытного фундамента вдавливающей статической нагрузкой могут производиться с использованием загрузочных платформ, либо с помощью домкрата, передающего реактивные усилия на анкерные сваи или анкерные установки с пригрузом.

3.5. Порядок загружения, требования к измерительным приборам, устройство реперной системы, время выдержки нагрузок, условия затухания осадок, установка приборов, построение графиков испытаний и определение нагрузки, до которой должны быть доведены испытания, принимаются в соответствии с указаниями ГОСТ 5686-69 «Сваи и сваи-оболочки. Методы полевых испытаний».

3.6. При испытаниях фундаментов вдавливающей статической нагрузкой следует производить измерения перемещений свай и фундаментного блока, а также величины нагрузки, передающейся на сваю.

Примечания. 1. При измерении перемещений сван необходимо обеспечить изоляцию элементов, соединяющих сван с измерительными приборами, от промежуточной подушки. Конструкция соответствующего устройства, примерная схема которого приведена на рис. 3, должна быть предусмотрена программой испытаний.

2. Измерение нагрузки, передающейся на сваю, может производиться с помощью датчиков-динамометров, устанавливаемых на оголовки свай или вмонтированных в них. Конструкция датчиков, их размещение и схема измерений должны быть предусмотрены программой испытаний.

3. Если при испытаниях нет возможности производить измерение величины нагрузки, передающейся на сваю, необходимо выпол-

нить испытания отдельно сваи, которая или входит в состав опытного фундамента или забита в непосредственной близости ст него. Свая, входящая в опытный фундамент, должна быть испытана не ранее, чем через б суток после испытаний опытного фундамента.

3. 7. На основании результатов испытаний опытных фундаментов вдавливающей статической нагрузкой строятся графики (рис. 4) зависимости осадок 5ф, S_CB (фундаментного блока и сваи) от нагрузки Р$ на фундамент — $ф = 5ф(Рф) и S_cn = 5_св(Рф) и графики зависимости осадки сваи 5_СВ от нагрузки Реп, передающейся на сваю,— 5_СВ = 5_СВ(Р_Св)-

3.8. Нормативное сопротивление сваи и ее несущая способность устанавливаются на основании графика 5_СВ=5_СВ(Р_СВ) в соответствии с указаниями главы СНиП II—Б. 5—67*.

3. 9. Осадка S_u промежуточной подушки определяется по графикам 5ф = 5ф(Рф) и 5_СВ == 5_св(Рф), как разность между осадками фундаментного блока и сваи, вызванными такой нагрузкой на фундаментный блок, при которой на сваю передается нагрузка, равная нормативному значению.

ПРИМЕР ПРОЕКТИРОВАНИЯ И РАСЧЕТА СВАЙНОГО ФУНДАМЕНТА С ПРОМЕЖУТОЧНОЙ ПОДУШКОЙ

Целью настоящего примера является иллюстрация методики проектирования и последовательности расчетов свайного фундамента с промежуточной подушкой по «Рекомендациям».

В пример включены элементы проектирования, отражающие специфику рассматриваемой конструкции свайного фундамента.

Исходными данными для проектирования являются:

— материалы инженерно-геологических изысканий с характеристиками грунтов, приведенные на рис. 5.

— схема нагрузок на фундамент, показанная на рис. 6, и величины нагрузок на фундамент (по основному и особому сочетаниям), приведенные в таблице 2.

Проектирование фундамента с промежуточной подушкой производится в объеме, указанном в пункте 2. I.

Источник

Разработан	Институт Фундаментпроект Госстроя СССР
Разработан	НИИ оснований им. Н.М. Герсеванова
Издан	Издательство ЦК КП Молдавии	1974 г.

Промежуточная подушка свайного фундамента

12.2.6. Сейсмостойкость свайных фундаментов (ч.4)

Рекомендации по проектированию свайных фундаментов с промежуточной подушкой для зданий и сооружений, возводимых в сейсмических районах.

Способы доставки

Оглавление

Этот документ находится в:

Организации:

РЕКОМЕНДАЦИИ

Рис 1. Схема фундамента с промежуточной