Расчет осадки свайного фундамента как условного фундамента.
Осадка большеразмерного свайного фундамента (свайного поля) подсчитывается по формуле:
где sef — осадка условного фундамента;
Δsp — дополнительная осадка за счет продавливания свай на уровне подошвы условного фундамента;
Δsс — дополнительная осадка за счет сжатия ствола свай.
Границы условного фундамента (см. рисунок 2.18) определяют следующим образом:
Рисунок 2.18. Определение границ условного фундамента при расчете осадки свайных фундаментов
снизу — плоскостью АБ, проходящей через нижние концы свай;
с боков — вертикальными плоскостями АВ и БГ, отстоящими от осей крайних рядов вертикальных свай на расстоянии 0,5 шага свай (рисунок 2.18, а), но не более 2d (d — диаметр или сторона поперечного сечения сваи), а при наличии наклонных свай — проходящими через нижние концы этих свай (рисунок 2.18, б);
сверху — поверхностью планировки грунта ВГ.
Расчет осадки условного фундамента производят методом послойного суммирования деформаций линейно-деформируемого основания с условным ограничением сжимаемой толщи (см. Свод правил СП 22.1333.2011. Основания зданий и сооружений. Актуализированная редакция СНиП 2.02.01-83*.
Вертикальное нормальное напряжение σzр, определяющее деформации и глубину сжимаемой толщи, подсчитывается только от действия нагрузки, приложенной к свайному фундаменту, т.е. вес грунта в пределах условного фундамента не учитывается. Начальные напряжения σzи определяются с учетом отрывки котлована.
Возможен также трехмерный численный расчет осадки условного фундамента как анизотропного массива с учетом его конечной жесткости на сдвиг по вертикальным плоскостям.
Примечание — При расчете оснований опор мостов условный фундамент допускается принимать ограниченным с боков вертикальными плоскостями АВ и БГ, отстоящими от наружных крайних рядов вертикальных свай на расстоянии h (tgφll,n/4).
Величина осадки продавливания Δsp зависит от шага свай в свайном поле, причем шаг может быть переменным. Расчет следует выполнять применительно к цилиндрическому объему (ячейке), в пределах которого все точки находятся ближе к оси данной сваи, чем к осям остальных свай (это не относится к крайним сваям).
Площадь горизонтального поперечного сечения ячейки равна а 2 , где а — шаг свайного поля в окрестности данной сваи. Грунт в объеме ячейки делится на две однородные части: в пределах длины сваи l с модулем общей деформации Е1 и коэффициентом поперечной деформации v1, а ниже — с аналогичными параметрами Е2 и v2. (В общем случае неоднородного по глубине основания эти параметры получаются осреднением, см. рисунок 2.)
Рисунок 2.19. Расчетная схема метода ячейки
Внешняя нагрузка на ячейку составляет Р = pΩ. В случае однородного основания (Е1 = Е2, v1 = v2) осадка продавливания равна
(2.18)
где d — диаметр сваи.
Для идеальной сваи (Е1 = 0)
(2.19)
где 
.
В общем случае 0
5. Определение несущей способности сваи по грунту. Расчетный метод с использо ванием характеристик физического состояния грунтов.
6. Метод пробных статических нагрузок (статический метод). Понятие об «отды-
7. Динамический метод с использованием «отказа» сваи. Теоретические основы метода. Остаточный и упругий «отказ».
8. Метод зондирования грунтов (общее представление).
9. Анализ достоинств и недостатков рассмотренных методов.
10. Характерные ошибки при использовании динамического метода и объективные причины его «старения». Область использования методов определения несущей способности сваи по грунту.
11. Расчетная нагрузка на сваю. Особенности работы висячих свай в кусте.
12. Правила компоновки свай в кусте, при ленточном расположении и в свайном поле.
13. Работа свай в кусте при внецентренном загружении.
14. «Негативное» трение грунта и его учет при определении несущей способности сваи.
15.Расчет основания свайного фундамента по деформациям. Расчет осадки основания при кустовом, ленточном и при одиночном расположении свай по нормативным методикам СНиП 2.02.03-85 и СП24.1333.2011.
16. Особенности расчета осадки в случае действия «негативного» трения грунта. О
Источник
Определение осадки свайного фундамента, расчет осадки свайного фундамента
Статья расскажет о том, что такое осадка свайного фундамента, какие факторы на нее влияют, а также о том, как выполняется расчет осадки свайного фундамента.
Содержание статьи:
Осадка свайного фундамента – это перемещение свай под действием нагрузок и изменение их высотного уровня, возникающее в процессе их эксплуатации.
Как правило, причиной осадки становятся ошибки в расчетах восприимчивости фундамента к нагрузкам, допущенные на стадии проектирования. В результате в основании используются сваи с некорректными конструктивными параметрами: недостаточной длины или сечения (если речь идет о железобетонных конструкциях), с недостаточным диаметром или количеством лопастей (в случае с винтовыми конструкциями) и т.п.
Осадка может возникать под действием следующих факторов:
- недостаточная несущая способность грунта;
- значительные нагрузки на фундамент от массы здания, снегового и ветрового давления, эксплуатационных воздействий.
1. Расчет осадки свайно-винтового фундамента
Расчеты по деформациям свайного фундамента сводятся к определению осадки всего фундамента или отдельной сваи.
При расчете осадок группы свай необходимо учитывать их взаимное влияние. Данный расчет является весьма сложным, и задача решается с помощью трехмерного численного моделирования условного фундамента как анизотропного массива с учетом его конечной жесткости на сдвиг по вертикальным плоскостям.
Расчет осадки одиночных свай, прорезающих слой грунта, рассматривают как линейно-деформируемое полупространство, характеризуемое модулем сдвига G2 и коэффициентом Пуассона v2. При выполнении условии l/d > G1l/G2d > 1 (где l – длина сваи, м, d – наружный диаметр поперечного сечения ствола, м) осадку для винтовой сваи считают как для одиночной сваи с уширением пяты или сваи-стойки.
1.1. Расчет осадки одиночной сваи
Согласно СП 24.13330.2011 «Свайные фундаменты» расчет осадки одиночных свай, прорезающих слой грунта с модулем сдвига G1, МПа, коэффициентом Пуассона v1 и опирающихся на грунт, рассматриваемый как линейно-деформируемое полупространство, характеризуемое модулем сдвига G2 и коэффициентом Пуассона v2, допускается производить при выполнении требований подраздела 7.2 и при условии l/d>5; G1l/G2d>1 (где l – длина сваи, м, d – наружный диаметр поперечного сечения ствола, м) по формуле:
, (7.36)
db – диаметр уширения сваи;
N – вертикальная нагрузка, передаваемая на сваю, МН;
EA – жесткость ствола сваи на сжатие, МН;
A – площадь поперечного сечения сваи;
v – коэффициент Пуассона.
Коэффициент Пуассона для грунта (коэффициент поперечного расширения или коэффициент поперечной деформации или Poisson’s ratio) – это показатель деформируемости грунта, характеризующий отношение поперечных и продольных деформаций грунта (то есть отношение относительных поперечных деформаций к относительным продольным деформациям грунта).
При отсутствии экспериментальных данных, значения коэффициента Пуассона можно принять по п.5.4.7.5 ГОСТ 12248-96:
- для крупнообломочных грунтов равен 0,27;
- для песка составляет от 0,30 до 0,35 (в зависимости от плотности);
- для супеси составляет от 0,30 до 0,35 (в зависимости от плотности);
- для суглинков составляет от 0,35 до 0,37 (в зависимости от плотности);
- для твердой глины (при показателе текучести IL =0) составляет от 0,20 до 0,30 (в зависимости от плотности);
- для полутвердой глины (при показателе текучести IL от 0 до 0,25) составляет от 0,30 до 0,38 (в зависимости от плотности);
- для тугопластичной глины (при показателе текучести IL от 0,25 до 0,5) составляет от 0,38 до 0,45 (в зависимости от плотности);
- для мягкопластичной глины (при показателе текучести IL от 0,5 до 0,75) составляет от 0,38 до 0,45 (в зависимости от плотности);
- для текучепластичной глины (при показателе текучести IL от 0,75 до 1) составляет от 0,38 до 0,45 (в зависимости от плотности).
Меньшие значения коэффициента Пуассона необходимо применять при большей плотности грунта.
G – модуль сдвига, Мпа. Модулем сдвига называется характеристика деформируемости, определяемая отношением приложенного к грунту касательного напряжения к углу сдвига. Этот показатель используется при расчете устойчивости сооружений и массивов грунтов, давления грунтов на ограждения и подземные сооружения, при расчете осадок под свайными фундаментами.
Характеристики G1 и v1 принимаются осредненными для всех слоев грунта в пределах глубины погружения сваи, a G2 и v2 – в пределах 0,5 l, т.е. на глубинах от l до 1,5l от верха свай, при условии, что под нижними концами свай отсутствуют глинистые грунты текучей консистенции, органоминеральные и органические грунты.
Модуль сдвига грунта G = E0 / 2(1+v) допускается принимать равным 0,4E0, а коэффициент kv равным 2,0 (где E0 – модуль общей деформации).
Таким образом, расчет осадки свайного фундамента – достаточно сложная процедура, которая требует применения специальных знаний. Пренебрежение же данными расчетами может привести к негативным последствиям в процессе эксплуатации здания/сооружения.
Источник
5.4. Определение размеров условного фундамента
Определение размеров условного фундамента производится в следующей последовательности.
1. Определяем размеры условного фундамента. Границы условного свайного фундамента определяются следующим образом (рис. 5.3): снизу – плоскостью АБ , проходящей через нижние концы свай; сверху – поверхностью планировки земли; с боков – вертикальными плоскостями АВ и ВБ , отстоящими от нагруженных граней крайних рядов вертикальных
свай на расстоянии h у.ф. tg α , где α – угол распределения напряжений, определяется по формуле
где ϕ II , mt – усредненный угол внутреннего трения в пределах грунта,
пробиваемого сваей (рис. 5.3), определяется по формуле
ϕ 1 h 1 2 + ϕ 2 h 2 + ϕ 3 h 3
= 18 0,35 + 23 2,0 + 37 1,1 = 93,0 = 26,96 ° .
Определяется высота условного фундамента h у.ф. , по формуле
h у.ф. = NL – FL у.ф.
= 159,50 – 155,85 = 3,65 м.
Определяем ширину подошвы условного фундамента b у.ф. :
b у.ф. = 5 d + 2 tg α l св = 5 0,3 + 2 tg 6,74 3,7 = 2,37 м,
где d – диаметр круглой сваи или размер стороны квадратного поперечного сечения сваи, d = 0,3 м; l св – длина сваи без учета заделки в ростверк, определяется по формуле
l св = L св – h з = 4,0 – 0,3 = 3,7 м.
здесь h з – высота (глубина) заделки сваи в ростверк, h з = 0,3 м. 4. Определяем длину подошвы условного фундамента l у.ф. :
l у.ф. = 5 d + 2 tg α l св = 5 0,3 + 2 tg 6,74 3,7 = 2,37 м.
5. Определяем площадь подошвы условного фундамента A у.ф. :
A у.ф. = b у.ф. l у.ф. = 2,37 2,37 = 5,62 м 2 .
6. Определяем собственный вес свай G св :
G св = V св γ m = 1,33 25 = 33,25 кН,
где V св – объём свай, определяется по формуле
V св = A св l св n = 0,09 3,7 4 = 1,33 м 3 ,
здесь A св – площадь поперечного сечения сваи, A св = 0,09 м 2 ; l св – длина сваи без учета заделки в ростверк, l св = 3,7 м; n – количество свай, n = 4 шт; γ m = 25 кН/м 3 – удельный вес бетона сваи.
7. Определяем собственный вес ростверка G р :
G р = V р γ m = 3,375 25 = 84,375 кН,
где γ m = 25 кН/м 3 – удельный вес бетона ростверка; V р – объём ростверка, определяется по формуле
V р = l пл b пл h пл + l п b п h п = 2,1 2,1 0,6 + 0,9 0,9 0,9 = 3,375 м 3 ,
здесь l пл , b пл , h пл , l п , b п и h п – длина, ширина и высота соответственно плиты
и подколонника ростверка.
8. Определяем собственный вес грунта G гр , расположенного на уступах ростверка, определяется по формуле:
G гр = ( V у.ф. – V р – V св ) γ II / = (14,12 – 3,375 – 1,33) 17,5 = 164,76 кН, где V у.ф. – объём условного фундамента грунта (прямоугольник ABCD , рис.
5.3), определяется по формуле:
V у . ф . = A у . ф . h у . ф . = 5,62 3,65 = 14,12 м 3 ,
здесь A у . ф . – площадь подошвы условного фундамента, A у . ф . = 5,62 м 2 ; γ II /
– осреднённое значение удельного веса грунта расположенного на подошве ростверка (при наличии грунтовых подземных вод определяется с учётом
взвешивающего действия воды), принимается равным γ II / = 17,5 кН/м 3 .
9. Определяем среднее давление P у.ф. под подошвой условного
N II + G р + G св + G гр
800,0 + 84,375 + 33,25 + 164,76
10. Определяем расчетное сопротивление грунта основания несущего слоя под подошвой условного фундамента:
R = γ c 1 γ c 2 [ M k z b у ф γ + M q d γ / + ( M q − 1) d b γ / + M c c ] ,
k γ . . II II II II
где γ с 1 и γ с 2 – коэффициенты условий работы, γ с 1 = 1,4 и γ с 2 = 1,34, согласно табл. 3 [1] или прил. 4, табл. 4.1 настоящего учебного пособия; k – коэффициент, k = 1,0, т.к. прочностные характеристики грунта (ИГЭ-3), залегающего под подошвой условного фундамента ( ϕ и c II ), определены непосредственными испытаниями; М γ , М q , М с – коэффициенты, зависящие
от угла внутреннего трения ϕ (п.7, табл. № 47) несущего слоя грунта, принимаются согласно табл. 4 [1] или прил. 5 настоящего учебного
пособия, для ϕ = 37 ° М γ = 1,95, М q = 8,81, М с = 10,37; b у.ф. – ширина условного фундамента, b у.ф. = 2,37 м; k z – коэффициент, k z = 1,0, т.к. ширина условного фундамента b у.ф. = 1,5 d b – глубина подвала – расстояние от уровня планировки до пола подвала, d b = 1,85 м; с II – расчётное значение удельного сцепления грунта, залегающего непосредственно под подошвой
условного фундамента, с II = 1 кПа; γ II / – осредненное расчетное значение удельного веса грунта, залегающего выше подошвы условного фундамента (при наличии грунтовых подземных вод определяется с учетом взвешивающего действия воды), определяется по формуле:
Источник