Методики и варианты расчета свайного фундамента

Определение среднего вертикального давления р под подошвой условного фундамента и проверка выполнения условия р

Для вычисления р необходимо определить площадь подошвы условного
ленточного фундамента Аусл и нагрузки, передающиеся на эту площадь от
собственного веса всех элементов, входящих в объем условного фундамента, а
также и от сооружения.

а) Площадь условного ленточного фундамента:

 –
среднее значение угла внутреннего трения грунтов, залегающих в пределах рабочей
длины сваи .

 = 1,01

б)
Объемы условного фундамента, всех входящих в него конструктивных элементов и
грунта:

условного
фундамента:

ростверка:

части
стены подвала, расположенной ниже верха условного фундамента (ниже отметки пола
подвала):

части
пола подвала (справа и слева от стены подвала):

грунта:

Объем
свай не вычитается из объема . При
подсчете веса грунта в условном фундаменте . не
учитывается увеличение его удельного веса за счет уплотнения при забивке свай.

Принимается,
чт

в)
Нагрузки от собственного веса всех составных частей условного фундамента и от
сооружения:

ростверка
и всей надростверковой конструкции, то есть всей стены подвала, включая ее
часть, расположенную выше отметки DL:

Q
= QP + Qнк = 45,6 кН;

части
пола подвала ;

свай
(1,03 сваи с рабочей длиной lсв = 3,9 м, из которых 0,1 м – в водонасыщенном
грунте):

грунта
в объеме условного фундамента:

Среднее
давление р под подошвой условного фундамента:

Вычисление
расчетного сопротивления R по формуле (7) СНиП для песка мелкой крупности,
(IV слой), залегающего под подошвой условного
фундамента.

где

;

 = 1,0
;=1

 , , ;

=1

;

м3,

.

Условие
р ≤ R выполняется: 315,74 < 967,66. Расчет осадки методами,
основанными на теории линейного деформирования грунта, правомерен, поэтому
далее производится расчет осадки методом послойного суммирования.

. Расчет конечной
(стабилизированной) осадки свайного фундамента методом послойного суммирования
для внутренней стены

Расчет осадки свайного фундамента – нормативные документы, требования, формулы

В процесс проектирования дома входит проведение инженерных изысканий грунтов, залегающих на выделенной под строительство площадке, и расчеты конструктивных элементов строения. Определение формы, структуры и габаритов наземных и подземных частей здания сопряжено с направлением, величиной и видами принимаемых нагрузок. Кроме того, учитывается специфика грунтов и детальные особенности дома, указанные в задании на проектные работы. Все эти факторы ведут к разным вариантам и алгоритмам вычислений. В частности, возведение объекта на слабых почвах влечет за собой расчет осадки свайного фундамента, что является одним из способов определения предельных состояний грунтового основания.

Подробнее о способе вычисления

Расчёт дома и его особенностей

Вычисление путем послойного суммирования дает возможность определить осадку не только возводимого, а также рядом стоящих оснований, учесть разнородность, которая выражается в изменениях конструкции по глубине. Данным способом можно рассчитать осадку сразу нескольких вертикалей. Сложность послойного суммирования в том, что здесь нужно найти дополнительные нагрузки, извне, дающие напор на фундамент возводимого сооружения. Напряжения находятся методом угловой точки, когда рабочая ось принимается за угловую.

Особенно удобен метод послойного суммирования при большой подошве результат всегда эффективный. Особенно когда структура основания слоистая и резко меняется, когда сжимаются отдельные слои.

Во время определения осадки обязательно учитывается воздействие глубины заложения фундамента и по ней устанавливаются суммированные пределы. До возведения основания грунт, находящийся на уровне подошвы, был обжат двоением вышележащей почвы, поэтому чтобы определить величину осадки, за начальную точку давления принимается влияние веса на основании от дома.

Причины появления осадки фундамента

Состав грунта – это одна из самых главных причин, из-за которой возникает осадка основания дома. Почва делится на виды и каждый обладает своей прочностью. Самыми прочными видами почвенного покроя являются скальный грунт и дисперсная почва. По-другому эти почвы называют несвязными, так как они не сохранят в себе влагу.

Определение типа грунта вручную

В основе первого вида почвы лежат монолиты, а второй вид состоит из минерального зерна различного размера. Но существуют связные виды почву, они поглощают и сохраняют в себе влагу, поэтому основной составляющей этих типов почвенного покроя является глина, из-за чего слой грунта приобретает свойство подвижности и деформации. В холодное время года, содержащаяся в таких типах почвы влага, замерзает и слой грунта расширяется. Первая причина – связный слой грунта почвы. Вторая причина – особенности конструкции основания дома. Третья причина – неправильно распределенное давление стен на фундамент. При строительстве дома следует учитывать все эти факторы, чтобы в будущем не столкнуться с данной проблемой.

Определение несущей способности сваи по грунту Fd и расчетной нагрузки Рсв на одну сваю

Fd – определяется по формуле

Fd = γc(γCRRA+u∑γcffihi) , где

γc = 1 – коэффициент условий работы
сваи в грунте

R =
2319 кПа- расчетное сопротивление грунта под нижним концом сваи;

А = 0,352 = 0,123м2 – площадь поперечного сечения сваи;

u =
1,4 м – наружный периметр поперечного сечения сваи;

γCR = γcf = 1 – коэффициенты условий работы
грунта соответственно под нижним концом и на боковой поверхности сваи;

hi –
толщина i-го слоя грунта основания,
соприкасающегося с боковой поверхностью сваи;

fi –
расчетное сопротивление i-го
слоя грунта основания, на боковой поверхности сваи.

Fd =
1·(1·2319·0,123 + 1,4(1·45·1,1 + 1·9,2·12,7+ 1·46·0,1) = 395,6 кН.

Расчетная допустимая нагрузка на сваю определяется по формуле:

Рсв = Fd/γк,

где: γк = 1,4 (если Fd
определяется расчетом) – коэффициент надежности.

Рсв =395,6/1,4 = 282,68 кН.

Расчет осадки методом послойного суммирования

Расчет осадки

слоистых оснований выполняетсяметодом послойного суммирования , в основу которого положена выше разобранная задача (основная задача). Сущность метода заключается в определении осадок элементарных слоев основания в пределах сжимаемой толщи от дополнительных вертикальных напряжений σZP, возникающих от нагрузок, передаваемых сооружениям.

Так как в основу этого метода положена расчетная модель основания в виде линейно-деформируемой сплошной среды, то необходимо ограничить среднее давление на основание таким пределом, при котором области возникающих пластических деформаций лишь незначительно нарушают линейную деформируемость основания, т.е. требуется удовлетворить условие

(7.11)

Для определения глубины сжимаемой толщи Нс вычисляют напряжения от собственного веса σZqи дополнительные от внешней нагрузки σZP. Нижняя граница сжимаемой толщи ВС основания принимается на глубине z = Нс от подошвы фундамента, где выполняется условие

(7.12)

т.е. дополнительные напряжения составляют 20% от собственного веса грунта

При наличии нижеуказанной глубины грунтов с модулем деформации Е≤5 МПа должно соблюдаться условие

(7.13)

Для оснований гидротехнических сооружений по СНиП 2.02.02—85 «Основания гидротехнических сооружений» нижняя граница активной зоны находится из условия

(7.14)

Расчет осадки

удобно вести с использованием графических построений в следующей последовательности (рис. 7.1 1):

• строят геологический разрез строительной площадки на месте рассчитываемого фундамента;
• наносятся размеры фундамента;
• строятся эпюры напряжений от собственного веса грунта σZg и дополнительного σZP от внешней нагрузки;
• определяется сжимаемая толща Нс;
• разбивается Нс на слои толщиной hi≤0,4b;
• определяется осадка элементарного слоя грунта по формуле (7.15)

Тогда полную осадку можно найти простым суммированием осадок всех элементарных слоев в пределах сжимаемой толщи из выражения

(7.16)

где β— безразмерный коэффициент, зависящий от коэффициента относительных поперечных деформаций, принимаемый равным 0,8; hi— высота i-го слоя; Ei — модуль деформации i-го слоя грунта;

— среднее напряжение i-го элементарного слоя.

Метод послойного суммирования

позволяет определять осадку не только ценфальной точки подошвы фундамента. С его помощью можно вычислить осадку любой точки в пределах или вне пределов фундамента. Для этого пользуются методом угловых точек и строится эпюра напряжений вертикальной, проходящей через точку, для которой требуется расчет осадки.

Рис. 7.11.

Расчетная схема для определения осадки методом послойного суммирования: DL — отметка планировки; NL — отметка поверхности природного рельефа; FL — отметка подошвы фундамента; ВС — нижняя граница сжимаемой толщи; Нс — сжимаемая толща

Таким образом, метод послойного суммирования

в основном используется при расчете небольших по размерам фундаментов зданий и сооружений и при отсутствии в основании пластов очень плотных малосжимаемых грунтов.

Нюансы расчёта свайного фундамента

Некоторые особенности влияния нагрузки существуют для свайного фундамента. Поэтому рассмотрим пример вычисления.

Основные показатели, которые фигурируют в расчётах:

1. Радиус свай.
2. Длина.
3. Количество.
4. Расстояние, на котором размещаются соседние элементы.

Данный пример предусматривает упрощённые вычисления.

Начнём с вопроса, каким должен быть радиус винтовых свай:

• радиус 28,5 мм подходят для обустройства ограждений;
• сваи радиус 38 мм имеют несущую способность до 3 тонн. Применяются для закладки фундамента для лёгких построек;
• 44,5 мм – сваи, которые используют для одноэтажных построек, каркасных домиков и прочее. Несущая способность до 5 тонн;
• радиусом 54 мм можно использовать для закладки как одноэтажных, так и двухэтажных строений небольшого веса. Способны выдержать влияния нагрузки 7 тонн.

Расстояние между сваями также зависит от предполагаемой нагрузки. Если для постройки здания применяется газобетон или шлакоблоки, то шаг составляет 2 м, для более лёгких каркасных строений, не более 3 м.

Определение необходимого числа свай п в свайном фундаменте, размещение их в плане, определение ширины bp и высоты hp ростверка.

Необходимое число свай n на
один погонный метр длины ленточного фундамента определяем по формуле:

d2 –
осредненная грузовая площадь вокруг сваи, с которой передается нагрузка от
собственного веса ростверка, надростверковой конструкции и грунтовой пригрузки
на ростверке.

d = 0,35м
– сторона сваи;

h = 3,2 м –
высота ростверка и надростверковой конструкции, нагрузка от которых не вошла в
расчет при определении ;

γср = 20 кН/м3 – средний удельный вес грунта и бетона над подошвой
ростверка.

Определение
расстояния а между осями свай:

Сваи в составе фундамента должны размещаться на расстоянии, равном (3… 6)
d между их осями. Очевидно, что наиболее экономичным был бы ростверк с
однорядным расположением свай при расстоянии а между их осями, равном 3d=0,9 м.
Но, так как полученное значение а=0,45 м < 0,9 м, приходится принимать
двухрядное расположение свай, с тем, чтобы расстояние между соседними сваями
одного и другого рядов составляло 3d=0,9 м, а по длине ростверка 0,45 м. При
этом расстояние СР между рядами свай определяется из треугольника abc

Расстояние от внешней грани вертикально нагруженной сваи до края

ростверка принимается равным 0,2d + 5 см при двух рядном (d – в см), но
не менее 10 см. Исходя из этого, получаем ширину ростверка

,2d + 5см = 0,2·35 + 5 =
12см.=1,01+2·0,15+2*0,12=1,55 м.

Ширина стены подвала составляет 40 см поэтому окончательно принимается
ширина ростверка1,6м, высота 0,5 м.

Высота ростверка ленточного фундамента должна определяться из условия
продавливания его сваей. Но т.к. свая полностью расположена под стеной подвала,
то продавливание ростверка сваей исключается. Поэтому из конструктивных
соображений и практики строительства оставляем hр = 0,5м.

Полученные размеры ростверка составляют: ширина 1,6 м, высота 0,5 м.

Расчет осадки свай

В СП предусматривается несколько расчетных схем, учитывающих размещение свай относительно друг друга. При этом все они основываются на линейно-деформируемой модели грунта, но при надлежащем обосновании могут применяться и другие варианты. Основным условием расчета на осадки любого типа свайных фундаментов является определение значения его возможных деформаций, не превышающих предельных показателей.

где S– общая осадка;

Su – предельная деформация.

По СНиП висячие сваи рассчитываются на осадки как условный фундамент, границы которого на уровне пяты выходят за пределы общей площади реально расположенных лент или кустов свай. В актуализированной версии СП предусмотрен несколько иной алгоритм расчета.

Одиночные сваи

Существует ряд формул, определяющих осадку:

висячие сваи, не имеющие уширения в зоне пяты

где N – принимаемая сваей вертикально направленная нагрузка, МН;

l – линейный размер сваи, а именно – ее длина, м;

здесь, d – наружный диаметр сваи, м.

Если поперечное сечение является не круглым, а квадратным, прямоугольным, тавровым или двутавровым, то для определения условного диаметра применяется формула:

здесь А – соответствует табличному значению площади поперечного сечения.

υ – коэффициент Пуассона;

параметр, учитывающий увеличение расчетной осадки, возникающее по причине сжатия ствола –

стоячие сваи и висячие с уширением в зоне пяты

Значения модуля сдвига и коэффициента Пуассона зависят от характеристик грунтовых пластов. Они принимаются путем послойного суммирования и осреднения в результате деления полученной цифры на количество присутствующих слоев в пределах глубины погружения сваи.

Свайный куст

Расчет свайной группы на осадки основывается на взаимодействии подземных опор между собой. В этом случае определяется дополнительная деформация сваи, расположенной на определенном расстоянии (ɑ) от нагружаемой сваи.

Если распределение нагрузок между сваями в одном кусте известно, то при вычислении осадки каждой из них используется формула:

где s(N) – определяемая по вышеприведенной формуле осадка (для одиночно расположенной сваи);

Свайное поле

Расчет, в данном случае, рекомендуется выполнять иначе, нежели в двух предыдущих вариантах. Для этого существует формула:

На размещенном ниже рисунке показано, что такое границы условного фундамента относительно крайних рядов свай:

а) вертикально расположенных;

б) наклонно расположенных.

Осадка свайного поля вычисляется методом послойного суммирования. В этом случае в зоне условного фундамента масса грунта в учет не принимается, а в качестве нагрузки учитывается лишь прямое воздействие расчетных усилий на свайный фундамент.

При расчетах методом послойного суммирования для свайного поля, берут во внимание то, что общая величина осадки находится в зависимости от шага свайных опор в пределах площади поля. Но здесь возникает определенная сложность, так как шаг может иметь переменную величину

В этом случае вариант послойного суммирования усложняют методом ячейки, используя при расчетах другие схемы и формулы, детально указанные в СП.

Принцип метода послойного суммирования

Его суть описана в СП 22.13330.2011, являющихся актуализированной редакцией СНиП 2.02.01-83*. Она состоит в следующем. Вертикальные усилия на фундамент расчленяют на несколько участков, соответствующих толщине грунтовых слоев, которые характеризуются однородным составом и свойствами. На расчетной схеме криволинейная эпюра изменяется на ступенчатую. В каждом слое определяют работу на сжатие без бокового расширения. При этом общую осадку вычисляют методом послойного суммирования.

В процессе расчета строят схему распределения напряжений, а при расчетах пользуются специальными формулами, указанными в СП, и размещенными там же таблицами. Пример схемы показан на рисунке ниже.

Комбинированный фундамент

Свайно-плитная конструкция подземной части дома применяется в целях снижения осадок и более равномерного распределения нагрузок. Такой фундамент эффективно работает в сложных грунтовых условиях, сочетая сопротивление нагрузкам как свай, так и плиты. Расчет осадки, в данном случае, включает в себя определение:

• усилий в сваях и плите;
• деформаций и перемещений комбинированного фундамента в целом, а также его отдельных составляющих;
• нагрузок в процентном отношении на каждую из свай и определенные участки плиты.

Правильные вычисления и выбор конструктивных элементов комбинированного фундамента обеспечит отсутствие существенных осадок, перекосов и кренов строения в период его эксплуатации. Дополнительные условия расчета приведены в СП 24.13330.2011.

Несколько советов по заложению фундамента

Многие, особенно начинающие строители, стремясь повысить качество и надёжность основания, допускают некоторые ошибки. Попробуем указать на основные нюансы:

Увеличивая высоту ленты основания можно добиться высокой степени жёсткости. Но данный показатель не всегда приводит к положительным результатам и уменьшает влияния на него нагрузок. Приходиться выполнять армирование фундаментов, которое повышает степень напряжения. Основанию необходимо придать гибкость, тем самым снизить коэффициент жёсткости.
Сложно выполнить расчёты деформаций от нагрузки, которые оказывают такие факторы, как морозное пучение или влияния грунтовых вод. Они могут со временем меняться. Поэтому лучше всего обращаться к специалистам для определения типа грунта и влияния климатических условий

Для предотвращения возникновения деформаций основания, следует обратить внимание на мероприятия по усилению, как самого фундамента, так и цоколя со стенами.
Для снижения воздействия на основание морозов в зимнее время и демисезонной влаги рекомендуется провести ряд мероприятий по утеплению и гидроизоляции. В том случае, когда они запланированы, то данный фактор надо учесть при расчёте нагрузки.

Если же к этой ответственной задаче приступили самостоятельно, то можно использовать специальные программы например Лира. Это компьютерная программа, которая позволяет выполнять строительные расчёты. Необходимо только правильно ввести все параметры, а техника посчитает и выдаст результат: расчёт фундамента при горизонтальной нагрузке, площадь подошвы и толщину подушки. К тому же, это отличная проверка самостоятельных расчётов. Не стоит забывать и об онлайн калькуляторах.

Вычисление ординат эпюры дополнительного давления σzp,i

Сначала вычисляется верхняя ордината эпюры σzp,о непосредственно под подошвой
фундамента при z = 0:

кПа

Затем вычисляются другие ординаты по формуле  для различных глубин  откладываемых от подошвы фундамента. Коэффициенты  берутся в зависимости от отношения длины фундамента стены l к ширине фундамента b, то есть  (принимается по последней колонке таблицы 11 Приложения, где – фундамент ленточный и отношения ξ=2z/b (первая колонка)). Вычисления удобно вести в табличной форме. Для отыскания нижней границы В.С. сжимаемой толщи Hc в этой же таблице приводятся значения 0,2 При этом толщины элементарных слоев hi в эпюре σzp соответственно получаются 0,72 , 0,4b = 0,4·1,98=0,79м.			, кПа0,2, кПаСлои основания
0 0,8 1,6 2,4	0 0,79 1,58 2,38	1,000 0,881 0,642 0,477	186,14 163,99 119,50 88,79	0,72 0,72 0,72 0,72	25,50	Песок мелкой крупностью Е=20102 кПа
3,2 4,0 4,8 5,6 6,0 6,4	3,17 3,96 4,75 5,54 5,94 6,34	0,374 0,306 0,258 0,223 0,208 0,196	69,62 56,96 48,02 41,51 36,48	0,72 0,72 0,72 0,72 0,72	41,32 42,14

Расчет свайного фундамента

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ
РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ
СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра механики грунтов, оснований и
фундаментов

Курсовой проект

Выполнила студентка Фролова Т.А.

курс 5 семестр ПГС (уск.) г. Смоленск

Преподаватель Гусева Е.С.

2015 г.

1.   Определение
размеров конструктивных элементов свайного фундамента и разработка его
конструкций для наружной стены

2.      Расчет
конечной (стабилизированной) осадки свайного фундамента методом послойного
суммирования для наружной стены

.        Определение
размеров конструктивных элементов свайного фундамента и разработка его
конструкций для внутренней стены

.        Расчет
конечной (стабилизированной) осадки свайного фундамента методом послойного
суммирования для внутренней стены

.        Подбор
сваебойного оборудования

.        Проектирование
котлована

.        Сравнение
вариантов и вывод

Список литературы

1. Определение размеров конструктивных элементов свайного фундамента и
разработка его конструкций для наружной стены

Расчет одиночной сваи в составе фундамента по первой группе предельных состояний (по несущей способности грунта основания сваи)

Расчет предусматривает проверку выполнения условия I предельного
состояния:

F –
расчетная нагрузка передаваемая на сваи т.е. фактическая нагрузка:

 –
расчетная несущая способность грунта основания одиночной сваи (несущая
способность сваи по грунту);

 – расчетная
нагрузка, допускаемая на сваю.

 –
коэффициент надежности.

Вычисление
фактической нагрузки F, передаваемой на сваю.

Вес
ростверка QP = 1,6·1·0,5·24 = 19,2кН;

Вес
надростверковой конструкции Qнк (одного пог. м стены подвала) из 5 блоков
ФБС24.4.6: Qнк = (0,4·0,6·1·4) ·22 = 26,4 кН;

Общий
вес Q ростверка и надростверковой конструкции:

=
QP + Qнк = 19,2 + 26,4 = 45,6 кН;

При
вычислении QP и Qнк приняты удельные веса:

Пригрузка
внутреннего обреза ростверка бетонным полом подвала GП:П = 0,1·0,2·1·22 = 0,44
кН.

Общий
вес G пригрузки ростверка грунтом и полом подвала:= GП = 0,44 = 0,44 кН.

Расчетная
допускаемая нагрузка на сваю

Условие
F < Pсв выполняется.

Принятые
размеры свайного фундамента будут считаться окончательными при удовлетворении
условия расчета по второму предельному состоянию – по деформациям.

Рекомендации по закладке бетона

Монолитные конструкции бетонируют в разборной опалубке из унифицированных частей. Способ укладки и транспортировки смеси выбирают с учетом минимального количества перегрузок.

Бетон подают в нескольких вариантах:

• подъемными механизмами в бадьях;
• самосвалами на эстакадах или в опалубку;
• транспортными лентами;
• бетононасосами.

Перемещение краном удобно, т.к. используется независимо от объемов фундамента и одновременно подает арматуру для каркаса. Закладку бетона в труднодоступные области проводят легкими съемными транспортерами или виброжелобами.