Назначение глубины заложения фундамента начинают с выбора несущего слоя грунта, который совместно с подстилающими слоями обеспечивает равномерное развитие осадки, не превышающее предельно допустимых значений.
Определяем расчетную глубину заложения фундамента, учитывая геологические условия:
;
где: = 0,4; - коэффициент теплового режима в здании, определяемый по табл. 1 [3];
- нормативная глубина промерзания, определяемая по карте СНиП 2.01.01 - 82 «Строительная климатология и геофизика»: для г. Пермь =137 см (по карте для глинистых грунтов);
Расчетная глубина промерзания: м;
Определяем глубину заложения ростверка по конструктивному фактору:
d=2,2+0,15+1,5=3,85м;
Принимаем глубину заложения ростверка d=3,85м. Проектируем свайный фундамент из ж/б свай квадратного сплошного сечения марки С-4,0-30 длиной 4м, с размером стороны поперечного сечения b=0,3м, mсв=4∙270=1080кг (где: 270 – масса 1м сваи).
Схема ростверка
Определение глубины заложения подошвы ростверка:
dр= db+hef+hр
db – глубина подвала - расстояние от уровня планировки до пола подвала, м;
|
|
hр – высота ростверка
hр min=ak+t+20см
t- глубина заделки свай в ростверк, м: t=0,05м
ak- больший размер колонны в плане, ak=0,6м
hр min = 0,6+0,05+0,2 = 0,85м
hef – толщина пола подвала, hef = 0,2м
dр = 2,7+0,2+0,85 = 4,05м
dр = 4,05м > df = 1,2м - условие выполняется.
Выбор типа, марки и длины сваи:
Марка сваи С6-30 (ГОСТ 19804.1-79). Бетон В25; Rb=14,5Мпа. Продольная арматура 4Æ14 А-III; Rs=340Мпа, Аs=6,16см2. Поперечное сечение сваи 0,3х0,3м, длина 4 м, острие – 0,3 м.
Свая погружается с помощью забивки дизель-молотом.
Определение расчетной нагрузки на сваю:
По грунту:
P = gc· (gcR·R·A + u Σgcf·fi·hi)
gc - коэффициент условий работы сваи в грунте, gc =1
А - площадь опирания сваи на грунт,м2
hi – толщина i-го слоя грунта
gcR, gcf –коэффициенты условий работы грунта, соприкасающегося с
боковой поверхностью, м
R, fi- расчетные сопротивления грунта под нижним концом сваи и i-го
слоя грунта по боковой поверхности сваи определяемые по
таблицам, кПа.
u - наружный периметр поперечного сечения сваи, м
Разбивку грунта делаем на элементарные слои толщиной 1м.
zi, м | fi,кПа | γcf | hi,м |
4,05 | |||
5,05 | |||
6,05 | |||
7,05 | |||
8,05 | |||
9,05 |
Р = 1·(1·2500·0,09 + 1,2·(1∙38·1 + 1∙40·1 + 1∙42·1 + 1∙43·1 + 1∙19·1 + 1∙19·1)) = 466,2 кПа
По материалу:
Р = φ·γс(Rb·A + Rsc·Аs´) = 1·1(14500·0,09 + 340000·0,000616) = 1514 кПа.
В дальнейших расчетах используем меньшее значение расчетной нагрузки, а именно по грунту Р = 466,2 кПа.
Расчетная нагрузка, допускаемая на сваю:
.
Определение размеров ростверка:
Условное давление под подошвой ростверка
sр = р/(3·dc)2 = 466,2/(3·0,3)2 = 575,6кН/м2
|
|
Условная площадь подошвы ростверка
Ар = N01/(sp - gcp·dp·gf) = 2800/(575,6-21,5·4,05·1,1) = 1,06м2
Приближенный вес ростверка и грунта на его уступах:
Np1=gf·Ap·dp·gср=1,1·1,06·4,05·21,5=101,5кН
Количество свай в ростверке:
n = (N011+Np1)/Nu = (2800+101,5)/333,0 = 1,8 = 2 шт.
Размещаем сваи с расстоянием между осями не меньше 3d = 3·0,3 = 0,9м. По конструктивным соображениям, расстояние между сваями по углам прямоугольника 0,9м х 0,3м.
Размер ростверка в плане с учетом свесов 1,8м х 1,2м.
Фактическое давление на сваю:
Вес сваи:
NСII=0,3∙0,3∙4∙21,5=6,912 кН
Вес ростверка:
= 21,5∙1,2∙1,8∙0,3=13,9 кН.
Вес грунта, располагающегося на ростверке:
= 1,15∙1,8∙3,05∙18,2=114,2кН.
Расчетные значения указанных выше внешних нагрузок для первой группы предельных состояний (коэффициент надежности по нагрузке =1,1):
=1,1∙13,9=15,3 кН; NСII=1,1∙6,912=7,6 кН;N01=1,1∙510=561,0 кН; NG11=1,1∙114,2=125,62 кН.
Нагрузка, приходящаяся на одну сваю:
Условие выполняется, следовательно, фундамент запроектирован правильно.
Расчет ростверка на продавливание колонной:
N £ (a1· (bc+c2)+a2· (dc+c1)) ·h1·Rbt,
где N – расчетная продавливающая сила, равная сумме реакций всех свай, расположенных за пределами нижнего основания пирамиды продавливания.
Расчет ростверка на поперечную силу:
При расчете на действие поперечной силы должно удовлетворяться условие:
Q ≤ m·Rb·b·h0
где Q = åNi – сумма реакций всех свай, находящихся за пределами наклонного сечения.
Расчеты на продавливание колонной и на поперечную силу проводить не требуется, т.к. сваи находятся внутри пирамиды продавливания.
Расчет ростверка на местное сжатие:
Должно удовлетворятся условие:
N01 ≤ 1,5∙Rпр∙Aк
Rпр = 14,5МПа
Ак = 0,6∙0,4 = 0,24м2 – площадь сечения колонны
N01 = 561,0кПа < 1,5∙14500∙0,24 = 5220кПа
Расчет осадок свайного фундамента:
Представим свайный фундамент в виде условного фундамента на естественном основании.
Средневзвешенное расчетное значение угла внутреннего трения грунтов, находящихся в пределах длины сваи:
φср 11=Σφi 11·li/Σli
φi11 – расчетные значения углов внутреннего трения для слоев
li –толщина слоя
φср 11 = (24·4+17∙2)/6 = 21,7º
Проведем наклонные плоскости под углом α= φср 11/4=21,7 /4=5,4º от точек пересечения наружных граней свай с подошвой ростверка до плоскости (горизонтальной), проходящей через нижний конец сваи. Находим очертание условного фундамента, который включает в себя грунт, сваи и ростверк.
Размеры подошвы условного фундамента:
by = b+2l·tg(φср 11/4) = 1,8+2·4· tg 5,4° = 2,5м
аy = а+2l·tg(φср 11/4) = 1,2+2·4· tg 5,4° = 1,9м
Ау = by· аy = 4,75м2
Проверим условие:
Рср II = (N0II+ NсвII+ NросII+ NгрII)/Ау < R
N0II – расчетная вертикальная нагрузка по обрезу фундамента
NсвII, NросII, NгрII - вес свай, ростверка, грунта в пределах условного фундамента, кН
R - расчетное сопротивление грунта на уровне подошвы условного фундамента
Рср II = (2800+6,916+13,9+114,2)/4,75 = 135,8кПа < R = 444,4кПа
R = 1,2·1(0,61·1·2,5·11+3,44·1,9·17+(3,44-1)·3,35·17+6,04·10)/1,1 = 444,4кПа
Условие удовлетворяется
Для расчета осадки условного фундамента определим дополнительное давление p0 = Рср II - σzg 0
21,5·4+18,5·2 = 123,0 кПа
p0 = 135,8 – 123,0 = 12,8кПа
Величины, используемые при расчете осадок фундаментов по методу
послойного суммирования.
Грунт | № точки | z, см | σzg | η=l/b | ξ=2z/b | α | σzp= α·Р0 | Еi кПа |
Глина | 1 | 0 | 123,0 | 1,5 | 0 | 1,0 | 12,8 | 3500 |
2 | 0,5 | 133,8 | 0,4 | 0,949 | 12,1 | |||
3 | 1,0 | 144,5 | 0,8 | 0,756 | 9,7 | |||
4 | 1,5 | 155,3 | 1,2 | 0,547 | 7,0 | |||
5 | 2,0 | 166,0 | 1,6 | 0,390 | 5,0 | |||
6 | 2,5 | 176,8 | 2,0 | 0,285 | 3,6 | |||
7 | 3,0 | 187,5 | 2,4 | 0,214 | 2,7 | |||
Суглинок | 8 | 3,5 | 196,8 | 2,8 | 0,165 | 2,1 | 18000 | |
9 | 4,0 | 206,0 | 3,2 | 0,130 | 1,7 | |||
10 | 4,5 | 215,3 | 3,6 | 0,106 | 1,4 | |||
11 | 5,0 | 224,5 | 4,0 | 0,087 | 1,1 |
S=0,8[(12,8+12,1)·0,5/2·18000+(12,1+9,7)·0,5/2·18000+(9,7+7,0)·0,5/2·18000 + (7,0 + 5,0)·0,5/2·18000 + (5,0+3,6)·0,5/2·18000 + (3,6+2,7)·0,5/2·18000 + (2,7+2,1)·0,5/2·18000+(2,1+1,7)·0,5/2·18000+(1,7+1,4)·0,5/2·10000+(1,4+1,1)·0,5/2·18000] = 0,001м = 0,1см
|
|
Сравним предельную осадку с максимальной:
S = 0,1см < Su = 12см
Условие удовлетворяется.
Литература
1. СНиП 2.01.07-85 Нагрузки и воздействия
2. ГОСТ 25100-95 Грунты
3. СНиП 2.01.01-83 Основания зданий и сооружений
4. Берлинов М.В Основания и фундаменты: Учеб. для строит. спец. вузов. – 2-е изд., перераб. и доп.- М.:Высш.шк., 1998
6. Далматов Б.И. Механика грунтов, основания и фундаменты: Учебник для вузов. – М.:Стройиздат, 1981