Таблица 1
|
Значения  для случаев
|
|
Значения для случаев
|
0
|
1
|
2
|
0
|
1
|
2
|
0,1
|
0,02
|
0,12
|
0,004
|
0,6
|
0,71
|
0,96
|
0,42
|
0,2
|
0,08
|
0,25
|
0,02
|
0,7
|
1,0
|
1,24
|
0,69
|
0,3
|
0,17
|
0,39
|
0,06
|
0,8
|
1,4
|
1,64
|
1,08
|
0,4
|
0,31
|
0,55
|
0,13
|
0,9
|
2,0
|
2,35
|
1,77
|
0,5
|
0,49
|
0,73
|
0,24
|
0,95
|
2,8
|
3,17
|
2,54
|
1 2 3
Для каждого значения по таблице отыскивают значение , соответствующее рассматриваемому случаю уплотняющих давлений, и определяют время, необходимое для уплотнения грунта до заданной степени:
  .
Приведенные формулы и таблица дают возможность определить осадку слоя грунта как функцию времени. Конечной целью вычислений является построение кривой затухания осадки по ряду ее точек. Для этого удобно принять несколько значений , например,  =0,1; 0,2 и т.д., затем вычислить осадку, соответствующую этой степени уплотнения ( ).
4.1.5. Определение размеров подошвы фундамента
при наличии подстилающего слоя слабого грунта
Если в пределах сжимаемой толщи имеется слой слабого грунта (по прочностным характеристикам  и  ), залегающий ниже рабочего, на который опирается фундамент, то необходимо выяснить возможность развития зон пластических деформаций в пределах слабого слоя грунта. Для этого находят на глубине  расчетное сопротивление слоя слабого грунта  для условного фундамента, который как бы опирается на кровлю этого слоя (рис.5).
Напряжение  на рассматриваемой глубине  равно сумме напряжений, передаваемых на кровлю слоя слабого грунта от нагрузки фундамента  и напряжения от собственного веса грунта  , т.е.
 .
При этом  ;
 ,
где  - коэффициент изменения дополнительного давления по глубине основания, учитывающий форму подошвы фундамента, определяется по 4, табл.1, прил.2.
Рис.5. Расчетная схема фундамента при наличии
подстилающего слабого слоя грунта:
1 – несущий слой; 2 – подстилающий слабый слой грунта.
Размеры фундамента должны назначаться такими, чтобы обеспечить условие
 ,
где - расчетное сопротивление слабого грунта условного фундамента шириной 
 .
Здесь  - коэффициент условий работы, равен =1.0; значения  ,  и, следовательно,  принимаются для слабого грунта согласно 4, п.2.4.1
 .
Здесь  - половина разности длины и ширины прямоугольного фундамента:
 - площадь подошвы условного фундамента
 .
Если расчет покажет, что условие  не удовлетворяется, то, увеличивая размеры подошвы фундамента, задачу решают методом последовательного приближения.
4.2. Расчет свайного фундамента
Применение свайных фундаментов становится наиболее целесообразным, если верхние слои грунта слабые (насыпные, заторфованные и др.), а прочные слои находятся на большой глубине (10-15 м).
4.2.1. Выбор типа, длины и сечения сваи
Забивные железобетонные сваи и сваи-оболочки можно применять в любых грунтах, позволяющих производить забивку и вибропогружение. Квадратные сваи с круглой полостью и открытым нижним концом можно применять при опирании нижних концов на глинистые грунты полутвердой и твердой консистенции и на плотные пески.
Забивные деревянные сваи для постоянных зданий и сооружений допускается применять при условии заложения голов свай ниже наинизшего уровня грунтовых вод не менее, чем на 0,3 – 0,5 м.
Буронабивные сваи можно применять во всех грунтах за исключением глинистых текучей консистенции, торфов, илов.
Предварительные размеры сваи (размер от головы до начала заострения) назначаются так, чтобы ее нижний конец был погружен на глубину 1,0 – 3,0 м в более плотный слой грунта. При этом следует обратить внимание на выбор несущего слоя и его физико-механические характеристики. Нужно также оценить характеристики прорезаемых сваями прослойков, особенно их плотность и возможность прорезания сваями.
Минимальная длина сваи при центральной сжимающей нагрузке принимается не менее 2,5 м; при дополнительном же действии горизонтальной нагрузки и момента – не менее 4,0 м. Длина свай назначается с учетом заделки свай в ростверк.
Выбор сечения сваи должен производиться с учетом выбранной длины, характеристик прорезаемых грунтов, залегающих ниже концов свай, и передаваемой на них нагрузки.
Связь сечения с длиной забивной сваи определена типовыми конструкциями свай. Для ряда длин свай предусмотрено несколько сечений.
4.2.2. Назначение глубины заложения ростверка
Глубина заложения подошвы ростверка определяется конструктивной высотой и отметкой его верхнего обреза. Кроме того, она назначается в зависимости от наличия в здании подвала, глубины заложения фундаментов соседних сооружений и с учетом глубины промерзания грунтов, особенно, когда строительство сооружения продолжается несколько лет.
Глубина заложения низких и повышенных балочных ростверков, не выступающих за наружные грани стен в отапливаемых зданиях, может приниматься даже в пучинистых грунтах выше расчетной глубины промерзания. При этом важно, чтобы граница промерзания незначительно проникала под ростверк. В зависимости от ожидаемой интенсивности пучения целесообразно оставлять под ростверком в виде рандбалок воздушный зазор, равный 15-20 см, или делать подсыпку из непучинистого грунта.
При свайных кустах в большинстве случаев нельзя допускать промерзания пучинистого грунта под ростверком, поэтому глубина заложения подошвы ростверков свайных кустов в пучинистых грунтах принимается не менее рассчетной глубины промерзания.
4.2.3. Расчет несущей способности свай
Несущая способность сваи рассчитывается по прочности материала ствола сваи и прочности грунта, в дальнейшем принимается наименьшая.
Несущая способность сваи по материалу определяется как для соответствующего стержня (из дерева, железобетона и др.). Расчет висячих свай по материалу, как правило, не требуется, так как несущая способность по материалу обычно больше, чем по грунту.
4.2.4. Определение несущей способности сваи-стойки
Несущая способность  забивной сваи, сваи-оболочки, набивной и буровой свай, опирающихся на скальный грунт, следует определять по формуле (кН).
 ,
где  - коэффициент условий работы ( =0,9 при размере поперечного сечения свай  200 мм, =1,0 при  200 мм);
 - коэффициент, учитывающий гибкость сваи (для свай, полностью находящихся в грунте, =1,0);
 - расчетное сопротивление бетона при осевом сжатии, кПа;
 - то же арматуры сжатию, кПа;
 - площадь поперечного сечения сваи, м2;
 - то же продольных стержней арматуры, м2.
Несущая способность деревянных свай
 ,
где - коэффициент условий работы, =0,75;
- минимальная площадь поперечного сечения свай, м;
 - расчетное сопротивление древесины сжатию вдоль волокна, кПа.
Несущую способность сваи-стойки по грунту, опирающуюся на крупнообломочные грунты с песчаным заполнителем, а также глины твердой консистенции следует определять по 5, формула (5).
 ,
где  - коэффициент условий работы свай в грунте, =1,0;
 - расчетное сопротивление грунта под нижним концом сваи-стойки, для забивных свай =20 000 кПа;
 - площадь опирания на грунт сваи,м2.
Расчетную нагрузку на сваю  , кН, передаваемую на сваю (допустимую нагрузку на сваю), следует рассчитывать исходя из 5, условие 2 выражения
 ,
где  - коэффициент надежности, =1,0 (если несущая способность сваи определена материалом; =1,4 (если несущая способность сваи определена по грунту).
4.2.5. Определение несущей способности висячей сваи
Несущая способность висячей сваи, прорезающей  слоев грунта, определяется по 5, формуле (8):
 .
Несущую способность пирамидальной, трапециидальной и ромбовидной свай, прорезающих песчаные и пылевато-глинистые грунта, определяют по по 5, формуле (9):
 .
При этом пласты грунтов расчленяются на слои толщиной не более 2,0 м.
Допустимая нагрузка на сваю (кН) 5, условие (2)
 ,
где  - принимается равным 1,4.
4.2.6. Определение требуемого количества свай
и размещение их в ростверке
Требуемое количество свай предварительно определяют из условия восприятия расчетных вертикальных нагрузок, действующих на свайный фундамент в плоскости подошвы плиты ростверка (с учетом его веса) по формуле
 ,
где  - коэффициент, учитывающий неравномерность нагрузки на сваи ростверка при действии момента и принимается в зависимости от эксцентриситета в равнодействующей относительно оси, проходящей через центр ростверка, равным от 1,0 до 1,3;
 - коэффициент надежности, принимаемый по 5, п.3.10;
- несущая способность сваи, кН;
 - суммарная расчетная нагрузка по обрезу ростверка, кН;
 - вес ростверка и грунта, кН.
Минимальное расстояние между сваями в кусте обычно соответствует 3,0 диаметрам. Следовательно, среднее давление под ростверком условно можно принять
 .
Зная  , определяют площадь подошвы ростверка
 ,
где  - коэффициент надежности по нагрузке, равный 1,1;
 - глубина заложения ростверка, м;
 - средний нормативный удельный вес материала ростверка и грунта на обрезах, принимается так же, как для фундамента мелкого заложения, кН.
Тогда ориентировочный расчетный вес ростверка и грунта
 .
Полученное количество округляется до целого числа свай в кусте удобного для размещения и забивки.
При необходимости изменяют количество свай, принимая их других размеров. В этом случае, соответственно, уменьшается или увеличивается несущая способность сваи.
Конструирование ростверка начинается с разбивки (размещения) свай. Под отдельно стоящую опору (колонну) может быть устроен фундамент из одиночной сваи, в котором колонна является продолжением сваи.
Для восприятия сосредоточенных нагрузок, передаваемых колоннами, стойками и оборудованием, обычно устраивают фундаменты в виде свайных кустов, ростверк которых опирается на две или большее количество свай.
Для облегчения производства работ желательно сваи размещать в плане фундамента правильными рядами. Оси одиночных свайных рядов должны совпадать с линиями действия нагрузок. Оси свайных рядов и кустов привязывают к осям здания. Каждая свая в проекте должна иметь порядковый номер.
Разбивка свай в ростверке центрально загруженного фундамента производится равномерно в рядовом и шахматном порядке. Ряды свай располагаются на равных расстояниях. Минимальное расстояние  между осями висячих свай принимается не менее  (где  - диаметр или сторона поперечного сечения сваи) и не менее 0,7 м. Расстояние между сваями-стойками не регламентируется и зависит от нагрузок и возможности их забивки до прочного грунта.
Между стенками полых свай с открытым нижним концом и оболочек расстояние принимается не менее 1,0 м.
Расстояние от края ростверка до оси крайнего ряда свай  зависит от точности погружения свай в грунт или их изготовления. Для забивных свай это расстояние чаще всего принимают равным размеру поперечного сечения сваи.
Сваи, работающие только на сжатие, заделывают в ростверк (обычно железобетонный) на глубину 5-10 см. Сборные ростверки при возможности контроля допускается устанавливать на головы свай на растворе. Сваи, работающие на выдергивание или передающие горизонтальную составляющую нагрунт, следует прочно заделывать в ростверк. С этой целью разбивают бетон головы свай, и обнаженную арматуру заделывают в ростверк.
 Зная число свай, размещают их в плане и конструируют ростверк. В центрально нагруженном свайном фундаменте сваи размещают рядами или в шахматном порядке (рис.6).
Рис.6. Расположение свай в ростверке:
а) –рядовое; б) – в шахматном порядке.
4.2.7. Проверка усилий в сваях ростверка
После размещения свай и конструирования ростверка находят фактический вес ростверка и грунта  ; расчетную нагрузку на сваю  определяют, рассматривая фундамент как рамную конструкцию, воспринимающую вертикальные и горизонтальные нагрузки и изгибающие моменты.
Для центрально нагруженных свайных ростверков, из которых равнодействующая нагрузок проходит через центр тяжести площади поперечного сечения свай в плоскости верхних концов (низ ростверка), проверяется условие;
 ,
где  - расчетная сжимающая сила  , кН;
- коэффициент надежности.
При проектировании внецентренно нагруженных свайных фундаментов необходимо стремиться к тому, чтобы равнодействующая постоянных сил проходила возможно ближе к центру тяжести подошвы ростверка при возможно более равномерном расположении свай.
При равномерном расположении свай в ростверке расчет производится так же, как центрально нагруженного, но количество свай принимается больше, чем это требуется при расчете на центральную нагрузку. Расчетную нагрузку на сваю определяют 5, формула (3), кН.
 ,
где  - расчетные изгибающие моменты относительно главных центральных осей  и  плана свай в плоскости подошвы ростверка, кНм;
 - число свай в ростверке;
 - расстояние от главных осей до оси каждой сваи, для которой вычисляется расчетная нагрузка, м.
При расчете свай всех видов на вдавливающие и выдергивающие нагрузки продольное усилие, возникающее в свае от расчетной нагрузки, следует определять с учетом собственного веса сваи, принимаемого с коэффициентом надежности по нагрузке  , увеличивающим расчетное усилие.
Если расчет свайных фундаментов производится с учетом ветровых и крановых нагрузок, то воспринимаемую крайними сваями расчетную нагрузку допускается повышать на 20% (кроме опор линий электропередач).
4.2.8. Расчет осадки свайного фундамента
Осадка фундамента из свай-стоек обусловливается в основном упругими деформациями ствола сваи и упругими деформациями подстилающего слоя опорного пласта грунта. Расчет таких фундаментов на осадку, как правило, не производится.
Расчет свайного фундамента из висячих свай и его основания по второму предельному состоянию (по деформациям) производится так же, как для условного фундамента на естественном основании в соответствии с требованиями 4, п.2.39 исходя из условия
 ,
где  - совместная деформация сваи, свайного фундамента и сооружения, определяемая расчетом;
 - предельное значение совместной деформации основания и сооружения, устанавливаемое в соответствии с указаниями 4, п.п.2.51-2.52.
Границы условного фундамента (рис.7) определяются:
снизу – плоскостью  , проходящей через нижние концы свай;
с боков – вертикальными плоскостями  и  , отстоящими от наружных границ крайних рядов вертикальных свай на расстоянии
 ,
но не более  в случаях, когда под нижними концами свай залегают пылевато-глинистые грунты с показателем текучести  ; при наличии наклонных свай – проходящими через нижние концы этих свай;
сверху – поверхностью планировки грунта  ;
 - осредненное расчетное значение угла внутреннего трения грунта, определяемое по формуле
 ,
где  - расчетные значения углов внутреннего трения для отдельных, пройденных сваями, слоев грунта толщиной  .
Если обозначить стороны условного массива грунта со сваями  и  , то площадь условного фундамента
 .
Рис.7. Схема к расчету осадок свайного фундамента
В собственный вес условного фундамента при определении его осадки включается вес свай и ростверка, а также вес грунта в объеме условного фундамента на глубину  .
Расчетом устанавливается условие
 ,
где  - расчетная вертикальная нагрузка по обрезу фундамента;
 - вес свай, ростверка и грунта в объеме условного фундамента  .
Значение  не должно превышать расчетного сопротивления грунта, определяемого по 4, формула (7), или с учетом обозначений на рис.7:
 ,
где  - соответственно ширина и глубина заложения массива  .
Последовательность расчета осадки куста свай аналогична последовательности расчета осадки фундамента мелкого заложения.
При расчете методом суммирования:
строят эпюру напряжений в грунте от собственного веса;
определяют фактическое давление на грунт по подошве условного фундамента;
находят уплотняющее (дополнительное) давление на этой глубине;
строят эпюру уплотняющих давлений и определяют глубину сжимаемой толщи;
сжимаемую толщу делят на элементарные слои и вычисляют осадку фундамента по 4, прил.2, формула (1).
Осадку ленточных свайных фундаментов с одно- и двухрядным расположением свай следует производить по 5, прил.3.
5. Проектирование песчаной подушки
К устройству искусственного основания прибегают в тех случаях, когда естественное оказывается недостаточно прочным или сильно сжимаемым, и его использование экономически нецелесообразно.
Песчаные подушки – простейший вид искусственного основания. При их устройстве слабый грунт вынимается на некоторую глубину и заменяется крупнозернистым или среднезернистым песком, укладываемым с заданной плотностью сухого грунта не менее 16,5 кН/м3.
Песчаную подушку не рекомендуется применять при возможной суффозии (вымывании) песка из тела подушки, а также при заложении фундамента выше расчетной глубины промерзания в случае высокого уровня грунтовых вод и возможности заиления подушки.
Расчет песчаной подушки сводится к определению ее размеров и осадки возводимого на ней фундамента.
Подушку в известной мере можно рассматривать как верхний слой основания, подстилаемый грунтами природного сложения. Грунт в объеме подушки находится в более напряженном состоянии, чем при слоистом напластовании. Это объясняется тем, что по периметру подушки находится слабый грунт, который в большей степени, чем песок, уплотняется в горизонтальном направлении (рис.8).
Рис.8. Схема для расчета песчаной подушки
Высоту песчаной подушки выбирают таким образом, чтобы давление, передаваемое на подстилающий слой, не превышало расчетного сопротивления этого грунта, т.е. должно соблюдаться условие
 ,
где  - дополнительное вертикальное давление, возникающее на кровле слабого грунта от нагрузки, передаваемой фундаментом, кПа;
 - вертикальное напряжение от собственного веса грунта на глубине  , кПа.
Значения  и определяются по формулам
  ,
где - среднее давление по подошве фундамента, кПа;
 - средневзвешенный удельный вес грунта в пределах глубины  ;
- коэффициент изменения дополнительного давления в грунте 4, табл.1, прил.2.
Для обеспечения устойчивости основания песчаная подушка должна иметь достаточную ширину. При малой ее ширине в слабом грунте, находящемся по сторонам подушки, могут возникнуть пластические деформации, в результате чего подушка будет раздавливаться (выдавливаться в стороны). Опыт строительства свидетельствует о том, что устойчивость заведомо обеспечивается при угле  .
Ширина условного фундамента определяется
 ,
где  - площадь условного фундамента
 ;
Здесь  - ориентировочное значение веса фундамента и грунта на его уступах;
 ,
где  - соответственно длина и ширина проектируемого фундамента.
После нахождения  определяется  по 4, формула (7) (по обозначениям рис 8).  .
Если условие  - не удовлетворяется, то увеличивают высоту подушки, или площадь фундамента.
После установления размеров подушки производится расчет основания по деформациям. Если осадка превышает пределы величины, указанной в 4, табл. прил.4), то увеличивается высота подушки, расчет повторяют или переходят на другой вид искусственного основания.
Для экономии материала песчаной подушки котлован отрывается с предельно крутыми откосами или ограждается креплением.
Список литературы
Веселов В.А. Проектирование оснований и фундаментов. –М.: Стройиздат, 1990.
Далматов Б.И. Механика грунтов, основания и фундаменты. –Л.: Стройиздат, 1988.
ГОСТ 25100-95. Грунты. Классификация. М.: ИПК, Издательство стандартов, 1996.
СНиП 2.02.01-83. Основания зданий и сооружений. /Госстрой СССР. М.: ЦИТП Госстроя СССР, 1985.
СНиП 2.02.03-85. Свайные фундаменты /Госстрой СССР. М.: ЦИТП Госстроя СССР, 1986.
СНиП 2.01.01-82. Строительная климатология и геофизика /Госстрой СССР. – М.: ЦИТП Госстроя СССР, 1983.
Приложение 1
Укрупненные единичные расценки на земляные работы, устройство
фундаментов и искусственных оснований /значения относительные/
Таблица 2
Наименование работ и конструкций
|
Стоимость на единицу измерения, руб./коп.
|
1
|
2
|
Земляные работы
Разработка грунта под фундаменты глубиной до 3,0 м:
песчаных
глинистых
влажных
|
18-00
20-00
23-00
|
Водоотлив на 1,0 м3 грунта:
При отношении мокрого грунта /ниже LW/
к глубине котлована:
до 0,25
0,50
0,75
свыше 0,75
|
3-50
9-50
18-00
30-00
|
Крепление стенок котлована досками
при глубине выработки
до 3,0 м, м2
более 3,0 м, м2
Устройство деревянного шпунтового ограждения, м2 ограждения
Устройство фундаментов
Монолитные фундаменты:
фундаменты и стены подвала бутовые, м3 кладки
то же бутобетонные, м3 бутобетона
фундаменты бетонные отдельные, м3 бетона
то же непрерывные (ленточные), м3 бетона
фундаменты железобетонные, отдельные (под колонны), м3 железобетона
то же ленточные, м3 железобетона
|
8-50
9-80
78-60
297-00
327-00
369-00
347-00
565-00
640-00
|
Продолжение таблицы 2
1
|
2
|
Сборные фундаменты:
фундаменты сборные для промышленных зданий, м3 железобетона
трапецеидальные блоки ленточных фундаментов, м3 железобетона
бетонные фундаментные блоки (в том числе стеновые), м3 бетона
Железобетонные сваи:
железобетонные до 12 м (с забивкой), м3 бетона
то же более 12 м, м3бетона
железобетонные сваи полые (с забивкой), м3 бетона
устройство набивных бетонных свай, м3 бетона
Деревянные сваи:
деревянные сваи при длине до 10 м, м3 сваи
то же более 10 м, м3 сваи
Искусственные основания под фундаменты:
песчаные подушки за 1 м3 в деле, м3
щебенистые и гравийные подушки, м3
силикатизация песчаных и лессовых грунтов, 1 м3 закрепленного массива
термический способ закрепления лессовых грунтов, 1 м3 закрепленного массива
|
1050-00
930-00
780-00
1290-00
1460-00
1290-00
1960-00
700-00
900-00
105-00
142-00
300-00
160-00
|
|
Скачать 0.65 Mb.