Проектирование свайных фундаментов

- В курсовом проекте рекомендуется к применению сваи заводского изготовления призматические и сваи набивные, изготавливаемые на строительной площадке. Конструкция свай заводского изготовления квадратного сечения принимается по действующим ГОСТ. Конструкция свай набивных принимается в соответствии с отработанными технологиями для машин и механизмов, получивших широкое применение в строительной практике.

- Свайные ростверки, обеспечивающие совместную работу свай в фундаменте принимаются из монолитного железобетона, с опиранием на грунт через бетонную подготовку из бетона класса В7,5…В10. Конструкция ростверка в узле сопряжения с колонной решается как для фундамента неглубокого заложения.

- Расстояние между сваями в фундаменте должно быть не менее 3d (между осями) для забивных свай и не менее (0,6..1,0)м в свету между скважинами, устроенными одновременно и 300..400мм между скважинами, устроенными последовательно с бетонированием набивных свай.

- Сопряжение свай с ростверками принимается - жесткая заделка: с выпусками стержней арматурного каркаса свай ; с заделкой цельного сечения сваи на глубину 50мм для жилых зданий и 100мм для промышленных зданий. Размеры ростверков в плане принимаются со свесом за крайние грани крайних рядов свай, с учётом их неблагоприятных смещений при устройстве, не менее (50..100)мм. Толщина плиты ростверка определяется условиями заделки свай, условиями продавливания крайними сваями и продавливания колонной, при угле жёсткости .

- Конструкции свайных фундаментов и технология их устройства принимаются в зависимости от инженерно-геологических условий и условий строительной площадки (стесненные условия, наличие неустойчивых склонов и др.)

- Горизонтальная нагрузка на фундамент компенсируется работой свай на изгиб, моментная нагрузка – работой свай на выдергивание-вдавливание.

Проектирование свайных фундаментов производится по условиям I группы предельных состояний на расчётные нагрузки (N_I, Q_I, M_I). При обеспечении требований по I ГПС выполняется расчёт фундаментов по условиям II ГПС на расчётные нагрузки (N_II, Q_II, M_II).

6.1. Расчет отдельно стоящего фундамента по несущей способности грунтового основания и по деформациям:

№ п/п	Алгоритм	Пояснения
	Выбор отметки головы сваи	Положение головы сваи определяется требуемой глубиной заложения ростверка, условиями заделки сваи в ростверке, конструкцией ростверка. Глубина заложения обреза ростверка и его конструкция определяется как для фундамента неглубокого заложения. Условие заделки колонн в ростверке принимается как для столбчатого фундамента. Заделка свай в ростверк обеспечивается оголением арматурных стержней каркаса в голове сваи на участке 250…350мм для восприятия изгибающих усилий и заведением ненарушенного участка сваи на глубину (50…100)мм для восприятия горизонтальных усилий. Необходимая высота ступеней ростверка и плиты ростверка принимается в курсовом проекте из условий опирания призмы жёсткости на крайние сваи (рис. 6.1). При этом вертикальные размеры ступеней плиты принимаются кратными 50мм, а горизонтальные кратные 100мм. Для свай заводского изготовления отметка головы определяется размером арматурных выпусков () и глубиной заделки тела сваи в ростверке. Выпуски арматурных стержней обеспечиваются срубкой бетона головы сваи. Бетонная подготовка под ростверк устраивается в объеме грунта ручного добора (100мм) и служит: для качественного ведения арматурных и опалубочных работ; для уменьшения защитного слоя бетона у подошвы фундамента с 70 до 35мм.
	Выбор отметки погружения сваи	Длина сваи должна быть . По данным инженерно-геологических изысканий принимается опорный слой грунта более прочный: по крупности-плотности сыпучих грунтов (крупные, средней крупности, средней плотности, плотные), по для глинистых грунтов; по показателю сжимаемости (малосжимаемые и среднесжимаемые). При наличии нескольких прочных и плотных слоев грунта в основании к расчету принимается 2-3 сваи, отличающиеся глубиной погружения. Мощность опорного слоя должна обеспечивать возможность погружения сваи на , при этом ниже торца сваи должна оставаться мощность (рис. 6.1). На одном объекте рекомендуется применять сваи одного типа и не более 2-3 разновидностей, отличающихся размерами сечения и глубиной погружения. Сваи одного здания или его отсека должны опираться на один слой грунта в основании.
Рис. 6.1 Схема компоновки отдельно стоящего свайного фундамента, схема работы свай на вертикальные, горизонтальные и моментные составляющие нагрузок - глубина погружения подошвы ростверка; - длина анкеровки арматурных выпусков из головы сваи; - отметка головы сваи при погружении; - отметка срубки бетона головы сваи; - длины свай, принятых к расчету; - размер поперечного сечения ствола сваи; - шаг свай, может быть различным в продольном и поперечном направлении в кусте, для забивных свай ; - мощность природных слоев грунта; - условно выделенные участки по длине сваи в прорезаемых слоях грунта (); заглубление торца сваи в слой грунта должно составлять , под торцом сваи мощность слоя должна быть ; - глубина положения середины выделенных участков по длине сваи от природной поверхности грунта; - удельная сила трения грунта на i-ом участке по длине сваи, определяется по СП /4/; - расчетное сопротивление грунта под торцом сваи; - момент защемления головы сваи в ростверке; - глубина защемления сваи в грунте основания; zтi – глубина положения торца сваи от природной поверхности грунта.
	Определение несущей способности сваи () и расчетной допустимой нагрузки на сваю по грунту ()	Все слои, прорезаемые сваей обеспечивают сопротивление погружению трением, при мощности слои природного грунта, разбиваются на условные слои мощностью . Для середины каждого условного слоя определяется глубина от уровня природного рельефа () и величина удельного тангенциального сопротивления () по боковой поверхности в зависимости от вида и состояния грунта i-го слоя (рис. 6.1), принимается по приложению 5. Для грунта под торцом сваи определяется расчетное сопротивление (рис 6.1). Сопротивления грунта и принимаются по таблицам СП /4/ или по приложению 5. Несущая способность сваи по грунту на вертикальную нагрузку определяется по зависимости: или - коэффициент условий работы сваи в грунте (); - коэффициенты условий работы грунта по боковой поверхности и под торцом сваи, учитывают способы устройства сваи и принимаются по СП /4/, или приложению 5. - площадь торца сваи; - периметр поперечного сечения ствола сваи; Тбок – доля несущей способности грунта по работе боковой поверхности сваи; Рпет – доля несущей способности грунта под пятой сваи. Расчётная допустимая нагрузка на сваю определяется по зависимости: , где - коэффициент надёжности по грунту, принимается 1,4, для определения Fd расчётным путём.
	Определение допустимой горизонтальной нагрузки на сваю в свайном фундаменте	Принимается сопряжение головы сваи с ростверком по схеме с защемлением. Горизонтальные нагрузки передаются ростверком на участок головы сваи высотой 50мм для гражданских зданий и 100мм для промышленных зданий. Моментные нагрузки воспринимаются продольными арматурными стержнями выпущенными из тела сваи с заделкой на глубину не менее 250мм в тело ростверка. В курсовом проекте принимается ростверк с подошвой на грунте основания. Определяется расчётная глубина заделки сваи в грунт, для условий низкого расположения ростверка. , где - коэффициент деформации сваи в грунте; , где - коэффициент пропорциональности, принимаемый в зависимости от вида грунта по СП “Свайные фундаменты” (табл. 6.1) - расчётная ширина сваи, определяется по СП “Свайные фундаменты” в зависимости от размера поперечного сечения сваи; - приведённый момент инерции сечения сваи; =3 – коэффициент условия работы. Величина расчётного изгибающего момента для сваи может быть принята с частичным учётом горизонтальных отпоров грунта: как для консоли с расчётной длиной при однорядном расположении свай в ростверке или при многорядном расположении свай и отсутствии защемления их голов; с учётом защемления при 2-х или более рядном расположении свай в ростверке с защемлением их голов. Вертикальная составляющая нагрузки на сваю определяется по результатам компоновки свайного куста (поля) и ростверка, предварительно может быть принята равной (0,8…1,0) Рсв. Допустимые усилия в свае определяются как для внецентренно сжатого стержня с известными характеристиками по армированию и бетону ствола. Горизонтальные смещения сваи задаются проектом, при этом они не должны превышать . В курсовом проекте допускается принимать горизонтальную нагрузку на 1 сваю в зависимости от вида и состояния грунта в пределах предварительно по таблице 6.2.
Таблица 6.1 Грунты окружающие сваю Коэффициент к, т/м4 1 Пески крупные 0,5 Глины и суглинки 2 Пески мелкие Пески средней крупности Супеси Глины и суглинки 3 Пески пылеватые Супеси Глины и суглинки 4 Суглинки и глины   1800…3000 1200…1800 700…1200 400…700 Величины допускаемой нагрузки (, тс) на одну сваю Таблица 6.2 Вид и состояние грунта в пределах l3 Сечение свай Глубина lз 300x300 350x350 400x400 1 Пески кроме пылеватых средней плотности, суглинки и глины 2 Пески рыхлые и пылеватые; супеси пластичные, суглинки и глины 3 Суглинки и глины текучепластиные   6,0 2,5 1,0   7,0 3,0 1,5   8,0 3,5 2,0   6bсв 7bсв 8bсв
	Определение требуемого количества свай в кусте (n) при действии вертикальных , моментных и горизонтальных нагрузок	Нагрузка от веса ростверка и грунта на его уступах неизвестна. Предварительно принимается нагрузка от массива фундамента на одну сваю , - размер сечения сваи; - глубина заложения ростверка; - средний удельный вес массива, принимается . Определяется число свай в кусте, как для центрально нагруженного фундамента: , округлить до большего целого числа. Выполнить расстановку свай в кусте (рис.6.2) из условий, чтобы размер куста в направлении моментной нагрузки превышал размер в поперечном направлении не более чем в 2 раза. Выполнить вычисление нагрузки на 1 сваю , - расстояние от центра тяжести свайного куста до i-ой сваи, в направлении действия нагрузок М0I и QoI. При невыполнении условий необходимо увеличить число свай, выполнить новую компоновку куста и увеличить шаг свай до . При выполнении условий выполняется конструирование ростверка и определяются уточнённые нагрузки от веса ростверка и грунта на его уступах. Расчеты выполнить для всех выбранных вариантов свай, для сочетаний нагрузок: ; ; ; По результатам расчётов принимается свайный фундамент удовлетворяющий всем возможным условиям нагружения вертикальной и моментной составляющей нагрузок. Принятый свайный куст проверяется по условиям восприятия горизонтальных нагрузок: - горизонтальная составляющая нагрузок в уровне подошвы ростверка. Если условие не обеспечено, количество свай увеличивается, компоновка свайного куста изменяется.
Рис. 6.2. Схема компоновки куста из забивных свай в зависимости от количества свай, сечения свай и эксцентриситета нагрузок в уровне подошвы ростверка (): Кол-во свай в кусте Схема куста свай Рекомен-дуемый шаг свай Эксцентриситет при ширине сечения сваи           75...150 90.. 105..210 120..240   145..200 180.. 210..280 240..320   400..530 480.. 560..750 640..850   530..700 640.. 750..980 850..   700.. 840.. 980.. 1120..   1170.. 1400..2040 1630.. 1860.. - Фактическая величина допускается в пределах между максимальными и минимальными величинами. - Минимальное расстояние между осями соседних свай должно быть , bса – размер поперечного сечения сваи.
	Конструирование свайного фундамента и проверка фактических нагрузок на сваи (для выбранного варианта)	Куст свай устраивается вытянутой формы из условий восприятия моментных нагрузок. При этом, из условий компоновки куста свай, контур подошвы ростверка принимается со свесом за наружные грани свай из условий: передачи горизонтальных нагрузок не менее (50- 100)мм соответственно для гражданских и промышленных зданий, отклонение свай при погружении не более 0,2bсв. Тело ростверка по высоте плитной части компонуется из условия обеспечения призм продавливания между подколонником, колонной и внутренними гранями свай под углом . Толщина ростверка под колонной принимается по условиям продавливания с призмой ограниченной образующими . Если призма продавливания тела ростверка колонной не доходит до крайних рядов свай, то необходимо проверить продавливание колонной и продавливание угловой сваей при . Подколонная часть ростверка конструируется как для фундамента неглубокого заложения. Размеры ступеней плиты ростверка принимаются кратными 100мм. В курсовом проекте рекомендуется принять толщину плиты ростверка из условий охвата призмой продавливания под колонной крайних рядов свай. После компоновки ростверка производится проверка фактической нагрузки на сваи: h – высота ростверка, м; - составляющая нагрузки от горизонтальных давлений грунта на тело фундамента - то же из-за разности нагрузок с разных сторон ростверка. - суммарная горизонтальная нагрузка на свайный куст в уровне подошвы ростверка. При обеспечении условий по допустимым нагрузкам конструирование свайного фундамента заканчивается, иначе выполняется изменение плитной части ростверка и куста свай. При учёте временных горизонтальных нагрузок на фундамент (ветровых и крановых) доля их влияния на допустимые нагрузки на крайние ряды свай () может быть уменьшена на 20%.
	Выбор варианта свайного фундамента	Выполнить сравнение вариантов свайных фундаментов по расходу материалов и трудоемкости на устройство свайного куста и ростверка. Показатели трудоемкости принять по приложению 2.
	Расчет осадок свайного фундамента	Выполнить построение условного массива грунта, участвующего в перераспределении нагрузок от свай, определить размеры его подошвы в уровне торцов свай () (см. рис. 6.3). Образующая распределения нагрузок по длине свай в грунте принимается . При слоистом основании в пределах длины свай определяется ; -мощность и угол внутреннего трения в слоях грунта прорезаемых сваями. В уровне торца свай образуется подошва условного массива ; , где bn, ln – размер куста свай по наружным граням крайних свай; lсв – длина свай в грунте. Условный массив образуется вертикальными гранями проведёнными через стороны его подошвы. После построения массива фундамента производится определение нагрузок по его подошве: - средневзвешенное значение удельного веса грунта в пределах длины сваи. - величина природного давления грунта в уровне подошвы условного массива. Расчет осадок грунтового основания ниже подошвы условного массива выполняется как для фундамента неглубокого заложения по методу послойного суммирования: - предельно допустимая осадка для проектируемого здания, принимается по СП /3/. Расчет осадок влияния от соседних фундаментов и рядом расположенных сооружений и расчет кренов фундаментов производится по СП /3/, как для фундаментов неглубокого заложения. При расчете крена принимается моментная нагрузка в уровне подошвы ростверка, а вертикальная в уровне торца сваи:
Рис. 6.3 Схема к расчету осадок отдельно стоящего свайного фундамента. Сжимаемая толща грунта () разбивается на условные слои толщиной - вес грунта, соответственно выше и ниже подошвы ростверка в призме размерами bMxlM; - вес ростверка; - вес свай; N0 II – нагрузка от колонны здания; dМ- глубина заложения подошвы уровня массива от поверхности планировки; lсв – глубина заложения сваи ниже подошвы ростверка; - эпюра бытовых давлений от веса слоёв природного грунта, от отметки NL; - эпюра дополнительных давлений на основание.