Проектирование свайного фундамента

Предварительное назначение размеров свай производится исходя из геологического строения площадки. Остриё сваи следует располагать в прочных малосжимаемых грунтах. Заглубление сваи в опорный слой несущий должно быть не менее 0,5–1 метра, причём меньшие значения при прочных грунтах.

Рекомендуется заводить сваю в несущий слой на 2–3 метра. Остриё сваи не должно совпадать с границей слоёв, а быть выше её на 1 метр или ниже на 0,5 метра.

Назначив ориентировочно положение нижнего конца сваи, округляют её до ближайшей стандартной сваи и уточняют положение нижнего конца сваи. Принимают поперечное сечение сваи. Длинна забивных свай измеряется от головы сваи до начала острия. Минимальная длина сваи при центральной нагрузке не менее 2,5 метра при внецентренной – 4 метра. Ростверки выполняют из монолитного или сборного железобетона. Высота ростверка назначается согласно расчёту на продавливание, обычно по конструктивным соображениям , но не менее 30 см, ( - величина заделки сваи в ростверк). Чаще всего осуществляется свободное сопряжение сваи с ростверком заделкой сваи в ростверк на глубину не менее d (d – сторона квадратной сваи или диаметр круглой) и применяется в случае действия больших моментов и горизонтальных нагрузок или когда сваи располагаются в слабых грунтах.

Ростверк, как правило, располагается ниже подвала. В пучинистых грунтах ростверк закладывается ниже расчётной глубины промерзания. Ростверки бесподвальных зданий могут закладываться у поверхности земли на 0,1–0,15 метра ниже планировочных отметок.

Расчёт свайных фундаментов должен проводиться по двум группам предельных состояний:

- по первой группе расчётом несущей способности грунта оснований свайных фундаментов

- по второй группе расчётом осадок оснований свайных фундаментов.

Одиночную сваю по несущей способности грунтов основания следует рассчитывать исходя из условия: , где

– расчётная несущая способность сваи по грунту,

– коэффициент надёжности, =1,4

N – расчётная нагрузка передаваемая на сваю с учётом коэффициента надёжности по нагрузке .

Несущая способность висячей сваи по грунту, работающей на сжимающую нагрузку, определяется по формуле: где

– коэффициент условной работы сваи в грунте.

R – расчётное сопротивление грунта под нижним концом сваи, кПа

R=5783 кПа

- площадь опирания на грунт сваи

- наружный периметр поперечного сечения сваи.

расчётное сопротивление I‑го слоя грунта основания на боковой поверхности сваи.

толщина I‑го слоя грунта соприкасающегося с боковой поверхностью сваи, м

коэффициенты условной работы соответственно под нижним концом и на боковой поверхности сваи.

Расчётная несущая способность сваи с учётом коэффициента надёжности:

Определяем количество свай в свайном фундаменте.

Для установленного свайного фундамента количество свай определяется по формуле:

- вес ростверка,

Нагрузка от массы фундамента: .

Нагрузка от массы колоны подвала: .

Нагрузка от массы грунта:

Принимаем свай.

Проверка свайного фундамента по первой группе предельных состояний

Законструировав ростверк, выполняется проверка свайного фундамента по несущей способности по условию: или .

Расчётная характеристика на сваю: .

При проверке условия следует добиться запаса прочности не более 20% т.е.

Расчёт свайного фундамента по второй группе предельных состояний

Расчёт фундамента по деформациям как условного массивного фундамента на естественном основании. Границы условного фундамента определяется следующим образом: сверху поверхностью планировки, с боков вертикальными плоскостями АВ и БГ, снизу плоскостью в уровне нижних концов свай в границах условной площади подошвы фундамента.

Средневзвешенное значение угла внутреннего трения грунтов, залегающих в пределах длинны сваи при сплошном их напластовании определяется: , где

– расчётное значение углов внутреннего трения грунта I‑го слоя, град.

– соответствующие толщины слоёв грунта.

Ширина условного фундамента:

Площадь подошвы условного фундамента:

Среднее давление под подошвой условного фундамента:

, где

=2241,31кН – внешняя расчётная нагрузка на фундамент, для расчётов по второй группе предельных состояний.

- вес ростверка,

- Нагрузка от массы фундамента:

- Нагрузка от массы колоны подвала:.

N_св11=4,5х0,23х10х9=93,15кН – Нагрузка от массы сваи

Усреднённый удельный вес грунта выше подошвы условного фундамента:

Вес грунта в объёме условного фундамента:

получим: .

Проверим условие

Расчётное сопротивление грунта основания определяется по формуле:

- коэффициенты условной работы, принимаемые по таблице 5,2 (1).

- коэффициенты, принимаемые по таблице 5,3 (1) для

– условная ширина подошвы фундамента.

- осреднённое расчётное значение удельного веса грунтов, залегающих ниже условной подошвы фундамента.

– то же, выше подошвы фундамента.

– для сооружений с подвалом шириной и глубиной свыше 2 м.

– толщина слоя грунта от подошвы до пола подвала

– толщина пола подвала

- коэффициент при ; коэффициент надёжности.

- расчётное значение удельного сцепления грунта, залегающего непосредственно под подошвой фундамента.

- условие выполняется перерасчёт не требуется.

Определение конечной осадки свайного фундамента методом послойного суммирования

Ширина подошвы свайного фундамента . Среднее давление под подошвой фундамента . Вычерчиваем в масштабе геологический разрез строительной площадки. На этот разрез наносим контуры фундамента, строго выдерживая глубину заложения. Разбиваем толщу грунта ниже подошвы фундамента на элементарные слои высотой . Для вертикали, проходящей через середину подошвы фундамента, находим напряжения от собственного веса грунта и дополнительные давления : .В уровне подошвы фундамента (точка 0)

Нижняя граница сжатой толщи основания применяется на глубине, где выполняется условие .

Данные расчёта осадки сечения 2–2

Грунт	Номера точек	Z, м	ξ=2Z/b	α	σzq, кПа	σzp, кПа	E, кПа
Глина коричневая	0	0	0,00	1,000	139,69	91,5	21600
Глина коричневая	1	0,9	0,50	0,920	157,78	84,2	21600
Песок желтый	2	1,44	0,80	0,800	163,12	73,2	28000
	3	2,88	1,60	0,449	177,34	41,1
	4	4,32	2,40	0,257	191,57	23,5
	5	5,76	3,20	0,106	205,80	9,7
	6	7,2	4,00	0,108	220,02	9,9
	7	8,64	4,80	0,077	234,25	7,0
	8	8,9	4,94	0,075	236,82	6,8

Осадка фундамента

S=0,8 ( 0,9+ 0,54 () х 1,44)=0,012 м=1,2 см<S_u=8 см

Технико-экономическое сравнение вариантов фундаментов

Наименование работ	Единицы измерения	Стоимость на ед. изм Руб.-коп.	Фундамент мелкого заложения		Свайный фундамент
Наименование работ	Единицы измерения	Стоимость на ед. изм Руб.-коп.	Объём работ	Стоимость работ	Объём работ	Стоимость работ
Разработка грунта экскаватором на гусеничном ходу	1000 м³	146	176.08	25.71	181.04	26.43
Разработка грунта вручную в котловане	100 м³	231	9.92	22.92	-	-
Засыпка вручную пазух котлована	100 м³	56	91.89	51.46	176.81	99.01
Крепление стенок котлованов	100 м² крепления	106	24	25.44	-	-
Уплотнение грунта тяжелыми трамбовками	100 м² уплотненной поверхности основания	45.3	42.3	19.16	-	-
Устройство фундаментов под колоны, железобетонные	м³	32	4.83	154.56	4.23	135.36
Стоимость свай квадратного сечения сплошных длинной 6 м.	м	7.7	-	-	54	415.80
Погружение дизель молотом на тракторе ж/б свай длинной 6 м.	м³	18.5	-	-	3.80	70.30
Вырубка бетона из арматурного каркаса	шт.	19	-	-	9.00	171.00
ИТОГО		299.24		917.91

Фундамент мелкого заложения дешевле

Проверка прочности слабого подстилающего слоя

Ниже несущего слоя грунта залегает грунт с меньшими прочностными характеристиками (ориентировочно оцененными по R₀), поэтому проверим прочность подстилающего слоя.

Должно выполняться условие:

, где