Что такое условный свайный фундамент

Под условным свайным фундаментом

Для этой проверки строят условный свайный фундамент (рис. 4.4).

а б

Рис. 4.4. Схемы построения условного свайного фундамента при отсутствии слабых грунтов — а, при наличии слабого слоя в пределах толщи прорезываемой сваями — б: 1 – слои грунтов, b_y – ширина условного фундамента

Границы условного фундамента (рис. 4.4) определяются следующим образом: снизу – горизонтальной плоскостью, проходящей через нижние концы свай; с боков – вертикальными плоскостями, отстоящими от наружных граней крайних рядов вертикальных свай на расстоянии l_p×tg(j/4); сверху – поверхностью планировки грунта DL. На рис. 4.4 проекция такого условного фундамента представлена фигурой «1 – 2 – 3 – 4», здесь j — осредненное расчетное значение (по деформациям) значение угла внутреннего трения грунта, определяемое по формуле

, (4.15)

где h_i, j_II,I – соответственно толщина и расчетное значение угла внутреннего трения отдельного i-го слоя, пройденного сваей (в пределах расчетной длины сваи l_p).

Наклонные плоскости проводятся от подошвы ростверка. Если в пределах расчетной длины свай l_p встречаются ненормируемые («слабые») грунты, не обеспечивающие трение по боковой поверхности свай (например, пылевато-глинистые в текучем состоянии, рыхлые песчаные грунты), наклонные плоскости под углом φ/4 проводятся oт кровли того слоя, где силы трения принимают участие в обеспечении несущей способности сваи. В этом случае φ определяется лишь для нижележащих слоев грунта.

Размеры подошвы условного фундамента (ширину b_у и длину 1_у) можно определить но формулам

где m_b, m_l — количество рядов сваи соответственно по ширине и длине фундамента; b_b, b_l — расстояния, между рядами свай соответствен­но по ширине и длине фундамента; l_p— длина сваи без учета ее части, заделанной в ростверк. Обычно

l – расчетная длина сваи; d — размер поперечного сечения свай.

Проверка прочности основания под условным свайным фундаментом производится по формулам (3.5) и (3.6).

Среднее давление под подошвой условного свайного производят по формуле

, (4.19)

где N_оII– внешняя нормативная нагрузка на уровне обреза условного фундамента; N_pII — нормативная нагрузка от веса ростверка; G_грII— нормативная нагрузка от веса грунта в объеме условного фундамента; N_cвII — нормативная нагрузка от веса свай; А_у – площадь условного фундамента.

При определении N_оII необходимо учитывать наличие подвала в зданиях. В этом случае к нагрузке N_оIIприбавляется вес стакана и фундаментных стеновых блоков или монолитных стен подвала.

Вес ростверка равен

где b_рост, l_рост, h_рост – соответственно ширина, длина и высота ростверка; 25 – удельный вес железобетона в ростверке (кН/м 3 ).

Вес свай в ростверке

где n – количество свай в ростверке (шт.); l_p – длина сваи за исключением ее заделки в ростверк (м); d 2 – площадь сечения сваи (м 2 ); 25 – удельный вес железобетона в ростверке (кН/м 3 ).

где V_у– объем условного свайного фундамента (м 3 ); V_рост – объем ростверка в пределах условного свайного фундамента;g_II,ср– средний расчетный удельный вес грунта в пределах условного фундамента (кН/м 3 ).

где b_у , l_у , d_у – соответственно ширина, длина и глубина заложения условного фундамента.

, (4.24)

где h_i – мощность слоев грунта в пределах глубины заложения условного фундамента; в пределах глубины заложения условного фундамента; g_i – расчетный удельный вес в i-м слое грунта, вычисленный с учетом взвешивающего действия воды, если в пределах d_у нет водоупора.

Определение максимального и минимального давлений производится по формулам (3.9), (3.10), (3.11), (3.12). Если в этих формулах приведены размеры фундаментов мелкого заложения, то в настоящей главе размеры относятся только к условному свайному фундаменту, то есть b = b_y, l = l_y, h_ф = d_у .

Расчетное сопротивление грунта R вычисляется под условным фундаментом по формуле (3.3), где подставляются следующие величины: b_y вместо b и d_у вместо d₁.

Все коэффициенты (γ_c1, γ_c2, M_g, M_q, M_c, с_II) принимаются для того слоя, на который опирается условный свайный фундамент. Если в пределах высоты условного фундамента нет водоупора, то удельные веса грунтов в каждом слое рассчитываются с учетом взвешивающего действия воды.

При невыполнении условий (3.5) и (3.6) необходимо увеличить расстояние между сваями до 6d или увеличить длину сваи для забивки в более прочный грунт.

Источник

Методика условного фундамента к большеразмерным свайным полям

18.11.2014, 21:14 #2

СП 24.13330.2011 п.7.46

18.11.2014, 21:42 #3

расчеты МКЭ, проектирование, к.т.н.

Наверное не точно написали ссылку? В СП есть пункт 7.4.6, и там нет определение данного термина.

18.11.2014, 22:06 #4

А определения нет. Это все идет из Москвы

Сначала все было хорошо и было определение «свайное поле» в рекомендациях по проектированию свайных полей 1983 г- в плане 10х10 или в виде кольца. .
Потом появились внутренние Московские нормы в 1997 г Рекомендации по расчету, проектированию и устройству свайных фундаментов нового типа в г. Москве. и в 2001 г в Инструкции и неожиданно всплыл термин большеразмерные плитные ростверки (при размерах в плане 10×10 м и более)
Потом это вошло в СП 50-102-2003 Для тяжелых каркасных зданий и сооружений применяют, как правило, большеразмерные плитные ростверки (при размерах в плане 10х10 м и более).
Ну а в СП 24.13330.2011 это уже не кусты, а поля (правда без расшифровки).

Источник

Расчет осадки свайного фундамента – нормативные документы, требования, формулы

Что такое осадка фундамента и что на неё влияет

Осадка свайного фундамента — это изменение уровня размещения свай в грунте, возникающие в процессе их эксплуатации. Основная причина осадки — неправильные расчеты устойчивости фундамента к нагрузкам на стадии его проектирования, которые приводят к использованию опор недостаточной длины либо меньшего, чем того требуют фактические условия, сечения.
Проседания свай возникают под воздействием следующих факторов:

• Недостаточной несущей способности почвы, в которой размещена опорная подошва свай;
• Нагрузок, передающихся на фундамент в процессе работы в грунте, исходящих от массы здания, давления снега и эксплуатационных воздействий.

Несущая способность почвы увеличивается пропорционально уровню ее расположения — чем глубже находится пласт, тем большей плотностью и силой сопротивления он обладает, тогда как поверхностные слои почвы, как правило, представлены низкоплотными породами, неспособными выдержать исходящую от фундамента нагрузку.

Рис. 1.1: Схема осадки свайных фундаментов
Грузонесущуя способность железобетонной опоры по материалу будет всегда больше, чем аналогичная характеристика грунта. Если в расчетах фундамента допущены ошибки, то пласт грунта в котором расположена опорная часть свай, под весом здания будет уплотняться и проседать, что приведет к уменьшению нулевого уровня фундамента (его осадке).

Рис. 1.2: Схема работы свай в грунте — а) сваи-стойки; б) висячие сваи.

Данная проблема особенно характерна для висячих свай, которые получают устойчивость за счет трения почвы с боковыми стенками опоры. Сваи стойки, опирающиеся на глубинные, несжимаемые пласты грунта, ввиду высокой плотности породы практически не подвергаются осадке.

Нормативные документы

Основным документом, описывающим конструкцию и типы фундаментов на свайных опорах, а также регламентирующий их конструирование и расчет считается СНиП 2.02.03-85 «Свайные фундаменты».

Более современным документом, разработанным не так давно, является СП 24.13330.2011. В современной редакции СНиП каких-либо значительных изменений не добавлено, хотя некоторые замены и уточнения после появления новых технологий и материалов были внесены. При сомнениях и существенных разногласиях ориентироваться, все же, следует на СП, в которых приведены конкретные примеры.

В Правилах озвучиваются основные запросы, предъявляемые к разработке конкретного типа основания – свайного.

В СП описываются различные типы опор, инженерно-геологические характеристики, рассматриваются нюансы и частные примеры расчетов вновь возводимых зданий, реконструируемых построек. Положения СП 24.13330.2011, равно как и СНиП 2.02.03-85 не применяются к свайным основаниям, строящимся:

• для сооружений, находящихся под нагружением динамического характера;
• в вечной мерзлоте;
• на заглублении, превышающем 35 м;
• для сооружений, относящихся к предприятиям нефтепереработки.

Основные положения

Разработка проектов и расчет фундаментов на свайных опорах основаны на:

• данных инженерно-геологической разведки;
• сейсмической категорийности области проектирования;
• конструктивных, технологических, эксплуатационных характеристиках сооружения;
• значении и направленности приложения постоянных и кратковременных нагрузок;
• ТЭР при сопоставлении с конкурирующими вариантами.

Виды расчетов

СП 24.13330.2011 указывает, что расчет фундаментных оснований выполняется по критическим состояниям, разделяемым на две группы.

Процесс монтажа свай

По предельным состояниям первой группы высчитываются и устойчивость, и несущая способность, учитываются прочностные характеристики материалов. Вторая группа касается осадки свай под воздействием вертикально приложенных нагрузок, различным сдвигам основания в горизонтальной плоскости совместно с пластами грунта, образования трещин значительной глубины в теле конструкции оснований из железобетона.

Допустимую осадку подземного основания здания, согласно СНиП 2.02.03-85, необходимо рассчитывать по второй группе состояний.

Важнейший нюанс расчетов – обязательное принятие запаса надежности. Итоговое значение принимается по расчету по различным альтернативным вариантам и сопоставления полученных данных.

В СП 24.13330.2011 представлены требующиеся расчетные значения и постоянные, уточнены нагрузки на основание и их возможные сочетания.

Общие требования и виды свай

При проектировании свайных фундаментов основываются на:

• инженерно-геологических изысканиях;
• особенностях сооружения – конструктивных, эксплуатационных, технологических;
• сейсмичности региона;
• величине и направлении полезных, а также временных нагрузок;
• технико-экономических обоснованиях и сравнениях с другими вариантами.

В СП и СНиП производится определение вида свай:

• по варианту заглубления – забивные и винтовые, вдавливаемые и вибропогружаемые, набивные и буровые;
• по способу опирания на грунт – стоячие и висячие;
• по материалу – деревянные, металлические, бетонные и железобетонные;
• по форме поперечного и продольного сечения;
• по наличию армирования;
• по типу пяты и т.д.

В СНиП указывается, что расчеты свайных фундаментов должны производиться по предельным состояниям, разделенным на две группы. Первая относится к прочности материала, а также к несущей способности и устойчивости оснований. Вторая имеет отношение к осадкам свай в результате воздействия вертикальных нагрузок, к различным перемещениям в горизонтальном направлении подземных опор вместе с грунтовыми слоями и, кроме того, к образованию глубоких трещин в железобетонных фундаментных конструкциях.

Допустимая осадка фундамента, согласно требованиям СНиП, рассчитывается по второй группе предельных состояний.

Существенным моментом при проведении любых расчетов является необходимость закладки в результат вычислений плюсовых коэффициентов запаса надежности. Определение окончательных показателей производится по вариантным расчетам, после сопоставления альтернативных решений. В определенных СП даются расчетные значения и необходимые для вычислений коэффициенты, а также уточняются действующие нагрузки на фундамент, а также их сочетания. Какие именно строительные правила устанавливают те или иные характерные показатели, указывается в СНиП.

Виды свайных опор

Согласно СНиП 2.02.03-85 и более современному СП 24.13330.2011 сваи разделаются на следующие виды:

• По способу заглубления – винтовые, забивные, вибропогружаемые и вдавливаемые, буровые и набивные;
• По виду давления на грунт – висячие и стоячие;
• По форме поперечного и продольного сечений;
• По типу «пятки»;
• По материалам изготовления – металлические, деревянные, железобетонные и бетонные;
• По наличию и способу армирования.

Расчет количества и величины осадки свай

Сваи необходимо размещать в наиболее нагружаемых точках фундамента, а именно:

• По углам наружного периметра;
• В точках пересечения внутренних стен;
• В точках пересечения внутренних и наружных стен.

Вариант схемы расположения свай

Проще всего расположение свай определить, вычертив на бумаге в определенном масштабе план фундамента. Расстояние между сваями следует принимать не более 3 м, в противном случае следует устанавливать дополнительные опоры.

Затем следует определить, способно ли получившееся по расчету количество свай и находящийся под ними грунт выдержать вес здания.

В СП 24.13330.2011 приведено несколько примеров схем взаимного расположения свай, базирующихся на линейно-деформируемой теории грунтов, однако, при должном обосновании могут быть применены иные варианты.

При определении осадки свайных фундаментов любого типа основой можно назвать вычисление величины суммарной осадки S, которая не должна превысить предельно допустимой деформации Su. То есть, должно соблюдаться неравенство:

Если это условие не соблюдается, то необходимо сделать перерасчет с большим погружением свай до той глубины, при которой будет достигнуто требуемое значение.

По СНиП осадка висячих свай определяется как условный фундамент, границы которого на линии пяты покидают суммарную площадь реальных лент либо «кустов» свай. В актуальной версии СП 24.13330.2011 допустимая осадка определяется несколько иным методом.

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.

При несоблюдении условия производят перерасчет с увеличением заглубления свайных опор до тех пор, пока не будет достигнуто необходимого результата.

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;

G1 – модуль сдвига;

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);

i иj – i-тая и j-тая свая;

Если же распределение неизвестно, то расчет производится по той же формуле, но с учетом дополнительных нюансов и использованием знаний по строительной механике.

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.

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.

Расчёт осадки — методы

Специалисты, занимающиеся проектированием фундаментов, определяют расчетную осадку свай исходя из второй группы предельных состояний железобетонных опор, для чего используется два метода:

• Способ послойного суммирования;
• Способ эквивалентного слоя.

Способ послойного суммирования

Данный метод рекомендован к применению действующим СНиП, он является наиболее часто используемым способом вычислением осадок свайных оснований. При использовании способа послойного суммирования свайное основание принимается за условную монолитную конструкцию, размеры которой считаются по контуру крайних точек свайного поля. На нижеприведенной схеме размеры свайного основания представлены границами АВДС.

Рис. 1.3: График работы свай в грунте при реализации метода послойного суммирования Первоначально составляется габаритная схема основания АБСД, при расчетах используется величина уклона «а», выводящаяся из следующих формул:

• φcp — усредненный угол внутреннего трения контактирующих со сваей слоев почвы, определяемый посредством геодезических изысканий;
• а — эпюра рассеивания нагрузок по высоте свайной опоры.

После определения величины «а» производится расчет длины и ширины основания AБCД по формуле: Полученные габаритные характеристики применяются в формуле расчета давления на опорную часть фундамента (Р усп). Давление сопоставляется с удельным сопротивлением контактирующих со сваями пластов грунта (R усл. фун). Удельное сопротивление почвы, в свою очередь, выводится по формуле:

Если в результате сопоставления нагрузок и сопротивления грунта получается соблюдение условий, составляются эпюры нагрузок на сваи «σ0z»и «σбz» (приведены на схеме), и по формуле S выводится величина осадки основания.

Если полученная в результате расчетов величина осадки превышает предельный допустимый показатель, в проект свайного фундамента вносятся коррективы, направленные на увеличения длины применяемых опор (что приводит к передаче нагрузки от здания на более плотные, глубинные пласты почвы) и расчеты выполняются повторно.

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.

Несущая способность грунта – Таблица СНиП

Для определения несущей способности глинистых грунтов, нам необходимо получить еще два коэффициента – показатель текучести грунта (IL) и коэффициент пористости (е). Первый показатель можно достаточно легко определить на глаз, если почва откровенно сырая и вязкая – выбирайте IL = 1, если сухая и грубая – IL = 0. Второй коэффициент можно получить только в таблицах из СНиП. Так как все данные находятся в открытом доступе, для вашего удобства мы скопировали таблицы расчетного сопротивления грунта из СП 22.13330.2011.

Несущая способность глинистых грунтов

Глинистые грунты		Коэффициент пористости е	Значения R0, кПа, при показателе текучести грунта
			IL = 0	IL = 1
Супеси	легкие	0,5	300	200
	тяжелые	0,7	250	150
Суглинки	легкие	0,5	350	250
	средние	0,7	250	180 2 м – второе.

Расчетное сопротивление грунта (формула) #1: R = R0 × [1 + k1 × (b — b0) / b0] × (d + d0) / 2d0

Расчетное сопротивление грунта (формула) #2: R = R0 × [1 + k1 × (b — b0) / b0] + k2 × γ’II × (d — d0)

Допустимые нормы осадки

Действующие строительные нормативы не разделяют осадку фундамента на первоначальную — полученную в процессе возведения, и эксплуатационную — возникшую при работе свай в грунте. Согласно положениям СНиП № 2.02.01 — «Деформации зданий и сооружений», величина допустимой осадки составляет:

• Для железобетонных зданий — 8 см;
• Для панельных зданий со стальным несущим каркасом — 12 см;
• Для кирпичных и блочных сооружений безкаркасного типа — 10 см.

Осадка свайного фундамента, возникшая в процессе его строительства, отличается равномерностью — она происходит по всему пятну основания, что не приводит к деструктивным нагрузкам на возводимое сооружение.

На практике кирпичные здания, фундамент которых подвергся неравномерной усадке более чем на 12 см, получают серьезные деформации, вплоть до появления на стенах и перекрытиях сквозных трещин.

Источник