Метод расчета осадки свайного фундамента

Расчет осадки свайного фундамента – нормативные документы, требования, формулы

В процесс проектирования дома входит проведение инженерных изысканий грунтов, залегающих на выделенной под строительство площадке, и расчеты конструктивных элементов строения. Определение формы, структуры и габаритов наземных и подземных частей здания сопряжено с направлением, величиной и видами принимаемых нагрузок. Кроме того, учитывается специфика грунтов и детальные особенности дома, указанные в задании на проектные работы. Все эти факторы ведут к разным вариантам и алгоритмам вычислений. В частности, возведение объекта на слабых почвах влечет за собой расчет осадки свайного фундамента, что является одним из способов определения предельных состояний грунтового основания.

Нормативные документы

В настоящее время более поздней, актуализированной версией СНиП 2.02.03-85, распространяющейся на сферу проектирования свайных фундаментов, являются СП 24.13330.2011. В строительные правила внесены определенные замены и поправки, но в целом нормы СНиП особых усовершенствований не претерпели. Тем не менее, при существенных разногласиях, предпочтение следует отдавать СП, а не полагаться на СНиП.

Рассматриваемый свод правил озвучивает требования к проектированию определенного вида фундамента – свайного. В них указываются разные типы свай, геологические и инженерные условия, принимаются во внимание вновь строящиеся и находящиеся в стадии реконструкции сооружения. Но данные СП, как, впрочем, и СНиП, не имеют отношения к свайным опорам, возводимым:

• под объектами с динамическими нагрузками;
• в условиях вечной мерзлоты;
• для нефтепромысловых сооружений;
• на глубину более 35 метров.

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.

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;

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);

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.

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.

Комбинированный фундамент

Свайно-плитная конструкция подземной части дома применяется в целях снижения осадок и более равномерного распределения нагрузок. Такой фундамент эффективно работает в сложных грунтовых условиях, сочетая сопротивление нагрузкам как свай, так и плиты. Расчет осадки, в данном случае, включает в себя определение:

• усилий в сваях и плите;
• деформаций и перемещений комбинированного фундамента в целом, а также его отдельных составляющих;
• нагрузок в процентном отношении на каждую из свай и определенные участки плиты.

После выполнения расчетов с учетом запаса надежности, определяется длина и шаг свайных опор.

Правильные вычисления и выбор конструктивных элементов комбинированного фундамента обеспечит отсутствие существенных осадок, перекосов и кренов строения в период его эксплуатации. Дополнительные условия расчета приведены в СП 24.13330.2011.

Источник

Определение осадки свайного фундамента, расчет осадки свайного фундамента

Статья расскажет о том, что такое осадка свайного фундамента, какие факторы на нее влияют, а также о том, как выполняется расчет осадки свайного фундамента.

Содержание статьи:

Осадка свайного фундамента – это перемещение свай под действием нагрузок и изменение их высотного уровня, возникающее в процессе их эксплуатации.

Как правило, причиной осадки становятся ошибки в расчетах восприимчивости фундамента к нагрузкам, допущенные на стадии проектирования. В результате в основании используются сваи с некорректными конструктивными параметрами: недостаточной длины или сечения (если речь идет о железобетонных конструкциях), с недостаточным диаметром или количеством лопастей (в случае с винтовыми конструкциями) и т.п.

Осадка может возникать под действием следующих факторов:

• недостаточная несущая способность грунта;
• значительные нагрузки на фундамент от массы здания, снегового и ветрового давления, эксплуатационных воздействий.

1. Расчет осадки свайно-винтового фундамента

Расчеты по деформациям свайного фундамента сводятся к определению осадки всего фундамента или отдельной сваи.

При расчете осадок группы свай необходимо учитывать их взаимное влияние. Данный расчет является весьма сложным, и задача решается с помощью трехмерного численного моделирования условного фундамента как анизотропного массива с учетом его конечной жесткости на сдвиг по вертикальным плоскостям.

Расчет осадки одиночных свай, прорезающих слой грунта, рассматривают как линейно-деформируемое полупространство, характеризуемое модулем сдвига G₂ и коэффициентом Пуассона v₂. При выполнении условии l/d > G₁l/G₂d > 1 (где l – длина сваи, м, d – наружный диаметр поперечного сечения ствола, м) осадку для винтовой сваи считают как для одиночной сваи с уширением пяты или сваи-стойки.

1.1. Расчет осадки одиночной сваи

Согласно СП 24.13330.2011 «Свайные фундаменты» расчет осадки одиночных свай, прорезающих слой грунта с модулем сдвига G₁, МПа, коэффициентом Пуассона v₁ и опирающихся на грунт, рассматриваемый как линейно-деформируемое полупространство, характеризуемое модулем сдвига G₂ и коэффициентом Пуассона v₂, допускается производить при выполнении требований подраздела 7.2 и при условии l/d>5; G₁l/G₂d>1 (где l – длина сваи, м, d – наружный диаметр поперечного сечения ствола, м) по формуле:

, (7.36)

d_b – диаметр уширения сваи;

N – вертикальная нагрузка, передаваемая на сваю, МН;

EA – жесткость ствола сваи на сжатие, МН;

A – площадь поперечного сечения сваи;

v – коэффициент Пуассона.

Коэффициент Пуассона для грунта (коэффициент поперечного расширения или коэффициент поперечной деформации или Poisson’s ratio) – это показатель деформируемости грунта, характеризующий отношение поперечных и продольных деформаций грунта (то есть отношение относительных поперечных деформаций к относительным продольным деформациям грунта).

При отсутствии экспериментальных данных, значения коэффициента Пуассона можно принять по п.5.4.7.5 ГОСТ 12248-96:

• для крупнообломочных грунтов равен 0,27;
• для песка составляет от 0,30 до 0,35 (в зависимости от плотности);
• для супеси составляет от 0,30 до 0,35 (в зависимости от плотности);
• для суглинков составляет от 0,35 до 0,37 (в зависимости от плотности);
• для твердой глины (при показателе текучести IL =0) составляет от 0,20 до 0,30 (в зависимости от плотности);
• для полутвердой глины (при показателе текучести IL от 0 до 0,25) составляет от 0,30 до 0,38 (в зависимости от плотности);
• для тугопластичной глины (при показателе текучести IL от 0,25 до 0,5) составляет от 0,38 до 0,45 (в зависимости от плотности);
• для мягкопластичной глины (при показателе текучести IL от 0,5 до 0,75) составляет от 0,38 до 0,45 (в зависимости от плотности);
• для текучепластичной глины (при показателе текучести IL от 0,75 до 1) составляет от 0,38 до 0,45 (в зависимости от плотности).

Меньшие значения коэффициента Пуассона необходимо применять при большей плотности грунта.

G – модуль сдвига, Мпа. Модулем сдвига называется характеристика деформируемости, определяемая отношением приложенного к грунту касательного напряжения к углу сдвига. Этот показатель используется при расчете устойчивости сооружений и массивов грунтов, давления грунтов на ограждения и подземные сооружения, при расчете осадок под свайными фундаментами.

Характеристики G₁ и v₁ принимаются осредненными для всех слоев грунта в пределах глубины погружения сваи, a G₂ и v₂ – в пределах 0,5 l, т.е. на глубинах от l до 1,5l от верха свай, при условии, что под нижними концами свай отсутствуют глинистые грунты текучей консистенции, органоминеральные и органические грунты.

Модуль сдвига грунта G = E₀ / 2(1+v) допускается принимать равным 0,4E₀, а коэффициент k_v равным 2,0 (где E₀ – модуль общей деформации).

Таким образом, расчет осадки свайного фундамента – достаточно сложная процедура, которая требует применения специальных знаний. Пренебрежение же данными расчетами может привести к негативным последствиям в процессе эксплуатации здания/сооружения.

Источник