Определение осадки свайного фундамента кустовой эффект

Расчет осадки свайного фундамента.

Страницы работы

Содержание работы

5.6 Расчет осадки свайного фундамента

Определим осадку кустового свайного фундамента, состоящего из пяти забивных свай С6-30 из бетона класса В30, законструированного в п. 5.4. Расстояние между осями соседних свай a = 0,9 м. Грунтовые условия представлены на рис.5.6.1

Расчет осадки одиночных висячих свай в линейно-деформируемом полупространстве при выполнении условия l/d > G₁l/G₂d > 1 производят по формуле:

где N — вертикальная нагрузка, передаваемая на сваю, МН;

β — коэффициент, определяемый по формуле:

α’ = 0,17 ln (k_v1 l / d) — тот же коэффициент для случая однородного основания с характеристиками G₁ и v₁;

ЕА — жесткость ствола сваи на сжатие, МН;

λ₁ — параметр, характеризующий увеличение осадки за счет сжатия ствола и определяемый по формуле

При расчете осадок группы свай необходимо учитывать их взаимное влияние. Дополнительная осадка сваи, находящейся на расстоянии а (расстояние измеряется между осями свай) от сваи, к которой приложена нагрузка N, равна

Расчет осадки i-й сваи в группе из п свай при известном распределении нагрузок между сваями производится по формуле

где s(N) — осадка одиночной сваи, определяемая по формуле;

d_ij — коэффициенты, рассчитываемые по формуле в зависимости от расстояния между i-й и j-й сваями;

Характеристики деформативности грунтов, прорезаемых сваей:

ИГЭ-1 – заторфованный грунт с модулем деформации E’=5,3МПа и коэффициентом Пуассона ν‘ = 0,40;

ИГЭ-2 – суглинок мягкопластичный с модулем деформации E»=8,2МПа и коэффициентом Пуассона ν» = 0,38;

ИГЭ-3 – глина тугопластичная с модулем деформации E»’=9,3МПа и коэффициентом Пуассона ν»’ = 0,42;

Рис.5.4. Свая и деформативные параметры основания

Определим деформационные характеристики приведенного трехслойного основания:

— для ИГЭ-1

— для ИГЭ-2

— для ИГЭ-3

Осредненное значение модуля сдвига и коэффициента Пуассона грунтов, прорезаемых сваей:

Модуль сдвига и коэффициент Пуассона грунта под нижним концом сваи:

Подсчитаем все необходимые для расчета коэффициенты и параметры:

Модуль упругости материала ствола сваи Е = 32,5×МПа (бетон класса В30), поэтому жесткость ствола на сжатие:

Относительная жесткость сваи:

Определяем осадку одиночных свай 1 и 2:

где N₁, N₂ – вертикальная нагрузка, передаваемая на сваи 1 и 2 (п. 5.5)

Определяем осадку одиночных свай 3 и 4:

Определяем осадку одиночной сваи 5:

Определяем дополнительные осадки сваи от взаимного влияния соседних свай, находящихся на расстоянии а (см.рис.5.5).

Рис.5.5. Схема расположения свай

Вычисляем коэффициенты δ_ij для соседних свай:

Т.к.

Вычисляем коэффициенты δ_ij для свай, расположенных по диагонали:

Т.к.

Осадки каждой сваи куста, состоящего из 5 свай, при известном распределении нагрузок между ними производим по формулам:

Общую осадку отдельностоящего свайного фундамента определяем, как среднюю осадку для всех свай:

Условие выполняется, осадки фундамента не превышают предельно допустимые значения.

Источник

Расчет осадок свайного фундамента

Расчет осадок фундаментов на сваях-стойках не производится, так как они передают нагрузку на практически несжимаемое или малосжимаемое основание. Величина осадки свайного фундамента из свай, защемленных в грунте, определяется расчетом по предельным состояниям второй группы.

Фундаменты из свайных полей размером более 10´10 м рекомендуется рассчитывать по схеме линейно деформируемого слоя. При этом размеры условного фундамента принимают равными размеру ростверка в плане, а расчет производят по среднему давлению на основание в плоскости подошвы плитного ростверка, увеличив расчетную толщину слоя на величину, равную глубине погружения свай, и приняв модуль деформации слоя, прорезаемого сваями, равным бесконечности или модулю упругости материала свай.

Расчет осадки в прочих случаях рекомендуется выполнять с использованием метода послойного суммирования. Границы условного фундамента показаны на рисунке 2.4. Вертикальные грани условного фундамента отстоят от наружных граней крайних рядов свай на расстоянии

,

где h – длина части сваи, соприкасающейся с грунтом; φ_II,m – средневзве-шенное значение угла внутреннего трения грунтов, прорезаемых сваями;

j_II,i – расчетные значения угла внутреннего трения для отдельных слоев грунта, прорезаемых сваей, толщиной h_i.

Это вызвано тем, что за счет трения по боковой поверхности между стволом сваи и грунтом часть грунта также вовлекается в совместную работу и может рассматриваться как часть фундамента.

Таким образом, размеры условного фундамента определятся по формулам:

,

где b и l – расстояния между наружными гранями крайних рядов свай по ширине и длине фундамента, м.

Расчет производится в той же последовательности, что и для фундамента на естественном основании. Напряжения в основании условного массивного фундамента определяются так же, как и для фундамента на естественном основании под действием N_о1 и собственного веса условного фундамента, в который входит вес ростверка, вес свай и вес грунта в пределах объема abcd (см. рисунок 2.4).

Полученное расчетом значение осадки не должно превышать предельное значение, определяемое по таблице 1.16 или по таблице Б.1 [1].

Расчеты свайного фундамента завершаются подбором сваебойного оборудования. Можно использовать методику, описанную в справочной литературе [2, с. 207-210].

Пример. Выполняем проверку давления на грунт от условного фундамента ABCD (рисунок 2.5). Определим средневзвешенное значение угла внутреннего трения j_II,m и размеры подошвы условного фундамента l_y и b_y, учитывая, что расстояние между наружными гранями крайних рядов свай b₀ = 2,3 м и l₀ = 3,5 м:

Вес условного массива

Полное давление под подошвой условного фундамента

Расчетное сопротивление грунта R под подошвой условного фундамента определим по формуле (В.1) [1], принимая d = d_y и b = b_y и учитывая, что g_с1 = 1,25; g_с2 = 1; k = 1; k_z = 1; M_y = 0,43; M_q = 2,73; M_c = 5,31 (для j_II = 18° несущего слоя); b = 3,85 м; g_II = 18 кН/м 3 – удельный вес грунта, расположенного под подошвой условного фундамента; d = 17 м; с_II = 30 кПа – сцепление несущего слоя грунта; = (16×1,2+19×4,8+19×8+18×3)/(1,2+4,8+8+3)= = 18,6 кН/м 3 – средневзвешенное значение удельного веса грунта в пределах глубины заложения условного фундамента;

Проверяем давление на грунт по подошве фундамента

р = 643 кПа

Полученное значение осадки фундамента меньше предельно допустимой осадки фундамента s_u = 8 см для зданий с железобетонным каркасом.

2.8 Принципы расчета горизонтально нагруженных свайных фундаментов

Фундаменты ряда сооружений (мостовые опоры, путепроводы, эстакады и др.) могут испытывать горизонтальные нагрузки, соизмеримые по величине с вертикальными. Расчет таких фундаментов включает в себя два этапа: первый – на вертикальную нагрузку, как это изложено выше, и второй – проверка сваи на совместное действие вертикальных и горизонтальных нагрузок.

Расчет одиночных свай в статическом отношении сводится к тому, что свая рассматривается как балка, имеющая заданные размеры и заданные нагрузки на одном конце, на упругом винклеровском основании, характеризуемом коэффициентом постели, линейно увеличивающимся с глубиной.

На основе решений строительной механики получены формулы для определения горизонтального перемещения сваи в уровне подошвы ростверка u и угла ее поворота y, расчетного давления s, оказываемого на грунт боковыми поверхностями свай, а также для определения изгибающих моментов М и поперечных сил Q в различных сечениях по длине сваи. Последовательность расчета включает:

а) расчет свай по деформациям, который сводится к проверке условий допустимости расчетных значений горизонтального перемещения головы сваи и угла ее поворота:

u 0,6 м), заключающийся в сопоставлении расчетного давления s с несущей способностью грунта;

в) проверку прочности свай как внецентренно сжатых элементов, сопротивления материала по предельным состояниям первой и второй групп.

Свайные фундаменты с наклонными сваями рассматриваются как пространственные статически неопределимые рамные конструкции, взаимодействующие с упругим (винклеровским) основанием. Стойками этой рамы являются сваи, а ригелем – ростверк. Взаимодействие грунта и свай может быть учтено двумя способами: как жесткая условная заделка свай в грунте или как деформация гибкого стержня в упругой среде. В любом случае расчет ведется методом перемещений.

Кроме того, для низких ростверков дополнительно учитывается сопротивление грунта по его боковым поверхностям.

Расчетные схемы для высокого и низкого ростверков приведены на рисунке 2.6.

Рисунок 2.6 – Расчетные схемы свайных фундаментов: а – с высоким ростверком; б – с низким ростверком

Для упрощения расчета вводятся «характерные центры» стержневой системы: С – упругий центр (если сила приложена в этой точке, то она вызывает только поступательное движение всей системы); Q – центр нулевых перемещений (сила, проходящая через него перпендикулярно оси OZ, вызывает поворот ростверка вокруг точки О).

Расчет усилий и перемещений выполняют в следующем порядке:

1 Определяют усилия, передающиеся на плоскую расчетную схему (расчетный ряд свай), по формулам:

,

где– расчетная нормальная сила в уровне подошвы ростверка, кН; Т – расчетная горизонтальная нагрузка, действующая на расстоянии h₀ от точки О; h₀ =M/F; k_р – количество расчетных рядов; М – суммарный момент от всех сил относительно точки О, действующий в расчетной плоскости.

2 Вычисляют относительные значения единичных реакций системы по формулам:

;

;

;

,

где a_i – проекции углов наклона свай на расчетную плоскость (положительные при отклонении свай от вертикальной оси влево); п – число свай в расчетном ряду; п_ф – число фиктивных свай (при расчете низкого ростверка); х_i – расстояния от оси, проходящей через центр тяжести свайного поля в уровне подошвы фундамента, до осей свай (положительные – влево от точки О); l_n – расчетная длина сжатия свай, м; l_м – расчетная длина изгиба свай, приближенно принимаемая ; l₀ – свободная длина сваи (для низкого ростверка l₀ =0).

3 Для низкого ростверка находят количество фиктивных горизонтальных свай по формуле

,

где F_p – реактивный отпор грунта при единичном горизонтальном перемещении ростверка; А_св – площадь сечения сваи, м 2 ; Е_b – модуль упругости бетона сваи, кПа.

Значение F_p можно определить по формуле

где b – ширина боковой грани ростверка, перпендикулярной к плоскости расчетной схемы, м; Е_г – модуль деформации грунта, расположенного у боковой грани ростверка, кПа.

4 Определяют положение характерных центров С и Q по формулам:

При этом должно выполняться условие c₀

Источник