Проектирование и расчет свайных фундаментов

Выполняется в следующем порядке:

1. Оценка ИГУ (определяется слой грунта, в который наиболее рационально заглубить острие сваи).

2.     Определяется тип и размер сваи

3.     Определяется НС сваи (расчетная, допустимая на сваю нагрузка)

-         расчетом по таблицам (СНиП)

-         по испытаниям

-         по данным статического зондирования

4.     Определяется необходимое количество свай

5.     Размещение свай в плане и конструирование развертка

6.     Проверка давления, приходящегося на одну сваю. (При несоблюдении данного условия производится перерасчет свайного фундамента).

7.     Определяется осадка свайного фундамента.

Всю последовательность (более подробно) см. практику.

Остановимся на ОСНОВНЫХ ПОЛОЖЕНИЯХ РАСЧЕТА

Основные положения расчета

Расчет свайных фундаментов и их оснований производят по двум группам предельных состояний:

- По первой группе – по НС грунта основания свай; по устойчивости грунтового массива со свайным фундаментом…; по прочности материала свай и ростверков

- По второй группе – по осадкам свайного фундамента от вертикальных нагрузок; по перемещениям свай совместно с грунтом оснований от горизонтальных нагрузок и моментов; по образованию или раскрытию трещин в элементах железобетонных конструкций свайного фундамента

• Расчет по НС грунта основания заключается в выполнении условия

            N – расчетная нагрузка, передаваемая на сваю,

Fd – НС сваи,

– коэффициент надежности, принимаемый равным от 1,2 до 1,4 в зависимости от метода, которым была определена НС сваи

• Расчет свайного фундамента по предельной составляющей второй группы (по деформациям) производят исходя из условия

                    или же  ;   

осадка при действии вертикальных нагрузок

горизонтальное перемещение  и угол поворота сваи, при действии горизонтальных нагрузок и моментов

Определение числа свай в фундаменте и размещение их в плане

- Центрально нагруженный свайный фундамент

• Зная Fd – несущую способность сваи и принимая, что ростверк обеспечивает равномерную передачу нагрузки на все сваи фундамента, необходимое число свай (n) в кусте или на 1 м/п (в ленточном фундаменте) определяют по формуле

 – то же

      - рассчетная нагрузка на куст или на 1 погонный метр

•   Для куста свай полученное по формуле число свай округляют в сторону увеличения до целого числа
•   Сваи в ростверке располагают компактно (а = 3 d) по прямоугольной сетке или в шахматном порядке т.к. при а<3 d – трудно или невозможно забить сваи из-за чрезмерного уплотнения окружающего грунта (межсвайного пространства), а при а>3 d – увеличиваются размеры ростверка.
•   Расстояние от крайнего ряда свай до края ростверка  1 d.
•   Ростверки кустов свай конструируются как обычные фундаменты мелкого заложения и рассчитываются на продавливание колонной или угловой сваей, на на поперечную силу в наклонных сечениях и на изгиб по СниП «Железобетонные конструкции».
• Если сваи куста работают только на сжимающую нагрузку, то достаточно их заделки в ростверк на 5…10 см, если же сваи воспринимают выдергивающие нагрузки или моменты, то их связь с ростверком делают более надежной, для чего оголовки свай разбивают и обнаженную арматуру замоноличивают в бетон ростверка.
• После размещения свай в плане и уточнения габаритных размеров ростверка определяют нагрузку N приходящуюся на каждую сваю, и проверяют условие

      N - нагрузка на каждую сваю в ростверке

• Если условие не выполняется, то необходимо выбрать или другой тип свай, имеющий более высокую НС, или увеличить число свай в фундаменте и повторить расчет.
• Для свайного фундамента под стену (ленточного свайного фундамента) число свай на 1 п.м. может быть дробным. Тогда расчетное расстояние между осями свай по длине стены определяется по формуле

• Полученный результат округляют до кратного 5 см. В зависимости от а определяется число рядов свай. Различают: однорядное, шахматное и двухрядное.
• Из-за значительного увеличения размера ростверка принимают, как правило, не более двух рядов свай.

Если же по расчету получается а<1,5 d, то лучше увеличить длину свай или ее сечение, т.е. НС.

• Железобетонные ростверки ленточных свайных фундаментов рассчитывают как неразрезные многопролетные балки в соответствии с требованиями СниП «Железобетонные конструкции».

- Внецентренно нагруженный свайный фундамент

• Предварительное число свай при внецентренном нагруженным свайном фундаменте определяют, так же как и при центральной нагрузке

  а затем увеличивают ≈ на 20%.

• Расчетную нагрузку, приходящуюся на отдельную сваю, в общем случае, когда моменты действуют в направлении двух осей, определяют по формуле внецентренного сжатия

-расчетная нагрузка на сваю при внецентренном сжатии

     где , Mx, My – соответственно расчетная вертикальная нагрузка кН, и расчетные изгибающие моменты кН·м, относительно главных центральных осей х и у плана своей в плоскости подошвы ростверка(рис.):

n – число свай в фундаменте;

x1, y1 – расстояния от главных осей до оси каждой сваи, м;

x, y – расстояния от главных осей до оси каждой сваи, для которой вычисляется расчетная нагрузка, м

Рис. 11.16. Внецентренно нагруженный свайный фундамент

• Максимальное усилие на сваю, найденное по этой формуле, должно удовлетворять условию

      При кратковременных (ветровых, крановых и т.п.) и особых нагрузках допускается перегрузка крайних свай на 20%.

Если условие не выполняется необходимо увеличить число свай в фундаменте или расстояние между ними.

Расчет осадки свайного фундамента

• Сложность определения осадок свайного фундамента связана с тем, что они предают нагрузку на грунт основания одновременно через боковую поверхность и нижние концы свай. При этом соотношение предаваемых нагрузок зависит от многих факторов:

-         числа свай в фундаменте

-         их длины

-         расстояния между сваями

-         свойств грунта и степени его уплотнения при погружении свай.

Поэтому при расчете принимают упрощающие допущения, снижающие их точность. С другой стороны, чем точнее расчетная схема, тем сложнее методика расчета.

• В настоящее время в большинстве случаев свайный фундамент при расчете его осадок рассматривается как условный массивный
  фундамент на естественном основании, т.е. все, что находится в пределах АБВГ (рис) рассматривается как единый массив.

 – углы внутренниго трения для отдельнных пройденых свай и слоев грунта толщинами  

Рис. 11.17. Схемы условных фундаментов для расчета по второй группе предельных состояний

• При наличии в фундаменте наклонных свай, плоскости АБ и ВГ проходят через их концы (рис. б). Размеры подошвы условного фундамента в этом случае определяются расстояниями между нижними концами наклонных свай.
• Если в пределах глубины погружения свай залегают слои торфа или ила толщиной более 30 см, то, поскольку трение в них принимается равным нулю, осадку свайного фундамента из висячих свай определяют с учетом уменьшенных габаритов условного фундамента (рис. в).  Уширение учитывается только у слоев, залегающих ниже слоя торфа или ила.
• Во всех рассмотренных случаях при определении осадок расчетная нагрузка, передаваемая условным фундаментом на грунт основания, принимается равномерно распределенной.

Расчет осадки свайного фундамента, как условного массивного, выполняется теми же методами, что и расчет фундамента мелкого заложения. При этом также требуется выполнение условия. Чтобы среднее давление (Р) по подошве условного фундамента не превышало расчетное сопротивление грунта основания на данной глубине, т.е.

определяется, как и при расчете ФМЗ, но заменой фактической ширины и глубины заложения фундамента на условные.

Осадка свайного фундамента определяется, как правило, методом эксменторного суммирования.