Граница распределительной подушки и верхнего слоя суглинка условна смещена до глубины zi = 0,96 м. от подошвы фундамента (фактическое положение на глубине z = 0,90 м.), граница верхнего и среднего слоев – до глубины zi = 3,84 м. (фактическое положение на глубине z = 3,8 м.), а граница суглинка и глины смещена до глубины zi = 5,23 м. от подошвы (фактическое положение на глубине z = 5,3). На глубине Hc = 6,72 м. от подошвы фундамента выполняется условие СНиП 2.02.01–83* (прил. 2, п.6) ограничения глубины сжимаемой толщи основания (ГСТ):

szp= 16,86 кПа. » 0,2×szg = 17,16 кПа.,

поэтому послойное суммирование деформаций основания производим в пределах от подошвы фундамента до ГСТ.

Осадку основания определяем по формуле:

S=β×h×∑σzp,i/Ei=0,8×0,48×[1/45000×(259,41×0,5+250,33+211,42×0,5)+

+1/12000××(211,42×0,5+163,17+123,22+93,39+72,12+56,81+45,66×0,5)+

+1/10000×(45,66×0,5+37,36+31,13+26,20×0,5)+

+1/30000×(26,20×0,5+22,05+19,46+16,86×0,5)]=0,028м.=2,8см.

Условие S =2,8 см. < Su = 8,0 см. выполняется (значение Su = 8,0 см. принято по таблице прил. 4 СНиП 2.02.01–83*).

Расчет и проектирование свайного фундамента

Рассмотрим вариант свайного фундамента из забивных свай сечением 300x300 мм., погружаемых дизельным молотом.

Глубина заложения подошвы ростверка

Назначаем глубину заложения подошвы ростверка:

Расчетная глубина промерзания грунта от поверхности планировки DL равна df = 1,45 м.

По конструктивным требованиям, также как и для фундамента на естественном основании верх ростверка должен быть на отметке – 0,150, размеры подколонника (стакана) в плане lcf x bcf = 2100 x 1200 мм., глубина стакана dp = 1250 мм. Если принять в первом приближении толщину дна стакана (в последующем она должна быть уточнена проверкой на продавливание колонной) равной hp =500 мм., то минимальная высота ростверка должна быть:

hr ³ dp + hp = 1750 мм. = 1,75 м.

Для дальнейших расчетов принимаем большее из двух значений (1,58 м. и 1,75 м.), т.е. hr = 1,8 м. (кратно 150 мм.), что соответствует глубине заложения – 1,95 м. (абс. отм. +83,45).

Необходимая длина свай

В качестве несущего слоя висячей сваи принимаем песок мелкий (слой №4), тогда необходимая длина сваи должна быть не менее:

lсв=h1+h2+h3=0,05+5,15+1 = 6,20 м.

Принимаем типовую железобетонную сваю С-7–30 (ГОСТ 19804.1–79*) квадратного сечения 300 х 300 мм., длиной L = 7 м. Класс бетона сваи В20. Арматура из стали класса 4 Æ10АIII, объем бетона 0,64 м3., масса сваи 1,60 т., толщина защитного слоя ав = 20 мм.

Несущая способность одиночной сваи

Определяем несущую способность одиночной сваи из условия сопротивления грунта основания по формуле (8) СНиП 2.02.03–85*:

Fd = gC × (gCR × R × A + uågcf × fi × hi).

В соответствии с расчетной схемой сваи устанавливаем из табл. 1 СНиП 2.02.03–85* для песков при z = 10,15 м. расчетное сопротивление R=4075 кПа. Для определения fi расчленяем каждый однородный пласт грунта (инженерно-геологический элемент) на слои Li £ 2 м. и устанавливаем среднюю глубину расположения zi каждого слоя, считая от уровня природного рельефа (отн. отм. +1,250). Затем по табл. 2 СНиП 2.02.03. – 85*, используя в необходимых случаях интерполяцию, устанавливаем:

для суглинка при JL = 0,45 и z1 = 4,20 м. Þ f1 = 23,5 кПа.;

для суглинка при JL = 0,45 и z2 = 6,025 м. Þ f2 = 26,50 кПа.;

для суглинка при JL = 1,2 и z3 = 7,60 м. Þ f3 = 6,00 кПа.;

для песков и z4 = 9,25 м. Þ f4 = 62,75 кПа.

Площадь опирания сваи на грунт А=0,3х0,3=0,09м2., периметр U=0,3×4=1,2 м. Для сваи сплошного сечения, погружаемой забивкой дизельным молотом, по табл. 3 СНиП 2.02.03–85* gCR = gCf =1, gС = 1.

Тогда:

Fd=1×[1×4075×0,09 + 1,2×1×(23,5×2,0 + 26,50×1,65 + 6,000×1,50 +62,75×1,80)]= =609,50 кН.

Требуемое число свай

Определяем требуемое число свай в фундаменте в первом приближении при Ncol I = 1900,4 кН.:

n=1900,4 ×1,4×1,3×0,95/[609,50 – 20×1,8×(3×0,3)2×1,4]=5,79.

Принимаем n = 6.

Размещение свай в кусте

Размещаем сваи в кусте по типовой схеме. Окончательно размеры подошвы ростверка назначаем, придерживаясь унифицированных размеров в плане, кратных 0,3 м., и по высоте, кратных 0,15 м.

Вес ростверка и грунта на его уступах

Определим вес ростверка и грунта на его уступах.

Объем ростверка: Vr = 3×1,8×0,9 + 2,1×1,2 × 0,9 = 7,13 м3.;

Объем грунта: Vgr = 3×2,1×1,8 – Vr = 4,21 м3.

Вес ростверка и грунта:

Gr+Ggr=(Vr×gb + Vgr×Kрз×gII)×gf =(7,13×25 + 4,21×0,95×18,7)× 1,2 = 303,65 кН.

Определение окончательных нагрузок

Все действующие нагрузки приводим к центру тяжести подошвы ростверка:

Ntot I = Ncol I + Gr I + Ggr I = 1900,4 + 303,65 = 2204,1 кН.;

Qtot I = Qcol I = 70,0 кН.;

Mtot I = Mcol I + Qtot I×Hr = 702,1 + 70 × 1,8 = 828,1 кН.×м.

Проверка нагрузок на крайние сваи

Определяем расчетные нагрузки, передаваемые на крайние сваи в плоскости подошвы ростверка по формуле (3) СНиП 2.02.03–85*:

NI max = 2204,1 /6+828,1 ×1,25/4×1,252 = 532,97 кН.;

NI min = 2204,1 /6–828,1 ×1,25/4×1,252 =201,73 кН.

Проверяем выполнение условий:

NI max = 532,974 кН.<1,2× Fd /gk×gn = 1,2×609,50 /1,4×0,95=549,9 кН.;

NI mt = 367,35 кН.< Fd /gk×gn = 609,50 /1,4×0,95 = 458,27 кН.;

NI min = 201,73 кН. > 0

Коэффициент надежности по назначению здания gn = 0,95 принят в соответствии со СНиП 2.01.07–85* «Нагрузки и воздейсвия».

Предварительная проверка все сваи по прочности материала

Выполним предварительную проверку сваи по прочности материала по графикам и указаниям учебного пособия.

Определяем коэффициент деформации ae:

.

Начальный модуль упругости бетона класса В20, подвергнутого тепловой обработке при атмосферном давлении, по табл. 18 СНиП 2.03.01–84*, Еb=24×103МПа. Момент инерции поперечного сечения сваи:

.

Условная ширина сечения сваи bp = 1,5×dсв + 0,5 = 1,5×0,3 + 0,5 = 0,95м. Коэффициент пропорциональности k по табл. 1 прил. 1 к СНиП 2.02.03–85* для песков (е = 0,65), принимаем k = 17МН./м4. Коэффициент условий работы gс = 1.

αε = (17×0,95/1×24×103×0,675×10-3)0,2 = 0,999 м-1.;