Определим несущую способность сваи по прочности материала. Характеристики сваи: Rb =11,5 МПа.; Rsc = Rs = 365 МПа.; b=dсв =30 см.; а=а’=3 см.; h0 = dсв – а’ = 30 – 3 = 27 см.; Аs = Аs’ = 4,52/2 = 2,26 см2.

Из формулы (37) прил. 1 к СНиП 2.02.03–85* для указанных характеристик сваи получаем следующее выражение для определения моментов Мz в сечениях сваи на разных глубинах z от подошвы ростверка:

Mz=34,92×A3-23,30×B3+14,32×D3.

Результаты дальнейших вычислений, имеющих целью определение Мz max, сводим в табл., причем при назначении Z используем соотношение = Z × ae, в котором значения Z принимаем по табл. 4. прил. 1 к СНиП 2.02.03–85*.

Результаты вычислений изгибающих моментов

Как видно из таблицы, МzmaxI=13,7 кН.×м. действует на глубине z =0,96 м.

Эксцентриситеты продольной силы для наиболее и наименее нагруженных свай составляют соответственно:

е01= Мz max I / N max I = 13,7/532,97 = 2,5 см.,

е02= Мz max I / N min I = 13,7/201,73= 6,8 см.

Определим значения случайных эксцентриситетов по п.1.21.СНиП 2.03–01–84* для расчетной длины l1 = 2/αε = 2/0,999 = 2м. и поперечного размера сваи dсв = 30 см.:

еa1= l1/600 =200/600 = 0,33 см.,

Так как полученные значения эксцентриситетов е01 и е02 больше еai, оставляем эти значения для дальнейшего расчета свай по п.3.20 СНиП 2.03.01–84*.

Находим расстояния от точек приложения продольных сил NmaxI и NminI до равнодействующей усилий в арматуре S:

е1= е01+(h0-а’)/2 = 2,5+(27–3)/2 = 14,5 см.,

е2= е02+(h0-а’)/2 = 6,8+(27–3)/2 = 18,8 см.

Определим высоту сжатой зоны бетона по формуле (37) СНиП 2.03.01–84*:

X1=N max I/Rb×dсв=532,97 /11,5×103×0,3=0,1645 м.=16,45 см.,

X2=N min I/Rb×dсв=201,73 /11,5×103×0,3=0,058 м.=5,8 см.

Граничное значение относительной высоты сжатой зоны по табл. 2.2 п.2.3.12 учебного пособия, составляет для стали А-III и бетона В20 xR=0,591.

При x1=X1/h0=16,45/27=0,609 см.> xR = 0,591, уточняем значение X1:

ñ=N max I/Rb×dсв×h0=532,97 /11,5×103×0,3×0,27=0,572,

α=Rs×Аs/Rb×dсв×h0=365×103×2,26×10-4/11,5×103×0,3×0,27=0,088,

ξ'1=(ñ×(1-xR)+2×α×xR)/(1-xR+2×α)=

=(0,572×(1–0,591)+2×0,088×0,591)/(1–0,591+2×0,088)=0,578,

откуда X1=ξ'1×h0= 0,578×27=15,6 см.

Проверяем прочность сечения сваи по формуле (36) СНиП 2.03.01–84*:

gn×N max I=0,95×532,97 =506,32 кН.<

=[11,5×103×0,3×0,156×(0,27–0,5×0,156)+365×103×2,26×10-4×(0,27–0,03)]/0,145 = 849,16 кН.

gn×N min I=0,95×201,73 =191,64 кН.<[11,5×103×0,3×0,058× (0,2–0,5×0,058)+

+3,65×103×2,26×10-4×(0,27–0,03)]/0,188=194,72 кН.

Несущая способность свай по прочности материала в наиболее нагруженных сечениях обеспечена.

Расчет осадки основания свайного фундамента

Определяем размеры и вес условного фундамента (по указаниям п. 7.1. СНиП 2.02.03–85*).

=(20×3,25+19×1,20+35×1,40)/(3,25+1,20+1,40)=230.

Размеры свайного поля по наружному обводу:

l=2×1,25+0,3=2,8 м.,

b=2×0,625+0,3=1,6 м.

Размеры площади подошвы условного массива:

lусл =l+2×lсв×tg(φIImt/4)=2,8+2×6,95×tg (23/4)=4,20 м.,

bусл =b+2×lсв×tg(φIImt/4)=1,6+2×6,95×tg (23/4)=3,00 м.

Площадь подошвы условного массива Аусл = 12,60 м2.

Объём условного массива Vусл = Aусл × hусл – Vr = 12,6×8,75–7,13 = 103,12 м3.

Вычислим средневзвешенное значение удельного веса грунта выше подошвы условного фундамента:

γIImt=ΣγIIi×hi/Σhi =

=(18,7×0,7+9,3×4,75+8,89×1,50+9,88×1,80)/(0,7+4,75+1,50+1,80)=10,20 кН./м3.

Вес грунта в объёме условного фундамента: Ggr = Vусл ×gII mt = 1052,1 кН.

Вес ростверка GrII = Vr × gb × gf = 7,13 × 24×1 = 171,1 кН.

Вес свай Gсв II = 1,60 × 9,81×8×1 = 125,57 кН.

Расчетная нагрузка по подошве условного фундамента от веса грунта, ростверка и свай:

GII = 1052,1 + 171,1 + 125,57 = 1348,8 кН.

Проверяем напряжения в плоскости подошвы условного фундамента.

Ntot II = Ncol II + GII = 1583,7 + 1348,8 = 2932,5 кН.

Mtot II = Mcol II + Qcol II × Hr = 585,1 + 58,3 ×1,8 = 690,0 кН.×м.

Расчетное сопротивление грунта основания условного фундамента в уровне его подошвы определим по формуле (7) СНиП 2.02.01–83*: