Граница глины и суглинка условно смещена до глубины zi = 3,00 м от подошвы (фактическое положение на глубине z = 3,35 м), а граница суглинка и глины смещена до глубины zi = 4,8 м от подошвы (фактическое положение на глубине z = 5,05). На глубине Hc =6,0 м от подошвы фундамента выполняется условие СНиП 2.02.01-83 (прил.2, п.6) ограничения глубины сжимаемой толщи основания (ГСТ) поэтому послойное суммирование деформаций основания производим в пределах от подошвы фундамента до ГСТ

szp= 13,86 кПа » 0,2×szg = 0,2×76,38 = 15,28

Осадку основания определяем по формуле:

Условие S = 3,5 см < Su = 12,0 см выполняется (значение Su = 12,0 см принято по таблице прил.4 СНиП 2.02.01-83).

Расчетная схема и эскиз фундамента на распределительной подушке приведена на рис.7.

6. Расчет и проектирование свайного фундамента

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

6.1 Глубина заложения подошвы ростверка

Назначаем глубину заложения подошвы ростверка:

Расчетная глубина промерзания грунта от поверхности планировки DL равна df = 1,27 м.

По конструктивным требованиям, также как и для фундамента на естественном основании верх ростверка должен быть на отметке – 0,700, размеры подколонника (стакана) в плане lcf x bcf = 2100 x 1200 мм, минимальная высота ростверка должна быть

hr ³ dp + hp = 1250 + 500= 1750 мм = 1,75 м

Для дальнейших расчетов принимаем большее из двух значений (1,27 и 1,75 м), т.е. hr = 1,8 м (кратно 150 мм), что соответствует глубине заложения –2,05м (абс. отм.63,35).

6.2 Необходимая длина свай

В качестве несущего слоя висячей сваи принимаем глину (слой 4), тогда необходимая длина сваи должна быть не менее: lсв = h1 + h2 + h3 = 0,05 + 5,05 + 1 = 6,1 м (рис.8)

Принимаем типовую железобетонную сваю С7-30 (ГОСТ 19804.1-79*) квадратного сечения 300 х 300 мм, длиной L = 7 м. Класс бетона сваи В20. Арматура из стали класса А-III 4 Æ12, объем бетона 0,64 м3, масса сваи 1,6 т, толщина защитного слоя ав = 20 мм.

6.3 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 + U × ågcf × fi × hi).

В соответствии с расчетной схемой сваи (рис.8) устанавливаем из табл.1 СНиП 2.02.03-85 для глины (IL = 0,2) при z = 8,1 м расчетное сопротивление R = 4788 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. Затем по табл.2 СНиП 2.02.03. -85, используя в необходимых случаях интерполяцию, устанавливаем:

для глины при IL = 0,60 и z1 = 2,95 м Þ f1 = 14,3 кПа

для глины при IL = 0,60 и z2 = 4,625 м Þ f2 = 16,8 кПа

для суглинка при IL = 0,60 и z3 = 6,15 м Þ f3 = 18,2 кПа

для глины при IL = 0,20 и z4 = 7,95 м Þ f4 = 62,1 кПа

Площадь опирания сваи на грунт А = 0,3 х 0,3 = 0,09 м2, 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× [1×4788×0,09 + 1,2×1×(14,3×2,0 + 16,8×1,35 + 18,2×1,7 + 62,1×1,90)] = 671 кН

6.4 Требуемое число свай

Определяем требуемое число свай в фундаменте в первом приближении при Ncol I =1572,22 кН

Принимаем n равным 5

6.5. Размещение свай в кусте

Размещаем сваи в кусте по типовой схеме. Окончательно размеры подошвы ростверка назначаем, (рис.9) придерживаясь унифицированных размеров в плане, кратных 0,3 м, и по высоте, кратных 0,15м. (рис.8).

6.6 Вес ростверка и грунта на его уступах

Определим вес ростверка и грунта на его уступах.

Объем ростверка: Vr = 3·1,8×0,9 + 1,5×1,2 × 0,6 = 6,37 м3

Объем грунта: Vgr = 3·1,5×1,5 - Vr = 9,45-6,37 = 3,08 м3

Вес ростверка и грунта:

Gr + Ggr = (Vr × gb + Vgr × Kрз × gII) ×gf = (6,37× 25 + 3,08· 0,95× 17,05) × 1,2 = 251 кН

6.7 Определение нагрузок

Все действующие нагрузки приводим к центру тяжести подошвы ростверка:

Ntot I = Ncol I + Gr I + Ggr I = 1572,22 + 251 = 1823 кН

Qtot I = Qcol I = 98,29 кН

Mtot I = Mcol I + Qtot I×Hr = 922,24 + 98,29 × 1,5 = 1070 кН×м

6.8 Определение расчетных нагрузок

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

NI max = 572,6 кН; NI min = 154,6 кН

Проверяем выполнение условия:

NI max= 574,6 < 1,2Fd/gк×gn = 1,2×671/1,33 = 605,4 кН

NI mt = (NI max + NI min) /2 = 727,2/2 = 363,6 кН

NI mt = 363,6 < Fd/gк×gn = 671/1,33 = 504,5 кН

NI min = 154,6 кН > 0

Условия проверки выполняются с достаточным приближением.

6.9 Предварительная проверка сваи по прочности материала

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

Определяем коэффициент деформации a e:

Начальный модуль упругости бетона класса В20, подвергнутого тепловой обработке при атмосферном давлении, по табл.18 СНиП 2.03.01-84, Еb = 24×103 МПа

Момент инерции поперечного сечения сваи:

Условная ширина сечения сваи bp = 1,5×dсв + 0,5 = 1,5×0,3 + 0,5 = 0,95 м. Коэффициент пропорциональности к по табл.1 прил.1 к СНиП 2.02.03-85 для глины (IL = 0,60), принимаем к = 7 МН/м4. Коэффициент условий работы gс = 1

Глубина расположения условной заделки сваи от подошвы ростверка:

;

В заделке действуют усилия: продольная сила NI max = 574,6 кН; изгибающий момент:

кН×м

Точка, соответствующая значениям указанных усилий, лежит на графике ниже кривой для принятой сваи (сечение 300х300, бетон класса В20, продольное армирование 4Ø 12АIII), следовательно, предварительная проверка показывает, что прочность сваи по материалу обеспечена.

Вывод: принимаем сваю С 7-30 сечение 300х300, бетон класса В20, продольное армирование 4Ø 12АIII количество свай n = 5.

6.10 Расчет ростверка на продавливание колонной

Класс бетона ростверка принимаем В20, тогда Rbt = 0,9 МПа (табл.13 СНиП 2.03.01-84). Рабочую высоту сечения принимаем h0 = 150 см. Схему к расчету см. (рис.10)