Расчет осадки свайного фундамента правильно

Расчет осадки свайного фундамента – нормативные документы, требования, формулы

В процесс проектирования дома входит проведение инженерных изысканий грунтов, залегающих на выделенной под строительство площадке, и расчеты конструктивных элементов строения. Определение формы, структуры и габаритов наземных и подземных частей здания сопряжено с направлением, величиной и видами принимаемых нагрузок. Кроме того, учитывается специфика грунтов и детальные особенности дома, указанные в задании на проектные работы. Все эти факторы ведут к разным вариантам и алгоритмам вычислений. В частности, возведение объекта на слабых почвах влечет за собой расчет осадки свайного фундамента, что является одним из способов определения предельных состояний грунтового основания.

Нормативные документы

В настоящее время более поздней, актуализированной версией СНиП 2.02.03-85, распространяющейся на сферу проектирования свайных фундаментов, являются СП 24.13330.2011. В строительные правила внесены определенные замены и поправки, но в целом нормы СНиП особых усовершенствований не претерпели. Тем не менее, при существенных разногласиях, предпочтение следует отдавать СП, а не полагаться на СНиП.

Рассматриваемый свод правил озвучивает требования к проектированию определенного вида фундамента – свайного. В них указываются разные типы свай, геологические и инженерные условия, принимаются во внимание вновь строящиеся и находящиеся в стадии реконструкции сооружения. Но данные СП, как, впрочем, и СНиП, не имеют отношения к свайным опорам, возводимым:

  • под объектами с динамическими нагрузками;
  • в условиях вечной мерзлоты;
  • для нефтепромысловых сооружений;
  • на глубину более 35 метров.

Общие требования и виды свай

При проектировании свайных фундаментов основываются на:

  • инженерно-геологических изысканиях;
  • особенностях сооружения – конструктивных, эксплуатационных, технологических;
  • сейсмичности региона;
  • величине и направлении полезных, а также временных нагрузок;
  • технико-экономических обоснованиях и сравнениях с другими вариантами.

В СП и СНиП производится определение вида свай:

  • по варианту заглубления – забивные и винтовые, вдавливаемые и вибропогружаемые, набивные и буровые;
  • по способу опирания на грунт – стоячие и висячие;
  • по материалу – деревянные, металлические, бетонные и железобетонные;
  • по форме поперечного и продольного сечения;
  • по наличию армирования;
  • по типу пяты и т.д.

Программа для расчета свай

В СНиП указывается, что расчеты свайных фундаментов должны производиться по предельным состояниям, разделенным на две группы. Первая относится к прочности материала, а также к несущей способности и устойчивости оснований. Вторая имеет отношение к осадкам свай в результате воздействия вертикальных нагрузок, к различным перемещениям в горизонтальном направлении подземных опор вместе с грунтовыми слоями и, кроме того, к образованию глубоких трещин в железобетонных фундаментных конструкциях.

Допустимая осадка фундамента, согласно требованиям СНиП, рассчитывается по второй группе предельных состояний.

Существенным моментом при проведении любых расчетов является необходимость закладки в результат вычислений плюсовых коэффициентов запаса надежности. Определение окончательных показателей производится по вариантным расчетам, после сопоставления альтернативных решений. В определенных СП даются расчетные значения и необходимые для вычислений коэффициенты, а также уточняются действующие нагрузки на фундамент, а также их сочетания. Какие именно строительные правила устанавливают те или иные характерные показатели, указывается в СНиП.

Расчет осадки свай

В СП предусматривается несколько расчетных схем, учитывающих размещение свай относительно друг друга. При этом все они основываются на линейно-деформируемой модели грунта, но при надлежащем обосновании могут применяться и другие варианты. Основным условием расчета на осадки любого типа свайных фундаментов является определение значения его возможных деформаций, не превышающих предельных показателей.

где S– общая осадка;

Su – предельная деформация.

При несоблюдении условия производят перерасчет с увеличением заглубления свайных опор до тех пор, пока не будет достигнуто необходимого результата.

По СНиП висячие сваи рассчитываются на осадки как условный фундамент, границы которого на уровне пяты выходят за пределы общей площади реально расположенных лент или кустов свай. В актуализированной версии СП предусмотрен несколько иной алгоритм расчета.

Читайте также:
Описание и преимущества машинной штукатурки

Одиночные сваи

Существует ряд формул, определяющих осадку:

  • висячие сваи, не имеющие уширения в зоне пяты

где N – принимаемая сваей вертикально направленная нагрузка, МН;

l – линейный размер сваи, а именно – ее длина, м;

здесь, d – наружный диаметр сваи, м.

Если поперечное сечение является не круглым, а квадратным, прямоугольным, тавровым или двутавровым, то для определения условного диаметра применяется формула:

здесь А – соответствует табличному значению площади поперечного сечения.

6

υ – коэффициент Пуассона;

7

параметр, учитывающий увеличение расчетной осадки, возникающее по причине сжатия ствола –

.

  • стоячие сваи и висячие с уширением в зоне пяты

9

Значения модуля сдвига и коэффициента Пуассона зависят от характеристик грунтовых пластов. Они принимаются путем послойного суммирования и осреднения в результате деления полученной цифры на количество присутствующих слоев в пределах глубины погружения сваи.

Разнородные слои

Свайный куст

Расчет свайной группы на осадки основывается на взаимодействии подземных опор между собой. В этом случае определяется дополнительная деформация сваи, расположенной на определенном расстоянии (ɑ) от нагружаемой сваи.

10

Если распределение нагрузок между сваями в одном кусте известно, то при вычислении осадки каждой из них используется формула:

где s(N) – определяемая по вышеприведенной формуле осадка (для одиночно расположенной сваи);

Если же распределение неизвестно, то расчет производится по той же формуле, но с учетом дополнительных нюансов и использованием знаний по строительной механике.

Свайное поле

Расчет, в данном случае, рекомендуется выполнять иначе, нежели в двух предыдущих вариантах. Для этого существует формула:

13

На размещенном ниже рисунке показано, что такое границы условного фундамента относительно крайних рядов свай:

а) вертикально расположенных;

б) наклонно расположенных.

Схема 1

Осадка свайного поля вычисляется методом послойного суммирования. В этом случае в зоне условного фундамента масса грунта в учет не принимается, а в качестве нагрузки учитывается лишь прямое воздействие расчетных усилий на свайный фундамент.

При расчетах методом послойного суммирования для свайного поля, берут во внимание то, что общая величина осадки находится в зависимости от шага свайных опор в пределах площади поля. Но здесь возникает определенная сложность, так как шаг может иметь переменную величину. В этом случае вариант послойного суммирования усложняют методом ячейки, используя при расчетах другие схемы и формулы, детально указанные в СП.

Принцип метода послойного суммирования

Его суть описана в СП 22.13330.2011, являющихся актуализированной редакцией СНиП 2.02.01-83*. Она состоит в следующем. Вертикальные усилия на фундамент расчленяют на несколько участков, соответствующих толщине грунтовых слоев, которые характеризуются однородным составом и свойствами. На расчетной схеме криволинейная эпюра изменяется на ступенчатую. В каждом слое определяют работу на сжатие без бокового расширения. При этом общую осадку вычисляют методом послойного суммирования.

В процессе расчета строят схему распределения напряжений, а при расчетах пользуются специальными формулами, указанными в СП, и размещенными там же таблицами. Пример схемы показан на рисунке ниже.

Схема 2

Комбинированный фундамент

Свайно-плитная конструкция подземной части дома применяется в целях снижения осадок и более равномерного распределения нагрузок. Такой фундамент эффективно работает в сложных грунтовых условиях, сочетая сопротивление нагрузкам как свай, так и плиты. Расчет осадки, в данном случае, включает в себя определение:

  • усилий в сваях и плите;
  • деформаций и перемещений комбинированного фундамента в целом, а также его отдельных составляющих;
  • нагрузок в процентном отношении на каждую из свай и определенные участки плиты.

После выполнения расчетов с учетом запаса надежности, определяется длина и шаг свайных опор.

Правильные вычисления и выбор конструктивных элементов комбинированного фундамента обеспечит отсутствие существенных осадок, перекосов и кренов строения в период его эксплуатации. Дополнительные условия расчета приведены в СП 24.13330.2011.

Читайте также:
Подвесные потолоки из гипсокартона в маленькой и узкой комнате

Расчёт осадки одиночной сваи

Сваи_в_неоднородном_грунте_01.png

Вес грунта в уровне острия сваи (основании сваи, ИГЭ №2) = Y’=2.15 т/м 3 , осреднённый вес грунта по длине сваи:
(1.19 м в ИГЭ 2) = γ=1.978 т/м 3 .
(1.5 м в ИГЭ 1) = γ=1.148 кН/м 3 .
(3.31 м в ИГЭ 2) = γ=1.978 кН/м 3 .
Y=(1.19*1.978+1.5*1.148+3.31*1.978)/6=1.771 т/м 3

3. Высотные отметки

Сваи_в_неоднородном_грунте_04.png

Отметка рельефа по скважине 1 = 9.86 м, отметка головы сваи = 3.55 м в абсолютных координатах модели грунта. Длину сваи принимаем = 6 м.
Свая целиком находится в ИГЭ №1 и ИГЭ №2
На отметке 2.5-1 м свая насквозь проходит слой ИГЭ №1. Голова сваи находится в ИГЭ №2

Сваи_в_неоднородном_грунте_05.png

4. Геометрические размеры

h (глубина заложения нижнего конца сваи от рельефа) = 6.31+6 = 12.31 м
U (периметр) = 4*d = 4*0.35 = 1.4 м
А (площадь) = d 2 = 0.35 2 = 0.1225 м 2

5. Коэффициенты при расчётах

Сваи_в_неоднородном_грунте_06.png

Скриншот окна Параметров определения теоретической несущей способности свайного основания СП 24.13330.2011

Yc = 1, для забивных свай, по п.7.2.2;
Ycr = 1 (погружение сплошных свай в предварительно пробуренные скважины с заглублением концов свай не менее 1 м ниже забоя при её диаметре на 0.05 м менее стороны квадратной сваи), таблица 7.4, п.2 б;
Ycf = 0.6 (погружение сплошных свай в предварительно пробуренные скважины с заглублением концов свай не менее 1 м ниже забоя при её диаметре на 0.05 м менее стороны квадратной сваи), таблица 7.4, п.2 б;

6. Определение осадки одиночной сваи

Определение осадки сваи от действия единичной силы 1 МН.

Вычисление осреднённых характеристик грунта вдоль ствола сваи:
G1=(1.19*9807+1.5*7692+3.31*9807)/6=9278 кПа
ν1=(1.19*0.35+1.5*0.3+3.31*0.35)/6=0.3375~0.338

Для расчёта осадки принимаем следующие характеристики
G1=9278 кПа – грунт вдоль ствола сваи;
G2=9807 кПа – грунт под нижним концом сваи;
ν1=0.338 – грунт вдоль ствола сваи;
ν2=0.35 – грунт под нижним концом сваи;

Коэффициенты kv, kv1 по формуле (7.35):
v=(ν12)/2=(0.338+0.35)/2=0.344
kv=2.82-3.78*v+2.18*v 2 =2.82-3.78*0.344+2.18*0.344 2 =1.778
kv1=2.82-3.78*ν1+2.18*ν1 2 =2.82-3.78*0.338+2.18*0.338 2 =1.791

расчётный диаметр сваи по формуле (7.37)

Сваи_в_неоднородном_грунте_f1.png

Коэффициент β’=0.17*ln(kv*G1*l/G2*d)=0.17*ln(1.778*9278*6/(9807*0.395))=0.551
Коэффициент α’=0.17*ln(kv1*l/d)=0.17*ln(1.791*6/0.395)=0.562

Материал сваи – бетон В25 Размеры сваи 0.35х0.35 м.
Относительная жёсткость сваи
X=E*A/(G1*l 2 )=30000000*0.1225/(9278*6 2 )=11.003

Параметр, характеризующий увеличение осадки за счет сжатия ствола и определяемый по формуле (7.34)

Сваи_в_неоднородном_грунте_f2.png

Коэффициент Betta, определяемый по формуле (7.33)

Сваи_в_неоднородном_грунте_f3.png

Осадка сваи, по формуле (7.32):

Сваи_в_неоднородном_грунте_f4.png

7. Определение несущей способности сваи при расчёте глубины погружения от рельефа местности

Сваи_в_неоднородном_грунте_07.png

Сваи_в_неоднородном_грунте_f5.png

Расчётное сопротивление под нижним концом сваи принимается по табл. 7.2 СП 24.13330.2011 R =1569.3 кПа;

Расчётные сопротивления на боковой поверхности сваи принимаются по табл. 7.3 СП 24.13330.2011 f1=31.81 кПа (глубина 6.81), f2=32.405 кПа (глубина 7.405), f3=44*1.3=57.2 кПа (глубина 8), п.3.табл 7.3 Значения расчётного сопротивления плотных песков на боковой поверхности сваи следует увеличивать на 30% по сравнению со значениями, приведёнными в таблице, f4=44.75*1.3=58.175 кПа (глубина 8.75); п.3.табл 7.3 Значения расчётного сопротивления плотных песков на боковой поверхности сваи следует увеличивать на 30% по сравнению со значениями, приведёнными в таблице, f5=33.75 кПа (глубина 9.5), f6=34.4 кПа (глубина 10.5), f7=35.2 кПа (глубина 11.5), f8=35.724 кПа (глубина 12.155);

Осадка одиночной сваи по СП 24

Свайный куст из двух свай. Нагрузка 634 кН (317 на каждую сваю).

Грунты – суглинки разной степени пластичности (сводная таблица ФМС во вложении). Мощности слоев там же.

Считаю осадку одиночной сваи по 7.4 СП 24.13330.2011. Расчет приложил.
Получаю цифру осадки в 250 мм. А дальше еще осадку второй сваи с учетом влияния первой надо прибавлять. Арифметика не хромает, перепроверяли вдвоем сегодня. Формулы вроде тоже правильно переписывал.

Читайте также:
На какой срок выдается зимняя спецодежда рабочим

Не верю, что две 15-метровые сваи от такой нагрузки могут осесть на 250 мм. Через условный фундамент посчитал послойным суммированием – получил цифру около 38 мм. В “Запрос” скадовский вбил те же исходные, через которые считал, получаю 7 мм.

Прошу знатоков оценить полученные значения или поделиться каким-нибудь хитрым знанием о том, что я делаю неправильно. Формулы жутко эмпирические написаны в СП, поэтому физическую их суть проследить не могу.

Осадка одиночной сваи 2014-03-07.docx (31.6 Кб, 665 просмотров)

SergeyKonstr
Посмотреть профиль
Найти ещё сообщения от SergeyKonstr

А модуль деформации и модуль сдвига грунта это одно и тоже? Тут на форуме где то уже этот вопрос поднимался лет этак . цать назад.
Я бы в кг и см посчитал, как то ближе к телу)))).

SergeyKonstr, вот а слона-то я и не приметил)) Спасибо огромное.
ЗЫ: 4.4 мм

—– добавлено через ~2 мин. —–

Модуль деформации E, сдвига – G. Вещи разные, для данного расчета СП допускает G=0,4E. Правда не E (модуль деформации), а E0 (модуль общей деформации). Тут тоже есть небольшие сомнения, но раз геологи определяли E по компрессионным испытаниям, то есть мысль, что они как раз определяли модуль общей деформации (если я правильно помню механику грунтов).

Есть плюсы, да. Но всегда, когда делаю расчет впервые, сначала разок руками считаю, так легче все подводные камни прочувствовать. А дальше проще пользоваться уже готовыми программами (тот же Запрос), но точно знать, какие на самом деле исходные данные для расчета нужны.

4.4 – это осадка одной из двух свай от половины нагрузки. Хотя запрос тоже выдает 7.754мм. Порядок сошелся – я уже счастлив ^_^

GIP, по тем же формулам СП 24.

Суммарная получилась 6.45 мм.

Вложения

Осадка одиночной сваи 2014-03-07.docx (31.6 Кб, 362 просмотров)

Вложения

Осадка одиночной сваи 2014-03-07_.docx (35.2 Кб, 353 просмотров)

ошибка в том, что при вычислении самой осадки по формуле 7,32 вы в знаменателе подставляете не G1, а G2.
прикладываю расчет

Вложения

Arikaikai.pdf (123.3 Кб, 505 просмотров)

написано Esv=2450000 т/м .кв, а 24,5 МПа = 2450 т/кв.м
соответственно и относительная жесткость сваи в 1000 раз меньше

Подниму тему если никто не против чтобы новые не плодить.
Вот у Arikaikai получилось, что осадка по СП24.13330.2011 – порядка 12 мм, а по старому доброму методу послойного суммирования – 3,8 см. Это ж разница на 60+%.
Вот и у меня все время такая штука – считаю по СП – осадка порядка 3 см, считаю послойным суммированием по условному фундаменту – осадка 5-7 см.
Кто-нибудь может поделиться, почему так выходит, и каковы границы применимости той или иной методики? Где-то краем уха я слышал, что при глинистых грунтах с большими IL большее совпадение с реальностью дает метод послойного суммирования.
Между тем, в соответствии с действующим законодательством, осадку свайных кустов теперь считаем по СП 24.13330.2011 пп. 7.4.2-7.4.4. Надо думать это не так просто было принято.
Подскажите пожалуйста, куда копать и что читать на эту тему? Почему такая разница в результатах?

AVO, на самом деле нужно копать в сторону моделей грунта. А их далеко не две. И не двадцать, я подозреваю, а ближе к паре сотен. И все по-разному работают. И в СНиПе/СП суперпримитивные модели использованы, которые, как мне кажется, коррелируют с реальной жизнью только в горизонтально-сложенных равномерных грунтах без включений, линз, прослоек и с горизонтальной площадкой строительства прямоугольных в плане зданий со строго вертикальными наружными стенами.

Читайте также:
Ртутные лампы низкого давления

AVO, на самом деле нужно копать в сторону моделей грунта. А их далеко не две. И не двадцать, я подозреваю, а ближе к паре сотен. И все по-разному работают. И в СНиПе/СП суперпримитивные модели использованы, которые, как мне кажется, коррелируют с реальной жизнью только в горизонтально-сложенных равномерных грунтах без включений, линз, прослоек и с горизонтальной площадкой строительства прямоугольных в плане зданий со строго вертикальными наружными стенами.

Так-то оно так конечно.
Ну вот сейчас смотрю на куст из шести свай. Осадка по СП получилась 3 см, и такое значение осадки меня устраивает вполне. Но по старинке загнал в ФОК этот же куст, осадка – 6,5 см. Это уже на пределе, еще чуть-чуть – и относительная разность осадок с соседним малонагруженным фундаментом не выполнится. Надо бы увеличить площадь условного фундамента, чтобы выровнять осадку, а это – расширение ростверка, бОльшая арматура в нем.
По действующим нормам можно ничего не изменять, оставить как есть. Но как-то страшновато что-то мне.
Как бы Вы поступили на моем месте?

—– добавлено через ~2 мин. —–
А еще методика СП не учитывает наличие грунтовых вод. При послойном суммировании УГВ можно учесть, при расчете по СП – нет.

Методические указания к выполнению задания. 1. Осадка большеразмерного свайного фундамента (свайного поля) рассчитывается по формуле [7]:

1. Осадка большеразмерного свайного фундамента (свайного поля) рассчитывается по формуле [7]:

где sef осадка условного фундамента, см;

Δsp – дополнительная осадка за счет продавливания свай на уровне подошвы условного фундамента, см;

Δsс – дополнительная осадка за счет сжатия ствола свай, см

Расчет осадки условного фундамента производят методом послойного суммирования деформаций линейно-деформируемого основания с условным ограничением сжимаемой толщи [7].

2. Определение размеров условного фундамента

Расположение границ условного фундамента показано на рис.11.

Рис.11. Схема к определению размеров

3. Проверка напряжений на уровне нижних концов свай

На уровне нижних концов свай давление в грунте р от нормативных нагрузок не должно превышать расчетного сопротивления грунта R:

Для проверки давления на уровне нижних концов свай определя­ют давление под подошвой условного фундамента

здесь – коэффициент надежности по нагрузке, принимаем равное 1,2;

N – нагрузка от надфундаментной части, кН, по табл.25;

ау – длина условного фундамента, м;

bу – ширина условного фундамента, м;

Gyф нормативный вес условного фундамента, кН, по формуле:

где – осредненный объемный вес бетона и грунта, равный 20 кН/м 3 ;

hf – высота условного фундамента от уровень планировки (DL) до уровня нижних концов свай (FL), м;

4.Определяем расчетное сопротивление грунта на уровне нижних концов свай c учетом ширины условного фундамента bу по формуле (4):

коэффициенты: те же, что в задаче 1 для несущего слоя основания.

В формуле (47) b = bу , а d=hf (рис.11).

4.Определение осадки условного фундамента sef и нижней границы сжимаемой толщи основания.

Для определения осадки условного фундамента sef и нижней границы сжимаемой толщи основания, сжимаемую толщу грунта делят на элементы, толщина которых Dhi не должна превышать 0,4bу. Границы элементов необходимо совмещать с границами естественных слоев грунта, т.к. модули деформации грунтов для каждого слоя основания различны.

Вычисляем вертикальные напряжения от собст­венного веса грунта:

где gi и hi – соответственно удельный вес и толщина Dhi каждого слоя грунта.

При расчете природного давления грунтов, расположенных ниже уровня подземных вод, необходимо учитывать взвешивающее действие воды. В этом случае вместо используют .

Читайте также:
Описание и применение силикатного клея

При определении природного давления на кровле слоя водонепроницаемого грунта (глина, суглинок при IL≤0≤0,25) необходимо учитывать дополнительное гидростатическое давление, определяемое по формуле:

где hw – мощность грунта от уровня грунтовых вод (WL ) до кровли водонепроницаемого грунта, м

– удельный вес воды=9,81 кН/м 3 .

Напряжение от давления, создаваемого сооружением, под центром подошвы фундамента на глубине z от его подошвы, вычисляется по формуле:

где a – коэффициент, учитывающий затухание напряжений по глубине основания, принимается по табл.26, в зависимости от соотношения сторон прямоугольного фундамента и относительной глубины , значения z отсчитываются от подошвы условного фундамента до кровли каждого слоя Dhi.

Коэффициент a(извлечение из СП 22.13330-2011[5])

прямоугольных с соотношением сторон, равным
1,0 1,4 1,8 2,4 3,2
1,000 1,000 1,000 1,000 1,000 1,000
0,4 0,960 0,972 0,975 0,976 0,977 0,977
0,8 0,800 0,848 0,866 0,876 0,879 0,881
1,2 0,606 0,682 0,717 0,739 0,749 0,754
1,6 0,449 0,532 0,578 0,612 0,629 0,639
2,0 0,336 0,414 0,463 0,505 0,530 0,545
2,4 0,257 0,325 0,374 0,419 0,449 0,470
2,8 0,201 0,260 0,304 0,349 0,383 0,410
3,2 0,160 0,210 0,251 0,294 0,329 0,360
3,6 0,131 0,173 0,209 0,250 0,285 0,319
4,0 0,108 0,145 0,176 0,214 0,248 0,285
4,4 0,091 0,123 0,150 0,185 0,218 0,255
4,8 0,077 0,105 0,130 0,161 0,192 0,230
5,2 0,067 0,091 0,113 0,141 0,170 0,208
5,6 0,058 0,079 0,099 0,124 0,152 0,189
6,0 0,051 0,070 0,087 0,110 0,136 0,173
6,4 0,045 0,062 0,077 0,099 0,122 0,158
6,8 0,040 0,055 0,064 0,088 0,110 0,145
7,2 0,036 0,049 0,062 0,080 0,100 0,133
7,6 0,032 0,044 0,056 0,072 0,091 0,123
8,0 0,029 0,040 0,051 0,066 0,084 0,113
8,4 0,026 0,037 0,046 0,060 0,077 0,105
8,8 0,024 0,033 0,042 0,055 0,071 0,098
9,2 0,022 0,031 0,039 0,051 0,065 0,091
9,6 0,020 0,028 0,036 0,047 0,060 0,085
10,0 0,019 0,026 0,033 0,043 0,056 0,079
10,4 0,017 0,024 0,031 0,040 0,052 0,074
10,8 0,016 0,022 0,029 0,037 0,049 0,069
11,2 0,015 0,021 0,027 0,035 0,045 0,065
11,6 0,014 0,020 0,025 0,033 0,042 0,061
12,0 0,013 0,018 0,023 0,031 0,040 0,058

p – среднее давление под подошвой фундамента по формуле (45).

Осадку условного фундамента sef определяют путем суммирования осадок по элементам слоёв Dhi. Расчет ведут в табличной форме, табл.27.

, м a szp,i=×a×p, кПа hi, м gi×hi ,кПа , кПа кПа
5

После этого строят эпюры , и (рис.12). Находят ВС (НГСТ – нижняя граница сжимаемой толщи), горизонт, при котором соблюдается условие ).

Рис. 11. Схема к определению осадки условного фундамента:

DL — отметка планировки; FL — отметка подошвы фундамента; WL — уровень подземных вод; В.С — нижняя граница сжимаемой толщи; p — среднее давление под подошвой фундамента; σzg и σzg,0 вертикальное напряжение от собственного веса грунта на глубине z от подошвы фундамента и на уровне подошвы; σzp и σzp,0 — вертикальное напряжение от внешней нагрузки на глубине z от подошвы фундамента и на уровне подошвы; σzy,i — вертикальное напряжение от собственного веса вынутого в котловане грунта в середине i-го слоя на глубине z от подошвы фундамента; Нс — глубина сжимаемой толщи

Осадку условного фундамента sef определяют по формуле:

где b – безразмерный коэффициент, равный 0,8;

σzp,i – среднее значение вертикального нормального напряжения

от внешней нагрузки в i-м слое грунта по вертикали,

проходящей через центр подошвы фундамента, кПа;

hi – толщина i-го слоя грунта, см;

Еi – модуль деформации i-го слоя грунта по ветви первичного

Читайте также:
Приспособление для половой доски

σzy,i – среднее значение вертикального напряжения в i-м слое

грунта по вертикали, проходящей через центр подошвы

фундамента, от собственного веса выбранного при отрывке

котлована грунта, кПа;

Ее,i модуль деформации i-го слоя грунта по ветви вторичного

нагружения, кПа, принимается равным 5Еi;

п – число слоев, на которые разбита сжимаемая толща

5.Определяем дополнительную осадку Δsp за счет продавливания

свай на уровне подошвы условного фундамента.

Величина осадки продавливания Δsp зависит от шага свай в свайном поле, причем шаг может быть переменным. Расчет следует выполнять применительно к цилиндрическому объему (ячейке), в пределах которого все точки находятся ближе к оси данной сваи, чем к осям остальных свай (это не относится к крайним сваям). Площадь горизонтального поперечного сечения ячейки равна а 2 , где а – шаг свайного поля в окрестности данной сваи. Грунт в объеме ячейки делится на две однородные части: в пределах длины сваи Lсв с модулем общей деформации Е1 и коэффициентом поперечной деформации n1, ниже – с аналогичными параметрами Е2 и n2. (В общем случае неоднородного по глубине основания эти параметры получаются осреднением, рис. 12.).

Внешняя нагрузка на ячейку составляет: P=p×W. (52)

здесь W – площадь поперечного сечения ячейки, рис.12,= π (0,564a) 2 ;

p – среднее давление под подошвой фундамента (45).

Осадка продавливания Δsp (в общем случае 01≤Е2) будет равна:

где Е1 – модуль общей деформации, кПа, в пределах длины сваи Lсв,

без учета заделки сваи в ростверк. В случае неоднородного по

глубине основания этот параметр получают осреднением значений

Е2 – модуль общей деформации, кПа, несущего слоя основания;

DSp1– осадка продавливания, для случая однородного основания

где n2 – коэффициент поперечной деформации несущего

слоя основания по табл.22;

а – шаг свайного поля вблизи рассматриваемой сваи, м, рис.12;

dс – диаметр сваи, принимается равной = 0,30 м.

Рис.12. Расчетная схема метода ячейки

DSp – осадка идеальной сваи при (E1=0) определяется по выражению:

, (55) где , здесь А – площадь опирания сваи на грунт,м 2 .

ΔSс – дополнительная осадка за счет сжатия ствола свай опреде-

ляется по формуле:

где Р – внешняя нагрузка на ячейку, кПа, по формуле (52);

Lсв – длина сваи без учета заделки в ростверк = Lсв – 0,05, м;

Еb – модуль упругости бетона сваи – 20×10 6 кПа.

Пример решения

Исходные данные: Общее количество свай n = 30, Lсв = 5 м; dс =0,30м; расположение свай в плане 6 х 5; шаг свай а=0,9 м; глубина заложения подошвы ростверка d =1,95 м; глубина заложения фундамента df – 6.9м; N – нагрузка от надфундаментной части – 14000 кН.

Грунтовые условия: уровень подземных вод dw =1,8 м

ИГЭ-1 – супесь пластичная, мощность слоя – 2,0 м;

γ1I=19.13 кН/м 3 ; =9.61 кН/м 3 ; Е=20000 кПа;

ИГЭ-2 – суглинок тугопластичный, мощность слоя – 4,0 м;

γII=10,0 кН/м 3 (с учетом взвешивающего действия воды);

ИГЭ-3 – глина полутвердая. Мощность слоя не ограничена,

γII=18,44 кН/м 3 ; Е=19000 кПа.

Свайное поле, исходя из расположения свай в плане, будет иметь вид рис.15.

Размеры свайного поля по осям крайних свай, рис.15:

а=0,9×5=4,50 м; b=0,9×4=3,60 м.

Рис.15 Схема свайного поля

Размеры подошвы условного фундамента, рис.16:

Рис.16 Размеры подошвы условного фундамента

Определяем давление под подошвой условного фундамента:

=(13825,9/1,2 +3353,4)/(5,4×4,5)=612,14 кПа

где осредненное значение коэффициента надежности по нагрузке принимаем равное 1.2;

N – нагрузка от надфундаментной части – 13825,9 кН;

Gуф – нормативный вес условного фундамента, кН, (46):

Выполняем пересчет расчетного сопротивления грунта под подошвой условного фундамента (R4 по задаче 1):

Читайте также:
Применение скрытых петлей для межкомнатных дверей

при расчете в формулепринимаем d1 = hуф =6,90 м, а b = bу=4,50 м.

Проверяем условие при котором давление в грунте р от нормативных нагрузок не должно превышать расчетного сопротивления грунта R: p£R.

р = 612,14≤ R =625,16 кПа,

Грунтовое основание разбиваем на элементарные слои, начиная от дневной поверхности, толщина которых не должна превышать 0,4×bу и нарушать естественное сложение основания. По глубине вычисляем значения ординат эпюр природного давления грунта σzg,i, дополнительного (осадочного) давления σzp,i от сооружения и давление от собственного веса выбранного при отрывке котлована грунта σzy,i.

Вычисления ведем в табличной форме табл.28 и рис.17.

Таблица вычисления ординат , и

, м a szp,i=×a×p, кПа hi, м gi×hi ,кПа , кПа кПа
1,8 34,4 34,4
0,2 1,92 36,3
1,8 18,0 54,3
1,8 18,0 72,3
1,8 18,0 90,3
0,4 4,0 94,3/135,5
1,000 612,14 0,9 16,6 152,1 152,1
0,80 1,8 0,824 504,40 1,8 33,2 185,3 125,3
1,60 3,6 0,491 300,56 1,8 33,2 218,5 74,7
2,40 5,4 0,291 178,13 1,8 33,2 251,7 44,3
2,84 6,4 0,223 136,50 1,0 18,27 270,1 28,1 142,5

Так как ИГЭ 3 глина полутвердая ( IL≤0,25), то при определении природного давления на кровле водонепроницаемого слоя учитываем дополнительное гидростатическое давление (49):

Определяем осадку условного фундамента sеf по формуле (51):

Рис.16. Схема к расчету осадки условного фундамента

Определяем дополнительную осадку DSp1 за счет продавливания свай на уровне подошвы условного фундамента по формуле (54), рис.17:

здесь n2 – по табл.18 при IL=0,25 (глина полутвердая) равно 0,38;

Е2 – модуль деформации ИГЭ-3 (глина полутвердая) –19000 кПа;

а – шаг свай – 0,90 м; d – сечение сваи – 0,30 м.

Рис.17. Расчетная схема метода ячейки

Определяем осадку для идеальной сваи DSp по выражению (55):

здесь W – площадь поперечного сечения ячейки, рис.10

= 3,14×(0,564×0,9) 2 =0,817 м 2 ;

А – площадь опирания сваи на грунт=0,3×0,3=0,09м 2 ;

Р – внешняя нагрузка на ячейку по выражению (52)

В общем случае осадку продавливания определяем по формуле (53):

где Е1 – модулем общей деформации, кПа, в пределах длины сваи lсв ,

без учета заделки в ростверк в случае неоднородного по глубине

основания этот параметр получают осреднением значений, рис.9,

Е1=(20000×0,05+14000×4,0+19000×0,90)/4,95=14969,7 кПа;

Определение дополнительной осадки за счет сжатия ствола свай

Δsс по выражению (6.95):

= =0,00085 м= 0,085см.

Полная осадка свайного фундамента по формуле (44):

Проверяем выполнение условия

где Su = 15 см предельное значение совместной деформации основания и сооружения, табл.19 п.1.

Определение осадки свайного фундамента, расчет осадки свайного фундамента

Осадка свайного фундамента – это перемещение свай под действием нагрузок и изменение их высотного уровня, возникающее в процессе их эксплуатации.

Как правило, причиной осадки становятся ошибки в расчетах восприимчивости фундамента к нагрузкам, допущенные на стадии проектирования. В результате в основании используются сваи с некорректными конструктивными параметрами: недостаточной длины или сечения (если речь идет о железобетонных конструкциях), с недостаточным диаметром или количеством лопастей (в случае с винтовыми конструкциями) и т.п.

Осадка может возникать под действием следующих факторов:

  • недостаточная несущая способность грунта;
  • значительные нагрузки на фундамент от массы здания, снегового и ветрового давления, эксплуатационных воздействий.

1. Расчет осадки свайно-винтового фундамента

Расчеты по деформациям свайного фундамента сводятся к определению осадки всего фундамента или отдельной сваи.

При расчете осадок группы свай необходимо учитывать их взаимное влияние. Данный расчет является весьма сложным, и задача решается с помощью трехмерного численного моделирования условного фундамента как анизотропного массива с учетом его конечной жесткости на сдвиг по вертикальным плоскостям.

Читайте также:
Сайдинг под кирпич для отделки фасада. Применение цокольных и металлических изделий

Расчет осадки одиночных свай, прорезающих слой грунта, рассматривают как линейно-деформируемое полупространство, характеризуемое модулем сдвига G2 и коэффициентом Пуассона v2. При выполнении условии l/d > G1l/G2d > 1 (где l – длина сваи, м, d – наружный диаметр поперечного сечения ствола, м) осадку для винтовой сваи считают как для одиночной сваи с уширением пяты или сваи-стойки.

1.1. Расчет осадки одиночной сваи

Согласно СП 24.13330.2011 «Свайные фундаменты» расчет осадки одиночных свай, прорезающих слой грунта с модулем сдвига G1, МПа, коэффициентом Пуассона v1 и опирающихся на грунт, рассматриваемый как линейно-деформируемое полупространство, характеризуемое модулем сдвига G2 и коэффициентом Пуассона v2, допускается производить при выполнении требований подраздела 7.2 и при условии l/d>5; G1l/G2d>1 (где l – длина сваи, м, d – наружный диаметр поперечного сечения ствола, м) по формуле:

, (7.36)

db – диаметр уширения сваи;

N – вертикальная нагрузка, передаваемая на сваю, МН;

EA – жесткость ствола сваи на сжатие, МН;

A – площадь поперечного сечения сваи;

v – коэффициент Пуассона.

Коэффициент Пуассона для грунта (коэффициент поперечного расширения или коэффициент поперечной деформации или Poisson’s ratio) – это показатель деформируемости грунта, характеризующий отношение поперечных и продольных деформаций грунта (то есть отношение относительных поперечных деформаций к относительным продольным деформациям грунта).

При отсутствии экспериментальных данных, значения коэффициента Пуассона можно принять по п.5.4.7.5 ГОСТ 12248-96:

  • для крупнообломочных грунтов равен 0,27;
  • для песка составляет от 0,30 до 0,35 (в зависимости от плотности);
  • для супеси составляет от 0,30 до 0,35 (в зависимости от плотности);
  • для суглинков составляет от 0,35 до 0,37 (в зависимости от плотности);
  • для твердой глины (при показателе текучести IL =0) составляет от 0,20 до 0,30 (в зависимости от плотности);
  • для полутвердой глины (при показателе текучести IL от 0 до 0,25) составляет от 0,30 до 0,38 (в зависимости от плотности);
  • для тугопластичной глины (при показателе текучести IL от 0,25 до 0,5) составляет от 0,38 до 0,45 (в зависимости от плотности);
  • для мягкопластичной глины (при показателе текучести IL от 0,5 до 0,75) составляет от 0,38 до 0,45 (в зависимости от плотности);
  • для текучепластичной глины (при показателе текучести IL от 0,75 до 1) составляет от 0,38 до 0,45 (в зависимости от плотности).

Меньшие значения коэффициента Пуассона необходимо применять при большей плотности грунта.

G – модуль сдвига, Мпа. Модулем сдвига называется характеристика деформируемости, определяемая отношением приложенного к грунту касательного напряжения к углу сдвига. Этот показатель используется при расчете устойчивости сооружений и массивов грунтов, давления грунтов на ограждения и подземные сооружения, при расчете осадок под свайными фундаментами.

Характеристики G1 и v1 принимаются осредненными для всех слоев грунта в пределах глубины погружения сваи, a G2 и v2 – в пределах 0,5 l, т.е. на глубинах от l до 1,5l от верха свай, при условии, что под нижними концами свай отсутствуют глинистые грунты текучей консистенции, органоминеральные и органические грунты.

Модуль сдвига грунта G = E / 2(1+v) допускается принимать равным 0,4E, а коэффициент kv равным 2,0 (где E – модуль общей деформации).

Таким образом, расчет осадки свайного фундамента – достаточно сложная процедура, которая требует применения специальных знаний. Пренебрежение же данными расчетами может привести к негативным последствиям в процессе эксплуатации здания/сооружения.

Осадка свайного фундамента

Вопрос от клиента: “Добрый день. Планирую возводить двухэтажный коттедж на свайном фундаменте в Подмосковье. В процессе проектирования основания столкнулся с проблемой осадки – большинство соседей говорят, что из-за осадки им приходилось неоднократно усиливать фундаменты своих домов. Подскажите пожалуйста, как правильно рассчитать устойчивость фундамента к осадке на стадии проектирования, чтобы избежать проблем в дальнейшем. Заранее спасибо”.

На данной странице представлена информация об осадке свайного фундамента. Вы узнаете, что это за процесс и какие факторы на него влияют. Мы рассмотрим методы расчетов осадки, способы ее фактического определения и технологии предотвращения осадки железобетонных свай.

Читайте также:
Отделка холодильника под окном своими руками: этапы реконструкции

Что такое осадка фундамента и что на неё влияет

Осадка свайного фундамента – это изменение уровня размещения свай в грунте, возникающие в процессе их эксплуатации. Основная причина осадки – неправильные расчеты устойчивости фундамента к нагрузкам на стадии его проектирования, которые приводят к использованию опор недостаточной длины либо меньшего, чем того требуют фактические условия, сечения.

  • Недостаточной несущей способности почвы, в которой размещена опорная подошва свай;
  • Нагрузок, передающихся на фундамент в процессе работы в грунте, исходящих от массы здания, давления снега и эксплуатационных воздействий.

Важно: несущая способность почвы увеличивается пропорционально уровню ее расположения – чем глубже находится пласт, тем большей плотностью и силой сопротивления он обладает, тогда как поверхностные слои почвы, как правило, представлены низкоплотными породами, неспособными выдержать исходящую от фундамента нагрузку.

Схема осадки свайных фундаментов

Грузонесущуя способность железобетонной опоры по материалу будет всегда больше, чем аналогичная характеристика грунта. Если в расчетах фундамента допущены ошибки, то пласт грунта в котором расположена опорная часть свай, под весом здания будет уплотняться и проседать, что приведет к уменьшению нулевого уровня фундамента (его осадке).

Схема работы свай в грунте

Данная проблема особенно характерна для висячих свай, которые получают устойчивость за счет трения почвы с боковыми стенками опоры. Сваи стойки, опирающиеся на глубинные, несжимаемые пласты грунта, ввиду высокой плотности породы практически не подвергаются осадке.

Расчёт осадки – методы

  • Способ послойного суммирования;
  • Способ эквивалентного слоя.

Способ послойного суммирования

Данный метод рекомендован к применению действующим СНиП, он является наиболее часто используемым способом вычислением осадок свайных оснований.

При использовании способа послойного суммирования свайное основание принимается за условную монолитную конструкцию, размеры которой считаются по контуру крайних точек свайного поля. На нижеприведенной схеме размеры свайного основания представлены границами АВДС.

График работы свай в грунте при реализации метода послойного суммирования

Первоначально составляется габаритная схема основания АБСД, при расчетах используется величина уклона “а”, выводящаяся из следующих формул:

габаритная схема основания АБСД

  • φcp – усредненный угол внутреннего трения контактирующих со сваей слоев почвы, определяемый посредством геодезических изысканий;
  • а – эпюра рассеивания нагрузок по высоте свайной опоры.

расчет длины и ширины основания AБCД

Полученные габаритные характеристики применяются в формуле расчета давления на опорную часть фундамента (Р усп). Давление сопоставляется с удельным сопротивлением контактирующих со сваями пластов грунта (R усл. фун).

формула расчета давления на опорную часть фундамента

Удельное сопротивление почвы, в свою очередь, выводится по формуле:

Удельное сопротивление почвы

Если в результате сопоставления нагрузок и сопротивления грунта получается соблюдение условий, составляются эпюры нагрузок на сваи “σ0z” и “σбz” (приведены на схеме), и по формуле S выводится величина осадки основания.

Важно: если полученная в результате расчетов величина осадки превышает предельный допустимый показатель, в проект свайного фундамента вносятся коррективы, направленные на увеличения длины применяемых опор (что приводит к передаче нагрузки от здания на более плотные, глубинные пласты почвы) и расчеты выполняются повторно.

Способ эквивалентного слоя

Альтернативный способ эквивалентного слоя подразумевает расчет осадки исходя из контролируемого бокового расширения почвы. В данном случае за эквивалентный слой принимается пласт почвы (hэ), который при невозможности пространственного расширения дает удельную осадку, аналогичную общей осадке равномерно нагруженного фундамента. По простому – вместо послойного суммирования слоев используется одномерный коэффициент, совокупный для всех контактирующих со сваей пластов грунта.

Мощность условного эквивалентного слоя высчитывается на основе коэфф. Пуансона, коэффициента жесткости фундамента (w) и его габаритной ширины (b) по формуле:

Мощность условного эквивалентного

формула

При этом за А принимается коэффициент, индивидуальный для каждого типа грунта: А равно .

Используемое при расчетах соотношение Aw (коэффициента грунта и жесткости фундамента) именуется величиной эквивалентного пласта, нормативные данные которого представлены в нижеприведенной таблице:

Читайте также:
Самодельный металлический котел для бани — 3 варианта для домашнего мастера

Таблица коэффициента эквивалентного пласта

  • Ро – эксплуатационное давление на опорную часть свайного фундамента (от массы здания, снеговых и полезных нагрузок);
  • mv – нормативный коэфф. сжимаемости почвы.

Важно: при определении осадки посредством способа эквивалентного слоя значительно упрощается технология проведения расчетов. Также тут учитывается коэфф. линейного расширения грунта (коэфф. Пуансона), который не используется в методе послойного суммирования, что дает более точные итоговые результаты.

Как определить осадку свайного фундамента

Фактическая осадка свай определяется посредством их статических испытаний. В процессе испытаний на опору гидравлическими домкратами оказывается давление и с помощью прогибомера измеряется величина осадки сваи от полученной нагрузки.

Технология статических испытаний предназначена для определения критических и предельных нагрузок, которые может выдержать свайный фундамент. Под критической нагрузкой подразумевается давление, которое приводит к резкой осадке (проваливанию) сваи в грунт, величина которой в 5 и более раз превышает осадку от ранее полученного сваей давления. Осадка предельного типа определяется по нагрузке, на 1 ступень меньшей, чем нагрузка приводящая к критической осадке.

Процесс статического испытания свай

Для проведения испытаний используются гидравлические домкраты с усилием давления от 50 до 200 тонн, измерения ведутся с точностью до 0.1 мм. Прогибомер фиксируется на высотных реперах, которые представлены стойками, удаленными от сваи на 1-2 метра, и закрепленными на них ригелями (на ригелях посредством ступицы фиксируется измерительный прибор).

Важно: на основании информации о фактической осадке и приводящих к ней нагрузкам вносятся коррективы в проект свайного фундамента.

Допустимые нормы осадки

  • Для железобетонных зданий – 8 см;
  • Для панельных зданий со стальным несущим каркасом – 12 см;
  • Для кирпичных и блочных сооружений безкаркасного типа – 10 см.

Важно: осадка свайного фундамента, возникшая в процессе его строительства, отличается равномерностью – она происходит по всему пятну основания, что не приводит к деструктивным нагрузкам на возводимое сооружение.

На практике кирпичные здания, фундамент которых подвергся неравномерной усадке более чем на 12 см, получают серьезные деформации, вплоть до появления на стенах и перекрытиях сквозных трещин.

Как избежать осадки

Предотвратить осадку фундамента можно еще на стадии проектирования основания. Если расчеты показывают, что величина осадки превышает допустимою норму, нужно заменить висячие сваи на сваи-стойки – использовать опоры большей длины, которые работают в грунте не за счет сопротивления почвы боковым стенкам конструкции, а за счет опирания на глубинный пласт несжимаемого грунта.

Процесс укрепления грунтов цементацией

Снизить риск осадки фундамента можно и посредством увеличения сопротивления грунтов, что достигается за счет их цементации. Данный метод особенно эффективен в условиях почвы, обладающей низкой плотностью. Его суть заключается в нагнетании в толщу грунта бетонной смеси либо силикатного раствора с помощью специальных инъекторов.

Инъектор представляет собой перфорированную стальную трубу, которая погружается в почву и подключается к бетононасосу. Подача смеси ведется в пласты грунта, в которых расположена опорная часть сваи. В результате вокруг опорной подошвы сваи, после отвердевания смеси, образуется монолитная бетонная подушка, которая предотвращает осадку фундамента под внешними нагрузками.

Полезные материалы

Свайный фундамент своими руками – пошаговая инструкция

СК “Установка Свай” занимается возведением фундаментов на железобетонных сваях.

Как рассчитать свайный фундамент

В местностях с зыбкими, слабыми грунтами предпочтительные виды фундаментов под дома и сооружения – свайный и свайно-ростверковый.

Как закрыть свайный фундамент

Свайный фундамент, особенно высокий фундамент с ростверком на сваях , обычно стараются закрыть.

Рейтинг
( Пока оценок нет )
Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: