Расчет фундамента на горизонтальную нагрузку
Обновлено: 08.05.2024
Расчет нагрузки на фундамент
Расчет нагрузки на фундамент необходим для правильного выбора его геометрических размеров и площади подошвы фундамента. В конечном итоге, от правильного расчета фундамента зависит прочность и долговечность всего здания. Расчет сводится к определению нагрузки на квадратный метр грунта и сравнению его с допустимыми значениями.
Для расчета необходимо знать:
- Регион, в котором строится здание;
- Тип почвы и глубину залегания грунтовых вод;
- Материал, из которого будут выполнены конструктивные элементы здания;
- Планировку здания, этажность, тип кровли.
Исходя из требуемых данных, расчет фундамента или его окончательная проверка производится после проектирования строения.
Попробуем рассчитать нагрузку на фундамент для одноэтажного дома, выполненного из полнотелого кирпича сплошной кладки, с толщиной стен 40 см. Габариты дома – 10х8 метров. Перекрытие подвального помещения – железобетонные плиты, перекрытие 1 этажа – деревянное по стальным балкам. Крыша двускатная, покрытая металлочерепицей, с уклоном 25 градусов. Регион – Подмосковье, тип грунта – влажные суглинки с коэффициентом пористости 0,5. Фундамент выполняется из мелкозернистого бетона, толщина стенки фундамента для расчета равна толщине стены.
Определение глубины заложения фундамента
Глубина заложения зависит от глубины промерзания и типа грунта. В таблице приведены справочные величины глубины промерзания грунта в различных регионах.
Таблица 1 – Справочные данные о глубине промерзания грунта
Глубина заложения фундамента в общем случае должна быть больше глубины промерзания, но есть исключения, обусловленные типом грунта, они указаны в таблице 2.
Таблица 2 – Зависимость глубины заложения фундамента от типа грунта
Зависимость глубины заложения фундамента от типа грунтаГлубина заложения фундамента необходима для последующего расчета нагрузки на почву и определения его размеров.
Определяем глубину промерзания грунта по таблице 1. Для Москвы она составляет 140 см. По таблице 2 находим тип почвы – суглинки. Глубина заложения должна быть не менее расчетной глубины промерзания. Исходя из этого глубина заложения фундамента для дома выбирается 1,4 метра.
Расчет нагрузки кровли
Нагрузка кровли распределяется между теми сторонами фундамента, на которые через стены опирается стропильная система. Для обычной двускатной крыши это обычно две противоположные стороны фундамента, для четырехскатной – все четыре стороны. Распределенная нагрузка кровли определяется по площади проекции крыши, отнесенной к площади нагруженных сторон фундамента, и умноженной на удельный вес материала.
Таблица 3 – Удельный вес разных видов кровли
- Определяем площадь проекции кровли. Габариты дома – 10х8 метров, площадь проекции двускатной крыши равна площади дома: 10·8=80 м 2 .
- Длина фундамента равна сумме двух длинных его сторон, так как двускатная крыша опирается на две длинные противоположные стороны. Поэтому длину нагруженного фундамента определяем как 10·2=20 м.
- Площадь нагруженного кровлей фундамента толщиной 0,4 м: 20·0,4=8 м 2 .
- Тип покрытия – металлочерепица, угол уклона – 25 градусов, значит расчетная нагрузка по таблице 3 равна 30 кг/м 2 .
- Нагрузка кровли на фундамент равна 80/8·30 = 300 кг/м 2 .
Расчет снеговой нагрузки
Снеговая нагрузка передается на фундамент через кровлю и стены, поэтому нагружены оказываются те же стороны фундамента, что и при расчете крыши. Вычисляется площадь снежного покрова, равная площади крыши. Полученное значение делят на площадь нагруженных сторон фундамента и умножают на удельную снеговую нагрузку, определенную по карте.
- Длина ската для крыши с уклоном в 25 градусов равна (8/2)/cos25° = 4,4 м.
- Площадь крыши равна длине конька умноженной на длину ската (4,4·10)·2=88 м 2 .
- Снеговая нагрузка для Подмосковья по карте равна 126 кг/м 2 . Умножаем ее на площадь крыши и делим на площадь нагруженной части фундамента 88·126/8=1386 кг/м 2 .
Расчет нагрузки перекрытий
Перекрытия, как и крыша, опираются обычно на две противоположные стороны фундамента, поэтому расчет ведется с учетом площади этих сторон. Площадь перекрытий равна площади здания. Для расчета нагрузки перекрытий нужно учитывать количество этажей и перекрытие подвала, то есть пол первого этажа.
Площадь каждого перекрытия умножают на удельный вес материала из таблицы 4 и делят на площадь нагруженной части фундамента.
Таблица 4 – Удельный вес перекрытий
Таблица расчет веса перекрытий и их нагрузка на фундамент- Площадь перекрытий равна площади дома – 80 м 2 . В доме два перекрытия: одно из железобетона и одно – деревянное по стальным балкам.
- Умножаем площадь железобетонного перекрытия на удельный вес из таблицы 4: 80·500=40000 кг.
- Умножаем площадь деревянного перекрытия на удельный вес из таблицы 4: 80·200=16000 кг.
- Суммируем их и находим нагрузку на 1 м 2 нагружаемой части фундамента: (40000+16000)/8=7000 кг/м 2 .
Расчет нагрузки стен
Нагрузка стен определяется как объем стен, умноженный на удельный вес из таблицы 5, полученный результат делят на длину всех сторон фундамента, умноженную на его толщину.
Таблица 5 – Удельный вес материалов стен
- Площадь стен равна высоте здания, умноженной на периметр дома: 3·(10·2+8·2)=108 м 2 .
- Объем стен – это площадь, умноженная на толщину, он равен 108·0,4=43,2 м 3 .
- Находим вес стен, умножив объем на удельный вес материала из таблицы 5: 43,2·1800=77760 кг.
- Площадь всех сторон фундамента равна периметру, умноженному на толщину: (10·2+8·2)·0,4=14,4 м 2 .
- Удельная нагрузка стен на фундамент равна 77760/14,4=5400 кг.
Предварительный расчет нагрузки фундамента на грунт
Нагрузку фундамента на грунт расчитывают как произведение объема фундамента на удельную плотность материала, из которого он выполнен, разделенное на 1 м 2 площади его основания. Объем можно найти как произведение глубины заложения на толщину фундамента. Толщину фундамента принимают при предварительном расчете равной толщине стен.
Таблица 6 – Удельная плотность материалов фундамента
- Площадь фундамента – 14,4 м 2 , глубина заложения – 1,4 м. Объем фундамента равен 14,4·1,4=20,2 м 3 .
- Масса фундамента из мелкозернистого бетона равна: 20,2·1800=36360 кг.
- Нагрузка на грунт: 36360/14,4=2525 кг/м 2 .
Расчет общей нагрузки на 1 м 2 грунта
Результаты предыдущих расчетов суммируются, при этом вычисляется максимальная нагрузка на фундамент, которая будет больше для тех его сторон, на которые опирается крыша.
Условное расчетное сопротивление грунта R0 определяют по таблицам СНиП 2.02.01—83 «Основания зданий и сооружений».
Расчет сваи на горизонтальную нагрузку по СП и СНиП
Доброго дня!
Вопросы, если позволите, такие:
1. При расчете на сваи на горизонтальные силы необходим коэффициент пропорциональности К (СП 50-102-2003 табл. Д.1 прилож. Д; СНиП 2.02.03-85 табл.1, прилож.1).
Но данные таблиц различны: например для мелкого песка (е=0,75) - по СП К=5000 кН/м4, а по СНиП - К= 12000 кН/м4 . Почему так? Какое все таки значение принимать?
2. По указаниям СНиП нужно проводить одно- или двух стадийный расчет. В СП описан, как я понимаю, одно стадийный. Так вот, в СНиП в п.1 прилож.1 сказано, что коэф-т условий работы гамма_с (для формул (1) и (11) прилож.1, СНиП) при одностадийном расчете равен 3, а в СП, где описан одно стадийный расчет, этого коэф-та вообще нет в формулах (Д.3) и (Д.8) прилож. Д, СП.
Кстати в справочнике "Основания и фундаменты" под ред. Швецова (стр. 175, п.5.4) в примере расчета этот коэф-т учитывается и коэф-т пропорциональности берется из СНиП (см. вопрос 1).
Так как же быть? Или я что то упустил?
3. И в СП и в СНиП сказано, что предельные значения горизонтального перемещения Uu и угла поворота ПСИu устанавливаются в задании на проектирование. А если таковых в задании нет? Откуда их брать?
Расчет свай на горизонтальные нагрузки
См. формулу 31 к п.7.
М0, Н0 см. п. 5. М и Н (см. п. 4) получите в расчетном комплексе
z = 0.85/alphaд при l’>=2.6 (уверен, что будет так). l’ см. п. 3.
Alfaд, bc см. п.3.
Полученное значение sigmaz должно удовлетворять условию 25(14)
P.S. Не понял почему ленточный и стобчастый ростверк на разных отметках.
Ленточный ростверк выше столбчатого потому, что это обусловлено технологией производства работ. Планируется сначала завязать ленточный ростверк со всем каркасом и только после этого разрабатывать оставшийся под перекрытием грунт.
Формулу 31 к п.7 я уже пощупал, после этого окончательно вошел в ступор: получив в ростверке М=172,5 кН*м и Q=197.8 кН, просчитал напряжения в гунте по формулам 27 и 31 получил значения 102 и 75,9 кН/м2 соответсвенно, но. посчитав напяжение по предлагаемому в п.7 табличному методу получил напряжение всего 40 кН/м2.
И еще вопрос: если я расматриваю сваю как балку на упругом основании то может правильнее во все выше указанные формулы подставлять значения М и Q в сечении сваи в уровне отрывки котлована?
А что будет выполнять роль стены подвала, если у Вас сваи с шагом 1.6м?
И еще вопрос: если я расматриваю сваю как балку на упругом основании то может правильнее во все выше указанные формулы подставлять значения М и Q в сечении сваи в уровне отрывки котлована? Думаю расчет надо вести для двух вариантов: на момент монтажа и на момент эксплуатации. Т. е. до разработки грунта и после. Для второго варианта принять ростверк как высокий (М0 = М+Qxl0, и значения l и z другие). sudakov,Роль стены подвала будет выполнять монолитная стена, устраиваемая по сваям (железобетонная обделка).
То что считать придется на стадии монтажа и эксплуатации это я уже понял. Давайте разберемся в сути расчета:
1) вычисление напряжения производиться от усилий, действующих не в ростверке, а в сечении сваи в определенном уровне ниже поверхности отрывки;
2) задавшись коэффициентами постели мы моделируем сваю как балку, в SCADе это скорее всего будет выглядить следующим образом: участок сваи расположенный выше поверхности отрывки задается пространственным стержнем, ниже поверхности отрывки - тем же стержнем, но с переменными по высоте (глубине) коэффициентами постели (вычисленные по СНиП).
3) таким образом мы можем получить значения М и Q (H) для любого сечения сваи. Приняв за Мо и Но полученные значения усилий М и Q соответсвующие определеной глубине z, мы можем определить значение напряжения в каждой точке по глубине погружения сваи.
Если я не прав, поправьте, пожайлуста! Народ. НУ скажите вы на конец, прав я в своих рассуждениях или нет. Добрый вечер, эта методика расчета хорошо расписана в учебнике Костерина, к сожалению электронной версии нет
sudakov,
Спасибо за разъяснение методики, изложенной в руководстве. Но прочитайте еще раз пост 6. В руководстве изложены 3 методики определения напряжений в грунте и усилий в свае, и все три дают разные результаты. Что то не очень хочется принимать ни один из них. Поэтому я и хочу смоделировать сваи с учетом их работы на горизонтальную нагрузку. Пружинка на конце стержня, предлагаемая вами, может служить для моделирования работы сваи на вертикальную нагрузку.
Задавать сваю стержнем длиной lo+2/альфад и не учитывать в расчете окружающий грунт, считаю не корректным. Набрасаю схемку в SCADе, чтобы было проще объяснить что же я хочу.
Вот набросал схемку для наглядности.
Что то тема затихла.
Не ужели ни кто не может дать четкий ответ: что то, что я здесь на вертел, правильно или что чушь полная?!
Корифеи форума, где же вы? Отзовитесь! Помогите разобраться до конца!
| --- Обращение ко мне - на "ты". Все, что сказано - личное мнение. |
Пытаюсь разобраться в методике расчета сваи на действие горизонтальной силы и момента (прил. Д СП 50-102-2003)
и применит ее к расчету ограждения котлована
Смысл методики вцелом понятен: свая рассматривается как заделанная в грунте, характеризующимся коэффициентом постели, линейно возрастающим с глубиной.
Результаты расчета по СП внутренних усилий в свае и отпора грунта хорошо сходятся с МКЭ расчетом.
НО
проблема возникает при определении допустимого давления на грунт сигмаZ по формуле Д.17
Логика подсказывает, что допустимое давление на грунт должно определяться значением пассивного давления грунта на заданной глубине, что косвенно подтверждается методиками аналогичных расчетов, см. например:
1. "Методические рекомендации по проектированию свайной крепи котлованов метрополитенов", ЦНИИС Минтрансстроя СССР
или
2. справочник по основаниям и фундаментам Сорочана Е.А. - стр. 155, расчет на местную прочность грунта
вопреки этому СП (как и свайный СНиП) дают иную зависимость (см. приложение)
С коэффинциентами "эта" в формуле вроде ясно: первый из них в большинстве случаев равен единице, второй в рассматриваемом случае через несколько промежуточных действий сокращается с коэффициентом "4" над косинусом.
Происхождение коэффициента "кси" остается загадкой, как и общий смысл формулы.
Разница в расчете по двум формулам для несвязного грунта составляет 4-5раз (формула СП показывает меньшие значения предельного давления).
Таким образом, шпунт из примера в источнике [1], запроектированный с некоторым запасом, категорически не проходит по методике СП.
Кто знает откуда "растут ноги" у формулы СП?
Посьба знатоков вопроса отозваться.
5.6. Расчет НС свай при действии горизонтальных нагрузок
Причиной значительных горизонтальных нагрузок на фундаменты могут быть горизонтальные нагрузки от кранов в цехах, температурные расширения технологических трубопроводов предприятий, односторонний обрыв проводов ЛЭП, волновые воздействия и т.д.
5.6. а . Метод испытания сваи пробной статической нагрузкой
Позволяет наиболее точно установить действительное сопротивление сваи горизонтальной нагрузке.
Проводятся испытания следующим образом (рис. 11.14). Нагрузка на сваю увеличивается ступенями, горизонтальные перемещения на каждой ступени фиксируются прогибомерами.
Каждая ступень нагрузки выдерживается до условной стабилизации горизонтальных смещений. По результатам испытаний строятся графики зависимости горизонтальных перемещений сваи от нагрузок (рис. 11.14 б) по которым и определяется предельное сопротивление сваи.
Рис. 11.14. Испытания свай горизонтальной нагрузкой:
1 – опытная свая; 2 – гидровлический домкрат; 3 – апрогибомер; 4 – упор из статического груза
За предельное сопротивление сваи Fu принимается нагрузка на одну ступень менее той, при которой перемещения сваи непрерывно возрастают.
НС определяется по формуле
5.6. б . Математические методы расчета свай на горизонтальную нагрузку
Ø 2 группы в зависимости от характера деформаций свай в грунте
- Первая группа – для коротких жестких свай, поворачивающихся в грунте без изгиба (рис. 11.15 а).
Разрушение системы «свая-грунт» происходит за счет потери устойчивости грунтом основания.
- Вторая группа – для свай, изгибающихся в грунте (рис. 11.15 б). Сопротивление таких – длинных гибких свай определяется прочностью
материала сваи на изгиб.
В первой группе расчет базируется на положениях теории предельного равновесия грунтов. Во второй группе методы основаны на использовании модели местных упругих деформаций.
P(x) = (x), где коэффициент постели
(x) – перемещение
Рис. 11.15. Схемы работы горизонтально нагруженных свай
При отнесении свай к той или иной категории жесткости следует учитывать не только длину сваи и жесткость ее поперечного сечения, но и деформационные свойства грунта, поскольку одна и та же свая, работающая в слабом грунте как короткая жесткая, в прочном грунте будет вести себя как длинная гибкая.
НС горизонтально нагруженного куста свай по нормам допускается определить как сумму сопротивлений одиночных свай.
5.7. 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 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
5.7. а 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, F d – 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
осадка при действии вертикальных нагрузок горизонтальное перемещение и угол поворота сваи, при действии горизонтальных нагрузок и моментов
5.7. б Определение числа свай в фундаменте и размещение их в плане
- Центрально нагруженный свайный фундамент
∙ Зная F d – 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
- 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;
x 1 , y 1 – 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.
5.7. в . 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
- 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)
Расчет фундамента при горизонтальной нагрузке.
В этом случае возможен:
- потеря устойчивости от выпирания грунта.
Расчет устойчивости фундамента при плоском сдвиге.
Для того чтобы возник Еп
величина - должна быть достаточно большой (), поэтому в расчетахЕпос не учитывают.
Eакт– так же не учитывают, так как оно действует с двух противоположных сторон (взаимное уравновешивание).
, где- коэффициент трения фундамента по подошве о грунт.
Коэффициент устойчивости - ,
( в зависимости от характера нагрузок и ответственности сооружения).
Если - недостаточен, что делать?
- задаются и определяютNф – требуемый вес фундамента.
,иногда этот вес может быть очень большим.
Для увеличения веса при больших сдвигающих силах прибегают в мостостроении к устройству декоративных скульптур.
Но иногда учитывают и трение на боковой поверхности
Устойчивость фундамента вместе с массивом грунта (глубокий сдвиг).
Согласно теории предельного равновесия:
- см. механику грунтов.
Аналитическое решение довольно сложно, поэтому часто пользуются геометрическим решением, предполагая потерю несущей способности по круглоцилиндрическим поверхностям скольжения.
Задача аналогична устойчивости откоса.
Точка О – точка вращения круглоцилиндрической поверхности скольжения.
( относительно точки О)
Поскольку т.о. – мы выбрали произвольно, то необходимо найти наиболее опасный центр вращения?
Расчет производят методом последовательных приближений min 5 раз, с выявлением наиболее вероятной поверхности скольжения с min.
34. Причины, обуславливающие необходимость усиления оснований и фундаментов.
Необходимость усиления (повышения несущей способности по условию прочности и деформативности) оснований и фундаментов может быть вызвана увеличением эксплуатационных нагрузок на существующие сооружения, уменьшением несущей способности и появлением недопустимых деформаций оснований и фундаментов вследствие ошибок, допущенных при инженерно-геологических изысканияхна строительной площадке или в проекте фундаментов, а также в результате нарушений правил производства работ. Увеличение давлений на основания и фундаменты мостов может быть обусловлено необходимостью пропуска по ним более тяжелых временных нагрузок. Понижение несущей способности и появление недопустимых деформаций оснований возможно вследствие размывов грунтов, окружающих фундаменты, изменения уровняподземных води других факторов. Понижение уровня подземных вод в городах в связи со строительством системыканализацииидренажных устройств, а также из-за использования подземных вод для хозяйственно-питьевых и производственных целей приводит к устранению влияния взвешивающего действия воды и, как следствие этого, к уплотнению грунтов и увеличению осадок фундаментов. Повышение уровня подземных вод может также вызвать недопустимые деформации оснований. Например, при замачивании мелких иловатых песков существенно снижается их несущая способность, а в результате замачивания лессовых грунтов появляются Просадки, вызывающие значительные деформации фундаментов, ранее находившихся в хорошем состоянии. Уровень подземных вод может повышаться в результате устройства водохранилищ в районе, примыкающем к месту строительства сооружений, а также от инфильтрации атмосферных осадков при неудовлетворительной работе поверхностных водотоков в месте нахождения сооружений. Недоброкачественные материалы инженерно-геологических исследований или неправильная их оценка при проектировании фундаментов вследствие недостаточной полноты или ошибок в определении физико-механических свойств и в характере напластования грунтов в ряде случаев являлись причиной недопустимых деформаций фундаментов мостов. Ошибочная оценка прочности грунта явилась причиной большой осадки фундамента устоя моста. Из-за ошибок при инженерно-геологических изысканиях, когда под покровным слоем глин оказался текучепластичный ил вместо тугопластичного суглинка, произошел глубокий сдвиг устоя автодорожного моста совместно с частью подходного участка насыпи.
Расчет несущей способности свай при действии горизонтальных нагрузок
Причиной значительных горизонтальных нагрузок на фундаменты могут быть тормозные нагрузки от кранов в цехах с тяжелым крановым оборудованием, температурные расширения технологических трубопроводов предприятий нефтехимической и нефтегазовой промышленности, односторонний обрын проводов у ЛЭП, волновые воздействия и навал судов у причальных сооружений и т. д. Очевидно, что во всех этих случаях оценка несущей способности свай на горизонтальную нагрузку имеет весьма существенное значение.
В настоящее время несущая способность сваи на горизонтальную нагрузку определяется либо методом испытания пробной нагрузкой, либо одним из математических методов расчета.
Метод испытания свай пробной статической нагрузкой позволяет наиболее точно установить действительное сопротивление сваи действию горизонтального усилия. При проведении испытаний горизонтальные усилия на сваю создаются, как правило, гидравлическими домкратами, установленными либо между двумя забитыми сваями, либо между опытной сваей и упором из статического груза, чаще всего из железобетонных блоков (рис. 11.14, а). Нагрузка на сваю увеличивается ступенями, горизонтальные перемещения сваи на каждой ступени нагрузки фиксируются прогибомерами. Каждая ступень нагрузки выдерживается до условной стабилизации горизонтальных перемещений.
По результатам испытаний строятся графики зависимости горизонтальных перемещений сваи от нагрузок (рис. 11.14, б), по которым и определяется предельное сопротивление сваи.
За предельное сопротивление сваи Fu принимается нагрузка на одну ступень менее той, без увеличения которой перемещения сваи непрерывно возрастают. Несущую способность горизонтально нагруженных свай по результатам испытаний определяют по формуле
при коэффициенте условий работы ус = 1.
Математические методы расчета свай на горизонтальные нагрузки можно разделить на две группы в зависимости от характера деформаций свай в грунте.
Горизонтальные перемещения, мм
Рис. 11.14. Испытания свай горизонтальной нагрузкой:
I — опытная свая; 2 — гидравлический домкрат; 3 — прогибомср; 4 — упор из статического
Первая группа методов разработана для коротких жестких свай, которые под дейстием горизонтальной нагрузки поворачиваются в грунте без изгиба, как это показано на рис. 11.15, а. Разрушение системы «свая — грунт» происходит за счет потери устойчивости грунтом основания. Расчет базируется на положениях теории предельного равновесия грунтов. За предельную принимается такая горизонтальная нагрузка, при которой реактивный отпор грунта у нижнего конца сваи достигнет предельного значения.
Вторая группа методов разработана для свай, которые под действием горизонтальных нагрузок изгибаются в грунте (рис. 11.15, б). Сопротивление таких свай, называемых длинными гибкими, определяется прочностью материала сваи на изгиб. Методы расчета второй группы, как правило, основаны на использовании модели местных упругих деформаций (см. § 5.2).
Математические методы второй группы весьма многочисленны. Из них наиболее широко используется на практике инженерный метод расчета, изложенный в СНиП 2.02.03 — 85. По этому методу вертикальная свая рассматривается как балка на упругом основании, загруженная на одном конце. Грунт представлен линейно деформируемой средой, характеризуемой коэффициентом постели, увеличивающимся пропорционально глубине. При этих условиях на основании решений строительной механики получены формулы для определения горизонтальных перемещений сваи и угла ее поворота на уровне поверхности грунта (Мр и фр), а также для определения изгибающих моментов и поперечных сил в любом сечении по ее длине. Решения получены как для свай со свободной головой, так и для свай, защемленных в ростверк.
При отнесении свай к той или иной категории жесткости следует учитывать не только длину сваи и жесткость ее поперечного
сечения, но и деформативные свойства грунта, поскольку одна и та же свая, работающая в слабом грунте как ко- роткая жесткая, в прочном грунте бу- дет вести себя как длинная гибкая.
В настоящее время общепринято де- ление свай на гибкие и жесткие произ- водить по так называемой приведен- ной глубине погружения сваи в грунт 7, которая определяется по формуле
где / — фактическая глубина погруже- ния сваи в грунт, м; К — коэффициент пропорциональности, кН/м 4 , принима-
емый в зависимости от вида грунта по табл. 1 Приложения 1 СНиП
Ьр — условная ширина сваи, м, которая учитывает пространственный характер ее работы и принимается равной bv= l,5rf+ 0,5 м, где d — диаметр круглого или сторона квадратного сечения сваи, м; уе — коэффициент условий работы; EI — жесткость поперечного сечения сваи на изгиб, кН• м 2 .
При /^1 сваи рассматриваются как короткие жесткие, при /> 1 — как длинные гибкие.
Что касается гибкости свайного фундамента, состоящего из нескольких свай, жестко заделанных в ростверк (куста свай), то, как показали опыты в МГСУ, она не может быть правильно оценена по приведенной глубине погружения в грунт одиночной сваи, поскольку при этом не учитывается пространственная работа всей свайной конструкции. Гибкость куста свай F, с учетом совместной работы свай в фундаменте определяется по формуле
F,=0,635I[E/(1 - v 2 ) (Еб1)J 1 ' 4 , (11.18)
где / — фактическая глубина погружения сваи в грунт, м; Е и v — соответственно модуль деформации, кПа, и коэффициент Пуассона грунта (при слоистом напластовании грунтов принимаются средневзвешенные значения этих характеристик в пределах длины сваи); (Eel), — жесткость группы с учетом совместной работы всех свай, кН • м 2 , которая определяется по формуле
где (Еб1,)с — изгибная жесткость г-й сваи относительно главной
оси плана ростверка, кН м 2 ; Е6 — модуль упругости бетона, кПа;
Рис. 11.15. Схемы работы горизонтально нагруженных свай
— момент инерции z-й сваи относительно главной оси фундамента, м 4 , определяемый по формуле
I, = Ia + (Oxf, (11.20)
где /„ — собственный момент инерции поперечного сечения сваи, м 4 ; со — площадь поперечного сечения сваи, м 2 ; х, — расстояние от оси i-я сваи до главной оси фундамента, м.
При <0,5 свайный куст классифицируется как жесткий, поворачивающийся в грунте без изгиба, при 0,51,0 — как свайный куст средней жесткости, поворот которого в грунте сопровождается его изгибом, и при Fx> 1,0 — как гибкий свайный куст, изгибающийся в грунте без горизонтального смещения нижних концов свай.
Несущую способность горизонтально нагруженного куста свай по нормативным документам допускается определять как сумму сопротивлений одиночных свай. При этом допущении не учитывается снижение сопротивления сваи куста по сравнению с одиночной за счет совместной работы свай в фундаменте (см. «кустовой эффект» § 11.2). Точность решения может быть повышена при введении в расчет коэффициента взаимовлияния свай К„ < 1. Значения этого коэффициента, полученные на основании обработки большого числа опытов В. В. Знаменским и А. В. Конновым, приведены в табл.
Таблица 11.5. Коэффвреигы взаимовлияния свай Кш в горизонтально нагруженном свайном фундаменте
Читайте также: