Расчет крена свайного фундамента
Обновлено: 04.05.2024
Расчет крена свайного фундамента
Сведения о своде правил
1 ИСПОЛНИТЕЛИ - Научно-исследовательский, проектно-изыскательский и конструкторско-технологический институт оснований и подземных сооружений им.Н.М.Герсеванова - институт АО "НИЦ "Строительство" (НИИОСП им.Н.М.Герсеванова)
2 ВНЕСЕН Техническим комитетом по стандартизации (ТК 465) "Строительство"
3 ПОДГОТОВЛЕН к утверждению Департаментом архитектуры, строительства и градостроительной политики
Информация об изменениях к настоящему своду правил публикуется в ежегодно издаваемом информационном указателе "Национальные стандарты", а текст изменений и поправок - в ежемесячно издаваемых информационных указателях "Национальные стандарты". В случае пересмотра (замены) или отмены настоящего свода правил соответствующее уведомление будет опубликовано в ежемесячно издаваемом информационном указателе "Национальные стандарты". Соответствующая информация, уведомление и тексты размещаются также в информационной системе общего пользования - на официальном сайте разработчика (Минрегион России) в сети Интернет
ВНЕСЕНЫ опечатки, опубликованные в Информационном Бюллетене о нормативной, методической и типовой проектной документации N 6, 2011 г.
Опечатки внесены изготовителем базы данных
Изменения N 1, 2, 3 внесены изготовителем базы данных по тексту М.: Стандартинформ, 2017 год; М.: Стандартинформ, 2019
Введение
Настоящий свод правил устанавливает требования к проектированию фундаментов из разных типов свай в различных инженерно-геологических условиях и при любых видах строительства.
Разработан НИИОСП им.Н.М.Герсеванова - институтом ОАО "НИЦ "Строительство": д-ра техн. наук Б.В.Бахолдин, В.П.Петрухин и канд. техн. наук И.В.Колыбин - руководители темы; д-ра техн. наук: А.А.Григорян, Е.А.Сорочан, Л.Р.Ставницер; кандидаты техн. наук: А.Г.Алексеев, В.А.Барвашов, С.Г.Безволев, Г.И.Бондаренко, В.Г.Буданов, A.M.Дзагов, О.И.Игнатова, В.Е.Конаш, В.В.Михеев, Д.Е.Разводовский, В.Г.Федоровский, О.А.Шулятьев, П.И.Ястребов, инженеры Л.П.Чащихина, Е.А.Парфенов, при участии инженера Н.П.Пивника.
Изменение N 2 разработано институтом АО "НИЦ "Строительство" - НИИОСП им.Н.М.Герсеванова (руководители темы - д-р техн. наук Б.В.Бахолдин, канд. техн. наук И.В.Колыбин, канд. техн. наук Д.Е.Разводовский; исполнители - д-р техн. наук Н.З.Готман, д-р техн. наук Л.Р.Ставницер, канд. техн. наук А.Г.Алексеев, канд. техн. наук А.М.Дзагов, канд. техн. наук В.А.Ковалев, канд. техн. наук А.В.Скориков, канд. техн. наук В.Г.Федоровский, канд. техн. наук О.А.Шулятьев, канд.техн. наук П.И.Ястребов) при участии д-ра техн. наук В.В.Знаменского, д-ра техн. наук В.А.Ильичева.
Изменение N 3 к своду правил подготовлено АО "НИЦ "Строительство" - НИИОСП им.Н.М.Герсеванова (руководители темы - д-р техн. наук Б.В.Бахолдин, канд. техн. наук И.В.Колыбин, канд. техн. наук Д.Е.Разводовский, д-р техн. наук Н.З.Готман, канд. техн. наук А.Г.Алексеев, канд. техн. наук А.М.Дзагов, канд. техн. наук В.В.Сёмкин, канд. техн. наук А.В.Скориков, канд. техн. наук В.Г.Федоровский, канд. техн. наук А.В.Шапошников, канд. техн. наук П.И.Ястребов, при участии д-ра техн. наук В.В.Знаменского, д-ра техн. наук В.А.Ильичева).
1 Область применения
Настоящий свод правил распространяется на проектирование свайных фундаментов вновь строящихся и реконструируемых зданий и сооружений (далее - сооружений).
Свод правил не распространяется на проектирование свайных фундаментов сооружений, возводимых на вечномерзлых грунтах, свайных фундаментов машин с динамическими нагрузками, а также опор морских нефтепромысловых и других сооружений, возводимых на континентальном шельфе.
2 Нормативные ссылки
ГОСТ 5180-2015 Грунты. Методы лабораторного определения физических характеристик
ГОСТ 5686-2012 Грунты. Методы полевых испытаний сваями
ГОСТ 8732-78 Трубы стальные бесшовные горячедеформированные. Сортамент
ГОСТ 8734-75 Трубы стальные бесшовные холоднодеформированные. Сортамент
ГОСТ 9463-2016 Лесоматериалы круглые хвойных пород. Технические условия
ГОСТ 10704-91 Трубы стальные электросварные прямошовные. Сортамент
ГОСТ 12536-2014 Грунты. Методы лабораторного определения гранулометрического (зернового) и микроагрегатного состава
ГОСТ 19804-2012 Сваи железобетонные заводского изготовления. Общие технические условия
ГОСТ 19804.6-83 Сваи полые круглого сечения и сваи-оболочки железобетонные составные с ненапрягаемой арматурой. Конструкция и размеры
ГОСТ 19912-2012 Грунты. Методы полевых испытаний статическим и динамическим зондированием
ГОСТ 20276-2012 Грунты. Методы полевого определения характеристик прочности и деформируемости
ГОСТ 20295-85 Трубы стальные сварные для магистральных газонефтепроводов. Технические условия
ГОСТ 20522-2012 Грунты. Методы статистической обработки результатов испытаний
ГОСТ 26633-2015 Бетоны тяжелые и мелкозернистые. Технические условия
ГОСТ 27751-2014 Надежность строительных конструкций и оснований. Основные положения
ГОСТ 31937-2011 Здания и сооружения. Правила обследования и мониторинга технического состояния
СП 14.13330.2018 "СНиП II-7-81* Строительство в сейсмических районах"
СП 21.13330.2012 "СНиП 2.01.09-91 Здания и сооружения на подрабатываемых территориях и просадочных грунтах" (с изменением N 1)
СП 22.13330.2016 "СНиП 2.02.01-83* Основания зданий и сооружений"
СП 25.13330.2012 "СНиП 2.02.04-88 Основания и фундаменты на вечномерзлых грунтах" (с изменением N 1)
СП 26.13330.2012 "СНиП 2.02.05-87 Фундаменты машин с динамическими нагрузками" (с изменением N 1)
СП 28.13330.2017 "СНиП 2.03.11-85 Защита строительных конструкций от коррозии" (с изменением N 1)
СП 38.13330.2018 "СНиП 2.06.04-82* Нагрузки и воздействия на гидротехнические сооружения (волновые, ледовые и от судов)"
СП 40.13330.2012 "СНиП 2.06.06-85 Плотины бетонные и железобетонные"
СП 47.13330.2016 "СНиП 11-02-96 Инженерные изыскания для строительства. Основные положения"
СП 58.13330.2012 "СНиП 33-01-2003 Гидротехнические сооружения. Основные положения" (с изменением N 1)
СП 63.13330.2012 "СНиП 52-01-2003 Бетонные и железобетонные конструкции. Основные положения" (с изменениями N 1, 2, 3)
СП 71.13330.2017 "СНиП 3.04.01-87 Изоляционные и отделочные покрытия"
СП 126.13330.2017 "СНиП 3.01.03-84 Геодезические работы в строительстве"
СП 131.13330.2012 "СНиП 23-01-99* Строительная климатология" (с изменениями N 1, 2)
Примечание - При пользовании настоящим сводом правил целесообразно проверить действие ссылочных документов в информационной системе общего пользования - на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет или по ежегодному информационному указателю "Национальные стандарты", который опубликован по состоянию на 1 января текущего года, и по выпускам ежемесячного информационного указателя "Национальные стандарты" за текущий год. Если заменен ссылочный документ, на который дана недатированная ссылка, то рекомендуется использовать действующую версию этого документа с учетом всех внесенных в данную версию изменений. Если заменен ссылочный документ, на который дана датированная ссылка, то рекомендуется использовать версию этого документа с указанным выше годом утверждения (принятия). Если после утверждения настоящего свода правил в ссылочный документ, на который дана датированная ссылка, внесено изменение, затрагивающее положение, на которое дана ссылка, то это положение рекомендуется применять без учета данного изменения. Если ссылочный документ отменен без замены, то положение, в котором дана ссылка на него, рекомендуется применять в части, не затрагивающей эту ссылку. Сведения о действии сводов правил целесообразно проверить в Федеральном информационном фонде технических регламентов и стандартов.
3 Термины и определения
Термины с соответствующими определениями, используемые в настоящем СП, приведены в приложении А.
Наименования грунтов оснований зданий и сооружений приняты в соответствии с ГОСТ 25100.
4 Общие положения
4.1 Основное назначение свай - это прорезка залегающих с поверхности слабых слоев грунта и передача действующей нагрузки на нижележащие слои грунта, обладающие более высокими механическими показателями. Свайные фундаменты должны проектироваться на основе и с учетом:
а) результатов инженерных изысканий для строительства;
б) сведений о сейсмичности района строительства;
в) данных, характеризующих назначение, конструктивные и технологические особенности сооружения и условия их эксплуатации;
г) действующих на фундаменты нагрузок;
д) условий существующей застройки и влияния на нее нового строительства;
е) экологических требований;
ж) технико-экономического сравнения возможных вариантов проектных решений;
5.5.4. Расчет деформаций основания (ч. 2)
где Е и v — модуль деформации и коэффициент Пуассона грунта основания (при неоднородной основании значения E и v принимаются средними в пределах сжимаемой толщи); ke — коэффициент, принимаемый по табл. 5.23; N — вертикальная составляющая равнодействующей всех нагрузок на фундамент на уровне его подошвы; е — эксцентриситет; а — диаметр круглого или сторона прямоугольного фундамента, в направлении которой действует момент, для фундаментов с подошвой в форме правильного прямоугольника (здесь А — площадь многоугольника); km — коэффициент, учитываемый при расчете крена фундаментов по схеме линейно-деформируемого слоя при a ≥ 10 м и E ≥ 10 МПа и принимаемый по табл. 5.18.
Коэффициент Пуассона v принимается по табл. 1.15.
ТАБЛИЦА 5.23. ЗНАЧЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА ke
| Форма фундамента и направление действия момента | η | ke при ζ´ = 2H/b | |||||||
| 0,5 | 1 | 1,5 | 2 | 3 | 4 | 5 | ∞ | ||
| Прямоугольная с моментом вдоль большей стороны | |||||||||
Примечание. При использовании расчетной схемы основания в виде линейно-деформируемого полупространства коэффициент ke принимается по графе, соответствующей ζ´ = ∞
Средние (в пределах сжимаемой толщи Нс или толщины слоя Н ) значения модуля деформации и коэффициента Пуассона грунтов основания E и v определяются по формулам;
;
где Ai — площадь эпюры вертикальных напряжений по оси фундамента от единичного давления под подошвой в пределах i -го слоя грунта; для схемы полупространства допускается принимать Аi = σzp,ihi [(см. формулу (5.60)], для схемы слоя Ai = ki – ki–1 , [(см. формулу (5.61)]; Ei, vi, hi — модуль деформации, коэффициент Пуассона и толщина i -го слоя грунта; n — число слоев, отличающихся значениями E и v .
Крен фундаментов, вызванный влиянием соседних фундаментов и других нагрузок (например, нагрузок на полы), а также неоднородностью грунтов основания, определяется по формуле
in = (s1 – s2)/L,
где s1 и s2 — осадки середин противоположных сторон фундамента; L — расстояние между рассматриваемыми точками.
При определении крена сооружений с высоко расположенным центром тяжести необходимо учитывать увеличение эксцентриситета вертикальной составляющей нагрузки из-за наклона этих сооружений. Для высоких сооружений конечной жесткости, кроме того, рекомендуется учитывать увеличение указанного эксцентриситета за счет податливости надфундаментной конструкции.
Крен высоких жестких сооружений на неоднородном основании определяется по формуле
ih = (i ± in)/(1 – i'Hh*),
где i — крен низкого сооружения (т.е. такого, равнодействующую всех нагрузок на которое можно считать приложенной на уровне его подошвы), определяемый по формуле (5.66); i' = i/M — то же, от единичного момента; N — вертикальная составляющая всех нагрузок на основание; h* — высота от подошвы фундамента до точки приложения равнодействующей.
Пример 5.14. Требуется рассчитать осадку и крен фундаментной плиты силосного корпуса, состоящего из четырех сблокированных железобетонных банок. Инженерно-геологический разрез участка и план фундаментной плиты показаны на рис. 5.28, физико-механические характеристики грунтов, полученные в результате изысканий, приведены в табл. 5.24.
ТАБЛИЦА 5.24. К ПРИМЕРУ 5.14
| Номер слоя | Грунт | Толщина слоя, м | γII , кН/м 3 | e | Sr | IL | cII , кПа | φII º | E , МПа | v |
| 1 2 3 4 | Песок мелкий Суглинок мягкопластичный Суглинок моренный Песок пылеватый | 3,5—4,5 1,0—3,5 8,5—10 ≥2 | 18,7 19,6 20,7 19,9 | 0,70 0,70 0,55 0,56 | 0,75 0,89 0,90 0,80 | – 0,60 0,40 – | 2 21 30 6 | 30 18 22 34 | 22 15 40 28 | 0,3 0,35 0,35 0,3 |
Расчетные нагрузки на основание (для расчета его по деформациям): постоянная от собственного веса всего сооружения, включая фундаментную плиту, G = 44,2 MH, временная от загрузки одной силосной банки Nv1 = 27 МН, момент от ветровой нагрузки Mw = 46 МН·м. Толщина фундаментной плиты 1,2 м, глубина ее заложения d1 = d = 2,5 м, размеры в плане 26×26 м, толщина слоя грунта обратной засыпки (сверху плиты) dbf = 1,3 м.
Решение. Находим среднее давление на основание при полной загрузке силоса с учетом веса грунта обратной засыпки
p = (G + 4Nv1)/A + γIIdbf = (44 200 + 4 · 2700)/26 2 + 18,7 · 1,3 = 225 + 24 = 249 кПа ≈ 250 кПа.
Для определения расчетного сопротивления грунта основания предварительно вычисляем толщину зоны, в пределах которой необходимо производить осреднение прочностных характеристик (см. п. 5.5.2):
zm = t + 0,1b = 4 + 0,1 · 26 = 6,6 м,
что несколько больше средней суммарной толщины слоев 1 и 2 (6,25 м), но меньше суммарной толщины этих слоев под западным краем плиты (7 м). Поэтому для осреднения характеристик принимаем толщину слоя 1 — h1 = 4 м и толщину слоя 2 — h2 = 2,6 м. Находим:
;
кПа;
кН/м 3 .
При = 25° имеем: Mγ = 0,78, Mq = 4,11, Mc = 6,67; для слоя 1 — γс1 = γс2 = 1,3, для слоя 2 — γс1 = 1,1 и γс2 = 1,0. Осредняем эти коэффициенты аналогично тому, как это сделано в отношении φ и с :
;
.
Вычисляем коэффициент kz :
kz = 8/26 + 0,2 = 0,51.
Поскольку подвал в данном сооружении отсутствует ( db = 0), формула (5.29) для определения расчетного сопротивления грунта основания принимает вид
.
Вычисление по этой формуле дает:
=1,44 (196 + 192 + 60) = 1,44 · 448 ≈ 645 кПа,
т.е. R намного больше р = 250 кПа.
Давление под краем фундаментной плиты при загружении двух силосных банок
pe = γ´IIdbf + (G + 2Nv1)/A + 2Nv1e/W + Mw/W =
= 24 + 145 + 111 + 16 ≈ 300 кПа < 1,2 R ; 300 кПа < 774 кПа.
Проверяем давление на кровлю слоя 2, расположенного на глубине z = 4 м от подошвы фундамента.
При η = 1 и ζ = 2 · 4/26 = 0,31 находим: α = 0,97. Вертикальные напряжения в грунте на глубине z = 4 м составляют:
от внешней нагрузки
от собственного веса грунта
Суммарное вертикальное напряжение будет:
По формуле (5.38) определяем ширину условного фундамента bz на кровле слоя 2:
м.
R = (0,43 · 0,51 · 26,4 · 19,6 + 2,73 · 6,5 · 18,7 + 5,31 · 21) = 1,1(113 + 332 + 112) = 1,1 · 557 = 613 кПа > 364 кПа.
Поскольку ширина фундаментной плиты b > 10 м и основание сложено грунтами с модулем деформации E > 10 МПа, для расчета деформаций основания используем расчетную схему линейно-деформируемого слоя.
Определим толщину линейно-деформируемого слоя Н . При давлении р = 250 кПа коэффициент kp = 0,95. Учитывая, что основание неоднородно, получим:
Hs = (6 + 0,1 · 26) 0,95 = 8,2 м;
Hcl = 1,5 Hs = 12,3 м.
Суммарная толщина слоев пылевато-глинистых грунтов в пределах толщи, равной Hcl , составляет hcl = 12,3 – 4 = 8,3 м. Тогда
H = 8,2 + 8,3/3 = 8,2 + 2,8 = 11 м.
Для определения средней осадки плиты предварительно находим коэффициенты kc, km и ki .
При ζ´ = 2 · 11/26 = 0,85 коэффициент kc = 1,4; при b = 26 м и E > 10 МПа коэффициент km = 1,5.
Коэффициенты ki определяем при η = l/b = 1 выполняя интерполяции в зависимости от значений ζi = 2zi/b . Результаты сводим в табл. 5.25, в которой значения zi и соответствующие им значения ζi и ki относятся к вертикалям, проходящим через центр (точка С ) и середины западной и восточной сторон (точки А и В ) плиты (см. рис. 5.28, б).
ТАБЛИЦА 5.25. К ПРИМЕРУ 5.14
| Номер слоя | Точка | zi , м | ζi | ki |
| 1 | А В С | 3,5 4,5 4,0 | 0,27 0,35 0,31 | 0,068 0,088 0,078 |
| 2 | А В С | 7,0 5,5 6,25 | 0,54 0,42 0,48 | 0,135 0,105 0,120 |
| 3 | А В С | 11 11 11 | 0,85 0,85 0,85 | 0,213 0,213 0,213 |
Средняя осадка плиты по формуле (5.81) при давлении р = 250 кПа = 0,25 МПа:
= 6,07 · 0,00867 = 0,053 м = 5,3 см,
что существенно меньше предельного значения средней осадки, равной = 40 см.
Для определения крена плиты необходимо рассматривать силосный корпус в целом как сооружение с высоко расположенным центром тяжести и учитывать увеличение эксцентриситета вертикальной нагрузки из-за наклона сооружения.
Предварительно вычисляем средние (в пределах слоя толщиной H = 11 м) значения модуля деформации и коэффициента Пуассона грунта основания.
Принимая во внимание, что , а значение уже вычислено при определении средней осадки (эта сумма равна 0,00867 МПа -1 ), по формулам (5.67) и (5.68) получаем:
МПа;
.
Вычисляем крен фундамента (без учета увеличения эксцентриситета при наклоне сооружения) от внецентренной вертикальной нагрузки (заполнения двух силосных банок) и ветровой нагрузки по табл. 5.23 при ζ´ = 0,85 и η = 1 находим ke = 0,37. Тогда по формуле (5.66)
(здесь попутно вычислено значение i1 = 6,1·10 –6 , которое потребуется в дальнейших расчетах).
Крен фундамента, вызванный неоднородностью основания, определяем как отношение разности осадок противоположных сторон фундамента к его ширине.
Вычисляем средние значения модулей деформации грунта для вертикалей, проходящих через точки А и В фундаментной плиты, пользуясь полученными ранее значениями ki (см. табл. 5.25):
МПа, МПа.
Поскольку силосный корпус — сооружение жесткое, осадки его краев определяем по формуле
.
Тогда осадки в точках А и В будут:
м = 5,8 см;
м = 4,8 см.
Крен фундамента, вызванный неоднородностью основания, находим из выражения (5.69):
.
Расстояние HR от подошвы фундамента до точки приложения равнодействующей вертикальных нагрузок, определенное как отношение статического момента этих нагрузок относительно подошвы фундамента к их сумме, равно 22,4 м.
Суммарная вертикальная нагрузка на основание при заполнении двух силосных банок
N = G + 2Nv1 + γ´IIdbfA = 44,2 + 2 · 27 + 0,0187 · 1,3 · 26 2 = 114,6 МН.
Крен силосного корпуса с учетом внецентренного его загружения, неоднородности основания и изменения эксцентриситета нагрузки при наклоне сооружения по формуле (5.70)
,
что меньше предельного значения крена для рассматриваемого сооружения.
Крен фундамента, упруго защемленного в грунте (имеющего относительное заглубление λ = d/l > 1), рекомендуется определять с использованием расчетной схемы основания (рис. 5.29), характеризуемой коэффициентами неравномерного сжатия в вертикальном направлении под подошвой фундамента ci неравномерного сжатия в горизонтальном направлении cx и сдвига в плоскости подошвы сτ .
Коэффициент ci , МПа/м 3 , определяется по формуле
ci = M/(kλiI),
где М — момент, действующий на верхний обрез фундамента, МН·м; i — крен фундамента без учета его заглубления, определяемый по формуле (5.66); I — момент инерции подошвы фундамента, м 4 ; kλ — коэффициент, принимаемый равным kλ = 1 – 0,1 λ при λ ≤ 2 и kλ = 0,8 при λ > 2 (здесь λ = d/l — относительное заглубление фундамента); для фундаментов промзданий, оборудованных мостовыми и (или) подвесными кранами, принимается kλ = 1, а при расчете крена фундаментов опор открытых крановых эстакад: для песков и супесей kλ = 1,5, суглинков kλ = 1,2, глин kλ = 1,1.
Значение сτ допускается принимать равным сτ = 0,35ci .
Коэффициент cx принимается линейно возрастающим с глубиной: cx = 0 при z = 0 и сx = βci ; при z = d (см. рис. 5.29), т.е.
cx(z) = βciz/d,
где β — коэффициент, зависящий от степени уплотнения грунта обратной засыпки, т.е. отношения ρ´d/ρd (плотности в сухом состоянии грунта обратной засыпки к соответствующей характеристике грунта природного сложения):
| ρ´d/ρd | 1,00 | 0,98 | 0,96 | 0,94 | 0,92 | 0,90 |
| β | 1,00 | 0,88 | 0,76 | 0,94 | 0,50 | 0,40 |
Крен фундамента id с учетом его защемления в грунте определяется по формуле
а глубина, на которой расположен центр его поворота, — по уравнению
где M1 = M + Qh0 — см. рис. 5.29; d, А, I — глубина наложения, площадь и момент инерции подошвы фундамента;
здесь bj и hj — см. на рис. 5.29.
Краевые давления под подошвой заглубленного фундамента определяются по формуле (5.58), в которую следует подставлять значение id , вычисленное по формуле (5.73).
Реактивное сопротивление грунта σx(z) по передней и задней граням фундамента определяется по формуле
Напряжения σx(z) не должны превышать предельных значений σxu(z) , вычисляемых по зависимости
где γc — коэффициент условий работы, принимаемый равным 1,2; γn — коэффициент надежности, принимаемый равным 1,0; φ´I , с´I и γ´I — расчетные значения угла внутреннего трения, сцепления и удельного веса грунта, расположенного выше подошвы фундамента.
Горизонтальное перемещение верха фундамента определяется по формуле
u = (z0 + d0)id.
В проектах фундаментов, перемещения которых определены с учетом их упругого защемления в грунте, должны содержаться требования об устройстве обратных засыпок в соответствии с требованиями норм. Степень уплотнения грунта обратной засыпки ρ´d/ρd следует назначать не менее 0,9.
Пример 5.15. Определить крен фундамента, размеры которого и нагрузки приведены на рис. 5.30. Грунт основания — супесь со следующими характеристиками: φII = 28º, сII = 8 кПа, γ = 18,4 кН/м 3 , γd = 16,5 кН/м 3 , Е = 21 МПа. Фундамент возводится в открытом котловане, засыпка пазух которого предусматривается тем же грунтом с уплотнением до удельного веса в сухом состоянии γ´d = 16 кH/м 3 , т.е. степень его плотности ρ´d/ρd = γ´d/γd = 16/16,5 = 0,97 и соответственно β = 0,81. Площадь подошвы фундамента А = 3 · 4,2 = 12,6 м 2 . Момент инерции
I = 3 · 4,2 3 /12 = 18,52 м 4 .
Решение. Для коэффициента сi находим крен фундамента по формуле (5.66) (по табл. 1.15 v = 0,3, по табл. 5.23 при η = 4,2/3 = 1,4; ke = 0,64):
.
Относительное заглубление фундамента λ = d/l = 1. Тогда по выражению (5.71) при kλ = 1 – 0,1 · 1 = 0,9
МПа/м 3 .
Откуда сτ = 0,35ci = 0,35 · 20 = 7 МПа/м 3 .
Для определения значения id , предварительно по формулам (6.74) вычисляем:
МН/м;
МН;
МН·м.
.
При определении крена фундамента без учета его защемления в грунте необходимо было бы учесть момент M + Qd = 0,8 + 0,08 · 4.2 = 1,14 МН·м. Тогда по формуле (5.66) крен фундамента составил бы I = 0,0034. Таким образом, учет бокового отпора грунта привел к уменьшению крена фундамента и соответственно краевых давлений [см. формулу (5.58)] на 27 %.
12.1.4. Проектирование и расчет свайных фундаментов на подрабатываемых территориях (ч.2)
Расчет рассматриваемых свай на горизонтальные перемещения и нагрузки осуществляется при следующих допущениях:
- а) основание принимается упругим, характеризуемым горизонтальным (боковым) модулем деформации, который увеличивается по глубине с нулевой ординатой на поверхности грунта или под подошвой низкого ростверка;
- б) рассчитываются сваи гибкие и средней жесткости, не изменяющейся по глубине;
- в) свободная высота сваи Н может быть как произвольной длины, так и равной нулю (низкий ростверк);
- г) в результате взаимодействия упругой оси сваи с упругой грунтовой средой под воздействием горизонтальных перемещений в заглубленной части сваи возникают два участка — верхний длиной b и нижний длиной с (рис. 12.5 и 12.6), в пределах которых боковое давление грунта на сваю имеет противоположные направления;
- д) максимальная ордината эпюры бокового давления p1 , располагаемая посередине участка b , принимается пропорциональной величине обжатия грунта сваей в точке Е ;
- е) за расчетную принимается длина сваи, равная Н + b + с ;
- ж) глубина погружения сваи l в грунт должна удовлетворять неравенству
Для практических целей приводимую ниже методику допускается применять при l ≥ 0,9(b + с) .
Ординаты поперечных сил и изгибающих моментов для характерных сечений сваи при шарнирной или жесткой заделке голов в высокий или низкий ростверк под воздействием горизонтальных перемещений грунта, равных Δl , определяются по формулам:
здесъ θ — коэффициент обжатия грунта посередине участка b ; ω — коэффициент, принимаемый в зависимости от коэффициента n (отношения глубины погружения сваи к ее размеру поперечного сечения d в направлении перпендикулярном расчетному направлению действие перемещения или горизонтальной нагрузки):
| n | 10 | 20 | 30 | 40 | 50 |
| ω | 2,25 | 2,64 | 2,68 | 3,07 | 3,22 |
v — коэффициент Пуассона; Еh — модуль горизонтальной деформации грунта:
Eh = γcE0,γc — коэффициент условий работы, учитывающий анизотропность грунта; принимается равным для пылевато-глинистых грунтов 0,5, а для песка 0,65 (значение коэффициента γс допускается уточнять в зависимости от способа погружения свай, явлений засасывания, длительного действия нагрузки и т.п.); E0 — модуль деформации грунта, определяемый на уровне середины участка b [для грунтов с модулем E0 < 5 МПа на глубине (6÷7) d , для грунтов с Е0 > 15 МПа на глубине (4÷5) d от поверхности грунта для свайных фундаментов с высоким ростверком или от подошвы ростверка для фундаментов с низким ростверком];
здесь EI — жесткость сваи; β — коэффициент, определяемый по рис. 12.7 или 12.8.
Для построения эпюр поперечных сил и изгибающих моментов в свае по рис. 12.7 и 12.8 следует определить коэффициенты: для поперечной силы — ql ( qA = qD ; qс = 0 ; qG = = 0,5qB ), а по формуле (12.32) — положение сечения в заглубленной части сваи с нулевым значением поперечной силы и максимальным значением сваи изгибающего момента; для изгибающего момента — m1 ( mc = 0 ; mG = 0,2mB ; при шарнирном сопряжении mA = 0 ) и расстояние l0 до точки с максимальной ординатой изгибающего момента в свае:
где — коэффициент, определяемый по рис 12.7 или 12.8.
Длину участка с и максимальную ординату эпюры бокового давления грунта p2 , находящуюся посередине нижнего участка с , определяют по формулам:
c = αb; p2 = αp1,где α — коэффициент, определяемый по рис. 12.7
Для определения только максимальных значений поперечной силы и изгибающего момента в свае достаточно выбрать по рис. 12.7 или 12.8 максимальные значения коэффициентов qi и mi , и по формулам (12.27) и (12.28) вычислить Qmax и Мmax .
По рис. 12.7 и 12.8 можно построить прогиб упругой оси сваи.
Максимальный прогиб в уровне головы сваи определяют по формуле
где х — коэффициент, определяемый по рис. 12.7 или 12.8,
а в характерных точках D, Е и G — по формуле
yi = θiΔl,Для характеристики шарнирного сопряжения сваи с ростверком кривые х и θG на рис. 12.7 увеличены соответственно в 5 и 10 раз.
Усилия в сваях, располагаемых в свайном поле и имеющих различные перемещения Δl , целесообразно определять через усилия Q1 и M1 , получаемые при единичном перемещении Δl1 = 1 см, а затем вычислять искомые Q и м при заданных перемещениях Δl по формулам:
Q = |Δl|Q1; M = |Δl|M1,где |Δl| — безразмерная величина заданного перемещения сваи.
Если по заданным горизонтальным нагрузкам, например от наклона земной поверхности и ветровой нагрузки (опорным реакциям свай T = QA ), требуется определить максимальные усилия в свае или построить эпюры давления грунта, Q, M и прогиба сваи, расчеты следует вести по значению опорной реакции QA1 , полученной при единичном перемещении l1 = 1 см. В этом случае искомые параметры находят по формулам:
;; и т.д.,где Mi1 и Qi1 — усилия в i -x сечениях при единичном перемещении.
В свайных фундаментах с высоким ростверком, когда коэффициент qB > 0,5, максимальное значение поперечной силы следует определять для заглубленной части сваи (точка В на рис. 12.5 и 12.6) по формуле
QB = TqB/qA,где qA — коэффициент для сечения А на уровне головы сваи.
Дополнительный изгибающий момент от внецентренного действия вертикальной нагрузки на изогнутую ось сваи (см. рис. 12.5 и 12.6) приближенно вычисляют по следующим зависимостям:
для свай с шарнирным сопряжением с ростверком (в заглубленной части сваи)
M' = N(1 – θE)Δl;для свай с жесткой заделкой голов в ростверк (на уровне заделки)
M' = N(1 – θE)(Δl/2),где N — нормативная вертикальная нагрузка на сваю.
Приведенные (расчетные) максимальные усилия в свае от воздействия горизонтальных перемещений, наклона и ветровой нагрузки, а также от внецентренного действия вертикальной нагрузки находят по выражениям:
где Qh , Мh — максимальные значения поперечной силы и изгибающего момента в свае от воздействия горизонтальных перемещений грунта; Qb , Мb — то же, от наклона земной поверхности и ветровой нагрузки; 0,8 и 0,7 — коэффициенты, учитывающие сочетания нагрузок.
При расчете ростверка следует учитывать дополнительные нагрузки, возникающие в заделке свай (точка А на рис. 12,5 и 12.6); эти нагрузки определяются по формулам (12.42) и (12.43). Кроме того, необходимо учитывать усилия от свай, расположенных как под продольными стенами, так и под поперечными.
Пример 12.4. Рассчитать усилия в сваях сечением 30×30 см, погруженных в грунт на глубину l = 7 м, от перемещения грунта l = 2 см для четырех вариантов: с шарнирной и жесткой заделкой голов в ростверк; при низком ростверке ( H = 0) и высоком ( H = 2 м). Жесткость свай EI = 7,8 МПа·м 4 . Грунт — суглинок с модулем деформации E0 = 13,7 МПа и v = 0,35. В соответствии с формулой (12.30) принимаем Eh = 0,5 · 13,7 = 6,85 МПа.
ТАБЛИЦА 12.5. К ПРИМЕРУ 12.4| Показатель | Значения показателей | |||
| при шарнирном сопряжении | при жесткой заделке | |||
| H = 0 | H = 2 м | H = 0 | H = 2 м | |
 | 0 | 0,39 | 0 | 0,35 |
| β | 50 | 26,5 | 138 | 59 |
| α | 0,62 | 0,76 | 0,45 | 0,59 |
| θE | 0,28 | 0,12 | 0,39 | 0,19 |
| θD | 1 | 0,4 | 1 | 0,64 |
| qA | 0,62 | 0,43 | 0,79 | 0,66 |
| qB | –0,38 | –0,57 | –0,21 | –0,34 |
| mА | 0 | 0 | –0,5 | –0,85 |
| x0 | 0,43 | 0,56 | 0,28 | 0,39 |
| l0 , м | 1,94 | 1,28 | 3,18 | 2,17 |
| b , м | 3,41 | 2,91 | 4,4 | 3,56 |
| b + с , м | 5,52 | 5,12 | 6,38 | 5,66 |
| p1 , кH/м | 16,2 | 6,9 | 22,4 | 11 |
| QA , кН | 22,8 | 5,8 | 52 | 17,2 |
| Qb , кН | 14 | 7,6 | 13,8 | 9 |
| МA , кН·м | 0 | 0 | –72,2 | –39,2 |
Решение. Для свайных фундаментов с низким ростверком при = H/l = 0 по рис. 12.7 и 12.8 соответственно для шарнирного сопряжения и жесткой заделки свай определяем коэффициенты β, α и др. (табл. 12.5).
Для свайных фундаментов с высоким ростверком при α = 2/7 = > 0,286 по рис. 12.8 и 12.9 для шарнирного сопряжения предварительно находим коэффициенты β = 28,5 и α = 0,73 и вычисляем по формуле (12.31) при ω = 2,38 и μ = 0,35 значения b = 2,99 м; с = αb = 2,18 м и b + c = 5,17 м; для жесткой заделки — соответственно β = 0,66 и α = 0,57; b = 3,66 м; с = 2,08 м; b + c = 5,74 м.
Определяем уточненные коэффициенты
и по ним на рис. 12.8 и 12.9 находим искомые значения коэффициентов β, α и др. Уточненные значения коэффициентов для шарнирного сопряжения = 2/5,17 = 0,39 и для жесткой заделки = 2/5,74 = 0,35; найденные по рис. 12.7 и 12.8 значения коэффициентов β, α и др., вычисленные длины b, b+c и l0 , давления p1 и усилия сводим в соответствующие графы табл. 12.5.
Расчет крена ростверка по СП 24.13330.2011
Не так давно пришлось столкнуться с подобным вопросом. На первый взгляд крена для свай действительно нет, но при последующих рассуждениях пришел к тому, что он все таки есть.
Суть в том, что по новому СП 24.13330.2011 указания для расчета свай по деформациям приводятся для трех случаев 1) одиночная свая; 2) куст до 25 шт.; 3) свайно-плитный.
Для первого случая крен, надо думать, не актуален. Для третьего сказано рассчитывать как условный фундамент, а значит крен для него считаем по СП на основания.
Остается второй случай -- куст до 25-и свай. Как уже говорилось, никаких прямых указаний как считать крен в этом случае нет. Однако при расчете куста по деформациям определяется осадка каждой из свай в отдельности с учетом влияния каждой из всех остальных свай куста. А раз так, то в результате такого расчета мы в общем случае получаем индивидуальную осадку каждой сваи куста. И стало быть имеем всю необходимую информацию для получения крена.
Как вам такой подход?
Остается второй случай -- куст до 25-и свай. Как уже говорилось, никаких прямых указаний как считать крен в этом случае нет. Однако при расчете куста по деформациям определяется осадка каждой из свай в отдельности с учетом влияния каждой из всех остальных свай куста. А раз так, то в результате такого расчета мы в общем случае получаем индивидуальную осадку каждой сваи куста. И стало быть имеем всю необходимую информацию для получения крена.Вроде как бы так.
Для третьего сказано рассчитывать как условный фундамент, а значит крен для него считаем по СП на основания. Нет.Так же нужно получить осадки крайних свай.
То есть согласно формуле (7,41) СП 24. общую осадку считаем как условного фундамента по СП 22. а дополнительненые осадки от так называемого продавливания сваи на уровне подошвы условного фундамента и сжатия ствола считаем по свайному СП 24 и на этом основании получаем разность осадок? Логично.
Еще бы хотелось разобраться со случаем, когда некоторые из свай куста работают на выдергивание. Как тут быть?
То есть согласно формуле (7,41) СП 24. общую осадку считаем как условного фундамента по СП 22.. А что значит общую?Для больших кустов и ростверков конечной жесткости - осадки различных точек условного ф-та в плане, как для большеразмерных ф-ов на естественном основании.
а дополнительненые осадки от так называемого продавливания сваи на уровне подошвы условного фундамента и сжатия ствола считаем по свайному СП 24 и на этом основании получаем разность осадок
Да.
Крен по рис. 10 Пособия к СНиП 2.02.01-83.
"2.166. Крен фундамента или сооружения в целом i - разность осадок крайних точек фундамента или сооружения в целом, отнесенная к ширине или длине фундамента (сооружения). "
Да действительно, про общую это я что-то загнул, следует для каждой точки считать отдельно.
При наличии же выдергивания, тем не менее, ясности не прибавилось. То что крен -- разность на ширину, это самоочевидный факт, но как же определять перемещение того края ростверка под которым сваи работают на выдергивание? Более того следует ли учитывать влияние выдергиваемых свай на оставшиеся вдавливаемые, и если следует то как?
но как же определять перемещение того края ростверка под которым сваи работают на выдергивание Хе-хе.Это уже вопрос на другую тему. "Вот так всегда. на самом интересном месте. " :) Уважаемый Карлсон.
Сей дивный процесс неоднозначен и потребует много затрат, потому что требует иттерационного процесса.
Зависимость вертикального перемещения от нагрузки нелинейна и определяется грунтовыми условиями площадки строительства, поэтому для исследования требуется испытания сваи на выдергивающую нагрузку, дабы иметь график этой самой зависимости.
Изначально требуется составить ту схему, в комбинацию нагрузок в которой входит только нагрузки, не дающие выдергивающих на сваи. Затем исследуются загружения, дающие выдергивающие нагрузки (не всегда с теми жесткостями свай, что при их работе на сжатие, что приняты в первой схеме), при этом в первом приближении для свай, в которых, предположительно, возникнут выдергивающие нагрузки, задается очень большая их жесткость, следовательно получая эти выдергивающие нагрузки, но они, имея определенное значение, будут уже иметь вертикальные перемещения, следовательно, жесткость кооректируется в сторону уменьшения. Далее схема пересчитывается и т.д. Муторный процесс.
Offtop: Лучше не допускать выдергивания
Меня в данной ситуации настораживает прежде всего не итераци и нелинейность, а во-первых отсутствие достаточно нормативной подосновы, а во-вторых необходимость испытаний, добиться которых на стадии проектирования весьма затруднительно. Да что там на стадии проектирования. их вообще сложно добиться.
Опять же неосвещенным остается вопрос учета влияния на сжатые сваи куста.
Кто бы спорил, что выдергивания лучше не допускать, но в высоких легких металлокаркасах, это повлечет весьма развитый ростверк.
СП 24.13330.2011 Свайные фундаменты. Актуализированная редакция СНиП 2.02.03-85 (с Опечаткой, с Изменениями N 1, 2, 3)
Ж.1 При строительстве зданий и сооружений на свайных фундаментах в сезоннопромерзающих или искусственно замороженных пучинистых грунтах необходимо учитывать касательные силы морозного пучения. Расчет оснований и свайных фундаментов по устойчивости и прочности на воздействие сил морозного пучения грунтов следует производить при эксплуатации неотапливаемых сооружений, мачт линий электропередачи и мобильной связи, трубопроводов и др. или при консервации сооружений, а также для условий периода строительства, если до передачи на сваи проектных нагрузок возможно промерзание грунтов слоя сезонного промерзания-оттаивания или выполняется искусственное замораживание грунтов (при строительстве метро или эксплуатации помещений с отрицательной температурой). При необходимости в проекте должны быть предусмотрены мероприятия по предотвращению выпучивания свай в период строительства.
Ж.2 Устойчивость свайных фундаментов на действие касательных сил морозного пучения грунтов надлежит проверять по условию
, (Ж.1)
где - расчетная удельная касательная сила пучения, кПа, принимаемая согласно указаниям Ж.3;
- площадь боковой поверхности смерзания сваи в пределах расчетной глубины сезонного промерзания-оттаивания грунта или слоя искусственно замороженного грунта, м;
- расчетная нагрузка на сваю, кН, принимаемая с коэффициентом 0,9 по наиболее невыгодному сочетанию нагрузок и воздействий, включая выдергивающие (ветровые, крановые и т.п.);
- расчетное значение силы, удерживающей сваю от выпучивания вследствие трения его боковой поверхности о талый грунт, лежащий ниже расчетной глубины промерзания, кН, принимаемое по указаниям Ж.4;
- коэффициент условий работы, принимаемый равным 1,0;
- коэффициент надежности, принимаемый равным 1,1.
Ж.3 Расчетную удельную касательную силу морозного пучения , кПа, следует определять, как правило, опытным путем. При отсутствии опытных данных допускается принимать значение по таблице Ж.1 в зависимости от вида и характеристик грунта.
Грунты и их характеристики
Значения , кПа, при глубине сезонного промерзания-оттаивания , м
Супеси, суглинки и глины при показателе текучести 0,5, крупнообломочные грунты с глинистым заполнителем, пески мелкие и пылеватые при показателе дисперсности 5 и степени влажности 0,95
Супеси, суглинки и глины при 0,250,5, крупнообломочные грунты с глинистым заполнителем, пески мелкие и пылеватые при 1 и степени влажности 0,8 0,95
Супеси, суглинки и глины при 0,25, крупнообломочные грунты с глинистым заполнителем, пески мелкие и пылеватые при 1 и степени влажности 0,60,8
1 Для промежуточных глубин промерзания принимается интерполяцией.
2 Значения для грунтов, используемых при обратной засыпке котлованов, принимается по первой строке таблицы.
3 В зависимости от вида поверхности фундамента приведенные значения умножают на коэффициент: при гладкой бетонной необработанной - 1; при шероховатой бетонной с выступами и кавернами до 5 мм - 1,1-1,2, до 20 мм - 1,25-1,5; при деревянной антисептированной - 0,9; при металлической без специальной обработки - 0,8.
4 Для сооружений класса КС-1 значения умножают на коэффициент 0,9.
Таблица Ж.1 (Измененная редакция, Изм. N 1).
Ж.4 Расчетное значение силы , кН, удерживающей сваи от выпучивания, следует определять по формуле
, (Ж.2)
где - периметр сечения поверхности сдвига, м, принимаемый равным периметру сечения сваи;
- толщина -го слоя талого грунта, расположенного ниже подошвы слоя промерзания-оттаивания, м;
- расчетное сопротивление -го слоя талого грунта сдвигу по поверхности сваи, кПа, принимаемое по таблице 7.3.
Ж.5 При проектировании свайных фундаментов с ростверками на средне- и сильнопучинистых грунтах следует учитывать действие нормальных сил морозного пучения грунтов на подошву ростверков.
Ж.6 Расчет отрицательной силы трения оттаивающих грунтов на сваи.
При оттаивании сезонномерзлых или искусственно замороженных грунтов происходит их оседание, в результате чего на боковую поверхность свай действуют отрицательные (негативные) силы трения, направленные вертикально вниз.
Читайте также: