Свайные фундаменты в сейсмических районах

Обновлено: 03.05.2024

СП 50-102-2003 Проектирование и устройство свайных фундаментов

1 РАЗРАБОТАН Государственным федеральным унитарным предприятием "Научно-исследовательский, проектно-изыскательский и конструкторско-технологический институт оснований и подземных сооружений им. Н.М.Герсеванова" (НИИОСП) Госстроя России

ВНЕСЕН Управлением технического нормирования, стандартизации и сертификации в строительстве и ЖКХ Госстроя России

2 ОДОБРЕН для применения постановлением Госстроя России N 96 от 21 июня 2003 г.

Свайные фундаменты в сейсмических районах

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;

Фундаменты в сейсмических районах, свайные фундаменты

Сейсмические районы – это зоны, в которых продолжаются горообразовательные процессы. С инженерной точки зрения это районы с силой землетрясения 6 баллов и выше.

Каждая точка земли в таком районе испытывает последовательное воздействие волн разного вида, поэтому колебания грунта при землетрясениях носят сложный пространственный характер. Из-за этого сейсмические силы могут иметь любое направление, быть переменными по скорости и величине.

Здания и сооружения, расположенные в сейсмических районах, подвергаются воздействию особых факторов, которые приводят к появлению дополнительных усилий в конструкциях и изменению условий их работы. Поэтому для обеспечения их надежности при проектировании и строительстве нужно учитывать силу землетрясения, которую обычно оценивают по общему разрушительному эффекту. Это касается как надземных построек, так и фундаментов.

1. Расчет фундаментов в сейсмических районах

Фундаментные конструкции и их основания рассчитываются на основное и особое сочетание нагрузок. В последнее обязательно включается сейсмическая нагрузка, которую получают при динамическом расчете всего здания на колебания и прикладывают в точках расположения масс элементов конструкций.

Динамический расчет учитывает:

массу отдельных элементов здания;

формы собственных колебаний;

особенности колебания сооружения;

конструктивное решение сооружения;

характер допустимых повреждений и дефектов.

Когда сейсмические нагрузки получены, выполняется статический расчет конструкций здания в предположении совместного действия сейсмической и статической нагрузки.

Отдельные категории грунтов требуют предварительного искусственного улучшения до начала строительства. Так, водонасыщенные пески разжижаются во время землетрясения и влекут провальную осадку зданий, поэтому их нужно предварительно уплотнять вибрированием).

Глубина заложения фундамента увеличивается для зданий повышенной этажности (строительство дополнительных подземных этажей).

Из-за растяжения и сжатия грунтов во время землетрясения части фундаментных конструкций могут смещаться относительно друг друга, потому в случае с бетоном рекомендуется строительство сплошных плитных фундаментов или непрерывных фундаментов из перекрестных лент. Для свайных фундаментов, подвергающихся аналогичному воздействию, в СП 24.13330.2011 также предусмотрен ряд рекомендаций.


2. Свайные фундаменты в условиях сейсмического воздействия

При проектировании свайных фундаментов (в том числе из винтовых свай), запланированных к эксплуатации в условиях сейсмического воздействия, необходимо учитывать требования раздела 12 «Особенности проектирования свайных фундаментов в сейсмических районах» СП 24.13330.2011 «Свайные фундаменты» к сейсмостойкому строительству.

Согласно нормативному документу:

заглубление свай при строительстве в подобных районах должно быть не менее 4 м.

ростверк под несущими стенами здания в пределах одного отсека должен быть непрерывным и расположен в одном уровне;

верхние концы свай должны быть жестко заделаны в ростверк.

Устройство безростверковых свайных оснований недопустимо.

Влияние сейсмических воздействий на работу свайных фундаментов учитывают с помощью понижающих коэффициентов условий работы.

В случае с фундаментом из винтовых свай, увеличение горизонтальных усилий при землетрясении, может быть нивелировано, если использовать модификации свай с двумя и более лопастями (подробнее «Особенности расчета многолопастных винтовых свай»).

Такие конструкции демонстрируют лучшее восприятие всех типов воздействий, благодаря рассчитанным на основании данных о грунтах расстоянию между лопастями, конфигурации, шагу и углу наклона лопастей. Моделирование винтовой сваи выполняется в системах автоматизированного проектирования, которые базируются на методе конечных элементов (МКЭ).

Глубина заложения сваи в несущий грунт по СП с учетом сейсмики

СНиП 2.02.03-85
Свайные фундаменты
11.11. Заглубление в грунт свай в сейсмических районах должно быть не менее 4 м, а при наличии в основании нижних концов свай водонасыщенных песчаных грунтов средней плотности - не менее 8 м. Допускается уменьшение заглубления свай при соответствующем обосновании, полученном в результате полевых испытаний свай имитированными сейсмическими воздействиями.

Для одноэтажных сельскохозяйственных зданий, не содержащих ценного оборудования, и в случае опирания свай на скальные грунты их заглубление в грунт принимается таким же, как в несейсмических районах.

11.9. Для свайных фундаментов в сейсмических районах следует применять сваи всех видов, кроме свай без поперечного армирования и булавовидных.

Применение буронабивных свай допускается только в устойчивых грунтах, не требующих закрепления стенок скважин, при этом диаметр свай должен быть не менее 40 см, а отношение длины сваи к ее диаметру - не более 25.

Примечание. Как исключение допускается прорезка водонасыщенных грунтов набивными и буровыми сваями с применением извлекаемых обсадных труб.

12.2.6. Сейсмостойкость свайных фундаментов (ч.1)

Область применения свайных фундаментов в сейсмических районах в основном та же, что и в несейсмических, т.е. свайные фундаменты в условиях сейсмики применяются в аналогичных грунтах и для тех же нагрузок на фундаменты, что и в несейсмических районах. Как и в статических условиях, для принятия окончательного варианта фундамента для сейсмических районов необходимо провести технико-экономическое сравнение вариантов.

При проектировании свайных фундаментов в сейсмических районах нижние концы свай следует опирать на скальные грунты, крупно-обломочные грунты, плотные и средней плотности песчаные грунты, твердые, полутвердые и тугопластичные глинистые грунты. Опирание нижних концов свай в сейсмических районах на рыхлые водонасыщенные пески, глинистые грунты мягкопластичной, текучепластичной и текучей консистенции не допускается.

Опирание свай на наклонные пласты скальных и крупнообломочных пород допускается в том случае, если устойчивость при сейсмических воздействиях массива грунта, расположенного на указанных породах, обеспечивается не за счет свайного фундамента и если при этом исключается возможность проскальзывания нижних концов свай. Допускается опирание свай на плотные и средней плотности водонасыщенные пески, при этом их несущая способность, как правило, должна определяться по результатам полевых испытаний свай на имитированные сейсмические воздействия.

Величина заглубления в грунт свай в сейсмических районах должна быть не менее 4 м, за исключением случаев их опирания на скальные грунты.

Набивные сваи в сейсмических районах следует устраивать в маловлажных устойчивых связных грунтах при диаметре свай не менее 40 см и отношении их длины к диаметру не более 25. При этом необходимо вести строгий контроль за качеством изготовления свай, гарантирующий точное соответствие их формы и размеров с проектом. Как исключение допускается прорезание слоев водонасыщенных грунтов с применением извлекаемых обсадных труб или глинистого раствора. В структурно-неустойчивых грунтах применять набивные сваи можно только с обсадными оставляемыми трубами. Армирование набивных свай в сейсмических районах является обязательным, при этом минимальный процент армирования должен приниматься равным 0,05.

При проектировании фундаментов из набивных свай в сейсмических районах предпочтение следует отдавать набивным сваям, при изготовлении которых в их основание втрамбовывают щебень, гравий, жесткий бетон и т.п.

А. РАСЧЕТ ЗАБИВНЫХ И НАБИВНЫХ СВАЙ (ч.1)

Расчет свайных фундаментов зданий и сооружений с учетом сейсмических воздействий производится на особое сочетание нагрузок (включая сейсмическое воздействие) по предельному состоянию первой группы и предусматривает:

  • определение несущей способности свай на вертикальную нагрузку;
  • проверку свай по сопротивлению материала на совместное действие расчетных усилий: нормальной силы, изгибающего момента и перерезывающей силы;
  • проверку устойчивости сваи по условию ограничения давления, оказываемого на грунт боковыми поверхностями сваи.

Для фундаментов с высоким свайным ростверком расчетные значения сейсмических сил следует определять как для зданий или сооружений с гибкой нижней частью, увеличивая коэффициент динамичности βi (определяемый согласно требованиям главы СНиП II-7-81) в 1,5 раза, если период колебаний основного тона составляет 0,4 с и более. При этом значение коэффициента динамичности βi должно быть не более 3 и не менее 1,2.

Для свай-стоек несущая способность на действие вдавливающей нагрузки определяется так же, как и в условиях статики, без введения понижающих коэффициентов.

Несущая способность Ф p c забивной призматической и набивной сваи, работающей на осевую сжимающую нагрузку, с учетом сейсмических воздействий определяется по формуле


,

где γс — коэффициент условий работы сваи в грунте, принимаемый равным 1; R — расчетное сопротивление грунта под нижним концом сваи; Ap — площадь опирания на грунт сваи, принимаемая по площади поперечного сечения сваи брутто или по площади поперечного сечения камуфлетного уширения по его наибольшему диаметру; up — наружный периметр поперечного сечения сваи; It — расчетное сопротивление i -го слоя грунта основания па боковой поверхности сваи (учитывается, начиная с глубины hp; lpi — толщина i -го слоя грунта, соприкасающегося с боковой поверхностью; γeq, γeqi — коэффициенты условий работы, учитывающие влияние сейсмических колебаний на напряженное состояние грунта под нижним концом и на боковой поверхности сваи в i -м слое грунта (табл. 12.8); hp — глубина, до которой не учитывается сопротивление грунта на боковой поверхности сваи; dр — глубина погружения сваи в грунт; γR, γf — коэффициенты условий работы грунта соответственно под нижним концом и на боковой поверхности сваи, учитывающие влияние способа погружения или устройства свай на расчетные сопротивления грунта.

Глубина, до которой не учитывается сопротивление грунта на боковой поверхности сваи, определяется по формулам:

для забивной сваи

hp = 4/αd;

для набивной сваи ( hp принимается не боле ξ1/α1 )

12.2.6. Сейсмостойкость свайных фундаментов (ч.4)

Свайные фундаменты с промежуточной подушкой применяются в сейсмических районах в тех же грунтовых условиях, в каких применяются обычные свайные фундаменты. Следует отметить, что оба эти типа фундаментов конкурентоспособны между собой и должны применяться на основании технико-экономического обоснования.

Свайные фундаменты с промежуточной подушкой часто могут оказаться экономически более целесообразными, чем традиционные свайные фундаменты. Для того чтобы свайные фундаменты с промежуточной подушкой обеспечивали восприятие и распределение сейсмических нагрузок требуемым образом, необходимы определенные соотношения между размерами свай, оголовков и промежуточной подушки. В связи с этим толщина промежуточной подушки над оголовками свай назначается в зависимости от расчетной нагрузки, приходящейся на одну сваю, и составляет 40 см при нагрузках до 600 кН и 60 см при нагрузках более 600 кН. Размеры промежуточной подушки в плане должны быть больше размеров фундаментного блока не менее чем на 30 см в каждую сторону. Размеры фундаментного блока в плане, должны быть не менее размеров свайного куста по наружным граням оголовков. Независимо от формы поперечного сечения сваи оголовки могут приниматься квадратной формы в плане, при этом длина стороны оголовка должна находиться в пределах

bp + 20 см ≤ a ≤ 2li/3,

где а — длина стороны оголовка, см; bp — диаметр круглого, или длина стороны квадратного, или длина большей стороны прямоугольного поперечного сечения ствола сваи, см; li — расстояние между осями свай, см.

Толщина железобетонного оголовка над плоскостью торца сваи должна быть не менее a – bp .

Порядок устройства этих фундаментов может быть принят следующим: сначала разрабатывают котлован (приямки, траншеи), в который погружают забивные сваи или в котором изготовляют набивные сваи. Затем бетонируют оголовки. После того, как бетон оголовков наберет достаточную прочность, отсыпают промежуточную подушку с послойным уплотнением: первый слой отсыпают таким образом, чтобы его толщина над оголовками составляла 20 см, толщина следующих слоев должна быть не более 10–15 см. Когда подушка отсыпана до проектной отметки, на ней устраивается монолитный или сборный фундаментный блок.

Требования по контролю плотности промежуточной подушки являются важными и следует подчеркнуть, что их необходимо строго выдерживать. Промежуточная подушка является существенным элементом рассматриваемой конструкции свайного фундамента, она воспринимает и передает значительные нагрузки и в процессе эксплуатации может подвергаться действию разнообразных факторов (например, динамические нагрузки, подземные воды и пр.). Следовательно, прочность подушки должна быть достаточно высокой, в связи с чем ее необходимо уплотнять до максимально возможного значения плотности для принятого материала подушки. При расчете по первому предельному состоянию следует выполнять обычное условие, в соответствии с которым несущая способность фундамента должна быть не меньше действующей на него нагрузки (как при основном, так и при особом сочетании нагрузок).

Поскольку значительные горизонтальные сейсмические нагрузки на сваи не передаются, то и расчет сваи на воздействие горизонтальных сил не производится. Расчет рассматриваемых фундаментов на сейсмические нагрузки сводится к проверке здания на сдвиг по подошве фундаментного блока, при этом коэффициент трения бетона по поверхности промежуточной подушки принимается равным 0,4, а коэффициент запаса на сдвиг — не менее 1,2. Кроме того, необходимо произвести проверку общей устойчивости на опрокидывание относительно фундаментного блока. При воздействии моментных нагрузок на фундамент необходимо, чтобы расстояние от края подошвы блока до нулевой ординаты треугольной эпюры давления сжатия не превышало 1/3 ширины подошвы в направлении действия момента. При расчете свайных фундаментов с промежуточной подушкой рекомендуется среднее давление на контакте промежуточной подушки и сваи (отношение расчетной нагрузки, приходящейся на одну сваю, к площади ее контакта с промежуточной подушкой) назначать таким, чтобы оно не превосходило 2,5 МПа. В необходимых случаях для увеличения площади контакта, т.е. уменьшения среднего давления, следует устраивать на сваях железобетонные оголовки. Расчет оголовков выполняется на действие равномерно распределенной нагрузки, равной среднему давлению на контакте с промежуточной подушкой.

Фундаментный блок рассчитывается как ростверк свайного фундамента, при этом предполагается, что подошва блока опирается непосредственно на сваи.

Свайные фундаменты с промежуточной подушкой, кроме того, должны отвечать требованиям расчета по деформациям при основном сочетании нагрузок. Осадка фундаментного блока под нагрузкой определяется как сумма осадок промежуточной подушки st и свайного куста sp :

s = st – sp;

при этом осадка свайного куста определяется в соответствии с указаниями гл. 8 Справочника, а осадка промежуточной подушки — по формуле


,

где N n p — нормативная вертикальная нагрузка, действующая на фундамент на уровне низа промежуточной подушки при основном сочетании нагрузок; ht — толщина промежуточной подушки над оголовками свай; ΣAh — площадь всех оголовков свай; Е — модуль деформации уплотненной промежуточной подушки, в зависимости от материала подушки принимаемый равным: для песка средней крупности 15 МПа, для крупного песка и известкового щебня 20 МПа, для гранитного щебня 40 МПа; и случае применения других материалов значение Е можно принимать равным половине значения модуля деформации, определенного в приборе трехосного сжатия.

Пример 12.9. Требуется рассчитать свайный фундамент с промежуточной подушкой под колонну производственного здания, возводимого на площадке с расчетной сейсмичностью 8 баллов. Расчетные нагрузки, действующие по верхнему обрезу фундамента, составляют: при основном сочетании N = 1900 кН; M = 120 кН·м; Fh = 80 кН; при особом сочетании N = 1600 кН; M = 300 кН·м; Fh = 200 кН. С поверхности до глубины 7 м залегает слой мягкопластичного суглинка ( IL = 0,6), подстилаемый крупными плотными песками.

Сваи забивные железобетонные сечением 30×30 см и длиной 8 м. Несущая способность свай с учетом дополнительного коэффициента условий работы (промежуточная подушки подстилается суглинком с IL = 0,6 < 0,75), составляет 1050 кН.

Решение. Нагрузка, допускаемая на сваю 1050/1,4 = 750 кН.

Принимаем куст из четырех свай с расстоянием между осями свай 0,9 м. Для вычисления собственного веса фундамента назначаем размер подошвы фундаментного блока 1,5×1,5 м, его высоту 1,2 м, толщину промежуточной подушки 0,6 м. Тогда вертикальная нагрузка на фундамент и момент на уровне подошвы фундаментного блока при особом сочетании соответственно составляют: N = 1703 кН; M = 540 кН·м.

Расчетную нагрузку на сваю определяем но формуле (26) СНиП II-17-77:


;

N'max = 725 кН; N'min = 125 кН > 0.

Таким образом, максимальная погрузка на само меньше расчетной допускаемой, а минимальная нагрузка положительна, т.е. отрыва подошвы не происходит.

Площадь оголовка в плане должка быть не менее N'max /2500 = 725/2500 = 0,29 м 2 = 2900 см 2 . Принимаем квадратные оголовки с длиной стороны a = 55 см и площадью 3025 см 2 > 2900 см 2 , в этом случае удовлетворяется условие (12.106). Площадь оголовка на всех четырех сваях составляет ΣAh = 3025·4 = 12 100 см 2 .

Толщину оголовка над плоскостью торца сваи принимаем равной 30 см, что больше, чем a – b = 55 – 20 = 25 см. Свая заводится в оголовок на 10 см.

Толщину промежуточной подушки оставляем равной 60 см, поскольку вертикальная нагрузка, приходящаяся на сваю, больше 600 кН. Подушка выполняется из известкового щебня фракции 20—40 мм с модулем деформации E = 20 МПа. Конструктивная схема фундамента показана на рис. 12.17.

Свайный фундамент с промежуточной подушкой

Рис. 12.17. Свайный фундамент с промежуточной подушкой 1 — фундаментный блок; 2 — промежуточная подушка; 3 — железобетонный оголовок; 4 — железобетонная свая; 5 — дно котлована

Проверяем фундамент на сдвиг по подошве фундаментного блока. Сдвигающая нагрузка равна 200 кН. удерживающая сила при коэффициенте трения между фундаментным блоком и подушкой, равном 0,4 составляет 1600·0,4 = 640 кН. Коэффициент запаса на сдвиг определяется как отношение удерживающего и сдвигающего усилий, т.е. 640/200 = 3,2 > 1,2.

Для расчета по деформациям выделяем нормативную вертикальную нагрузку при основном сочетании учетом собственного веса фундамента, равного 103 кН. принимаем осредненный коэффициент перехода к нормативным нагрузкам, равным 1,15:

Nn = (1900 + 103)/1,15 = 1740 кН.

Осадку промежуточной подушки определяем по формуле (12.107):


= 0,043 м = 4,3 см.

Осадка свайного куста составляет sp = 2,9 см. Общая осадка фундамента s = 4,3 + 2,9 = 7,2 см, что меньше допустимой для данного типа зданий осадки, равной 8 см.

Сейсмостойкий свайный фундамент Российский патент 2017 года по МПК E02D27/34

Изобретение относится к области строительства и может быть использовано при возведении сейсмостойких свайных фундаментов зданий и сооружений в сейсмических районах с интенсивностью землетрясений 7-9 баллов в любых грунтовых условиях.

Известна конструкция свайного фундамента, состоящая из свай с железобетонными оголовками, промежуточной подушки из сыпучих материалов (щебня, гравия, песка крупного и средней крупности) толщиной 40. 60 см, расположенной выше железобетонных оголовков, железобетонного фундаментного блока, расположенного на промежуточной подушке (Руководство по проектированию свайных фундаментов / НИИОСП им. Н.М. Герсеванова Госстроя СССР. - М.: Стройиздат, 1980. С.92; Рекомендации по проектированию свайных фундаментов с промежуточной подушкой для зданий и сооружений, возводимых в сейсмических районах. Издательство ЦК КП Молдавии, Кишинев, 1974). Недостатком данной конструкции является невозможность применения при определенных грунтовых условиях (СП 24.13330.2011. Свайные фундаменты. Актуализированная редакция СНиП 2.02.03-85 / Минрегион России. - М.: Минрегион России, 2011. С.62). При сейсмических воздействиях возможны сдвиг или опрокидывание здания.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемой конструкции фундамента является выбранный в качестве прототипа свайный фундамент, состоящий из группы свай, железобетонного ростверка, жестко соединенного с головами свай снизу и сверху с конструкциями здания во всех местах сопряжения (Руководство по проектированию свайных фундаментов / НИИОСП им. Н.М. Герсеванова Госстроя СССР. - М.: Стройиздат, 1980. С.56). Ограничения по грунтовым условиям у данной конструкции отсутствуют. Такая конструкция фундамента имеет следующий недостаток. При сейсмических колебаниях здания на свайный фундамент передаются знакопеременные вертикальные нагрузки, которые могут превосходить несущую способность сваи на выдергивающую нагрузку, что значительно снижает сейсмостойкость здания в целом.

Технический результат изобретения заключается в повышении сейсмостойкости здания за счет исключения передачи на сваи выдергивающих усилий, исключения возможности сдвига и опрокидывания здания при сейсмическом воздействии.

Технический результат обеспечивается за счет того, что сейсмостойкий свайный фундамент, включающий группу свай, железобетонный ростверк, жестко соединенный со сваями, дополнительно снабжен железобетонным фундаментным блоком, жестко соединенным с железобетонным ростверком с помощью арматурных выпусков, выполненных в центральной части ростверка, и с конструкциями здания во всех местах сопряжения, при этом за пределами жесткого соединения между железобетонным ростверком и железобетонным фундаментным блоком установлен водостойкий материал.

При свободном опирании железобетонного фундаментного блока на железобетонный ростверк возникает реакция опоры на сжатие, при действии нагрузки противоположного направления реакция опоры на растяжение не возникает, так как на этом участке нет связей, воспринимающих растяжение между железобетонным ростверком и железобетонным фундаментным блоком. В центральной части фундамента, как правило, действуют только сжимающие усилия. В отдельных случаях согласно расчету, при наличии выдергивающих сил в сваях центральной части фундамента, необходимо предусмотреть соответствующие объемно-планировочные или конструктивные мероприятия для смещения растягивающей силы за пределы центральной части фундамента в места свободного опирания железобетонного фундаментного блока. Таким образом, на железобетонный ростверк со сваями при сейсмическом воздействии передаются только сжимающие нагрузки, поэтому выдергивающие усилия в сваях не возникают. Жесткое сопряжение железобетонного фундаментного блока с железобетонным ростверком в центральной части через арматурные выпуски не позволит зданию сдвинуться или опрокинутся при землетрясении, так как все действующие усилия будут восприниматься арматурными выпусками и железобетонным ростверком при их конструировании в соответствии с расчетом.

На фиг. 1 изображен железобетонный ростверк со сваями; на фиг. 2 изображена схема укладки водостойкого материала на железобетонный ростверк; на фиг. 3 изображен железобетонный ростверк с железобетонным фундаментным блоком; на фиг. 4 изображено сечение 1-1; на фиг. 5 изображено сечение 2-2.

Сейсмостойкий свайный фундамент (фиг.1-5) состоит из свай 1, головы которых жестко сопряжены с железобетонным ростверком 2. На железобетонном ростверке 2 расположен железобетонный фундаментный блок 3, который может иметь любую конфигурацию – ленточный, столбчатый (с обвязочными балками) и т.п. В центральной части железобетонный фундаментный блок 3 жестко связан с железобетонным ростверком 2 через арматурные выпуски 4. За пределами центральной части железобетонный фундаментный блок 3 свободно (без арматурных выпусков 4) опирается на железобетонный ростверк 2, где между ними установлен водостойкий материал 5 (рубероид, полиэтилен и пр.). Конструкции здания жестко соединяются с железобетонным фундаментным блоком 3 во всех местах сопряжения.

При сейсмическом воздействии интенсивностью 7-9 баллов под подошвой железобетонного фундаментного блока 3 действуют знакопеременные вертикальные усилия, направленные вниз и вверх, вызывающие соответственно сжатие и отрыв подошвы железобетонного фундаментного блока 3. Усилия, направленные вниз, передаются на железобетонный ростверк 2 со сваями 1, а усилия, направленные вверх, не передаются, так как они действуют в местах свободного опирания железобетонного фундаментного блока 3 и для их передачи отсутствуют связи, воспринимающие растяжение. Расчеты пространственных моделей зданий показывают, что центральная часть фундамента является полностью сжатой даже при сейсмическом воздействии в 9 баллов, что позволяет разместить в этом месте связи, передающие растяжение – арматурные выпуски 4. В отдельных случаях при наличии по расчету растягивающих сил в центральной части фундамента необходимо предусмотреть соответствующие объемно-планировочные или конструктивные мероприятия (увеличение ширины, длинны здания; устройство контрфорсов) для смещения растягивающих сил в места свободного опирания железобетонного фундаментного блока 3. В центральной части железобетонный ростверк 2 жестко связан с железобетонным фундаментным блоком 3 через арматурные выпуски 4, что обеспечивает полную устойчивость здания на сдвиг и опрокидывание от действия сейсмических нагрузок, при конструировании в соответствии с расчетом и действующими нормами. За счет жесткого сопряжения в центральной части железобетонного фундаментного блока 3 с железобетонным ростверком 2 величины деформаций во всех местах опирания будут не значительными. В местах свободного опирания железобетонного фундаментного блока 3 на железобетонный ростверк 2 устанавливается водостойкий материал 5 (рубероид, полиэтилен и пр.) для предотвращения возможного отслоения защитных слоев бетона при сейсмическом воздействии вследствие изменения направления действия усилий.

Похожие патенты RU2630326C1

  • Минин Александр Васильевич
  • Мордич Александр Иванович
  • Шепелевич Николай Иосифович
  • Коноплицкий Алексей Леонидович
  • Шадунц Константин Шагенович
  • Мариничев Максим Борисович
  • Столяров Виктор Гаврилович
  • Бирин Владимир Александрович
  • Песков Евгений Петрович
  • Юрченко Андрей Анатольевич
  • Енджиевский Лев Васильевич
  • Жарков Фёдор Анатольевич
  • Жарков Анатолий Фёдорович
  • Соболев Валериан Маркович
  • Юзепчук Кирилл Сергеевич
  • Лунин Евгений Михайлович
  • Буш Геннадий Владимирович
  • Великородный Ярослав Андреевич
  • Шадунц Константин Шагенович
  • Мариничев Максим Борисович
  • Степанов А.Ю.
  • Ануров Ю.М.
  • Кириллов Г.А.
  • Шадунц К.Ш.
  • Яровенко А.С.
  • Ещенко О.Ю.
  • Мариничев Максим Борисович
  • Маршалка Андрей Юрьевич

Иллюстрации к изобретению RU 2 630 326 C1





Реферат патента 2017 года Сейсмостойкий свайный фундамент

Изобретение относится к строительству и может быть использовано при возведении сейсмостойких свайных фундаментов зданий и сооружений в сейсмических районах. Сейсмостойкий свайный фундамент включает группу свай, железобетонный ростверк, жестко соединенный со сваями. На железобетонный ростверк установлен железобетонный фундаментный блок, который жестко соединен с железобетонным ростверком с помощью арматурных выпусков, выполненных в центральной части ростверка, и с конструкциями здания в местах сопряжения. При этом за пределами жесткого соединения между железобетонным ростверком и железобетонным фундаментным блоком установлен водостойкий материал. Технический результат состоит в повышении сейсмостойкости здания за счет исключения передачи на сваи выдергивающих усилий, исключения возможности сдвига и опрокидывания здания при сейсмическом воздействии. 5 ил.

Формула изобретения RU 2 630 326 C1

Сейсмостойкий свайный фундамент, включающий группу свай, железобетонный ростверк, жестко соединенный со сваями, отличающийся тем, что на железобетонный ростверк установлен железобетонный фундаментный блок, который жестко соединен с железобетонным ростверком с помощью арматурных выпусков, выполненных в центральной части ростверка, и с конструкциями здания в местах сопряжения, при этом за пределами жесткого соединения между железобетонным ростверком и железобетонным фундаментным блоком установлен водостойкий материал.

Читайте также: