Определение несущей способности сваи по грунту

Несущую способностью , кН, висячей забивной сваи, работающей на сжимающую нагрузку, следует определять как сумму расчетных сопротивлений грунта основания под нижним концом сваи и грунтов на ее боко­вой поверхности по формуле

(20)

где – коэффициент условий работы сваи в фундаменте, принимаемый равный 1; коэффициенты условий работы грунта соответственно под нижним концом и на боковой поверхности сваи, учитывающие влияние способа погружение свай на расчетные сопротивления грунта, принимаемые равным 1 независимо друг от друга; R – расчетное сопротивление грунта под нижним концом сваи, кПа, определяемое по табл. 15 приложения; А – площадь опирания на грунт сваи, м, принимаемая по площади попе­речного сечения сваи; u - наружный периметр поперечного сечения сваи, м; – расчетное сопротивление; i–го слоя грунта основания на боковой поверхности сваи, кПа, определяемое по табл. 16 приложения; - толщина i- го слоя грунта, соприкасающегося с боковой поверхностью, м.

Для того чтобы воспользоваться формулой (20), необходимо вычертить в масштабе профиль сооружения и геологический разрез под ним рис.(4)

Местоположение оголовка сваи следует считать совпадающим с дном котлована или, что тоже самое, с отметкой подошвы фундамента. Таким образом, отсчитывая от плоскости подошвы фундамента выбранную длину сваи, определим местоположение нижнего конца сваи и слой грунта, где он находится.

По табл. 15 приложений определим расчетное сопротивление под нижним концом сваи, считая глубину погружения от поверхности земли.

Далее необходимо разбить прорезаемую сваей толщу фунта на эле­ментарные слои толщиной не более 2 м. При этом граница элементарного слоя должна совпадать с границей между слоями фунта с различными ин­женерно-геологическими характеристиками.

Для каждого такого элементарного слоя определяют среднюю глуби­ну с началом отсчета от поверхности земли. Затем по табл. 16 приложения для каждого такого слоя определяют расчетное сопротивление на боковой поверхности сваи в зависимости от вида грунта.

Необходимое число свай в фундаменте определяют по формуле:

n= Qсв / Fсв (21)

n = = 10

Берём количество свай с запасом равное 12 штук.

где= / y_g; y_g- коэффициент условий работы свай в фундаменте, принимаемый равным 1.4.

Размещение свай в плане и определение размеров ростверка

Число свайных радов (и свай в ряду) назначается в зависимости от размеров подошвы фундамента и числа свай в фундаменте.

В плане расстояние между осями свайных рядов и свай в ряду долж­но быть не менее 3d, где d-диаметр или сторона сваи, а расстояние от оси свай крайнего резал» внешней грани ростверка - не менее 2.5d.

Если окажется, что его расстояние между осями свай в ряду меньше ука­занного предела, то для увеличения этого расстояния необходимо умень­шить число свай в ряду за счет увеличения:

несущей способности свай; числа свайных рядов; линейных размеров ростверка в плане.

Размещение свай в раду производят в зависимости от вида эпюры давления

а) при прямоугольной эпюре распределения давления сваи размеща­ются равномерно по длине сооружения;

б) при трапециевидной или прямоугольной эпюре давления необхо­димо разместить сваи так, чтобы они находились в центре тяжести равно­великих площадей эпюры давления;

в) при сложной эпюре давления размещение свай в ряду удобно про­изводить, пользуясь интегральной кривой давления.

Построение интегральной кривой давления и ее использование для размещение свай показано на рис. 5.

Вычерчивают в масштабе исходную (фиктивную) эпюру давления. Отрезок АВ, который равен длине быка l, делят на 10 и более равных час­тей (чем больше частей деления, тем точнее будет построена интегральная кривая). Через границы частей 1, 2, 3 и т.д. проводят вертикальные линии и всю площадь эпюры разбивают на отдельные площадки. В точке 1 к линии АВ восстанавливают перпендикуляр, на котором в произвольно выбранном масштабе откладывают отрезок, равный средней линии лево лежащей площадки, в вершине которого отмечается точка 9. Через нее проводят прямую параллельно линии АВ до пересечения с перпендикуляром, восстановленным в точке 2 к линии АВ, где отмечается точка 10. На продолжении этого перпендикуляра от точки 10 в ранее выбран­ном масштабе откладывают отрезок равную давлению, и получают точку H. Проводят через точку 11 прямую, параллельную АВ, и т.д.

Через полученные течки 0, 9, 11, 13,..., 21, 23 проводят плавную кривую, которая является интегральной кривой напряжений. Полученная кривая давлений на продолжении правой части эпюры отсекает отрезок (8-23), который разбивается на n равных частей, где п - число свай в ряду. В данном случае число свай в ряду принято п = 7 и отрезок (8-23) разбит на семь равных частей.

Из середины каждой полученной части проводят линии, параллель­ные АВ, до их пересечения в точках а, б, в и.т.д. с интегральной кривой давления. Из полученных точек а, б, в и т.д. опускают перпендикуляры на подошву фундамента, которые являются осями свай и тем самым опреде­ляют местоположение их в свайном ряду.

Вывод: Мы выбрали длину и сечение свай, разместили сваи в грунте и определили размеры ростверка.

4. Проверка прочности основания в плоскости ост­рия сваи

Проверка прочности свайного фундамента проводится для наиболее невыгодного периода работы сооружения, которым обычно является пер­вый строительный период. При этом свайный фундамент заменяется ус­ловным фундаментом, размеры которого в плане увеличиваются по срав­нению с размерами ростверка за счет уплотнения грунта вокруг свай.

Длина и ширина площади подошвы условного фундамента опреде­ляются по следующим формулам;

l_y = l_i + 2 * lсваи * tg * φ_ср / 4

(22)

b_y = b_i + 2 * lсваи * tg φ_ср / 4

l_y = 18.4+2·16· = 21.472; b_y = 5.6+2·16· = 8.672

где - расстояние между натужными гранями крайних свай по длине сооружения (см. рис. 6), - то жесамое для ширины сооружения; φ_ср - средневзвешенное значение угла внутреннего трения грунта.

Среднее значение угла определяется выражением

φ_ср = φ₁ h₁ + φ₂ h₂ + … + φ_n h_n / l сваи (23)

φ_ср = = 21.9

где - углы внутреннего трения n слоев грунта, которые соприкасаются с боковой поверхность сваи; -расстояния по вертикали, равные мощности каждого из сло­ев грунта, пройденных сваями, причем должна быть равна длине сваи.

Глубина заложения условного фундамента определяется с помощью зависимости

d_y= d + l сваи (24)

d_y= 2.01+16 = 18.01 м.

Проверка прочности основания условного фундамента осуществляет­ся по формуле внецентренного сжатия

P = Σ Q₁ + Q_у.ф /Ay + M₁ / W_y (25)

P= + ≤ R

P= 377.55 ≤ R

P= 377.55 ≤ 1599.345

где ΣQ_I- сумма всех вертикальных сил, действующих на сооружение в первом строи­тельном периоде работы (см. табл. 2); Q_уф - нагрузка от веса условного массива, кН;Q_y=A_y*l_сваи*y_ср; А_y - расчетная площадь опирания условного фундамента на уровне острия сваи, м²; М - момент внешних сил относительно центра тяжести на подошвы ростверка М = ΣQ_ie_i, кНм; W_y - момент сопротивления расчетной площади , : R - расчетное сопротивление грунта, на который опирается подошва условного массива фундамента, определяемое по формуле (16) с учетом того, что вместо b и d необхо­дима подставлять . При вычислении R в формуле (25) необходимо учитывать, что без­размерные коэффициенты и значение коэффициента удель­ного сцепления С должны соответствовать слою грунта в котором нахо­дится плоскость подошвы условного фундамента (второй или третий слой грунта от поверхности). Если неравенство (25) не выполняется, это указывает на ошибку, до­пущенную в расчетах или проектирования.

Вывод: Так как наше неравенство получилось можно считать, что грунты условного фундамента выдержат нагрузки.

5. Определение осадки свайного фундамента мето­дом послойного суммирования

Расчет осадки свайного фундамента эквивалентен определению осадки условного фундамента.

Расчет осуществляется в такой последовательности.

Определяется среднее давление в плоскости подошвы условного фундамента

Pср = (ΣQi + Qу.ф) / Ay (26)

Расчет осадки свайного фундамента выполняется в табличной форме (см. табл. 4). Колонки 1 и 2 заполняют в соответствии с исходными данны­ми. Далее слева от оси сооружения в масштабе строят эпюру природного давления грунта, ординаты которой определяются с помощью зависимости

(27)

где H и - соответственно мощность, и удельный вес и слоев грунта.

Вычисляется дополнительное давление грунта в плоскости подошвы условного фундамента по формуле

P₀ = P_ch – q_zq0 (28)

Затем грунты, лежащие ниже плоскости подошвы условного фунда­мента, разбивают на элементарные слои толщиной не более 0,4 м. Причем граница элементарного слоя должна совпадать с границей между слоя­ми грунта с различными физико-механическими характеристиками.

Далее заполняют колонки, в которые заносят значения вертикальной координаты Z, отсчитываемой от плоскости подошвы условного фунда­мента до каждого элементарного слоя, а также относительные координаты ς и η (ς=, η= ).

По табл. 13 приложений с помощью ς и η находят значения коэф­фициента рассеивания напряжений а, которые определяют на границах каждого элементарного слоя.

С помощью зависимости вычисляют значения дополнительного давления фунта на границах каждого элементарного слоя.

Справа от оси сооружения строят эпюру дополнительного давления грунта в том же масштабе, что и эпюра природных напряжений.

Для определения нижней границы сжимаемой толщи справа от оси сооружения строят эпюру природных напряжений, уменьшенную в пять раз(исходя из необходимости соблюдения условия ). Точка

пересечения двух эпюр справа от оси определяет нижнюю границу сжи­маемой толщи.

Для каждого элементарного слоя, входящего в сжимаемую толщу, определяют среднее дополнительное давление грунта ст. как среднеарифметическое из величин дополнительного давления на границах элементарных слоев.

Осадку элементарного слоя вычисляют по формуле

S_i = B * q_zpср h_i / E_i (29)

где β - коэффициент, принимаемый равный 0.8: -толщина элементарного слоя: - модуль общей деформации элементарного слоя.

Общую осадку свайного фундамента определяют суммированием значений последней колонки табл. 4

n

S=(30)

i=1

Расчет по второй группе предельных состояний заключается в со­блюдении неравенства

S= (31)

Где - предельно допустимое значение осадки (принять равным 5 см.).

Вывод: Кривые дополнительного давления и эпюры природных напряжений, уменьшенная в 5 раз пересекаются выше конца сваи, следовательно мы не экономично выбрали длину сваи.

Министерство сельского хозяйства Российской Федерации

Департамент научно-технической политики и образования

Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Волгоградская государственная сельскохозяйственная академия»

Кафедра: МиВХС

Дисциплина: Основания и фундаменты

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

Расчёт основания и фундамента быка водосливной плотины

Выполнил студент

Группы ЭМФ – 30

Шабанов А. Н.

Проверил

Лабутина Е. В.

Волгоград 2011