Расчет осадок свайных фундаментов

Осадка фундамента из висячих свай рассчитывается как для условного фундамента на естественном основании, заложенного на отметке нижних концов свай, в соответствии с п.7 СНиП II-17-77 (указания п.7 правильнее относить только к расчету осадки свайного куста).

Ленточные свайные фундаменты (одно - трехрядовые) следует рассчитывать в соответствии с рекомендациями п.7 Руководства [3].

Фундаменты из свайных полей размером более 10Х10 м рекомендуется рассчитывать по схеме линейно-деформируемого слоя в соответствии с указаниями СНиП 2.02.01-83. При этом размеры условного фундамента следует принимать равными размеру ростверка в плане, а расчет производить по среднему давлению на основание в плоскости подошвы плитного ростверка, увеличив расчетную толщину слоя на величину, равную глубине погружения свай, и приняв модуль деформации слоя, прорезаемого сваями, равным бесконечности или модулю деформации материала сваи. При этом расчетная толщина слоя принимается по формуле (8) прил.2 к СНиП 2.02.01-83:

Н = (Н₀ + ψb)k_p, (2.2)

где ψ - коэффициент, принимаемый для песчаных и глинистых грунтов соответственно равным: 0,10 и 0,15 при расчетном модуле деформации сжимаемой толщи Е ≥20 МПа; 0,50 и 0,75 при Е <20 МПа; Н₀ – параметр, принимаемый для песчаных грунтов равным 6 м, а для глинистых 9 м; k_p = 1,2.

Расчетный модуль деформации грунта сжимаемой толщи вычисляется по СН 261-77, согласно которым модуль деформации, определенный по данным изысканий, умножается на повышающий коэффициент 1,5 для песчаных и крупнообломочных грунтов, 1,3 для твердых и полутвердых глинистых грунтов и 1,2 для тугопластичных глинистых грунтов.

Расчетная нагрузка, допускаемая на сваю в свайном поле, определяется по формуле (1) СНиП II-17-77:

F_υ = F/ γ_g, (2.3)

где F – расчетная несущая способность грунта основания одиночной сваи; γ_g – коэффициент надежности по грунту, принимаемый во всех случаях равным 1.

Пример 2.1. Требуется определить осадку фундамента. Расчетные нагрузки на фундамент силосного корпуса размером в плане 36Х24 м равны: 1-е сочетание N = 310 000 кН; 2-е сочетание N = 236 000 кН; М = 642 000 кН·м; F_h = 3 200 кН; G = 15 000 кН; коэффициент надежности по нагрузке γ_f = 1,25. Грунты основания представлены мягкопластичными суглинками мощностью 5 м с характеристиками: γ`_II =17,9 кН/м³; φ =12˚; с_I =0,012 МПа; е =1,05; I_L =0,75; Е =5 МПа; ν =0,35. Грунты основания подстилаются пластичными супесями мощностью 25 м с характеристиками: γ_II =19,1 кН/м³; φ =21˚; с_II =0,003 МПа; е =0,65; I_L =0,40; Е =12 МПа; ν =0,30. Фундамент принят из свай марки С6-30 по ГОСТ 19804.1-79. Несущая способность сваи F =500 кН определена по данным статических испытаний. Глубина заложения сваи d =7 м. Высота ростверка h_c =1,5 м.

Решение. Расчетная нагрузка на сваю, допускаемая по грунту, F_υ = F/ γ_g = 500/1=500 кН.

Требуемое число свай при 1-ом сочетании нагрузок с учетом веса ростверка

n = (N + Gγ_f)/ F_υ = (310 000 + 15 000·1,25)/500 = 658 шт.

Принимаем шаг свай вдоль меньшей стороны 1,2 м, вдоль большей стороны 1,25 м. Общее число свай 30·22 = 660 шт. Размеры ростверка в плане 38,2Х26,2 м.

Расчетная нагрузка, передаваемая на сваю при 2-ом сочетании нагрузок

N = (N + Gγ_f)/n + (M + F_h h_c)l_imax/Σl_i= (236 000+15 000·1,25)/660+(642 000+3 200·1,5)12,6/38 258 =

= 593 кН < 1,2 F = 600 кН;

здесь l_i – расстояние от центра тяжести свайного поля до оси сваи.

Расчетное сопротивление грунта основания в плоскости нижних концов свай определяем по формуле (7) СНиП 2.02.01-83, из табл.4 которого М_γ =0,56; М_q =3,24; М_с =5,84 и из табл.3 γ_с1 =1,1; γ_с2 =1. Тогда

R = γ_c1γ_c2(M_γk₂bγ_II + M_gd₁γ`_II + M_cc_II)/k =1,1·1(0,56·1·26,2·19,1+3,24·7·17,9+5,84·3)/1,1= 704 кПа = 0,7 МПа.

Среднее давление на основание от сооружения с учетом веса плитного ростверка (15 000 кН), свай (10 000 кН) и грунтов в межсвайном пространстве (107 000 кН):

р = (N/γ_f + G)/A = (310 000/1,5 + 132 000)/(38,2·26,2) = 0,38 МПа < R = 0,7 МПа.

Следовательно, расчет деформаций основания допускается вести по схеме линейно-деформируемого слоя конечной толщины.

Проверяем давление под краем условного фундамента при частичном загружении силосного корпуса и действии ветра:

р = (N/γ_f + G)/A + М/(γ_f W) = (236 000/1,25 + 132 000)/(38,2·26,2) + 642 000·6/(1,25·38²·26,2) = 322 + 81 =

= 403 кПа = 0,4 МПа < 1,2 R.

Расчетная толщина слоя по формуле (2.2)

Н = 9 + 0,75·26,2 = 28,6 м.

Среднее давление под подошвой ростверка

р = (N/γ_f + G)/A = (310 000/1,25 + 15 000)/(38,2·26,2) = 0,263 МПа.

Расчетная осадка фундамента по СНиП 2.02.01-83

s = bpM = 2620·0,263·0,8 = 23,3 см < s_u = 40 см.

Расчетная осадка одиночной сваи может быть заменена осадкой одиночной сваи от расчетной нагрузки при статическом испытании.

Для более точного прогнозирования осадки сооружения на свайных фундаментах необходимо достоверное определение модуля деформации Е, а также правильный учет толщины сжимаемого слоя и взаимного влияния смежных сооружений.

Если под слоем грунта, в который заглублены сваи, залегают более слабые слои, то осадку сооружения следует рассчитывать двумя способами: общепринятым и от приведенной расчетной нагрузки, распределенной равномерно по всей площади сооружения, принимая в этом случае расчетную ширину фундамента равной ширине сооружения.