Руководство по проектированию свайных фундаментов

Виды конструкций свайных фундаментов

Согласно классическому руководству – свайный фундамент может проектироваться и строиться на предварительно искусственно уплотненном грунте и может принимать вид свайного поля.

Руководство рекомендует использовать типовые конструкции, которые наиболее популярны в вашем регионе.

Госстрой Советского Союза в этом руководстве особо предупреждает, что свайный фундамент может быть построен взамен ленточного. По мнению разработчиков руководства целесообразность замены ленточного фундамента столбчатым может возникать, если глубина проектируемого ленточного фундамента превышает 1,7 метра.

С особым вниманием необходимо отнестись к возможности проектирования столбчатого фундамента в том случае, если на вашем участке имеется слабый грунт, а также при повышенном уровне грунтовой воды.

Столбчатый фундамент на свайном грунте

Наиболее подходящими грунтами для строительства свайных фундаментов являются малосжимаемые их типы. Практически идеально подходят под строительство свайного фундамента, например скальный грунт, плотный песок, галечник).

Выбор типа, длины и сечения свай

Размеры сечения свай предварительно принимаем 30х30 см. Длина свай-стоек определяется исходя из мощности слабых прошиваемых слоев и величины заглубления свай в прочный грунт, принимаемой не менее 0,5 м во всех случаях, при этом следует учитывать модульность применяемых в строительстве свай. Длина такой сваи, опирающейся на малосжимаемый слой грунта находится:

l1 = 2,3+0,5=2,8 (м)

Следовательно, принимаем сваю С3-30 с длиной l1 =3(м).

Висячие сваи тоже необходимо заглубить в подстилающий слой грунта. Длина такой сваи, погружаемые в третий слой грунта находится:

l2 = 2,3+5,3+0,5=8 (м)

Следовательно, принимаем сваю С8-30 с длиной l2 =8(м).

Длина сваи, погружаемые во второй слой грунта находится:

l3 = 2,3+5,3+3,5+0,5=11,6 = 11,2 (м)

Следовательно, принимаем сваю С12-30 с длиной l3 =12(м).

Явление кустовогоэффекта

Проектирование
внецентренно нагруженных свайных
фундаментов

При
наличии момента, действующего на свайный
ростверк, расчет ведется по формулам
внецентренного сжатия.

Необходимо выравнивать нагрузки по
сваям, для этого смещают центр
свайного основания,
стремясь его к совмещению с центром
давления.

Порядок
проектирования:

1. Задаются числом
   рядов свай и эпюру под ростверком делят
   на равновеликие по площади трапеции.

2. Центр тяжести
   каждой трапеции будет указывать
   положение рядов свай.

Какую нагрузку
будет воспринимать максимально
нагруженная свая?

Для
этого определяют положение смещенного
ц.т. свайного основания (а).

S
_стат – статический момент площади
основания относительно оси «0»

— суммарная площадь
сечения свай

Для
свай одинаковых размеров получим

Тогда можно
записать:

(1)

— момент инерции свайного основания


— момент инерции площади поперечного
сечения ствола сваи, относительно своей
собственной оси (мал – пренебрегаем).

Умножаем
правую и левую часть выражения (1) на F_св
(получим усилие, приходящиеся на сваю)

По
данному выражению можно определять
усилия, приходящиеся на любую сваю.
(Расчет по I
предельному состоянию).

Проектирование
свайных фундаментов при действии
горизонтальных сил.

1.
Угол наклона равнодействующей 
6;
Горизонтальная составляющая на одну
сваю Т
0,5 т.

Сваи
забиваются вертикально, при проектировании
учитывается действие М
(момента).

2.
Угол наклона равнодействующей 6

Сваи стремятся
забить наклонно (параллельно
равнодействующей).

3.
Угол наклона равнодействующей 
>10;
Т > 1т.

Устраивают «козловые
сваи», т.к. при больших углах наклона
равнодействующей возможна работа свай
на выдергивание.

Влияние
размеров фундамента на напряженное
состояние грунтов

Сваи позволяют
уменьшить осадку сооружения путем
передачи нагрузки на более плотные
нижние слои грунта.

В каких случаях
целесообразно проектировать свайные
фундаменты?

Узкий свайный
ростверк и длинные сваи:
Свайное поле и короткие сваи

(Исаакиевский
собор)

2. Назначение глубины заложения ростверка

Глубина заложения
подошвы ростверка назначается с учетом
конструктивных особенностей здания
(наличия подвала, технического подполья,
заделки колонны в ростверк и т.д.) и не
зависит от геологических условий и
глубины сезонного промерзания.

Ростверк, как
правило, располагают ниже пола подвала.
Для удобства производства работ ростверк
стремятся закладывать выше УГВ. В
пучинистых грунтах, если ростверк
заложен в пределах возможного промерзания,
необходимо предусматривать мероприятия
по снижению или ликвидации сил пучения
(делают воздушный зазор под ростверком,
размером несколько больше величины
ожидаемого пучения, или под ростверком
укладывают слой шлака толщиной не менее
30 см или песка – не менее 50 см).

Обрез ростверка
принимается на 150 мм ниже планировочной
отметки. В производственных зданиях с
подвалом отметка верха ростверка
принимается равной отметке пола подвала.

Высота ростверка
под стену для предварительных расчетов
принимается равной 300 мм, шириной не
менее 400 мм. Высота ростверка под колонну
должна быть такой, чтобы слой бетона
ниже дна стакана был не менее 400 мм.

Предисловие

«Руководство по проектированию свайных
фундаментов» содержит материалы,
разъясняющие нормативы и требования
главы СНиП II-17-77 «Свайные фундаменты за
исключением вопросов, касающихся
особенностей проектирования свайных
фундаментов опор воздушных линий
электропередачи, которые будут изложены
в специальном руководстве.

Руководство составлено ордена Трудового
Красного Знамени Научно-исследовательским
институтом оснований и подземных
сооружений им. Н. М. Герсеванова Госстроя
СССР совместно с ГПИ Фундаментпроект
Минмонтажспецстроя СССР и Всесоюзным
научно-исследовательским институтом
транспортного строительства (ЦНИИС)
Минтрансстроя при участии НИИЖБ,. ЦНИИЭП
жилища, ПНИИИС, Харьковского
ПромстройНИИпроекта, Красноярского
ПромстройНИИпроекта Госстроя СССР,
ВНИИГС Минмонтажспецстроя СССР, МИИТ,
ВЗИИТ, МИСИ Минвуза СССР, Уральского
политехнического института Минвуза
РСФСР, ЦНИИЭПсельстроя Минсельстроя
СССР, КИСИ и ДИСИ Минвуза Украинской
ССР, треста Оргтехстрой Минстроя
Белорусской ССР, Научно-исследовательского
института Минпромстроя ССР (НИИпромстрой),
института Гипротюменьнефтегаз
Министерства нефтяной и газовой
промышленности СССР.

Руководство разрабатывалось лабораториями
НИИОСП: свайных фундаментов, естественных
оснований и конструкций фундаментов,
методов исследования грунтов, механики
грунтов, строительства на слабых грунтах,
динамики грунтов.

Общее редактирование и компоновка
текста выполнены кандидатами техн. наук
Б. В. Бахолдиным и II. Б. Экимян.

В составлении Руководства приняли
участие: разд. 1 — 8 и приложения к ним —
кандидаты техн. наук Б. В. Бахолдин, Л.
Я. Илькевич, П. А. Коновалов, Г. Б. Кульчицкий,
Л. Г. Мариупольский, Б. Л. Фаянс, В. Г.
Федоровский, Н. Б. Экимян, инженеры В. С.
Князев, В. И. Стуров (НИИОСП); канд. техн.
наук Ю. Г. Трофименков, инженеры Б. Ф.
Кисин, Г. М.Лещин, З. К. Пярнпуу, В. Ф.
Соколова, Б. С. Соминская, Р. Е. Ханин, А.
А. Шерман (Фундаментпроект); д-р техн.
наук А. А. Луга, кандидаты техн. наук Н.
М. Глотов, К. С. Завриев (ЦНИИС); кандидаты
техн. наук В. Н. Голосов, Н. Н. Коровин, В.
А. Якушин (НИИЖБ); канд. техн. наук С. В.
Тимофеев (ЦНИИЭПромзданий); кандидаты
техн. наук И. З. Гольдфельд, В. Л. Трофимов
(ПНИИИС); кандидаты техн. паук В. И. Берман,
Е. М. Перлей, А. Я. Серебро (ВНИИГС); канд.
техн. наук Ю. И. Ковалев (МИИТ); кандидаты,
техн. наук Л. Н. Воробков, Н. М. Дорошкевич
(МИСИ); кандидаты техн. наук Г. С. Лекумович,
И. Я. Лучковский (Харьковский
ПромстройНИИпроект); канд. техн. наук
А. П. Хамов (ВЗИИТ); канд. техн. наук И. П.
Бойко (КИСИ); д-р техн. наук В. Б. Швец,
инж. В. И. Феклин (ДИСИ); канд. техн. наук
С. Н. Вассерман (Гипротюменьнефтегаз);
канд. техн. наук В. Б. Шахирев (Оргтехстрой
Минстроя БССР); канд. техн. наук И. Б.
Рыжков (НИИпромстрой); канд. техн. наук
В. Л. Тарасов (УПИ); д-р техн. паук А. А.
Бартоломей (ППИ); разд. 9 — д-р техн. наук
А. А. Григорян (НИИОСП); разд. 10д-р техн. наук Е. А. Сорочан (НИИОСП); разд.
11 — канд. техн. наук А. И. Юшин (НИИОСП);
разд. 12 — д-р техн. наук В. А. Ильичев,
кандидаты техн. наук Ю. В. Монголов, В.
М. Шаевич (НИИОСП); С. И. Гриб (Красноярский
ПромстройНИИпроект); разд. 14 — канд.
техн. наук Н. В. Жуков, инженеры И. Л.
Балов и Л. Н. Карабанова (ЦНИИЭПсельстрой).

Приведенный текст главы СНиП II-17-77
отмечен слева вертикальной чертой. К
каждому или нескольким. пунктам главы
СНиП даны соответствующие пояснения
по их применению, а также примеры расчета,
охватывающие наиболее типичные случаи,
встречающиеся в практике проектирования.
В ряде случаев нумерация формул, таблиц
и рисунков двойная: в квадратных скобках
— номера Руководства, в круглых —
номера, соответствующие главе СНиП
II-17-77.

ОСНОВНЫЕ БУКВЕННЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ

Усилия от внешних нагрузок и воздействий

M — изгибающий момент;

N — продольная сила;

Q — поперечная сила;

F_per — продавливающая сила;

F — реакция сваи.

R_b — расчетное сопротивление бетона осевому сжатию для предельного состояния первой группы;

R_bt — расчетное сопротивление бетона осевому растяжению для предельного состояния первой группы;

R_s — расчетное сопротивление арматуры растяжению для предельного состояния первой группы;

R_sw — расчетное сопротивление поперечной арматуры растяжению при расчете наклонных сечений на действие поперечной силы.

а; b — соответственно длина и ширина подошвы ростверка;

a₁; b₁ — соответственно больший и меньший размер сечения подколонника;

h — полная высота ростверка;

h₁ — высота плиты ростверка;

h — рабочая высота ростверка;

h₀₁ — рабочая высота плиты ростверка;

h_апс — длина заделки колонны в стакан или плиту ростверка;

S — шаг свай в свайном кусте;

a_bas; b_bas — размеры в плане опорной плиты базы стальной колонны;

а — защитный слой бетона до поверхности арматуры;

е — эксцентриситет продольной силы N относительно центра тяжести приведенного сечения колонны;

и _i — полусумма оснований i-й боковой грани фигуры продавливания;

с _i — длина проекции i-го наклонного сечения;

d — диаметр арматуры;

А _s — площадь сечения арматуры;

А _f — площадь боковой поверхности колонны, заделанной в стакан фундамента;

A_b — площадь сечения ростверка, учитываемая при расчете прочности ростверка на раскалывание.

1. Общие положения . 1

2. Расчет ростверков по прочности . 2

А. Расчет по прочности ростверков под сборные железобетонные колонны .. 2

Б. Расчет ростверков под монолитные железобетонные колонны по прочности . 13

В. Расчет ростверков под стальные колонны по прочности . 13

3. Расчет ростверков по раскрытию трещин . 15

4. Конструктивные рекомендации . 16

5. Примеры расчета ростверков . 17

Приложение Основные буквенные обозначения . 30

Предварительное определение глубины заложения и толщины плиты ростверка

Глубина заложения свайного ростверка принимается одинаковой. Поэтому глубину заложения ростверка под всем зданием определится как минимальная из всех возможных отметок. Следовательно, глубину заложения ростверка принимаем, рассматривая ту часть здания, где расположен подвал. Учитывая конструктивные требования и размеры подвала, получаем отметку верхней грани ростверка -2,40 м от уровня планировочной отметки земли. Толщину ростверка предварительно назначаем 40 см. Тогда отметка подошвы ростверка:

-2,4 — 0,4 = -2,8(м) или -3,1(м) от ур.ч.п.

Глубина заделки головы железобетонной сваи в ростверк принимаем 10 см. Отметка оголовков свай

-2,8 + 0,1 = -2,6(м) или -3,0(м) от ур.ч.п.

3. Выбор типа, длины и поперечного сечения сваи

Сваи по условиям
работы в грунте (в зависимости от свойств
грунтов, залегающих под нижним концом)
подразделяются на сваи стойки и висячие
сваи.

Сваи, которые
передают нагрузку нижним концом на
практически несжимаемые грунты
(скальные, полускальные породы,
гравийно-галечные отложения, глины
твердой консистенции), относят к сваям
стойкам. Силы трения грунта по боковой
поверхности свай стоек при расчете их
несущей способности не учитываются.
Свая-стойка работает как сжатая стойка.

Если основание
имеет значительную толщу слабых грунтов,
то применяются висячие сваи – сваи
трения, которые своим концом должны
быть заглублены в несущий относительно
прочный слой. Висячие сваи передают
нагрузку на грунт боковой поверхностью
и нижним концом.

Длина сваи
назначается после принятия глубины
заложения ростверка и определяется
глубиной заложения прочного грунта, в
который заглубляется свая и уровнем
расположения подошвы ростверка. При
назначении длины сваи слабые грунты
(насыпные, торф, грунты в текучем и
рыхлом состоянии) необходимо прорезать,
а концы свай заглублять в прочные
грунты. Глубина внедрения сваи в несущий
слой должна быть:

— в пески гравелистые,
крупные и средней крупности и глинистые
грунты с показателем текучести J_L≤ 0,1 на глубину не менее 0,5 м;

— в прочие виды
нескальных грунтов — не менее 1,0 м.

При центральном
нагружении ростверка минимальная длина
сваи 2,5 м, при внецентренном нагружении
– 4,0 м.

Длина сваи – L(расстояние от головы до начала
заострения) определяется из выражения:

L
= δ + H
+ L_{несущ. слоя},(29)

где δ– глубина заделки сваи в ростверк, м;

H–
мощность слабых грунтов, которые
проходит свая, м;

L_{несущ.
слоя}– глубина внедрения сваи в
несущий слой, м.

Глубина заделки
сваи в ростверк зависит от вида
соединения:

— при свободном
соединении головка сваи входит в
ростверк на глубину 5-10 см, такое
соединение возможно для центрально
нагруженных свай;

— при жестком
соединении величина заделки сваи в
ростверк должна быть не менее 30 диаметра
рабочей арматуры, такое соединение
предусматривается при расположении
свай в слабых грунтах при действии
нагрузки с большим эксцентриситетом
или при значительных горизонтальных
нагрузках.

Полученную длину
сваи округляют до длины стандартной
сваи (в большую сторону) и принимают
поперечное сечение свай (таблица 11).

Т а б л и ц а 11 Сваи
железобетонные забивные призматические