Лекция 16,17. ФМЗ, Свайные фундаменты.

Лекция 15.
Фундаменты мелкого заложения
Ф.М.З.
1-устроены в открытом котловане ;
2-передают нагрузку на основание через подошву (анкерныеопорной поверхностью) ;
3-имеют соотношение l=d/b<4 .
1. По материалу: бутовые, бутобетонные, железобетонные,деревянные
(ниже WL-у.п.в.), комбинированные, кирпичные (из кирпича-железняка),
металл (врем. сборно-разборный)
2. По способу ёвозведения: монолитные, сборно-монолитные (с
замонолит. стыками)
3.По характеру работы кладки
и способам расчёта:
жёсткие (на сжатие),
гибкие (изгиб,скалавание,….)
4. Классификация по форме в плане и поперечном сечении:
- массивные (устои мостов, памятники и пр. );
- ленточные поясные (стены пром. и гражд. зд. подп. стены…);
- одиночные или столбчатые (под колонны, и опоры….);
- групповые - полосовые и перекрёстные балки ;
- сплошные ж.б. плиты (шлюзы.элеваторы …);
- кольцевые (резервуары, дымовые трубы …);
- в виде безбалочного перевёрн. перекрытия ;
- в виде балочного перевёрнутого перекрытия ;
- рамные (для пром. установок и машин …);
- коробчатые (для высотных зданий …);
- складчатые и в виде оболочек
СВАЙНЫЕ ФУНДАМЕНТЫ
Классификация свай
а) по материалу:
деревянные, железобетонные, бетонные, металлические, комбинированные;
железобетонные преднапряженные и без напряжения.
б) по наклону:
вертикальные и наклонные
в) по поперечному размеру:
малого диаметра (d<0,8м), большого диаметра (d>0.8м), «микросваи»-корневидные сваи d=10-25cм.
г) по виду нагружения:
вдавливаемые, вырываемые, изгибаемые (горизонтальной или наклонной
силой, моментом).
д) по характеру работы свай в грунтах:
сваи-стойки, защемленные в грунте;
е) по способу заглубления в грунт:
n
забивные железобетонные, деревянные и стальные, погружаемые в
грунт без его выемки или с частичной выемкой без замоноличивания;
n
завинчиваемые;
n
сваи-оболочки железобетонные, погружаемые с выемкой грунта и
заполнением полости бетонной смесью;
n
набивные бетонные и железобетонные, устраиваемые в грунте путем
укладки бетона в скважины с принудительно отжатым (вытесненным) грунтом;
n
буровые железобетоннные, устраиваемые в скважинах замоноличиванием бетонной смесью, включая железобетонные элементы.
1. Забивные железобетонные сваи
а) по способу армирования:
с ненапрягаемой продольной арматурой с поперечным армированием;
преднапряженные, со стержневой или проволочной продольной арматурой (из
высокопрочной проволоки и арматурных канатов) с поперечным армированием и
без него;
б) по форме поперечного сечения:
квадратные, прямоугольные, таврового и двутаврового сечений, квадратные с
круглой полостью, полые круглого сечения, треугольные;
в) по форме продольного сечения:
призматические, цилиндрические и с наклонными боковыми гранями
(пирамидальные, трапецеидальные, ромбовидные);
г) по конструктивным особенностям:
цельные и составные (из отдельных секций);
д) по конструкциям нижнего конца:
с заостренным или плоским нижним концом, с плоским или объемным
уширением (булавовидные), полые с закрытым или открытым нижним концом с
камуфлетной пятой.
2. Набивные сваи
по способу устройства разделяют на:
а) набивные, устраиваемые путем погружения инвентарных труб, нижний
конец которых закрыт оставляемым в грунте башмаком или бетонной пробкой, с
последующим извлечением этих труб по мере заполнения скважин бетонной
смесью;
б) набивные виброштампованные, устраиваемые в пробитых скважинах путем
заполнения их жесткой бетонной смесью, уплотняемой виброштампом в виде трубы с заостренным нижним концом и закрепленным на ней (в ней) вибропогружателем;
в) набивные в выштампованном ложе, устраиваемые путем выштамповки в
грунте скважин пирамидальной (бипирамидальной) или конусной формы с
последующим заполнением их бетонной смесью;
г) винтонабивные, устраиваемые путем проходки в грунте скважинообразователем с винтообразной лопастью и последующего заполнения скважины
бетонной смесью.
3. Буровые сваи
по способу устройства разделяют на:
а) буронабивные сплошного сечения с уширениями без них, бетонируемые в
скважинах, пробуренных без крепления и с закреплением стенок глинистым
раствором или инв. извлекаемыми обсадными трубами;
б) буронабивные полые круглого сечения, устраиваемые с применением
многосекционного вибросердечника;
в) буронабивные с уплотненным забоем, устраиваемые путем втрамбовывания
в забой скважины щебня;
г) буронабивные с камуфлетной пятой, устраиваемые в образованном взрывом уширении, заполняемом вместе со скважиной бетонной смесью;
д) буронабивные с раскатанными или разбуренными уширениями, устроенными в процессе проходки скважины с последующим ее заполнением бетонной
смесью;
е) буроинъекционные диаметром 0,15-0,25м, устраиваемые путем нагнетания
раствора в скважины;
ж) сваи-столбы, устраиваемые бурением скважин с уширениями или без них и
замоноличивания в скважинах раствором цилиндрических или призматических
элементов сплошного сечения со стороной или диаметром d>=0.8м;
з) буроопускные сваи с камуфлетной пятой, отличающиеся от пункта «Г» тем,
что после образования камуфлетного уширения в скважину опускают железобетонную сваю.
Способы погружения готовых свай
1 - ударный (основной);
2 – вибрационный;
3 – виброударный;
4 – вдавливания;
5 – вибровдавливания;
6 – завинчивания.
Первые три способа могут сочетаться с подмывом или лидерным бурением.
Однако в этих случаях на последнем метре глубины погружение производят без
подмыва и без лидерной скважины. Это особенно важно при отсутствии
возможности погружения свай на проектные отметки.
Механизмы для погружения свай
– механические молоты – чугунные отливки, сбрасывание;
– паровоздушные молоты – одночного и двойного действия (двойного
действия под водой);
– дизель-молоты – штанговые и поршневые;
– вибропогружатели: высокочастотные для легких свай (700-1900 колеб./мин.)
и низкочастотные для тяжелых (300-500 колеб./мин.);
– вибромолоты (вибрация+удар);
В труднопроходимых грунтах – лидерные скважины; в плотных песках –
подмыв водой (прекращается на последних 1,5-2,0м)
Достоинства и недостатки забивных свай
Достоинства:
n можно изготавливать с высоким качеством;
n индустриализация изготовления и погружения;
n возможность отбора и выбраковки перед погружением;
n возможность точного определения несущей способности по материалу при
известных размерах и армировании.
Недостатки:
n ограниченная длина исходя из габаритов механизмов для погружения и
перевозки;
n ограниченные прочность и несущая способность по грунту при небольшом
диапазоне поперечных сечений и глубин погружения;
n перерасход материала при срубке голов при невозможности погружения на
проектные глубины.
Виды ростверков на сваях
Ростверк – конструкция, объединяющая головы свай для равномерной
передачи на них усилий.
Классификация:
а) – по материалу: бетонные, железобетонные, металлические, деревянные,
комбинированные;
б) – по характеру работы материала ростверка и методу расчета: жесткие,
гибкие;
в) – по расположению подошвы относительно поверхности грунта:
ПРОЕКТИРОВАНИЕ СВАЙНЫХ ФУНДАМЕНТОВ
1. Выбор типа конструкции и размеров свай
Для составления проекта свайного фундамента необходимы:
- данные о сооружении и его конструкции, о нагрузках;
- сведения о геологических и гидрогеологических условиях площадки
строительства;
- информация о возможности подрядной строительной организации.
Сваи-стойки необходимо погружать в пласт прочного грунта не менее 1-2
метров.
Защемленные в грунте сваи заглубляют нижними концами в мощном
несущем слое на 1-2 м, но их нельзя погружать в слабый слой. При наклоне кровли
несущего слоя принимаются сваи разной длины.
Сваи большого поперечного сечения принимают в случаях:
- если на них передаются большие вдавливающие усилия и возникают в
сечении напряжения, соответствующие прочности материала;
- когда на сваи действуют значительные поперечные силы или моменты.
Длина свай определяется глубиной несущего слоя и заделкой в ростверке.
Глубина заложения подошвы ростверка назначается с учетом:
- наличия подвалов и подземных коммуникаций;
- глубины заложения фундаментов примыкающих зданий и сооружений;
- размеров ростверков и их конструктивного исполнения (наличие стаканной
части или анкерных болтов);
- условий пучения грунтов под подошвой (в современных условиях
устраивают противопучинистые подсыпки).
При прочих равных условиях подошвы ростверков располагают не менее 0,5 м
от спланированного уровня площадки и выше уровня подземной воды, за
исключением деревянных свай.
У бесподвальных зданий ростверки могут находиться выше пола техподполья
с верхом на уровне низа перекрытия над подпольем. При перепадах уровней
устраивают уступы. Осадочные швы разрезают и ростверки.
2. Размещение свай в свайном фундаменте
Ростверк обычно повторяет очертание опорных частей сооружения. При этом
различают размещение свай в плане:
а) группа свай (куст) - а : в £ 5
+ + + + + +
+ + +
+
+ +
б) свайное поле - а : в ³ 5
+ + + + + + + + + + +
+ + + + + + + + + + +
+ + + + + + + + + + +
+ + + + + + + + + + +
+ + + + + + + + + + +
в) ленточные ростверки - а : в ³ 5 с расположением в виде полосы:
рядовое + + + + + + + + + + + + + +
+ + + + + + + + + + + + + +
+ + + + + + + + + + + + + +
шахматное + + + + + + + + + + + + + +
+ + + + + + + + + + + + +
+ + + + + + + + + + + + + +
Расстояние между сваями, устраиваемыми с вытеснением грунта в стороны
при погружении готовых (забивных) или скважинообразователей и бетонировании
набивных принимают на расстояниях не менее 3 поперечных размеров (диаметров
круглых или сторон прямоугольных и квадратных). Это условие диктуется
уплотнением грунта вокруг сваи и необходимостью исключения ее отклонения по
направлению к неуплотненному. Если требуется располагать с меньшими
расстояниями между осями свай, то прибегают к бурению лидерных скважин.
При проходке скважин с выемкой грунта основным условием при назначении
расстояний между сваями является обеспечение устойчивости стенок скважин.
При симметричной нагрузке расположение свай бывает равномерным в плане,
а при наличии эксцентриситета или моментов – неравномерным, когда сваи
размещают в центре тяжести эпюры давлений по подошве ростверка (сваи сгущают
в направлении максимальных напряжений). При знакопеременном моменте сваи
сгущают к краям ростверка и расставляют реже к центру.
3. Заделка свай в ростверке
Верхние концы свай (после срубки забивных или бетонирования набивных)
заделывают в ростверке на высоту:
а) если нагрузка соосная при вдавливании – h1 ³ 5 см; h2 ³ 25 см;
б) при наличии поперечной, моментной или выдергивающей нагрузок –
h1 ³ 10 см; h2 ³ 40 см, но не менее 20Æ стержней периодического сечения и
40Æ для гладких стержней.
Свесы граней ростверка
относительно крайних свай
должны быть:
от оси – с1 ³ 0,7-1,0Æ (в);
от наружной стороны –
с2³ 5 (10) см
При погружении свай на проектные отметки с отсутствием срубки голов и
осевом вдавливании их заделывают в ростверках:
многорядных – на 0,5 Æ; однорядных – на 1,0 Æ ; а деревянные сваи - ³ 0,3 м
при вертикальных и ³ 1,5-2,0 Æ при горизонтальных и моментных нагрузках
В свайных фундаментах мостов головы свай заделывают на высоту не менее
двух диаметров или сторон их поперечного сечения.
4. Работа свай на горизонтальные нагрузки и моменты
а)
б)
в)
а – жесткие сваи (соотношение
длины к диаметру L/d < 4) происходит их поворот без изгиба;
б – сваи ограниченной жесткос-ти
(L/d = 4-6) поворачиваются с частичным изгибом;
в – гибкие сваи (L/d
> 6)
изгибаются в грунте волнообразно
с максимальным поворотом головы, иногда бывает поломка.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ НЕСУЩЕЙ СПОСОБНОСТИ СВАЙ
1. Прочность свай по материалу
Расчеты свай по прочности материала производят в соответствии с
положениями проектирования железобетонных и бетонных, металлических или
деревянных конструкций.
На сжатие прочность проверяют без учета продольного изгиба, кроме случаев
их заглубления в торфы и илы.
При воздействии моментов и поперечных сил сваи рассчитывают на
поперечный изгиб как стержни в упругой среде.
2. Несущая способность свай-стоек по грунту
Fd = gcRA,
где Fd - несущая способность, кН, МН;
gc – коэффициент условий работы сваи в грунте, при сплошном сечении
он равен 1;
R – расчетное сопротивление грунта под острием (пятой), для скальных
грунтов равное 20 МПА;
A – площадь опирания пяты сваи на грунт, м2.
3. Несущая способность защемленной сваи по грунту
Существуют методы:
- практический с использованием таблиц норм;
- динамический, определяемый по результатам погружения свай;
- статический по результатам вдавливания или выдергивания свай (в том
числе инвентарных) статической нагрузкой;
- по испытаниям грунтов зондированием статическим или динамическим.
Точность определения несущей способности свай возрастает от практического
к статическому методу. Ее значение зависит от влияния соседних свай при расстоянии между осями менее 6 d(b) - (сваи в группе), а при большем удалении сваи
работают как одиночные без взаимного влияния.
b < 6d
b ³ 6d
Куст из 9 свай
1 2
+ + +
+ +3 +
+ + +
Fод < F1< F1< F3;
Fкуста
------- < Fод.
9