Здесь 8,30 – вес (кН) 1 м кладки технического подполья ниже планировочной отметки. Принимаем расположение свай в два ряда в шахматном порядке. В этом случае, исходя из допустимого расстояния между рядами свай b 2 ,6 d 2 ,6 0 ,3 0 ,78 м , задаемся шириной ростверка: b p b d 0 ,1 0 ,78 0 ,3 0 ,1 1,18 м . Принимая высоту ростверка 0,5 м, вычисляем нагрузку на уровне его подошвы: ф N м N d G кл G p 554 8 3 1 1 1,18 0 ,5 25 578,5 кН / м. Определяем требуемое расстояние между сваями в одном ряду: mN 2 423 a mp 1,46 м , ф 578 , 5 N м где m - количество рядов свай. При этом необходимо проверить выполнение условия a mp 2 3 d 2 b2 ; 1,46 3 0 ,3 2 0 ,78 2 0 ,412 м. 2 Таким образом, окончательно принимаем ленточный фундамент согласно рис.13.47, б. 0 ,73 Пример 7. Определить усилия в монолитных ленточных ростверках (рис.13.47) фундаментов под наружную и внутреннюю стены жилого здания. Материалы конструкций ростверков и кладки технического подполья имеют следующие характеристики: модуль упругости бетона ростверка E p 2 ,1 10 3 кН / см 2 ; модуль упругости кладки из бетонных блоков E к 0 ,4 10 3 кН / см 2 ; удельный вес кладки кл 23 кН / см 3 . Изгибающие моменты и поперечные силы при действии эксплуатационных нагрузок и нагрузок в процессе строительства определяем, используя рекомендации п.13.4.2. 1. Усилия в ростверке наружной стены: а) В расчете на эксплуатационные нагрузки сначала определяем значения параметра a и расчетное расстояние L p между сваями. Затем в за- висимости от соотношения этих характеристик по соответствующим формулам табл.13.9 находим значения моментов и поперечной силы. Для определения параметра a вычисляем момент инерции ригеля I p сечением 0,4х0,4 м: 402 0 ,4 0 ,4 3 Ip 2 ,13 10 3 м 4 2 ,13 10 5 cм 4 . 12 Параметр a по формуле (13.22): EpI p 2 ,1 10 3 2 ,13 10 5 a 3 ,14 3 3 ,143 95 см . 3 E к bк 0 ,4 10 40 Согласно рис.13.47, а расстояние в осях между сваями a 0 ,9 м . Расc св a d 0 ,9 0 ,3 0 ,6 м . стояние Расчетное расстояние L p 1,05 c св 1,05 0 ,6 0 ,63 м 63 см . В данном случае выполняется условие a 0 ,9 cм c cd 63 cм , поэтому по табл.13.9 выбираем расчетную схему 4, рекомендующую такие формулы для определения опорного момента M on , пролетного момента M np и поперечной силы Q : M on q o L2p 470 0 ,63 2 15 ,55 кН м ; 12 12 q o L2p 470 0 ,63 2 M np 7 ,77 кН м ; 24 24 470 0 ,63 148,1 кН , 2 2 где q o - расчетная погонная нагрузка по подошве ростверка, принятая по данным примера 6 для наружной и внутренней стен. б) В расчете на нагрузки строительного периода сначала определяем равномерно распределенную нагрузку q к от веса свежей кладки: q к f h bк кл , Q qo L p где f - коэффициент надежности по нагрузке; h - высота одного ряда бетонных блоков; b к - ширина бетонных блоков; кл - удельный вес кладки технического подполья; q к 1,1 0 ,6 0 ,4 23 6 ,07 кН / м . Используя (13.24)-(13.27), вычисляем моменты и поперечные силы в ростверке: M on 0 ,083q к L2p 0 ,083 6 ,07 0 ,63 2 0 ,199 кН м ; M np 0 ,042q к L2p 0 ,042 6 ,07 0 ,63 2 0 ,10 кН м ; 6 ,07 0 ,63 1,91 кН . 2 2 2. Усилия в ростверке внутренней стены: а) Для ростверка сечением 1,2х0,5 м (см. рис.13.47) момент инерции Qo qк L p 403 0 ,5 3 1,2 Ip 0 ,125 10 1 м 4 1,25 10 6 см 4 . 12 Параметр a 3 ,14 3 2 ,1 10 3 1,25 10 6 3 343 см . 0 ,4 10 50 В случае шахматной расстановки свай в качестве параметра a принимаем проекцию на продольную ось расстояния между смежными сваями рядов. Согласно рис.13.47, б a 2 0 ,75 м ; c св a 2 d 0 ,75 0 ,3 0 ,45 м ; L p 1,05 c св 1,05 0 ,45 0 ,473 м . Так как условие a 343 см c св 47 ,3 см выполняется, по табл.13.9 принимаем расчетные формулы схемы 4: 578,5 0 ,473 2 M on 10 ,74 кН м ; 12 578,5 0 ,47332 M np 5 ,37 кН м ; 24 578,5 0 ,473 Q 136,8 кН , 2 где 578,5 кН м - расчетная погонная нагрузка на уровне подошвы ростверка внутренней стены. б) По результатам расчета на равномерно распределенную нагрузку от веса свежей кладки q к 6 ,07 кН / м получены следующие значения моментов и поперечной силы: M on 0 ,083 6 ,07 0 ,4732 0 ,127 кН м ; M np 0 ,042 6 ,07 0 ,473 2 0 ,056 кН м ; Qo 6 ,07 0 ,473 1,43 кН . 2 Пример 8. Определить методом послойного суммирования осадку свайного фундамента под колонну одноэтажного промышленного здания с учетом действия на фундамент следующих нагрузок: первая комбинация - N I 512 кН ; M I 194 кН м; T I 35 кН ; вторая комбинация - N II 924 кН ; M II 103 кН м; T II 3 кН . Конструкция фундамента и геологический разрез показаны на рис.13.48. 404 Уплотненный насыпной грунт 3 =17 кН/м 0,3 – 0,15 Планировочная Супесь 3 2=16,3 кН/м ; 2 = 22 отметка b2 d2 a2 1,35 0,4 1=16,4 кН/м3 a2 3,6 ср 1,35 h=9,95 м 1,6 1,5 Глина 5=19,6 кН/м 3; 5 = 1754 Песок средней круп., средней плотн. 6=20,1 кН/м 3; II = 3.54.0 сII=1,5 кН/м 3; 5 = 1754; 1,2 Суглинок 3 4=19,4 кН/м ; 4 = 1236 =526 l = 8,6 м a1 d1 b1 c1 b1 b c a d 1,9 a1 a1 1,2 L y =3,48 м Глина 3=19,6 кН/м3; 3 = 1754 4 d1 By=2,78 м Рис.13.48 - Определение размеров условного грунто-свайного массива В соответствии с рекомендациями п.2.4.4. сначала определяем габариты условного фундамента, состоящего из ростверка, свай и заключенного между ними грунта. а) Находим средневзвешенное значение угла внутреннего трения cp для грунтовой толщи в пределах длины сваи l . По (13.38) в соответствии с рис.13.48: i li 22 2 ,95 17 ,9 1,6 12,6 1,5 17 ,9 1,2 35 1,35 21,06 o ; cp l 8 ,6 cp 4 5 ,26 o ; tg cp 4 0 ,092. Выполняем построения, показанные на рис.13.48. Под углом cp / 4 к вертикали проводим плоскости abb1 a1 , add 1 a1 , dcc 1 d 1 , cbb1 c1 до пересечения с горизонтальной плоскостью, проходящей через нижние концы 405 свай. Линии пересечения этих плоскостей a 1b1 b1 c1 c1 d 1 d 1 a1 образуют контуры подошвы условного фундамента. Размеры подошвы: L y 1,9 2l tg cp 4 1,9 2 8 ,6 0 ,092 3 ,48 м ; В y 1,2 2l tg cp 4 1,2 2 8 ,6 0 ,092 2б78 м . Высота условного фундамента, представляющего собой прямоугольный параллелепипед, равна H y 9 ,95 м . Полагая осредненный удельный вес грунто-свайного массива равным cp 20 кН / м 3 , найдем упрощенно нагрузку от собственного веса условного фундамента: G у .ф. B y L y H y cp 2 ,78 3 ,48 9 ,95 20 1925 ,2 кН . Более точное определение G у .ф. (с раздельным учетом весов ростверка, свай и грунта) может оказаться необходимым, если вычисленная осадка окажется близкой к предельно допустимой или будет превышать ее. Вертикальную силу на уровне подошвы условного фундамента N у .ф . найдем для обеих комбинаций усилий: для первой комбинации N уI .ф. N I G у .ф. 512 1925,2 2437,2 кН ; для второй комбинации N уII.ф. N II G у.ф. 924 1925,2 2849,2 кН . Максимальное давление по подошве условного фундамента для первой комбинации усилий I max N уI .ф. By Ly 6 M I TIHy B y L2y 2437,2 6 194 35 9 ,95 251,9 96 ,6 348,5 кН / м 2 ; 2 2 ,78 3 ,48 3 ,48 2 ,78 для второй комбинации усилий II max N уII.ф. By Ly 6 M II T II H y B y L2y 2849,2 6 103 3 9 ,95 294,5 23,6 318,1 кН / м 2 . 2 ,78 3 ,48 3 ,48 2 2 ,78 б) Для вычисления расчетного давления R по формуле (13.33) принимаем значения входящих в нее параметров: b B y 2 ,78 м; d 1 H y 9 ,95 м . 406 В соответствии с [5] и данными геологического разреза для здания с гибкой конструктивной схемой находим c1 1,4 ; c 2 1; K 1; K z 1 . Осредненное значение удельного веса грунтов, залегающих выше подошвы условного фундамента i li II li 17 ,0 0 ,3 16 ,4 0 ,4 16 ,3 3 ,6 19 ,6 1,6 19 ,4 1,5 19 ,6 1,2 20 ,1 1,35 : 0 ,3 0 ,4 3 ,6 1,6 1,5 1,2 1,35 18 ,2 кН / м 3 . Характеристики шестого несущего слоя грунта – песка средней плотности и крупности согласно данным рис.13.48 имеют значения II 20 ,1 кН / м 3 ; c II 1,5 кН / м 2 ; II 35 o . Для II 35 o по табл.3 СНиП 2.02.01-83 определяем безразмерные коэффициенты: M 1,67 ; M q 7 ,69 ; M c 0,59 . Расчетное давление по подошве условного фундамента R c1 c 2 M K z b II M q d 1 II M c c II K 1,4 1,0 1,67 2 ,78 20 ,1 7 ,69 9 ,95 18 ,2 9 ,59 1,5 1,0 1,4 93,5 1394 14 ,3 1,4 1501,8 2102 кН / м 2 . Условие (13.32) max R в данном случае выполняется, поскольку 348 ,5 2102 . в) Для определения осадки условного фундамента необходимо построить эпюры природных и дополнительных давлений (рис.13.49). Природное давление на уровне подошвы условного фундамента n zg i li 17 ,0 0 ,3 16 ,4 0 ,4 16 ,3 3 ,6 19 ,6 1,6 19 ,4 1,5 19 ,6 1,2 20 ,1 1,35 181,5 кН / м 2 . Природное давление на границе шестого и седьмого слоев n 6zg zg 6 l6 181,5 20 ,1 2 ,75 236,7 кН / м 2 . Дополнительные давления zp ,i находим на границе каждого эле- ментарного слоя под подошвой фундамента по формуле n zp ,i i Pcp zg , где i - коэффициент уменьшения дополнительных давлений с глубиной, принимают по табл.1 прил.2 СНиП 2.02.01-83 в зависимости от соотношения сторон подошвы условного фундамента 3 ,38 2 ,78 1,25 и относительной глубины залегания каждого элементарного слоя толщиной 407 Рис.13.49 - Эпюры природных и дополнительных давлений при расчете осадок свайных фундаментов z i 0 ,2 B y 0 ,556 м : под Pcp 2 z i By ; Pcp - среднее фактическое давление подошвой N уII.ф. By Ly условного фундамента: 2849,5 294,5 кН / м 2 ; значения i и zp ,i показаны на 2 ,78 3 ,48 рис.13.49. Нижнюю границу сжимаемой толщи (НГСТ) определяем графическим построением, изображая уменьшенную в пять раз эпюру бытовых давлений справа от оси симметрии на рис.13.49. В точке пересечения этой эпюры и эпюры дополнительных давлений находится НГСТ. По формуле (1) прил.2 СНиП 2.02.01-83 вычисляем осадки пяти элементарных слоев, находящихся в пределах сжимаемой толщи: si 0 ,8 zp ,i 1 zp ,i zi ; 2E 0 ,8 113 109,2 s1 0 ,556 0 ,00164 м ; 2 30000 0 ,8 109,2 93,8 s2 0 ,556 0 ,00150 м ; 2 30000 408 0 ,8 93,8 73,8 0 ,556 0 ,00124 м ; 2 30000 0 ,8 73,8 56 ,6 s4 0 ,556 0 ,00096 м 2 30000 0 ,8 56 ,6 43,5 s5 0 ,556 0 ,00074 м . 2 30000 s3 k Суммарная осадка условного фундамента s s i 0 ,163 i 1 0 ,150 0 ,124 0 ,096 0 ,074 0 ,61 см , что существенно меньше допускаемой осадки s доп 15 см [5]. Пример 9. Определить осадку однорядного ленточного свайного фундамента под наружную стену жилого дома. Глубина погружения сваи СТ-30 - 6,7 м. Расчетная погонная нагрузка, включая вес ростверка, - 270 кН/м; нормативная нагрузка - 234,5 кН/м. Шаг свай - 0,95 м. Среднее значение объемного веса грунта со сваями в условном грунтовом массиве 20 кН/м3, коэффициент надежности по нагрузке - 1,1. Геологический разрез и конструкция фундамента показаны на рис.13.50. При выполнении расчета принимаем во внимание указания прил.3 СНиП [46], п.2.41 СНиП [5] и раздела 7 [47]. Расчетная погонная нагрузка, включая вес грунтосвайного массива, q o q f cp l c b 270 1,1 20 6 ,7 0 ,3 314 ,2 кН / м , то же в нормативном значении q oн q н cp l c b 234,5 20 6 ,7 0 ,3 274,7 кН / м . Приведенная ширина фундамента b 0 ,3 0 ,045 . l c 6 ,7 q Напряжения в активной зоне определяем по формуле zi o ni в lc трех уровнях: 1-й уровень – площадка в непосредственной близости от нижнего конца сваи (на глубине 7 см от ее нижнего конца); 2-й уровень – площадка на глубине 3 d 90 см (граница уплотненной зоны основания); 3-й уровень принят на глубине 10,05 см (нижняя граница активной зоны, где напряжение от ней нагрузки отвечает условию z 10 кН / м 2 . Все три уровня выбраны таким образом, чтобы они соответствовали числовым значениям приведенных глубин z l c в табл.22 [47]. 409 0,6 1,0 3 0,4 0,6 Почва, =19 кН/м lc = 6,7 Суглинок мягкопластичный, 3 = 18,4 кН/м Суглинок полутвердый, = 0,35; E = 8 МПа 17,60 z = 16,75 z0 = 10,05 Песок мелкий средней плотности, = 18,1 кН/м3 C = 2 кН/м2; = 28; = 0,3; E = 14 МПа НГСТ 0,85 3,4 8,5 1,0 6,1 0,3 Рис.13.50 - Схема определения осадки однорядного ленточного свайного фундамента Предварительно находим значения безразмерного коэффициента n при 0,045 в зависимости от z l c для точек на вертикали, совпадающей с осью симметрии фундамента, т.е. при x l c 0 . Значения напряжений сведены в табл.13.18. Определяем расчетное сопротивление грунта R1 на уровне подошвы условного фундамента при погружении свай забивкой: 410 Таблица 13.18 - Значения напряжений в активной зоне основания в трех уровнях Глубина площадки от уровня острия сваи, м Приведенная глубина z l c Безразмерный коэффициент n 0,07 0,90 10,05 1,01 1,13 2,5 13,7907 5,1769 0,9140 Напряжение в активной зоне на соответствующем уровне zi q o n l c , кН/м2 205,86 77,28 13,65 R1 c1 c 2 1,1M b II 1,1M q d II 3 M c c II . K Здесь c1 1,3 ; c 2 1,1 ; K 1 ; b 0 ,3 м ; d 1,0 6 ,7 7 ,7 м ; M 0,98 ; M q 4,93 ; M c 7 ,40 . h 2 h2 3 h3 19 0 ,6 18 ,4 6 ,1 18 ,1 1,0 II 1 1 18 ,4 кн / м 3 ; h1 h2 h3 0 ,6 6 ,1 1,0 1,3 1,1 1,1 0 ,98 0 ,3 18,1 1,1 4 ,93 7 ,7 18,4 3 7 ,40 2 R1 1 1,43 818,6 1170,6 кН / м 2 . То же с учетом нормативных значений физико-механических свойств грунта: 1,3 1,1 0 ,98 0 ,3 18,1 4 ,93 7 ,7 18,4 7 ,40 2 1,43 718,6 1027,6 кН / м 2 . R 1 Таким образом, условия R1 z и R z выполняются, так как 1170,6 205,98 кН / м 2 и 10276 205,98 кН / м 2 . Осадку свайного фундамента находим по формуле s 2 q oн 1 vcp E cp o. Рассчитываем средневзвешенные значения: 14 8 ,5 8 3 ,4 E cp 12,29 МПа ; 8 ,5 3 ,4 0 ,3 8 ,5 0 ,35 3 ,4 v cp 0 ,314 . 8 ,5 3 ,4 Безразмерную компоненту перемещения o находим по номограмме на рис.13.34 в зависимости от 0 ,045 , v cp 0 ,314 на нижней границе 411 активной зоны, где имеет место условие z 10 кН / м 2 . В данном случае это соответствует примерно приведенной глубине активной зоны z l c 2,5 (см. табл.13.18). Используя найденные значения для , v cp , z l c , определяем o 2,8 . Осадка свайного фундамента 274,7 1 0 ,314 2 s 2 ,8 0 ,0064 м . 3 ,14 12290 Здесь s 0 ,64 см , что меньше средней предельной деформации основания su 10 см . Пример 10. Блок-схема (рис.13.51) и последовательность расчета на ЭВМ ленточного свайного фундамента на забивных сваях-стойках: 1. Ввод исходных данных. 2. Выбор минимального сечения сваи d исходя из перечня типовых конструкций. 3. Выбор коэффициента условий работы c . 4. Определение расчетной нагрузки N м на сваю по прочности материала исходя из значения коэффициента продольного изгиба 1 . 5. Определение расчетной нагрузки на сваю по грунту N . 6. Сравнение величин N м и N , выбор минимального значения расчетной нагрузки на сваю. 7. Определение расчетного расстояния между сваями в однорядном ростверке последовательно при d 0 ,2 ; 0 ,25 ; 0 ,3 ; 0,35 ; 0 ,4 м. 8. Определение условия a 3 d . При его соблюдении расчет ширины ростверка и вывод результатов расчета: размер сваи d , количество рядов свай n , ширина ростверка br , расчетная нагрузка на сваю P , расстояние между сваями a . 9. При условии a 3 d в случае d 0 ,4 м переход на двухрядный ростверк с определением расстояний между сваями последовательно при d 0 ,2 ; d 0,25 ; d 0 ,3 ; d 0,35 ; d 0 ,4 м. 10. Определение условия a 3 d для двухрядного ростверка. При его соблюдении – расчет ширины ростверка и вывод результатов расчета. Пример 11. Блок-схема (рис.13.52) и последовательность расчета на ЭВМ кустового свайного фундамента под колонну многоэтажного промышленного здания при центральном загружении с применением забивных висячих свай: 1. Ввод начальных данных при установленной глубине погружения сваи. 2. Определение и выбор исходного сечения забивной сваи. 412 Ввод исходных данных Назначение сечения сваи, начиная с d 0,2 Нет Да d 0 ,3 c 0,85 c 1 Определение расчетной нагрузки на сваю по материалу N м Определение расчетной нагрузки на сваю по грунту N Сравнение N м и N . Выбор меньшего значения Определение расстояния между сваями в однорядном ростверке последовательно при d 0 ,2 ; d 0 ,2; d 0 ,25; d 0 ,3; d 0 ,35; d 0 ,4 a 3d при d 0 ,2...0 ,4 Да Определение ширины однорядного ростверка br Вывод результатов расчета d , n , br , P , a Да Нет При условии a 3d и d 0,4 переход на двухрядный ростверк с определением расстояния между сваями a последовательно при d 0 ,2; d 0 ,25; d 0 ,3; d 0 ,35; d 0 ,4 a 3d при d 0 ,2...0 ,4 Нет Определение ширины двухрядного ростверка br Вывод результатов расчета d , n , br , P , a Останов Рис.13.51 - Блок-схема расчета на ЭВМ ленточного свайного фундамента на забивных сваях-стойках 413 Ввод исходных данных Выбор начального значения d Нет d 0 ,3 c 0,85 Расчетная нагрузка на сваю по грунту N Да c 1 Расчетная нагрузка на сваю по материалу N м Сравнение N м и N . Выбор меньшего значения Определение числа свай Определение размеров ростверка Проверка условия Нет Pn N d G r Вывод результатов расчета: d , n , Ar Останов Рис.13.52 - Блок-схема расчета на ЭВМ кустового свайного фундамента под колонну многоэтажного промышленного здания при центральном загружении с применением забивных висячих свай 414 Ввод исходных данных Определение 1 Определение h Вычисление R Определение A Определение u Вычисление N Fd 1,4 Да Вывод результатов Fd , N , h , d Nd N Нет Наращивание длины сваи ступенями по 0,2 м от h 0 ,2 м до h 0 ,8 м Nd N при h 0 ,8 м Нет Да Переход на новый диаметр сваи d1 d d Рис.13.53 - Блок-схема расчета на ЭВМ буронабивной висячей сваи 3. Определение расчетных нагрузок на сваю по грунту и по материалу с выбором коэффициента условий работы c . 415 4. Определение минимального значения расчетной нагрузки на сваю. 5. Определение числа свай и размеров ростверка. 6. Проверка расчетной нагрузки на свайный фундамент по условию N N d G p . При выполнении условия – вывод результатов расчета; при невыполнении – переход к следующему циклу расчетов с новыми значениями d i d i 1 0 ,05 м . Пример 12. Блок-схема (13.53) и последовательность расчета на ЭВМ буронабивной висячей сваи. 1. Ввод исходных данных. 2. Определение осредненного по слоям удельного веса грунтов 1 . 3. Расчет глубины заложения h нижнего конца сваи от уровня природного рельефа или планировки срезкой. 4. Вычисление расчетного сопротивления R грунта под нижним концом сваи. 5. Определение площади поперечного сечения сваи A или уширения. 6. Определение периметра ствола сваи u . 7. Вычисление несущей способности сваи Fd и расчетной нагрузки на сваю N Fd k . 8. Определение условия N d N . При его соблюдении - вывод результатов расчета: несущей способности сваи Fd , расчетной нагрузки на сваю N , глубины заложения нижнего конца сваи h , минимального значения диаметра ствола сваи d d 0 ,4 м . 9. При несоблюдении условия N d N повторение расчетов с последовательным наращиванием длины сваи ступенями по 0,2 м от h 0 ,2 м до h 0 ,8 м и выводом результатов расчета при N d N . 10. В случае N d N при d 0 ,4 м и h 0 ,8 м переход на больший диаметр ствола сваи ( d 0 ,2 м ) с повторением циклов расчета. Вывод результатов расчета. ГЛАВА 14 МЕТОДЫ УЛУЧШЕНИЯ СТРОИТЕЛЬНЫХ СВОЙСТВ ГРУНТОВ На строительных площадках встречаются грунты, неблагоприятные для их использования в качестве естественных оснований. К ним относятся рыхлые пески, просадочные, насыпные, слабые водонасыщенные и некоторые другие грунты, получившие общее название структурно-неустойчи416