Свайно плитный фундамент

Расчет свай, свайных и комбинированных свайно-плитных фундаментов по деформациям

7.4.1 Расчет осадок свайных фундаментов (расчет по второй группе предельных состояний) допускается выполнять с использованием расчетных схем, основанных на модели грунта как линейно-деформируемой среды, при обязательном выполнении условия (7.2).

Осадка одиночной висячей сваи рассчитывается в соответствии с 7.4.2 и 7.4.3.

Осадка малой группы (п ≤ 25) висячих свай (свайного куста) рассчитывается в соответствии с 7.4.4 и 7.4.5 по методике, учитывающей взаимное влияние свай в кусте.

Осадка большой группы висячих свай (свайного поля) может быть определена с использованием модели условного фундамента на естественном основании в соответствии с 7.4.6-7.4.9.

Осадку комбинированных свайно-плитных фундаментов рекомендуется рассчитывать по 7.4.10-7.4.14.

Полученные расчетом значения осадок свайного фундамента не должны превышать предельных значений по условию (7.4).

Расчет свай по деформациям на совместное действие вертикальной и горизонтальной сил и момента следует выполнять в соответствии с приложением В.

При надлежащем обосновании допускается производить расчеты деформаций свайных фундаментов в нелинейной постановке с использованием апробированных моделей грунта и численных методов расчета.

Расчетосадкиодиночнойсваи

7.4.2 Расчет осадки одиночных свай, прорезающих слой грунта с модулем сдвига G1, МПа, коэффициентом Пуассона v1 и опирающихся на грунт, рассматриваемый как линейно-деформируемое полупространство, характеризуемое модулем сдвига G2 и коэффициентом Пуассона v2 допускается производить при выполнении требований подраздела 7.2 и при условии l/d > G1l/G2d > 1 (где l — длина сваи, м, d — наружный диаметр поперечного сечения ствола сваи, м) по формулам:

а) для одиночной висячей сваи без уширения пяты

(7.32)

где N — вертикальная нагрузка, передаваемая на сваю, МН;

β — коэффициент, определяемый по формуле

(7.33)

здесь β’ = 0,17ln(kvG1l/G2d) — коэффициент, соответствующий абсолютно жесткой свае (ЕА = ∞);

α’ = 0,17ln(kv1l/d) — тот же коэффициент для случая однородного основания с характеристиками G1 и v1;

χ = EA/G1l2 — относительная жесткость сваи;

ЕА — жесткость ствола сваи на сжатие, МН;

λ1 — параметр, характеризующий увеличение осадки за счет сжатия ствола и определяемый по формуле

(7.34)

kv, kv1 — коэффициенты, определяемые по формуле

kv = 2,82 — 3,78v + 2,18v2 (7.35)

соответственно при v = (v1 + v2)/2 и при v = v1

б) для одиночной сваи с уширением пяты или сваи-стойки

(7.36)

где db — диаметр уширения сваи.

Расчет осадки одиночной буронабивной сваи в билинейной постановке для расчета односвайных фундаментов см. в приложении Д.

(Опечатка. Июнь 2011 г.)

7.4.3 Характеристики G1 и v1 принимаются осредненными для всех слоев грунта в пределах глубины погружения сваи, a G2 и v2 — в пределах 0,5l, т.е. на глубинах от l до 1,5l от верха свай, при условии, что под нижними концами свай отсутствуют глинистые грунты текучей консистенции, органоминеральные и органические грунты.

Модуль сдвига грунта G = E0/2(1 + v) допускается принимать равным 0,4E0, а коэффициент kv равным 2,0 (где E0 — модуль общей деформации).

Расчетный диаметр d для свай некруглого сечения, в частности стандартных забивных свай заводского изготовления, вычисляется по формуле

(7.37)

где А — площадь поперечного сечения сваи.

Расчетосадкисвайногокуста

7.4.4 При расчете осадок группы свай необходимо учитывать их взаимное влияние. Дополнительная осадка сваи, находящейся на расстоянии а (расстояние измеряется между осями свай) от сваи, к которой приложена нагрузка N, равна

(7.38)

где

(7.39)

7.4.5 Расчет осадки i-й сваи в группе из п свай при известном распределении нагрузок между сваями производится по формуле

(7.40)

где s(N) — осадка одиночной сваи, определяемая по формуле (7.32);

dij — коэффициенты, рассчитываемые по формуле (7.39) в зависимости от расстояния между i-й и j-й сваями;

Nj — нагрузка на j-ю сваю.

В случае когда распределение нагрузки между сваями неизвестно, формула (7.40) может использоваться для расчета взаимодействия свайного фундамента с надфундаментной конструкцией. При этом удобно использовать метод сил строительной механики.

Взаимное влияние осадок кустов свай следует учитывать методом угловых точек.

Расчетосадкисвайногофундаментакакусловногофундамента

7.4.6 Осадка большеразмерного свайного фундамента (свайного поля) подсчитывается по формуле

s = sef + Dsp + Dsc, (7.41)

где sef — осадка условного фундамента;

Dsp — дополнительная осадка за счет продавливания свай на уровне подошвы условного фундамента;

Dsc — дополнительная осадка за счет сжатия ствола свай.

7.4.7 Границы условного фундамента (см. рисунок 1) определяют следующим образом:

Рисунок 1 — Определение границ условного фундамента при расчете осадки свайных фундаментов

снизу — плоскостью АБ, проходящей через нижние концы свай;

с боков — вертикальными плоскостями АВ и БГ, отстоящими от осей крайних рядов вертикальных свай на расстоянии 0,5 шага свай (рисунок 1, а), но не более 2d (d — диаметр или сторона поперечного сечения сваи), а при наличии наклонных свай — проходящими через нижние концы этих свай (рисунок 1, б);

сверху — поверхностью планировки грунта ВГ.

Расчет осадки условного фундамента производят методом послойного суммирования деформаций линейно-деформируемого основания с условным ограничением сжимаемой толщи (см. СП 22.13330). Вертикальное нормальное напряжение szp, определяющее деформации и глубину сжимаемой толщи, подсчитывается только от действия нагрузки, приложенной к свайному фундаменту, т.е. вес грунта в пределах условного фундамента не учитывается. Начальные напряжения s определяются с учетом отрывки котлована.

Возможен также трехмерный численный расчет осадки условного фундамента как анизотропного массива с учетом его конечной жесткости на сдвиг по вертикальным плоскостям.

Примечание — При расчете оснований опор мостов условный фундамент допускается принимать ограниченным с боков вертикальными плоскостями АВ и БГ, отстоящими от наружных крайних рядов вертикальных свай на расстоянии h (tgjII,n/4).

7.4.8 Величина осадки продавливания Dsp зависит от шага свай в свайном поле, причем шаг может быть переменным. Расчет следует выполнять применительно к цилиндрическому объему (ячейке), в пределах которого все точки находятся ближе к оси данной сваи, чем к осям остальных свай (это не относится к крайним сваям). Площадь горизонтального поперечного сечения ячейки равна а2, где а — шаг свайного поля в окрестности данной сваи. Грунт в объеме ячейки делится на две однородные части: в пределах длины сваи l с модулем общей деформации Е1 и коэффициентом поперечной деформации v1, а ниже — с аналогичными параметрами Е2 и v2. (В общем случае неоднородного по глубине основания эти параметры получаются осреднением, см. 7.4.3 и рисунок 2.)

Рисунок 2 — Расчетная схема метода ячейки

Внешняя нагрузка на ячейку составляет Р = pW. В случае однородного основания (Е1 = Е2, v1 = v2) осадка продавливания равна

(7.42)

где d — диаметр сваи.

Для идеальной сваи (Е1 = 0)

(7.43)

где

В общем случае 0 < Е1 £ Е2 осадка продавливания равна

(7.44)

7.4.9 Осадку за счет сжатия ствола допускается определять по формуле

(7.45)

Расчет комбинированного свайно-плитного фундамента

7.4.10 Комбинированный свайно-плитный (КСП) фундамент, сочетающий сопротивление свай и плиты, должен применяться для уменьшения общей и неравномерной осадки сооружений. Допустимы проектные решения как с переменным в плане шагом свай, так и с постоянным шагом.

7.4.11 Большеразмерные свайные кусты и поля свай в случае, если их основание сложено песком средней плотности и плотными, а также глинистыми грунтами с показателем текучести ниже IL < 0,5, могут быть запроектированы комбинированными свайно-плитными.

Строим вместе свайно-плитный фундамент и другие комбинированные с монолитной плитой виды

При опирании фундаментов из свай, объединенных ростверком, на скальные и полускальные грунты их следует рассчитывать как чисто свайные фундаменты, без учета передачи нагрузки на основание фундаментной плиты.

7.4.12 Расчет комбинированного свайно-плитного фундамента должен включать:

определение усилий в элементах конструктивной системы (в рядовых и крайних сваях, а также в плите ростверка);

определение перемещений конструктивной системы в целом и ее отдельных элементов;

определение долей нагрузки, воспринимаемых сваями и объединяющей их плитой.

7.4.13 Выбор длины свай и их шаг в составе КСП производится на основании расчета по деформациям с обеспечением допустимой величины осадок, кренов и относительной разности осадок возводимого сооружения в соответствии с СП 22.13330.

7.4.14 Величина сжимаемой толщи H при определении осадки комбинированного свайно-плитного (КСП) фундамента должна определяться как для условного фундамента в соответствии с рекомендациями 7.4.7.

7.4.15. Расчет свайно-плитного фундамента может осуществляться как плиты на упругом основании с использованием переменного в плане коэффициента упругого отпора грунта. При этом средняя величина упругого отпора грунта может быть назначена как непосредственно из пространственного нелинейного расчета, так и путем решения осесимметричной задачи для ячейки, включающей сваю и окружающий ее массив грунта (рисунок 2). При назначении величины коэффициента упругого отпора в краевых зонах и других местах концентрации напряжений следует учитывать пространственную работу фундаментов. Плановое распределение жесткостных характеристик в этом случае определяется на основании численного моделирования с использованием геотехнических программ или иных решений.

7.4.16 При проведении предварительных расчетов осадки Sкcn свайно-плитного фундамента следует учитывать, что ее величина не может превысить осадки плитного фундамента, определенной в соответствии с методикой СП 22.13330, и оказаться менее осадки свайного фундамента, полученной по схеме условного фундамента.

Читайте также:


Расчет комбинированного свайно-плитного фундамента

7.4.10 Комбинированный свайно-плитный (КСП) фундамент, сочетающий сопротивление свай и плиты, должен применяться для уменьшения общей и неравномерной осадки сооружений. Допустимы проектные решения как с переменным в плане шагом свай, так и с постоянным шагом.

7.4.11 Большеразмерные свайные кусты и поля свай в случае, если их основание сложено песком средней плотности и плотными, а также глинистыми грунтами с показателем текучести ниже IL < 0,5, могут быть запроектированы комбинированными свайно-плитными. При опирании фундаментов из свай, объединенных ростверком, на скальные и полускальные грунты их следует рассчитывать как чисто свайные фундаменты, без учета передачи нагрузки на основание фундаментной плиты.

7.4.12 Расчет комбинированного свайно-плитного фундамента должен включать:

определение усилий в элементах конструктивной системы (в рядовых и крайних сваях, а также в плите ростверка);

определение перемещений конструктивной системы в целом и ее отдельных элементов;

определение долей нагрузки, воспринимаемых сваями и объединяющей их плитой.

7.4.13 Выбор длины свай и их шаг в составе КСП производится на основании расчета по деформациям с обеспечением допустимой величины осадок, кренов и относительной разности осадок возводимого сооружения в соответствии с СП 22.13330.

7.4.14 Величина сжимаемой толщи H при определении осадки комбинированного свайно-плитного (КСП) фундамента должна определяться как для условного фундамента в соответствии с рекомендациями 7.4.7.

7.4.15. Расчет свайно-плитного фундамента может осуществляться как плиты на упругом основании с использованием переменного в плане коэффициента упругого отпора грунта. При этом средняя величина упругого отпора грунта может быть назначена как непосредственно из пространственного нелинейного расчета, так и путем решения осесимметричной задачи для ячейки, включающей сваю и окружающий ее массив грунта (рисунок 2). При назначении величины коэффициента упругого отпора в краевых зонах и других местах концентрации напряжений следует учитывать пространственную работу фундаментов. Плановое распределение жесткостных характеристик в этом случае определяется на основании численного моделирования с использованием геотехнических программ или иных решений.

При проведении предварительных расчетов осадки Sксп свайно-плитного фундамента следует учитывать, что ее величина не может превысить осадки плитного фундамента, определенной в соответствии с методикой СП 22.13330, и оказаться менее осадки свайного фундамента, полученной по схеме условного фундамента.

Особенности проектирования большеразмерных кустов и полей свай

И плит ростверка

7.5.1 Расчет конструктивной системы «свайное основание изгибаемая плита – верхнее строение» в общем случае следует производить в пространственной постановке с учетом совместной работы надземных и подземных конструкций зданий, свайных фундаментов и их основания. Определение внутренних усилий в сваях и плите ростверка следует выполнять численными методами на ЭВМ с использованием апробированных программ, описывающих такое взаимодействие.

7.5.2 При расчете большеразмерных свайных фундаментов деформационные характеристики материала свай, ростверка и надфундаментных конструкций допускается считать упругими, ограничивая расчетные усилия пределами линейной пропорциональности. Механическое поведение грунта должно преимущественно описываться нелинейными моделями.

7.5.3 Механическая работа грунта при определении внутренних усилий в сваях в составе большеразмерных свайных фундаментов преимущественно должна описываться моделями, использующими характеристики грунта, определение которых регламентировано действующими ГОСТ. С целью выявления особенностей механической работы фундаментов и надземных конструкций в отдельных случаях могут применяться более сложные упругопластические модели, учитывающие упрочнение и разупрочнение грунтов, дилатансию и др. (многопараметрические упругопластические модели). Возможность выбора такой модели должна определяться полнотой инженерно-геологических изысканий и уровнем ответственности проектируемых сооружений. При проведении расчетов по многопараметрическим упругопластическим моделям в составе проекта необходимо проводить сопоставление результатов расчета по различным моделям и учитывать возможное увеличение внутренних усилий для всех конструктивных элементов.

7.5.4При построении расчетной модели основания должны быть назначены необходимые габариты расчетной области и конфигурация конечно-элементной или конечно-разностной разбивки. Размеры области основания, примыкающей к свайному фундаменту и учитываемой при расчете свайного основания, должны обеспечивать отсутствие существенного влияния граничных условий на результаты расчетов.

7.5.5 При проведении расчетов фундаментов следует учитывать влияние устройства котлована, его ограждающих конструкций, последовательности возведения блоков, частей и очередей сооружения, неоднородности в геологическом строении.

7.5.6Расчетная модель большеразмерных кустов и полей свай должна строиться таким образом, чтобы содержать погрешность в сторону запаса надежности проектируемых фундаментных и надземных конструкций.

Если заранее такая погрешность не может быть определена, необходимо проведение уточняющих расчетов и определение наиболее неблагоприятных воздействий на конструкции. Также следует учитывать возможные неопределенности, связанные с назначением расчетной модели и выбором деформационных и прочностных показателей грунтов основания. Для этого при проведении компьютерных расчетов большеразмерных групп свай и свайно-плитных фундаментов рекомендуется проводить сопоставление отдельных результатов расчета элементов расчетной схемы с аналитическими решениями, выполнять сопоставительные или альтернативные расчеты по различным геотехническим программам.

7.5.7При расчетах, использующих для каждого i-го слоя грунта только стандартные деформационные параметры грунтов (Еi модуль деформации i-гослоя грунта по ветви первичного нагружения, Ее,iмодуль деформации i-го слоя грунта по ветви вторичного нагружения и ni коэффициент Пуассона i-го слоя грунта), допускается глубину расчетной области назначать так же как и при расчетах осадок по схеме условного фундамента подраздела 7.4. При проведении расчетов по многопараметрическим моделям глубина сжимаемой толщи должна определяться на основании проведенных расчетов.

7.5.8По результатам расчетов должна быть выявлена качественная и количественная картина группового и краевого эффектов в свайном основании, т.е. особенности работы свай, находящихся на разных участках свайного поля.

Комбинированный свайно-плитный фундамент

Необходимо учитывать увеличение податливости свай, работающих в составе свайной группы (поля, куста) по сравнению с работой одиночных свай, а также переменность сопротивления свай и грунта в зависимости от их местоположения (краевого: углового, торцевого и пр.; внутреннего: центрального, промежуточного и пр.; в разреженной или сгущенной части и пр.) в группе.

7.5.9При расчете надземных и фундаментных конструкций зданий допускается свайное основание описывать с помощью линейных и нелинейных контактных элементов податливости. Характеризующие эти элементы зависимости «на­грузка осадка» для голов свай и межсвайной подошвы плиты-ростверка рекомендуется определять путем пространственного расчета свайного основания по деформациям в диапазоне нагрузок, характеризующем возможные перепады расчетных реакций в головах свай и межсвайного грунта. Допускается описывать работу нелинейных контактных элементов податливости путем нескольких итераций с изменением (пересчетом) жесткостей линейных контактных элементов.

7.5.10Для определения жесткостных характеристик основания допускается заменять пространственный расчет свайного основания в целом расчетом его характерных фрагментов. При проведении таких расчетов допустимо изгибаемый ростверк принимать абсолютно жестким.

7.5.11 Концентрацию сдвиговых деформаций и пластическое течение грунта по границе «свая — грунт» следует описывать путем использования специальных «интерфейсных» (контактных) элементов или надлежащего сгущения конечно-элементной (конечно-разностной) разбивки.

7.5.12Для сооружений I уровня ответственности (ГОСТ 27751) расчет ростверков большеразмерных свайных фундаментов должен осуществляться только в нелинейной постановке. Для сооружений II и III уровней ответственности допускается выполнять расчет изгибаемого ростверка с использованием модели упругого основания, характеризуемого переменными в плане коэффициентами жесткости. Эти коэффициенты назначаются по результатам расчета свайного фундамента по деформациям согласно подразделу 7.4. При этом при проектировании конструкции плитного ростверка следует выбирать наиболее неблагоприятные случаи возможного распределения сопротивлений свай в плане. Выбор толщины ростверка определяется расчетом на продавливание.

7.5.13Армирование плиты ростверка выполняется арматурными сетками или отдельными стержнями в соответствии с СП 63.13330. При этом необходимая величина рабочего армирования ростверка определяется по действующим в его сечениях усилиям, определенным согласно требованиям настоящего раздела.

7.5.14Расчет по прочности материала ствола свай в составе свайно-плитных фундаментов, большеразмерных кустов и полей свай следует осуществлять с учетом возможности перегрузки свай, для чего расчет свай по прочности ее материала следует вести на нагрузки, в 1,5 раза превышающие расчетную величину усилий в сваях. При проведении указанных расчетов следует учитывать местоположение свай в составе фундаментов.

7.5.15Большеразмерные кусты и поля свай следует проектировать с учетом возможности передачи нагрузки на грунт непосредственно через подошву плиты ростверка, в связи с чем в проекте должны быть предусмотрены мероприятия по соответствующей подготовке основания. При назначении глубины заложения плитной части свайно-плитного фундамента необходимо учитывать сезонное промерзание грунтов.

7.5.16 В проекте свайных и плитно-свайных фундаментов сооружений первого уровня ответственности следует предусматривать установку специальных датчиков измерения усилий в наиболее нагруженных сваях сооружения. Датчики должны быть установлены не менее чем в 2-рядовых, 2-угловых и 2-краевых сваях в наиболее нагруженных частях сооружения.

7.5.17При устройстве буронабивных свай диаметром, превышающим 800 мм, не менее 10 % из них, (а при нагрузке более 500 кН — все сваи) должны быть запроектированы с арматурными каркасами, оснащенными специально предусмотренными трубками, обеспечивающими возможность контроля сплошности и прочности бетона свайных стволов неразрушающими методами.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *