Расчет и проектирование свайного фундамента. 2 страница

n – коэффициент, принимаемый по таблице 10 СНиП /10/ в зависимости от материала сваи, кН/м²;

γ_g – коэффициент надежности по грунту, принимаемый в курсовом проекте, равным 1,4;

М – коэффициент, принимаемый при забивке свай молотами ударного действия равным 1, а при вибропогружении свай по таблице 11 СНиП /10/ в зависимости от вида грунта под их нижним концом;

m₁ – масса молота или вибропогружателя, т;

m₂ – масса сваи и наголовника, т;

m₃ – масса подбабка (при вибропогружении свай m₃ = 0), т;

ε – коэффициент восстановления удара, принимаемый при забивке железобетонных свай ε² = 0,2, а при вибропогружении ε² = 0.

Если проектный отказ сваи S_a < 0,002 м, то в проекте следует предусмотреть для погружения свай применение молота с большей энергией удара, при котором S_a ≥ 0,002 м.

Пример 5: Подобрать дизель-молот и определить проектный отказ при несущей способности свай и грунтовых условиях примера № 4.

Решение: Свая прорезывает супесь пластичную, суглинок тугопластичный и погружается в песок средней крупности и плотности водонасыщенный. Расчетная нагрузка, допускаемая на сваю, F_v = 509 кН. В первом приближении принимаем, что масса ударной части дизель-молота должна быть равна массе сваи, т.е. 2,25 т.

Определяем необходимую минимальную энергию удара по формуле (18) /13/ (см. формулу 8.21 /16/):

Е = 1,75аF_v = 1,75 × 25 × 509 = 22268 Дж = 22,3 кДж.

Подбираем трубчатый дизель-молот с воздушным охлаждением С-839 (технические данные см. таблицу 8.31 /16/).

Расчетное значение энергии удара по формуле (19) /13/:

Е_d = 0,9G_n^/h_m = 0,9 × 18 × 2,8 = 45,4 кДж,

здесь G_n^/ - вес ударной части молота, кН;

h_m – фактическая высота падения ударной части молота, м.

Проверяем условие (19) /13/ (см. формулу 8.22 /16/)

здесь G_b – суммарный вес сваи и наголовника (принимаем массу наголовника m₃ = 0,1m сваи).

По коэффициенту применимости молот подходит.

Определяем проектный отказ по формуле 4.20.

При использовании молота с меньшей массой ударной части, например, С-995 проектный отказ S_a = 4 мм.

Пример 6: Для сваи С-6-30 (см. приложение1) при глубине заложения ростверка и инженерно-геологических условиях примера № 5 подобрать вибропогружатель и определить проектный отказ.

Решение: Свая сечением (30 × 30) см, длиной 6 м, массой 1,38 т, несущая способность по сопротивлению грунта основания F_d = 270 кН (определена по формуле (8) СНиП /10/. По формуле (21) /13/ вычисляем необходимую вынуждающую силу вибропогружателя:

Р_b = 1,4 F_d – 3G_b/k_δ = 1,4 × 270 – 3 × 37,2/5,37 = 357 кН,

где G_b = 13,8 + 1,4 + 22 = 37,2 кН – вес вибросистемы, включающей сваю, наголовник и вибропогружатель;

коэффициент снижения бокового сопротивления грунта во время погружения, принимаемый по таблицеп.8.23 /13/ с учетом примечаний к ней.

По величине необходимой возмущающей силы Р_b = 357 кН подбираем вибропогружатель ВП-3М массой 7,5 т, с возмущающей силой 442 кН и статическим моментом дебалансов K_o = 26300 кНсм.

Проверяем условие (22) /13/:

K_o = 26300 кНсм > G_b × А_о = 90,2 × 1,1 = 99,2 кНсм,

здесь А_о = 1,1 см - амплитуда колебаний при отсутствии сопротивлений, принимаемая по таблице 53 /13/ (табл.8.34 /16/).

Проектный отказ по формуле (4.20) равен:

4.5 Технико – экономическое сравнение и выбор основного варианта фундаментов.

Выполняется упрощенным методом по показателям сметно-расчетной стоимости работ, необходимых для возведения фундамента. По каждому варианту подсчитывается объем основных работ с изображением необходимых эскизов котлованов, погружения шпунта, свай, водопонижения и т.п. Рекомендуемая форма подсчета представлена в таблице 4.6 (см. пример 7).

Сметная стоимость рассчитывается по формуле:

где С_b – сметные прямые затраты по работам, выполняемым на строительной площадке;

С₃ – стоимость материалов, изделий и полуфабрикатов (отпускная цена промышленности), определяемая по действующим прейскурантам оптовых цен (например № 0,6-0,8 – на сборные железобетонные изделия; № 0,6-14 – на бетонную смесь, арматурные изделия и т.п.);

Н_р – накладные расходы, принимаемые в курсовом проекте в размере 16,5% от сметных прямых затрат;

k_т – поправочный коэффициент, учитывающий территориальный район строительства, принимаемый в курсовом проекте равным 1,13 – для земляных работ и монтажа сборных железобетонных конструкций; 1,05 – устройство монолитных железобетонных конструкций и свайных работ;

k_ma – коэффициент, учитывающий расход материалов, изделий, полуфабрикатов на конструктивный элемент; 1,02 и 1,06 – коэффициенты, учитывающие соответственно заготовительно – складские расходы и плановые накопления.

В приложении представлены показатели затрат на некоторые виды работ. В показателях трудоемкости учтены затраты труда на производство строительно – монтажных работ, разгрузку материалов и конструкций, а также на обслуживание строительных машин.

Стоимость сборных бетонных и железобетонных изделий, бетонной смеси и арматуры принята в соответствии с оптовыми ценами, введенными с 1.01.82 г., с учетом норм расхода материала на конструктивных элемент, т.е. в поз. 7 таблицы приложения 3 представлено произведение С₃ × k_ma.

Расчет сметной себестоимости и трудозатрат по вариантам рекомендуется вести в табличной форме (см. таблицу 4.7 к примеру № 7).

Экономические показатели по сравниваемым вариантам и расхождения между ними представляются в форме таблицы (см. таблицу 4.8 к примеру № 7). За 100% принимаются показатели варианта с меньшей стоимостью. В примечаниях к графической части проекта приводятся основные физико-механические характеристики грунта основания и требования к производству работ наиболее экономичного варианта.

Пример 7: Провести технико-экономическое сравнение вариантов фундамента под колонну каркаса промышленного здания, расчет которых рассматривался в примерах №№ 2, 3, 4.

Расчеты ведем в табличной форме (см. табл. 4.6; 4.7; 4,8).

Расчетной единицей является один фундамент.

Технико-экономическое сравнение показывает, что:

- первый вариант обладает минимальной сметной себестоимостью и трудоемкостью, в то же время здесь самый большой объем монолитного бетона;

- при втором варианте – минимальный объем бетонных работ, но максимальный объем земляных работ и трудоемкость; сметная себестоимость на 55% выше, чем в варианте №1;

- вариант №3 – минимальный объем работ, объем монолитного бетона составляет 66,7% от варианта №1, однако объем сборного железобетона примерно равен объему монолитного, поэтому сметная себестоимость этого варианта самая высокая (243%), трудоемкость устройства фундамента на 39% выше, чем в первом варианте (здесь не учтен прошлый труд на изготовление свай).

К дальнейшей разработке принимаем вариант фундамента на естественном основании.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ СМЕТНОЙ СЕБЕСТОИМОСТИ И ТРУДОЗАТРАТ^*

Таблица 4.7

Номер расценок	Вид работ	Ед. измерения	Кол-во	Стоимость, руб	Затраты труда, ч-дн
Прямые затраты на един.	Материалов на един.	всего	На един.	Всего
Сb×kт	C3× kma
Вариант №1
1-82	Разработка грунта II группы в котлованах экскаватором обратная лопата в отвал	м^3	1,10	14 - 12	-	17 - 55	-	1,08	1,19
1-325	То же с перемещением на расстояние до 1 км	м^3	0,19	22 - 04	-	4 - 73	-	1,57	0,30
12-3	Устройство монолитных фундаментов под колонны каркаса	м^3	13,5	6 - 02	15 - 81	85 - 33	213 - 44	0,549	7,41
ц.г. п.729	Водопонижение с помощью иглофильтров	м^3		0 - 84	-	23 - 80	-	0,08	2,08
1-438	Обратная засыпка пазух грунтом II группы	м^3	0,012	2 - 14	-	0 - 03	-	0,08	0,001
Итого	131 – 44	213 – 44		10 - 98
Прочие работы и трудозатраты (5% основных)	6 – 57	10 – 67		0,55
Итого стоимость и трудозатраты на основные работы первого варианта	138 - 01	224 - 11		11,53
Накладные расходы (16,5% от прямых затрат) Сметная себестоимость (по формуле 4.21)	22 - 77	-		-

*В целях сокращения объема руководства показаны расчеты только для первого варианта, остальные выполняются аналогично.

ТЕХНИКО – ЭКОНОМИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ СРАВНИВАЕМЫХ ВАРИАНТОВ

Таблица 4.8

№ П/П	Вариант фундаментов	Сметная себестоимость	Затраты труда	Объем земляных работ	Объем бетонных работ
руб.	%	чел. дн.	%	м^3	%	м^3	%
	Вариант №1 – фундамент на естественном основании			11,5				13,5
	Вариант №2 – искусственное основание в виде песчаной подушки			20,5			131,8		59,2
	Вариант №3 – фундамент из забивных железобетонных свай			16,0			60,5	9/9,1	66,7

4.6 Проектирование оснований и фундаментов по принятому варианту.

Рассчитываются фундаменты принятого варианта по другим осям здания, отличающиеся нагрузками и условиями размещения (например, под этажерку, вблизи технологического приямка и т.п.).

4.6.1 Глубина заложения фундаментов под внутренние ряды колонн и стены отапливаемых зданий не зависит от глубины промерзания. Расчет их выполняется по аналогии с расчетом фундаментов по крайним осям.

В свайном варианте определяется только количество принятых свай, и они размещаются в ростверке; глубина заделки свай и размеры ступеней ростверка принимаются в соответствии с предыдущим расчетом без проверки на продавливание.

Площадь фундаментов опор этажерки и фахверковых колонн на естественном основании проверяется только по R_о.

Размеры фундаментов угловых колонн принимаются по основному варианту, их конструкция должна обеспечить размещение фундаментных балок с учетом смещения от разбивочных осей здания.

4.6.2 Фундаменты вблизи приямка или подвала отличаются глубиной заложения, определяемой таким образом, чтобы выполнялось условие п.2.33 СНиП /9/.

При невыполнении этого условия заглубление фундамента достигается устройством подбетонки под рядовой фундамент, либо принимается типовой фундамент большей высоты (см. рис.4.16).

Пример 8:

Рассчитать фундамент под этажерку из стальных двутавров № 30а.

Колонны крепятся к фундаментам четырьмя анкерными болтами d = 20 мм, заделываемыми в бетон на глубину 700 мм. Нагрузка на перекрытие этажерки q = 20 кПа (см. табл.1.1), учитывают и собственный вес ее конструкций. Шаг колонн этажерки 6 м. Инженерно – геологические условия примера №1, конструктивная схема здания, как и в примере №2.

Решение: Грузовая площадь этажерки 6 × 6 = 36 м². Величина нормативной нагрузки на колонну:

Геометрические размеры сечения колонны: h = 300 мм, b = 145 мм.

Обрез фундамента колонн этажерки принимаем на отметке -0,2 м.

По условиям заделки анкерных болтов высота фундамента d_ф ≥ 700 + 100 = 800 мм. Глубина заложения фундаментов внутренних колонн не зависит от глубины промерзания, следовательно, принимаем отметку заложения фундамента только в зависимости от его высоты. Минимальная высота фундаментов серии 1.412 d_ф = 1,5 м, принимаем отметку заложения подошвы фундамента под этажерку │1,5 + 0,2│ = (-1,7) м.

Требуемая площадь фундамента по формуле (4.3):

Принимаем фундамент ФА 37-42 /8/ с размерами подошвы (2,7 × 1,8) м высотой 1,5 м.

Среднее давление по подошве фундамента:

Проверяем условие п.2.33 СНиП /9/ (см. рис.4.15)

здесь 1,2 – осредненное значение коэффициента надежности по нагрузке для расчета по первой группе предельных состояний.

Устойчивость фундаментов этажерки обеспечена.

4.6.3 Стены технологического приямка и подвалов рассчитываются с учетом положения уровня подземных вод на боковое давление грунта и воды по схеме плоской задачи.

Кроме того, проверяется устойчивость приямка против всплытия, днище приямка и пол подвала рассчитываются на давление воды, либо на нагрузку от веса оборудования (в курсовом проекте при заложении приямка или подвала выше УПВ).

Вследствие того, что обратная засыпка выполняется грунтом нарушенной структуры, равнодействующие активного давления грунта и воды (см. эпюры на рис 4.16) на 1 м длины определяются без учета сил сцепления по формулам:

где γ_f – коэффициент надежности по нагрузке q_n;

γ_sw = 1,1 – коэффициент надежности, учитывающий возможность местного подъема УПВ;

d_b – глубина заложения приямка или подвала от уровня планировки;

h_w –высота столба воды над полом приямка или подвала (при высоком уровне подземных вод в период инженерной подготовки территории должно быть выполнено водопонижение из условия установления УПВ на глубине h_w ≥ 1 м от пола первого этажа);

- средневзвешенное значение удельного веса грунта, взятое на верхней границе доверительного интервала при α = 0,95, вычисляемое по формуле:

где – средневзвешенное значение нормативных величин удельного веса грунта;

– средневзвешенное значение удельного веса грунта для расчета по первой группе предельных состояний.

Толщина стен приямка ил стен подвала b_ст определяются по изгибающему моменту:

и поперечной силе:

используя приближенные формулы для определения рабочей высоты сечения h_o:

и проверки выполнения условия расчета на поперечную силу:

В формулах (4.28 -4.29) R_b и R_bt – расчетные сопротивления бетона класса В15, В20 соответственно осевому сжатию и растяжению, принимаемые по таблице 13 СНиП 2.03.01-84 «Бетонные и железобетонные конструкции»; γ_b3 = 0,85 – коэффициент условий работы бетона; b = 1 м – ширина сечения.

Толщина стенки приямка (подвала):

где а – толщина защитного слоя бетона, принимаемая для конструкций, работающих в водонасыщенном грунте, не менее 3,5 см.

В то же время должно выполняться условие:

От давления воды днище приямка (пола подвала) рассчитывается на равномерно распределенную нагрузку:

где γ_fw= 1,1; γ_f = 0,9 – коэффициенты надежности от давления соответственно воды и бетона;

γ_бет ≈ 25 кН/м³ – удельный вес бетона;

h_δ – толщина днища, принимаемая в первом приближении равной 0,2-0,4 м.

Полоса днища шириной 1 м рассчитывается на изгиб от момента:

где b_n – ширина приямка а свету;

b_cm – определяется по формуле 4.30.

При заложении подвала (приямка) выше УПВ днище подвала (приямка) рассчитывается на изгибающий момент, определяемый уравнением (4.29) от условного реактивного давления q_усл = 25 кН/м².

Устойчивость приямка на всплывание в условиях строительства обеспечивается, если выполняется условие:

где γ_fw = 1,1; γ_f = 0,9; γ_n = 1,2 – коэффициент надежности по назначению сооружения;

А_о – площадь днища приямка;

G – собственный вес стен и днища.

Если условие (4.34) не выполняется, необходимо разработать конструктивные мероприятия по предотвращению всплытия (например, увеличение толщины стен и днища, анкеровка путем соединения стен приямка с полом здания, выпуск консолей днища, вовлекающих в работу окружающий грунт и т.п.).

Пример 9: Рассчитать технологический приямок по варианту задания 0 (см. табл. 1.1). Глубина пола приямка h_пр = 4,0 м, уровень подземных вод принять по литологическому разрезу II-II (см. рис.4.3а), абсолютная отметка пола здания 77, 20 (см. пример 1), класс бетона В15.

Решение: Абсолютная отметка днища приямка соответствует 77,20 – 4,00 = 73,20 м. Задаваясь толщиной днища h_δ = 200 мм, находим глубину заложения приямка от уровня планировки:

d_b = 77,05 – 73,00 = 4,05 м.

Высота столба воды (по литологическому разрезу по рис.4.3а):

h_w = 75,50 – 73,00 = 2,5 м.

Средневзвешенное значение нормативных величин удельного веса грунта:

Средневзвешенное значение удельного веса для расчета по первой группе предельных состояний:

Средневзвешенное значение удельного веса грунта, взятое на верхней границе доверительного интервала при α = 0,95 по формуле (4.25):

Равнодействующие активного давления грунта Е₁, боковой пригрузки Е₂ и воды Е₃ по формулам (4.22-4.24) (см. эпюры на рис.4.16) на 1 м длины приямка:

Максимальный изгибающий момент в уровне днища приямка по формуле (4.26):

Поперечная сила по формуле (4.27):

Определяем расчетную высоту сечения по формуле (4.28):

и проверяем условие (4.29):

Условие (4.29) выполняется, следовательно, расчет на действие поперечной силы производить не требуется. Принимаем толщину защитного слоя а = 4 см, тогда толщина стенки приямка 30 см (по формуле 4.30) удовлетворяет условию 4.31:

Окончательно принимаем b_cm = 30 см.

По формуле (4.32) определяем равномерно распределенную нагрузку на днище приямка от давления воды:

Максимальный изгибающий момент от этого давления по формуле (4.33):

Расчетная высота сечения днища по приближенной формуле (4.28):

Принятая толщина днища h_δ = 20 см > h_o + а = 18 см и удовлетворяет условию:

Оставляем h_δ = 20 см.

Проверяем устойчивость приямка против всплытия по условию 4.34:

- площадь днища А_о = 1 × 4,6 = 4,6 м²,

- собственный вес стены и днища

G = 4,6 × 0,2 × 25 + 4,5 × 0,3 × 1,0 × 25 × 2 = 90,5 кН;

Условие (4.34) не выполняется, т.к. усилие от давления воды 126,5 кН > 67,9 кН собственного веса приямка.

Для предотвращения всплывания выпустим с каждой стороны из днища приямка консоли длиной по 50 см. Тогда вес консолей и грунта, пригружающего консоли с каждой стороны, составит:

G_доп = (0,5 × 0,2 × 1× 25 + 15 × 4,05 × 0,5 ×1,0) × 2 = 65,8 кН

дополнительная сила от давления воды на днище:

0,5 × 1× 10 × 2,5 × 2 = 25 кН.

Левая и правая части неравенства (4.34):

Условие 4.34 по-прежнему не выполняется. Необходимо предусмотреть дополнительную анкеровку приямка, например, к полу цеха с усилием в анкере не менее 37 кН на 1 пог. м приямка. Другой путь увеличить толщину стен и днища.

4.7 Оценка агрессивности подземных вод и разработка рекомендаций по антикоррозийной защите фундаментов.

В соответствии со СНиП 2.03.11-85 «Защита строительных конструкций от коррозии» /17/ вода – среда по степени воздействия на конструкции из бетона и железобетона подразделяется на агрессивную, среднеагрессивную, слабоагрессивную и неагрессивную.

В бетонах различают коррозионные процессы трех основных видов, характеризующиеся:

I – выщелачиванием растворимых компонентов;

II – образованием растворимых соединений ил продуктов, не обладающих вяжущими свойствами, в результате обменных реакций между компонентами цементного камня и жидкой агрессивной средой;

III – образованием и накоплением в бетоне малорастворимых солей, увеличивающихся в объеме при переходе в твердую фазу.

Оценка агрессивности подземных вод и разработка способов антикоррозийной защиты подземной части здания выполняется для принятого в проекте основного варианта фундаментов. Исходные данные и методические указания этой части проекта:

- химический анализ подземных вод (принимается из табл. 4.3 настоящего пособия в соответствии с вариантом грунтовых условий);

- условия контакта воды и бетона характеризуются положением уровня подземных вод и возможным капиллярным поднятием воды (в песчаных грунтах на (0,3-0,6) м; в супесях на (0,8-1,2) м; в суглинках на (1,2-1,6) м; в глинах на (2-4)м над УПВ);

- фундаменты относятся к безнапорным сооружениям, а технологический приямок, либо подвал - к напорным:

- грунты, прилегающие к фундаменту, считаются слабофильтрующими при коэффициенте фильтрации k_f < 0,1 м/сутки и к сильно- и среднефильтрующим при k_f ≥ 0,1 м/сутки, если поверхность фундамента, например, свайного или на искусственной подушке соприкасается с несколькими слоями грунта, то в расчет следует принимать k_f наиболее фильтрующего элемента:

- по температурным условиям следует считать, что фундамент эксплуатируется, в основном, в интервале невысоких положительных температур;

- для фундаментов на естественном или искусственном основании и ростверков свайных фундаментов применяется тяжелый бетон средней плотности нормальной проницаемости, а для забивных свай – бетон повышенной плотности, пониженной и особо низкой проницаемости;

- при оценке коррозионных процессов всех видов следует предусматривать применение бетона на обычном портландцементе, за исключением коррозии III вида – сульфатной, при которой возможна оценка и, следовательно, применение сульфатостойкого портландцемента и портландцемента с умеренной экзотермией; применение шлакопортландцемента и пуццолановых портландцементов не допускается, как не обеспечивающих требуемой морозостойкости бетона фундаментов, например, при строительстве в зимний период.

Указанные ограничения облегчают оценку агрессивного воздействия воды – среды и принятие решений по антикоррозионной защите.

Для сопоставления исходных данных химического анализа воды с нормальными значениями по таблицам 5-7 СНиП /17/ рекомендуется использовать форму записи в виде таблицы (см. табл. 4.10 к примеру №10).

Если для принятых ограничений по проницаемости бетона результаты агрессивности воды-среды указывают на возможность обеспечения необходимой стойкости конструкций фундамента за счет выполнения проектных требований по табл. 10 и 11 СНиП /17/, то в пояснительной записке и в примечаниях к чертежу курсового проекта указываются:

- вид вяжущего и заполнителя бетона (по п.п.2.11, 2.12, 2.13 СНиП /17/);

- показатели проницаемости бетона по табл. 1 СНиП /17/ (марка по водопроницаемости, водопоглощение, водоцементное отношение);

- толщина защитного слоя бетона и требования по трещиностойкости (допускаемая ширина раскрытия трещин) по таблицам 11 СНиП /17/.

В тех случаях, когда долговечность фундамента не может быть обеспечена только выполнением проектных требований, должна предусматриваться защита от коррозии: для подошвы фундаментов или ростверков – по п.2.33 СНиП /17/; для боковых поверхностей фундаментов или ростверков – по п.2.34 и приложению 5 к СНиП /17/; для железобетонных свай – по п.п.2.37, 2.38 СНиП /17/ и приложению к настоящему руководству.

Дата добавления: 2014-11-06