Распределение

z нагрузок, действующих на ростверк, между сваями в кусте.

Расчетные формулы имеют вид:

Ni =

N d ±

n

M x × yi ±

n

y 2

M y × xi

;

n

x 2

Qi =

Qd,

n

(6.3)

å i

i =1

å i

i =1

где Nd, Mx, My, Qd – нагрузки, действующие на ростверк, приведенные к его центру тяжести; n – количество свай в кусте; xi, yi – координаты центра i -ойсваи; Ni, Qi – продольная и поперечная силы, действующие в ростверке на i -юсваю.

Определение несущей способности сваи – стойки. Несущая способность сваи – стойки рассчитывается по сечению сваи и по сопротивлению основания под нижним концом сваи (рис. 6.10 а). При определении несущей способности сечения сваи используются формулы для расчета внецентренно сжатых железобетонных сечений. При этом коэффициент продольного изгиба определяется для свободной длины сваи по формуле (6.1). Несущая способность сваи по основанию определяется по формуле:

Fd =  c × R × A,

(6.4)

где c – коэффициент условия работы; R – расчетное сопротивления грунта под нижним концом сваи; А – площадь поперечного сечения нижнего конца сваи (проекции на горизонтальную плоскость).

a) N

б) N

ip 0,025

в) N

2 2

f A

1 1 v

Узел А

ip

R f

R v

R

x x g

 =E k 

dx y

u dy

dx

y

dy

u0,i=2dx

n i i r

по 1-1 по2-2

Рис. 6.10. Схемы взаимодействия сваи с грунтом: а – свая – стойка; б – висячая призматическая свая; в – висячая свая с наклонными боковыми гранями.

Для забивных свай расчетное сопротивление грунта под пятой сваи принимается 20 МПа. Для набивных и буровых свай расчетное сопротивление грунта под нижним концом сваи рассчитывается по формуле:

R = R сж



æ l

× ç d

ç d

ö

÷

+1,5÷,

(6.5)

g è f ø

где Rсж – предел прочности скального грунта на одноосное сжатие в состоянии полного водонасыщения; g – коэффициент надежности по грунту, равный 1,4; ld – глубина заделки сваи в скальный грунт; df – диаметр заделанной в скальный грунт части сваи.

Определение несущей способности висячих свай с параллельными боковыми гранями. Несущая способность таких свай рассчитывается как сумма сопротивлений грунта под нижним концом и по боковым поверхностям сваи (рис. 6.10 б). Сопротивление грунта под нижним концом определяется величиной его расчетного сопротивления R, зависящего от вида и состояния грунта и глубины погружения сваи в грунт. Сопротивление

грунта по боковым поверхностям сваи определяется силами трения и сцепления. Указанные силы суммарно учитываются расчетным сопротивлением грунта f по боковой поверхности. Расчет несущей способности сваи выполняют по формуле:

c ç CR å c f

d

F =  æ  R A + u 

ö

f h,

i i ÷

(6.6)

è i ø

где c, CR, cf – коэффициенты условий работы соответственно сваи, под нижним концом и по боковой поверхности (например, при погружении забивной сваи в лидерную скважину cf равен 0,5); А – площадь поперечного сечения сваи; u – периметр боковой поверхности сваи; fi – расчетное сопротивление i –го слоя грунта по боковой поверхности; hi – толщина i –го слоя грунта; R – расчетное сопротивление грунта под нижним концом сваи.

Для забивных и погружаемых без выемки грунта свай расчетное сопротивление грунта R определяется по таблицам СНиП на проектирование свайных фундаментов и изменяется в пределах от 600 до 15000 кПа. Для набивных и буровых свай величина расчетного сопротивления грунта под нижним концом сваи рассчитывается по формуле:

4 1 I 2 3 I

R = k ×  × ( ×  ' × d +  ×  ×  × h),

(6.7)

где d – диаметр сваи; h – глубина заложения сваи; k – коэффициент условий работы; a1- a4– коэффициенты прочности, принимаемые по таблицам СНиП на проектирование свайных фундаментов в зависимости от угла внутреннего трения грунта; I – расчетное значение удельного веса грунта в основании сваи; I – то же, осредненное по длине сваи.

i

Определение несущей способности свай с наклонными боковыми гранями. Наклон боковых поверхностей сваи к вертикали ip не должен превышать 0,025 (25 мм на метр). Особенностью работы таких свай (рис. 6.5) является наличие нормального давления на боковых поверхностях (расклинивающий эффект). При этом несущая способность сваи увеличивается на величину проекции на вертикальную ось сил бокового давления (рис. 6.10 в). Расчетные формулы имеют вид:

Fd =  c

× é R × A +

ê

ë

å hi

i

(u

fi

+ u 0, i

× i p

Ei

ki

×  r

)ù,

ú

û

(6.8)

где ui – периметр i –го сечения сваи; u0,i – периметр граней в i –омсечении, имеющих наклон; Ei – модуль деформации i -гослоя грунта;

ki – коэффициент, зависящий от вида грунта (изменяется от 0,5 до 0,9);

r - реологический коэффициент, равный 0,8.

Расчет забивных свай на выдергивание. Предполагается, что при выдергивании анкерных свай грунт сопротивляется только по боковым поверхностям сваи. Расчетная формула имеет вид:

Fdu

=  c × u × å  c f

i

fi × hi.

(6.9)

Расчет свай на горизонтальные и моментные нагрузки. Расчетная схема сваи (рис. 6.11) представляется в виде стержня в упругой среде с боковым коэффициентом жесткости, вычисляемым по формуле:

Cz i

= Ki × zi × d,

 c

(6.10)

где Ki – коэффициент пропорциональности для i –го слоя грунта по формуле (6.1); zi – глубина центра i –го слоя грунта, отсчитываемая от планировочной отметки; d – размер поперечного сечения сваи по грани, воспринимающей давление грунта при моментной и горизонтальной нагрузке.

Боковой коэффициент жесткости грунта изменяется от нулевого значения на поверхности основания до расчетного значения на глубине zi (см. эпюру на рис. 6.11). Расчеты выполняются с использованием вычислительных программ, например, методом конечных элементов. По результатам расчетов строятся эпюры боковых давлений грунта (рис. 6.11), ординаты которых не должны превышать значений пассивного давления грунта (см. лекцию 4 курса "Механика грунтов"). По найденным эпюрам боковых давлений грунта и заданным нагрузкам на сваю строятся эпюры изгибающих моментов и поперечных сил по длине сваи и выполняются проверки прочности ее сечений.

Учет негативного трения при расчете свайных фундаментов. Негативное трение проявляется при смещении грунтового массива относительно погруженной в грунт сваи. При этом на боковых поверхностях сваи возникают нагружающие силы трения и сцепления, обратные по направлению ранее рассмотренным удерживающим силам трения и сцепления (рис. 6.12). Зона сил негативного трения распространяется от

N x

Qy Mx

y Pg

ИГЭ-1

zi

z,i

Pg,i

1 1

ИГЭ-2

ИГЭ-3

z

по 1-1

x

y

d

Рис. 6.11. Расчётная схема сваи при действии горизонтальных и моментных нагрузок: Сz,i – боковой коэффициент жёсткости; Pg,i – боковое давление грунта на сваю.

подошвы ростверка до некоторой глубины, которая определяется следующим образом. Строится график осадки грунта вокруг сваи (рис. 6.12) по глубине грунтового массива. На этом графике находится точка с абсциссой, равной

N

0 0,5Se S

-f zn

f

R z

Sg

Рис. 6.12. Схема к определению зоны негативного трения грунта:

Sg – график осадки окружающего сваю грунтового массива; Se – осадка

сваи от нагрузки N; ZH – глубина зоны негативного трения грунтов.

половине осадки свайного фундамента от действующих на него нагрузок. Расстояние от подошвы ростверка до указанной точки (или ордината этой точки) представляет собой толщину зоны негативного трения грунта, в которой силы трения и сцепления по боковой поверхности сваи fi должны учитываться в формулах (6.6) и (6.8) с обратным знаком, т.е. как нагружающие.

Силы негативного трения учитываются в следующих случаях: при планировке территории подсыпкой толщиной более 1 м; при загрузке пола нагрузкой более 20 кПа; при увеличении эффективных напряжений в грунте вследствие понижения уровня грунтовых вод; при незавершенной консолидации грунтов современных техногенных отложений (насыпей); при уплотнении несвязных грунтов динамическими воздействиями; при просадках грунтов от замачивания (структурно неустойчивые грунты).

Расчет осадки свайного фундамента. Осадка свайного фундамента определяется методом послойного суммирования для условного фундамента (рис. 6.13), имеющего высоту, равную высоте свайного фундамента.

N

II,mt /4

DL

II,mt /4

Рис. 6.13. Расчётная схема определения осадок свайного фундамента:

Дата добавления: 2014-01-07