Расчет ростверка

Введение

Фундамент — это опора здания, которая принимает на себя нагрузку и передает ее от вышерасположенных конструкций основанию.

Основные виды фундаментов: сплошные (под всем зданием или сооружением независимо от вида конструкций, опирающихся на фундамент), ленточные (под стены или из перекрестных лент под сетку колонн), столбчатые (под каждую колонну) и свайные.

В настоящее время  особую актуальность приобретает устройство свайных фундаментов при строительстве  новых или реконструировании  существующих объектов в непосредственной близости к зданиям и сооружениям в условиях плотной промышленной и городской застройки, на которые недопустимо воздействие динамичных нагрузок, возникающих при забивании свай.

Применение метода вдавливания свай открывает принципиально новые технологические возможности, преимущества которых перед другими методами погружения свай трудно переоценить. В некоторых же случаях вдавливающие технологии оказываются вне конкуренции. Ведь при данной технологии отсутствует шурф, значит, не возникает напряжения в грунте, которое передается соседним зданиям.

Запатентованная ключевая технология статического пресса самая  экономичная и продуктивная по сравнению  с ударным, виброударным, вибровдавливающим  и вибрационным способом погружения свай. В то же время, с возросшими требованиями к окружающей среде в черте города этот метод является самым многообещающим.

Самоходные свайные  копры «SUNWARD» можно приспособить к любым условиям работ. Модульная  система позволяет легко демонтировать  и транспортировать копер. А возможность машины самостоятельно передвигаться и наличие подъемного крана существенно экономят деньги на приобретение дополнительного оборудования.  Основные технологические преимущества машины — высокая производительность и точность погружения свай. Машина применяется для вдавливания железобетонных свай, труб и шпунтов различных типов и сечений.  

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Исходные данные. Анализ инженерно-геологических условий

1.1 Исходные  данные

 

Таблица 1.1- Варианты геологических  разрезов

Номер варианта	Коэффициент Мt	Послойно № грунта /мощность слоя, м
		1-й слой	2-й слой	3-й слой	4-й слой*
63	71	43/3,4	14/5,9	2/10,3	21

 

Таблица 1.2- Физико-механические характеристики грунтов

Номер грунта	ρs, т/м3	ρ, т/м3	w, д.е.	wL, %	wp, %	φ, град	С, кПа	E, кПа
42	2,73	1,60	0,60	40	15	5	5	1800
14	2,66	1,97	0,17	-	-	36	-	28000
2	2,66	2,0	0,20	-	-	42	-	40000
21	2,70	2,03	0,18	25	18	25	12	23000

 

Таблица 1.3- Гранулометрический состав песчаных грунтов

Номер грунта	>10 мм	10-5 мм	5-2 мм	2-1 мм	1-0,5 мм	0,5-0,25 мм	0,25-0,1 мм	< 0,1 мм
14	-	1	7	8	14	16	37	17
2	1	11	16	10	11	12	27	12

 

 

1.2 Анализ грунтовых условий строительной площадки

 

Для песчаных грунтов  определяем:

1. Разновидность грунта по гранулометрическому составу.

№ 14:   1%+7%+8%+14%+16%+37%=83% – песок мелкий;

№ 2:   1%+11%+16%+10%+11%+12%=61% – песок средней крупности.

2. Плотность песка по коэффициенту пористости:

,

где ρ_s – плотность твердых частиц грунта, т/м³;

ρ – плотность грунта, т/м³;

W – влажность грунта, д.е.

№ 14:   е = 2,66/1,97 (1+0,17) – 1 = 0,58 – средняя плотность;

№ 2:    е = 2,66/2 (1+0,20) – 1 = 0,596– средняя плотность.

3. Разновидность песка по степени водонасыщения.

,

где ρ_w – плотность воды, т/м³.

№14:  S_r = (2.66 * 0.17)/ (0,58 * 1,0) = 0,78 – песок влажный;

№2:    S_r = (2.66 * 0.20)/ (0,596 * 1,0) = 0,78 – песок насыщенный водой.

Для глинистых грунтов  определяем:

1. Число пластичности I_p:

;

2. Показатель текучести I_L:

;

3. Пористость e:

1 слой (№ 42):

 I_p=25;  I_L=(60-15)/25=1,8;  е=1,73 – глина текучая;

4 слой (№ 21):

 I_p=7;  I_L=(18-18)/7=0;  е=0,57  – суглинок полутвердый.

4. Удельный вес грунта γ:

γ = ρɡ

1-й слой (№ 42):

γ = 1,60 * 9,81 = 15,696 кН/м³

2-й слой (№ 14)

γ = 1,97 * 9,81 = 19,33 кН/м³

3- й слой (№ 2)

γ = 2 * 9,81 = 19,62 кН/м³

4-й слой (№ 21)

γ = 2,03 * 9,81 = 19,91 кН/м³

5. Удельный вес твердых частиц грунта γ_s:

γ_s = ρ_sɡ

 

1-й слой (№ 42):

γ_s = 2.73 * 9,81 = 26.78 кН/м³

2-й слой (№ 14)

γ_s = 2.66 * 9,81 = 26.09 кН/м³

3- й слой (№ 2)

γ_s = 2.66 * 9,81 = 26.09 кН/м³

4-й слой (№ 21)

γ_s = 2,70 * 9,81 = 26.49 кН/м³

Сводим полученные данные в таблицу.

Физико-механические характеристики грунта

Номер слоя	Толщина слоя, м	Исходные					Расчетные
		Плотность грунта ρ, кН/м3	Плотность частиц ρs, кН/м3	Природная влажность w, %	Влажность на границе  текучести wL, %	Влажность на границе  раскатанности wP, %	Удельный вес грунта γ(ysb), кН/м3	Удельный вес твердых  частиц грунта γs, кН/м3	Число пластичности IP,%	Показатель текучести IL, %	Коэффициент пористости е	коэффициент водонасыщенности Sr
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13
1	3,4	1,60	2,73	60	40	15	15,69	26,78	25	1,8	1,73	-
2	5,9	1,97	2,66	17	-	-	19,91	26,49	-	-	0,58	0,78
3	10,3	2,0	2,66	20	-	-	19,33	26,09	-	-	0,596	0,89
4		2,03	2,70	18	25	18	19,62	26,09	7	0	0,57	-

На основе проведенного анализа строится геологическая  колонка.

№ слоя	Глубина подошвы	Мощность слоя, м	Абс. Отметка подошвы	Литологический разрез	Наименование и характеристика грунта
1	3,4	3,4	212		Глина текучая
2	9,3	5,9	206,1		Песок мелкий, средней  плотности
3	19,6	10,3	195,8		Песок средней крупности, средней плотности
	↓	↓	↓

 

При расчете фундаментов  по 1 и 2 группе предельных состояний  необходимо использовать расчетные характеристики грунтов. Они определяются из выражения:

,

где X_n – нормативное значение характеристики грунта;

γ_g – коэффициент надежности по грунту.

 

Принимается в зависимости  от группы предельных состояний и  вида определяемого параметра.

Эти расчеты выполняются  для объемного веса грунта γ, угла внутреннего трения φ, сцепления с, модуля деформации Е и сводятся в таблицу.

 

Таблица 1.4- Расчетные значения характеристик грунтов

 

Номер слоя	Значения характеристик  грунтов при величине коэффициентов  надежности
	-	1,1	1,05	-	1,1	1,05	-	1,5	1,1	1
	γ	γI	γII	φ	φI	φII	c	cI	cII	Е
1	15,696	14,27	14,95	5	4,5	4,76	5	3,3	4,5	1800
2	19,91	18,1	18,96	36	32,7	34,28	-	-	-	28000
3	19,33	17,57	18,04	42	38,18	40	-	-	-	40000
4	19,62	17,84	18,68	25	22,7	23,8	12	8	10,9	23000

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Определение разменов и материала свайного фундамента

Свайный фундамент состоит  из ростверка и куста свай. Ростверк представляет собой сплошную железобетонную плиту, размещаемую на 0,5 м ниже отметки земной поверхности.

Ширина и длина ростверка  принимается на 0,3-0,5м больше ширины и длины опоры моста (а₀, b₀).

Высота ростверка принимается  из следующих соображений: свая должна быть заделана в тело ростверка на величину двух поперечных размеров сечения сваи.

Расстояние между верхней  гранью ростверка и верхним концом сваи должно быть не менее 0,5м для исключения продавливания плиты.

Основным материалом ростверка является железобетон  класса В20 и выше.

Наибольшее распространение  для фундаментов мостов получили сплошные сборные железобетонные сваи квадратного сечения- СМ 14-40 (В35), СМ 16-40 (В35), СМ 18-40 (В40).

В качестве основной рабочей  арматуры свай применяют арматуру

А400 (А) – 4 стержня диаметром 18-24мм.

Предварительно принимаем сваи СМ14-40, класс бетона В-35, рабочая арматура четыре стержня диаметром d=16 мм, класса А400.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 1- Схема расположения фундамента

 

 

3 Определение  несущей способности сваи

3.1 Определение  несущей способности свай

Определение несущей  способности забивной железобетонной сваи:

F_d = g_c×j×(g_сb×R_b×A_b + R_sс×A_s),

где   γ_C, γ_CR – коэффициенты, принимаемые в зависимости от типа и размеров сваи (для данных условий γ_C=γ_CR=1);

φ – коэффициент продольного изгиба, для низкого ростверка j = 1;

R_b – расчетное сопротивление бетона осевому сжатию, кПа,

R_b=17500кПа;

A_b – площадь поперечного сечения бетона сваи, м², A_b=0,16м²;

R_sс – расчетное сопротивление арматуры сжатию, кПа,

R_sс=330000 кПа;

A_s – площадь поперечного сечения продольной арматуры, м²,

A_s=0,0008 м².

 

F_d = 1×1×(1×17500×0,16 + 330000×0,0008)=3064 кН

 

3.2 Определение несущей способности свай по грунтам основания

Несущую способность  свай по грунтам основания определяем по формуле:

где  g_c ,g_cR ,g_cf – коэффициенты, принимаемые для данных условий равными 1;

R – расчетное сопротивление грунта под нижним концом сваи, кПа,

R=4440 кПа;

A – площадь опирания на грунт сваи, м², А=A_B=0,016 м²;

u – наружный периметр поперечного сечения сваи, м, u=1,6м;

f_i – расчетное сопротивление i-го слоя грунта основания на боковой поверхности сваи, кПа;

h_i – толщина i-го слоя грунта, соприкасающегося с боковой поверхностью сваи, м;

 

Таблица 3.1- Расчет несущей  способности свай

hi , м	zi , м	fi , кПа
h1 = 1.4	2,7	0
h2 = 1,5	4,15	38,3
h3 = 1,5	5,65	41,3
h4 =1,4	7,1	43,1
h5 = 1,5	8,55	44,55
h6 = 1,5	10,05	65,07
h7 = 1,5	11,55	67,17
h8 = 1,5	13,05	69,27
h9 = 1,4	14,5	70,6

 

F_d=1×(1×4440×0,016+1,6×(57,45+61,95+60,34+66,825+97,605+100,755+103,905+98,84))=1108,57 кН

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4. Определение количества свай

Количество свай определяется по формуле:

где k – коэффициент приближенно учитывающий вес ростверка и действие момента от горизонтальных сил, принимается k=1,3;

F_d – минимальная несущая способность сваи по грунту или материалу,

кН, F_d=1108,57 кН;

γ_k – коэффициент надежности, принимаемый для фундаментов опор мостов с низким ростверком γ_k=1,4.

N_I' –вертикальная нагрузка на фундамент, кН, определяемая по формуле:

N_I'=1,1× (N_o +N_п)+ g_f ×N_вр ,

N_I'=1,1×(4440+1090)+1,20×5200=12323 кН

_{n= (1,3 * 12323 * 1,4)/1108,57 = 20,23}

Окончательно выбираем 21 сваи.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 4.1- Расположение свай в ростверке

5 Расчет свайного  фундамента по несущей способности

Расчет свайного фундамента по несущей способности выполняется путем проверки условия:

,

где   N_I – полная расчетная вертикальная нагрузка, кН, с учетом веса ростверка и свай, определяемая по формуле:

,

N₀, N_n, N_вр – приведены в исходных данных, кН;

N_р – вес ростверка, кН;

,

γ_b=25 кН/м³;

V_p – объем ростверка, м³, за вычетом заделки свай;

N_p = 251.72 * 25 = 6293 кН

N_св – суммарный вес свай, равный их количеству n, умноженному на вес одной сваи, кН,  N_св=1560кН;

N_гр – нагрузка от веса грунта на уступах ростверка (с учетом взвешивающего действия воды, если оно имеет место), кН; (не учитывам).

N_w – нагрузка от веса воды, действующей на уступы ростверка, если он врезан в водонепроницаемый грунт, кН;

γ_f – коэффициент, приведенный в исходных данных;

_{N1 = 1.1 (4440+1090+6293+119.7)+1.20*5200=19376.97кН;}

M_y, M_x – расчетные моменты относительно главных осей плоскости подошвы ростверка соответственно от тормозной силы и от поперечных ударов определяется по формулам:

;

,

_{Му = 1,1*520(1,1+18+14)=18933,2}

_{Мх= 1,1*280(1,1+18+14)=10194,8}

где h_р – высота ростверка, h_р=14 м;

F_d – минимальная несущая способность сваи по грунту или по материалу, определенные ранее, кН,  F_d=1108,57 кН;

γ_k – коэффициент надежности, принимаемый для фундаментов опор мостов с низким ростверком γ_k =1,4;

n_i – количество свай в ряду;

x_i, y_i – расстояние от главных осей до оси каждого ряда свай, м;

x_max, y_max – расстояние от главных осей до крайних рядов свай, м.

 

N_max=(19376.97/21)+(18933,2*0,8/13,44)≤(3064/1,4)

N_max=2049≤2188

Вывод: Условие выполняется, усиление фундамента не требуется.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Заключение

 

В ходе расчетно-графической  работы были определены физико-механические характеристики грунтов, определены размер и материал свайного фундамента, несущая способность сваи, количество свай, произведен расчет свайного фундамента по расчетной способности.

 

Список используемых источников

 

1. СП 35.13330.2011. Мосты и трубы. Актуализированная редакция СНиП 2.05.03-84*. - М.: ОАО «ЦПП», 2011. – 341 с.
2. СП 24.13330.2011 Свайные фундаменты. Актуализированная редакция СНиП 2.02.03-85. - М.: ОАО «ЦПП», 2011. – 86 с.
3. Глотов Н. М. Основания и фундаменты мостов: справочник / Н.М. Глотов; Н.М. Глотов, Г.П. Соловьев. – М.: Транспорт, 1990. – 240 с.
4. Б.И. Долматов. Основания и фундаменты. М.: АСВ, 2002 г.
5. Механика грунтов, основания и фундаменты: учеб. пособие / И.И. Бахарев, В.И. Бахарев, Н.П. Грачева. – Хабаровск: ДВГУПС, 2008. – 93 с.