Расчет несущей способности сваи

Несущая способность забивной сваи состоит из двух составляющих: несущая способность за счет бокового трения и сопротивление под торцом сваи. В зависимости от того, какая составляющая больше, свая называется "висячей", либо "сваей-стойкой". Ниже приведен пример расчета сваи.

F_d – несущая способность сваи определяется по формуле:

где γ_с – коэффициент условной работы сваи в грунте; γс=1;

R – расчетное сопротивление грунта под нижним концом сваи, кПа

A – площадь поперечного сечения сваи, м2;

U – наружный периметр поперечного сечения сваи, м;

f_i – расчетное сопротивление i-го слоя грунта основания по боковой поверхности сваи, кПа, принимаемое по таблице 2[9] или аналогичных таблиц 11.2 [1] или 9.2 [2];

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

γ_CR, γ_сf – коэффициенты условной работы грунта соответственно под нижним концом и на боковой поверхности сваи, принимаемые по таблице.

В данном случае γ_CR = γ_сf =1, [9].

Находим значения R и f_i для наших инженерно-геологических условий .

- для суглинка тугопластичного с I_L=0,4 на глубине 8,7 м R=2313, 33 кПа

- для глины тугопластичной с I_L=0,28 на средней глубине слоя z₁=1,5 м, f₁=28,9 кПа

- для супеси пластичной с I_L=0,2 на средней глубине слоя z₂=2,3 м, f₂=43,8 кПа

- для песка крупного средней плотности на средней глубине слоя z₃=4 м, f₃=11,10 кПа

- для суглинка тугопластичного с I_L=0,4 на средней глубине слоя z₃=6,25м, f₄=31,25 кПа

Площадь поперечного сечения сваи A=0,32=0,09 м2.

Периметр площади поперечного сечения сваи U=1,2 м.

F_d=1[1·2313,33·0,09+1,2(28,9·0,2+43,8·1,6+11,10·3,4 +31,25·0,7)]=

=208,2+1,2·135,47=370,76 кН

Расчетная допускаемая нагрузка на сваю Р_св определяется по формуле: =264,63 кН где

γ_k – коэффициент надежности. Если F_d определена расчетом, как в нашем случае, γ_k=1,4 (п 3.10 [8]).

8d² – осредненная грузовая площадь вокруг сваи, на которую предается нагрузка от собственного веса ростверка, надростверковой конструкции и грунта на ростверке;

d – диаметр (сторона сваи);

h – высота ростверка и надростверковой подземной конструкции, нагрузка от которых не вошла в расчет при определении NI;

γ_CP – средний удельный вес грунта и бетона над ростверком

Произведение 8d²hγ_CP приближенно учитывает собственный вес ростверка, надростверковой конструкции и грунта на обрезе ростверка, приходящийся на одну сваю.

=1,92 сваи/пог.м

Определяем расстояние a между осями свай.

=0,52 м

Сваи в составе фундамента должны размещаться на расстоянии, равном (3-6) d между их осями. Очевидно, что наиболее экономичным был бы ростверк с однорядным расположением свай при расстоянии а между их осями, равном 3d=0,9 м. Но, так как полученное значение a=0,52 м < 0,9 м, приходиться принимать двухрядное расположение свай, с тем, чтобы расстояние между соседними сваями одного и другого рядов составляло 3d=0,9 м, а по длине ростверка – 0,52 м. При этом расстояние СР между рядами свай определяется из треугольника abc (рис. 10.2).

=0,53 м

Расстояние от внешней грани вертикально нагруженной сваи до края ростверка принимается равным 0,2d+5 см при однорядном размещении свай и 0,3d + 5 см при двух и трех рядном (d – в см), но не менее 10 см. Исходя из этого получаем ширину ростверка (рис.10.2):

bp=0,53+2?0,15+2(0,3?30+5)=1,11 м.

Высота ростверка ленточного двухрядного фундамента должна определяться по условию продавливания его сваей. Но, так как в данном случае расстояние от внутренней грани сваи до внешней грани стены подвала составляет 120 мм > 50 мм, то есть почти половина площади поперечного сечения сваи попадает под стену, то продавливание ростверка оказывается невозможным и расчет на продавливание не производится. Поэтому, из конструктивных соображений и практики строительства, оставляем hp=0,5 м и не делаем пересчетов по п.п. 2, 3, 4 и 5. Итак полученные размеры ростверка составляют:

ширина b_p=1,11 м, высота h_p=0,5 м.

Расчет предусматривает проверку выполнения условия I предельного состояния:

, где

F – расчетная нагрузка передаваемая на сваи, то есть фактическая нагрузка;

F_d – расчетная несущая способность грунта основания одиночной сваи (несущая способность сваи по грунту);

– расчетная нагрузка допускаемая на сваю.

γ_k – коэффициент надежности, равный 1,4.

Вычисление фактической нагрузки F, передаваемой на сваю.

Вес ростверка Q_p=1,11?1?0,5?24=13,32 кН;

Вес надростверковой конструкции Q_НК (одного погонного метра стены подвала) из 3 блоков ФБС24.4.6 и одного доборного ФБС12.4.3:

Q_НК=(0,6?0,4?1 3+0,3?0,4 1)22=18,48 кН;

Общий вес Q ростверка и надростверковой конструкции:

Q=Q_p+Q_HK=13,32+18,48=31,8 кН;

, ,

Вес грунта на внешнем обрезе ростверка Gгр=1,9?0,35? γср,

где γср – средний удельный вес засыпки пазухи, 18 кН/м3:

Gгр=1,9?0,35?18=11,97 кН

Пригрузка внутреннего обреза ростверка бетонным полом подвала GП

G_П=0,405?0,2?1?22=1,78 кН.

Общий вес G пригрузки грунтом и полом подвала:

G=G_гр+G_П=11,97+1,78=13,75 кН.

Расчетная допускаемая нагрузка на сваю

= =253,5 кН

Проверяем выполнение условия первого предельного состояния:

, или, что то же, ,253,5≤264,63– условие выполняется.

Следовательно, размещение свай в плане и ширина ростверка принимается для дальнейших расчетов. Принятые размеры свайного фундамента будут считаться окончательными при удовлетворении условия расчета по второму предельному состоянию – по деформациям.

Стоит отметить, что расчет по грунту является чисто теоретическим и основан на геологических данных. Учитывая факт того, что изыскатели далеко не всегда ответственно подходят к своей работе, а также что часть данных получается методом интерполяции, основой для принятия окончательного решения о длине и количестве свай, должны быть результаты полевых испытаний свай.