Примеры расчета фундаментов на коротких пирамидальных сваях
Требуется произвести расчет свайных ленточных фундаментов под кирпичные стены производственного здания комплекса крупного рогатого скота. На фундаменты действует равномерно распределенная нагрузка, равная 215 кН/м.
Грунтовые условия строительной площадки с дневной поверхности представлены: почвенно-растительным слоем, переходящим в суглинок твердый влажный; мощность слоя 1,9-2,1 м; суглинком полутвердым, влажным; мощность слоя 1,1-1,5 м; суглинком мягкопластичным, насыщенным водой; мощность слоя 0,9-1,2 м; суглинком полутвердым, насыщенным водой; мощность слоя 2,8-3,0 м; суглинком тугопластичным, насыщенным водой; мощность слоя 1,5-2,3 м; супесью пластичной, насыщенной водой, серого цвета и с прослойкой песка; мощность слоя 1,4-2 м; песком средней крупности неоднородным, насыщенным водой; мощность слоя не пройдена, но не менее 5 м.
Уровень грунтовых вод зафиксирован на глубине 3,4 м. По характеристикам каждого слоя и с учетом рельефа местности в качестве несущего слоя основания принимаем 3-й и 4-й слои грунта.
Определяем тип просадочной толщи. Просадочными условно считаются грунты, у которых величина относительной просадочности.
Просадочными являются лишь грунты 3-го слоя с 0,01, остальные слои - непросадочные. Определим тип просадочности грунтов 3-го слоя. Величина возможной просадки грунта от собственного веса. Следовательно, грунтовые условия данной площадки относятся к I типу по просадочности.
Расчет несущей способности сваи
Принимаем короткие пирамидальные сваи с параметрами: размер стороны верхнего сечения; размер стороны нижнего сечения 0,07 м; длина сваи 2,0 м; угол коничности 9°.
Осадку основания фундамента с использованием расчетной схемы основания в виде упругого линейно-деформируемого полупространства определяем методом послойного суммирования осадок отдельных слоев в пределах сжимаемой толщи основания. Для построения эпюр давления разделим толщу ниже острия сваи на элементарные слои толщиной. Принимаем 48 см. Дальнейший расчет производим в табличной форме.
Дополнительное давление, вызывающее осадку фундамента, определяется как разность среднего давления, передаваемого фундаментом, и природного, давления.
Нижняя граница сжимаемой толщи для условия находится на отметке 2,4 м от подошвы условного фундамента.
Осадку каждого слоя грунта ниже подошвы условного фундамента определяем. Общая осадка основания фундамента 1,26 см, что меньше предельно допустимой осадки фундамента для проектируемого здания, равной 8 см.
Условие соблюдается, следовательно, принятый фундамент на коротких пирамидальных сваях соответствует условиям расчета основания по деформациям.
Требуется произвести расчет несущей способности пирамидальных свай в песчаных грунтах. Грунты площадки сложены аллювиальными пойменными отложениями реки и представлены с дневной поверхности до глубины 2,2 м песком мелким желто-бурым средней плотности влажным и с глубины 1,2 м - водонасыщенным.
Испытания свай статической нагрузкой
Основные физико-механические характеристики грунта: плотность грунта 1,64 т/м3; плотность сухого грунта 1,59 т/м3; коэффициент пористости 0,68; угол внутреннего трения 32°; удельное сцепление 5,0 кПа.
Для расчета принимаем короткую пирамидальную сваю, погружаемую с дневной поверхности, со следующими параметрами: длина сваи 1,6 м; размер стороны верхнего сечения 0,8 м; нижнего сечения 0,07 м; угол коничности 12°50; площадь боковой поверхности 2,858 м2; 0,974; 0,228.
На строительной площадке были выполнены испытания свай статической нагрузкой и их несущая способность принята равной 570 кН, что на 4,6% меньше расчетного значения. Это свидетельствует о высокой сходимости расчетных данных с результатами испытаний свай статической нагрузкой.
Предварительный подбор размеров пирамидальных свай при проектировании фундаментов производится весьма приближенно исходя из типа и мощности несущего слоя грунта, глубины его промерзания, возможной длины сваи и ее угла коничности, а также с учетом рекомендуемых типоразмеров пирамидальных свай. Следовательно, для подбора оптимальных размеров сваи в конкретных грунтовых условиях необходимо произвести расчет несущей способности практически всех свай, что увеличивает и усложняет расчетную часть на стадии разработки проекта. Рассмотрим пример подбора оптимальных по несущей способности размеров короткой пирамидальной сваи.
Площадка строительства представлена с дневной поверхности До глубины 2,3 м мелким маловлажным средней плотности песком со следующими физико-механическими характеристиками грунта: плотность рo=1,95 т/м3; влажность №=17,6%; коэффициент пористости 0,61; плотность сухого грунта рск=1,64 т/м3; плотность частиц песчаного грунта 2,70 т/м3; угол внутреннего трения ф=32°. Ниже до отметки 9,0 м залегает песок мелкозернистый с большой примесью пылевых частиц водонасыщенный с 1,39 т/м3, 26°. Уровень грунтовых вод на 2,0 м ниже дневной поверхности.
Расчетная нагрузка на сваю W=750 кН.
Учитывая сравнительно небольшую мощность слоя песчаного грунта средней плотности, подстилаемого более слабым песчаным грунтом, длину пирамидальной сваи для первоначального расчета следует принимать минимальной, чтобы не было полной прорезки первого слоя песчаного грунта.
Принимаем размеры короткой пирамидальной сваи: длина 1,5 м; размер стороны верхнего сечения d=0,60 м; нижнего сечения 6 = 0,07 м; площадь боковой поверхности сваи 1,950 м2; угол коничности а=10°20; объем сваи Vc=0,193 м3.
Аналогично получим значения Р для трех свай длиной 2 м каждое из которых меньше расчетной нагрузки на сваю 750 кН. Выполнив расчет шестой сваи, видим, что расчетная нагрузка, допускаемая на сваю, Рe = 776 кН удовлетворяет условию W Таким образом, для проектирования необходимо примять короткую пирамидальную сваю длиной 2,5 м, сечением вверху 80x80 см, объемом 0,6 м3 и с углом коничности 8°20. Расчетная нагрузка, допускаемая на сваю, в этом случае составляет 776 кН.
Такой подбор оптимальных размеров коротких пирамидальных свай по их несущей способности даже в конкретных условиях является трудоемким и не всегда на практике позволяй учесть все факторы, влияющие на сопротивление сваи внешней нагрузке, особенно влияние угла коничности при равном объеме свай. Не исключена необходимость учета и других факторов при выполнении расчета. Так, исходя из большой расчетной нагрузки на сваю 750 кН при проектировании можно сразу же принять для расчета сваю со большим объемом, чем это сделано в приведенном выше расчете. Например, для пирамидальной сваи 2,5 м; d = 0,9 м; 9° и 0,75 м3 расчетная допускаемая нагрузка 940 кН.
Безусловно, это удовлетворяет расчетному условию NПрименение ЭВМ для определения несущей способности и оптимальных размеров пирамидальных свай
Задача наиболее эффективного выбора оптимальных размеров коротких пирамидальных свай и соответствующей им несущей способности в конкретных грунтовых условиях значительно проще решается с применением электронно-вычислительных машин.
Исходными данными для расчета свай являются физико-механические характеристики грунта и расчетная нагрузка на сваю. В качестве постоянного массива данных служат.
Таблица типоразмеров свай, в которой имеется количество свай с расчетными значениями.
Таблица значений коэффициента. Таблицы значений, зависящих от типа грунта и коэффициента пористости.
Таблица нормативного отпора уплотненного грунта для песчаных грунтов.
Таблица нормативного отпора уплотненного грунта для глинистых грунтов.
Для составления программы для ЭВМ необходимо идентифицировать объекты алгоритма. На основе идентификации исходных Данных, расчетных формул и таблиц для массива разрабатывается инструкция оператору для такой последовательности операций. Ввод переменных после набора на пульте машины постоянного массива в виде таблиц. Печатание ожидаемых результатов с тремя знаками.
Принципиальный подход к определению оптимальных размеров коротких пирамидальных свай по их несущей способности в Конкретных грунтовых условиях заключается в следующем. После ввода исходных данных, в том числе и постоянного массива в вид таблиц, производится восстановление цикла путем введения переменных величин по первой строке. Затем машина производит вычисление по идентифицированным расчетным формулам.
Проверка условий производится на логическом блоке, и, если условие соблюдается, необходимые результаты печатаются. В случае несоблюдения условия N>P производится вставка, т. е. в машину вводятся переменные значения из следующей позиции таблицы. Такой расчет машиной производится до удовлетворения условия.
Следует обратить внимание на то, что в случае применения других типоразмеров свай, не учтенных таблицей, которые, безусловно, встречаются в практике строительства, следует производить корректировку этой таблицы с учетом логических возможностей изменения несущей способности пирамидальных свай в зависимости от их длины, угла коничности и объема. Это будет способствовать сокращению времени работы машин для получения наиболее оптимальных результатов.
Применение ЭВМ позволяет не только упростить расчетную часть при проектировании, но и получить эффективные размеры коротких пирамидальных свай для конкретных грунтовых условий, что будет способствовать наиболее экономному расходу строительных материалов.
| << ПРЕДЫДУЩАЯ ГЛАВА Расчет фундаментов на коротких пирамидальных сваях | СЛЕДУЮЩАЯ ГЛАВА >> Расчет коротких пирамидальных свай на совместное действие вертикальных и горизонтальных нагрузок | |
| << Содержание >> | ||