Рекомендації з проектування і влаштування пальових фундаментів на рухливих грунтах Приклади розрахунку пальових фундаментів за деформаціями обдимання грунту Нормативні документи

Головне меню

6. Приклади розрахунку пальових фундаментів за деформаціями обдимання грунту.

Приклад 1. Потрібно розрахувати фундаменти з буронабивних паль для одноповерхового великопанельного будинку. Найбільша довжина стіни складає 12,6 м, найменша жорсткість на вигин - 2? 10 кН? М 2. Розрахункове навантаження на фундамент складає 50 кН / м. Верх паль розташований на 0,1 м нижче поверхні.

Аналіз грунтових умов, виконаний відповідно до ВСН 29-85, показав: грунти майданчика будівництва - середньоздимистих тугопластічних суглинки щільністю r = 1,95 т / м 3. Модуль деформації грунту Е = 2,9 МПа, коефіцієнт Пуассона m = 0,30 , показник плинності JL = 0,31, кут внутрішнього тертя jI = 21 °, питоме зчеплення CI = 32 кПа, розрахункова глибина промерзання d = 1,55 м. Максимальний розрахунковий підйом грунту на глибині 0,1 м від поверхні на майданчику будівництва hf max = 8,5 см, hfmin = 2,0 см. Підйом визначений за формулою ha = hf (1 а / df) (см.п.4.2) при hfmax = 9,15 см і hfmin = 2,13 см. Останні едніе обчислені відповідно до ВСН 29-85.

Визначимо несучу здатність буронабивної палі діаметром 0,5м, довжиною 3,0 м. Вхідні у формулу (3.2) параметри і коефіцієнти рівні: коефіцієнт бокового тиску бетонної суміші - 0,9 питома вага бетонної суміші - 22 кН / м 3 - довжина ділянки палі, на якому тиск бетонної суміші на стінки свердловини лінійно зростає з глибиною, - 2 м-відносна усадка бетону при твердінні в контакті з грунтом - 0,003- середній тиск на контакті бічній поверхні палі з грунтом одно

Pср = nd .c. rd .c. (1-l 0 / 2l) l 0 - eу E / (1 - m) = 0,9? 22? (1 - 2/2? 3)? 2 - 0,0003? 2,900 / (1 + 0,3 ) = 25,73 кПа.

Коефіцієнт, що враховує зміцнення грунту при бетонуванні - 1,3 питоме зчеплення грунту з урахуванням зміцнення при бетонуванні палі - 41,6 кПа- кут внутрішнього тертя з урахуванням зміцнення грунту при бетонуванні - 27 град- гранична несуча здатність бічній поверхні буронабивної палі

Рd Пр. = Pdl (Pco. Tg j1 + c1) = 3,14? 0,5? 3? (25,73 tg 27 ° - 41,6) = 257,8 кН.

Гранично допустима середня осаду фундаментів малоповерхових будівель - 10 см-коефіцієнт, що враховує наростання опади по часу, - 0,4- коефіцієнт пропорційності, що дорівнює відношенню навантаження на п`яту палі до загальної навантаженні при граничній осадці, - 0,4- розрахункова несуча здатність короткою буронабивної палі

З урахуванням коефіцієнта надійності розрахункова вертикальна навантаження не повинна перевищувати 227,6 кН.

Таким чином, умова (3.1) задовольняється.

Виходячи з отриманої несучої здатності, приймаємо чотири рівнонапруженості палі вздовж стіни. При цьому відстань між палями Х = 3,15 м, а крайні ліва і праві палі розміщені на 1,575 м від відповідних кутів будинку навантаження на палю становить 157,5 кН.

Визначаємо підйом буронабивної палі.

Розрахунок виконуємо при максимальному обдиманні грунту ha max = 8,5 см за формулою (4.4). Попередньо визначаємо параметри: коефіцієнт b = 0,3 м -1 / 2 - опір грунту по боковій поверхні палі

= 25,73 tg 27 ° + 41,6 = 54,71 кПа;

нормативні питомі дотичні сили обдимання середньоздимистих грунтах рівні 90 кПа- власну вагу палі

= 3,14? 0,5 ​​2? 3? 22/4 = 13 кН;

узагальнена сила

Підйом буронабивної палі дорівнює

Так як попускає підйом паль великопанельних будинків дорівнює 2,5 см (див. Табл.), То умова (4.1) задовольняється.

Визначимо опади паль після відтавання грунту. Попередньо визначимо коефіцієнт

= 1,2 - 0,2 (1,55 - 0,1) / 3 = 1,1.

Перевірку умови (4.2) виконаємо за формулою (4.7).

Таким чином, умова (4.2) не задовольняється, тобто паля вже більш не в початкове положення.

Очевидно, що зменшення довжини палі дозволить знизити несучу здатність бічній поверхні палі так, що умова (4.2) виконається. Однак при цьому умова (4.1) не задовольняється. Доцільно зменшити діаметр палі.

При d = 0,35 м і l = 3 м розрахункова вертикальна навантаження, що допускається на палю, становить 159,3 кН, що більше заданої 157,5 кН. Узагальнена сила N0 = 171,4 кН, випинання h = 6 мм і умова (4.7) задовольняється:

Визначимо відносну деформацію фундаменту з буронабивних паль.

Уздовж стіни розташовані 4 палі на відстані 3,15 м один від одного.

Приймаємо підйом грунту у крайніх паль рівним 85 мм, а у середніх - 20 мм. Тоді для середніх паль узагальнена сила N0 = 155,41 кН (слабоздимистих грунт), розрахункове випинання середніх паль одно

Відносна деформація фундаменту без урахування жорсткості конструкції за формулою (4.9) дорівнює

що більше граничної, прийнятої для панельних будинків 0,00035.

Виконаємо розрахунок з урахуванням жорсткості конструкцій. Знайдемо додаткові зусилля на палі, що виникають під впливом надфундаментних конструкцій.

Оскільки система симетрична щодо середини стіни будівлі, невідомі додаткові зусилля P1 і Р2. а також підйоми паль h1. і h2 і кут повороту осі фундаменту q. Для визначення цих невідомих складемо рівняння спільності деформацій (4.14), рівняння рівноваги всіх сил і їх моментів (4.15) - (4.16) і рівняння (4.12).

Ця система рівнянь зводиться до наступного:

Це нелінійне рівняння вирішуємо шляхом підбору p1. Підставами в нього значення відповідних параметрів:

Сила p1 = 138 кН задовольняє цьому рівнянню з точністю 0,1%.

Підйом паль становить

Порівняємо h2. отримане за формулою (4.14). При цьому кут повороту

0,0042 - 6,85? 10 -4? 3,15 +138? 3,15 3/6? 2? 10 6 = 0,0024 м.

Таким чином, переміщення паль знайдені точно. Відносна деформація фундаменту з урахуванням жорсткості конструкцій дорівнює (п.4.11)

що гранично допустимої eu = 0,00035. Визначимо підйом середини стіни:

Тоді відносна деформація фундаменту дорівнює

Слід зазначити, що з огляду на р2 > N слід передбачити жорстке кріплення буронабивних паль в середині стіни з панелями. Причому кріплення слід розрахувати на розтяжне зусилля, рівне р2 - N = 9,5 кН.

Приклад 2. Потрібно запроектувати фундамент з пірамідальних паль завдовжки 3 м і розміром вгорі 0,6 м, внизу - 0,1 м. Параметри стіни будинку, навантаження і характеристики грунтів такі ж, як в попередньому прикладі.

Верх паль також заглиблений на 0,1 м нижче поверхні грунту, як і в прикладі 1.

Несуча здатність паль, отримана в результаті статичних випробувань, склала 360 кН.

Уздовж стіни приймаємо 3 палі. Відстань між палями Х = 6,3 м. Причому на крайні палі доводиться навантаження 157,5 кН, а на середню - 315 кН.

Визначимо підйоми пірамідальних паль.

У разі максимального пученія грунту hf max = 91,5 мм інтенсивність пучения перевищує 0,035, і грунт класифікується як середньоздимистих. Тому параметр t і = 90 кПа і s і = 400 кПа. Геометричні характеристики палі мають таке значення:

b = 0,6 м- l = 3 м, tg a = 0,0833- a = 4 ° 46. Вага палі G = 10,8 кН. Її заглиблення a = 0,1 м. Обчислимо параметри, що входять в формулу (4.5). Коефіцієнт h = 0,14 + 2 (df - a) / l 2 =

= 0,14 + 2 (1,55 - 0,1) / 3 2 = 0,462.

Сила опору талого грунту висмикування палі

= 4 (3 - 1,55 + 0,1) [0,6 - 0,083 (3 + 1,55 - 0,1)] 51,2 = 72,7 кH.

Тут питоме зчеплення ущільненого грунту су отримано відповідно до BCН 26-84. Для глинистих грунтів з показником текучості 0,2 < J>L? 0,5 су = 1,6 Сi = 1,632 = 51,2 кПа.

Узагальнена сила N1. діюча на крайні палі, дорівнює

N1 = [t і + s і (df - a) tga] [b - (df - a) tga] + G + Na =

= [90 + 400 (1,55 - 0,1) 0,083] [0,6 - (1,55 - 0,1) 0,083] (1,55 - 0,1) +

+ 10,8 + 72,7 = 187 кН.

Підйом пірамідальної палі визначимо за формулою (4.5). Підйом крайніх паль дорівнює

що менше граничного значення hu = 25 мм.

Так як найбільші відносні деформації спостерігаються при мінімальному обдиманні грунту близько найбільш навантаженої палі і максимальному - близько менш навантаженої, розглянемо випадок з ha = 20 мм і Nc р = 315 кН. При цьому інтенсивність здимання становить 0,014 і, відповідно, грунт відноситься до слабоздимистих. Параметри t і = 70 кПа, s і = 200 кПа. Узагальнена сила N1 ср = 144,4 кН, а підйом середньої палі hср = ​​2,9 мм.

Таким чином, умова (4.1) задовольняється. Перевірку умови (4.2) виконаємо за формулою (4.8). Для середньої палі

умова (4.2) справедливо.

Для крайніх паль (4.2) також задовольняється.

Визначимо відносну деформацію фундаменту з пірамідальних паль.

Без урахування впливу жорсткості конструкції відносна деформація по формулі (4.11) дорівнює

Вона перевищує граничне значення, рівне для панельних звань 0,00035.

Виконаємо розрахунок з урахуванням жорсткості конструкцій. Згідно виразами (4.14). (4.16) складемо рівняння рівноваги і сумісності деформацій, в яких невідомі додаткові зусилля Рк. що виникають на крайній і середньої палях під впливом надфундаментних конструкцій

q = - pk x 2 / 2EJ, а невідоме зусилля Pk визначається при вирішенні рівняння

Підставивши в рівняння (6.4) значення назв параметрів,

отримаємо

Вирішуючи це рівняння шляхом підбору визначимо pk = 151,5 кН (похибка 1,6? 10 -5).

Сила pc = -2pk = - 303 кН.

Кут повороту осі фундаменту

q = -pk X 2 / 2EJ = -151,5? 6,3 2/2? 2? 10 6 = 1,5 × 10 -3.

Згідно виразами (6.3) підйоми паль рівні

Відповідно до рівняння спільності деформацій (6.2) підйом середньої палі становить

= 0,0148 - 1,5 × 10 -3? 6,3 + 151,5? 6,3 3/6? 2? 10 6 = 0,00851 м.

У порівнянні з hcp отриманим за формулами (6.3), похибка становить 0,23%.

Згідно зі слів (4.11) відносна деформація дорівнює

що перевищує граничне значення du.

Збільшимо жорсткість стіни. Посиливши зв`язку, що з`єднують панелі між собою, одержимо EJ = 7 № 10 6 кН? М 2. Вирішуючи рівняння (6.4), визначимо pk = 174,6 кН, тоді рс = 349,2 кН, що перевищує навантаження на палю Nc = 315 кН. Тому її слід жорстко кріпити до цокольній панелі. Підйом крайней палі становить 14,2 мм, а середній - 12,1 мм. Відносна деформація фундаменту становить 0,000165, що менше граничного значення, рівного 0,00035.

Таким чином, умова (4.3) виконується.

При проектуванні сполучення середньої палі з цокольній панеллю доцільно розрахувати вузол кріплення, а також пірамідальну палю на зусилля розтягування рс - Nc = 34,2 кН.