Задание — Компьютерное моделирование — Расчет свайного фундамента

Исходные данные:

 

План фундамента:

 

 

(Расположение свай — правильными рядами):

— Количество промежутков между рядами свай по оси X nx = 2 ;

— Количество промежутков между рядами свай по оси Y ny = 2 ;

— Расстояние между сваями вдоль оси X ca = 1 м;

— Расстояние между сваями вдоль оси Y cb = 1 м;

 

Параметры слоя 1:

 

— Толщина слоя 1 h1 = 0,2 м;

— Расчетный удельный вес грунта слоя 1 g1 = 18,4 кН/м 3;

— Глубина погружения верха слоя 1 от уровня планировки z1, 0 = 2 м;

 

Параметры слоя 2:

 

— Толщина слоя 2 h2 = 0,2 м;

— Расчетный удельный вес грунта слоя 2 g2 = 17,8 кН/м 3;

— Показатель текучести грунта слоя 2 IL2 = 0,28 ;

— Коэффициент пористости слоя 2 e2 = 0,48 ;

 

Параметры слоя 3:

 

— Толщина слоя 3 h3 = 0,2 м;

— Расчетный удельный вес грунта слоя 3 g3 = 19,1 кН/м 3;

— Показатель текучести грунта слоя 3 IL3 = 0,18 ;

— Коэффициент пористости слоя 3 e3 = 0,64 ;

 

Параметры слоя 4:

 

— Толщина слоя 4 h4 = 0,2 м;

— Расчетный удельный вес грунта слоя 4 g4 = 18,4 кН/м 3;

— Показатель текучести грунта слоя 4 IL4 = 0,22 ;

— Коэффициент пористости слоя 4 e4 = 0,48 ;

 

Параметры слоя 5:

 

— Толщина слоя 5 h5 = 0,2 м;

— Расчетный удельный вес грунта слоя 5 g5 = 18,4 кН/м 3;

 

Параметры слоя 6:

 

— Толщина слоя 6 h6 = 0,2 м;

— Расчетный удельный вес грунта слоя 6 g6 = 17,8 кН/м 3;

 

Параметры слоя 7:

 

— Толщина слоя 7 h7 = 0,2 м;

— Расчетный удельный вес грунта слоя 7 g7 = 17,8 кН/м 3;

 

Параметры слоя 8:

 

— Толщина слоя 8 h8 = 0,2 м;

— Расчетный удельный вес грунта слоя 8 g8 = 17,8 кН/м 3;

 

Параметры слоя 9:

 

— Толщина слоя 9 h9 = 0,2 м;

— Расчетный удельный вес грунта слоя 9 g9 = 17,8 кН/м 3;

 

Параметры слоя 10:

 

— Толщина слоя 10 h10 = 0,2 м;

— Расчетный удельный вес грунта слоя 10 g10 = 17,8 кН/м 3;

 

Параметры слоя 11:

 

— Толщина слоя 11 h11 = 0,2 м;

— Расчетный удельный вес грунта слоя 11 g11 = 19,1 кН/м 3;

 

Параметры слоя 12:

 

— Толщина слоя 12 h12 = 0,2 м;

— Расчетный удельный вес грунта слоя 12 g12 = 19,1 кН/м 3;

 

Параметры слоя 13:

 

— Толщина слоя 13 h13 = 0,2 м;

— Расчетный удельный вес грунта слоя 13 g13 = 19,1 кН/м 3;

 

Параметры слоя 14:

 

— Толщина слоя 14 h14 = 0,2 м;

— Расчетный удельный вес грунта слоя 14 g14 = 19,1 кН/м 3;

 

Параметры слоя 15:

 

— Толщина слоя 15 h15 = 0,2 м;

— Расчетный удельный вес грунта слоя 15 g15 = 19,1 кН/м 3;

 

Размеры сваи:

 

— Диаметр или сторона поперечного сечения сваи d = 0,4 м;

Нагрузка:

 

— Расчетная сжимающая сила на фундамент Nd = 24 тс = 24 / 0,10197162123 = 235,3596 кН;

— Расчетный изгибающий момент на фундамент Mx = 1 тс м = 1 / 0,10197162123 = 9,80665 кН м;

— Расчетный изгибающий момент на фундамент My = 1 тс м = 1 / 0,10197162123 = 9,80665 кН м;

— Плотность бетона сваи g = 25 кН/м 3;

— Коэффициент надежности по нагрузке от собственного веса сваи gn, b = 1,1 ;

 

Количество слоев:

 

— Количество слоев k = 15 ;

 

Результаты расчета:

 

1) Несущая способность висячей забивной, вдавливаемой сваи, погружаемой без выемки грунта

 

Свая — неодиночная.

 

Расположение свай — правильными рядами.

 

Количество свай в кусте:

n = (nx+1) (ny+1) = (2+1) · (2+1) = 9 .

 

Т.к. nx = 2 > 1 и ny = 2 > 1 :

 

Число свай, непосредственно примыкающих к свае в кусте:

kk = 8 .

 

2) Расчет средних глубин расположения слоев

 

Глубину погружения нижнего конца сваи и среднюю глубину расположения слоя грунта при планировке территории срезкой до 3 м следует принимать от уровня природного рельефа.

 

Расчетное значение глубины погружения верха слоя 1:

z1, 0 = z1, 0+hc = 2+0 = 2 м .

 

Глубина погружения слоя 1:

z1 = z1, 0+h1/2 = 2+0,2/2 = 2,1 м .

 

Глубина погружения слоя 2:

z2 = z1+(h1+h2)/2 = 2,1+(0,2+0,2)/2 = 2,3 м .

 

Глубина погружения слоя 3:

z3 = z2+(h2+h3)/2 = 2,3+(0,2+0,2)/2 = 2,5 м .

 

Глубина погружения слоя 4:

z4 = z3+(h3+h4)/2 = 2,5+(0,2+0,2)/2 = 2,7 м .

 

Глубина погружения слоя 5:

z5 = z4+(h4+h5)/2 = 2,7+(0,2+0,2)/2 = 2,9 м .

 

Глубина погружения слоя 6:

z6 = z5+(h5+h6)/2 = 2,9+(0,2+0,2)/2 = 3,1 м .

 

Глубина погружения слоя 7:

z7 = z6+(h6+h7)/2 = 3,1+(0,2+0,2)/2 = 3,3 м .

 

Глубина погружения слоя 8:

z8 = z7+(h7+h8)/2 = 3,3+(0,2+0,2)/2 = 3,5 м .

 

Глубина погружения слоя 9:

z9 = z8+(h8+h9)/2 = 3,5+(0,2+0,2)/2 = 3,7 м .

 

Глубина погружения слоя 10:

z10 = z9+(h9+h10)/2 = 3,7+(0,2+0,2)/2 = 3,9 м .

 

Глубина погружения слоя 11:

z11 = z10+(h10+h11)/2 = 3,9+(0,2+0,2)/2 = 4,1 м .

 

Глубина погружения слоя 12:

z12 = z11+(h11+h12)/2 = 4,1+(0,2+0,2)/2 = 4,3 м .

 

Глубина погружения слоя 13:

z13 = z12+(h12+h13)/2 = 4,3+(0,2+0,2)/2 = 4,5 м .

 

Глубина погружения слоя 14:

z14 = z13+(h13+h14)/2 = 4,5+(0,2+0,2)/2 = 4,7 м .

 

Глубина погружения слоя 15:

z15 = z14+(h14+h15)/2 = 4,7+(0,2+0,2)/2 = 4,9 м .

 

Shigi = S [h g] (i = 1-15) = (0,2·18,4) + (0,2·17,8) + (0,2·19,1) + (0,2·18,4) + (0,2·18,4) + (0,2·17,8) + (0,2·17,8) + (0,2·17,8) + (0,2·17,8) + (0,2·17,8) + (0,2·19,1) + (0,2·19,1) + (0,2·19,1) + (0,2·19,1) + (0,2·19,1) = 55,32 (кН/м 3) · м.

 

Shi = 0,2 + 0,2 + 0,2 + 0,2 + 0,2 + 0,2 + 0,2 + 0,2 + 0,2 + 0,2 + 0,2 + 0,2 + 0,2 + 0,2 + 0,2 = 3 м.

 

Свая — без уширения.

 

Глубина погружения нижнего конца сваи:

z = z1, 0+Shi = 2+3 = 5 м .

 

Фундамент — кроме опор ЛЭП.

 

Фундамент — кроме опор магистральных трубопроводов.

 

Глубина заложения нижнего конца сваи от природного рельефа или уровня планировки (при планировке срезкой):

h  = z = 5 м .

 

Осредненное расчетное значение удельного веса грунтов выше основания сваи:

gI  = Shigi/Shi = 55,32/3 = 18,44 кН/м 3 .

 

Тип сваи — висячая.

 

Расчетная сейсмичность — не более 6 баллов.

 

3) Определение расчетной нагрузки на сваю

 

Расстояние от главной оси куста до оси сваи, для которой вычисляют нагрузку:

x = ca nx/2 = 1 · 2/2 = 1 м .

 

Расстояние от главной оси куста до оси сваи, для которой вычисляют нагрузку:

y = cb ny/2 = 1 · 2/2 = 1 м .

 

Количество свай в кусте:

n = (nx+1) (ny+1) = (2+1) · (2+1) = 9 .

 

Сумма квадратов расстояний от главной оси куста до оси каждой сваи:

Sxi 2 = 2 (ny+1) ca 2 = 2 · (2+1) · 1 2 = 6 м 2 .

 

Сумма квадратов расстояний от главной оси куста до оси каждой сваи:

Syi 2 = 2 (nx+1) cb 2 = 2 · (2+1) · 1 2 = 6 м 2 .

 

Нагрузка от собственного веса сваи — включена в состав заданной нагрузки.

 

Nmax = Nd/n  +Mx y/Syi 2+My x/Sxi 2 =

= 235,3596/9+9,80665 · 1/6+9,80665 · 1/6 = 29,41995 кН = 3 тс .

 

Nmin = Nd/n  -Mx y/Syi 2-My x/Sxi 2 =

= 235,3596/9-9,80665 · 1/6-9,80665 · 1/6 = 22,88218 кН = 2,33 тс .

 

Расчет — с учетом ветровых и крановых нагрузок.

 

Координаты центра сваи соседней с крайней:

x2 = x-ca = 1-1 = 0 м .

 

y2 = y-cb = 1-1 = 0 м .

 

Усилия в свае соседней с крайней:

Nmax, 2 = Nd/n  +Mx y2/Syi 2+My x2/Sxi 2 =

= 235,3596/9+9,80665 · 0/6+9,80665 · 0/6 = 26,15107 кН = 2,67 тс (формула (74); п. 7.1.12 ).

 

Nmin, 2 = Nd/n  -Mx y2/Syi 2-My x2/Sxi 2 =

= 235,3596/9-9,80665 · 0/6-9,80665 · 0/6 = 26,15107 кН = 2,67 тс (формула (74); п. 7.1.12 ).

 

Определяем максимальное и минимальное значение усилий в сваях с учетом уменьшения усилий в крайних сваях на 20% по п. 3 примечаний к п.7.1.11.

 

Nmax = max(0,8 Nmax, 1 ; Nmax, 2) = max(0,8 · 29,41995;26,15107) = 26,15107 кН = 2,67 тс .

 

Nmin = min(0,8 Nmin, 1 ; Nmin, 2) = min(0,8 · 22,88218;26,15107) = 18,30574 кН = 1,87 тс .

 

Т.к. Nmin t 0 кН = 0 тс :

 

Расчет на выдергивание свай не требуется.

 

4) Продолжение расчета по п. п. 7.2.4 СП 24.13330.2021

 

Коэффициент условия работы сваи в грунте:

gc = 1 .

 

Свая — сплошного сечения.

 

5) Определение характеристик сечения

 

Сечение сваи — квадратное.

 

Расчетный периметр поверхности сваи:

u = 4 d = 4 · 0,4 = 1,6 м .

 

Площадь опирания на грунт:

A = d 2 = 0,4 2 = 0,16 м 2 .

 

Грунты под нижним концом сваи — песчаные.

 

Грунты под нижним концом сваи — песчаные средней плотности.

 

Вид песчаных грунтов под нижним концом сваи — средней крупности.

 

Расчетное сопротивление грунта под нижним концом сваи принимается по табл. 7.2 в зависимости от z

R  = 3400 кПа = 346,7 тс/м 2 .

 

Способ погружения сваи — 1. погружение сплошных и полых с закрытым нижним концом свай механическими, паровоздушными и дизельными молотами.

Коэффициент условия работы грунта под нижним концом сваи:

gR, R = 1 .

 

Коэффициент условия работы грунта на боковой поверхности сваи:

gR, f = 1 .

 

6) Определение характеристик грунта на боковой поверхности сваи

 

Грунты слоя 1 — песчаные.

 

Грунты слоя 1 — песчаные средней плотности.

 

Вид песчаных грунтов слоя 1 — крупные.

 

Расчетное сопротивление грунта слоя 1 на боковой поверхности сваи принимается по табл. 7.3 в зависимости от z1

f1 = 42,6 кПа = 4,34 тс/м 2 .

 

Грунты — не являются набухающими.

 

7) Продолжение расчета по табл. 7.3

 

Грунты слоя 2 — пылевато-глинистые.

 

Расчетное сопротивление грунта слоя 2 на боковой поверхности сваи принимается по табл. 7.3 в зависимости от z2 и IL2

f2 = 33,96 кПа = 3,46 тс/м 2 .

 

Грунты слоя 2 — суглинок.

 

Т.к. e2 < 0,5 :

 

Расчетные сопротивления супесей и суглинков с коэффициентом пористости e < 0,5 и глин с коэффициентом пористости e < 0,6 следует увеличивать на 15% по сравнению со значениями, приведенными в таблице 7.3

 

Расчетное сопротивление грунта слоя 2 на боковой поверхности сваи:

f2 = 1,15 fi = 1,15 · 33,96 = 39,054 кПа = 3,98 тс/м 2 .

 

8) Продолжение расчета по табл. 7.3

 

Грунты слоя 3 — пылевато-глинистые.

 

Расчетное сопротивление грунта слоя 3 на боковой поверхности сваи принимается по табл. 7.3 в зависимости от z3 и IL3

f3 = 45 кПа = 4,59 тс/м 2 .

 

9) Продолжение расчета по табл. 7.3

 

Грунты слоя 4 — пылевато-глинистые.

 

Расчетное сопротивление грунта слоя 4 на боковой поверхности сваи принимается по табл. 7.3 в зависимости от z4 и IL4

f4 = 43,66 кПа = 4,45 тс/м 2 .

 

Грунты слоя 4 — супесь.

 

Т.к. e4 < 0,5 :

 

Расчетные сопротивления супесей и суглинков с коэффициентом пористости e < 0,5 и глин с коэффициентом пористости e < 0,6 следует увеличивать на 15% по сравнению со значениями, приведенными в таблице 7.3

Расчетное сопротивление грунта слоя 4 на боковой поверхности сваи:

f4 = 1,15 fi = 1,15 · 43,66 = 50,209 кПа = 5,12 тс/м 2 .

 

10) Продолжение расчета по табл. 7.3

 

Грунты слоя 5 — песчаные.

 

Грунты слоя 5 — песчаные средней плотности.

 

Вид песчаных грунтов слоя 5 — крупные.

 

Расчетное сопротивление грунта слоя 5 на боковой поверхности сваи принимается по табл. 7.3 в зависимости от z5

f5 = 47,4 кПа = 4,83 тс/м 2 .

 

11) Продолжение расчета по табл. 7.3

 

Грунты слоя 6 — песчаные.

 

Грунты слоя 6 — песчаные средней плотности.

 

Вид песчаных грунтов слоя 6 — крупные.

 

Расчетное сопротивление грунта слоя 6 на боковой поверхности сваи принимается по табл. 7.3 в зависимости от z6

f6 = 48,5 кПа = 4,95 тс/м 2 .

 

12) Продолжение расчета по табл. 7.3

 

Грунты слоя 7 — песчаные.

 

Грунты слоя 7 — песчаные средней плотности.

 

Вид песчаных грунтов слоя 7 — крупные.

 

Расчетное сопротивление грунта слоя 7 на боковой поверхности сваи принимается по табл. 7.3 в зависимости от z7

f7 = 49,5 кПа = 5,05 тс/м 2 .

 

13) Продолжение расчета по табл. 7.3

 

Грунты слоя 8 — песчаные.

 

Грунты слоя 8 — песчаные средней плотности.

 

Вид песчаных грунтов слоя 8 — крупные.

 

Расчетное сопротивление грунта слоя 8 на боковой поверхности сваи принимается по табл. 7.3 в зависимости от z8

f8 = 50,5 кПа = 5,15 тс/м 2 .

 

14) Продолжение расчета по табл. 7.3

 

Грунты слоя 9 — песчаные.

 

Грунты слоя 9 — песчаные средней плотности.

 

Вид песчаных грунтов слоя 9 — крупные.

 

Расчетное сопротивление грунта слоя 9 на боковой поверхности сваи принимается по табл. 7.3 в зависимости от z9

f9 = 51,5 кПа = 5,25 тс/м 2 .

15) Продолжение расчета по табл. 7.3

 

Грунты слоя 10 — песчаные.

 

Грунты слоя 10 — песчаные средней плотности.

 

Вид песчаных грунтов слоя 10 — крупные.

 

Расчетное сопротивление грунта слоя 10 на боковой поверхности сваи принимается по табл. 7.3 в зависимости от z10

f10 = 52,5 кПа = 5,35 тс/м 2 .

 

16) Продолжение расчета по табл. 7.3

 

Грунты слоя 11 — песчаные.

 

Грунты слоя 11 — песчаные средней плотности.

 

Вид песчаных грунтов слоя 11 — крупные.

 

Расчетное сопротивление грунта слоя 11 на боковой поверхности сваи принимается по табл. 7.3 в зависимости от z11

f11 = 53,3 кПа = 5,44 тс/м 2 .

 

17) Продолжение расчета по табл. 7.3

 

Грунты слоя 12 — песчаные.

 

Грунты слоя 12 — песчаные средней плотности.

 

Вид песчаных грунтов слоя 12 — крупные.

 

Расчетное сопротивление грунта слоя 12 на боковой поверхности сваи принимается по табл. 7.3 в зависимости от z12

f12 = 53,9 кПа = 5,5 тс/м 2 .

 

18) Продолжение расчета по табл. 7.3

 

Грунты слоя 13 — песчаные.

 

Грунты слоя 13 — песчаные средней плотности.

 

Вид песчаных грунтов слоя 13 — крупные.

 

Расчетное сопротивление грунта слоя 13 на боковой поверхности сваи принимается по табл. 7.3 в зависимости от z13

f13 = 54,5 кПа = 5,56 тс/м 2 .

 

19) Продолжение расчета по табл. 7.3

 

Грунты слоя 14 — песчаные.

 

Грунты слоя 14 — песчаные средней плотности.

 

Вид песчаных грунтов слоя 14 — крупные.

 

Расчетное сопротивление грунта слоя 14 на боковой поверхности сваи принимается по табл. 7.3 в зависимости от z14

f14 = 55,1 кПа = 5,62 тс/м 2 .

 

20) Продолжение расчета по табл. 7.3

 

Грунты слоя 15 — песчаные.

 

Грунты слоя 15 — песчаные средней плотности.

 

Вид песчаных грунтов слоя 15 — крупные.

 

Расчетное сопротивление грунта слоя 15 на боковой поверхности сваи принимается по табл. 7.3 в зависимости от z15

f15 = 55,7 кПа = 5,68 тс/м 2 .

 

21) Продолжение расчета по табл. 7.3

 

Несущая способность сваи:

Fd = gc (gR, R R  A+u gR, f (f1 h1+f2 h2+f3 h3+f4 h4+f5 h5+f6 h6+f7 h7+f8 h8+f9 h9+f10 h10+f11 h11+f12 h12+f13 h13+f14 h14+f15 h15)) =

= 1 · (1 · 3400 · 0,16+1,6 · 1 · (42,6 · 0,2+39,054 · 0,2+45 · 0,2+50,209 · 0,2+47,4 · 0,2+48,5 · 0,2+49,5 · 0,2+50,5 · 0,2+51,5 · 0,2+52,5 · 0,2+53,3 · 0,2+53,9 · 0,2+54,5 · 0,2+55,1 · 0,2+55,7 · 0,2)) = 783,76416 кН = 79,92 тс .

 

22) Продолжение расчета по п. п. 7.2.4 СП 24.13330.2021

 

Расчет — зданий и сооружений кроме транспортных и гидротехнических.

 

Коэффициент надежности по грунту:

gc, g = 1,4 .

 

Тип здания или сооружения — здание.

 

Высота здания — не более 250 м.

 

Сооружение — не имеет пролет без промежуточных опор более 120 м.

 

Уровень ответственности сооружения по ГОСТ 27751 — КС-2 (нормальный).

 

Минимальное значение коэффициента надежности по ответственности сооружения:

gn, min = 1 .

 

Коэффициент надежности по ответственности сооружения — принят минимальным по ГОСТ 27751.

 

Коэффициент надежности по ответственности сооружения:

gn = gn, min = 1 .

 

gn N = 1 · 26,15107 = 26,15107 кН = 2,66667 тс r Fd/gc, g = 783,7642/1,4 = 559,83157 кН = 57,08693 тс (4,67124% от предельного значения) — условие выполнено (формула (7.2); п. п. 7.1.11 ).

 

23) Ожидаемое значение максимального вдавливающего усилия при погружении свай вдавливанием

 

Грунты по боковой поверхности сваи — песчаные.

 

Тип грунтов по боковой поверхности сваи — пески плотные.

 

Эмпирический коэффициент:

k = 2 .

 

Ожидаемое значение максимального вдавливающего усилия при погружении свай вдавливанием:

F максвд = k Fd = 2 · 783,7642 = 1567,5284 кН = 159,84 тс (формула (7.12); п. 7.2.9 ).