Розрахунок пальових фундаментів
Опалення, водопостачання, каналізація
Загальні положення. Розрахунок пальових фундаментів та його основ виконують за двома групами граничних станів.
По першій групі граничних станів розрахунок виробляють із умови забезпечення несучої здатності ростверку, паль та ґрунту пальових фундаментів. Несучу здатність ґрунту пальового фундаменту перевіряють за формулою (10.2). Якщо в фундаменті є кілька паль, то враховують їхню кількість.
За другою групою граничних станів розрахунок виконують тільки для фундаментів з висячих паль та паль-оболонок за умовою (4.6), що обмежує розвиток значних деформацій. Палеві фундаменти, що складаються з паль-стійок, поодинокі висячі палі, що сприймають поза кущами вдавлюючі або висмикують навантаження, а також кущі, що працюють на висмикують навантаження, розраховувати за деформаціями не потрібно.
Мал. 10.5. Схеми передачі тиску на ґрунт основи за рахунок опору ґрунту по бічній поверхні та під нижнім кінцем палі
Послідовно підсумовуючись за висотою висячої палі, сили тертя разом із зусиллям, що виникає під нижнім кінцем палі, передаються на грунти основи, що знаходяться нижче площини, що проходить через її вістря. У розрахунковій схемі приймається, що навколо палі утворюється напружений масив ґрунту, обмежений по бічній поверхні усіченим конусом або пірамідою залежно від форми поперечного перерізу палі, а під нижнім кінцем палі — опуклою криволінійною поверхнею (рис. Ю.5, с).
При розташуванні паль тертя в кущі епюри реактивних тисків у площині нижніх кінців паль перетинаються (рис. 10.5, б) і внаслідок більшого завантаження грунту відбувається велике осадження пальового куща порівняно з осадкою одиночної палі.
Якщо деформативність палі в кущі зростає порівняно з Деформативністю одиночної палі, що негативно позначається на роботі пальового фундаменту, то здатність палі, що несе, в кущі буде вищою, ніж несуча здатність одиночної палі, Що робить позитивний вплив на експлуатацію пальового фундаменту. Останній факт пояснюється збільшенням сил тертя з бокової поверхні паль, що відбувається за рахунок ущільнення ґрунту внаслідок забиття сусідніх паль, а також обмеження значного розвитку зон пластичних деформацій під нижнім вістрям паль внаслідок виникнення напруженого стану від завантаження сусідніх паль.
Проектування пальових фундаментів включає рішення наступних питань: вибір глибини закладення ростверку, типу; та конструкції паль; визначення несучої здатності паль, призначення необхідної кількості паль у фундаменті; конструювання фундаменту; розрахунок ростверку; визначення зусиль, що діють на найбільш навантажені палі, та їх порівняння з гранично до-1 пустими по ґрунту та матеріалу; розрахунок деформацій фундаментів та їх порівняння із гранично допустимими.
При опрацюванні цих питань, виходячи з найбільш економічного та раціонального рішення, яке може бути отримане на основі варіантного та оптимального проектування із застосуванням ЕОМ.
Глибину закладення підошви ростверку призначають відповідно до конструктивних та експлуатаційних особливостей будівель та споруд та кліматичних умов району будівництва. Як правило, підошву ростверку закладають на глибині більшій, ніж глибина підвалів, приямків і комунікацій, а також нижче за глибину сезонного промерзання в пучинистонебезпечних грунтах. У деяких випадках ростверк розташовують у межах зони пучення, при цьому між ростверком та ґрунтомстворюють повітряний зазор, виключаючи цим вплив нормальних сил морозного пучення на підошву ростверку. Однак у цьому випадку слід враховувати дотичні сили морозного пучення, що діють на ростверк та палі. Для отримання найбільш економічного рішення підошву ростверку необхідно мати якнайвище, зводячи до мінімуму обсяг земляних робіт.
Тип і конструкцію паль призначають, виходячи з особливостей інженерно-геологічних даних ґрунтів основи на будівельному майданчику, а також обладнання, що використовується при влаштуванні фундаментів. В умовах сучасного будівництва найбільш доцільне рішення вдається отримати при використанні забивних паль. Однак у деяких випадках при необхідності застосування паль підвищеної несучої здатності влаштовують фундаменти з набивних паль, у тому числі з розширеною п'ятою.
Необхідну кількість паль у фундаменті визначають на підставі результатів розрахунку на центральну або позацентрову дію зовнішнього навантаження після попередньої оцінки несучої здатності одиночної палі.
Визначивши необхідну кількість паль у фундаменті, призначають його конструкцію, розміщуючи палі рядами або в шаховому порядку, при цьому відстань між палями приймають рівним d, де d — діаметр круглої або сторона квадратної палі, розмістивши палі, конструюють ростверк, який зазвичай виконують з монолітного або збірного залізобетону Ростверк розраховують на продавлювання палями і конструкціями будівлі (колонами, стінками і т. д.), що спираються, відповідно до вимог норм проектування залізобетонних конструкцій, а також проводять розрахунок ростверку на вигин.
Висоту ростверку та його армування призначають на підставі результатів розрахунку, при цьому з конструктивних міркувань його висота має дорівнюватиАо+0,25 м, але не менше 0,3 м (Л0 - висота загортання палі в ростверку).
З'єднання паль із ростверком може бути вільним або жорстким. Вільне закріплення палі застосовують, якщо палі працюють в основному на стиск, коли вони сприймають значні горизонтальні або висмикують навантаження, використовують жорстке закріплення голови палі в ростверці. При вільному з'єднанні палі закладають у ростверк на висоту 5 ... 10 см, при жорсткому - верхня частина голови палі розбивається і оголена арматура замонолічується в ростверк, при цьому ціла частина голови палі закладається в ростверк також на глибину 5 ... 10 см. Жорстке з'єднання іноді за рахунок замонолічування цілої голови палі в ростверк на необхідну глибину.
Відстань від осі крайнього ряду паль до краю ростверку найчастіше приймають рівним розміру поперечного перерізу палі. При жорсткому з'єднанні ця відстань додатково уточнюється за результатами розрахунку загортання паль.
Після завершення конструювання проводять розрахунок пальового фундаменту, зокрема уточнюють зусилля, що діють на палі та розраховують деформації. При необхідності в конструкцію фундаменту вносять необхідні коригування щодо кількості паль, зміни конструкції ростверку та розрахунок повторюють.
Розрахунок центрально навантажених пальових фундаментів. Після призначення глибини закладення підошви ростверку пальового фундаменту, в якому рівнодіюча зовнішніх навантажень проходить через його центр тяжкості, розрахунок починають з вибору типу паль, для якої за допомогою формул (10.1), (10.3) та (10.6) визначають несучу здатність по ґрунту або матеріалу залежно від особливостей напластування ґрунтів на будівельному майданчику, матеріалу та конструкції палі. Як розрахунковий приймають найменше значення несучої здатності.
Число паль у фундаменті визначають, виходячи з припущення, що ростверк забезпечує рівномірну передачу навантаження на всі палі, розташовані в кущі або пальовому ряду.
Фундамент вважається правильно розрахованим, якщо задовольняється умова (10.2), що характеризує здатність, що несе, з основної умови першої групи граничних станів. Якщо ця умова не виконується, необхідно вибрати інший тип палі, що має більш високу несучу здатність, і повторити розрахунок.
Для пальових фундаментів із висячих палі необхідно ще й виконання основної вимоги розрахунку по другій групі граничних станів (за деформаціями), для фундаментів із паль стійок цей вид розрахунку не потрібний.
Розрахунок осідання пальового фундаменту з висячих паль виробляють як для умовного фундаменту на природній підставі, контур якого обмежений розмірами ростверку, паль та деяким обсягом ґрунту в міжпальному просторі (рис. 10.6 а).
У розрахунковій схемі приймається, що навантаження на ґрунт передається по підошві умовного фундаменту і сприймається шаром ґрунту, розташованим нижче площини вістря паль. Реактивна напруга по підошві умовного фундаменту вважається рівномірно розподіленою.
Розміри умовного фундаменту визначають у такий спосіб.
Мал. 10.6. Схеми умовних фундаментів для розрахунку за другою групою граничних станів
Розрахунковий опір ґрунту основи, що входить у вираз (10.38), визначають за формулою (4.10) відповідно до вимог другої групи граничних станів для умовного фундаменту, показаного на рис. 10.6.
Розрахунок виецентреино навантажених пальових фундаментів. Внецентренно навантаженим вважають пальовий фундамент, в якому точка докладання рівнодіючої зовнішніхнавантажень не збігається з Центром тяжкості поперечних перерізів паль у кущі.
При невеликих ексцентриситетах, коли крайові напруги на рівні підошви ростверку підпорядковуються співвідношенню «r^^ 0;p^R: якщо умови виконуються, то перехід до п. 24; якщо ні, то збільшення кількості паль та перехід до п. 13. 29. Обчислення крену пальового фундаменту за формулою (6.22). 30. Перевірка умови /