Розрахунок опади пальового фундаменту: методи і особливості

Грунти, як підстави, для всіх видів фундаментів, крім пальових, ділять на природні і ущільнені, тобто, такі, які штучно закріплені. Для пальових підстави ділять на одношарові і двошарові, розділяючи їх на слабкі, середньої міцності і міцні грунти. При цьому для двошарових підстав виключено поєднання слабких зі середньої міцності, а в інших поєднаннях другим шаром повинен бути міцний грунт.

Розрахунок підстав по деформацій відноситься до визначення граничних станів першої групи. Розрахунок опади пальового фундаменту відноситься до розрахунку граничних станів другої групи.

Підстави будівель і споруд

Підставою називають не тільки площа під будовою, а й грунт поблизу нього, який під дією сили тяжіння створюваної спорудою також ущільнюється через фундамент. Його шар, розташований безпосередньо під підошвою фундаменту, називають несучим. Він розташований над підстилаючих шаром.

Залежно від розмірів твердих частинок грунти бувають галькові, гравелисті, піщані, пилуваті і глинисті. Глинисті за процентним вмістом глини ділять на супесь (від 3 до 10%), суглинки (від 10 до 30%) і грунти, що містять свише30% глини. Їх і називають глинами. Фізичні властивості багато в чому визначаються міститься в них води.

Залежно від міцності на стиск грунти ділять на:

• міцні (від 50 до 120 МПа);
• середньої міцності (від 15 до 50 МПа);
• слабкі (від 5 до 15 МПа).

Для визначення опади пальового фундаменту, необхідно знати такі характеристики грунту, як коефіцієнт стисливості і модуль загальної деформації.

У малосжімаемим грунтів коефіцієнт стисливості менше 0,005. У середньо стискаються видів він змінюється від 0,005 до 0,05. У сильно стискаються підстав цей показник перевищує 0,05. Одиницею вимірювання коефіцієнта стисливості є 1 / МПа.

Розрахунок підстав пальових фундаментів необхідно виконувати за граничними станами першої і другої групи з урахуванням впливів, які надають такі чинники, як підземні води, промерзання грунту та ін. Необхідно також враховувати взаємодію споруди і підстави.

До першої групи належать розрахунки по несучої здатності грунтів, під якою розуміють визначення його опору навантаження і порівняння цієї величини з допустимою величиною для конкретного виду грунту.

Розрахунок опади підстави відноситься до другої групи. Його можна виконувати для окремої палі, групі паль і всього фундаменту.

Про пальових фундаментах докладніше

У плані фундамент палі являє стрічки з паль, на яких розміщують ростверк.

Стрічки зазвичай мають не більше 3-х рядів, щодо яких опори розміщують, так як показано внизу на зображенні 1 або в шаховому порядку. Відстань між рядами повинна бути не більше (3-4) d (d - діаметр палі). Можливий варіант, коли все палі обєднують одним ростверком-плитою. Це може бути при їх великій кількості, що розміщуються як під зовнішніми, так і під внутрішніми стінами.

Якщо відстань між рядами, так само 3d, то вантаж, переданий на них через ростверк, призводить до переміщення і паль, і грунту, що знаходиться між ними. Тобто таку конструкцію правомірно вважати єдиним цілим або еквівалентом стрічкового фундаменту, які мають суцільну підошву. Тому розрахунок опади пальового варіанту конструкції можна виконувати, як і обчислення опади звичайного стрічкового фундаменту.

Після заглиблення кінці паль можуть спиратися на малосжімаемим грунти (модуль деформації, що перевищує 50 МПа), і їх називають стійками. Такий шар називають несучим. Зазвичай він знаходиться глибше, ніж верхні слабкі верстви. У міцний грунт паля повинна входити не менше ніж на 0,5 м. У цьому випадку осаду пальового варіанту фундаменту буде менше. Відстань між рядами стійок може становити 1,5 d.

Якщо ж кінець палі виявляється в стисливому грунті, то їх називають висячими. для несучої здатності висячих паль велике значення має ущільнена зона, що утворюється по їх периметру в процесі забивання. Стискають напруги, максимальні поблизу корпусу, поступово зменшуючись, на відстані 3d вже не впливають на вартісну поблизу, таку ж висячу палю. Тому і важливо, щоб відстань між ними була не менше ніж 3d.

Для розрахунку опади пальового фундаменту вводять таке поняття, як умовний фундамент. Зробити фундамент умовним можна, якщо нижню межу (підошву) його визначити по нижніх кінців паль, верхню - по плануванню поверхні. Бічні поверхні визначити по крайніх рядах паль, відступивши від їх центру на величину, рівну половині кроку між ними. За цим розмірами визначають поперечний переріз. Погонну навантаження на підставу визначають, як суму ваги паль і грунту, що знаходиться в обсязі, визначеному зазначеним поперечним перерізом на довжині фундаменту, що дорівнює 1 м.

Як правильно зробити фундамент палі?

Для визначення опади одно- або дворядних умовних фундаментів можна скористатися формулою (СП50-102-2003)

S = n ₀(1- ²) / E, (1)

n - навантаження на підставу від власної ваги фундаменту і ваги споруди. Першу величину розраховують з урахуванням ваги паль за питомою вагою грунту і обсягом на довжині в 1 м.

Е - модуль деформації, МПа, або кг / см²= 10 · МПа. Цей коефіцієнт складним чином залежить від типу грунту, його пористості, а для глинистих ґрунтів і від показника плинності. Значення модуля деформації наведені в додатку 1 СНиП 2.02.01-83. У таблиці 1 наведені деякі значення цього коефіцієнта.

- коефіцієнт Пуассона. Відповідно до СНиП 2.02.01-83: для супісків дорівнює 0,3, суглинків - 0,35, глин - 0,42, великоуламкових грунтів = 0,27.

₀ - коефіцієнт, що залежить від коефіцієнта Пуассона. Для його визначення необхідно скористатися номограммами, наведеними на рис. 2.

Пояснимо виконання розрахунку по визначенню значення ₀ на конкретному прикладі. Нехай шар грунту супісок з коефіцієнтом Пуассона = 0,3. Для розрахунку необхідно визначити наведені значення ширини фундаменту В_пр і наведене значення стиснутої товщини підстави Н_{з пр}. Ці величини визначають за формулами:

В_пр= В / h- (2)

Н_{з пр}= Н_з/ H, (3)

де h - відстань від верхньої до нижньої межі умовного фундаменту. Якщо в_пр= 2, а Н_{з пр}= 0,3, то:

1. У лівому графіку рис. 1 проводимо пряму паралельну осі абсцис на рівні Н_з/ H = 2 до перетину з лінією В / h = 0,3.
2. З точки перетину опускаємо перпендикуляр на вісь абсцис і знаходимо відносне значення коефіцієнта Пуассона. Оскільки вісь абсцис НЕ оцифрована, то відраховуємо кількість деленій- отримали 10 поділок.
3. Переходимо на правий графік рис. 1, відраховуємо по осі абсцис 10 поділок і відновлюємо з цієї точки перпендикуляр до перетину із значенням коефіцієнта Пуассона = 0,3.
4. Проводимо через точку перетину пряму, паралельну осі абсцис і отримуємо значення ₀ 2,05.

Тепер, щоб розрахувати осадку за формулою (1) необхідно визначити навантаження, що припадає на 1 м. Це легко зробити, знаючи вагу споруди і довжину умовного фундаменту, а також питома вага грунту. Наприклад, для супеси він становить приблизно 2700 кг / м³.

Розрахунок опади: метод пошарового підсумовування

Щоб зробити фундамент палі, осадку підстави під ним можна визначити методом пошарового підсумовування відповідно до розрахункових епюрами, представленими на рис. 3. Схема фундаменту, як і раніше, буде відповідати умовному.

Метод полягає в тому, що підстава поділяють на однорідні шари, починаючи від поверхні до глибини, на якій додаткові навантаження на стисливість шару впливу не роблять. На рис. 1 ця глибина позначена Н_З. На зображення показані рівні: планування і поверхні природного рельєфу - DL і NL, відповідно, FL - рівень підошви фундаменту (для пальового це рівень нижнього кінця паль).

значення Н_З визначають з умови:

_zp= 0,2 _zg, (4)

де _zp - додаткову напругу, що виникає в грунті від ваги споруди (з урахуванням ваги умовного фундаменту) -
_zg - напруга в грунті від його власної ваги, природно, що зростає з глибиною.

Якщо нижче межі ЗС знаходиться шар модулем деформації Е 5 МПа, то значення Н_З визначають з умови:

_zp= 0,1 _zg, (5)

На рис. 2 показані:

• епюра зміна напруження від власної ваги грунту _zg ;
• додаткова пряма 0,2 _zg;
• епюра зміни напруги від ваги споруди _zg.

Алгоритм виконання розрахунку, наприклад, для заснування, що складається з 3-х шарів, що відрізняються фізичними властивостями:

Будуємо епюру від дії власної ваги шляхом послідовного обчислення її ординат. По ній будуємо додаткову пряму, рівну 0,2 _zg. далі:

• на рівні NL _zg= 0;
• на рівні FL _zg0= ₁d ( ₁ - питома вага першого шару, d - відстань між рівнями NL і FL);
• на кордоні між 1 і 2 шарами _{zg 1} = _{zg 0}+ (h₁-d) ₁ (h₁ - товщина першого шару);
• на кордоні між 2 і 3 шаром _{zg 2} = _{zg 1} + ₂h₂;
• на підошві 3 шари _{zg 2} = _{zg 2} + ₃h_3.

Після по формулі:

S_i= 0,8 _{zр срi}· h_i/ E_i, (6)

де E_i - модуль деформації i-го шару-
_{zр срi} - середня напруга, що визначається за формулою:

_{zр срi}= ( _{zр i}- _{zр i-1}) / 2

Зрушення, отримані по всіх верствах, підсумовуємо.

В роботі наведено найпростіший варіант розрахунку. Чи не були враховані такі фактори, як грунтові води, і багато інших, що роблять істотний вплив на властивості ґрунтів. Тому, перш ніж вибрати варіант фундаменту для будинку, необхідно виконати якісний розрахунок, для цього доцільно скористатися послугами фахівця.

Увага, тільки СЬОГОДНІ!