Примеры проектирования свайных фундаментов

Министерство образования Российской Федерации
Томский государственный архитектурно-строительный
университет
ПРИМЕРЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ
СВАЙНЫХ ФУНДАМЕНТОВ
Методические указания
Издание второе, стереотипное.
Составители С.В. Ющубе,
В.Л. Устюжанин
Томск 2004
Примеры проектирования свайных фундаментов: методические указания / Сост. С.В. Ющубе, В.Л. Устюжанин. Томск: Издво Том. архит-строит. ун., 2003. – 49 с.
Рецензент
Редактор
д.т.н, профессор А.И. Полищук
Т.С. Володина
В методических указаниях даны общие положения и рассмотрены практические примеры по проектированию и расчету
фундаментов промышленных и гражданских зданий из забивных
железобетонных свай. Указания снабжены приложением, в котором подобран справочный материал, необходимый для разработки курсового проекта.
Методические указания разработаны для студентов специальности 2903 "Промышленное и гражданское строительство" заочной форм обучения.
Печатается по решению методического семинара кафедры
«Основания,
фундаменты
и
испытания
сооружений»
№ 4 от 01.02.03
Утверждены и введены в действие проректором по учебной
работе О.Г. Кумпяком
с 01.12.03
до 01.12.08
Подписано в печать
.
.
.
Формат 60х84/16. Бумага офсет. Гарнитура Таймс. Печать офсет.
Уч.-изд.л.
Тираж 300 экз. Заказ №
Отпечатано с оригинал-макета в ООП ТГАСУ. 634003,
г. Томск, ул. Партизанская, 15
1. Общие положения
В практике отечественного фундаментостроения применяются более 150 видов свай, которые подразделяются по материалу, по конструкции, по способу изготовления, по виду армирования и по характеру работы в грунте. Выбор типа свайных
фундаментов следует производить на основании техникоэкономического сравнения возможных для данных условий
строительства вариантов фундаментов. При этом необходимо
учитывать сложившиеся особенности местных строительных
организаций, выполняющих данные виды работ. Наиболее широко в промышленном и гражданском строительстве используют забивные железобетонные сваи. Применение свайных фундаментов из забивных свай отвечает требованиям индустриализации строительства, позволяет существенно уменьшить объемы земляных работ и упростить технологию возведения нулевого цикла, особенно при производстве работ в зимнее время.
Наиболее целесообразно применять свайные фундаменты
на площадках, сложенных с поверхности слабыми водонасыщенными грунтами. В этих условиях сваи позволяют прорезать
слабые напластования и передать нагрузки от здания или сооружения на более плотные и прочные подстилающие слои
грунта.
Проект свайных фундаментов разрабатывается на основе
материалов инженерно-геологических и гидрогеологических
изысканий, содержащих необходимые данные о грунтах, слагающих площадку. Особое внимание следует уделять прогнозу
возможных гидрогеологических изменений, связанных со
строительством и эксплуатацией здания или сооружения.
Сведения о проектируемом объекте должны отражать
особенности конструктивной схемы, характер и значения нагрузок, передаваемых на фундаменты.
Наиболее ответственным моментом в проектировании
свайных фундаментов является выбор несущего слоя грунта и
назначения длины сваи. В зависимости от прочностных и де3
формационных свойств опорного слоя сваи подразделяются на
сваи-стойки или висячие. Забивные сваи являются стойками в
случаях, если они опираются на скальные грунты или на малосжимаемые грунты, к которым относятся крупнообломочные с
песчаным заполнителем средней плотности и плотным, а также
твердые глины в водонасыщенном состоянии с модулем деформации Е  50000 кПа.
Сваи-стойки передают нагрузку на скальные или малосжимаемые грунты только нижним концом. Если под нижним
концом сваи залегают сжимаемые грунты, то нагрузка передается как через нижний конец, так и по боковой поверхности
сваи. Такие сваи называются висячими или сваями трения.
Длина свай назначается с учетом глубины заложения подошвы ростверка. При этом следует учитывать, что голова сваи
должна быть заделана в ростверк при его свободном опирании
на 5...10 см, а при жестком сопряжении на 5 см с заделкой выпусков арматуры на длину не менее 25 см. При действии значительных горизонтальных или выдергивавших сил анкеровка головы сваи в ростверке выполняется в соответствии с расчетом.
Нижний конец сваи следует заглублять в прочные грунты.
Если забивные сваи опираются на крупнообломочные, гравелистые, крупные и средней крупности пески или пылеватоглинистые грунты, с показателем текучести JL  0,1, то они
должны быть заглублены в эти грунты не менее 0,5 м, в остальные не менее 1,0 м.
Длина свай при действии центральной сжимающей нагрузки должна быть не менее 3,0 м, при дополнительном действии момента и горизонтальной силы не менее 4,0 м.
Глубина заложения подошвы ростверка назначается в зависимости от конструктивных решений подземной части здания. Учитывается наличие подвала или технического подполья,
а также высота самого ростверка, определяемая по расчету.
Минимальная высота ленточного ростверка принимается не менее 30 см, под колонну 40 см. При строительстве на пучинистых грунтах для предотвращения влияния сил морозного пу4
чения подошва ростверка заглубляется ниже расчетной глубины
промерзания грунта аналогично заглублению подошвы фундамента на естественном основания. Если заглубление ростверка
ниже расчетной глубины промерзания экономически не целесообразно, то уменьшение влияния сил пучения может быть достигнуто путем устройства под подошвой ростверка подушки из
непучинистого материала или воздушного зазора. Толщина
воздушного зазора принимается, как правило, не менее 20 см.
Геометрические размеры ростверка в плане зависят от
размеров опирающейся на него конструкции (стены или колонны) и от количества свай в свайном фундаменте. Расстояние
между осями забивных висячих свай должно быть не менее 3d
(где d - диаметр круглого или сторона квадратного поперечного
сечения сваи), а свай стоек не менее 1,5 d
Параметры типовых кустов из забивных свай приведены в
приложении (табл. П.6).Расстояние от внешней грани сваи
крайнего ряда до края ростверка принимается равным 5…10 см.
2. Основные указания по расчету
Расчет свайных фундаментов и их основания должен быть
выполнен по предельным состояниям первой и второй групп.
Основным по первой группе является расчет по несущей
способности грунта основания свай. Условие несущей способности грунтов основания одиночной сваи или в составе свайного фундамента имеет вид
N 
Fd
,
k
(1)
где N - расчетная нагрузка, передаваемая от сооружения на
одиночную сваю или сваю в составе свайного фундамента;
Fd - несущая способность сваи по грунту;
k - коэффициент надежности, назначаемый в зависимости
от метода определения несущей способности сваи по грунту.
5
Расчет свайных фундаментов по второй группе предельных состояний (по деформациям) следует производить исходя из условия
S  Su ,
(2)
где S - совместная деформация (осадка, перемещение, относительная разность осадок) свайного фундамента и сооружения;
Su - предельное значение совместной деформации свайного
фундамента и сооружения, устанавливаемое в зависимости
от вида сооружения по приложению 4, СНиП 2.02.01-83 [2].
Нагрузки и воздействия, учитываемые при расчете свайных фундаментов, следует определять в соответствии с требованиями СНиП 2.01.07-85 [1] и с учетом указаний СНиП [2].
Расчет по первому предельному состоянию (по несущей
способности сваи) выполняется на основные и особые (если таковые есть) сочетания нагрузок, по второму предельному состоянию (по деформациям) на основные сочетания. В основные
сочетания нагрузок входят постоянные (собственный вес частей
сооружения, вес и давление грунтов), длительные (вес оборудования, нагрузки от людей, снеговые нагрузки и пр.), кратковременные (вес ремонтного оборудования, людей, нагрузки от
подвижного подъемно-транспортного оборудования, снеговые и
ветровые нагрузки и пр.). Нагрузки на перекрытие, снеговая, от
подъемно-транспортного оборудования могут относиться как к
длительным, так и к кратковременным. При расчете свайных
фундаментов по несущей способности нагрузки на перекрытия
и снеговую следует относить к кратковременным и принимать
полные их значения, а при расчете по деформациям к длительным и принимать пониженные их значения. Нагрузки от подвижного подъемно-транспортного оборудования в обоих случаях следует считать кратковременными.
Если в основное сочетание входят две или более временные нагрузки, то их значения следует умножить на соответст6
вующие понижающие коэффициенты сочетаний. Значения этих
коэффициентов принимаются по СНиП [2].
Расчетное значение нагрузки определяется путем умножения нормативного значения на соответствующий коэффициент
надежности по нагрузке. При расчете по деформациям эти коэффициенты для всех видов нагрузок и воздействий принимаются равными единице. Значения коэффициентов надежности
по нагрузке для расчетов по несущей способности определяются по СНиП [1].
Расчеты на особые сочетания нагрузок являются специальными и выполняются в особых случаях (сейсмические или
взрывные воздействия, воздействия, обусловленные просадочными деформациями грунта или оседанием его в районах горных выработок и карстов).
Проектирование и расчет свайных фундаментов рекомендуется выполнять, придерживаясь следующей последовательности:
1. Анализируются инженерно-геологические и гидрогеологические условия площадки строительства. Выявляются конструктивные особенности проектируемого здания или сооружения и определяются значение предельных деформаций оснований и надземных конструкций.
2. Определяются нагрузки, приложенные к свайному фундаменту, в уровне верхнего обреза ростверка и составляются их
сочетания.
3. Назначается глубина заложения подошвы ростверка.
4. Выбирается вид свай, назначаются размеры поперечного сечения, длина сваи и способ погружения ее в грунт.
5. Назначается расчетная схема сваи (свая-стойка или свая
висячая), определяется ее несущая способность по грунту и по
материалу.
6. Определяется количество свай в кусте свайного фундамента под колонну каркасного здания или количество рядов и
расстояние между сваями в ленточном свайном фундаменте под
стену здания.
7
7. Конструируется ростверк, и назначаются его основные
размеры.
8. Уточняется нагрузка, передающаяся на сваи, с учетом
собственного веса ростверка и грунта на его уступах, моментов
и горизонтальных нагрузок. Проверяется выполнение условия
несущей способности сваи (1).
9. Рассчитывается осадка свайного фундамента и проверяется выполнение условия (2) расчета по деформациям.
10. Производится подбор сваебойного оборудования, определяется проектный отказ сваи и назначаются сваи, подлежащие испытанию динамической нагрузкой, с целью контролирования фактической несущей способности сваи при производстве работ.
11. Определяются технико-экономические показатели варианта свайного фундамента.
Методические указания по выполнению этапов проектирования и расчета свайных фундаментов приводятся в виде конкретных примеров. Такое изложение материала позволяет правильно оценить объем предстоящей работы и спланировать
время для ее выполнения. В зависимости от задания на курсовой проект студент должен самостоятельно выбрать необходимые ему примеры расчета. Для облегчения работы над проектом в приложении к методическим указаниям приведены справочные материалы и таблицы, необходимые для выполнения
расчетов.
3. Определение несущей способности сваи
Пример 1. Инженерно-геологические и гидрогеологические условия площадки следующие. С поверхности залегает
растительный слой толщиной 0,3 м. Далее до глубины 2,8 м.
расположен слой суглинка текучепластичного и ниже до глубины 6 м и супесь пластичная. Подстилается супесь слоем песка
мелкого, средней плотности толщиной 1,5 м. Под слоем песка
на разведанную глубину до 18 м залегает суглинок тугопла8
стичный. Установившийся уровень подземных вод (WL) находится на глубине 3 м от поверхности грунта.
Физико-механические характеристики каждого слоя грунта приведены на рис.1. Отметка дна котлована находится на
глубине 1,4 м от поверхности.
Требуется подобрать длину забивкой сваи и определить ее
несущую способность по грунту.
Рис. 1. Расчетная схема, для определения несущей способности висячей сваи: NL - отметка природного рельефа;
WL - уровень подземных вод.
Решение. Из анализа грунтовых напластований можно
сделать вывод, что пластичная супесь не обладает достаточным
сопротивлением, а слой мелкого песка имеет малую толщину. В
качестве несущего слоя целесообразно принять слой тугопла9
стичного суглинка. Тогда длина забивной сваи с учетом заглубления в несущий слой менее 1,0 м составит:
t = 0,3 +1,4 + 3,2 +1,5 + 1 = 7,4 м.
Примем забивную сваю типа С 8-30 по ГОСТ 1980.1-79
(табл. П.3) длиной 8 м, сечением 3030 см с заглублением в тугопластичный суглинок на 1,6 м. При этом свая будет висячей.
Погружение сваи будет осуществляться дизельным молотом.
Несущая способность висячей забивной сваи определяется
в соответствия со СНиП 2.02.03-85 [3] как сумма их расчетных
сопротивлений грунтов оснований под нижним концом свай и
на ее боковой поверхности по формуле
Fd = c (cR RA + u cf fi hi),
(3)
где е - коэффициент условий работы сваи в грунте, принимаемый с = 1;
сR, сf - коэффициенты условий работы соответственно под
нижним концом и на боковой поверхности сваи, принимаемые для забивных свай, погружаемых дизельными молотами без лидерных скважин, cr = 1 и cf = 1, а для других случаев по [3, табл. 3];
А - площадь опирания сваи на грунт, принимаемая равной
площади поперечного сечения сваи. В нашем примере
А = 0,3  0,3 = 0,09 м2;
u - наружный периметр поперечного сечения сваи,
u = 0,3  4 = 1,2 м;
R - расчетное сопротивление грунта под нижним концом
сваи, принимаемое по [3. табл. I] или по табл. П.1, кПа;
fi - расчетное сопротивление i-го слоя грунта, соприкасающегося с боковой поверхностью сваи, кПа, принимаемое по
[3, табл. 2] или по табл. П.2;
hi - толщина i-го слоя грунта, соприкасающегося с боковой
поверхностью сваи, м.
Расчетное сопротивление грунта под нижним концом сваи
10
зависит от вида и состояния грунта и от глубины погружения сваи.
Глубина погружения нижнего конца сваи в нашем случае
определяется от уровня природного рельефа и будет равна 9,1 м
(см. рис. 1). Табличные значения R для суглинка с JL = 0,3 имеем на глубинах 7 и 10 м, равные соответственно 3300 и 3500
кПа. Необходимое значение R на глубине 9,1 м находим по линейной интерполяции
3500  3300
R  3300 
(9,1  7)  3440 кПа .
10  7
Расчетное сопротивление грунта на боковой поверхности
сваи определяется как сумма сопротивлений отдельных слоев,
соприкасающихся со сваей. Основание разбивается таким образом, чтобы каждый расчетный слой был однородным и имел
толщину не более 2 м. В соответствии с этими требованиями
разобьем основание, окружающее сваю, на расчетные слои (см.
рис.1). Значение fi определяется для каждого расчетного слоя
отдельно, причем на глубине, соответствующей глубине расположения середины расчетного слоя. Определим fi для 1 расчетного слоя, представленного суглинком текучепластичным с
JL = 0,76. Глубина расположения середины слоя от поверхности
Zi равна 2,1 м. Табличные значения f имеем на глубинах 2 и 3 м,
причем для JL = 0,7 и JL= 0,8. Поэтому сначала интерполируем
значения f по JL и для JL = 0,76 будем иметь: для глубины 2 м
7,0  5,0
f  7,0 
(0,76  0,7)  5,8 кПа ;
0,8  0,7
8,0  7,0
для глубины 3 м f  8,0 
(0,76  0,7)  7,4 кПа.
0,8  0,7
Затем, интерполируя полученные значения по глубине, находим
необходимое значение fi для глубины Z1 = 2,1 м.
7,4  5,8
f1  5,8 
(2,1  2)  5,96 кПа.
32
11
Сопротивления fi для других расчетных слоев грунта определяются аналогично.
Вычисленные значения R и fi рекомендуется нанести на
расчетную схему. В нашем случае значения f1 … f5 составили
соответственно 5,96; 6,80; 7,00; 42,75; 44,30 (кПа).
Подставляем полученные значения в формулу (3) и определяем несущую способность сваи С 8-30 no грунту.
Fd = 1,0 [1,0  3440  0,09 + 1,0  1,2 (5,96  1,4 + 6,80  2,0 +
+ 7,00  1,2 + 42,75  1,5 + 44,30  1,6)] = 1,0 [309,5 + 165,35] =
= 474,85 кН.
Несущая способность сваи по грунту составила 474,05 кН.
Причем 309,5 кН грунт воспринимает через нижний конец сваи,
а остальные 165,35 кН реализуются в виде сил трения по боковой поверхности сваи.
Пример 2. Определить несущую способность забивной
сваи типа С 10-30, погруженной через слои слабых водонасыщенных грунтов в крупнообломочные грунты с песчаным заполнителем средней плотности. Инженерно-геологические условия и расчетная схема сваи приведены на рис. 2.
Решение. В данном случае свая является стойкой, так
как опирается нижним концом на малосжимаемый грунт
(Е > 50000 кПа).
Несущая способность такой сваи по грунту определяется
по формуле
Fd = c R A,
(4)
где принятые обозначения те же, что и в формуле (3).
Согласно СНиП [3] значение R для забивных свай-стоек,
опирающихся на скальные или малосжимаемые грунты, принимается R = 20000 кПа, тогда
Fd = 1  20000  0,09 = 1800 кН.
Несущая способность сваи по грунту достаточно высокая.
Необходимо проверить, а выдержит ли такую нагрузку свая по
материалу?
12
Рис. 2. Расчетная схема для определения несущей способности сваи-стойки
Расчет по прочности материала железобетонных свай
должен производиться в соответствии с требованиями СНиП
2.03.01-84 [5]. При этом свая рассматривается как железобетонный стержень, жестко защемленный в грунте. При низком ростверке, устраиваемом на грунте, несущая способность сваи по
материалу может быть определена без учета продольного изгиба по формуле
F =  (b Rb Ab + Rs As),
(5)
где  - коэффициент условия работы, равный 1;
b, - коэффициент условия работы бетона сваи, принимаемый для свай сечением 3030 см b = 0,85;
13
Ab, As - площади поперечного сечения соответственно бетона и продольной арматуры, м;
Rb, Rs - расчетные сопротивления осевому сжатию соответственно бетона и продольной арматуры, кПа.
Свая С 10-30 согласно ГОСТ I9804.I-79 (табл. П.8) изготавливается из бетона класса В 20 с Rb = 11 500 кПа и армируется в продольном направлении четырьмя стержнями  12 АII с
Rs = 280 000 кПа.
Несущая способность сваи С 10-30 по материалу будет
равна F = 1  (0,85  11500  0,089548 + 280000  0,000452) =
= 1001,89 кН.
Как видно из сравнения, несущая способность сваи по материалу меньше, чем по грунту. Следовательно, в дальнейших
расчетах свайного фундамента в данных грунтовых условиях за
несущую способность сваи следует принимать значение по
прочности материала, как меньшее.
4. Определение количества свай в свайном
фундаменте и конструировании ростверка
Количество свай в свайном фундаменте определяется расчетом по предельному состоянию (по несущей способности) и
сводится к выполнению условия (1).
Пример 3. Требуется рассчитать и законструировать
свайный фундамент под колонну среднего ряда промышленного здания. Исходные данные: сечение колонны 400600 мм.
Наиболее невыгодные сочетания нагрузок в уровне верха подколонника (обреза фундамента) приведены в табл. 1.
Инженерно-геологические условия приняты аналогичными примеру 1. Место строительства г. Томск. Здание, отапливаемое с полом по грунту. Температура воздуха в помещении
15 °С.
Решение. В данных инженерно-геологических условиях
при расположении уровня подземных вод на глубине 3 м глубина заложения подошвы ростверка зависит от расчетной глу14
бины промерзания грунта. Нормативная глубина промерзания
пылевато-глинистых грунтов для г.Томска может быть принята
dfn = 2,20 м [6].
Таблица 1
Нагрузки, действующие на фундамент
Схема приложения нагрузки
Вид нагрузки
Расчетные значения нагрузок
1 предельное
II предельное
состояние
состояние
Вертикальная
составляющая
внешних нагрузок
FIv = 2090 кН
FIIv = 1950 кН
Горизонтальная
составляющая
внешних нагрузок
FIh = 52 кН
FIIh = 52 кН
Суммарный
момент
MI = 442 кНм
MII = 383 кНм
Расчетная глубина промерзания зависит от теплового режима здания, от наличия подвала или техподполья, конструкции пола и определяется по формуле
d f  K h d fn ,
(6)
где dfn - нормативная глубина промерзания грунта, равная
dfn = 2,20 м;
Kh - коэффициент, учитывающий влияние теплового режима
здания, принимаемый по [2, табл. 1], для нашего примера
Kh = 0,6.
Тогда, df = 0,6  2,2 = 1,32 м.
Исходя из конструктивных требований, верх подколонника должен быть, заглублен на 0,15 м ниже отметки чистого пола. Глубина стакана для заделки колонны сечением 400600 мм
принимается равной hq = 0,80 м [6, табл. 4.24]. Толщина плитной части ростверка при назначении предварительных размеров
должна приниматься не менее 0,40 м. Следовательно, исходя из
15
конструктивных требований, минимальная глубина заложения
подошвы ростверка составит
d = 0,15 + 0,8 + 0,4 = 1,35 м.
Окончательно глубину заложения свайного ростверка примем 1,4 м. Эта глубина удовлетворяет как конструктивным требованиям, так и условию сезонного промерзания грунта.
Количество свай в фундаменте в первом приближении определяется без учета действия горизонтальной силы и момента
по формуле
n
FIv   k
,
Fd
(7)
где FIv- расчетное значение вертикальной составляющей внешних нагрузок, равное из условия задачи FIv = 2250 кН;
Fd - несущая способность сваи, кН;
k - коэффициент надежности, принимаемый при определении несущей способности сваи по грунту по формуле (3)
равным k = 1,4.
Для устройства свайного фундамента используем забивные сваи С8-30. Несущая способность сваи С8-30 по грунту
(пример 1) составляет Fd = 474,85 кН.
2090  1,4
Тогда, n 
 6,16 сваи.
474,85
Учитывая то, что на фундамент передастся горизонтальная нагрузка и момент (рис. 3), количество свай рекомендуется
увеличить на 20%.
Общее количество свай в фундаменте составит
n = 6,16  1,2 = 7,39 свай.
Для дальнейших расчетов принимаем куст из 8 свай С8-30.
При компоновке свайного куста исходят из условия, что
расстояние между осями забивных свай должно быть не менее
3d. Причем, желательно, чтобы это расстояние было равно 3d.
Большее расстояние допускается принимать в случаях, если из16
за больших размеров поперечного сечения колонны требуется
иметь развитую в плане плитную часть ростверка. Расстояние
между осями свай, как правило, не должно превышать 6d. Рекомендуется при проектировании свайных фундаментов принимать типовые свайные кусты (табл. П. 6).
Как видно из рис. 3, размеры в плане плитной части ростверка, объединяющего куст из 8 свай сечением 300300 мм,
равны 24002100 мм. Большой размер ростверка принимается в
направлении действия горизонтальной силы и момента.
Собственный вес ростверка и грунта на его уступах приближенно может быть определен по формуле
GI  b l d   f ,
где b и l - соответственно ширина и длина ростверка, м;
d - глубина заложения подошвы ростверка, м;
 - усредненное значение удельного веса железобетона ростверка и грунта на уступах, принимаемое  = 20 кН/м3;
f - коэффициент надежности по нагрузке, принимаемый
f = 1,1.
Рис. 3. Расчетная схема свайного фундамента:
d – размер стороны поперечного сечения сваи
17
GI = 2,1  2,4  1,4 20  1,1 = 155,23 кН.
Расчетная сжимающая сила в плоскости подошвы ростверка будет равна
 FIv = FIv + GI = 2090 + 155,23 = 2245,23 кН,
а суммарный момент
 MIy = MI + FIhd',
где d' - расстояние от линии действия силы FIh до низа ростверка, м.
MIy = 442 + 52  1,25 = 507 кНм.
Зная фактические расчетные нагрузки, действующие в
плоскости подошвы ростверка, количество свай и их расположение, определяем нагрузку, передаваемую на любую сваю в
кусте по формуле
N
 FIv  M Ix  y  M Iy  x
,


n
 xi2
 yi2
(8)
где xi, yi - расстояние от главных осей свайного поля до оси каждой сваи, м;
x, y - расстояние от главных осей до оси сваи, для которой
вычисляется расчетная нагрузка, м.
В нашем случае момент действует только в направлении
оси X, а MIx = 0, поэтому формула (8) упрощается до двухчленной. Свайный куст симметричен относительно осей X и У,
поэтому эти оси являются главными и проходят через центр
тяжести свайного поля. Интерес с точки зрения прочности основания свай вызывают наиболее нагруженные сваи. Очевидно,
что этими сваями являются сваи крайнего ряда, расположенного в направлении, перпендикулярном плоскости действия момента и горизонтальной силы (см. рис. 3). Нагрузка на наиболее
нагруженные сваи равняется:
N max 
18
 FIv  M Iy  x 2245,23
507  0,9




2
n
8
4  0,92  2  0,4752
 xi
= 300,65 + 123,62 = 404,31 кН.
Допускается расчетную нагрузку, воспринимаемую крайними сваями, повышать на 20% в случае, если расчет ведется с
учетом ветровых и крановых нагрузок. Учет этих нагрузок при
проектировании промышленных зданий является обязательным.
Поэтому условие обеспечения несущей способности по
грунту (1) для крайних свай будет иметь вид:
N m a x  1,2
Fd
.
k
(9)
Подставляя в формулу (9) соответствующие значения, будем иметь:
474,85
404,31  1,2 
 407,01 кН.
1,4
Несущая способность сваи по грунту обеспечена. Недоиспользование несущей способности свай составляет 0,7%. Следовательно, количество свай в фундаменте подобрано правильно. Недоиспользование несущей способности свай не должно
превышать 15%.
Пример 4. Требуется рассчитать свайный фундамент и законструировать ростверк под кирпичную наружную стену гражданского здания. Исходные данные. Здание с техническим
подпольем. Высота технического подполья и конструкция цокольной части здания показаны на рис. 4. Расчетные нагрузки в
уровне верхнего обреза ростверка FIv = 720 кН/м; FIIv =
645,5 кН/м. Инженерно-геологические условия приняты по
данным примера 1. Место строительства г. Томск. Температура
воздуха в подвале 15 °С.
Решение. Расчетную глубину промерзания грунта определяем так же, как в примере 3. Для данного случая она будет равна
df = 0,5  2,2 м = 1,10 м.
Согласно схеме (см. рис. 4) отметка пола технического
подполья -1,95 м. Толщину ростверка примем 0,3 м, толщину
19
пола техподполья 0,10 м. Следовательно, из конструктивных
соображений низ ростверка должен располагаться на отметке
-2,35 м. Учитывая планировочную отметку поверхности грунта,
глубина заложения ростверка будет равна 1,40 м, что больше
расчетной глубины сезонного промерзания грунта.
Рис. 4. Расчетная схема ленточного свайного фундамента
Геометрические размеры и несущую способность сваи
примем по данным примера 1.
Количество свай С8-30 на 1 м.п. под стену здания можно
определить на формуле (7)
F 
720  1,4
 2,12 сваи,
n  Iv k 
Fd
474,85
а расстояние между сваями (шаг свай) по формуле
a
m p Fd
 k FIv
,
(10)
где mp - число рядов свай.
Примем однорядное расположение свай, тогда расстояние
между ними будет равно
20
1  474,85
 0,47 м,
1,4  720
что меньше допустимого, равного 3d или 3  0,3 = 0,9 м.
Расположение свай в шахматном порядке при расстоянии
между ними менее 50 см нецелесообразно.
При двухрядном расположении свай с расстоянием между
рядами С = 0,9 м шаг свай будет равен
2  474,85
a
 0,94 м.
1,4  720
Примем шаг свай а = 0,9 м. Ширина ростверка в этом случае будет равна (см. рис. 4)
b = c + d + 0,1= 0,9 + 0,3 + 0,1 = 1,3 м.
Собственный вес одного погонного метра ростверка определим по формуле
GIр = b hp b f ,
где b и hp - соответственно ширина и толщина ростверка, м;
f - коэффициент надежности по нагрузке, равный f = 1,1;
b - удельный вес железобетона, принимаемый b = 24 кН/м3.
a
Подставляя в формулу соответствующие значения величин, будем иметь
GIр = 1,3  0,8  1,1  24,0 = 10,3 кН/м.
Собственный вес грунта на уступах ростверка может быть
приближенно определен по формуле
GIгр  (b  bc )h  'I  f ,
где bc - ширина стены цокольной части, равная bc = 0,6 м.
h - средняя высота грунта на уступах ростверка h = 0,55 м;
 'I - удельный вес грунта обратной засыпки, принимаемый
 'I = 17 кН/м3;
f - коэффициент надежности по нагрузке для насыпных
грунтов, f = 1,15.
Тогда, GIгр = (1,3 - 0,6)  0,55  17  1,15 = 7,5 кН/м.
21
Расчетная нагрузка в плоскости подошвы ростверка
FIv = FIv + GIр + GIгр = 720 + 10,3 + 7,5 = 737,8 кН/м.
Фактическую нагрузку, передаваемую на каждую сваю ленточного фундамента, определим по формуле
a  FIv 0,9  737,8
N

 332 кН
mp
2
Проверим выполнение условия несущей способности грунта в
основании сваи (1)
474,85
332 
 339,2 кН.
1,4
Условие (1) выполняется. Недоиспользование несущей способности сваи не превышает 2%.
5. Расчет осадки свайного фундамента
Пример 5. Требуется определить осадку отдельно стоящего свайного фундамента под колонну промышленного здания,
инженерно-геологические условия и конструкция свайного
фундамента принята в соответствии с данными примеров 1 и 3.
Решение. Расчет осадки отдельно стоящих фундаментов
из висячих свай в соответствии с СНиП [3] производится как
для условного фундамента на естественном основании методом
послойного суммирования. Причем определяется средняя осадка фундамента от действия только вертикальной силы без учета
момента.
Границы условного фундамента определяются снизу плоскостью AБ (рис. 5), проходящей через нижние концы свай, с боков вертикальными плоскостями АБ и БГ, отстоящими от наружных граней крайних рядов вертикальных свай на расстоянии равном
h tg
22
II, mt
.
4
В случае если под нижними концами свай залегают пылевато-глинистые грунты с показателем текучести JL > 0,6, это
расстояние не должно превышать 2d (d диаметр или сторона
поперечного сечения сваи).
Рис. 5. Схема к расчету осадки отдельно стоящего
свайного фундамента:
DL - отметка планировки; WL- уровень подземных
вод; FL - отметка подошвы фундамента; ВС - нижняя граница сжимаемой толщи
Осредненное расчетное значение угла внутреннего трения
слоев грунта, прорезаемых сваями, определяется по формуле
23
II, mt

h
II, i i
 hi
,
где II,i - расчетные значения углов внутреннего трения для отдельных слоев грунта толщиной hi пройденных свай, м;
h - глубина погружения свай в грунт, м.
Расчетное значение угла внутреннего трения определяется
путем деления нормативного значения на коэффициент надежности по грунту. В расчетах по деформациям этот коэффициент
принимается равным единице. Поэтому расчетное значение II,
численно равно n.
Для рассматриваемого примера
20  1,4  18  3,2  26  1,5  21  1,6
II, mt 
= 20,4 ,
1,40  3,2  1,5  1,6
тогда, размеры условного фундамента в плане будут равны:
20,4
ly  1,8  0,3  2  7,7  tg(
)  3,57 м ;
4
20,4
by  1,6  0,3  2  7,7  tg (
)  3,27 м.
4
Площадь условного фундамента
Ay = ly by = 3,57  3,27 = 11,67 м2.
Собственный вес условного свайногрунтового массива
может быть определен по формуле GIIy = Ay dy  . Приняв усредненный удельный вес грунта и свай в пределах свайногрунтового массива равным  = 20 кН/м3, будем иметь
GIIy = 11,67  9,1  20 = 2124 кН.
Среднее давление под подошвой условного фундамента:
F  GIIy 1950  2124

p  II v
= 349,1 кН/м2.
Ay
11,67
Расчетное сопротивление грунта под подошвой условного
фундамента определим по формуле (7) СНиП [2]
24


 c1 c 2
M  K z b II  M q d1 II ' ( M q  1)d b  'II  M cCII .
k
Для рассматриваемого примера
с1 = 1,2; с2 = 1,0 k = 1; Кz = 1.
Так как у здания нет подвала, третий член формулы обратится в ноль. Удельный вес грунта под подошвой условного
фундамента II = 18,7 кН/м3.
Осредненное значение удельного веса грунта выше подошвы условного фундамента
18,2  2,8  19,8  3,2  19,6  1,5  18,7  1,6
 'II 
 19,08 кН/м3.
2,8  3,2  1,5  1,6
Коэффициенты М, Мq, Мc зависят только от угла внутреннего трения II слоя грунта, на который опирается условный
фундамент, и определяются по табл. П.7. Подставляя в формулу
соответствующие значения величин, получим
1,2  1,0
R
(0,56  1,0  3,27  18,7  3,24  9,1  19,08  5,84  21)  719,4 кПа
1,0
Условие п. 2.41 [2] p ≤ R удовлетворено.
Природные напряжения от действия собственного веса
грунта определяются по формуле
R
zq =  II,i hi,
где II,i - удельный вес i-го слоя грунта толщиной hi.
В случае, если грунты залегают ниже уровня подземных
вод, их удельный вес должен определяться с учетом взвешивающего действия воды.
Природное напряжение в уровне подошвы условного фундамента будет равно
zdyq = 18,2  2,8 + 9,7  3,2 + 10,3 1,5 + 9,3  1,6 = 112,3 кПа.
Так как под подошвой условного фундамента залегает
однородный слой суглинка, то природные напряжения в любой
точке на глубине Z ниже подошвы условного фундамента можно определить по формуле
25
zq = zdyq + IIsb Z
где IIsb - удельный вес слоя суглинка, залегающего ниже подошвы условного фундамента, с учетом взвешивающего действия воды.
Дополнительное напряжение под подошвой условного
фундамента равно
p0 = p – zdyq = 349,1 – 112,3 = 236,8 кПа.
Дополнительные напряжения с глубиной затухают, и их
значения определяются по формуле
 zp   po ,
(12)
коэффициент  для каждого рассматриваемого слоя, расположенного на глубине Z от подошвы фундамента, определяется по
табл. П.8, прилож. в зависимости от параметров
ly
2Z

и  .
by
by
Для построения эпюры дополнительных давлений zp
(рис. 5) вся толща ниже подошвы условного фундамента разбивается на элементарные слои. Толщина элементарного слоя
должна быть не более 0,25 by. При этом каждый элементарный
слой должен быть однородным. Толщина элементарных слоев в
нашем примере не должна превышать 0,25  3,27 = 0,82 см.
Примем толщину элементарных слоев 0,80 м. Среднее дополнительное напряжение zpi для каждого элементарного слоя определяют как среднеарифметическое значение между дополнительными напряжениями на верхней и нижней границах элементарного слоя.
Активная зона, в пределах которой учитывается сжатие
грунта, определяется из условия 0,2  zq = zp или 0,1  zq = zp,
если модуль деформации грунта Е < 5 мПа. Глубина, на которой
выполняются данные условия, и будет нижней границей сжимаемой толщи (ВC). Расчет удобно выполнять в табличной
форме (табл. 2).
26
Осадка основания условного фундамента определяется по
формуле
n
 zpi hi
i 1
Ei
S  
,
(13)
где zpi - среднее напряжение в i-ом слое грунта, кПа.
hi - толщина i-го слоя грунта, м;
Еi - модуль деформации i-го слоя грунта, кПа;
 - коэффициент, принимаемый  = 0,8;
n - число элементарных слоев, на которое разбита сжимаемая толща.
Таблица 2
К расчету осадки отдельно стоящего свайного фундамента
Наиме- №
нование тогрунта чек
0
1
Суглинок
2
тугопла3
стичный,
4
E = 1800
5
кПа
6
7
8
Z,
zq,
кПа
0
0,8
1,6
2,4
3,2
4,0
4,8
5,6
6,4
112,30
119,74
127,18
134,62
142,06
149,50
156,94
164,38
171,82
0,2zq,   2Z   ly
by
by
кПа
22,46
23,95
25,44
26,92
28,41
29,90
31,39
32,88
34,36
0,000
0,489
0,979
1,468
1,957
2,446
2,936
3,425
3,914
1,092
1,092
1,092
1,092
1,092
1,092
1,092
1,092
1,092

zp,
кПа
zpi,
кПа
1,000
0,940
0,731
0,519
0,367
0,267
0,199
0,154
0,122
236,80
222,60
173,18
123,01
87,00
63,11
47,23
36,40
28,78
229,70
197,89
148,10
105,01
75,06
55,17
41,82
32,59
В нашем примере грунт в основании условного фундамента однородный. Толщина hi и модуль деформации Еi у элементарных слоев одинаковые. Подставляя в формулу (13) значения
соответствующих величин, будем иметь
 0,8
S  0,8
(229,7  197,89  148,10  105,01  75,06  55,17 
18000
+41,82 + 32,59 = 0,031 м = 3,1 см.
27
Максимальная осадка для производственных и гражданских зданий с полным железобетонным каркасом в соответствии с приложением 4, [2] не должна превышать Smax,u = 8 см.
S = 3,1 см < Smax,u = 8 см.
Необходимое условие (2) расчета свайного фундамента по
II предельному состоянию выполняется.
Пример 6. Требуется определить осадку ленточного свайного фундамента под кирпичную стену гражданского здания.
Инженерно-геологические условия и конструкция фундамента
приняты в соответствии с данными примеров 1 и 4.
Решение. Осадку ленточных фундаментов с одно- и двухрядным расположением свай и расстоянием между сваями
(3 – 4)d - рекомендуется определять по формуле [3, прилож. 3].
S
n(1   2 )
0 ,
E
(14)
где n - погонная нагрузка на ленточный свайный фундамент
(кН/м) с учетом веса условного фундамента в виде массива
грунта со сваями ограниченного: сверху - поверхностью
планировки; с боков - вертикальными плоскостями, проходящими по наружным граням крайних рядов свай снизу плоскостью, проходящей через нижние концы свай;
E,  - модуль деформации (кПа) и коэффициент Пуассона
грунта в пределах сжимаемой толщи;
0 - коэффициент, определяемый по номограмме (см. приложение П.10).
Погонная нагрузка n складывается из расчетной нагрузки,
действующей в уровне планировочной отметки, и собственного
веса условного ленточного фундамента. В примере 4 FIIv =
645,5 кH/м и приложена в уровне верха ростверка.
В уровне планировочной отметки (-0,95) (см. рис. 4)
FIIv = 645,5 – 0,6  1,1  2,4 = 644 кН/м, тогда погонная нагрузка n
будет равна
n  FII' v  bd  ,
28
где b - ширина фундамента, принимаемая по наружным граням
крайних рядов свай, м;
d - глубина заложения фундамента от уровня планировочной отметки, м.
 - среднее значение удельного веса свайногрунтового массива, принимаемое   20 кН/м3.
Значения b и d приведены на расчетной схеме (рис. 6) и
равны b = 1,2 м, d = 9,1 м, тогда n = 644 + 1,2  9,1  20 =
862,4 кН/м.
Для определения коэффициента 0 необходимо знать глубину сжимаемой толщи Нс, которая, в свою очередь, зависит от
значений дополнительных напряжений, развивающихся в массиве грунта под фундаментом. Ориентировочно глубину сжимаемой толщи Нс можно определить, как и в примере 5. из условия zp  0,2zq.
Дополнительные напряжения определяются по формуле
n
 zp 
n ,
h
где n - то же, что и в формуле (14);
h - глубина погружения свай. м;
n - безразмерный коэффициент, принимаемый по табл. П.9.
приложения
Коэффициент n зависит от приведенной ширины b  b h
и приведенной глубины рассматриваемой точки Z h , где Z фактическая глубина рассматриваемого слоя грунта от уровня низа
ростверка. Приведенная ширина фундамента в нашем случае
равна
1,2
 0,156 м.
b
7,7
Вычисленные значения дополнительных напряжений сведем в таблицу.
29
Рис. 6. Схема к расчету осадки ленточного свайного фундамента
30
Таблица 3
К расчету осадки ленточного свайного фундамента
Z
h
n
zp, кПа
1,01
1,05
1,1
1,2
1,3
1,4
1,5
1,6
1,7
1,8
1,9
2,0
2,1
2,2
2,3
2,4
2,5
7,38
6,41
4,92
8,43
2,68
2,23
1,94
1,72
1,56
1,43
1,32
1,23
1,145
1,081
1,02
0,97
0,92
284,64
228,64
175,49
122,34
95,59
79,54
69,20
61,35
55,64
51,01
47,08
43,87
40,84
38,56
36,38
34,60
32,81
Глубина
от подошвы
условного
фундамента
zc, м
0,08
0,39
0,77
1,54
2,31
3,08
3,85
4,62
5,39
6,16
6,93
7,70
8,47
9,24
10,01
10,78
11,55
Толщина
i-ого слоя zq, кПа
h c, м
0,08
0,31
0,38
0,77
0,77
0,77
0,77
0,77
0,77
0,77
0,77
0,77
0,77
0,77
0,77
0,77
0,77
113,04
115,93
119,46
126,62
133,78
140,94
148,11
155,27
162,43
169,59
176,75
183,91
191,07
196,23
206,23
212,55
219,72
0,2zq,
кПа
22,60
23,19
23,89
25,39
21,76
28,19
29,62
31,05
32,44
33,91
35,35
36,78
38,21
39,65
41,24
42,50
43,94
Анализ данных табл. 3 показывает, что условие
zp  0,2zq выполняется на относительной глубине Z h  2,2 ,
тогда
Нс = 2,2h = 2,2  7,7 = 16,94 м.
Коэффициент Пуассона для суглинка  = 0,35 (табл. П.10).
Пользуясь номограммой, при H c h  2,2 и b  0,156 находим
0 = 2,55.
Осадка фундамента будет равна
862,41(1  0,352 )
n(1   2 )
0 
S
 2,55  0,0341м  3,41см.

3,14  18000
31
Средняя осадка для многоэтажных бескаркасных зданий с
несущими кирпичными стенами не должна превышать 10 см [2,
прилож. 4]
Следовательно, условие (2) выполняется
S = 3,41 см  S u = 10 см.
В случае, если ниже подошвы свайного фундамента залегают неоднородно слои грунта, то значения E и  в формуле
(14) должны приниматься осредненные для всех слоев и определяться по формуле
n
х
x
l 1
i
hi
,
 hi
где xi - значение Е или  для i -го слоя грунта;
hi - толщина i-го слоя грунта, м;
n - число слоев грунта, расположенных под подошвой
условного фундамента в пределах сжимаемой толщи.
6. Подбор молота для погружения свай
От правильности выбора дизель-молота зависит успешное
погружение свай в проектное положение. В первом приближении дизель-молот можно подобрать по отношению веса его
ударной части к весу сваи, которое должно быть для штанговых
дизель-молотов и молотов одиночного действия не менее 1,5
при плотных грунтах, 1,25 при грунтах средней плотности и 1,0
при слабых водонасыщенных грунтах.
Минимальная энергия удара, необходимая для понижения
свай, определяется по формуле
Е = 1,75 а Fv ,
(16)
где а - коэффициент, равный 25 Дж/кН;
Fv - расчетная нагрузка, допускаемая на сваю и принятая в
проекте, кН.
32
Пользуясь техническими характеристиками дизельмолотов, подбирают такой молот, энергия удара которого соответствует минимальной.
Проверка пригодности принятого молота производится по
условию
(Gh  Gb )
 Km,
Ep
(17)
где Ep - расчетная энергия удара, Дж;
Gh - полный вес молота, Н;
Gb - вес сваи и наголовника, Н;
Km – коэффициент, принимаемый при использовании железобетонных свай. Кm = 6 трубчатых дизель-молотов и
Кm = 5 для штанговых дизель-молотов.
Расчетная энергия удара принимается:
- для трубчатых дизель-молотов Ер = 0,9 Gn' hm ;
- для штанговых дизель-молотов Ер = 0,4 Gn' hm ,
где Gn' - вес ударной части молота, кН;
hm - высота падения ударной части молота, м.
При подборе молотов для трубчатых принимается hm =
2,8 м, а для штанговых при весе ударной части 12,5; 18,0; 25,0
кН - соответственно 1,7; 2 и 2,2 м.
Пример 7. Требуется подобрать дизель-молот для нагружения железобетонных свай типа С10-30 в грунты средней
плотности. Расчетная нагрузка, допускаемая на сваю и принятая
в проекте Fv = 450 кН.
Решение. Определим минимальную энергию удара, необходимую для погружения свай по формуле (16)
Е = 1,75  25  450 = 19687,5 Дж.
По техническим характеристикам (табл. П.12, прилож.)
принимаем трубчатый дизель-молот С-996 с энергией удара 27
33
кДж. Полный вес молота Gh = 36500 Н, вес ударной части
Gn' =18000 Н.
Вес сваи С10-30 22800 Н. Вес наголовника примем
2000 Н. Расчетная энергия удара дизель-молота С-996
Ер = 0,4  18000  2 = 14400 Дж.
Проверяем условие (17)
(36500  22800  2000)
 4,25  6 .
14400
Условие (17) соблюдается. Следовательно, принятый
трубчатый дизель-молот С-996 обеспечивает погружение свай
С10-30.
7. Определение проектного отказа свай
В проекте свайного фундамента должен быть определен
проектный отказ свай.
Проектный отказ необходим для контроля несущей способности свай в процессе производства работ, если фактический отказ при испытании свай динамической нагрузкой окажется больше проектного, то несущая способность сваи может
оказаться необеспеченной. Формула для определения проектного отказа имеет вид
AE p
m1   2 (m  m3 )
,
Sp 

 k Fv / M (  k Fv / M  A)
m1  m2  m3
(18)
где  - коэффициент, принимаемый для железобетонных свай,
 = 1500 кН/м2;
А - площадь поперечного сечения ствола сваи, м2;
М - коэффициент равный 1;
к- коэффициент надежности, принимаемый при определении несущей способности сваи по расчету, равным к = 1,4;
Ер - расчетная энергия удара кДж;
Fv- расчетная нагрузка .допускаемая на сваю и принятая в
34
проекте, кН;
m1 - маcca молота, т;
m2 - масса сваи и наголовника, т;
m3 - масса подбабка, т;
 - коэффициент восстановления удара, принимаемый при
забивке железобетонных свай 2 = 0,2.
Пример 8. Определить проектный отказ свай C10-30 по
данным примера 7.
Решение. Проектный отказ определяем по формуле (18)
Sp 
1500  0,09  14,4
3,65  0,2(2,48  0)


1,4  450  1,4  450
3,65  2,48  0

 1500  0,09 

1  1

= 0,0026 м = 0,26 см
8. Технико-экономическое обоснование принятого решения фундаментов
Технико-экономические показатели фундаментов подразделяются на стоимостные и натуральные. Стоимостные показатели включают: приведенные затраты, сметную стоимость возведения фундаментов, капитальные вложения в материальнотехническую базу строительства, эффект от ускорения строительства, экономическую оценку фактора дефицитности стали и
эксплуатационные затраты. Натуральные показатели включают
продолжительность возведения, затраты труда и расход основных материалов (стали цемента, топлива).
Для анализа технико-экономических показателей вариантов фундаментов выбирается сопоставимая единица измерения.
Это может быть 1 фундамент или нулевой цикл в целом.
Оптимальное проектное решение принимается по минимуму приведенных затрат. Подробная методика оценки эффек-
35
тивности фундаментов изложена в Руководстве по выбору проектных решений фундаментов [7] .
На стадии курсового проектирования ориентировочно технико-экономическая оценка принятого варианта может быть
дана по стоимости и трудоемкости. Удельные показатели стоимости и трудоемкости основных видов работ при устройстве
свайных фундаментов приведены в табл.4.
36
Таблица 4
Удельные показатели стоимости и трудоемкости основных
видов работ при устройстве свайных фундаментов
Стоимость
руб.
Трудоемкость
чел.-дн.
песчаных
глинистых
1,8
2,0
0,23
0,28
влажных
2,3
0,32
4,8
11,5
23,7
0,11
0,13
0,58
29,6
26,1
0,72
0,38
85,2
93,7
105,3
0,89
1,41
1,46
90,3
103,7
111,2
1,05
1,6
1,68
1,85
2,15
0,09
0,11
Наименование работ
Разработка грунтов глубиной до 3 м:
Устройство подготовки под ростверки:
песчаной
щебеночной
бетонной
Устройство монолитных железобетонных
ростверков из бетона класса В15 (М 200):
столбчатых
ленточных
Погружение железобетонных свай из бетона
класса В 22,5 (М-300) в грунты I группы:
длиной до 12 м
длиной до 16 м
составных длиной до 20 м
Погружение железобетонных свай из бетона
класса В 22,5 (М-300) в грунты II группы:
длиной до 12 м
длиной до 16 м
составных длиной до 20 м
Бурение лидерных скважин в грунт:
I группы
II группы
37
Приложение
Таблица П.1
Расчетные сопротивления грунта под нижним
концом забивных свай
Глубина
Расчетные сопротивления под нижним концом забиваемых
погружесвай, погружаемых без выемки грунта, R кПа
ния нижпесчаных грунтов средней плотности
него конца
средней
пылевагравесвай,
крупных
крупно- мелких
тых
листых
м
сти
пылевато-глинистых грунтов при показателе
текучести JL , равном
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
6600
3100
2000
3
7500
3000
1100
600
4000
2000
1200
3200
6800
2100
3800
1250
700
4
8300
5100
2500
1600
5
8800
7000
6200
4000
3400
2800
2200
2000
1300
800
7
9700
7300
6900
4300
3700
3300
2400
2200
1400
850
10
10500
7700
7300
5000
4000
3500
2600
2400
1500
900
15
11700
8200
7500
5600
2900
1650
1000
20
12600
8500
6200
3200
1800
1100
25
13400
9000
6800
5200
3500
1900
1200
30
14200
9500
7400
5600
3800
2100
1300
35
15000
10000
8000
6000
4100
2250
1400
4400
4000
4800
4500
Примечания: 1. Над чертой даны значения R для песчаных грунтов, под чертой - для пылевато-глинистых грунтов.
2. В табл. п. 1 и п. 2 глубину погружения нижнего конца сваи и среднюю
глубину расположения слоя грунта при планировке территории срезкой,
38
подсыпкой, намыве до 3 м следует принимать от уровня природного
рельефа, а при срезке, подсыпке, намыве от 3 до 10 м - от условной отметки, расположенной на 3 м выше уровня среза или на 3 м ниже уровня
подсыпки.
Глубину погружения нижнего конца сваи и среднюю глубину расположения слоя грунта в водоеме следует принимать от уровня дна после общего размыва расчетным паводком, на болотах – от уровня дна болота.
При проектировании путепроводов через выемки глубиной до 6 м для
свай, забиваемых молотами без подмыва или устройства лидерных скважин, глубину погружения в грунт нижнего конца сваи в табл. П.1 следует
принимать от уровня природного рельефа в месте сооружения фундамента. Для выемок глубиной более 6 м глубину погружения свай следует
принимать, как для выемок глубиной 6 м.
3. Для промежуточных глубин погружения свай и промежуточных значений показателя текучести JL значения R и fi в табл. П.1 и П.2 определяются интерполяцией.
4. Для плотных песков, плотность которых определена по данным статического зондирования, значения R по табл. П.1 для свай, погруженных
без использования подмыва или лидерных скважин, следует увеличить на
100%. При определении плотности грунта по данным других видов инженерных изысканий и отсутствии данных статического зондирования
для плотных песков значения R по табл. П. 1 следует увеличить на 60%,
но не более чем до 20 000 кПа.
5. Значения расчетных сопротивлений R по табл. П.1 допускается использовать при условии, если заглубление свай в неразмываемый и несрезаемый грунт составляет не менее, м:
4,0 – для мостов и гидротехнических сооружений;
3,0 – для зданий и прочих сооружений.
6. Значение расчетного сопротивления R под нижним концом забивных
свай сечением 0,150,15 м и менее используемых в качестве фундаментов под внутренние перегородки одноэтажных производственных зданий,
допускается увеличивать на 20 %.
7. Для супесей при числе пластичности Jр ≤ 4 и коэффициенте пористости
е < 0,8 расчетные сопротивления R и fi следует определять как для пылеватых песков средней плотности.
8. Для глинистых грунтов, имеющих степень влажности в природном состоянии Sr < 0,8, показатель текучести следует вычислять для водонасыщенного грунта. по формуле 9.1 СП 50-102-2003 [4].
39
Таблица П.2
Расчетные сопротивления грунта на боковой
поверхности забивных свай
Средняя Расчетные сопротивления на боковой поверхности свай fi,, кПа
глубина
песчаных грунтов средней плотности
распо- крупных и
пылеложесредней мелких
ватых
ния
крупности
слоя
пылевато-глинистых грунтов при показателе текучести JL, равном
грунта,
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0.8
0,9
1,0
м
1
35
23
15
12
8
4
4
3
2
2
42
30
21
17
12
7
5
4
4
3
48
35
25
20
14
8
7
6
5
4
53
38
27
22
16
8
8
7
5
5
56
40
29
24
17
19
8
7
5
6
58
42
31
25
18
10
8
7
6
8
62
44
33
26
19
10
8
7
6
10
65
46
34
27
19
10
8
7
6
15
72
51
38
28
20
11
8
7
6
20
79
56
41
30
20
12
8
7
6
25
86
61
44
32
20
12
8
7
6
30
93
66
47
34
21
12
9
9
7
35
100
70
50
36
22
12
9
8
7
Примечания: 1. При определении fi по табл. П.2 следует учитывать требования, изложенные в примеч. 2, 3 и 5 к табл. П.1.
2. При определении fi пласты грунтов следует расчленять на однородные
слои толщиной не более 2 м.
3. Значения fi плотных песчаных грунтов следует увеличивать на 30% по
сравнению со значениями, приведенными в табл. П.2.
4. Расчетные сопротивления супесей и суглинков с коэффициентом пористости е < 0,5 и глин с коэффициентом пористости е < 0,6 следует увеличивать на 15% по сравнению со значениями, приведенными в табл.
П.2, при любых значениях показателя текучести.
40
Таблица П.3
Сваи сплошного квадратного сечения с ненапрягаемой продольной арматурой (по ГОСТ 19804.1-79)
Марка
сваи
Дли- Сечена
ние
сваи, сваи,
см
м
С3-30
С3,5-30
С4-30
С4,5-30
С5-30
С5,5-30
3
3,5
4
4,5
5
5,5
С6-30
С7-30
С8-30
С9-30
C10-30
С11-30
CI2-30
6
7
8
9
10
11
12
30х30
Продольная
арматура
410А-I
410АII
СправочКласс Объем ная масса
бетона бетона,
сваи,
м3
т
B15
0,28
0,33
0,37
0,42
0,46
0,51
0,70
0,83
0,93
1,05
1,15
1,28
Расход
стали на
одну
сваю,
кг
15,2
16,9
18,5
20,1
21,8
23,4
30х30
В15
0,55
I,38
25,0
410АII
0,64
I,60
36,7
412АI
412АI
0,73
1,83
41,1
412АII
0,82
2,05
45,5
В 20
30x30 414АIII
0,91
2,28
50,50
1,00
2,50
69,3
414АIII
1,09
2,73
74.9
414АIII
В-20
412АII
С8-35
8
1,00
2,50
44,4
412АII
С9-35
9
1,12
2,50
48,9
412АIII
С10-35
10
1,24
3,10
54,5
С11-35
11
3,43
73,5
1,37
414АIII
С12-35
12 35х35 414АIII
3,73
79,2
1,49
С13-35
13
4,03
85,9
1,6l
414АIII
С14-35
14
4,33
112,9
1,73
416АIII
B-25
С15-35
15
4,65
146,0
1,98
418АIII
С16-35
16
4,95
154,8
418АIII
416АIII
C13-40
13
2,10
5,25
111,3
C14-40
14
2,26
5,65
118,8
416АШ
40x40
C15-40
15
2,42
6,05
152,1
418АШ
C16-40
16
2,58
0,45
193,3
420АШ
Примечание. Сваи сплошного квадратного сечения(ГОСТ 19804.1-79) рекомендуется применять для всех зданий и сооружений в любых сжимаемых
грунтах (за исключением грунтов с непробиваемыми включениями) для
восприятия вдавливающих, выдергивающих и горизонтальных нагрузок.
41
Таблица П.4
Сваи сплошного квадратного сечения с поперечным
армированием ствола с напрягаемой продольной стержневой
арматурой по ГОСТ 19804.2-79
Марка
сваи
Длина
сваи, м
CH9-30
СН10-30
CH11-30
CH12-30
CH13-30
CH14-30
CH15-30
CH10-35
CH11-35
CH12-35
CH13-35
CH14-35
CH15-35
CH16-35
CH17-35
CH18-35
СH19-35
СН20-35
CН13-40
CН14-40
CН15-40
CН16-40
CН17-40
CН18-40
CН19-40
CН20-40
9
10
11
12
13
14
15
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
13
14
15
16
17
18
19
20
Сечение
сваи, см
Продольная
арматура
410АIV
3030
Объем
Класс
бетона,
бетона
м3
B25
410АV
B35
412АV
410АIV
В35
410V
35х35
40х40
412АV
414АV
416АV
416АV
418АV
418АV
412АIV
412АIV
414АIV
414АV
416АV
418АV
В35
0,82
0,91
1,00
1,09
1,18
1,27
1,36
1,24
1,37
1,49
1,61
1,73
1,86
1,98
2,12
2,23
2,35
2,47
2,10
2,26
2,42
2,58
2,74
2,90
3,06
3,22
СпраРасход
воч.
стали на
масса
сваю, кг
сваи, т
2,05
36,0
2,28
39,6
2,50
42,7
2,73,
45,7
2,95
51,4
3,18
55,6
3,40
75,4
3,10
42,6
3,43
45,6
3,73
48,9
4,03
56,2
4,33
75,2
4,65
79,6
4,95
105,0
5,30
137,7
5,58
144,9
5,88
152,2
6,18
193,5
5,25
76,2
5,65
80,9
6,05
105,2
6,45
112,6
6,85
144,2
2,95
151,6
7,65
194,1
8,05
203,2
Примечания: 1. Область применения (см. примечание к табл. П.3).
2. Предпочтение следует отдавать сваям с напрягаемой арматурой, как
имеющим наименьший расход стали.
42
Таблица П.5
Сваи сплошного квадратного сечения без поперечного армирования ствола с центральной проволочной арматурой
по ГОСТ 19804.4-78
Длина
Марка сваи сваи,
м
СЦпр 3-30
3
Сечение
сваи,
см
СпраРасход
воч.
стали на
масса
1 сваю,
сваи,
кг
т
0,70
5,73
Продоль- Класс Объем
ная арма- бето- бетона,
тура
на
м3
0,28
25Вр-П
СЦпр 4-30
4
0,37
0,93
6,04
25Вр-П
СЦпр 5-30
5
0,46
1,15
9,34
35ВР-П
СЦпр 6-30
6
0,55
1,38
10,76
45Вр-П
СЦпр 7-30
7
0,64
1,60
13,78
65Вр-П
30х30
В25
СЦпр 8-30
8
0,73
1,83
14,70
65Вр-П
СЦпр 9-30
9
0,82
2,05
18,48
85ВР-П
СЦпр 10-30
10
0,91
2,28
22,83
95Вр-П
СЦпр 11-30
11
1,00
2,50
26,15
105Вр-П
СЦпр 12-30
12
1,09
7,73
31,47
125Вр-П
Примечание. Сваи без поперечного армирования ствола по ГОСТ 19804.4-78
допускается применять для восприятия вдавливающих нагрузок до
500 кН и горизонтальных нагрузок до 15 кН при условии полного погружения свай в грунт или же в том случае, если часть сваи выступает не более 0,2 м над поверхностью грунта и только внутри помещения с положительными температурами.
№
схемы
Таблица П.6
Параметры некоторых типовых свайных кустов из забивных свай
1
Типовая схема
свайного куста
Размеры, мм
Размер сечения сваи,
мм
a
300300
450
350350
400400
600
a1
А
b
В
-
-
900
-
1200
43
2
300300
300
600
900
450
900
350350
400400
400
800
1200
600
1200
450
900
-
900
1200
1200
600
1200
350350
450
600
600
450450
750
1500
300300
450
600
1300
650
1300
350350
400400
900
1800
900
1800
5
300300
350350
900
1050
-
1800
2100
450
600
900
1200
6
300300
350350
475
525
950
1050
1900
2100
800
900
1600
1800
7
300300
350350
475
525
950
1050
1900
2100
800
900
1600
1800
8
300300
350350
900
1050
1800
2100
900
1050
1800
2100
300300
3
4
-
Примечание. Кусты с большим количеством свай устраиваются
по аналогичному принципу.
44
Таблица П.7
Значение коэффициента M, Mq, Mc
oII
M
Mq
Mc
oII
M
Mq
Mc
0
I
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
0
0,01
0,03
0,04
0,06
0,08
0,10
0,12
0,14
0,16
0,18
0,21
0,23
0,26
0,29
0,32
0,36
0,39
0,43
0,47
0,51
0,56
0,61
0
0,06
1,12
1,18
1,25
1,32
1,39
1,47
1,55
1,64
1,73
1,83
1,94
2,05
2,17
2,30
2,43
2,57
2,73
2,89
3,06
3,24
3,44
3,14
3,23
3,32
3,41
3,51
3,61
3,71
3,82
3,93
4,05
4,17
4,29
4,92
4,55
4,69
4,84
4,99
5,15
5,31
5,48
5,66
5,84
6,04
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
0,69
0,72
0,78
0,84
0,91
0,98
1,06
1,16
1,24
1,34
1,44
1,55
1,68
1,81
1,95
2,11
2,28
2,46
2,66
2,88
3,12
3,38
3,66
3,65
3,87
4,11
4,37
4,64
4,93
5,25
5,59
5,95
6,34
6,76
7,22
7,71
8,24
8,81
9,44
10,11
10,85
11,64
12,51
13,46
14,50
15,64
6,24
6,45
6,67
6,90
7,14
7,40
7,67
7,95
8,24
8,55
8,88
9,22
9,58
9,97
10,37
10,80
11,25
11,73
12,24
12,79
13,37
13,98
14,64
45
Таблица П.8
Значение коэффициента 
 для фундаментов

2Z
by
круглых
прямоугольных с соотношением сторон 

b' y
by
1,0
1,4
1,8
2,4
3,2
5
0
1,000
1,000
1.000
1,000
1.000
1,000
1.000
0,4
0,949
0,960
0,972
0,975
0,976
0,977
0,977
0,8
0,756
0,800
0,848
0,866
0,876
0,879
0,881
1,2
0,547
0,606
0,682
0,717
0,739
0,749
0,754
1,6
0,390
0,449
0,532
0,578
0,612
0,629
0,639
2,0
0,285
0,386
0,414
0,463
0,505
0,530
0,545
2,4
0,214
0,257
0,325
0,374
0,419
0,449
0,470
2,8
0,165
0,201
0,260
0,304
0,349
0,383
0,410
3,2
0,130
0,160
0,210
0,251
0,294
0,329
0,360
3,6
0,106
0,131
0,173
0,209
0,250
0,285
0,319
4,0
0,087
0,108
0,145
0,176
0,214
0,248
0,285
4,4
0,073
0,091
0,123
0,150
0,185
0,218
0,255
4,8
0,062
0,077
0,105
0,130
0,161
0,192
0,230
5,2
0,053
0,062
0,091
0,113
0,141
0,170
0,208
5,6
0,046
0,058
0,079
0,099
0,124
0,152
0,189
6,0
0,040
0,051
0,070
0,087
0,110
0,136
0,176
6,4
0,036
0,048
0,062
0,077
0,099
0,122
0,158
6,8
0,031
0,040
0,055
0,069
0,088
0,110
0,145
7,2
0,028
0,036
0,049
0,062
0,080
0,100
0,133
7,6
0,024
0,032
0,044
0,056
0,072
0,091
0,123
8,0
0,022
0,029
0,040
0,051
0,066
0,084
1,113
8,4
0,021
0,026
0,037
0,046
0,060
0,070
0,105
8,8
0,019
0,024
0,033
0,042
0,055
0,071
0,098
9,2
0,017
0,022
0,031
0,039
0,051
0,066
0,091
9,6
0,016
0,020
0,028
0,036
0,047
0,060
0,085
10,0
0,015
0,019
0,026
0,033
0,043
0,056
0,079
10,4
0,014
0,017
0,024
0,031
0,040
0,052
0,074
10,8
0,013
0,016
0,022
0,029
0,037
0,049
0,069
11,2
0,012
0,015
0,021
0,027
0,036
0,046
0,065
11,6
0,011
0,014
0,020
0,025
0,033
0,042
0,061
12,0
0,010
0,013
0,018
0,023
0,031
0,040
0,058
Примечание: Для промежуточных значений  и  коэффициент  определяется интерполяцией.
46
Таблица П.9
Значения коэффициента n
Z
h
n при отношении
b
b
h
0,05
0,1
0,2
0,3
1,01
13,7907
9,5060
6,7056
5,4922
1,05
8,0206
7,2177
5,6564
4,7306
1,10
5,1769
5,2092
4,7391
4,1927
1,20
3,3168
3,4217
3,4337
3,3052
1,30
2,5773
2,6499
2,7056
2,6873
1,40
2,1593
2,2099
2,2608
2,2703
1,50
1,8817
1,9195
1,9600
1,9758
1,60
1,6797
1,7076
1,7409
1,1757
1,70
1,5240
1,5458
1,5728
1,5876
1,80
1,3991
1,4166
1,4387
1,4518
1,90
1,2959
1,3102
1,3286
1,3400
2,00
1,2087
1,2206
1,2362
1,2462
2,10
1,1338
1,1439
1,1572
1,1659
2,20
1,0685
1,0772
1,0887
1,0964
2,30
1,0110
1,0185
1,0285
1,1035
2,40
0,9599
0,9664
0,9752
0,9814
2,50
0,9140
0,9198
0,9276
0,9331
Примечания: 1. Условие обозначения: Z – глубина рассматриваемого слоя
грунта от уровня планировки, м. h – глубина погружения сваи, м. b и b’ –
ширина и приведенная ширина свайного фундамента.
2. Для промежуточных значенийb коэффициент n определяется интерполяцией.
47
Таблица П.10
Средние значения коэффициента Пуассона 
и коэффициента 
Грунт

 1
2 2
(1  )
Песок и супесь
0,30
0,74
Суглинок
0,35
0,62
Глина
0,42
0,40
Номограмма для определения параметра о
- - - >
последовательность
определения о
в примере 6
48
49
18-22*
20*
Диаметр погружаемых свай
18-22*
620
450
1970
1000
100
1,50
190
340
18-22**
650
450
1980
1250
60-65
1,95-2,00
240
350
30х30**
850
800
3360
1790
50-55
5,25
1200
2300
30х30**
900
820
3820
2100
50-55
16,0
1800
3100
30х30**
870
980
4540
2600
42-50
20,0
2500
4200
Примечание. Знаком * обозначены деревянные сваи. Знаком ** обозначены железобетонные сваи
550
400
1940
1000
500
360
1715
1000
Наибольшая высота подъема
ударной части молота, мм
100-110
1,50
180
315
30х30**
870
1000
4760
2500
42-50
-
2500
4500
С-З30А
Таблица П.11
Дизель -молот со штангами
Подвижными
Неподвижными
ДМ-58 ДМ-150 ДМ-150а С-222
С-268
С-330
Габариты, мм:
длина
ширина
высота
96-100
1,0
Энергия удара, кДж
Число ударов в 1 минуту
140
260
ДБ-15
Масса, кг:
ударной части
общая
Показатели
Техническая характеристика штанговых дизель-молотов
50
1500
Масса молота с
кошкой, кг
длина
ширина
высота
640
470
3825
44
Число ударов, мин
Габариты, мм:
9,0
2800
2000
600
С-994
Энергия удара, кДж
наибольшая
наименьшая
Высота подскока
ударной части, мм:
Масса ударной
части, кг
Показатели
720
520
3955
2600
44
19,0
2800
2000
1250
С-995
765
600
4335
3650
44
27,0
2800
2000
1800
840
950
4970
5500
44
37,0
2800
2000
2500
890
1000
5150
7650
44
52,0
2800
2000
3500
700
790
4190
3500
44
27,0
2800
2000
1800
Дизель-молот с охлаждением
водяным
С-996И
С-1047
С-1048И
С-859
С-996ХЛ С-1047 ХЛ С-1048ХЛ
720
4970
5000
44
38,0
2800
2000
2500
С-949
890
1000
5080
7500
44
52,0
2800
2000
3500
С-954
воздушным
Технические характеристики трубчатых дизель-молотов
5520
10100
44
76.0
2800
2800
5000
С-951
Таблица П.12
Библиографический список
1. Строительные нормы и правила. Нагрузки и воздействия:
СНиП 2.01.07-85. – М.: Стройиздат, 1986.
2. Строительные нормы и правила. Основания зданий и сооружений: СНиП 2.02.01-83. – М.: Стройиздат, 1985.
3. Строительные нормы и правила. Свайные фундаменты. СНиП
2.02.03-85 М.: Стройиздат, 1986.
4. Свод правил по проектированию. Проектирование и устройство свайных фундаментов: СП 50-102-2003. – М.: Госстрой России, 2004.
5. Строительные нормы и правила. Бетонные и железобетонные
конструкции: СНиП 2.03.01-84. – М.: Стройиздат, 1985.
6. Справочник проектировщика. Основания, фундаменты и подземные сооружения. – М.: Стройиздат, 1985.
7. Руководство по выбору проектных решений фундаментов. –
М.: Стройиздат, 1984.
Содержание
1. Общие положения .......................................................................... 3
2. Основные указания по расчету ..................................................... 5
3. Определение несущей способности сваи ..................................... 8
4. Определение количества свай в свайном фундаменте и
конструировании ростверка ........................................................ 14
5. Расчет осадки свайного фундамента .......................................... 22
6. Подбор молота для погружения свай ......................................... 32
7. Определение проектного отказа свай ......................................... 34
8. Технико-экономическое обоснование принятого решения
фундаментов ................................................................................. 35
Приложение....................................................................................... 38
Библиографический список............................................................. 51
Содержание ....................................................................................... 51
51