Основания и фундаменты транспортных сооружений: Электронный учебник, страница 16

После определения расчетного сопротивления производят уточняющие расчеты принятых размеров фундамента по среднему давлению по подошве для случая центрального приложения нагрузки и по давлению по краям и под наиболее загруженным углом подошвы для внецентренно нагруженных фундаментов, делают проверку прочности слабого подстилающего слоя. В целом эти методики аналогичны соответствующим расчетам для транспортных сооружений, хотя и имеют некоторые отличия. В качестве специфического расчета отметим определения давления грунта обратной засыпки, действующего на стены подвала.

Далее выполняют определение осадки основания. Как правило, осадка рассчитывается методом послойного суммирования, рассмотренным выше, или методом линейно-деформируемого слоя конечной толщины. Последний расчет выполняют, если в пределах сжимаемой толщи имеются слои несжимаемых или малосжимаемых грунтов, а также для широких плитных фундаментов.

Несущую способность основания определяют в следующих случаях: на основание действуют значительные горизонтальные нагрузки, сооружение располагается вблизи склона и есть опасность его обрушения, основание сложено скальными или водонасыщенными глинистыми грунтами. В первых двух случаях выполняют расчет на устойчивость положения фундамента против сдвига по подошве и против глубокого сдвига. Глубокий сдвиг рассчитывают чаще всего методом круглоцилиндрических поверхностей скольжения.

Для горизонтального основания несущую способность определяют по формуле

                                   .                    (3.39)

Здесь l¢ и b¢ - приведенная длина и ширина фундамента, вычисляемые по формулам ,     , e_l и e_b - эксцентриситеты равнодействующей в направлении соответствующих сторон фундамента; N_g, N_q, N_c - коэффициенты несущей способности, определяемые по таблицам СНиП [15] в зависимости от значения угла внутреннего трения j_I и приведенного угла наклона d к вертикали равнодействующей внешней нагрузки, x_g, x_q, x_c - коэффициенты формы подошвы фундамента; g_I и c_I - удельный вес и удельное сцепление грунта для расчетов по первой группе предельных состояний, g_I¢ - удельный вес грунта, залегающего выше подошвы фундамента.

Для d = 0 коэффициенты несущей способности можно рассчитать по формулам в зависимости от угла внутреннего трения j_I:

,     ,    .

В СНиП 2.02.01-83* [15] коэффициенты формы даются выражениями:

,        ,           ,                    .

И, если нужно, выполняют расчет тела фундаментов на прочность. Заметим, что кроме традиционных методов расчета на сегодняшний день, особенно при расчете плитных фундаментов, широко используют программные комплексы, основанные на МКЭ [7]. Это позволяет более полно учесть неоднородность грунтов в основании и рассматривать сложные схемы нагружения.

4. СВАЙНЫЕ ФУНДАМЕНТЫ

4.1 Область применения свайных фундаментов и их составные элементы

          Свайные фундаменты широко применяются как в мостостроении, так и в других областях строительства. Эффективность этих фундаментов обусловлена более полным использованием несущей способности грунтового основания и прочности элементов фундамента. Развитие строительной индустрии способствует совершенствованию технологии сооружения свайных фундаментов и существенному снижению экономических затрат. 

          На рис. 4.1 приведена общая схема свайного фундамента.

 Согласно этой схеме свайный фундамент состоит их двух основных элементов: свай (свай-оболочек или свай-столбов) и плиты, объединяющей их в верхней части и называемой плитой ростверка. Высотное положение элементов свайного фундамента обозначается следующими отметками:  - обрез плиты ростверка,  - подошва плиты ростверка,  - верх (голова) свай,  - нижний конец свай. Свая может полностью располагаться в грунте. Глубина погружения сваи в грунт, считая от подошвы плиты ростверка обозначается . Плита ростверка может возвышаться над грунтом. В этом случае участок сваи над грунтом называется свободной длиной и обозначается .

          Область применения свайных фундаментов может определяться грунтовыми условиями, технологическими возможностями, а также экономической целесообразностью. Применение свайного фундамента безусловно оправдано, если основание сложено в верхней своей части слабыми грунтами, а в нижней части более прочными породами. Тогда сваи пронизывают слабые слои грунта и передают нагрузку от сооружения на нижележащие малосжимаемые горизонты.

          На местности, покрытой водой при значительной глубине водотока сооружение свайного фундамента может оказаться единственно возможным по технологическим причинам. Возведение массивного фундамента мелкого заложения в таких условиях сопряжено с большими трудностями, тогда как погружение свай с плавсредств и последующее устройство плиты ростверка технологически отработано.

          Наконец, нередки случаи, когда имеется возможность устроить как фундамент мелкого заложения, так и свайный фундамент. Тогда разрабатываются проекты обоих вариантов фундаментов и выбор типа фундамента осуществляется по экономическим показателям.

          Совершенствование конструкций и технологии  сооружения свайных фундаментов является одной из основных задач в области транспортного строительства.

4.2 Типы свай

          Применяемые в строительстве сваи различаются по нескольким признакам: по материалу, из которого они изготовлены, по своим размерам и форме, по способу устройства в грунте и другим [1]. Следует иметь в виду, что классификации свай претерпевают изменения по мере совершенствования их конструкций и технологии изготовления, появления новых типов свай. Рассмотрим существующие конструкции свай, применяемые в строительстве в настоящее время пользуясь несколькими классификационными признаками.

          Предварительно, рассмотрим несколько определений. Сваей называется элемент - деревянный, бетонный, железобетонный или стальной, полый или сплошного сечения, погружаемый в грунт (в случае полого элемента с закрытым нижним концом) диаметром поперечного сечения не более 0,8 м.