Розробка пальового фундаменту

Алгоритм розробки пальового фундаменту складається з таких кроків.

Крок 1. В залежності від ґрунтових умов задається тип паль: забивні, буронабивні, буроін’єкційні, буро опускні. Водночас добирають параметри паль, а саме: форму (квадратна, прямокутна, кругла, пустотна тощо), розміри поперечного перерізу. Також на цьому кроці, приймається загальна довжина палі l.

Прийняття певної довжини палі є одночасно призначенням відмітки площини вістря паль. Ця відмітка може бути на поверхні скелі (при забивних палях) або нижче поверхні скелі не менше як на 0, 25 м (при буронабивних палях і палях-оболонках) [2, п. 4.1, б]. Якщо основа не скельна, нижній кінець паль занурюють у надійний ґрунт не менше ніж на 0, 5 – 2, 0 м [2, п. 7.10; 4, 7] залежно від типу ґрунтів і паль.

Проте, в практиці проектування фундаментів опор мостів через річки цю величину не приймають рівною 4 м. Частіше мінімальне значення довжини палі в ґрунті приймається l_f = 6- 8 м.

Крок 2. Обчислюється теоретична несна здатність однієї палі за ґрунтом. У випадку висячої палі:

(3.2)

де: - коефіцієнт умов праці, в даному випадку будемо приймати = 1;

i – коефіцієнти умов праці по ґрунту відповідно під нижнім кінцем і на боковій поверхні палі, який враховує вплив способу занурення палі на розрахунковий опір ґрунту (додаток 2, табл. Д.2.3);

R – розрахунковий опір ґрунту під нижнім кінцем палі, кПа (додаток 2, табл.Д.2.1); А – площа перерізу палі, м²;

u – зовнішній периметр перерізу палі, м;

f_i – розрахунковий опір і -ого прошарку ґрунту основи на боковій поверхні палі, кПа (додаток 2, табл. Д.2.2);

h_i – товщина і -ого прошарку ґрунту, що прилягає до бокової поверхні палі, м;

n – кількість прошарків на робочій довжині палі l_f.

У випадку палі-стійки:

(3.3)

Крок 3. Обчислюється приблизно загальна кількість паль у фундаменті. Для цього визначена на попередньому кроці теоретична несна здатність палі має бути зменшена згідно з коефіцієнтом надійності [2, п. 3.10]. Цей коефіцієнт приймається:

- для низького пальового ростверку = 1, 4;

- для високо пальового ростверку, у випадку паль-стійок = 1, 4;

- для високо пальового ростверку, у випадку висячих паль значення коефіцієнту надійності приймається в залежності від кількості паль:

Коефіцієнт надійності нижче введений в формулу необхідної кількості паль:

(3.4)

де N – нормальна до площини верхнього обрізу фундаменту сила, обчислена за першим розрахунковим поєднанням зусиль;

F_d – несна здатність палі за ґрунтом.

К – отриманий з досвіду проектування коефіцієнт, яким враховується той факт, що на фундамент діє не тільки нормальна сила, а також і момент, К = 1, 6 – 2, 0.

Отримане значення округлюється в більший бік до цілого числа. При необхідності кількість паль можна збільшити до парного числа.

Крок 4. Призначення розмірів плити ростверку. Розміри плити ростверку в плані визначаються розташуванням паль, тобто на цьому кроці належить призначити кількість рядів паль по фасаду мосту – k₁ та в поперечному перерізі – k₂. Для мостів малих і середніх прольотів, за звичай, k₁ = 2, інколи - 4. Кількість рядів паль в поперечному перерізі k₂ в залежності від довжини прогонів, габариту проїзду моста та може бути від k₂ = 5 – 6 до k₂ = 30.

Тоді розміри плити ростверку в плані визначаються з умови додержання мінімальної відстані між сусідніми рядами , де d – максимальний розмір поперечного перерізу палі [2, п. 7.9]. Розмір плити в плані по фасаду мосту:

, (3.5)

де - відстань між гранню плити і наріжною площиною крайньої палі (обріз), = 0, 25 м

Одночасно має виконуватись:

м. (3.6)

де - розмір опори по фасаду в рівні ОФ.

Розмір плити в плані в поперечному перерізі:

, (3.7)

де - відстань між гранню плити і наріжною площиною крайньої палі (обріз), = 0, 1 - 0, 25 м

Одночасно має виконуватись:

м. (3.8)

де - розмір опори в поперечному перерізі в рівні ОФ.

Тут також приймається висота плити пальового ростверку - h_d. Цей параметр, на етапі ескізних розрахунків, визначається за такими конструктивними вимогами:

а. верхні кінці паль закладаються в бетон плити ростверку на глибину не менше 2 d:

(3.9)

б. у випадку, коли проектується об’єднання плити з палями за допомогою арматурних випусків з паль, мінімальна товщина плити ростверку визначається залежністю:

м, (3.10)

де е – довжина арматурних випусків, що приймається у випадку гладкої арматури – 40 діаметрів і у випадку періодичного профілю – 20 діаметрів арматури.

в. у випадку, коли діаметр паль d > 0, 6 м мінімальна товщина плити може прийматися h_d = 1, 2 м.

Крок 5. Для розрахунків за несною здатністю фундаменту за ґрунтом знадобиться значення повної (з урахуванням власної ваги) нормальної сили, що діє на фундамент N_d. Це значення обчислюється за виразом:

, (3.11) де N – розрахункове вертикальне зусилля для розрахунків за І групою граничних станів. Це значення береться з відповідного розрахункового сполучення зусиль.

G_d – власна вага конструкції фундаменту (плити ростверку та паль) з урахуванням гідростатичного тиску води, якщо плита ростверку знаходиться в воді.

, (3.12)

де - об’єм плити ростверку;

- сумарний об’єм паль фундаменту;

- об’ємна вага залізобетону, = 25 кН/м³ (2, 5 т/м³);

- об’ємна вага води, = 10 кН/м³ (1, 0 т/м³);

- коефіцієнт надійності за власною вагою, = 1, 1