4 Розрахунок пальових фундаментів

4.4 Розрахунок та конструювання пальових фундаментів

Визначивши несучу здатність палі, приступають до розрахунку та конструювання пальового фундаменту. На відміну від фундаменту мілкого закладання, де має місце лінійний розрахунок, при розрахунку пальового фундаменту зустрічаються певні труднощі, пов'язані з дуже широким діапазоном конструктивних рішень. Тому рекомендується такий порядок роботи:

1 Визначають глибину закладання підошви ростверку.

2. Вибирають несучий шар ґрунту під нижнім кінцем палі.

3. Вибирають тип палі, її довжину та розміри поперечного перерізу.

4. Розраховують несучу здатність палі та визначають розрахункове навантаження на неї.

5. Визначають кількість паль і розміщають їх у ростверку.

6. Розраховують фактичне навантаження на кожну палю з урахуванням ваги палі, ростверку, ґрунту на його уступах та згинальних моментів (якщо вони є).

7. Конструюють ростверк.

8. Визначають осідання основи пальового фундаменту.

Глибину закладання підошви ростверку призначають у залежності від його конструктивної висоти, геологічної будови майданчика, конструктивних особливостей споруди (наявність підвалу, підземних комунікацій, тощо). Допускається для безпідвальних споруд підошву ростверку розташовувати вище глибини сезонного промерзання, при умові улаштування подушки з ґрунтів (гравію, щебеню і таке інше), що не здимаються.

Попередню висоту ростверку для каркасних споруд із збірними колонами (див. §3.5) призначають виходячи з умови замуровування колони в стакан та товщини дна стакану, яка приймається не менше 400 мм. Для споруд із металевими або монолітними залізобетонними колонами висота ростверку залежить від умови забезпечення анкерування колони у фундаменті.

Конструктивна висота стрічкового ростверку призначається не менше 400 мм.

Несучий шар ґрунту під нижнім кінцем палі вибирають з урахуванням глибини його розташування, потужності шару та його фізичних характеристик. Перевагу надають гравелистим, крупно- та середньозернистим піскам, пилувато-глинистим ґрунтам з показником текучості І_L = 0-0,3. При цьому потужність несучого шару повинна бути достатньою для заглиблення палі, а товщина шару ґрунту під вістрям - не менше 3-4 діаметрів (або більшої сторони поперечного перерізу палі) у випадку, коли нижче залягають ґрунти з гіршими показниками фізичних властивостей. Не слід використовувати як несучий шар пилувато-глинисті ґрунти з показником текучості І_L >0,6 тому, що у цьому випадку несуча здатність палі буде низькою і повинна визначатись експериментально в польових умовах.

Тип палі, її довжину та розміри поперечного перерізу вибирають у залежності від ґрунтових умов будівельного майданчика, величини й характеру діючих навантажень, глибини розташування підошви ростверку та несучого шару ґрунту з урахуванням можливостей обладнання для улаштування пальових фундаментів. Так, при великих навантаженнях і значній глибині залягання несучого шару, доцільно застосовувати набивні палі з розширенням або без нього, а при розпірних навантаженнях - пірамідальні палі. У практиці будівництва частіше за все застосовують забивні призматичні палі. Як уже відмічалось, довжина паль визначається глибиною розташування несучого шару і величиною заглиблення палі в цей ґрунт. Відповідно до [7] заглиблення забивних паль у несучі крупноуламкові ґрунти, гравелисті, крупні та середньої крупності піски, пилувато-глинисті ґрунти з показником текучості I_L<0,1 повинно бути не менше 0,5 м, в інші нескельні ґрунти не менше 1 м. Крім того враховують величину замуровування голів паль у ростверки, яка при вільному обпиранні ростверку на палі складає 5...10 см, а у випадку жорсткого обпирання розраховується відповідно до [3].

Поперечний переріз палі вибирають у залежності від її довжини, а для забивних паль ці розміри регламентуються стандартами (див. § 4.1).

Несучу здатність палі та допустимі розрахункові навантаження на неї розраховують за формулами (4.2)-(4.4) або визначають за результатами польових випробувань.

Кількість паль у кущі або на одиницю довжини стрічкового ростверку:

                                                                      (4.8)

де N₀ - розрахункове навантаження на фундамент: N - розрахункове навантаження на палю, що визначається за формулою (4.1).

Забивні висячі палі в кущі розташовують рядами або у шаховому порядку при мінімальній відстані між осями паль 3d та максимальній - 6d (d - діаметр палі або більший розмір поперечного перерізу). У стрічковому ростверку розташування паль може бути однорядним та багаторядним (два ряди і більше) при таких само відстанях між осями паль у рядах та між ними. Зрозуміло, що кількість паль на одиницю довжини в стрічковому ростверку може бути дрібним числом, а відстань між осями паль:

                                                                          (4.9)

Мінімальна допустима відстань між осями забивних паль-стояків l,5d.

Відстань між зовнішніми гранями поруч розташованих буронабивних паль діаметром 0,8 м і більше не допускається меншою 1м, а відстань між зовнішніми гранями розширень, здійснених у твердих та напівтвердих пилувато-глинистих ґрунтах - 0,5 м, в інших нескельних ґрунтах – 1 м.

Фактичне навантаження на кожну палю визначають з урахуванням ваги палі, ростверку та ґрунту на його уступах. При наявності згинальних моментів фактичне навантаження на палю, кН:

                                    (4.10)

де N_d - розрахункове навантаження на фундамент з урахуванням ваги палі та ґрунту на його уступах, кН;

М_х та M_y - згинальні моменти відповідно відносно осей х та у, кНм;

х_і та у_і - відстань від головних осей підошви ростверку до осі кожної палі, м;

х та у - відстань від головних осей підошви ростверку до осі  палі, для якої обчислюється розрахункове навантаження, м.

Допускається перевантаження палі від постійних та тривалих навантажень, не більше ніж на 5%, від короткочасних (вітрових та кранових) - не більше ніж на 20% [7]. У таких самих межах допускається і недовантаження палі.

Після розміщення паль у ростверку та перевірки фактичного навантаження на палю, конструюють ростверки. При однакових відстанях між рядами паль розміри кущового ростверку,

                                          (4.11)

де l_р та b_p - довжина і ширина підошви ростверку, м;

d_sl та d_sв - відстань між осями паль у рядах відповідно по довжині і ширині підошви, м;

n, m - кількість рядів паль відповідно по довжині і ширині;

d - діаметр палі або відповідна сторона поперечного перерізу, м;

l_c - звіс ростверку l_c =10...15 см, але не більше 0,5d.

Якщо відстань між рядами паль неоднакова, то розміри ростверку можна визначати за таблицею 4.10, де наведені параметри типових пальових кущів із забивних паль для одноповерхових та багатоповерхових промислових будівель. Слід зазначити, що мінімальна кількість паль для одноповерхових будівель - 4, а для багатоповерхових (кількість поверхів більше 2) - 2 палі.

Таблиця 4.10 – Параметри типових пальових груп (кущів) із забивних паль для промислових споруд

Типова схема пальового куща	Розмір перерізу палі, мм	Розміри, мм
		а	а1	А	в	В
1	2	3	4	5	6	7
4 палі	300х300	450		900	450	900
		600		1200
		650		1300
		800		1600
	350х350	600		1200	450	900
		750		1500
		1050		2100
		600		1200	600	1200
		760		1500
5 паль	300х300	650		1300	650	1300
		800		1600	450	900
		950		1900
		1100		2200
	350х350	1075		2150	625	1250
		1255		2450	625	1250
		900		1800	900	1800
6 паль	300х300	900		1800	450	900
		1100		2200
		1250		2500
	350х350	1050		2100	600	1200
		1200		2400
Продовження таблиці  4.10
1	2	3	4	5	6	7
7 паль	300х300	475	950	1900	800	1600
		625	1250	2500	650	1300
	350х350	525	1050	2100	900	1800
		675	1350	2700
8 паль	300х300	475	950	1900	800	1600
		625	1250	2500	650	1300
	350х350	525	1050	2100	900	1800
		675	1350	2700
9 паль	300х300	900		1800	9900	11800
		1100		2200
		1400		2800
		1550		3100
	350х350	1050		2100	11050	22100
		1225		2450
		1375		2750
		1650		3300
10 паль	300х300	450	1350	2700	900	1800
		500	1500	3000
	350х350	550	1650	3300	900	1800
		600	1800	3600

Ширина стрічкового ростверку

b_c = d_sв (n-1)+d+2l_c,                                                   (4.12)

де n – кількість рядів паль по ширині ростверку.

Поперечні розміри підошви кущового ростверку призначають кратними 300 мм, висоту – 150 мм, розміри стрічкового ростверку кратні 200 мм.

При стаканному сполученні ростверку та збірної колони конструктивні розміри стаканної частини аналогічні стовпчастим фундаментам.

Осідання основи пальового фундаменту розраховують за способами, наведеними в розділі 5.