Рекомендации по применению двуконусных свай на пучинистых грунтах

где d нf – нормативная глубина промерзания грунта, м; Ксм – коэф-

фициент смерзания, зависящий от природно-климатических условий, принимаемый равным 3 для условий Пермского края; b и d – расчетные коэффициенты, зависящие от геометрических характеристик двуконусной сваи; β – коэффициент периодичности, м–1; К0 и К1 – поправочные коэффициенты, определяемые по табл. 1; ν – коэффициент общей относительной поперечной деформации грунта.

Сравнивая выражения, легко найти величину подъёма сваи hc при морозном пучении. Установившаяся величина подъёма двуконусной сваи hc при морозном пучении определяется выражением

где hc – подъём сваи, м; hf – подъём свободной поверхности грунта, м; N – нагрузка на сваю, кН; Р – вес сваи, кН; fср – расчётное сопротивление грунта основания на боковой поверхности сваи, кН/м2; u – периметр сваи, м; l – длинасваи.

7.2. Подъем свай в составе свайного фундамента

При расчете морозного пучения группы свай необходимо учитывать их взаимное влияние.

Особенности поведения свайного куста при морозном пучении обусловлены взаимодействием полей напряжений, возникающих вокруг одиночных свай при их подъеме от морозного пучения грунта. Полная сила, действующая на сваю куста, может быть представлена в виде суммы двух слагаемых:

где Fz0 – сила морозного пучения, действующая на обособленную

одиночную сваю (не входящую в состав куста); Fzдоп – сила, опре-

деляемая суммой полей напряжений, возникающих в грунте при подъеме свай куста, которые при этом рассматриваются как обособленные.

11

elib.pstu.ru

Таким образом, обсуждаемая задача естественным образом распадается на две:

а) расчет Fz0 , б) расчет Fzдоп .

Возможность такого разделения задачи основывается на результатах эксперимента, которые показали, что усилия морозного пучения грунта, действующие на одиночную двуконусную сваю, и на сваю, входящуювсостав куста, различаютсяне более, чемна16 %.

Задача расчета Fz0 рассматривается в п. 7.1. Особенности расчета

подъема свай, входящих всостав куста, сводятся кследующему.

В предположении, что касательные силы морозного пучения по боковой поверхности сваи распределены приблизительно по закону треугольника, выражение для силы морозного пучения принимает вид

Fz0 8RGd f

2 (7)b1 1 k0 ( 1R)R 1 k1 ( 1R)2(1 ) d1k1 ( 1R) 8 ,

грунта; k0 ( 1R), k1 ( 1R) – функции Макдональда нулевого и перво-

го порядка; E – модуль общей деформации грунта; – коэффициент общей относительной поперечной деформации.

Подъем сваи куста прекратится, когда

12

elib.pstu.ru

8.НЕСУЩАЯ СПОСОБНОСТЬ СВАЙ

8.1.Общие положения

8.1.1.Полевые испытания двуконусных свай статическими и динамическиминагрузкамипроводятв соответствиис ГОСТ5686-2012.

8.1.2.Загружение свай при статических испытаниях производят ступенями по 1/10 от предполагаемой нормативной нагрузки. Величины осадки свай измеряют с точностью до 0,01 мм, причем на каждой ступени нагрузки первый отсчет снимают сразу после приложения нагрузки, три последующих отсчета – через 5 мин и каждый последующий – через 30 мин до стабилизации осадок (не более 0,1 мм за последние 2 часа).

8.1.3.Общую осадку свай в процессе испытания рекомендуется доводить до величин не менее средних предельно допустимых для зданий и сооружений. К графику «осадка – нагрузка» прилагают график «осадка – время».

8.2.Определение несущей способности

8.2.1. Несущую способность двуконусных свай с использованием табличных значений расчетных сопротивлений по острию и боковой поверхности определяют согласно п.4.4 СНиП 2.02.03-85 без учета верхнего конуса:

Fd c RA hi ui fi u0iip Ei Ki R ,

где с – коэффициент условий работы свай в грунте, с = 1; R – расчетное сопротивлениегрунтапод нижнимконцом сваи, кПа; A – площадь опирания сваи на грунт, м2; hi – толщина i-го слоя грунта, соприкасающегося с боковой поверхностью сваи, м; ui – наружный периметр i-го поперечного сечения сваи, м; fi – расчетное сопротивление i-го

13

elib.pstu.ru

слоя грунта основания на боковой поверхности сваи, кПа; u0i – сумма размеров сторон i-го поперечного сечения сваи, который имеет наклон к оси сваи, м; ip – наклон боковых граней сваи в долях единицы; Ei – модуль деформации i-го слоя грунта, окружающего боковую поверхность сваи, МПа; Ki – коэффициент, зависящий от вида грунта;R – реологический коэффициент, принимаемый0,8.

8.3. Учет увеличения несущей способности двуконусных свай во времени

8.3.1.При погружении свай в водонасыщенные глинистые грунты возникают дополнительные давления в поровой воде, происходит нарушение структурных связей скелета грунта. После погружения сваи силы трения по боковой поверхности практически равны нулю. С течением времени наблюдается релаксация напряжений, поровое давление затухает, а давление в скелете грунта возрастает до стабилизированных значений. Одновременно происходит тиксотропное упрочнение грунта, вызванное развитием в грунте новых структурных связей вследствие увеличения их количества

вединице объема при уплотнении грунта сваями и упрочнения грунта под действием возникающих напряжений. Тиксотропное упрочнение и консолидация грунтов неразрывно связаны между собой. Сваи, погруженные в водонасыщенные грунты, достигают полной несущей способности после окончания этих процессов.

Исследованиями установлено, что при работе двуконусных свай в водонасыщенных глинистых грунтах их несущая способность со временем увеличивается более чем в 1,9 раза по сравнению с первоначальной и на 5–10 % выше той, которая была при «отдыхе» в 20 суток

всоответствии срекомендациямип. 7.2.3 ГОСТ5686-94.

8.3.2.Несущая способность свай с учетом фактора времени определяется по формуле

Ft F0 (1 Uэ) ,

где F0 – несущая способность свай фундамента, определенная по результатам статическогозондирования; Uэ – степеньконсолидации.

14

elib.pstu.ru

Для практических расчетов степень консолидации Uэ табулирована в зависимости от показателей к и F и приведена в табл. 2.

k R , r0

где r0 – приведенный радиус кругового свайного фундамента, определяемый по формуле

2(a b) ; r0

a, b – размеры фундамента в плане, замеренные по наружным граням свай; R – радиус зоны уплотнения,

15

elib.pstu.ru

R L r0 ;

здесь L – ширина зоны уплотнения, равная в среднем 250 см ( L изменяется в зависимости от коэффициента пористости и количества свай в фундаменте).

Fбок Pстр ;

0 Fбок

Fбок – давление грунта на боковую поверхность,

0 – коэффициент Пуассона; Рстр – структурная прочность грунта,

16

elib.pstu.ru

Pстр 2 с cos , 1 sin

с – удельное сцепление грунта, кПа; – угол внутреннего трения грунта; w – удельный вес газосодержащей жидкости; E – модуль деформации грунта; Ew – модуль объемного сжатия газосодержащей жидкости,

F Ew 1 aSг ,

e – коэффициент пористости; Fa – атмосферное давление; Sr –

коэффициент водонасыщенности грунта. Величина определяется по формуле

2 2

1 1 00 .

9. РАСЧЕТ ОСАДОК ФУНДАМЕНТОВ ИЗ ДВУКОНУСНЫХ СВАЙ

Для расчета осадок конических свай используется формула

где S – осадка свайного фундамента, м; P| – погонная нагрузка на свайный фундамент за вычетом силы, уравновешиваемой вертикальной составляющей Fз сил бокового отпора грунта; Е1 – модуль деформации грунта активной зоны с учетом уплотнения грунта под сваями в результате их погружения, МПа; 0 – безразмерная компонента перемещения.

Значения 0 табулированы для различных случаев передачи

нагрузки по боковой поверхности и плоскости острия свай и в зависимости от величины коэффициента бокового расширения грун-

17

elib.pstu.ru

та , приведенной ширины свайных фундаментов d / l | , угла наклона боковых граней , приведенной глубины границы активной зоны z0 / l (приложение). Для промежуточных значений , ,

3. Определяем предельно допустимую осадку для данной категории сооружения Sпр . Затем по характеру грунта определяем ве-

личину от 0,2 до 0,3 и по формуле (12) находим величину P| , равную нагрузке P за вычетом силы Fз , при которой осадка фундамента S1 Sпр . При такой осадке сила Fз

достигает своего максимального значения Fзmax .

4. Находим соответствующую найденному значению P1| погоннуюнагрузку нафундамент издвуконусных свайсучетом Fзmax :

P1 P1| Fзmax .

Если заданная погонная нагрузка на фундамент P больше нагрузки P1 , т.е. P P1 , то определяем

P| P Fзmax ,

где P| – действительная погонная нагрузка на фундамент из двуконусных свай с учетом действия сил Fзmax , если P P1 , то

elib.pstu.ru

5. По P| по формуле (12) вычисляем осадку фундамента из двуконусных свай.

Из указанного алгоритма видно, что к формуле (12) приходится обращаться дважды: первый раз по S1 находим P| , второй раз по P| находим действительную осадку фундамента S .

10. ПРИМЕРЫ РАСЧЕТА

Пример 1. Определить несущую способность и прогнозируемый подъем при морозном пучении двуконусной сваи СДК-3-30-50.

Характеристики двуконусной сваи:

минимальный радиус сваи R = 0,3 м;

длина сваи L = 3 м;

длина нижнего конуса l2 = 1,74 м;.

вес сваи Р = 9,4 кН.

Исходные данные:

Грунты, прорезаемые сваей: 0–5 м – глинистый грунт с консистенцией IL = 0,5.

Нормативная глубина промерзания в Пермском крае df = 1,8 м. Глубина смерзания пучинистого грунта с поверхностью сваи

Максимальная глубина промерзания грунта с учетом экспериментального коэффициента 0,7 (для условий Пермского края)

d f = 0,7df = 0,7·1,8 = 1,25 м.

Максимальная величина морозного пучения hf = 0,085 м (если

нет возможности определения экспериментальным путем, то величина морозного пучения находится по формуле (1) приложения 2

ВСН 29-85).

Нагрузка на сваю N = 0.

Для определения несущей способности двуконусной сваи воспользуемся формулой:

19

elib.pstu.ru

Fd c RA hi ui fi u0iip Ei Ki R ,

где с – коэффициент условий работы свай в грунте, с = 1; R – расчетное сопротивление грунта под нижним концом сваи, принимаемое по табл.1 СНиП 2.02.03-85 и равное 1100 кПа; A – площадь опирания сваи на грунт:

А = πD2 = 3,14·0,32 = 0,28 м2;

hc – толщина i-го слоя грунта, соприкасающегося с боковой поверхностью сваи, так как верхний конус сваи не учитывается, то в расчет принимаем толщину слоя грунта, равную 1,74 м; ui – наружный периметр i-го поперечного сечения сваи, для середины нижнего конуса периметр будет равен:

u = πD = 3,14·0,4 = 1,26 м;

fi – расчетное сопротивление i-го слоя грунта основания на боковой поверхности сваи, принимаемое по табл.2 СНиП 2.02.03-85 и равное 20 кПа; u0i – сумма размеров сторон i-го поперечного сечения сваи, который имеет наклон к оси сваи: ui = u0i = 1,26 м; ip – наклон боковых граней сваи в долях единицы, рассчитываемый по формуле

ip = tgγ = tg 3,29° = 0,0575,

где γ – угол сбега нижнего конуса, принимаем по табл. 1; Ei – модуль деформации i-го слоя грунта, окружающего боковую поверхность сваи, принимаемый по табл.3 приложения 1 СНиП 2.02.01-83 и равный 21 МПа; Ki – коэффициент, зависящий от вида грунта, определяемый по табл.4 СНиП 2.02.03-85, принимаем равным 0,7;R – реологический коэффициент, принимаемый 0,8.

Подставляя найденные значения, получим несущую способность двуконусной сваи по грунту:

Fd 1 1100 0,28 1,74

1,26 20 1,26 0,0575 21 0,7 0,8 353,33 кН.

20

elib.pstu.ru