Рекомендации по применению двуконусных свай на пучинистых грунтах
..pdfРасчетная нагрузка на сваю
N |
Fd |
|
353,33 |
252,39 кН, |
|
kн |
1, 4 |
||||
|
|
|
где kн – коэффициент надежности, принимаемый равным 1,4 в соответствии со СНиП 2.02.03-85.
Для определения прогнозируемого подъема двуконусной сваи необходимо определить силу морозного пучения по формуле (3):
Fz0 8RсрG d f d свf b K0 Rср K1 2 1 v d K1 ,
где df – максимальная глубина промерзания, по исходным данным принимаем равной 1,25 м; d свf – глубина смерзания пучинистого
грунта с поверхностью сваи, по исходным данным принимаем равной 0,6 м; β – коэффициент периодичности,
|
|
|
3,14 |
2,512 м 1; |
|
d f |
1,25 |
||||
|
|
|
К0 и К1 – поправочные коэффициенты, определяемые по табл. 3 (для промежуточных значений коэффициенты определяются интерполяцией);
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Таблица 3 |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
β·Rср |
0,1 |
0,2 |
0,3 |
0,4 |
0,5 |
0,6 |
0,7 |
0,8 |
0,9 |
1,0 |
1,5 |
2,0 |
2,5 |
К0(β·R) |
2,427 |
1,752 |
1,372 |
1,114 |
0,924 |
0,777 |
0,660 |
0,565 |
0,486 |
0,421 |
0,213 |
0,113 |
0,062 |
К1(β·R) |
9,853 |
4,775 |
3,055 |
2,184 |
1,656 |
1,302 |
1,050 |
0,861 |
0,716 |
0,601 |
0,277 |
0,139 |
0,073 |
|
|
К0 К0 Rср К0 2,512 0,2 0,924; |
|
|
|||||||||
|
К1 К1 Rср К1 2,512 0,2 1,656; |
||||
b и d – расчетные коэффициенты вычисляются по формулам: |
|||||
|
|
2hf |
К |
||
3 |
|||||
b |
|
1 |
0,00669 м; |
||
4 1 v K1 K0 R К0 R K1 К1 |
|||||
21
elib.pstu.ru
|
|
2hf |
4 1 v K1 K0 R |
|
|
d |
3 |
0,02154 м. |
|||
|
|
||||
4 1 v K1 |
K0 R К0 R K1 К1 |
||||
Подставив данные, вычисляем силу морозного пучения:
Fz0 8RсрG d f d свf
b K0 Rср K1 2 1 v d K1 240 кН.
Прогнозируемый подъём двуконусной сваи определяем как
|
|
hf |
|
|
св |
|
|
|
|
h |
|
|
|
N P Pn f u l d f |
|
0,014 м, |
|||
|
|
|
|
||||||
c |
|
К |
|
|
|
F 0 |
|
|
|
|
|
|
см |
|
z |
|
|
|
|
где u – средний периметр нижнего конуса сваи, u = 1,26 м; N – нагрузка на сваю, принимаем равной 0, так как свая не нагружена;
Р – собственный вес сваи.
Пример 2. Определить несущую способность свайного фундамента из 9 двуконусных свай марки СДК-4-30-50 через 45 суток после погружения. Шаг между сваями 3d (d – диаметр сваи). Сваи погружены в водонасыщенные мягкопластичные суглинки со следующими характеристиками:
–удельный вес = 18 кН/м3;
–степень влажности Sr = 0,95;
–пористость n = 0,445;
–показатель текучести Jl = 0,5;
–коэффициент пористости e = 0,801;
–модуль деформации E = 8,0 МПа;
–коэффициент Пуассона 0 = 0,35;
–коэффициент фильтрации Kф = 1,9·10–7см/с;
–угол внутреннего трения 200;
–удельное сцепление с = 0,019 МПа;
–несущая способность сваи при погружении F = 125 кН.
22
elib.pstu.ru
Определяем коэффициент бокового давления:
|
|
|
0 |
|
|
|
0,35 |
0,54 . |
|
1 |
0 |
1 |
0,35 |
||||||
|
|
|
|||||||
Структурная прочность грунта
P 2 с cos |
2 0,019 0,94 0,054 МПа . |
||
стр |
1 |
sin |
1 0,34 |
|
|||
Давление грунта на боковую поверхность сваи
Fбок H2 18 0,54 42 0,195 МПа,
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 2 |
|
|
|
|
2 |
0,352 |
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
0 |
|
1 |
|
|
|
|
0,62 . |
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
1 0 |
1 |
0,35 |
|
|
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
Коэффициент начального порового давления |
|
|
|||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
0 |
|
Fбок Рстр |
|
|
0,195 0,054 |
0,723. |
|
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Fбок |
|
|
|
0,195 |
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
Модуль объемного сжатия газосодержащей жидкости |
|
||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
Еw |
|
|
Fa |
|
|
|
|
0,1 |
2 МПа . |
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
1 Sr |
1 |
0,95 |
|
|
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
Коэффициент консолидации |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||
С |
k 0 |
E(1 2 ) |
|
1,9 10 7 (60 60 24) 0,723 8(1 2 0,54) |
|
|||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0,62 |
|
|
|
|
|
3 w |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3 0,001 |
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0,62 8 0,801 |
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
E e |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
Ew |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
0,1975 |
|
|
406 см2 |
|
/ сут. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
0,0004864 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
Ширину зоны уплотнения L для практических расчетов принимаем равной 250 см.
23
elib.pstu.ru
Приведенный радиус кругового свайного фундамента
r0 2(а b) 2(210 210) 268 см.3,14
Радиус зоны уплотнения
R r0 L 268 250 518 см .
Показатель k определяется по формуле
k R 518 1,93 2 . r0 268
Показатель F для определения несущей способности через промежуток времени 45 суток с момента забивки определяется как
|
F 2 |
c t |
2 |
406 45 |
0,25 . |
|
r2 |
2682 |
|||
|
|
|
|
||
|
0 |
|
|
|
|
При k 2 и |
F 0,25 |
степень консолидации Uэ 0,45 по |
|||
табл. 2.
Через 45 суток несущая способность двуконусной сваи в фундаменте из 9 свай
Ft 125(1 0,45) 181 кН .
Пример 3. Определить осадку однорядного свайного фундамента из двуконусных свай СДК-5-30-50 с углом наклона граней нижнего конуса =1,530. Шаг между сваями в фундаменте 3d = 3×0,3 = 0,9 м (где d – минимальный диаметр сечения сваи, равный 0,3 м). Диаметр острия d0 = 0,3 м. Расчетная погонная нагрузка на фундамент
P 450 кН/м. Величина предельнойосадки Sпр 10 см.
Грунты на строительной площадке:
– глина текучепластичной консистенции. Мощность слоя 3,0 м, угол внутреннего трения грунта = 14°, удельное сцепление
с = 0,025 МПа, модуль деформации Е = 6,0 МПа.
– песок средней крупности, водонасыщенный. Мощность слоя 4,0 м, угол внутреннего трения = 27°, удельное сцепление
с = 0,002 МПа, модуль деформации Е = 21,0 МПа.
24
elib.pstu.ru
Решение согласно алгоритму, приведенному в п.9 настоящих рекомендаций:
1. d 4 d 0 0,24 м, / 0,245 0,048, zl0 6,55 1,3 ,
где z0 – глубина нижней границы активной зоны, которую реко-
мендуется принимать в точке, где напряжение активной зоны от внешней нагрузки не превышает 0,1 кгс/см2 (в данном примере z0 6,5 м принято на основании данных эксперимента).
Для |
z0 |
|
|
1,3 , |
1,5 |
0 |
, |
|
0,42 по таблице в приложении на- |
|||||||||
l |
|
|
|
|
||||||||||||||
ходим 0 |
1,26 . |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
2. Для 1-го слоя при l1 =3 м |
|
|
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
3с cos |
|
3 0,025cos140 |
0,096 МПа. |
||||||||||
|
|
|
|
1стр |
|
|
1 sin |
|
|
1 sin140 |
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
Для 2-го слоя при l2 |
= 2 м |
|
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
2стр |
3 0,002cos 270 |
0,01 МПа. |
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
1 sin 270 |
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
F |
|
|
2tg1,530 (3 0,096 2 0,01) 16 кН/м . |
|||||||||||
|
|
|
|
|
зmax |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
3. 0,2 ; S1 |
0,2 10 2 см . |
|
|
|||||||||||||||
4. Е |
|
|
|
|
Еср |
|
|
|
|
|
12 |
|
|
|
14,57 МПа. |
|
||
1 |
2 |
1 |
0,422 |
|
||||||||||||||
1 |
|
|
|
|
|
|||||||||||||
Еср 6 3 21 2 12 МПа . По формуле (12) находим
3 2
P1| 1,260,02 3,14159 14 570 726,6 кН/м.
25
elib.pstu.ru
|
|
|
|
P P| F |
|
726,6 16 742,6 кН/м. |
|||||||||||
|
|
|
|
1 |
|
1 |
зmax |
|
|
|
|
|
|||||
5. Поскольку P P1 , то |
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
F |
|
|
|
|
|
|
|
16 |
|
||||
P| P 1 |
|
|
зmax |
|
450 |
1 |
|
|
|
440,3 кН/м. |
|||||||
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
P1 |
|
|
|
|
|
|
742,6 |
|
|||
6. |
S |
P| |
|
|
0 |
|
|
|
440,3 |
|
|
1,26 1,21 см. |
|||||
E |
3,14159 14570 |
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Пример 4. Определить величину подъема двуконусной сваи СДК-3-30-50, работающей в составе фундамента из 4 свай, от действия сил морозного пучения. Расстояние между сваями 3d, где d – минимальный диаметр сваи (d = 0,3 м).
Исходные данные для расчета:
–максимальная глубина промерзания грунта d f 1,36 м;
–средний модуль общей деформации прошитого сваями слоя грунта Е 6,5 МПа;
–коэффициенты относительной поперечной деформации: мерзлого грунта 0,25 , талого грунта 0,42 ;
–величина подъема свободной поверхности грунта при морозном пучении hf 0,09 м;
|
– приведенная величина пучения hпрf 1 |
hf |
|
0,045 м; |
|
||||||
|
2 |
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
– приведенная величина пучения в предпложении изменения |
||||||||||
0 по закону квадратной параболы hпрf 2 |
hf |
|
0,03 м; |
|
|||||||
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
3 |
|
|
|
|
|
|
|
– средний |
радиус |
сваи |
в |
пределах |
|
глубины промерзания |
||||
Rм |
0,22 м; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ср |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
– средний |
радиус |
сваи |
в |
пределах |
|
толщи талого |
грунта |
|||
Rт |
0,19 м; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ср |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
– длина сваи l 3 м; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
– средний |
периметр |
сваи: |
в пределах |
промерзшей |
толщи |
|||||
Uсрм |
1,38 м, в пределах слоя талого грунта Uсрт |
1,19 м; |
|
||||||||
26 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
elib.pstu.ru
–угол сбега верхнего конуса сваи 4,540 , tg 0,0794;
–среднее расчетное сопротивление грунта основания на боко-
вой поверхности f 14 кПа 14 кH/м2 (или 1,4 тс/м2 , табл. 2
СНиП 2.02.03-85);
–вес сваи P 9,41 кH (0,96 т·9,8 м/с2);
–нагрузка на сваю N = 0. Удерживающая сваю сила
пред |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
Fz |
|
|
Qg 2 |
|
Qz |
|
(l |
d f ) Fn 2 Rd tg |
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||
9, 41 2 54,3(3 1,36) 468 2 3,14 0, 22 0,0794 238,9 кH; |
||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
n |
|
2 |
1 |
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
Qzi |
fср |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
R |
|
a |
j |
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
j 1 |
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
j i |
|
|
|
|
||
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
2 |
|
|
2 |
|
1 |
|||||||
3,14 13 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
54,3 кH; |
|||||
|
|
|
|
0,9 |
0,9 |
|
|
|
|
|||||||||||||||||
|
|
|
0,19 |
|
|
|
|
|
1,273 |
|
||||||||||||||||
|
Fn |
2G hf |
|
|
2 2600 0,09 468 кH/м; |
|||||||||||||||||||||
G |
|
|
E |
|
|
|
|
|
|
6,5 |
|
|
|
|
2,6 МПа 2600 кH/м2 . |
|||||||||||
|
2(1 ) |
2(1 0,25) |
|
|||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
Сила морозного пучения, действующая на сваю и определенная при условии, что глубина смерзания пучинистого грунта с поверхностью сваиравна глубинепромерзания d f , определяетсяпо формуле
Fz0max 8R G d f b k0 |
R k1 2(1 ) d k1 |
2 |
|
|
|||
8 |
|
||||||
|
8 0,22 2600 1,36 |
|
|
|
|||
0,01337 2,3088 0,91224 0,22 2,3088 1,6277 2(1 0,25) |
|
||||||
|
2,3088 1,6277 |
|
|
|
|
||
0,04389 |
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3,142 |
577,3 кH; |
|
|
|
|
|
8 |
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
27
elib.pstu.ru
F2hпрf 1 2 0,045 0,029 м;
3,14
|
|
|
3,14 |
2,3088 м 1; |
|
d f |
1,36 |
||||
|
|
|
Br 4(1 )k1 k0 R
4(1 0,25)1,6277 0,91224 2,3088 0,22 5,3465;
Вz R k1 2,3088 0,22 1,6277 0,8268.
Значения функции Макдональда определяем интерполяцией в соответствии с табл. 3
R 2,3088 0,22 0,508;
k0 k0 ( R) 0,91224; k1 k1 ( R) 1,6277;
Dr k1 1,6277;
Dz k0 0,91224;
Br Dz Bz Dr 5,3465 0,91224 0,8268 1,6277 3,5315;
B F Dr 0,029 1,6277 0,0472 м;
d F Br 0,029 5,3465 0,155 м;
b |
B |
0,0472 |
0,01337 м; |
|
|
|
|
3,5315 |
|
d |
d |
0,155 |
0,04389 м. |
|
|
|
|
3,5315 |
|
Средняя действительная глубина смерзания грунта с поверхностью двуконусной сваи составляет d1f 0,6 м, тогда
28
elib.pstu.ru
|
F 0 |
|
F 0max |
|
|
d1 |
|
577,3 |
|
|
|||
|
|
z |
|
|
|
|
|
0,6 254,7 кH. |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
z |
|
d f |
|
|
|
f |
|
1,36 |
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
Средний подъем |
сваи |
от действия сил |
морозного пучения |
||||||||||
с учетом влияния соседних свай вычисляется по формуле |
|||||||||||||
h |
hпр2 |
1 |
|
Fzпред |
|
0,03 1 |
238,9 |
0,00186 м. |
|||||
|
|
||||||||||||
c |
f |
|
|
|
F |
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
254,7 |
|
|
|
|
|
|
z |
|
|
|
|
|
||||
11.ВОЗМОЖНОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ ДВУКОНУСНЫХ СВАЙ
11.1.Вопрос о возможности применения двуконусных свай решается на основе анализа данных изысканий, проектируемой длины свай, исходя из несущей способности свай по грунту, сведений об имеющихся сваепогружающих механизмах и т.д. Например, анализируя неоднородность напластований грунтов по глубине оснований свайных фундаментов, можно выделить такие типы инже- нерно-геологических разрезов площадок, при которых чередование положения по глубине основания условно слабого слоя обусловливает конструктивный тип свай и их длину. Так, при наличии на глубине слабого слоя применение призматических свай большой длины будет нецелесообразным, в то же время двуконусные сваи
впределах верхнего более прочного слоя становятся более эффективными.
11.2.Применение фундаментов в виде кустов из двуконусных свай рекомендуется при строительстве малых искусственных сооружений, путепроводов, эстакад, тоннелей, малоэтажных неотапливаемых зданий, трансформаторных подстанций и других сооружений.
11.3.Двуконусные сваи рекомендуется применять при погружении в напластования глинистых грунтов текучепластичной, мягкопластичной, тугопластичной консистенции. При этом возможно прорезание прослойки следующих видов грунтов:
– суглинки иглины полутвердойитвердой консистенции– 1,0 м;
– суглинки и глины тугопластичной консистенции – 3,0 м.
29
elib.pstu.ru
11.4.Опирание сваи рекомендуется осуществлять на суглинки
иглины полутвердой, твердой консистенции.
11.5.Фундаменты из двуконусных свай применимы по деформациям пучения в пучинистых и слабопучинистых грунтах без ограничений.
11.6.Не допускается применять двуконусные сваи в набухающих, просадочных грунтах II типа, а также в грунтовых условиях, ухудшающихся с глубиной при многорядном расположении свай.
Рис. 2. График эффективности двуконусных свай: 1 – при длине свай 3 м; 2 – при длине свай 4 м; 3 – при длине свай 5 м
11.7. Для оценки эффективности (рис. 2) применения двуконусных свай может быть использован коэффициент эффективности
F уд
kэ дк , (13)
Fпруд
где Fдкуд – удельная несущая способность материала двуконусной сваи, кН/м3; Fпруд – удельная несущая способность материала приз-
матической сваи, кН/м3.
11.8. Увеличение длины свай приводит к увеличению несущей способности свай за счет повышения нагрузки, передаваемой через
30
elib.pstu.ru