Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Основания и фундаменты. Методическое пособие к выполнению курсового проектирования для студентов по направлению подготовки 270800.62 «Строительство» п
.pdf
В результате погружения свай происходит вытеснение некоторого
объема грунта, вызывающего его последующее уплотнение, что приводит
к незначительному поднятию дна котлована в пределах свайного поля.
Это явление наблюдается в рыхлых песках и песках средней плотности, а
также в пылевато-глинистых грунтах, слабо насыщенных водой.
В насыщенных водой глинах и суглинках уплотнение происходит в
основном в результате отжатия поровой воды и, как правило, достаточно
медленно. Поэтому в процессе погружения сваи уплотнение грунта вокруг нее незначительно и происходит в основном вследствие отжатия воды из пор вверх вдоль ствола сваи. Основная зона деформаций грунта в
рассматриваемом случае находится на некотором расстоянии от оси сваи
и характеризуется смещением частиц в стороны и вверх в результате частичного выпора, вызывающего поднятие дна котлована. Частичный выпор пылевато-глинистых грунтов приводит к их перемятию, что нарушает
природную структуру, тем самым снижая несущую способность. Динамические воздействия, передаваемые пылевато-глинистыми грунтами при
погружении свай забивкой или вибрированием, также приводят к снижению несущей способности.
Поднятие дна котлована приводит к вертикальному перемещению
ранее забитых свай, что требует их дальнейшей последующей добивки до
проектного положения при устройстве фундаментов.
Наиболее существенное снижение несущей способности грунта основания наблюдается у боковой поверхности свай, так как вода, отжимаемая из пор грунта, перемещаясь по стволу свай, приводит к резкому
снижению трения по боковой поверхности, увеличивая погружение свай
при ударах.
Величина погружения сваи от одного удара молота или работы
вибропогружателя в течение одной минуты называется отказом.
При погружении в насыщенные водой глины и суглинки отказ увеличивается по мере забивки. Очевидно, что чем меньшее сопротивление
оказывает грунт погружению сваи, тем больше отказ, следовательно, и
меньше несущая способность сваи.
71
Практика забивки свай показывает, что для восстановления несущей
способности необходимо дать свае «отдохнуть», т. е. не прикладывать к
ней статические и динамические воздействия в течение определенного
промежутка времени. За время «отдыха» вода, находящаяся в зоне контакта сваи с грунтом, переместится в окружающий грунт, а тиксотропные
свойства грунта восстановят прочность грунта около сваи. За время отдыха отказ резко уменьшается. Такой отказ называют действительным в отличие от производственного отказа, имеющего место сразу же после забивки, который часто называют еще и «ложным отказом».
В песчаных грунтах «ложный отказ» часто бывает меньше действительного из-за образования под острием сваи ядра сильно уплотненного
грунта, сопротивляющегося погружению сваи. За время «отдыха» происходит релаксация напряжений в песчаном грунте и отказ увеличивается.
Продолжительность «отдыха» свай зависит от вида грунта на строительной площадке. Для супесей и песков длительность «отдыха» - одна
неделя, для суглинков - две, для глин - более трех недель.
В чистых песчаных, гравелистых и ненасыщенных водой пылеватоглинистых грунтах отказ по мере внедрения сваи уменьшается, а «отдых»
практически не влияет на его величину.
При погружении свай в водонасыщенные песчаные грунты рекомендуется применять вибрирование, так как оно способствует виброуплотнению песков, повышая несущую способность свай по сравнению с
забивкой.
При изготовлении набивных свай несущая способность грунта во
многом зависит от способа выполнения работ и применяемой технологии.
Бурение не способствует увеличению несущей способности грунта,
так как не приводит к его уплотнению вокруг сваи, как это имеет место
при забивке. Существенное снижение несущей способности наблюдается
у буронабивных свай, если в забое имеется некоторое количество шлама,
остающегося после бурения в скважине. Повысить несущую способность
таких свай можно путем уплотнения грунта под сваями и между ними за
счет применения камуфлетных взрывов и механического трамбования.
72
3.3. Расчет одиночной сваи по несущей способности
Несущая способность одиночной сваи определяется из условий ра-
боты материала, из которого она изготовлена, и грунта, в который она погружается. Поэтому сопротивление сваи действию вертикальной нагрузки
определяется как наименьшая из величин, вычисляемых из условий прочности материала сваи и грунта, удерживающего сваю. В идеальном случае
расчетная несущая способность по материалу должна быть равна несущей
способности по грунту, однако в реальных условиях такое условие трудновыполнимо, поэтому для получения наиболее экономичного решения
необходимо стремиться, чтобы полученные расчетные несущие способности были максимально близкими. Несущую способность свай по грунту
и материалу рассчитывают по первой группе предельных состояний.
Несущую способность свай по материалу определяют в фундамен-
тах с низким ростверком из условий прочности в плотных грунтах и
устойчивости в слабых - на действие осевой вертикально приложенной
сжимаемой силы - как центрально сжатого стержня. В высоких ростверках материал свай рассчитывают на дополнительное действие изгибающих моментов и горизонтальных сил. Несущая способность железобетонной сваи по материалу определяется по формуле
N = γс φ (γb Rb A + Rs As), (3.1)
где γс - коэффициент условий работы (γс равен 0,6 для набивных
свай и 0,9 - для сборных железобетонных свай при размере поперечного
сечения b ≤ 200 мм и γс = 1 при b > 200 мм); φ - коэффициент продольного
изгиба, учитываемый лишь для достаточно мощных слоев слабых грунтов, в остальных случаях φ = 1; γb - коэффициент условий работы бетона;
Rb - призменная прочность бетона; А — площадь поперечного сечения
сваи; Rs - расчетное сопротивление арматуры сжатию; As - то же продоль-
ной арматуры.
Согласно действующим нормам, сваи и свайные фундаменты по не-
сущей способности грунтов оснований рассчитывают по формуле
N ≤ Fd / γk , (3.2)
73
где N - расчетная нагрузка, передаваемая на сваю (продольное усилие от
расчетных нагрузок при наиболее невыгодном их сочетании); Fd - расчетная несущая способность сваи по грунту; γk - коэффициент надежности
(если несущая способность определена расчетом или по результатам динамических испытаний без учета упругих деформаций грунта, γk = 1,4; если несущая способность найдена по результатам полевых испытаний
грунтов эталонной сваей или сваей-зондом и статического зондирования,
а также по результатам динамических испытаний с учетом упругих деформаций грунта, γk = 1,25; если несущая способность сваи определена по
результатам полевых испытаний статической нагрузкой, γk = 1,2).
Определение несущей способности по грунту свай-стоек. В связи с
тем, что грунт под нижним концом сваи-стойки значительно прочнее, чем
грунт, который окружает ее боковую поверхность, несущая способность
будет зависеть только от прочности грунта под нижним концом сваи, которую определяют из выражения
Fd = γс R , (3.3)
где γс = 1 - коэффициент условий работы; R — расчетное сопротивление
грунта под нижним концом сваи. Для всех забивных свай, опирающихся
на скальные и крупнообломочные грунты с песчаным заполнителем, а
также в случае опирания на пылевато-глинистые грунты твердой консистенции R=20МПа. Для набивных свай и свай-оболочек, заполняемых бетоном, заделанных в невыветрелый скальный грунт без слабых прослоек
не менее чем на 0,5 м
R = Rcn / γg (ld / df + 1,5),
где Rcn - значение нормативного сопротивления скальной породы сжатию
в водонасыщенном состоянии; γg = 1,4 - коэффициент надежности по
грунту; ld - расчетная глубина заделки сваи в грунт; df - наружный диаметр сваи; А - площадь опирания сваи на грунт, принимаемая для свай со
сплошным сечением равной площади поперечного сечения, для полых
свай при заполненной полости - равной площади поперечного сечения
«брутто», в противном случае - «нетто».
74
При опирании сваи на невыветрелый грунт без заделки в него рас-
четное сопротивление определяют по формуле
R = Rcn / γg.
При наличии в основании свай-стоек сильновыветрелых, выветре-
лых и размягчаемых грунтов нормативное сопротивление назначают по
результатам статических испытаний образцов грунта штампами или испытания свай статической нагрузкой.
Определение несущей способности по грунту свай трения (висячих).
Несущая способность свай трения по грунту зависит от его сопротивления погружению сваи, которое развивается как под нижним концом сваи,
так и по ее боковой поверхности.
Достаточно широкое распространение получили следующие методы
определения несущей способности: практический, основывающийся на
табличных данных СниПа [8], динамический, статического зондирования
и испытания свай статической нагрузкой.
В практическом методе несущая способность свай трения зависит
от двух слагаемых, представляющих собой сопротивление грунта под
нижним концом и боковой поверхности сваи и определяется из выражения
Fd = γс (γсR R A + и ∑ γсf fi hi), (3.4)
где γс = 1 - коэффициент условий работы сваи; γсR и γсR - соответственно
коэффициенты условий работы грунта под нижним концом и по боковой
поверхности сваи, принимаемые по данным табл. 3.1 в зависимости от
способа погружения и грунтовых условий на строительной площадке; R расчетное сопротивление грунта под нижним концом сваи, определяемое
по табл. 3.2; А - площадь поперечного сечения сваи или площадь камуфлетного уширения, определяемая по наибольшему диаметру; и - наружный периметр сваи; fi - расчетное сопротивление грунта i-го слоя по боко-
вой поверхности сваи (табл. 3.3); hi - мощность i-го слоя грунта, прорезываемого сваей.
75
Таблица3.1.-Коэффициенты условий работы грунта
Способы погружения свай и виды грунтов
γ
cR
под ниж-
ним концом
сваи
γ
cf
на боковой
1. Погружение забивкой сплошных и полых с закрытым
нижним концом свай механическими, паровоздушными и
дизельными молотами
2. Погружение забивкой в предварительно пробуренные
лидерные скважины с заглублением на 1 м ниже забоя
скважины при ее диаметре:
равном стороне квадратной сваи
на 5 см меньшем стороны квадратной сваи
на 15 см меньшем стороны квадратной сваи или диаметра
круглой сваи
3. Погружение с подмывом в песчаные грунты при последующей добивке на последнем метре погружения
4. Вибропогружение и вибровдавливание в грунты:
а) песчаные средней плотности:
пески крупные и средней крупности
пески мелкие
пески пылеватые
б) пылевато-глииистые с показателем текучести IL = 0,5:
супеси
суглинки
глины
в) пылевато-глинистые с показателем текучести IL ≤ 0
1,0
1,0
1,0
1,0
1,0
1,2
1,1
1,0
0,9
0,8
0,7
1,0
1,0
0,5
0,6
1,0
0,9
1,0
1,0
1,0
0,9
0,9
0,9
1,0
5. Погружение молотами любой конструкции полых свай
с открытым нижним концом:
а) при диаметре полости 40 см и менее
1,0
1,0
б) при диаметре полости 40 см и более
0,7
1,0
6. Погружение любым способом полых круглых свай с
закрытым нижним концом с устройством камуфлетного
уширения на глубине 10 м и более в песчаных грунтах
средней плотности и в глинистых грунтах при показателе
текучести IL ≤ 0,5 и диаметре уширения:
а) 1,0 м независимо от указанных видов грунтов
0.9
1,0
б) 1,5 м в песках и супесях
0,8
1.0
в) 1,5 м в суглинках и глинах
0,7
1,0
с показателем текучести 0 < IL < 0,5 определяют интерполяцией.
Примечание. Коэффициенты γcR и γcf по поз. 4 для пылевато-глинистых грунтов
76
Таблица3.3.- Расчетные сопротивления R
Глубина погружения
сваи, м
R под нижним концом забивных свай и свай-оболочек, не заполняемых бето-
ном, МПа
песчаных грунтов средней плотности
гравелистых
крупных
—
средней крупности
мелких
пылеватых
——
пылевато-глинистых грунтов при показателе текучести IL, равном
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
3
7,5
6,6/4 3 3,1/2
2/1,2
1,1
0,6 4 8,3
6,8/5,1
3,8
3,2/2,5
2,1/1,6
1,25
0,7 5 8,8
7/6,2 4 3,4/2,8
2,2/2
1,3
0,8
7
9.7
7,3/6,9
4,3
3,7/3,3
2,4/2,2
1,4
0,85
10
10,5
7,7/7,3 5 4/3,5
2,6/2,4
1.5
0,9
15
11,7
8,2/7,5
5,6
4,4/4
2,9
1,65
1,0
20
12,6
8,5
6,2
4,8/4,5
3,2
1,8
1,1
25
13.4
9
6.8
5,2
3,5
1,95
1.2
30
14,2
9,5
7,4
5,6
3,8
2,1
1,3
35
15
10 8 6
4,1
2,25
1,4
Средняя глубина расположения
слоя, м
Значения по боковой поверхности свай и свай-оболочек, МПа
песчаных грунтов средней плотности
крупных и
средних
крупности
мелких
пылеватых
пылевато-глинистых грунтов при показателе текучести
0.2
0.3
0.4
0.5
0,6
0.7
0.8
0.9
1.0
1
0,035
0,023
0,015
0,012
0,008
0,004
0,004
0,003
0,002
2
0,042
0,03
0,021
0,017
0,012
0,007
0,005
0,004
0,004
3
0,048
0,35
0,025
0,02
0,014
0,008
0,007
0,006
0,005
4
0,053
0,038
0,027
0,022
0,016
0,009
0,008
0,007
0,005
5
0,056
0,04
0,029
0,024
0,017
0,01
0,008
0,007
0,006
6
0,058
0,042
0,031
0,025
0,018
0,01
0,008
0,007
0,006
8
0,062
0,044
0,033
0,026
0,019
0,01
0,008
0,007
0,006
10
0,065
0,046
0,034
0,027
0,019
0,01
0,008
0,007
0,006
15
0,072
0,051
0,038
0,028
0,02
0,011
0,008
0,007
0,006
20
0,079
0,056
0,041
0,03
0,02
0,012
0,008
0,007
0,006
25
0,086
0,061
0,044
0,032
0,02
0,012
0,008
0,007
0,006
30
0,093
0,066
0,047
0,034
0,021
0,012
0,009
0,008
0,007
35
0,1
0,07
0,05
0,036
0,022
0,013
0,009
0,008
0,007
Примечание. Над чертой даны значения R для песков, под чертой - для пылевато-
глинистых грунтов.
Таблица3.4.- Расчетное сопротивление f
Примечания: 1. При определении f пласты грунтов следует разделять на однородные
слои толщиной не более 2 м.
2. Расчетное сопротивление плотных песчаных грунтов по боковой поверхности свай и свай-оболочек следует увеличивать на 30 % по сравнению со значениями, приведенными в таблице.
77
Формулу (3.4) допускается применять для забивных свай, имеющих
квадратное, квадратное с круглой полостью, прямоугольное и полое круглое сечение диаметром до 0,8 м.
Несущую способность набивных свай, в том числе с уширенной пя-
той, свай-оболочек и свай-столбов также находят по формуле (3.4). Различие заключается в значениях коэффициентов условий работы и расчетного сопротивления грунта под нижним концом сваи. В частности, при
опирании на лёссовые и лёссовидные грунты γс = 0,8, в остальных случаях
γ
= 1,0. При использовании свай, имеющих камуфлетное уширение, γсR =
с
1,3, а при бетонировании свай подводным способом γсR = 0,9. Расчетное
сопротивление грунта основания R для свай, формируемых в глинистых
грунтах, принимают по табличным данным СНиПа, а для песчаных грунтов R определяют по формулам, исходя из условий предельного равновесия массива грунта под сваей. Коэффициент условий работы γсf находят
по таблицам норм в зависимости от способа изготовления свай и типа
грунтов строительной площадки. Значение f определяют по табл. 3.3.
При использовании данных табл. 3.2 и 3.3 глубину погружения
нижнего конца сваи и среднюю глубину расположения слоя грунта при
планировке срезкой, подсыпкой или намывом до 3 м следует принимать
от уровня природного рельефа, а при срезке, подсыпке и намыве от 3 до
10 м - от условной отметки, расположенной соответственно на 3 м выше
уровня срезки или на 3 м ниже уровня подсыпки. При промежуточных
глубинах погружения и показателе текучести значения R и f определяют
интерполяцией. Для плотных песчаных грунтов, степень плотности которых определяли по результатам статического зондирования, значение R в
табл. 3.2 следует увеличить на 100 %. При отсутствии данных статического зондирования для этого типа грунтов значение R увеличивают на 60 %,
но не более чем до 20 МПа.
Следует заметить, что использование данных табл. 3.1...3.3 для
определения несущей способности свай нельзя считать достаточно точным, так как 20 %-я ошибка при определении показателя текучести влечет
за собой изменение несущей способности в 1,5 раза и более.
78
Формулу (3.4) допускается применять для забивных свай, работающих на сжимающую осевую нагрузку и имеющих квадратное, квадратное
с круглой полостью и полое круглое сечение диаметром до 0,8 м. Для забивных булавовидных свай на участке ствола и принимают равным периметру ствола, а на участке уширения - периметру поперечного сечения
уширения.
Несущую способность пирамидальных, ромбовидных и трапецеидальных свай, погружаемых в песчаные и глинистые грунты, необходимо определять с учетом дополнительного сопротивления грунта, образующегося по их боковой поверхности и определяемого в зависимости от
модуля деформаций грунта, получаемого по результатам компрессионных
испытаний грунтов. Несущая способность в данном случае
Fd = γс [ R A + ∑ hi (иi fi + иio ip Ei ki γсf)],
где γс , R, A, hi, fi - то же, что и в формуле (3.6); иi - наружный периметр i-го сечения сваи; иio – сумма размеров сторон i-го поперечного сечения, имеющего наклон к оси сваи; ip – уклон боковой поверхности сваи
в долях единицы, вычисляемый как отношение полуразности сторон поперечных сечений в верхнем и нижнем ее концах к длине участка с
наклоном граней; при ic ≥ 0,025 следует принять ic = 0,025; Ei - модуль деформаций i-го слоя грунта, прорезываемого сваей, определяемый по результатам компрессионных испытаний; ki - коэффициент (для песков и
супесей ki равен 0,5; для суглинков - 0,6; для глин при Ip= 0,8 ki = 0,7, при
Ip = 0,25 ki = 0,9);
= 0,8 - реологический коэффициент.
p
При ромбовидных сваях боковое сопротивление грунта на участках
с обратным наклоном не учитывается.
Несущую способность забивной козловой сваи (рис. 3.5, г) по грунту определяют по формуле
Fd = γс ( R A + u ∑ fi hi +dn ∑ f0i hi ),
где γс = 1 – коэффициент условий работы, R, A, fi, hi - то же, что и в
формуле (3.4); dn- размер нижней стороны сечения наклонной сваи; foi дополнительное сопротивление от отпора грунта на боковой поверхности
нижней наклонной грани сваи, расположенной в пределах верхнего ее
79
участка длиной 2,0 м, определяемого по табличным данным [8] или [10] в
зависимости от показателя текучести грунта и глубины погружения.
Для получения более достоверных данных по сравнению с практическим методом несущую способность свай определяют по результатам
полевых испытаний динамической или статической нагрузкой, а также
статического зондирования грунта.
Несущую способность сваи по результатам динамических испытаний и испытаний вдавливающими, выдергивающими и горизонтальными
статическими нагрузками определяют из выражения
F
=
d
c Fun
/
g.,
(3.5)
где уc - коэффициент условий работы (при действии вдавливающих
и горизонтальных нагрузок уc = 1,0, при действии выдергивающих нагрузок, если глубина погружения сваи составляет 4 м и более, уc = 0,8, если
глубина погружения менее 4 м, уc = 0,6); F
дельного сопротивления сваи;
- коэффициент надежности по грунту
g
(если число испытываемых свай составляет менее 6 шт.,
испытываемых свай больше указанного количества, то значение
- нормативное значение пре-
un
= 1; если число
g
уста-
g
навливают в результате статической обработки частных значений предельных сопротивлений Fun, полученных по данным испытаний при зна-
чении доверительной вероятности = 0,95).
Динамический метод определения несущей способности свай осно-
вывается на существующей зависимости между величиной их погружения
и энергией удара молота или расчетной энергией вибропогружателя.
Получение расчетной зависимости для определения несущей способности сваи основывается на предположении о равенстве работы, совершаемой при ударе молота, величине работы, затрачиваемой на погружение сваи, на упругие деформации системы, состоящей из молота, сваи
и грунта, а также потерям работы на разрушение головы сваи и превращение механической энергии в тепловую.
Предельное сопротивление сваи в динамическом методе определяют по формуле
80
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]