Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Свайные фундаменты (примеры расчёта и конструирования). Учебное пособие.pdf
Проверка нагрузки на сваю
N
,,,,
,
423,55 кН
,
,
420,68 кН.
Условие не выполняется.
Увеличиваем длину сваи до 6 м (принимаем сваю С60-30-3) и уточняем
несущую способность (см. пример 5)
γγRA γсu Σ
1 ⋅ 1 ⋅ 4200 ⋅ 0,09 1 ⋅ 1,2 ⋅ 0,5 ⋅ 18 2 ⋅ 26 1,5 ⋅ 29,5 1,8 ⋅ 56
378 247,26 625,26 кН.
Проверка нагрузки на сваю
423,55 кН
,
С учётом изгибающего момента, для наиболее нагруженной сваи
∑
423,55 32 455,55 кН
446,6 кН (недогруз 5%).
,
,,,,
,
,
446,6 кН.
173,1 ⋅ 0,9
2
⋅
0,9
6
Условие не выполнено. Необходимо либо увеличить длину сваи, либо количество свай. Более экономичным является вариант увеличения длины сваи.
Увеличиваем длину сваи до 7 м (принимаем сваю С70-30-3) и уточняем
несущую способность
γγRA γсu Σ
1 ⋅ 1 ⋅ 4200 ⋅ 0,09 1 ⋅ 1,2 ⋅ 0,5 ⋅ 18 2 ⋅ 26 1,5 ⋅ 29,5
1,8 ⋅ 56 1 ⋅ 59 385,2 318,06 703,26 кН.
Проверка нагрузки на сваю
423,55 кН
,
,
С учётом изгибающего момента, для наиболее нагруженной сваи
∑
423,55 32 455,55 кН
502,33 кН (Недогруз 15%).
3110,11,297,12134,8
9
,
,
502,33 кН.
, ⋅ ,
⋅
,
51
Для наименее нагруженной сваи:
Условие выполнено.
/
–
423,55 – 32 391,55 кН 0.
∑
,
,
1,28 3.
2.4. Расчёт свайных фундаментов
по II группе предельных состояний
Согласно [32] для расчёта осадки малой группы (n ≤ 25) свай используется новый метод расчёта, с учётом модуля сдвига.
2.4.1. Расчёт осадки одиночной сваи
Осадка одиночной сваи длиной
щей слой грунта с модулем сдвига
рающейся на грунт, рассматриваемый как линейно-деформируемое полупро-
странство с параметрами
и , при выполнении условия
определяется по формуле
где – вертикальная нагрузка, передаваемая на сваю; β – коэффициент, оп-
ределяемый по формуле
β
коэффициент, соответствующий осадке абсолютно жёсткой сваи
’
β
0,17 ln
где
2,823,78
2,82 3,78 2,18
52
l
, наружным диаметром , прорезаю-
и коэффициентом Пуассона
’
β
λ
1
, (35)
1
’/’
·
; (36)
), (37)
) + 2,18
; (38)
. (39)
β
, опи-
Характеристики и
грунта в пределах глубины погружения сваи, a
принимаются осреднёнными для всех слоёв
и
– в пределах 0,5l,
т.е. на глубинах от l до 1,5l от верха свай.
Модуль сдвига грунта
, а коэффициент равным 2,0 (где
0,4
21
допускается принимать равным
– модуль общей деформации).
Если поперечное сечение является не круглым, а квадратным, прямоугольным, тавровым или двутавровым, то для определения условного диаметра применяется формула:
=
, (40)
где А – площадь поперечного сечения сваи. Параметр, учитывающий увеличение расчётной осадки, возникающее по причине сжатия ствола
λ
относительная жёсткость ствола сваи
=
,
χ
/
,
; (41)
/
, (42)
где – модуль упругости сваи,
коэффициент для случая однородного основания с характеристиками
и
’
α
0,17ln
. (43)
Расчёт осадки одиночной сваи рекомендуется выполнять в следующей
последовательности:
1) На основе модуля деформаций и коэффициента Пуассона вычисля-
ются модули сдвига каждого из слоёв по формуле:
21
. (44)
При отсутствии экспериментальных данных допускается принимать
коэффициент Пуассона ν равным: 0,30…0,35 – для песков и супесей;
0,35…0,37 – для суглинков; 0,20…0,30 при
0,38…0,45 при 0,25 <
1,0 – для глин. При этом меньшие значения прини-
< 0; 0,30…0,38 при 0 ≤ ≤ 0,25;
мают при большей плотности грунта.
и
2) На основе расчётной схемы определить значения
путём ос-
реднения для всех слоёв грунта в пределах глубины погружения сваи:
53
∑
; (45)
∑
∑
, (46)
∑
где
– толщина слоя.
3) Далее вычисляются приведённые характеристики линейно-
деформируемого полупространства, аналогично перерезаемым слоям, причём
осреднение производят в пределах 0,5l, т.е. на глубинах от l до 1,5l от верха
свай.
4) После этого по формулам 38,39 вычисляются коэффициенты
.
и
1kν
5) Определяют χ , λ
, α’; β’; β.
k
ν
6) Полученные значения подставляются в формулу (35) и вычисляется
осадка сваи.
При расчёте осадки одиночной сваи с уширением пяты или сваи-стойки
используют выражение
где
– диаметр уширения сваи.
,
, (47)
2.4.2. Расчёт осадки свайного куста
При расчёте осадки группы свай необходимо учитывать их взаимное
влияние. Для этого к выражению осадки одиночной сваи добавляется дополнительная осадка от воздействия осадки соседней сваи.
Согласно [32] расчёт осадки i-й сваи в группе из свай определяется
выражением
где
– осадка одиночной сваи, определяемая по формуле (35);
∑
, (48)
δ
– на-
грузка на j-ю сваю.
Для вычисления коэффициента влияния δ
δ
0,177 ln
δ0 0 если
1
22
если
где – расстояние между осями i-й и j-й сваи;
54
используется формула
1; (49)
1, (50)
– символ Кронекера.
Пример 10
Задание. Рассчитать осадку свайного куста под колонну каркасного здания.
Внешние нагрузки на обрезе ростверка:
= 3110,1 кН,
= 173,1 кН⋅м. Дан-
ные о грунтовых условиях и глубине заложения ростверка приведены в примере 5. Размеры ростверка, нагрузки на сваю приведены в примере 9.
Решение. Для решения необходимо вначале определить осадку одиноч-
ной сваи.
Определим средневзвешенные значения модулей сдвига и коэффициен-
тов Пуассона
и , для грунтов по боковой поверхности сваи и и
для грунтов под острием сваи:
– для супеси
=
– для пылеватого песка
– для суглинка =
Средневзвешенные значения модуля сдвига
гружения сваи
∑
∑
,·,,·,,·,
=
и коэффициента Пуассона
∑
,·,,·,,·,
=
∑
=
,
=
,
,,,
,,,
6,06;
,
= 9,93.
8,46;
в пределах глубины по-
= 8,89
= 0,326.
4. Значения ν и для грунтов в пределах длины сваи
Модуль общей
деформации, ,
МПа
Наименование грунта
Толщина
слоя h
, м
i
Коэффициент
Пуассона, ν
1 2 3 4
Супесь пластичная
= 0,5)
(I
L
0,5 0,32 16
Песок пылеватый,
средней плотности,
насыщенный водой
3,5 0,3 22
Суглинок полутвёрдый
= 0,22)
(I
L
2,8 0,36 27
,
55
Средневзвешенные значения модуля сдвига и коэффициентов Пуассона
и
сваи:
, для грунтов под острием сваи в пределах, равных половине длины
,·,,·,
,/
11,81,
=
∑
=
∑
где 0,7 м – толщина слоя суглинка ниже острия сваи, 2,7 м – тол-
щина слоя песка средней крупности, средней плотности в пределах зоны
осреднения.
Модуль сдвига для песка средней крупности при ν = 0,33
∑
∑
=
=
=
Проверяем условие
Условный диаметр:
=
,
,·,,·,
,,
.
·,·,
,
0,33 м,
12,03;
0,34.
6,8 / 0,3 = 22,7 > 8,89 · 6,8 / 11,81 · 0,33 = 15,51 – условие выполняется.
2,82 – 3,78
2,82 – 3,78 ⋅
2,82 3,78 · 0,326 2,18 · 0,326
2,18
,,
2,18 ⋅
2,82 3,78 2,18
,,
1,82.
1,81;
Относительная жёсткость ствола сваи
2
·,·,
,·,
5,91,
χ
1
где – модуль упругости сваи (для бетона В 20, 27 МПа).
Параметр, учитывающий увеличение расчётной осадки, за счёт сжатия
ствола сваи:
λ
,·
,
/
/
,·,
,·,
/
/
0,89,
коэффициент, соответствующий осадке абсолютно жёсткой сваи
56
β’ 0,17 ln
α’0,17ln
’
β
β
λ
1
1β’/α’
χ
Осадка одиночной сваи
β
·
0,62
0,89
0,87
0,17 ln
0,17 ln
10,62/0,62
,·,·,
5,91
,
,·,
,·,
,·,
,
0,62;
0,62;
0,70 0,17 0,87.
0,006 м,
где N = 0,4555 МН – нагрузка на сваю (пример 9).
Чтобы определить дополнительную осадку от влияния соседней сваи,
проверяем условие
,·,·,
,·,·,
·,·,
·,·,
5,14 1;
3,65 1.
Расчёт ведём для средней сваи в кусте (№ 5).
Дополнительная осадка:
∑
4 · 0,22 4 · 0,28⋅
δ
0,45555
8,89 · 6,8
0,015 м,
где значение δ для свай номерами № 1, 3, 7, 9 будет одинаково, так как они
находятся на одинаковом расстоянии (1,27 м) от сваи 5. Для свай № 2, 4, 6, 8
расстояние до проверяемой сваи 0,9 м:
δδδδ 0,17 ln3,65 0,22;
δδδδ 0,17 ln5,14 0,28.
Рис. 13. К расчёту осадки с учётом влияния соседних свай
57
Осадка каждой из свай куста с учётом их взаимовлияния составит
∑
δ
= 0,006 0,015 0,021 м.
2.5. Подбор оборудования для погружения свай
Подбор копрового оборудования производится таким образом, чтобы
длина сваи не превышала полезной высоты мачты, а грузоподъёмность копра
должна быть больше или равна сумме масс сваи, наголовника и полной массы молота.
Выбрать молот (в первом приближении) можно по отношению веса
ударной части молота к весу сваи, которое должно быть для штанговых
дизель-мо
лотов и молотов одиночного действия не менее 1,5 при плотных
грунтах, 1,25 при грунтах средней плотности и 1 при слабых водонасыщенных грунтах.
Более точно подобрать молот можно в следующем порядке:
1) определяется минимальная энергия удара
Э 1,75 , (51)
где – коэффициент, равный 25 Дж/кН; – расчётная нагрузка, допускаемая
на сваю, кН;
2) по табл. 17, 18 подбирается молот с ближайшей большей энергией
удара;
3) проводится проверка пригодности молота исходя из условия
где – полный вес молота, кН;
– коэффициент, принимаемый для железобетонных свай при погружении
, (52)
Э
р
– вес сваи, наголовника и подбабка, кН;
их трубчатым дизель-молотом и молотом двойного действия равным 6, молотом одиночного действия и штанговым дизель-молотом равным 5, подвесным молотом равным 3; Э
– для трубчатых дизель-молотов
– для штанговых
’
где
– вес ударной части молота, кН;
– расчётная энергия удара:
р
Эр0,9
Эр0,4
’
;
ф
’
,
ф
– фактическая высота падения
ф
ударной части молота, м, при выборе молотов, принимаемая на стадии окон-
чания забивки свай для трубчатых
= 2,8 м, а для штанговых при весе
ф
ударных частей 125, 180, 250 Н – соответственно 1,7; 2 и 2,2 м.
58
В проекте, кроме оборудования для погружения свай, указывают вели-
чину расчётного отказа сваи.
Отказ – величина погружения сваи от одного удара, или среднее арифметическое от серии ударов – залога, например, 10 ударов – для подвесных
молотов и молотов одиночного действия (для молотов двойного действия и
вибропогружателей принимают число ударов или работу оборудования в течение 2 мин.)
. Фактический отказ, зафиксированный в процессе контролируемого погружения сваи, сравнивается с расчётным (проектным). Отказ замеряется в конце погружения сваи с точностью до 1 мм не менее чем от трёх
последовательных залогов. Остаточный отказ измеряют после «отдыха» сваи.
Продолжительность «отдыха» зависит от вида грунта.
Если при погружении свай до проектной от
метки, полученные показатели отказа свай превышают расчётные характеристики, принимается решение
о необходимости их дополнительного заглубления для увеличения несущей
способности.
Если практические показатели соответствуют проектным показателям отказа, делается вывод о способности конструкции нести проектную нагрузку.
Если отказ сваи регламентируется строго, но при этом точность достижения заданной проектной глубины является вто
ростепенной, недобивка
сваи до 50 см считается приемлемой. При этом, если свая дает проектный
отказ и нет возможности её погрузить на заложенную глубину производится
срубка голов сваи.
Забивку заканчивают после достижения среднего отказа от трёх после-
довательных залогов, не превышающего расчётного.
Расчётный отказ сваи определяется по формуле:
ηЭ
р
η
ε
,
А – площадь поперечного сечения ствола сваи, м2; М – коэффициент, принимаемый при забивке свай молотами ударного действия равным единице,
а при вибропогружении свай – в зависимости от вида грунта под их нижними
концами; Э
та, кН;
новления удара; при забивке железобетонных свай молотами ударного действия с применением наголовника с деревянным вкладышем ε
вибропогружателе ε
Если фактический расчётный отказ
– расчётная энергия удара молота, кДж; – полный вес моло‐
р
– вес сваи, наголовника и подбабка, кН; ε – коэффициент восста-
2
2
= 0.
< 0,002 м, то в проекте свайного
= 0,2, а при
фундамента следует предусмотреть применение для погружения свай молота
с большей энергией удара, при которой отказ будет
≥ 0,002 м.
59
Пример 11
Задание. Подобрать молот для погружения сваи С55-30-3 (пример 5).
Решение. Минимальная энергия удара
Э 1,75 = 1,75 ⋅ 25 ⋅ (588,96/1,4) = 18 405 Дж,
где = 420,7 – расчётная нагрузка на сваю с учётом коэффициента надёж-
ности.
По табл. 18 Приложения подбирается молот с ближайшей большей
энергией удара (20 кДж) – СП-65 с характеристиками:
вес молота;
удара
Проверка пригодности молота
12,37 0,05 · 12,37 0,1 13 кН – вес сваи, наголовника и подбабка;
’
= 0,3·0,3·5,5·25 = 12,37 – вес сваи (1,24 т – применяется для молота СП-65).
’
25 кН – вес ударной части молота; Э
= 0,4 ⋅ 25 ⋅ 2,2 = 22 кН⋅м.
ф
Э
р
Эр0,4
42 13
22
’
2,55условие выполняется.
= 42 кН – полный
– расчётная энергия
р
Вес наголовника – 0,1 кН, вес подбабка – принимаем 5% от веса сваи.
Расчётный отказ сваи
Эр
0,01 м 0,2 см.
·,··
,·,·,
,·
⋅
Условие выполняется.
60