Расчет осадок свайных фундаментов опор мостов

Расчет осадок свайных фундаментов опор мостов рекомендуется производить с использованием эквивалентного модуля общей деформации Е_э.окак условного фундамента на естественном основании, габариты которого принимаются в соответствии с указаниями п. 7.1 главы СНиП II-17-77.

Величина полной осадки свайного фундамента S, см, в этом случае может быть определена по формуле

. (1)

где n_i — число слоев, на которые разбита расчетная сжимаемая толща, ограниченная глубинойz, м, определяемой в соответствии с указаниями прил. 3 главы СНиП II-15-74;

p_i — полусумма дополнительных (к природному) вертикальных нормальных давлений, кгс/см², возникающих на верхней и нижней границахi-го слоя грунта от давления, передаваемого условным фундаментом, определяемых в соответствии с указаниями прил. 3 главы СНиП II-15-74;

h_i— толщинаi-го слоя грунта, см;

Е_э.о— эквивалентный модуль общей деформации, величину которого рекомендуется определять по графикам рис. 1 и 2;

Рис. 1. График для определения эквивалентного модуля общей деформации песка

а — для рыхлых песков с коэффициентом пористости— 0,8 при любом зерновом составе и для пылеватых песков средней плотности;б— для мелких песков средней плотности с коэффициентом пористости— 0,7;в — для плотных песков с коэффициентом пористости— 0,6

Рис. 2. График для определения эквивалентного модуля общей деформации глинистых грунтов

_с— осадка, см, одиночкой сваи или сваи-оболочки от расчетной нагрузкиР,определяемая по графику рис. 3;

_я— дополнительная осадка, см, возникающая в результате обжатия грунтового ядра круглых полых свай и свай-оболочек, погружаемых с открытым нижним концом, принимаемая для сплошных и полых круглых свай с закрытым нижним концом равной нулю, а для полых круглых свай с открытым нижним концом и для свай-оболочек — в соответствии с данными табл. 1 в зависимости от давленияР_о,действующего по площади торца грунтового ядра.

Рис. 3. График для определения осадки одиночной железобетонной сваи, погруженной в пески

Дополнительная осадка сваи и сваи-оболочки, возникающая за счет обжатия грунтового ядра я, см

Ро, кгс/см2	Осадка я, см, при диаметре грунтового ядра, м
	0,5	1,5	2,5
10	0,3	0,6	1
20	0,5	1	1,5
30	0,7	1,4	2
40	0,9	1,8	2,5
50	1	2	3
60	1,1	—	—
70	1,2	—	—
80	1,3	—	—
90	1,4	—	—
100	1,5	—	—

Примечания:1. Таблица составлена для случая, когда высота грунтового ядра в оболочке более 2 м.

2. Для промежуточных диаметров ядра значения величин _яопределяют интерполяцией.

3. Для оболочек с грунтовым ядром диаметром 1,5 м и более величины Р_оограничены 50 кгс/см², так как допускать в этом случае большие давления не рекомендуется.

ПРИЛОЖЕНИЕ 7

Расчет одиночных свай и свайных групп по деформациям

1. Осадки свай, как и осадки фундаментов на естественном основании, согласно СНиП II-15-74, определяются при помощи расчетной схемы линейно-деформируемого полупространства.

2. Рассматриваются сваи длиной lи диаметром d, расположенные в двухслойном основании. Верхний слой толщиныl,который сваи прорезают, имеет модуль сдвигаG₁и коэффициент Пуассона ₁,а нижний, на который опираются сваи, представляет собой однородное линейно-деформируемое полупространство с характеристикамиG₂и₂. ЗдесьG_i = E_oi/2(1 +_i), гдеЕ_oi — модуль общей деформацииi-го слоя. Осадка головы сваи под действием приложенной к ней вертикальной нагрузкиРравна:

. (1)

Безразмерный коэффициент определяется по формуле

, (2)

где _* = 0,171 ln (k_ G₁ l/G₂d)— коэффициент, соответствующий абсолютно жесткой свае (EF =);

_* = 0,171 ln (k_1 l/d)— тот же коэффициент для случая однородного основания с характеристикамиG₁и₁;

₁ = EF/G₁l²— относительная жесткость сваи;

EF — жесткость ствола сваи на сжатие;

₁— определяется по графику на рис. 1 при  = ₁;

k_ — определяется по формуле (3)при= (₁+₂)/2;

k_1 — определяется по формуле (3) при  = ₁.

3. Коэффициент k_,входящий в формулы для определения коэффициентов_*и_*, вычисляется по формуле

k_ = 2,82 — 3,78+ 2,18². (3)

Показатель ,определяющий увеличение осадки за счет сжатия ствола, берется по графику на рис. 1.

Рис. 1. График зависимости (х)

4. Формулами (1), (2) можно пользоваться при нагрузках, не превосходящих предела пропорциональности, и при условии l/d > 5, G₁l/G₂d > 1.В качестве предела пропорциональности можно в первом приближении принять несущую способность свай, определенную по формуле (7) СНиП II-17-77, с учетом коэффициента надежности. Для случая G₁l/G₂d < 1,когда свая работает как свая-стойка, а также для свай со значительным уширением пяты, передающих нагрузку в основном через пяту, осадку головы можно приближенно подсчитать по формуле

. (4)

Здесь первый член дает осадку пяты сваи как полусферического штампа диаметром d_пна однородном полупространстве (коэффициент 0,22 соответствует значению коэффициента Пуассона₂= 0,33), а второй определяет сжатие ствола сваи.

5. При подсчете осадок группы свай необходимо учитывать их взаимовлияние. Дополнительная осадка сваи, находящейся на расстоянии w(расстояние измеряется между осями свай) от сваи, к которой приложена нагрузкаР, равна:

, (5)

где

(6)

k_ — определяется по формуле (3) при= (₁+₂)/2.

6. В отличие от формул (1), (2), которые справедливы только при нагрузках, не превышающих предел пропорциональности, формулы (5), (6) работают при любых нагрузках.

7. Для того чтобы от основания общего вида перейти к двухслойному, описанному в п. 2, нужно осреднить по глубине деформативные характеристики грунта вокруг сваи и под ней. При этом G₁и ₁определяются осреднением соответствующих характеристик грунтов,залегающих до глубиныl,равной длине сваи, а для определенияG₂и₂осредняют характеристики грунтов, залегающих на глубинуlдо 1,5l, т.е. на глубину 0,5lниже острия сваи. Осреднение проводится по формуле

,

где Х — рассматриваемая характеристика;

h_i — толщинаi-го слоя грунта, в пределах которого изменением характеристикиХможно пренебречь.

8. Таким образом, расчет осадки каждой сваи в группе при заданном распределении нагрузок между сваями включает:

а) определение деформативных характеристик основания G₁,₁, G₂, ₂;

б) определение осадки сваи под действием приложенной к ней нагрузки;

в) определение дополнительных осадок от действия нагрузок, приложенных к сваям, находящимся от данной на расстоянии, не превышающем k_G₁l/2G₂;

г) суммирование осадок, определенных в пп. «б» и «в».

9. В случае когда распределение нагрузок между сваями в группе неизвестно, формулы (1), (4) и (5) могут использоваться для расчета взаимодействия свайного фундамента с надфундаментной конструкцией. При этом для определения нагрузок на сваи удобно использовать метод сил строительной механики.

Пример расчета.Рассмотрим куст, состоящий из трех буронабивных свай диаметром 0,6 м и длиной 16 м. Расстояние между осями свайw = 2 м (рис. 2, 3). Грунт от поверхности до глубины 8,5 м представляет собой суглинок с модулем деформацииЕ_о= 1000 тс/м²и коэффициентом Пуассона= 0,36. Ниже залегает супесь с параметрами деформируемостиЕ_о= 2300 тс/м²и= 0,33.

Рис. 2. Свая и деформативные параметры основания

Рис. 3. План свайного куста

Определим деформационные характеристики приведенного двухслойного основания по п. 7:

тс/м²;

тс/м²;

тс/м²;

;

тс/м²;.

Подсчитаем все необходимые для расчета коэффициенты и параметры:

k_1 =2,82 ‑ 3,780,35 + 2,180,35²= 1,77;

;

k_ =2,82 ‑ 3,780,34 + 2,180,34²= 1,79;

;

;

.

Модуль Юнга материала ствола сваи

Е = 210⁶тс/м²,

поэтому жесткость ствола на сжатие

тс.

Относительная жесткость сваи

.

По графику (см. рис. 1) находим ₁ = 0,85;

,

таким образом полная осадка каждой сваи, если все сваи загружены одинаковой нагрузкой Р,равна (с учетом взаимовлияния):

.

При P = 300тс

S= 1,3210^-4300 = 3,9610^-2  4 см.

10. Расчет винтовой сваи, работающей на вдавливающую или выдергивающую нагрузку, по деформациям сводится к ограничению расчетной осевой нагрузки N,тс, действующей на сваю от сооружения (при коэффициенте перегрузки, равном единице):

N  rФ, (7)

где r — коэффициент, зависящий от соотношенияS/Dи определяемый по графику рис.4(S — допустимое осевое перемещение, м;D — диаметр лопасти винтовой сваи, м);

Ф — величина несущей способности винтовой сваи, тс, определяемая по формуле [18(14)] или по результатам испытаний сваи осевой вдавливающей или выдергивающей нагрузкой.

Рис. 4. График зависимости r от S/D

Пример 2.Требуется проверить винтовую сваю по деформациям, используя данные примера 17 раздела 5 настоящего Руководства, приняв допустимое перемещение S = 0,01м и расчетную нагрузку N = 60тс.

Находим .

По графику рис. 3 определяем r = 0,62;

rФ= 0,6285,4 = 52,9 тс.

Условие (7) не удовлетворяется, так как 60 тс > 52,9 тс. В соответствии с приведенным расчетом по деформациям следует расчетную нагрузку на сваю N принять не более 52,9 тс, увеличив для этого число свай.

Пример 3.Требуется проверить сваю по деформациям, используя данные примера 17 и приняв допустимое перемещениеS= 0,02 м и расчетную нагрузку N = 60 тc.

Находим .

По графику рис. 3 определяем r = 0,78;

rФ= 0,7885,4 =66,6 тс.

Условие (7) удовлетворяется, так как 60 тс < 66,6 тс.

ПРИЛОЖЕНИЕ 8