Несущая способность висячей сваи (сваи трения)
Поможем в ✍️ написании учебной работы
Поможем с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой

Несущую способность Fd, кН, висячей забивной и вдавливаемой свай и железобетонной сваи-оболочки, погружаемой без выемки грунта, работающих на вдавливающую нагрузку, следует определять как сумму расчетных сопротивлений грунтов основания под нижним концом сваи и на ее боковой поверхности по формуле

 = ( RA + u Ʃ ),                             (8)

где – коэффициент условий работы сваи в грунте принимаемый ;

 R – расчетное сопротивление грунта под нижним концом сваи, кПа, принимаемое по табл.15 Приложения ;

A – площадь опирания на грунт сваи, м2, принимаемая по площади поперечного сечения сваи брутто или по площади поперечного сечения камуфлетного уширения по его наибольшему диаметру, или по площади сваи-оболочки нетто;

 u – наружный периметр поперечного сечения сваи, м;

 fi – расчетное сопротивление грунта i-го слоя грунта основания на боковой поверхности сваи, кПа, принимаемое по табл.16 Приложения ;  

hi – толщина i-го слоя грунта, соприкасающегося с боковой поверхностью сваи, м;

,   – коэффициенты условий работы грунта соответственно под нижним концом сваи и на боковой поверхности сваи, учитывающие влияние способа погружения сваи на расчетные сопротивления грунта и принимаемые по табл.17 Приложения.

Суммировать сопротивления по боковой поверхности грунта следует по всем слоям грунта, пройденным сваей, за исключением случаев, когда проектом предусматривается планировка территории срезкой или возможен размыв грунта. В этих случаях следует суммировать сопротивления всех слоев грунта, расположенных соответственно ниже уровня планировки (срезки) и дна водоема после его местного размыва при расчетном паводке.

Расчетные сопротивления грунтов R и fi для лессовых грунтов при глубине погружения свай более 5 м следует принимать по значениям, указанным в таблицах 15 и 16 для глубины 5 м. Кроме того, для этих грунтов в случае возможности их замачивания расчетные сопротивления R и fi, следует принимать при показателе текучести, соответствующем полному их водонасыщению.

 Для забивных и вдавливаемых свай, опирающихся нижним концом на рыхлые пески или на глинистые грунты с показателем текучести IL > 0,6, несущую способность Fd, кН, следует определять по результатам статических испытаний свай

Несущую способность Fd, кН, набивной и буровой свай с уширением и без уширения, а также сваи-оболочки, погружаемой с выемкой грунта и заполняемой бетоном, работающих на сжимающую нагрузку, следует определять по формуле (8),  

где - коэффициент условий работы сваи; в случае опирания ее на глинистые грунты со степенью влажности Sr < 0,85 и на лессовые грунты - = 0,8, в остальных случаях - = 1;

 - коэффициент надежности по сопротивлению грунта под нижним концом сваи; γR,R = 1 во всех случаях, за исключением свай с камуфлетными уширениями и буроинъекционных свай, для которых этот коэффициент следует принимать равным 1,3, и свай с уширением, устраиваемых путем механического разбуривания грунта, бетонируемых насухо = 0,5 и бетонируемых подводным способом, для которых = 0,3;

R - расчетное сопротивление грунта под нижним концом сваи, кПа, принимаемое:

при опирании на песчаные и крупнообломочные грунты по ф-лам (9,10);

при опирании на глинистые грунта – по табл.20 Приложения

для буронабивных свай, изготовленных с применением технологии непрерывного полого шнека  и буровых свай, изготовленных технологическим оборудованием типа плоский грейфер или гидрофреза - как для обычных забивных свай;

A - площадь опирания сваи, м2, принимаемая равной:

для набивных и буровых свай без уширения - площади поперечного сечения сваи;

для набивных и буровых свай с уширением - площади поперечного сечения уширения в месте наибольшего его диаметра;

для свай-оболочек, заполняемых бетоном, - площади поперечного сечения оболочки брутто;

u - периметр поперечного сечения ствола сваи, м;

- коэффициент условий работы грунта на боковой поверхности сваи, зависящий от способа образования скважины и условий бетонирования и принимаемый по таблице 18 Приложения

fi - расчетное сопротивление i-го слоя грунта на боковой поверхности ствола сваи, кПа, принимаемое по таблице 16 Приложения;

hi - то же, что и в формуле (8).

 Сопротивление песков на боковой поверхности сваи с уширением следует учитывать на участке от уровня планировки до уровня пересечения ствола сваи с поверхностью воображаемого конуса, имеющего в качестве образующей линию, касающуюся поверхности уширения под углом φl/2 к оси сваи, где φl - осредненное (по слоям) расчетное значение угла внутреннего трения грунта, залегающего в пределах указанного конуса. Сопротивление глинистых грунтов допускается учитывать по всей длине ствола.

Периметр поперечного сечения ствола – u  для буроинъекционных свай следует принимать равным периметру скважины, пробуриваемой при их изготовлении.

Площадь опирания буроинъекционной сваи по РИТ-технологии следует принимать по площади поперечного сечения уширения, а периметр поперечного сечения ствола - исходя из среднего значения диаметров dji сваи, которые следует определять по объему бетонной смеси, израсходованной на заполнение j-го разрядно-импульсного уширения в i-м слое грунта. Заданные в проекте уширения сваи уточняют при изготовлении опытных свай в конкретных грунтовых условиях.

Расчетное сопротивление для крупнообломочных грунтов с песчаным заполнителем и песков в основании набивной и буровой свай с уширением и без уширения, сваи-оболочки, погружаемой с полным удалением грунтового ядра , кПа, грунта под нижним концом сваи следует принимать:

1                                (9)

а сваи-оболочки, погружаемой с сохранением грунтового ядра из указанных грунтов на высоту 0,5 м, - по формуле

1                                       (10)

где  безразмерные коэффициенты, принимаемые в зависимости от расчетного значения угла внутреннего трения грунта основания по таблице 19 Приложения ;

 - расчетное значение удельного веса грунта, в основании сваи (при водонасыщенных грунтах с учетом взвешивающего действия воды);

 - осредненное (по слоям) расчетное значение удельного веса грунтов, расположенных выше нижнего конца сваи (при водонасыщенных грунтах с учетом взвешивающего действия воды);

 - диаметр, м, набивной и буровой свай, диаметр уширения (для сваи с уширением), сваи-оболочки или диаметр скважины для сваи-столба;

 - глубина заложения, м, нижнего конца сваи или ее уширения. отсчитываемая от природного рельефа или уровня планировки (при планировке срезкой), для опор мостов - от дна водоема после его общего размыва при расчетном паводке;

Заглубление свай в грунт, принятый за основание их нижних концов, должно быть не менее чем на диаметр сваи (или уширения для сваи с уширением), но не менее чем на 2 м.

Значения , рассчитанные по формулам (9) и (10), не следует принимать выше значений, приведенных в таблице 15 для забивных свай той же длины и в тех же грунтовых условиях.

Расчетное сопротивление R, кПа, грунта под нижним концом сваи-оболочки, погружаемой с частичной выемкой грунта, но с сохранением грунтового ядра высотой не менее трех диаметров оболочки на последнем этапе ее погружения (при условии, что грунтовое ядро образовано из грунта, имеющего те же характеристики, что и грунт под нижним концом сваи-оболочки), следует принимать по таблице 15 с коэффициентом условий работы грунта, учитывающим способ погружения свай-оболочек в соответствии с позицией 4 таблицы17, при этом расчетное сопротивление в указанном случае относится к площади поперечного сечения сваи-оболочки нетто

Для набивных и буровых свай и свай-оболочек, погружаемых с выемкой грунта и заполняемых бетоном, опирающихся нижним концом на глинистые грунты с показателем текучести IL > 0,6, несущую способность следует определять по результатам статических испытаний свай.

Несущую способность Fd, кН, винтовой однолопастной сваи диаметром лопасти  1,2 м и длиной  10 м, работающей на вдавливающую или выдергивающую нагрузку, следует определять по формуле (11) (при других параметрах, в частности при двух и более лопастях, диаметре лопасти d > 1,2 м и длине сваи l > 10 м, действии горизонтальной силы или момента, - только по данным испытаний сваи статической нагрузкой и результатам численных расчетов в нелинейной постановке с использованием апробированных моделей грунта):

 = γc[  + ], (11)

где γc - коэффициент условий работы сваи, зависящий от вида нагрузки, действующей на сваю, и грунтовых условий и определяемый по таблице 21 Приложения;

- несущая способность лопасти, кН;

 - несущая способность ствола, кН. Несущая способность лопасти винтовой сваи определяется по формуле

=( , (12)

где α1, α2 - безразмерные коэффициенты, принимаемые по таблице 22 Приложения в зависимости от расчетного значения угла внутреннего трения грунта в рабочей зоне φ1 (под рабочей зоной понимается прилегающий к лопасти слой грунта толщиной, равной d);

с1 - расчетное значение удельного сцепления грунта в рабочей зоне, кПа;

γ1 - осредненное расчетное значение удельного веса грунтов, залегающих выше лопасти сваи (при водонасыщенных грунтах с учетом взвешивающего действия воды), кН/м3;

h1 - глубина залегания лопасти сваи от природного рельефа, а при планировке территории срезкой - от уровня планировки, м;

А - проекция площади лопасти, м2, считая по наружному диаметру, при работе винтовой сваи на сжимающую нагрузку, и проекция рабочей площади лопасти, т.е. за вычетом площади сечения ствола, при работе винтовой сваи на выдергивающую нагрузку.

Несущая способность ствола винтовой сваи определяется по формуле

                     (13)

где u - периметр поперечного сечения ствола сваи, м;

fi - расчетное сопротивление грунта на боковой поверхности ствола винтовой сваи, кПа, принимаемое по таблице 16 (осредненное значение для всех слоев в пределах глубины погружения сваи);

h - длина ствола сваи, погруженной в грунт, м;

d - диаметр лопасти сваи, м.

При определении несущей способности винтовых свай при действии вдавливающих нагрузок характеристики грунтов в таблице 22 относятся к грунтам, залегающим под лопастью, а при работе на выдергивающие нагрузки - над лопастью сваи.

 Глубина заложения лопасти от уровня планировки должна быть не менее 5d при глинистых грунтах и не менее 6d - при песках (где d - диаметр лопасти).

 

Пример 5. Определение несущей способности забивной висячей сваи.

Задание: Определить несущую способность забивной  сваи, входящей в состав свайного куста под колонну каркасного здания.

Исходные данные:      

Район строительства – г. Мурманск. Здание неотапливаемое, без подвала.

Глубина заложения подошвы ростверка 2м (Пример 2). Геологический разрез представлен следующими грунтами: песок мелкий 30МПа, мощностью 1 м, супесь пластичная ( , МПа, мощностью 1,5м, песок пылеватый, МПа, мощностью 3,5м ( с отм. 3.0 насыщенный водой), суглинок полутвердый ( ,  мощностью 3,5м, песок средней крупности, средней плотности, насыщенный водой, 32МПа, мощностью 4м. Уровень грунтовых вод проходит на глубине  3м от уровня планировки.

Решение.

Выбор длины сваи

Выбор длины свай должен производиться в зависимости от грунтовых условий строительной площадки. Нижний конец свай, как правило, следует заглублять в малосжимаемые грунты, прорезая более слабые напластования грунтов; при этом заглубление свай в несущий слой должно быть:

в крупнообломочные грунты, гравелистые, крупные и средней крупности песчаные грунты, а также глинистые грунты с показателем консистенции  0,5 м,

в прочие виды нескальных грунтов не менее 1 м.

Длину свай рекомендуется принимать не менее 3 м, с тем, чтобы заглубление свай ниже подошвы ростверка было не менее 2,5 м.

Для легких бесподвальных зданий с несущими стенами, основание которых представлено песками средней плотности и твердыми и полутвердыми глинистыми грунтами, допускается применение свай с глубиной погружения 1,5-2 м, но не менее чем на 0,5 м ниже глубины промерзания. Несущая способность таких свай должна определяться только полевыми методами.

Минимальную длину сваи устанавливают с учётом её заделки в ростверк. Свободное опирание ростверка на сваи должно учитываться в расчетах условно как шарнирное сопряжение и при монолитных ростверках должно выполняться путем заделки головы сваи в ростверк на глубину 5-10 см. Заделка выпусков арматуры в ростверк в этом случае необязательна.

Жесткое сопряжение свайного ростверка со сваями следует предусматривать в случаях, когда:

а) стволы свай располагаются в слабых грунтах (рыхлых песках, глинистых грунтах текучей консистенции, илах,торфах н т.п.);

б) в месте сопряжения сжимающая нагрузка, передаваемая на сваю, приложена к ней с эксцентриситетом, выходящим за пределы ее ядра сечения;

в) на сваи действуют горизонтальные нагрузки, величины перемещений от которых при свободном опирании оказываются более предельно допускаемых для проектируемого здания или сооружения;

г) в фундаменте имеются наклонные или составные вертикальные сваи;

д) сваи работают на выдергивающие нагрузки.

 Жесткое сопряжение железобетонных свай с монолитным железобетонным ростверком следует предусматривать с заделкой головы сваи в ростверк на глубину, соответствующую длине анкеровки арматуры, либо с заделкой в ростверк выпусков арматуры на длину их анкеровки в соответствии с расчетом.

В свайных фундаментах мостов верхние концы свай должны быть заделаны в плиту ростверка (выше слоя бетона, уложенного подводным способом) или в железобетонную насадку (в ригель) на величину, определяемую расчетом в случае наличия в узле сопряжения растягивающих усилий, но не менее чем на две толщины ствола сваи, а при толщине ствола сваи более 0,6 м-не менее чем на 1,2 м. Допускается также для фундаментов этих сооружений заделка ствола сваи в плиту ростверка на длину не менее 0,15 м при условии заделки в плиту ростверка выпусков стержней продольной арматуры (без устройства отгибов и крюков) на длину, определяемую расчетом, но не менее 25 диаметров стержня при арматуре периодического профиля и 40 диаметров-при гладкой арматуре.

При недостаточной несущей способности верхнего слоя скальных грунтов, возможности размыва верхнего слоя слабых грунтов, отсутствии наносных отложений или недостаточной их толщине для погашения воздействия изгибающих моментов сваи-оболочки и буронабивные сваи необходимо обязательно заделывать в скальные грунты на величину, определяемую расчетом. При этом величина заделки должна быть не менее 0,5 м в сплошной скале с пределом прочности на сжатие более 500 кгс/см2 и не менее 1 м в остальных скальных грунтах.

Поперечное сечение свай принимают в зависимости от их длины по сортаменту типовых свай . При этом для свай трения следует принимать наименьшее возможное сечение.

Рис.5  К определению несущей способности висячей забивной сваи.

 

Требуемая длина свай по глубине расположения несущего слоя, по условию сопряжения свай с ростверком и по минимальной глубине заделки свай в несущий слой составляет:

Принимаем сваю С55-30-3.Предусматриваем заделку в ростверк 0,2м-0,1 –неразбитой частью и 0,1 арматурой. Свая заходит в прочный грунт (глина полутвердая (IL = 0,22 > 0,1) на 1,3 м. Нижний конец сваи оказывается на глубине 7,3 м от уровня планировки. Тогда расчетное сопротивление грунта под нижним концом сваи R = 4170 кПа (Приложение, табл. 15)

Определяем расчетные сопротивления грунтов основания на боковой поверхности сваи (Приложение, табл. 16). Для этого пласты грунтов, соприкасающихся с боковой поверхностью сваи, разбиваем на однородные слои толщиной не более 2 м. Для удобства расчета полученные значения сопротивлений сводим в таблицу 1

Определяем несущую способность сваи:

 = ( RA + u Ʃ ) =

=1*(1* 4170*0,09+1*1,2(0,5*18+2*26+1,5*29,5+1,3*56) = 375,3+213,66 = 588,96кН

=1 коэффициент условий работы сваи  для забивных свай,  - коэффициент надежности по сопротивлению грунта под нижним концом сваи;

A=0,3*0,3=0,09 - площадь опирания сваи, м2

u =0,3*4=1,2- периметр поперечного сечения ствола сваи, м;

fi - расчетное сопротивление грунта на боковой поверхности ствола сваи ( в пределах однородного слоя, толщиной не более 2м) кПа, принимаемое по таблице 16 Приложения, рассчитано в табл.1.                                           

Таблица 1. К расчету несущей способности сваи                      

Наименование грунта Толщина слоя hi, м Расстояние до центра тяжести слоя zi, м Расчетное сопротивление грунта по боковой поверхнос-ти сваи fi, кПа
1 2 3 4
Супесь пластичная (IL = 0, 5) 0,5 2,25 18

Песок пылеватый, средней плотности, насыщенный водой

2,0 3,5 26
1,5 5,25 29,5
Суглинок  полутвердый (IL = 0,22) 1,3 6,65 56

Пример 6. Определение несущей способности буровой висячей сваи.

Задание: Определить несущую способность буровой сваи, входящей в состав свайного куста под колонну каркасного здания.

Исходные данные:      

Район строительства – г. Мурманск. Здание неотапливаемое, без подвала.

Глубина заложения подошвы ростверка 2м (Пример 2). Геологический разрез  по примеру 5, рис 4.

Решение.

Так как в пределах длины сваи проходят грунтовые воды, принимаем буровую сваю диаметром 40см, изготовленную с использованием инвентарных обсадных труб, длиной 5,5м.

 = ( RA + u Ʃ ) = =0,85*(1*0,125*843+1,256*(0,7*18*0,5+0,7*26*2+0,7*29,5*1,5+0,6*56*1,3)=

=0,85*(105,375+1,256*(6,3+36,4+30,98+43,68)= 214,87 кН.

- коэффициент условий работы сваи при  опирании на глинистые грунты со степенью влажности Sr < 0,85 - = 0,8,  - коэффициент надежности по сопротивлению грунта под нижним концом сваи; γR,R = 1; A =3,14*0,4*0,4/4=0,125м2 - площадь опирания сваи, м2

u =2*3,14*0,2=- периметр поперечного сечения ствола сваи, м;

fi - расчетное сопротивление грунта на боковой поверхности ствола сваи (в пределах однородного слоя, толщиной не более 2м) кПа, найденное в таблице  1.

R=843кПа - расчетное сопротивление грунта под нижним концом сваи, найденное по табл.20 Приложения , интерполяцией.

- коэффициент условий работы грунта на боковой поверхности сваи, зависящий от способа образования скважины и условий бетонирования и принимаемый по таблице 18 Приложения. Для буровых свай, бетонируемых при использовании обсадных инвентарных труб в песках, супесях и суглинках =0,7; в глинах =0,6.

Пример 7. Определение несущей способности винтовой сваи.

Задание: Определить несущую способность винтовой сваи типа ВСЛ, предназначенной для строительства фундаментов в талых и с сезонным промерзанием грунтах длиной 5,5 м; номинальным наружным диаметром ствола 325 мм; номинальным максимальным диаметром лопасти наконечника 500 мм; материал ствола сваи сталь 20, наконечника сталь 25Л:

ВСЛ 5,5  ТУ 5264-006-05773342-2007

Исходные данные:      

Район строительства – г. Мурманск. Здание неотапливаемое, без подвала.

Глубина заложения подошвы ростверка 2м (Пример 2). Геологический разрез представлен следующими грунтами: песок мелкий ( =380) мощностью 1 м, супесь пластичная ( ,мощностью 1,5м, песок пылеватый ( =350,), мощностью 3,5м ( с отм. 3.0 насыщенный водой), суглинок полутвердый (  Уровень грунтовых вод проходит на глубине 3м.

Решение

 = γc[  + ]=0,8 [  + ]=350,48кН

где γc =0,8- коэффициент условий работы сваи, зависящий от вида нагрузки, действующей на сваю, и грунтовых условий и определяемый по таблице 21 для глин полутвердых;

Fd0 - несущая способность лопасти винтовой сваи определяется по формуле

=( (11,1*53+4,9*14,1*7,3)*0,25=273,16кН

h1 =7,3м- глубина залегания лопасти сваи от природного рельефа;

α1 =11,1; α2 =4,9 - безразмерные коэффициенты, принимаемые по таблице 22 в зависимости от расчетного значения угла внутреннего трения грунта в рабочей зоне (φ1=190);

с1 =53кПа- расчетное значение удельного сцепления грунта в рабочей зоне;

γ1 =(1*17,7+1,5*18,7+0,5*18+3*11+1,3*20,1)/7,3=14,1 кН/м3- осредненное расчетное значение удельного веса грунтов, залегающих выше лопасти сваи (при водонасыщенных грунтах с учетом взвешивающего действия воды),

А =0,25м2- проекция площади лопасти, м2, считая по наружному диаметру, при работе винтовой сваи на сжимающую нагрузку

Несущая способность ствола винтовой сваи

 = 1,02*33,6*(5,3-0,5) =164,5кН,

где u =0,325*3,14=1,02м- периметр поперечного сечения ствола сваи,

fi =(0,5*18+2*26+1,5*29,5+1,3*56)/5,3=33,6кПа - расчетное сопротивление грунта на боковой поверхности ствола винтовой сваи, кПа, принимаемое по таблице 16 (осредненное значение для всех слоев в пределах глубины погружения сваи;

d=0,5м- диаметр лопасти сваи,

h =5,3- длина ствола сваи, погруженной в грунт.

 

Рис.6 К определению несущей способности винтовой сваи.

 

Пример 7. Определение несущей способности сваи-оболочки.

Задание: Определить несущую способность висячей сваи-оболочки

 СО 70.100-3 погружаемой вибрированием с полным удалением грунтового ядра.

Исходные данные:      

Район строительства – г. Мурманск. Здание неотапливаемое, без подвала.

Глубина заложения подошвы ростверка 2м (Пример 2). Геологический разрез представлен следующими грунтами: песок мелкий ( =380) мощностью 1 м, супесь пластичная ( , мощностью 1,5м, песок пылеватый ( =350,), мощностью 3,5м (с отм. 3.0 насыщенный водой), песок средней крупности  Уровень грунтовых вод проходит на глубине  3м от уровня планировки.

Решение:

 

 

Рис.7 К определению несущей способности сваи-оболочки.

Расчетное сопротивление под нижним концом сваи

1

где =0,81; = 0,22 -безразмерные коэффициенты, принимаемые в зависимости от расчетного значения угла внутреннего трения грунта по табл.19 . Приложения;

 =10,5  - расчетное значение удельного веса грунта, в основании сваи (при водонасыщенных грунтах с учетом взвешивающего действия воды);

 =(1*17,7+1,5*18,7+0,5*18+3*11+2,8*10,5)/8,8=12,06 кН/м3- осредненное (по слоям) расчетное значение удельного веса грунтов, расположенных выше нижнего конца сваи (при водонасыщенных грунтах с учетом взвешивающего действия воды);

=1 м, диаметр сваи-оболочки;

 =8,8м - глубина заложения, нижнего конца сваи или ее уширения. отсчитываемая от природного рельефа или уровня планировки (при планировке срезкой);

Заглубление свай в грунт, принятый за основание их нижних концов, в нашем случае 2,8м, это более диаметра сваи и более 2м.

Несущая способность сваи-оболочки

 = ( RA + u Ʃ )= 1*(1*0,785*2811,1+3,14*(0,9*18*0,5+1*26*2+1*29,5*1,5+1*60*2+1*63*0,8)=

=2206,7+3,14(8,1+52+44,25+120+50,4)=3069,4кН.

 

где - коэффициент условий работы - = 1,  - коэффициент надежности по сопротивлению грунта под нижним концом сваи; γR,R = 1;

A=3,14*1*1/4=0,785 -для свай-оболочек, заполняемых бетоном, площадь поперечного сечения оболочки брутто;

u =3,14*1=3,14м- периметр поперечного сечения ствола сваи;

γR,f - коэффициент условий работы грунта на боковой поверхности сваи, зависящий от способа образования скважины и условий бетонирования и принимаемый по таблице Приложения (в песках γR,f =1, в супесях γR,f =0,9)

расчетные сопротивления грунтов основания на боковой поверхности сваи, приведены в табл.2

Таблица 2 .  К расчету несущей способности сваи-оболочки                      

Наименование грунта Толщина слоя hi, м Расстояние до центра тяжести слоя zi, м Расчетное сопротивление грунта по боковой поверхнос-ти сваи fi, кПа
1 2 3 4
Супесь пластичная (IL = 0, 5) 0,5 2,25 18

Песок пылеватый, средней плотности, насыщенный водой

2,0 3,5 26
1,5 5,25 29,5

Песок средней крупности, средней плотности, насыщенный водой

2 7 60
0,8 8,4 63

 

Значения , рассчитанное по формуле (9), не должно быть выше значений, приведенных в таблице 15 для забивных свай той же длины и в тех же грунтовых условиях  –это условие соблюдается

Дата: 2019-02-25, просмотров: 259.