Предельное горизонтальное перемещение головы сваи

Исследование рабочего состояния анкерных сваи при действии наклонной выдергивающей нагрузки Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

Похожие темы научных работ по строительству и архитектуре , автор научной работы — Шарапова Т. В.

Текст научной работы на тему «Исследование рабочего состояния анкерных сваи при действии наклонной выдергивающей нагрузки»

По прочности портландцемент делится на 6 категорий прочности (марок): 42,5-42,5R-52,5-52,5R-62,5-62,5R; общестроительный портландцемент на 4 категории: 42,5-42,5R-52,5-52,5R; остальные на 6 категорий: 32,5-32,5R-42,5-42,5R-52,5-52,5R.

Китайский цемент, как более дешевый, находит широкое применение в строительстве на Дальнем Востоке и, в России.

В Китае широко проводится реконструкция цементных заводов с оснащением новой техникой, автоматизацей производства, установкой современных приборов в лабораториях – всё это приводит к повышению качества цемента.

Проверка качества поставленных из Китая портландцементов отдельных производителей, производимая ИЦ «Дальстройиспытания» и ДВГТУ, как правило, подтверждает заявленную марку цемента.

По сравнению с отечественными, портландцементы отдельных китайских заводов имеют более высокую тонкость помола, повышенную нормальную густоту и более быстрый набор прочности. В редких случаях выявляется брак.

Так, посещение в текущем году одного из цементных заводов в г. Муданьзяне оставило самое благоприятное впечатление об этом производстве. Предприятие автоматизировано, номенклатура портландцементов: общестроительный, комбинированный, портландцемент по GB 175-2007. В качестве сырья используются высококачественный известняк, глина и зола-уноса, в качестве корректирующих добавок—общепринятые в технологии цемента (пиритные огарки и песок).

ИССЛЕДОВАНИЕ РАБОЧЕГО СОСТОЯНИЯ АНКЕРНЫХ СВАИ ПРИ ДЕЙСТВИИ НАКЛОННОЙ ВЫДЕРГИВАЮЩЕЙ НАГРУЗКИ

Исследование условии работы анкерных свай на наклонную выдергивающую нагрузку в составе систем удержания таких сооружений, как тешы, мачты, ветряки, пневмоопорные и гидроопорные сооружения, стоянки аэростатов и доков показывает, что в этих сооружениях горизонтальные перемещения головы сваи при работе на выдергивающую нагрузку до приведения анкеров в рабочее состояние можно не ограничивать [1]. 1,

Для построения теории, описывающей работу сваи в грунте при действии наклонной выдергивающей нагрузки, предлагается модель системы “свая-грунт”, построенная на принципе предельного равновесия сваи в грунте.

Рассмотрим общий случай, когда выдергивающая сила Ръ направленная под углом /? к горизонту, приложена к крайней точке сваи в уровне поверхности грунта, (рис. 1а). Свая абсолютно жесткая и погружена в грунт вертикально.

Когда к свае прикладывают наклонную выдергивающую нагрузку Р (например, крепят оттяжку), свая поворачивается в грунте на некоторый угол в (рис Л б) и занимает рабочее положение, в котором воспринимает действующую нагрузку. В этот момент силы, выдергивающие сваю из грунта, и силы, удерживающие сваю в грунте, равны (система “свая-грунт” находится в равновесии). При увеличении значения наклонной выдергивающей силы угол поворота сваи в грунте увеличится, свая займет новое положение, в котором будет воспринимать новую нагрузку (система “свая-грунт” опять должна будет находиться в равновесии). Если наклонная нагрузка достигает предельного значения свая поворачивается в грунте на предельный угол й^д, при котором она

Каждому значению наклонной выдергивающей нагрузки соответствует свой угол поворота сваи в грунте при условии, что наклонная нагрузка не превышает предельного значения Р^зь при котором свая выдергивается из грунта.

Для исследования рабочего состояния сваи при работе на наклонную выдергивающую нагрузку необходимо выявить взаимосвязь между нагрузкой Р, воспринимаемой сваей, и углом поворота сваи в грунте 0.

Поворот сваи в грунте вызывает горизонтальная составляющая наклонной выдергивающей силы Предположим линейную зависимость между горизонтальным перемещением головы сваи в грунте и горизонтальной составляющей наклонной выдергивающей нагрузки:

где Р – наклонная выдергивающая нагрузка, кН; I – длина сваи, м; в – угол поворота сваи в грунте, рад; к – коэффициент пропорциональности, зависящий от свойств грунта, окружающего сваю и формы поперечного сечения сваи (в частности, от формы той грани сваи, что перемещается на грунт при действии нагрузки) Коэффициент к имеет размерность кШм и должен определяться экспериментально для заданной сваи в грунтовых условиях данной строительной площадки.

Читайте также:
Офиопогон : описание японского, плоскострелого и других видов. Уход за цветком в аквариуме и в открытом грунте

С целью проверки предположения (1) была поставлена и проведена серия натурных испытаний свай на действие наклонной выдергивающей нагрузки, в частности, направленной горизонтально [2].

Схема испытательной установки показана на рисунке 2 Деревянные сваи (материал – ель) диаметром 0,1-0,11 м, длиной 1,8 м забивкой погружались вертикально в грунт на глубину 1,5 м Грунты дна были представлены песками мелкими и пылеватыми, заиленными, средней плотности (у5=27 к11/м ф=25°, е-0.65, с=0.002 МПа), Во Бремя испытаний измерялись расстояния между вехами в двух точках до начала испытаний и после срыва анкера (рис.З).

В результате испытаний подтверждена линейная зависимость (1) между горизонтальной проекцией наклонной выдергивающей силы и перемещением оголовка сваи под действием нагрузки Эксперимент показал, что для данных грунтовых условий коэффициент к является величиной постоянной (рис.4).

1с.1.Схема сваи, работающей на наклонную выдергивающую нагрузку: а – свая в исходном состоянии, б – свая в рабочем состоянии

Расчет сваи

Режим предназначен для расчета свай на совместное действие вертикальной и горизонтальной сил и момента в соответствии с требованиями СНиП 2.02.03–85 (СП 50-102-2003 или СП 24.13330.2011). Расчет производится с учетом возможности развития первой и второй стадии напряженно-деформированного состояния грунта согласно рекомендуемого приложения 1 к СНиП 2.02.03–85, приложения Д СП 50-102-2003, приложению В СП 24.13330.2011, а также с учетом особенностей проектирования свай в сейсмических районах. Определяется несущая способность свай в случае возможности развития второй стадии напряженно-деформированного состояния грунта, устойчивость основания, а также деформации свай, включающие определение горизонтального перемещения головы сваи и угла ее поворота. При расчете согласно приложения Д к СП 50-102-2003 (приложению В СП 24.13330.2011, п. 8.5.4.9 и п. Н.8 приложения Н ДБН) рассматривается только первая стадия напряженно-деформированного состояния грунта (грунт, окружающий сваю, рассматривается как упругая линейно-деформируемая среда).

Приложение нагрузки при расчете рассматривается только в одной силовой плоскости. При этом учитывается конструкция ростверка (высокий или низкий), сопряжения ростверка со сваей (шарнирное или жесткое), расположение свай в фундаменте с ростверком (однорядное или многорядное). Работа сваи в составе куста свай при этом не рассматривается (п.11 приложения 1 СНиП 2.02.03–85 и аналогичные пункты СП).

В СП 24.13330.2011 отсутствуют конкретные формулы для вычисления деформаций сваи, значений моментов и перерезывающих сил, . . Авторы СП 24.13330.2011 предлагают производить расчет сваи как балки на упругом основании с коэффициентом постели, значения которого следует определять по приложению В СП 24.13330.2011. Задача о поведении балки, лежащей на упругом основании, не имеет точного аналитического решения, поэтому в программе Запрос используется приближенное решение, которое приведено в приложении 1 к СНиП 2.02.03–85.

Подготовка данных

На странице Общие данные в группе Сваи-стойки или Висячие сваи указывается вид сваи. Для всех видов свай задаются следующие данные:

  • коэффициент надежности γk (по умолчанию — 1.4);
  • расчетные нагрузки, приложенные к свае в уровне поверхности грунта и коэффициент надежности по нагрузке;
  • доля временной части в общем моменте в сечении фундамента на уровне нижнего конца сваи.

Кроме того, указываются класс бетона сваи, расположение свай в фундаменте с ростверком (однорядное или многорядное), конструкция ростверка (низкий или высокий). Для всех видов свай, кроме забивных, предусмотрена возможность учета заделки нижнего конца сваи.

Если площадка строительства находится в сейсмическом районе, следует активизировать соответствующий маркер, а также в таблице нагрузок указать значения расчетных нагрузок, приложенных к свае в уровне поверхности грунта при особом их сочетании с учетом сейсмического воздействия.

Специальный маркер позволяет учесть изменение № 2 к СП 24.13330.2011.

На странице Конструкция в зависимости от выбранного типа сваи назначается сечение сваи и его размеры (для забивных свай предусмотрены сечения в виде прямоугольника, тавра, двутавра, квадрата с круглой полостью, круга и кольца, для остальных видов свай — только кольцевые и круглые сечения), указывается вид сопряжения ростверка со сваей (шарнирное или жесткое), а также вводятся следующие дополнительные данные:

  • глубина погружения нижнего конца сваи;
  • расстояние от подошвы ростверка до поверхности грунта;
  • глубина котлована;
  • предельный изгибающий момент, воспринимаемый поперечным сечением сваи, с учетом продольных сил (только в случае многорядного расположения свай в фундаменте с ростверком).
Читайте также:
Роторный снегоочиститель: особенности фрезерно-роторного снегоуборщика, характеристики снегоуборочных моделей Impulse SR1730, СФР-360 и других. Как выбрать модель для квадроцикла?

Для сечений, имеющих различные геометрические характеристики в разных силовых плоскостях, расчет следует выполнять раздельно для каждой силовой плоскости, задавая соответствующие значения нагрузок в таблице на странице Общие данные . Силовая плоскость назначается с помощью кнопок в одноименной группе.

Характеристики грунтов задаются в таблице на одноименной странице по тем же правилам, что и в режиме Несущая способность сваи.

При задании размеров сечения сваи предусмотрена возможность сохранить их под уникальным именем в базе данных (кнопка — ), а также загрузить из базы (кнопка — ). Контроль сечения выполняется нажатием кнопки Предварительный просмотр — .

Результаты расчета

Расчет выполняется после нажатия кнопки Вычислить . Результаты расчета в установленных в настройках единицах выдаются на странице Результаты и включают следующие величины:

  • расчетный момент в заделке, действующий в месте сопряжения сваи с ростверком;
  • коэффициент использования ограничений по устойчивости основания;
  • минимальный расчетный изгибающий момент в сечении сваи;
  • максимальный расчетный изгибающий момент в сечении сваи;
  • минимальная расчетная поперечная сила в сечении сваи;
  • максимальная расчетная поперечная сила в сечении сваи;
  • расчетная продольная сила в сечении сваи;
  • расчетное значение угла поворота сваи в уровне подошвы ростверка;
  • расчетное значение горизонтального перемещения сваи в уровне подошвы ростверка;
  • коэффициент использования несущей способности сваи;
  • расчетное значение угла поворота сваи в уровне поверхности грунта;
  • расчетное значение горизонтального перемещения сваи в уровне поверхности грунта.

Так же, как в режиме Несущая способность сваи , имеется возможность передачи данных в программу АРБАТ для анализа несущей способности сваи по материалу.

Предельное горизонтальное перемещение головы сваи

Пирамида продавливания

Рис. 6 Пирамида продавливания

– продавливающая сила, равная сумме реакций всех свай за пределами пирамиды продавливания;

– расчетное сопротивление бетона растяжению;

– рабочая высота сечения (расстояние от подошвы ростверка до дна стакана);

– расстояния от грани колонны соответственно с размерами b и h до ее параллельной плоскости, проходящей по внутренней грани ближайшего ряда свай, расположенных за пределами нижнего основания пирамиды продавливания;

– коэффициент, учитывающий частичную передачу продольной силы на плитную часть ростверка через стенки стакана.

– площадь боковой поверхности колонны, заделанной в стакан.

– реакция сваи от нагрузок на ростверк по верхней горизонтальной грани, определяемая по формуле:

Класс бетона ростверка принимаем В20, тогда (таблица 13 СНиП 2.03.01-84).

Колонна площадью сечения ; глубина стакана 0,9 м.

Значения реакций свай от нагрузок на ростверк:

Условие расчета ростверка на продавливание выполняется.

Определение горизонтального перемещения головы сваи

Принимаем шарнирное опирание ростверка на сваю. Сваи заглубляются в ростверк на 100 мм.

и – перемещение головы сваи ;

– угол поворота головы сваи .

Н – поперечная сила, приходящаяся на 1 сваю

– горизонтальное перемещение сечения сваи в уровне подошвы ростверка от поперечной силы Н = 1;

– горизонтальное перемещение сечения сваи в уровне подошвы от действия момента М = 1;

Е – модуль упругости бетона в свае (для марки бетона В20 );;

I – момент инерции поперечного сечения сваи;

Ао и В – безразмерные коэффициенты, определяемые по табл. 5 прил. 1 к СНиП 2.02.03-85 в зависимости от приведенной длины сваи

k – коэффициент пропорциональности, определяемый по прил. 1 СНиП 2.02.03-85 в зависимости от вида грунта под подошвой ростверка. Для пылеватого песка ;

Читайте также:
Приточные установки с кондиционером: проветриватели, моноблоки, сплиты

bp – расчетная ширина сваи.

Определяем коэффициенты и при приведенной длине погружения сваи .

Расчет устойчивости грунта, окружающего сваю

Расчет устойчивости основания, окружающего сваю, производится по условию ограничения расчетного давления, передаваемого на грунт боковыми поверхностями сваи:

– расчетное давление на грунт боковой поверхностью сваи, определяемое на следующих глубинах z, отсчитываемых при высоком ростверке от поверхности грунта, а при низком ростверке – от его подошвы. При приведенной длине – на двух глубинах, соответствующих и ; при на глубине , где – коэффициент деформации;

– расчетный удельный вес грунта на глубине z;

– расчетные значения соответственно угла внутреннего трения грунта и удельного сцепления грунта по первой группе предельных состояний;

– коэффициент, принимаемый для забивных свай и свай-оболочек , а для всех остальных видов свай ;

– коэффициент, равный единице, кроме случаев расчета фундаментов распорных сооружений, для которых ;

– коэффициент, учитывающий долю постоянной нагрузки в суммарной нагрузке, определяемый по формуле:

Мс – момент от внешних постоянных нагрузок в уровне плоскости нижнего конца сваи;

Мf – то же, от внешних временных расчетных нагрузок;

– коэффициент, принимаемый , за исключением случаев расчета:

– длина погружения сваи в грунт.

Расчетное давление, передаваемое на грунт боковыми поверхностями сваи:

– приведенная глубина, определяемая в зависимости от значения действительной глубины z, для которой определяются значения давления . Определяется по формуле: ;

и- горизонтальное перемещение головы сваи в ростверке (при шарнирном опирании ростверка на сваю);

– угол поворота головы сваи в ростверке.

А1, В1, D1 – коэффициенты, значения которых принимаются по табл. 4 прил. 1 СНиП 2.02.03-85 в зависимости от .

Устойчивость грунта, окружающего сваю обеспечена.

Расчет осадки свайного фундамента

Расчет осадки свайного фундамента производится по методу эквивалентного слоя.

Определяю средний угол внутреннего трения грунта

Определяю краевые давления под подошвой условного фундамента

Gf – вес фундамента = вес ростверка + вес всех свай;

Gg – вес грунта в объеме условного фундамента

Вес грунта в объеме условного фундамента:

hусл = lсваи+hf = 7+1,5=8,5 м – условная высота сваи;

– средневзвешенное значение удельного веса грунта выше подошвы условного фундамента, т.е. выше острия свай

Определяю расчетное сопротивление грунта под подошвой условного фундамента

шпоры. 1. Принципы проектирования оснований и фундаментов. Основные требования, предъявляемые к фундаментам

Действующие на здание или сооружение горизонтальные нагрузки могут восприниматься в зависимости от их величины вертикальными, наклонными или козловыми сваями.

Вертикальные сваи по характеру работы при горизонтальных нагрузках условно разделяются на гибкие и жесткие, в зависимости от отношения длины к диаметру (толщине). Если это отношение не превышает 20, сваи считают жесткими, а при большем отношении – гибкими

Гибкую сваю рассчитывают исходя из предположения, что ее нижний конец жестко заделан в грунте на некоторой глубине lв от поверхности грунта, ниже которой свая не перемещается и не деформируется, а верхний – закреплен в ростверке или свободен.

При жестких железобетонных и бетонных ростверках можно считать, что верхние концы свай защемлены, а при деревянных ростверках – шарнирно закреплены.

Для низкого свайного ростверка зависимость между горизонтальной силой Рт, приложенной на уровне подошвы ростверка, и смещением Аг, в направлении действия этой силы, выражается формулами (43) для случая жесткой заделки сваи в ростверке и (44) – для шарнирного соединения, в которых учтено влияние отпора грунта на участке Iq длины сваи.

Горизонтальная сила
где: ЕI – жесткость поперечного сечения ствола сваи;

β- коэффициент, учитывающий отпор грунта;

l– глубина, ниже которой свая защемлена в грунте (не следует принимать) .

Фундаменты глубокого заложения проектируют для передачи нагрузки на прочные грунты, залегающие на большой глубине. Они погружаются в грунт с поверхности земли или со дна неглубокого котлована на глубину, значительно большую, чем это необходимо из условий промерзания, конструктивных и эксплуатационных требований. Фундаменты глубокого заложения воспринимают большие нагрузки, так как при значительной глубине их погружения исключено выпирание грунта из-под подошвы, а благодаря защемлению в грунте, возникающему во время погружения, часть нагрузки передается за счет трения грунта по боковой поверхности конструкции. В результате защемления фундамента происходит полная или частичная его заделка в грунте, что следует учитывать при действии горизонтальных нагрузок.

Читайте также:
Профиль брусбокс технические характеристики. Пластиковые окна Brusbox 70-6

Различают следующие виды свайных фундаментов:

1) одиночные сваи применяют под легкие сооружения в качестве опор (теплицы, склады), когда несущей способности одной сваи достаточно для передачи нагрузки на грунт.2) группы свай (свайный куст), устраивают под колонны или отдельные опоры конструкций, передающие значительные вертикальные нагрузки3) ленточные свайные фундаменты устраивают под стены зданий и другие протяженные конструкции. Сваи в таком фундаменте располагаются в один или несколько слоев.4) сплошные свайные поля устраивают под тяжелые сооружения башенного типа, имеющие ограниченные размеры в плане. Сваи располагаются в определенном порядке под всем сооружением

Сваи представляют собой погруженные в грунт или изготовленные в грунте стержни, передающие нагрузки от сооружения на более плотные слои грунта. В практике строительства известно более 150 видов свай, которые классифицируются:

по материалу: железобетонные, бетонные, деревянные, металлические;

по способу изготовления:

а) забивные железобетонные, стальные, деревянные, погружаемые в грунт без его выемки с помощью молотов, вибропогружателей, вибровдавливающих и вдавливающих устройств;

б) сваи-оболочки железобетонные, заглубляемые вибропогружателями с выемкой грунта и заполненные частично или полностью бетонной смесью;

в) набивные бетонные и железобетонные, песко- и грунтобетонные, устраиваемые в грунте путем укладки бетонной смеси в скважины, образованные в результате принудительного вытеснения грунта;

Несущую способность Fd кН (тc), забивной сваи, сваи-оболочки, набивной и буровой свай, опирающихся на скальный грунт, а также забивной сваи, опирающейся на малосжимаемый грунт (см. примечание к п.2.2), следует определять по формуле

Fd = cRA, где c – коэффициент условий работы сваи в грунте, принимаемый c = 1;

A – площадь опирания на грунт сваи, м 2 , принимаемая для свай сплошного сечения равной площади поперечного сечения, а для свай полых круглого сечения и свай-оболочек – равной площади поперечного сечения нетто при отсутствии заполнения их полости бетоном и равной площади поперечного сечения брутто при заполнении этой полости бетоном на высоту не менее трех ее диаметров.

Расчетное сопротивление грунта R под нижним концом сваи-стойки, кПа (тс/м 2 ), следует принимать:

а) для всех видов забивных свай, опирающихся на скальные и малосжимаемые грунты, R= 20 000 кПа (2000 тс/м 2 );

б) для набивных и буровых свай и свай-оболочек, заполняемых бетоном и заделанных в невыветрелый скальный грунт (без слабых прослоек) не менее чем на 0,5 м, – по формуле

, гдеRс,п– нормативное значение предела прочности на одноосное сжатие скального грунта в водонасыщенном состоянии, кПа (тс/м 2 );

g – коэффициент надежности по грунту, принимаемый g = 1,4;

ld – расчетная глубина заделки набивной и буровой свай и сваи-оболочки в скальный грунт, м;

df – наружный диаметр заделанной в скальный грунт части набивной и буровой свай и сваи-оболочки, м;

в) для свай-оболочек, равномерно опираемых на поверхность невыветрелого скального грунта, прикрытого слоем нескальных неразмываемых грунтов толщиной не менее трех диаметров сваи-оболочки, – по формуле

где Rс,п, g то же, что в формуле (6).

Примечание. При наличии в основании набивных, буровых свай и свай-оболочек выветрелых, а также размягчаемых скальных грунтов их предел прочности на одноосное сжатие следует принимать по результатам испытаний штампами или по результатам испытаний свай и свай-оболочек статической нагрузкой.

Читайте также:
Почему не цветет герань? Что делать, если она растет вверх и дает листву, но не цветет? Как устранить проблему и заставить герань зацвести?

24. Проектирование свайных фундаментов в общем сучае.

При проектировании центрального и внецентренно загруженных свайных фундаментов рекомендуется выполнение следующие этапы:

а) определение глубины заложения подошвы ростверка;

б) выбор типа, вида и размера свай;

в)определение несущей способности сваи и расчетной нагрузки на нее;

г) определение количества свай размещение их в ростверке, конструирование ростверка; д) расчет фактической нагрузки, приходящейся на каждую сваю;

При выборе глубины заложения подошвы ростверка следует стремиться к ее уменьшению, поскольку это обеспечивает более экономичное решение. Необходимо учитывать конструктивные особенности здания (наличие подвала, приямков и т. д.), наличие пучинистых грунтов. Тип, вид свай и их размер выбирают в зависимости от действующих нагрузок на здания или сооружения инженерно-геологических условий строительной площадки, оборудования и опыта строительных организаций по устройству свайных фундаментов. Чаще всего применяются забивные сваи. Длина сваиопределяется расположением в грунтовой толще относительно плотного грунта и заглублением сваи в этот грунт. Поперечное сечение сваи принимают в зависимости от ее длины.

Определив расчетную нагрузку на сваю, находят необходимое количество свай, размещают их в плане и конструируют ростверк. Сваи располагают в рядовом или шахматном порядках с минимальным расстоянием между осями свай 3d. Размеры железобетонного ростверка проверяют из расчета на продавливание колонной или сваей на изгиб при значительном развитии в плане в соответствии с нормами на проектирование бетонных и железобетонных конструкций. Проверку фактической нагрузки, приходящейся на каждую сваю, производят по формуле

где Nd — расчетная нагрузка на фундамент; Nроств, Nгр — расчетные нагрузки соответственно от веса ростверка и грунта на его обрезах; n-количество свай. При этом должно соблюдаться условие

(N- расчетная нагрузка на сваю).

Ростверки — плиты, объединяющие головы свай и обеспечивающие их совместную работу.

по роду материала: бетонные, ж/б;

по форме в плане: повторяет план опорных частей сооружения или здания.

по форме свайного фундамента (рис. 1):свайный куст (а, б) — объединяет небольшое количество свай и устраивается под фундаменты колонн, стоек; свайная полоса (д, е)—устраивается для фундаментов большой протяженности в одном направлении под стены зданий и сооружений (ленточные фундаменты), свайное поле (в, г) — устраивается по всей площади зданий или сооружений.

по технологии изготовления: монолитные ростверки из бетонакласса не ниже В 12,5; сборные ростверки из бетона класса нениже В15;

по заделке головы сваи в ростверк: жесткая — не менее чем на 0,3 м; шарнирная — от 0,05 м до 0,1 м.

Выбор типа сопряжения свай с ростверком зависит от конструктивной схемы здания или сооружения, наличия и величины горизонтальных нагрузок, а также соотношения между вертикальными и горизонтальными нагрузками;

по расположению относительно поверхности основания (рис. 2): низкий (б) — подошва ростверка располагается ниже отметки спланированного грунта; высокий (а) — подошва ростверка располагается выше поверхности грунта и применяется в основном при строительстве мостов и гидротехнических сооружений.

Рис. 2

Метод испытания сваи пробной статической нагрузкой

Позволяет наиболее точно установить действительное сопротивление сваи горизонтальной нагрузке.

Проводятся испытания следующим образом (рис. 11.14). Нагрузка на сваю увеличивается ступенями, горизонтальные перемещения на каждой ступени фиксируются прогибомерами.

d:диссертациядистанционное образованиегорбачевсканыimg073.tif

Каждая ступень нагрузки выдерживается до условной стабилизации горизонтальных смещений. По результатам испытаний строятся графики зависимости горизонтальных перемещений сваи от нагрузок (рис. 11.14 б) по которым и определяется предельное сопротивление сваи.

Рис. 11.14. Испытания свай горизонтальной нагрузкой:

1 – опытная свая; 2 – гидровлический домкрат; 3 – апрогибомер; 4 – упор из статического груза

За предельное сопротивление сваи Fu принимается нагрузка на одну ступень менее той, при которой перемещения сваи непрерывно возрастают.НС определяется по формуле

Читайте также:
Свойства органосиликатной композиции ОС-12-03  и  ОС-51-03

Математ. методы расчета свай на горизонт нагрузку

2 группы в зависимости от характера деформаций свай в грунте

– Первая группа – для коротких жестких свай, поворачивающихся в грунте без изгиба (рис. 11.15 а).Разрушение системы «свая-грунт» происходит за счет потери устойчивости грунтом основания. Вторая группа – для свай, изгибающихся в грунте (рис. 11.15 б).Сопротивление таких – длинных гибких свай определяется прочностью материала сваи на изгиб.

В первой группе расчет базируется на положениях теории предельного равновесия грунтов. Во второй группе методы основаны на использовании модели местных упругих деформаций.

P(x) = (x), где коэффициент постели (x) – перемещение

d:диссертациядистанционное образованиегорбачевсканыimg074.tif

Рис. 11.15. Схемы работы горизонтально нагруженных свай

При отнесении свай к той или иной категории жесткости следует учитывать не только длину сваи и жесткость ее поперечного сечения, но и деформационные свойства грунта, поскольку одна и та же свая, работающая в слабом грунте как короткая жесткая, в прочном грунте будет вести себя как длинная гибкая.

НС горизонтально нагруженного куста свай по нормам допускается определить как сумму сопротивлений одиночных свай.

19. Испытание свай статическими нагрузками

Испытания на действие вертикальных нагрузок. В соответствии с ГОСТ 5686— 69 испытание свай, забитых в песчаные грунты, необходимо проводить по истечении не менее 3 суток после окончания их забивки, а испытание свай, забитых в глинистые грунты — по истечении не менее 6 СУТОК.

К испытаниям набивных свай разрешается приступать только после достижения бетоном ствола проектной прочности, которая устанавливается по результатам испытаний стандартных бетонных образцов, изготовленных при бетонировании сваи.

Испытание свай на осевое вдавливание в зависимости от назначения свайного фундамента производят:

по равномерной шкале нагрузок — для зданий без кранов;

по дифференцированной шкале нагрузок — для зданий с кранами;

по дифференцированной шкале нагрузок с петлей гистерезиса — для свай мостовых опор.

Величину ступеней нагрузок назначают в зависимости от требуемой точности результатов: при равномерной шкале нагрузок 1/10—I/I5 от ожидаемой величины предельной нагрузки, а при дифференцированной — от 1/2,5 до 1/5 в начале испытания и от 1/10 до 1/15 на последующих ступенях нагрузки.

От одной ступени нагружения к другой переходят после стабилизации осадка. Стабилизация считается достигнутой, если за последние 2 ч наблюдения для глинистых грунтов (за 1 ч при ускоренном режиме испытаний) и 1 ц наблюдения для песчаных грунтов (за 0,5 ч при ускоренном режиме испытаний) перемещение сваи возрастает не более чем на 0,1 мм.

После каждой ступени иагружения сваи отсчеты снимают со всех приборов, фиксирующих вертикальное перемещение. Интервалы между отсчетами назначают в зависимости от грунтов под нижним концом сваи: при песчаных грунтах 15—20 мин, при глинистых — 30 мин.

В пределах осадки до 2—3 мм, т. е. на первых ступенях нагружения, интервалы между отсчетами могут быть приняты равными 15 мин. Число интервалов между отсчетами на каждой ступени нагружения должно быть не менее трех.

При редком расположении свай в кусте >6d напряженные зоны в грунте не пересекаются, и все сваи работают независимо, как одиночные. При а 29. Работа свай в кусте. Особенности погружения свай в слабые и прочные грунты

Висячие сваи передают усилия на грунты основания через боковую поверхность и нижний конец. В зависимости от соотношения этих усилий эпюра вертикального давления, возникающего в горизонтальной плоскости, проходящей через нижний конец сваи, будет иметь различное очертание. Такую объемную эпюру приближенно можно представить в форме конуса, проецируемого на вертикальную плоскость в виде треугольника. Под действием этой нагрузки в основании ниже указанной плоскости будут развиваться деформации грунтов.

При загрузке свайного куста со сравнительно редким размещением свай конусообразные объемные эпюры пересекаются, и при некотором расстоянии а между осями свай суммарная эпюра давления в плоскости их нижних концов может быть представлена в виде трапеции, у которой максимальное давление не превышает давления, возникающего при загрузке одиночной сваи. В этом случае вследствие большей площади загружения в плоскости нижних концов свай следует ожидать большую осадку свайного куста по сравнению с осадкой одиночной сваи. Если большая осадка наблюдается при сближении свай в кусте, так как интенсивность давления в рассматриваемой плоскости повышается, то максимальное сближение свай в кусте ограничивают, принимая расстояние между их осями а не менее 3d (d — размер сваи).

Читайте также:
Оформление переустройства гаража

Предварительный выбор конструкции. Проектирование начинают с выбора основных конструктивных параметров, т.е. уровня расположения ростверка (низкий или высокий), конструкции, размеров и глубины погружения свай в зависимости от геологических и гидрогеологических условий, особенностей работы свай и расположенного на фундаменте сооружения, а также с учетом технических возможностей погружения свай и сооружения ростверка.

Глубину погружения свай назначают предварительно исходя из условий залегания различных слоев грунта и наличия прочных слоев. При неглубоком залегании скальных пород, галечников и других твердых грунтов сваи опирают на эти грунты и рассчитывают как сваи-стойки. Концы свай (столбов) в твердый несущий слой следует углублять ниже определенной расчетом глубины, не менее чем на 0,5 м в гравелистом грунте и на 0,25 м в скальные породы. Если дисперсные грунты залегают на большой глубине, висячие сваи проектируют длиной не менее 4 м.

Указания по расчету свайных фундаментов

Расчет свайных фундаментов и их оснований должен быть выполнен по предельным состояниям:
а) первой группы:
— по прочности материала сван и свайных ростверков;
— по несущей способности грунта основания свай;
— но несущей способности оснований свайных фундаментов, если на них передаются значительные горизонтальные нагрузки (подпорные стены, фундаменты распорных конструкций и др.) или если основания ограничены откосами или сложены крутопадающими слоями фунта и т.п.;
б) второй группы
— по осадкам оснований свай и свайных фундаментов от вертикальных на-грузок;
— по перемещениям свай (горизонтальным up , углам поворота головы свай ψp) совместно с грунтом оснований от действия горизонтальных нагрузок и моментов.
— по образованию или раскрытию трещин в элементах железобетонных конструкций свайных фундаментов.
Расчет свай, свайных фундаментов и их оснований по несущей способности необходимо выполнять на основные и особые сочетания нагрузок, по деформациям — на основные сочетания.
Все расчеты свай, свайных фундаментов и их оснований следует выполнять с использованием расчетных значений характеристик материалов и фунтов.
При наличии результатов полевых исследований несущую способность грунта основания свай следует определять с учетом данных статического зондирования грунтов, испытаний грунтов эталонными сваями или по данным динамических испытаний свай. В случае проведения испытаний свай статической нагрузкой несущую способность грунта основания сваи следует принимать по результатам этих испытаний

Расчет сван по прочности материала

При расчете свай всех видов по прочности материала сваю следует рассматривать как стержень, жестко защемленный в фунте в сечении, расположенном от подошвы ростверка на расстоянии l1 определяемом по формуле:

где l— длина участка сваи от подошвы высокого ростверка до уровня планировки грунта, м;
ag — коэффициент деформации. 1/м.

Если для буровых свай и свай — оболочек, заглубленных сквозь толщу нескального грунта и заделанных в скальный грунт, отношение 2/ag , то следует принимать

(где h — глубина погружения сваи или сваи — оболочки, отсчитываемая от ее нижнего конца до уровня планировки грунта при высоком ростверке, подошва которого расположена над грунтом, и до подошвы ростверка при низком ростверке, подошва которого опирается или заглублена в нескальные грунты, за исключением сильносжимаемых, м).
При расчете по прочности материала буро-инъекционных свай, прорезающих сильносжимаемые грунты с модулем деформации Е = 5 МПа и менее, расчетную длину свай на продольный изгиб ld , в зависимости от диаметра свай d следует принимать равной:

Читайте также:
Септик БАРС-Аэро – принцип работы и ответы на часто задаваемые вопросы

при Е ≤ 2 МПа ld = 25d
при Е = 2 — 5 МПа ld = 15d.

В случае если ld превышает толщину слоя сильносжимаемого грунта расчетную длину следует принимать равной 2hg.
Расчеты конструкций свай всех видов следует производить на воздействие нагрузок, передаваемых на них от здания или сооружения, а забивных свай, кроме того, на усилия, возникающие в них от собственного веса при изготовлении, складировании, транспортировании свай, а также при подъеме их на копер за одну точку, удаленную от головы свай на 0,3l (где l -длина сваи).
Усилие в свае (как балке) от воздействия собственного веса следует определять с учетом коэффициента динамичности, равного:
1,5 — при расчете по прочности;
1,25 — при расчете по образованию и раскрытию трещин.
В этих случаях коэффициент надежности по нагрузке к собственному весу сваи принимается равным единице.
Расчетная нагрузка, допускаемая на железобетонную сваю по материалу, определяется по формуле:

где ϒb3 — коэффициент условий работы бетона, принимаемый ϒb3= 0,85 для свай, изготавливаемых на месте строительства;
ϒcb — коэффициент, учитывающий влияние способа производства свайных работ;
Rb — расчетное сопротивление бетона сжатию;
Ab — площадь сечения сваи нетто,
Rgc — расчетное сопротивление арматуры сжатию;
Ag — площадь сечения арматуры.
Пример 1.

Определение несущей способности сваи по материалу
Определить несущую способность буронабивной сваи диаметром d = 0,2 м по материалу. Свая выполняется в глинистом грунте без крепления стенок и отсутствии грунтовых вод. Материал сваи: бетон В20. Свая армирована 4 стержнями d12 A400.
Решение:
Площадь сечения сваи нетто:
Ab = πd 2 /4 = 3,14 * 0,22 2 /4 = 0,0314 м 2 .
Площадь сечения 4d12 A400: Ag = 452 мм 2 = 452 * 10 -6 м 2 .
Расчетное сопротивление бетона сжатию: Rb = 11,5 МПа.
Расчетное сопротивление арматуры А400 сжатию:
Rgc = 355 МПа.
Коэффициент условии работы бетона: ϒb3 = 0,85.
Коэффициент, учитывающий влияние способа производства свайных работ: ϒcb = 1,0.
Расчетная нагрузка, допускаемая на .железобетонную сваю но материалу:

N = 0,85* 1,0 * 11,5 * 0,0314 + 355 * 452 * 10 -6 = 0,467 МПа = 467 кН.

Расчет свай по несущей способности грунта

Одиночную сваю в составе фундамента и вне его по несущей способности грунтов основания следует рассчитывать исходя из условия:

где N — расчетная нагрузка, передаваемая на сваю (продольное усилие, возникающее в ней от расчетных нагрузок, действующих на фундамент при наиболее невыгодном их сочетании);
Fd — расчетная несущая способность грунта основания одиночной сваи, называемая в дальнейшем несущей способностью сваи.
γk — коэффициент надежности по грунту.

При расчете свай всех видов как на вдавливающие, так и на выдергивающие нагрузки продольное усилие, возникающее в свае от расчетной нагрузки N, следует определять с учетом собственного веса сваи, принимаемого с коэффициентом надежности ио нагрузке, увеличивающим расчетное усилие.
Если расчет свайных фундаментов производится с учетом ветровых и крановых нагрузок, то воспринимаемую крайними сваями расчетную нагрузку допускается повышать на 20 % (кроме фундаментов опор линий электропередачи).
Если сваи фундамента опоры моста в направлении действия внешних нагрузок образуют один или несколько рядов, то при учете (совместном или раздельном) нагрузок от торможения, давления ветра, льда и навала судов, воспринимаемых наиболее нагруженной сваей, расчетную нагрузку допускается повышать на 10 % при четырех сваях в ряду и на 20 % при восьми сваях и более При промежуточном числе свай процент повышения расчетной нагрузки определяется интерполяцией.
Расчетную нагрузку на сваю N, кН. следует определять, рассматривая фундамент как рамную конструкцию, воспринимающую вертикальные и горизонтальные нагрузки и изгибающие моменты.
Для фундаментов с вертикальными сваями расчетную нагрузку на сваю допускается определять по формуле:

Читайте также:
Размеры винтовых свай: диаметр, длина, вес.

где Nd — расчетная сжимающая сила, кН;
Mx , My расчетные изгибающие моменты, кНм, относительно главных центральных осей x и y плана свай в плоскости подошвы ростверка;

n — число свай в фундаменте.
xi, yi — расстояния от главных осей до оси каждой сваи, м;

х , у — расстояния от главных осей до оси каждой сваи, для которой вычисляется расчетная нагрузка, м.

Рис. 1. Схема для определении нагрузки на сваю

Схема для определения нагрузок на сваю

Горизонтальную нагрузку, действующую на фундамент с вертикальными сваями одинакового поперечного сечения, допускается принимать равномерно распределенной между всеми сваями.
Сваи и свайные фундаменты следует рассчитывать по прочности материала и производить проверку устойчивости фундаментов при действии сил морозного пучения, если основание сложено пучинистыми грунтами.

Пример 2.

Определение нагрузок на сваи во внецентренно-нагруженном фундаменте

Необходимо определить нагрузки, приходящиеся на сваи (см. рис.2). Количество свай в фундаменте n = 6. Нагрузки, действующие на фундамент:

Исследования горизонтально нагруженных свай

Исследования горизонтально нагруженных свай

Для экспериментальных исследований было изготовлено 22 одиночные забивные и буронабивные сваи и 20 свайных кустов с низким и высоким ростверками. Сваи имели длину 3-6 м, размер поперечного сечения 30×30 см и диаметр 0,5 и 0,6 м. Испытания на горизонтальную нагрузку и совместное действие горизонтальной и вертикальной нагрузок проводились со сваями одного сечения, но разной глубины заложения и сваями разного сечения, но одинаковой глубины заложения. Это позволило установить зависимость их несущей способности от величины заглубления, поперечного сечения и вида действующих нагрузок.

Полученные значения несущей способности сравнивали с несущей способностью таких же свай, но находящихся в составе свайных фундаментов с ростверками, что позволило установить влияние ростверка.
На опытной площадке залегают глинистые грунты четвертичного и неогенового возрастов. Четвертичные глины небольшим слоем перекрывают неогеновые отложения, представленные глинами аральской свиты, толщина слоя которых вскрыта на глубину 10 м. Природная влажность глин твердой консистенции соответствует 0,26, плотность грунта — 1,96 г/см3, Wp = 0,26 и WL = 0,56.

Увеличение глубины заложения свай с 3 до 6 м приводит к повышению их сопротивляемости горизонтальным нагрузкам на 2 — 30 %. В то же время при увеличении диаметра ствола сваи с 50 до 60 см ее несущая способность повышается на 65 %. Таким образом, при расчете свайных фундаментов на горизонтальные нагрузки целесообразно повышать жесткость ствола сваи, увеличивая его поперечное сечение.

Зависимость перемещения свай от горизонтальной нагрузки

Зависимость между Pg и Р для жестких свай, имеет вид: Pg = 0,108 Р + Pg; для свай конечной жесткости: Pg = 0,08Р + + Pg; где Pg — фактическая несущая способность свай на горизонтальную нагрузку с учетом действия вертикальных сил; Pg — несущая способность сваи на горизонтальную нагрузку при отсутствии вертикальных сил.

Полученные результаты позволяют сделать вывод о положительном влиянии вертикальной нагрузки на несущую способность горизонтально нагруженных свай. Так, при вертикальной нагрузке, равной расчетной, сопротивляемость указанных свай горизонтальным нагрузкам увеличивается в 2 раза. Увеличение сопротивляемости свай горизонтальным воздействиям при действии вертикальной нагрузки объясняется повышением сопротивления ее сдвигу вследствие увеличения и развития сил трения и сцепления по боковой поверхности под торцом сваи.

Действие горизонтальной нагрузки на сваю вызывает ее поворот вокруг ’’нулевой точки”, что приводит к появлению момента от касательных сил, действующих при вертикальной нагрузке по боковой поверхности ствола сваи. Этот момент направлен в сторону, противоположную действию горизонтальных нагрузок, и является удерживающей силой. Наиболее существенное влияние на сопротивляемость коротких свай гори-зонтальным нагрузкам оказывает торец сваи. Вследствие действия вертикальной нагрузки под торцом сваи происходит уплотнение грунта, что приводит к увеличению коэффициента постели грунта под подошвой сваи в вертикальном и горизонтальном направлениях и увеличению сил трения.

Читайте также:
Свойства органосиликатной композиции ОС-12-03  и  ОС-51-03

Непосредственные замеры расстояния у от поверхности грунта до точки нулевых смещений, производимые с помощью тонкого стального щупа, показали, что при вертикальной нагрузке ’’нулевая точка” понижается.

Исследования на горизонтальные нагрузки проводились со свайными фундаментами из забивных и буронабивных железо-бетонных свай. Глубина заложения свай принята равной от 3 до 7,7 м, расстояние между сваями — 3d. Испытывались кусты из двух, четырех и шести свай с низким и высоким ростверками.

Для установления кустового эффекта проведены сравнения испытания одиночных свай и свай в кусте на действие горизонтальных нагрузок. При этом рассматривались сваи с различной глубиной заложения и различного поперечного сечения.

Результаты испытаний на горизонтальную нагрузку одиночных свай и свай в кусте

Во всех рассмотренных фундаментах несущая способность сваи в кусте в 1,6 — 1,9 раза больше, чем несущая способность одиночной сваи.

Повышение сопротивляемости свай в фундаменте при действии горизонтальных нагрузок объясняется следующими факторами:

  • условия и характер работы одиночной сваи и сваи в кусте отличаются друг от друга и наиболее характерно это проявляется у фундаментов из жестких свай;
  • низкий ростверк свайного фундамента вступает в совместную работу с грунтом основания и воспринимает часть горизонтальной нагрузки;
  • заделка головы низкой сваи в ростверк оказывает значительное влияние на сопротивляемость изгибу ее ствола, вследствие чего повышается величина заделки сваи в грунте.

Результаты испытаний на горизонтальные нагрузки свайных кустов с низким и высоким ростверками показывает, что низкий ростверк увеличивает несущую способность фундамента до 37 %.
Очевидно, что степень участия ростверка в работе свайного фундамента будет тем выше, чем более плотные грунты залегают вблизи поверхности и чем больше рабочая площадь ростверка, характерируемая разность между общей площадью ростверка и суммарной площадью сечения свай.

Для установления характера работы горизонтально нагруженных свайных фундаментов с низким ростверком выполнены специальные испытания. Эти испытания показали, что при действии горизонтальной нагрузки вертикальные перемещения свайного фундамента происходят вследствие возникающего при этом момента, а горизонтальные перемещения вызываются горизонтальной силой. В этом случае возникают как сжимающие, так и растягивающие напряжения, которые приводят свайный фундамент к повороту вокруг некоторой точки. При этом наблюдаются подъем части ростверка со стороны действия напряжений и его опускание с противоположной стороны.

При действии на фундамент только горизонтальной силы центр поворота (ЦП) смещается в сторону сжатых свай. Такое положение ЦП объясняется неодинаковой сопротивляемостью свай на вдавливание и выдергивание. Потеря устойчивости фундамента наступает в результате преодоления сил сопротивления свай выдергиванию, расположенных со стороны действия горизонтальной нагрузки, а также смятия грунта в месте его контакта с ростверком фундамента.

По результатам испытания установлена зависимость влияния глубины забивки свай на несущую способность фундаментов при действии горизонтальных нагрузок. Можно сделать вывод, что для свайных фундаментов из забивных свай с низким ростверком увеличение глубины забивки начиная с 7 — 7,5 м перестает практически оказывать влияние на повышение сопротивляемости фундаментов. Это объясняется значительной длиной изгибаемой части сваи в свайном фундаменте.

По результатам выполненных испытаний буронабивных и забивных одиночных свай и фундаментов из них установлено значительное влияние жесткости поперечного сечения стволов на сопротивляемость свай горизонтальным нагрузкам.

Значения предельной горизонтальной нагрузки на сваи и свайные кусты

При осмотре ростверка, находящегося под нагрузкой 1000 кН, по боковым граням (расположенным вдоль действия горизонтальной силы) обнаружены трещины, которые находились по оси расположения свай и проходили от низа к верху ростверка. Данные испытаний показывают следующее:

Рейтинг
( Пока оценок нет )
Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: