Математические методы расчета свай на горизонтальную нагрузку

Ø 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

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.

 

15. Расчет осадок основания методом послойного суммирования.

Построим расчетную схему (см. рисунок) для отдельностоящего (ленточного) фундамента.

Расчётная схема для отдельно стоящего (ленточного) фундамента для определения его осадки методом послойного суммирования.

 

Порядок выполнения вычислений:

Строим эпюру Рzр – дополнительных напряжений (уплотняющих давлений).

Строим эпюру природных давлений РΔz, разбив предварительно основание на слои, hi ≤ 0,4b.

Определяем осадку Si отдельных слоёв грунта и, суммируя их, получаем окончательную осадку фундамента.

При этом mvi – определяется из компрессионных испытаний, а величина Pzi – как среднее дополнительное давление в i-том слое грунта (см. эпюру на рисунке).

Если известен модуль общей деформации слоя грунта (Е0i), то осадка может быть определена следующим выражением:

где коэффициент β = 0,8 (по рекомендациям СНиП).

 

Основные допущения при расчете по этому методу:

1. Линейная зависимость между напряжениями и деформациями.

2. Осадки рассматриваются, исходя из эпюры максимальных уплотняющих давлений – под центром фундамента.

3. Не учитывается, как правило, слоистость напластований при построении Pzр.

4. Эта задача пространственная (6 компонентов напряжений), мы учитываем лишь только вертикальные напряжения Pzр (5 компонентов не учитываем).

5. Не учитываем боковое расширение грунта.

6. На некоторой глубине ограничиваем активную зону, ниже которой считаем, что грунт практически не деформируется, следующими условиями:

Последнее допущение в рассматриваемом методе позволяет определить необходимое число слоёв (n) в знаке суммирования при вычислении осадки фундамента и, таким образом, успешно решить поставленную задачу.

16. Выбор типа и глубины заложения фундамента. Есть и вариант 2

Очевидно, что чем меньше глубина заложения фундамента, тем меньше объем затрачиваемого материала и ниже стоимость его возведения. Однако при выборе глубины заложения фундамента приходится руководствоваться целым рядом факторов:

- Геологическое строение участка и его гидрогеология (наличие воды);

- Глубина сезонного промерзания грунта;

- Конструктивные особенности здания, включая наличие подвала, глубину прокладки подземных коммуникаций, наличие и глубину заложения соседних фундаментов.

1. Учет ИГУ строительной площадки заключается в выборе несущего слоя грунта. Этот выбор производится на основе предварительной оценки прочности и сжимаемости грунтов. По геологическим разрезам. Все многообразие напластования грунта можно представить в виде трех схем:

Рис 10.10. Схемы напластований грунтов с вариантами устройства фундаментов:

1 – нормальный грунт; 2 – более прочный грунт; 3 – слабый грунт; 4 – песчаная подушка; 5 – зона закрепления грунта.

При выборе типа и глубины заложения фундамента придерживаются следующих общих правил:

- Минимальная глубина заложения фундамента принимается не менее 0,5 мот планировочной отметки;

- Глубина заложения фундамента в несущий слой грунта должна быть не менее 10-15 см;

- По возможности закладывать фундаменты выше УГВ для исключения необходимости применения водопонижения при производстве работ;

- В слоистых основаниях все фундаменты предпочтительно возводить на одном грунте или на грунтах с близкой прочностью и сжимаемостью. Если это условие невыполнимо, то размеры фундаментов выбираются главным образом из условия выравнивания осадок.

2. Глубина сезонного промерзания грунта.

Проблема заключается в том, что многие водонасыщенные глинистые грунты обладают пучинистыми свойствами, т.е. увеличивают свой объем при замерзании, за счет образования в них прослоек льда. Замерзание сопровождается подсосом грунтовой воды из ниже лежащих слоев.за счет чего толщина прослоек льда еще более увеличивается. Это приводит к возникновению сил пучения по подошве фундамента. Которые могут вызвать подъем сооружения. Последующее оттаивание таких грунтов приводит к резкому их увлажнению, снижению их несущей способности и просадкам сооружения.

Наибольшему пучению подвержены грунты, содержащие пылеватые и глинистые частицы. К непучинистым грунтам относят: крупнообломочный грунт с песчаным заполнителем, пески гравелистые, крупные и средней крупности, глубина заложения фундаментов в них не зависит от глубины промерзания (в любых условиях).

Рис. Схема морозного пучения основания

d_f – глубина сезонного промерзания грунтов.

Если d<d_f – фундамент поднимается.

Надо пройти мощность промерзания грунта и заложить фундамент на большую глубину (в Подмосковье это 1,4 м). d>d_f

Для малых зданий (дачные постройки) настоящий бич – боковые силы пучения грунта:

K_h – коэффициент, учитывающий тепловой режим подвала здания.

d_fn – нормативная глубина сезонного промерзания грунта

M_t – коэффициент, численно равный ∑ абсолютных значений (-) температур за зиму в данном районе.

d_o– коэффициент, учитывающий тип грунта под подошвой фундамента.

 

3. Конструктивные особенности сооружения.

Основными конструктивными особенностями возводимого сооружения, влияющими на глубину заложения его фундамента, являются:

- Наличие и размеры подвальных помещений, приямков или фундаментов под оборудование;

- Глубина заложения фундаментов примыкающих сооружений;

- Наличие и глубина прокладки подземных коммуникаций и конструкций самого фундамента.

Глубина заложения фундамента принимается на 0,2-0,5 м ниже отметки пола подвала (или заглубленного помещения), т.е. на высоту фундаментного блока.

Фундаменты сооружения или его отсека стремятся закладывать на одном уровне.

Рис. 10.11. Выбор глубины заложения фундамента в зависимости от конструктивных особенностей сооружения:

а – здание с подвалом в разных уровнях и приямком; б – изменение глубины заложения ленточного фундамента; 1 – фундаментные плиты; 2 – приямок; 3 – трубопровод; 4 – стена здания; 5 – подвал; 6 – ввод трубопровода; 7 – стеновые блоки.

В других случаях, разность отметок заложения расположенных рядом фундаментов (Δh) не должна превышать:

a – расстояние в свету между фундаментами;

p – среднее давление под подошвой расположенного выше фундамента.

Фундаменты проектируемого сооружения, непосредственно примыкающие к фундаментам существующего, рекомендуется закладывать на одном уровне, либо проведение специальных мероприятий (шпунтовые стены).

Ввод коммуникаций (трубы водопровода, канализации) должен быть заложен выше подошвы фундамента.

 

Рис. Схема неправильного и правильного ввода коммуникаций

При этом условии трубы не подвержены дополнительному давлению от фундамента, а фундаменты не опираются на насыпной грунт траншей, вырытых для прокладки труб. Кроме того, при необходимости замены труб не будут нарушены грунты основания.

Фундаменты мелкого заложения могут применяться для любых зданий и сооружений и инженерно-геологических условий. Однако при наличии в основании слабых слоев грунта выбор типа фундамента (мелкого или глубокого заложения) должен определяться на основе технико-экономического сравнения вариантов.

 

17. Определение числа свай в фундаменте и размещение их в плане.

- Центрально нагруженный свайный фундамент

· Зная F_d – несущую способность сваи и принимая, что ростверк обеспечивает равномерную передачу нагрузки на все сваи фундамента, необходимое число свай (n) в кусте или на 1 м/п (в ленточном фундаменте) определяют по формуле

– то же

- рассчетная нагрузка на куст или на 1 погонный метр

· Для куста свай полученное по формуле число свай округляют в сторону увеличения до целого числа

· Сваи в ростверке располагают компактно (а = 3 d) по прямоугольной сетке или в шахматном порядке т.к. при а<3 d – трудно или невозможно забить сваи из-за чрезмерного уплотнения окружающего грунта (межсвайного пространства), а при а>3 d – увеличиваются размеры ростверка.

· Расстояние от крайнего ряда свай до края ростверка 1 d.

· Ростверки кустов свай конструируются как обычные фундаменты мелкого заложения и рассчитываются на продавливание колонной или угловой сваей, на на поперечную силу в наклонных сечениях и на изгиб по СниП «Железобетонные конструкции».

· Если сваи куста работают только на сжимающую нагрузку, то достаточно их заделки в ростверк на 5…10 см, если же сваи воспринимают выдергивающие нагрузки или моменты, то их связь с ростверком делают более надежной, для чего оголовки свай разбивают и обнаженную арматуру замоноличивают в бетон ростверка.

· После размещения свай в плане и уточнения габаритных размеров ростверка определяют нагрузку N приходящуюся на каждую сваю, и проверяют условие

N - нагрузка на каждую сваю в ростверке

· Если условие не выполняется, то необходимо выбрать или другой тип свай, имеющий более высокую НС, или увеличить число свай в фундаменте и повторить расчет.

· Для свайного фундамента под стену (ленточного свайного фундамента) число свай на 1 п.м. может быть дробным. Тогда расчетное расстояние между осями свай по длине стены определяется по формуле

· Полученный результат округляют до кратного 5 см. В зависимости от а определяется число рядов свай. Различают: однорядное, шахматное и двухрядное.

· Из-за значительного увеличения размера ростверка принимают, как правило, не более двух рядов свай.

Если же по расчету получается а<1,5 d, то лучше увеличить длину свай или ее сечение, т.е. НС.

· Железобетонные ростверки ленточных свайных фундаментов рассчитывают как неразрезные многопролетные балки в соответствии с требованиями СниП «Железобетонные конструкции».

 

- Внецентренно нагруженный свайный фундамент

· Предварительное число свай при внецентренном нагруженным свайном фундаменте определяют, так же как и при центральной нагрузке

а затем увеличивают ≈ на 20%.

· Расчетную нагрузку, приходящуюся на отдельную сваю, в общем случае, когда моменты действуют в направлении двух осей, определяют по формуле внецентренного сжатия

 

-расчетная нагрузка на сваю при внецентренном сжатии

где , Mx, My – соответственно расчетная вертикальная нагрузка кН, и расчетные изгибающие моменты кН·м, относительно главных центральных осей х и у плана своей в плоскости подошвы ростверка(рис.):

n – число свай в фундаменте;

x₁, y₁ – расстояния от главных осей до оси каждой сваи, м;

x, y – расстояния от главных осей до оси каждой сваи, для которой вычисляется расчетная нагрузка, м

 

Рис. 11.16. Внецентренно нагруженный свайный фундамент

· Максимальное усилие на сваю, найденное по этой формуле, должно удовлетворять условию

При кратковременных (ветровых, крановых и т.п.) и особых нагрузках допускается перегрузка крайних свай на 20%.

Если условие не выполняется необходимо увеличить число свай в фундаменте или расстояние между ними.

18. Буроинъекционные сваи. Область их применения.

Метод применяется в стеснённых условиях при наличии слабых грунтов под подошвой фундамента. С поверхности планировки через фундамент пробуриваются наклонные скважины до прочных грунтов. После этого скважина армируется и бетонируется. Для увеличения несущей способности используется запатентованный "способ уплотнённого забоя", который позволяет увеличить несущую способность сваи в 2,5-3 раза. уроинъекционные сваи являются разновидностью буронабивных сваи, и были разработаны в Италии в начале 50-х годов для усиления памятников истории и зданий, получивших серьезные повреждения после второй мировой войны. Основным требованием для такой системы усиления явилось восприятие действующих и предполагаемых нагрузок в ходе эксплуатации или после реконструкции зданий с минимальным вмешательством в существующую застройку.

Буроинъекционные сваи по характеру работы относят к висячим сваям («shaft bearing» pile), так как вклад пяты в несущую способность сваи, как правило, мал. Поэтому несущую способность буроинъекционной сваи набирают за счет увеличения ее боковой поверхности (длины) и улучшения контакта «свая - грунт».

Бeроинъекционные сваи используют в основном при усилении фундаментов реконструируемых зданий. Широкое применение этих свай обусловлено малыми габаритными размерами и уникальными техническими возможностями современного бурового оборудования, позволяющего вести работы из помещений (подвалов) высотой до 2 м и пробуривать скважины через кирпичную кладку, бетон и железобетон диаметрами до 300 мм под любым углом и глубиной до 50 м. Например, малогабаритный станок может вести бурение из помещения с расположением силового агрегата снаружи здания.

Разновидностью буроинъекционных св ай являются инъекционные анкеры, используемые в новом строительстве для крепления ограждений вертикальных откосов и стен в грунте. Здесь используют специальные анкерные машины. Выбор инструмента для бурения (шнек, шарошечное долото, коронка и др.) определяется грунтовыми условиями, а диаметр сваи и длина зависят от заданной несущей способности сваи или от усилия, воспринимаемого анкером. В неустойчивых обводненных грунтах бурение ведут с промывкой скважины глинистым раствором или под защитой обсадных труб.

Буроинъекционные сваи в зависимости от характера действующей нагрузки армируются на всю длину или в пределах верхней части. Длина секций арматуры определяется высотой помещения, в котором производятся работы. Установка армокаркаса выполняется до или после опрессовки скважины или одновременно с ней. Арматура буроинъекционных свай имеет фиксирующие элементы, центрирующие ее в скважине и обеспечивающие требуемую толщину защитного слоя бетона. Соединение арматурных каркасов по длине сваи осуществляется с помощью сварных стыков, которые должны обеспечивать равнопрочность арматуры. Продольная арматура располагается равномерно по контуру сваи с расстоянием между отдельными стержнями не менее диаметра стержня. Общая площадь сечения продольной арматуры составляет, как правило, не менее 0,5 % от площади сечения сваи. Используют мелкозернистые бетоны классов В20...В30 по прочности на сжатие.

Опрессовка свежеуложенного бетона и стенок скважины производится для повышения несущей способности сваи за счет уплотнения окружающего грунта и создания общих или локальных уширений ствола сваи. Опрессовка производится одним из следующих способов:

закачка растворонасосом дополнительной порции бетона через тампон, разжимаемый в устье скважины, в существующем фундаменте или в специально забетонированном устьевом патрубке. Опрессовка выполняется под давлением 0,2...0,3 МПа в течении 2 мин. Если в течении этого времени не удается удержать указанного давления, опрессовку повторяют через 1...2 ч до получения необходимого результата;

опрессовка бетоном через проходные шнеки в забой скважины или на определенном участке длины сваи;

электрогидродинамическая опрессовка стенок и забоя скважины с применением электроразрядной технологии (сваи-РИТ, анкера-РИТ);

«вторичная инъекция» — опрессовка определенного участка ствола сваи путем инъекционного разрыва бетона первичной инъекции скважины.

Технологический цикл по устройству буроинъекционной сваи состоит из следующих основных операций:

бурение скважины;

установка арматурного каркаса;

заполнение скважины мелкозернистой бетонной смесью;

опрессовка свежеуложенной бетонной смеси.

Заметим, что арматурный каркас может устанавливаться в скважину как до, так и после заполнения скважины бетонной смесью. Принципиальная схема изготовления буроинъекционной сваи с двухкратной опрессовкой показана на рис. 8.2.

Рис. 8.2. Изготовление буроинъекционной сваи с двухкратной опрессовкой: а — бурение скважины с промывкой глинистым раствором; б — установка арматурного каркаса; в — установка инъекционной трубы и заполнение скважины бетонной смесью; г — установка тампона и опрессовка скважины с забоя; д — поднятие инъекционной трубы и опрессовка скважины с устья; 1 — буровой став; 2 — усиливаемый фундамент; 3 — арматурный каркас; 4 — инъекционная труба; 5 — устьевой лоток; 6 — тампон с сальником; 7 — уширенная часть сваи

Последовательность операций при инъекции раствора:

Присоединение трубопровода к насосу

Присоединение трубопровода к вертлюгу бурового станка

Нагнетание цементно-песчаного раствора до выхода чистого раствора из устья скважины

Сброс давления, отсоединение трубопровода, подъем колонны шнеков с переодической доливкой раствора. Не допускается снижения уровня цементно-песчаного раствора в скважине более 2м

Промывка инструмента и оборудования в шламовую емкость

Последовательность операций при армировании свай:

Установка первой секции каркаса и фиксация его положения в скважине

Установка следующих секций каркаса с обеспечением соосности с первой

Стыковка секций при помощи электросварки (стыковка производится согласно ГОСТ)

Центровка каркаса в скважине после спуска последней секции

Последовательность операций при опрессовке свай:

Установка устьевого пакера (разжимной тампон) или опрессовочной головки в трубу кондуктор

Нагнетание цементно-песчаного раствора при давлении 0,2 Мпа (2 кгс/см2)

Выдерживание скважины под давлением в течение 2-3 мин

Сброс давления, извлечение тампона

Ликвидация скважины

Промывка инструментов и оборудования в шламовую емкость

19. Устройство фундаментов с помощью кессона.

В настоящее время кессоны применяются для устрой­ства в водоносных грунтах на суше или на местности, по­крытой водой, глубоких фундаментов под тяжелое про­мышленное оборудование (тяжелые молоты, крупные прессы и др.) и подземных (опускных) сооружений — на­сосных станций и водозаборов, цехов крупного дробле­ния руды, непрерывной разливки стали и т. п.

Рис. 13.1. Схемы устройства кессона

а — для заглубленного здания; б — для глубокого фундамента; 1 — кессонная камера; 2 — надкессонное строение; 3 — шахт­ные трубы; 4 — шлюзовой аппарат; 5 — гидроизоляция; 6 —защитная стенка

В тех случаях, когда кессоны используются в ка­честве фундаментов, основанием для них целесообразно выбирать скальные и полускальные породы или мало-сжимаемые грунты, если они залегают на глубине мень­шей, чем 35—40 м от уровня воды.

Кессон представляет собой жесткую коробчатую конструкцию, имеющую потолок и боковые стенки консоли, располагаемые в нижней части фундамента. В рабочую камеру 5 подается сжатый воздух по трубам, давление которого назначается таким, чтобы уравновесить давление столба воды высотой Н и обеспечить ее отсутствие в рабочей камере. Для сообщения с рабочей камерой, которое необходимо в основном для прохода людей, подачи материалов и оборудования, на шахтной трубе устанавливают шлюзовой аппарат. Разработку грунта часто осуществляют гидромонитором, а его удаление — с помощью эрлифта.

По мере разработки грунта в рабочей камере кессон под действием собственного веса и надкессонной кладки 9 погружается в грунт. Надкессонную кладку наращивают по мере погружения кессона. По достижении кессона проектной отметки рабочую камеру заполняют кладкой или бетонной смесью, шахтные трубы и шлюзовые аппараты снимают, а шахтные колодцы также заполняют кладкой или бетонной смесью. Продолжительность работы в кессоне строго регламентируется правилами техники безопасности.

Кессоны выполняют из монолитного или сборного железобетона и рассчитывают на нагрузки, действующие на опускные колодцы совместно с дополнительными: от веса кладки и избыточного давления на стенки рабочей камеры.

Применение кессонов в указанных случаях бывает наиболее целесообразным, если использование других способов устройства глубоких фундаментов связано с опасностью выноса или выпора грунта из под подошвы фундаментов смежных зданий. Кессоны применяются, кроме того, при ремонтных работах под водой. Конструк­ции кессонов чрезвычайно разнообразны. В любом случае кессон (рис. 13Л) состоит из следую­щих основных частей: кессонной камеры (собственно кес­сона), шлюзового аппарата и шахтных труб. Камеры устраиваются преимущественно железобетонными, шлю­зовой аппарат и трубы — стальными.

Классификация кессонов по назначению

1.Кессоны — глубокие фундаменты, камеры которых входят в состав возводимых сооружений (опор мостов, водоприемных колодцев и насосных станций,подземных хранилищ и др.).

2.Съемные кессоны, опускаемые под воду только на время выполнения в камере строительных работ и поднимаемые затем для использования их на других объектах.

Классификация кессонов по способу опускания

Кессоны, опускаемые с поверхности земли и из котлованов.

Кессоны островные, опускаемые на местности, покрытой водой, с искусственных островков.

3. кессоны наплавные, опускаемые непосредственно с воды путем затопления кессонной камеры, которой предварительно сообщается плавучесть.

20. Нагрузки и воздействия, учитываемые в расчетах.

При расчете по деформациям – необходимо рассматривать расчетные нагрузки с коэффициентом перегрузки равным 1.

Нагрузки

 

Постоянные Временные

 

 

⇐ Предыдущая234567891011Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: