Определение несущей способности свай (расчет по первой группе предельных состояний).

Основная деформация грунта развивается в виде смещения его частиц в стороны и вверх, что приводит к поднятию дна котлована, это явление называется выпором. При выпоре глинистого грунта происходит его перемятие, что ведет к нарушению его природной структуры и снижению прочности. К снижению прочности глинистого грунта приводят также динамические воздействия, связанные с погружением сван забивкой и вибрированием. Перемещающийся вверх грунт способен поднимать ранее забитые сваи. Это существенно снижает их несущую способность. В связи с этим после забивки всех свай необходима добивка их до проектного положения.

Особенно сильно снижается прочность глинистого грунта, расположенного непосредственно у боковой поверхности сваи, так как вода, отжимаемая из пор грунта, перемещается вверх по этой поверхности, покрывая ее тонким слоем. В результате резко уменьшается трение сваи о грунт, что способствует ее погружению при ударах.

Таким образом, если по мере заглубления сваи в пески и в ненасыщенные водой глинистые грунты она встречает все большее сопротивление, а отказ, т. е. величина погружения сваи от одного удара, все уменьшается, то но мере заглубления сваи в тиксотропные насыщенные водой глины и суглинки отказ нередко увеличивается.

Опыт показывает, что надо дать свае «отдохнуть», т.е. не подвергать ее статическим и динамическим воздействиям в течение нескольких дней. За этот период окружающая сваю вода постепенно переместится от ее боковой поверхности, кроме того, вследствие тиксотропных свойств грунта прочность его около сваи со временем в значительной степени восстановится, и тогда несущая способность сваи существенно увеличится.

Во время «отдыха» сваи происходит снижение напряжений в песке и сопротивление грунта ее внедрению снижается. Необходимая продолжительность «отдыха» сваи зависит от характера грунта: для супесей и песков — 1 неделя, для суглинков — 2, для глин — не менее 3 недель.

Прочность свай по материалу. Железобетонные сваи, изготовленные в заводских условиях, должны выдерживать нагрузки при транспортировании, складировании, подъеме на копер, забивке их после погружения в грунт. Чтобы сваи не разрушались при этих строительных процессах, их армируют продольной арматурой с выпуском монтажных петель.

При складировании сваи укладывают на подкладки, размещаемые так, чтобы расстояние от концов сваи до осей подкладок (как и до осей монтажных петель) составляло 0,2l. В случае складирования свай штабелем подкладки располагают строго над подкладками нижнего ряда.

Сваи-стойки

могут потерять несущую способность либо в результате разрушения грунта под ее нижним концом, либо в результате разрушения самой сваи, т.е. такую сваю необходимо рассчитывать: по прочности материала ствола сваи и по условию прочности грунта под ее нижним концом. За несущую способность принимается меньшая величина.

По прочности материала свая-стойка рассчитывается как центрально нагруженный сжатый стержень, без учета поперечного изгиба.

Для железобетонных свай формула расчета несущей способности по материалу выглядит следующим образом:

,

где Ж – коэффициент продольного изгиба, обычно Ж=1; і_с – коэффициент условий работы, для свай сечением менее 0,3Ч0,3м і_с =0,85; для свай большего сечения і_с =1; і_m – коэффициент условий работы бетона (0,7…1 – в зависимости от вида

свай); R_b – расчетное сопротивление бетона осевому сжатию, зависит от класса бетона (кПа); A – площадь поперечного сечения сваи, м²; і_a – коэффициент условий работы арматуры, і_a =1; R_s – расчетное сопротивление сжатию арматуры (кПа); A_s – площадь поперечного сечения арматуры, м²

Несущая способность сваи-стойки по грунту определяется по формуле:

,

Несущая способность одиночной сваи определяется из условий работы материала, из которого она изготовлена, и грунта, в который она погружается. Поэтому сопротивление сваи действию вертикальной нагрузки определяется как наименьшая из величин, вычисляемых из условий прочности материала сваи и грунта, удерживающего сваю. В идеальном случае расчетная несущая способность по материалу должна быть равна несущей способности по грунту, однако в реальных условиях такое условие трудновыполнимо, поэтому для получения наиболее экономичного решения необходимо стремиться, чтобы полученные расчетные несущие способности были максимально близкими. Несущую способность свай по грунту и материалу рассчитывают по первой группе предельных состояний.

Несущую способность свай по материалу определяют в фундаментах с низким ростверком из условий прочности в плотных грунтах и устойчивости в слабых — на действие осевой вертикально приложенной сжимаемой силы, как центрально сжатого стержня. В высоких ростверках материал свай рассчитывают на дополнительное действие изгибающих моментов и горизонтальных сил.

Определение несущей способности по грунту свай трения. Несущая способность свай трения по грунту зависит от его сопротивления погружению сваи, которое развивается как под нижним концом сваи, так и по ее боковой поверхности.

Достаточно широкое распространение получили следующие методы определения несущей способности: практический, основывающийся на табличных данных СНиПа, динамический, статического зондирования и испытания свай статической нагрузкой.

34. Аналитический метод определения давления грунта на подпорную стену.

Н.C. Азаров предложил аналитический метод определения давлений засыпки на подпорные стенки. Откуда определил искомые компоненты σ_x , σ_y , τ_xy, значения которых близки к результатам численного метода В.В. Соколовского. Расчет давления вдоль задней грани подпорной стенки производится решением системы уравнений плоского предельного равновесия сыпучей среды с использованием функции напряжений Д. Эри

При прямолинейных очертаниях задней грани стены и поверхности засыпки интенсивность активного давления е_а определяется по формуле: е_а = γ _зас · z · ξ_а , (3.1)

где γ _зас - удельный вес грунта засыпки, ;

z – глубина залегания рассматриваемой точки, м, от поверхности засыпки (точка В на рис. 6), в которой определяется величина е_а;

ξ_а – коэффициент бокового активного давления грунта.

ξ_а = , (3.2) где _а = . (3.3)

Расшифровка параметров приведена выше в тексте и на рис. 5.

Формулы (3.2.) – (3.5) приведены для положительных значений углов

ε и α. При отрицательных значениях ε и α знаки перед этими углами в указанных формулах меняются на обратные.

Расчет выполняется для 1 пог. м подпорной стены, поэтому размерность интенсивности давления - .

Величины горизонтальных е_аг и вертикальных е_ав составляющих определяются по следующим формулам:

е_аг = е_а · cos (ε + δ); (3.4) е_ав = е_а · sin (ε + δ); (3.5)

На рис. 6 представлены эпюры давлений е_а, е_аг, е_ав, и е_п при отсутствии пригрузки q на поверхности засыпки. Причем на рис. 6 а, давление показано приложенным к задней поверхности стены, а на рис. 6 (б, в и г) – условно приведенным к вертикальной плоскости. Горизонтальную штриховку на рис. 6 г не следует отождествлять с направлением действия вертикального давления.

 

а) б) в) г)

 

Рис. 6. Эпюры интенсивности давления грунта на подпорную стену

На этом же рисунке приведены равнодействующие указанных давлений, приложенные на высоте от подошвы стены. Величины равнодействующих определятся из следующих соотношений, кН:

Е_а = · γ_зас · Н² · _а; (3.6) Е_аг = Е_а· cos (ε + δ); (3.7) Е_ав = Е_а· sin (ε + δ). (3.8)

 

В случае действия равномерно распределенной пригрузки q по поверхности засыпки ее заменяют эквивалентным ей по весу слоем грунта высотой h_пр = (3.9)

Тогда активное давление на уровне верха стенки определится по формуле: е_а1 = γ_зас · h_пр · _а , (3.10)

а в уровне подошвы – е_а2 = γ_зас · (h_пр + Н) · _а , (3.11)

Равнодействующая трапецеидальной эпюры активного давления определится по формуле Е_а = · Н (3.12)

и будет приложена к задней поверхности стены в точке, отстоящей по вертикали от подошвы на расстоянии

 

h_о = · (3.13)

Положение центра тяжести эпюр интенсивности давлении может быть найдено также графически.

Вертикальная Е_ав и горизонтальная составляющая Е_аг в этом случае будут также определяться по формулам (3.7), (3.8).

Величина интенсивности пассивного давления е_п , действующего на переднюю грань фундамента подпорной стенки высотой d, определится из выражения е_п = γ_зас · z · ξ_п , (3.14)

где z – ордината, отсчитываемая от поверхности грунта основания, м;

ξ_п – коэффициент бокового давления отпора (пассивного давления), определяемый по формуле:ξ_п = tq² (45⁰ + ), (3.15)

где φ- угол внутреннего трения грунта, лежащего в пределах глубины заложения d.

Коэффициент ξ_п определяется по формуле (3.15) при α = 0, ε = 0 и

δ = 0, т.е. упрощенно, поскольку, как упоминалось выше, реализация отпора происходит при существенных перемещениях, превышающих, как правило, предельные. Поскольку в каждом конкретном случае величина перемещения для реализации полной величины отпора неизвестна, то его величина, во – первых, определяется упрощенным способом, во – вторых, с вводом понижающего коэффициента 0,33. Величина Е_п = · ξ_п . (3.16)

Сила отпора приложена на высоте от подошвы фундамента стены

35. Виды буронабивных свай. Технология их устройства.

Буровые сваи по способу устройства разделяются на:

а) буронабивные сплошного сечения с уширениями и без них, бетонируемые в скважинах, пробуренных в пылевато-глинистых грунтах выше уровня подземных вод без крепления стенок скважин, а в любых грунтах ниже уровня подземных вод - с закреплением стенок скважин глинистым раствором или инвентарными извлекаемыми обсадными трубами;

б) буронабивные полые круглого сечения, устраиваемые с применением многосекционного вибросердечника;

в) буронабивные с уплотненным забоем, устраиваемым путем втрамбовывания в забой скважины щебня;

г) буронабивные с камуфлетной пятой, устраиваемые путем бурения скважин с последующим образованием уширения взрывом и заполнением скважин бетонной смесью;

д) буроинъекционные диаметром 0,15-0,25 м, устраиваемые путем нагнетания (инъекции) мелкозернистой бетонной смеси или цементно-песчаного раствора в пробуренные скважины;

е) сваи-столбы, устраиваемые путем бурения скважин с уширением или без него, укладки в них омоноличивающего цементно-песчаного раствора и опускания в скважины цилиндрических или призматических элементов сплошного сечения со сторонами или диаметром 0,8 м и более;

ж) буроопускные сваи с камуфлетной пятой, отличающиеся от буронабивных свай с камуфлетной пятой (см. подл. «г») тем, что после образования камуфлетного уширения в скважину опускают железобетонную сваю.

Буронабивные сваи применяются при строительстве в районе распространения просадочных грунтов, возведении высотных зданий в крупных городах, при сооружении ряда крупных тепловых электростанций и при строительстве мостов и развязок.

Такие сваи целесообразно устраивать на площадках со сложными инженерно - геологическими условиями, затрудняющими или делающими невохможным применение забивных свай; на площадках с большой толщей просадочных грунтов; застроеных районах, где погружение забивных свай может привести к деформациям элементов несущих конструкций или оборудования. Кроме того, при устройстве набивных свай исключается шум, вызываемой работой молотов.

При устройстве набивных свай легко решаются вопросы увеличения диаметра ствола (до 1,5 м и более) при глубине заложения до 60 м и более для передачи на них больших сосредоточенных нагрузок до 500...1000 т на сваю и более и армирование ствола сваи на расчетном участке. Набивные сваи, как правило, устраивают по индивидуальным проектам в соответствии с нормативно - инструктивными документами. В настояшие время в практике отечественного фундаментостроения применяют буронабивные сваи с уширением и без.

Технология изготовления таких свай зависит от геологических и гидрогеологических условий строительной площадки. Применяют в основном три известных способа устройства свай: без специальных мероприятий по крепления стенок скважины; с обеспечением устойчивости стенок скважины от обрушения избыточным давлением глинистого раствора или воды; с креплением стенок скважины неизвлекаемыми или инвентарными обсадными трубами.

При строительстве зданий на водонасышенных неоднородных глинестых грунтах текучей консистенции с прослойкой песков и суписей буронабивные сваи длинной до 50 м можно применять с применением свай - оболочек. Иногда такие сваи называют трубобетонными.

Для повышения несущей способности буронабивных свай в их основании устраивают уширения. Такие уширения образуют энергией взрыва (в этом случае сваи называют буронабивными с комуфлетным уширением), механическим разбуриванием полости пяты, путем вдавливания грунта в стенки скважины, а также путем втрамбовывания в основание скважины жесткой бетонной смеси или забивкой в основание скважины группы свай малого размера.

Способ изготовления буронабивных свай без крепления стенок скважины рекомендуется применять при прорезании устойчивых связных грунтов (глинистые грунты твердой, полутвердой, тугопластичной консистенции, в том числе просадочные и набухающие); при залегании грунтовых вод в период строительства ниже пяты сваи.

стройство буронабивных свай условно разбивается на три группы (типа):

устройство набивных свай в сухих и маловлажных связных грунтах, не требующих специальных мероприятий по укреплению стенок скважины; устройство набивных свай в несвязных слабых и обводненных грунтах, стенки скважины удерживаются от обрушения с помощью избыточного давления или глинистого раствора; устройство набивных свай в слабых и обводненных грунтах, стенки скважины крепятся обсадными трубами.

При устройстве буронабивных свай сухим способом необходимо выполнить следующие технологические процессы:

образование лидерной скважины; разбуривание уширенной части в нижнем основании лидерной скважины (эту работу можно также выполнить с помощью камуфлетного заряда); установка в лидерную скважину арматурного каркаса; бетонирование сваи с устройством ее оголовка.

При устройстве буронабивных свай в водонасыщенных (слабых) грунтах применяют обсадные трубы или защиту глинистым раствором.

Бурить лидерную скважину можно установкой СО-2, оборудованной шнекозой колонной, а также установками СО-1200 и. МБС-1,7, оборудованными ковшовым буром-желонкой

Бетонирование скважин по методу ВПТ (верт.перемещ.труб) проводится в три этапа. На первом этапе устанавливают оборудование, на втором—бетонируют, на третьем — оформляют голову сваи.

Характерной особенностью технологии устройства буронабивных свай является предварительное бурение скважин до заданной отметки и последующее формирование ствола сваи.

В зависимости от грунтовых условий буронабивные сваи устраивают одним из следующих трех способов: без крепления стенок скважин (сухой способ), с применением глинистого раствора для предотвращения обрушения стенок скважины, с креплением скважин обсадными трубами.

Сухой способ (рис. 1.10) применим в устойчивых грунтах (просадочные и глинистые твердой, полутвердой и тугопластичной консистенции), которые могут держать стенки скважины. Технология устройства таких свай состоит в следующем. Методами вращательного бурения (шнековая колонна или ковшовый бур) в грунте разбуривают скважину необходимого диаметра и на заданную глубину. По достижении проектной отметки в необходимых случаях нижнюю часть скважины расширяют с помощью специальных расширителей, закрепленных на буровой штанге и входящих в комплект бурового станка.

Принцип работы расширителя следующий: давление, передаваемому через штангу, раскрывает шарнирную систему ножей расширителя; при вращении штанги ножи срезают грунт, попадающий в бадью, расположенную под расширителем. За 4...5 операций срезывания и извлечения грунта образуется уширенная полость диаметром до 1,6 м. После приемки скважины в установленном порядке при необходимости в ней монтируют арматурный Kapкac и бетонируют методом вертикально перемещающейся трубы.

Рис.1.10. Технологическая схема устройства буронабивных свай сухим способом

а - бурение скважины; б -устройство уширенной полости; в -установка арматурного каркаса; г - установка бетонолитной трубы с вибробункером; д - заполнение вибробункера бетонной смесью; е -бетонирование скважины методом ВПТ; ж -утепление оголовка сваи в зимних условиях; l-шнековая бурильная установка; 2 '-расширитель; 3 -кран грузоподъемностью10...12 т; 4 -бетонолитная труба; 5 -загрузочный бункер

Применяемые в строиельстве бетонолитные трубы, как правило, состоят из отдельных" секций и имеют стыки, позволяющие быстро и надежно соединять: трубы. В приемную воронку бетонную смесь подают непосредственно из автосмесителя или с помощью специального загрузочного бункера. По мере укладки бетонной смеси бетонолитную трубу извлекают из скважины. В скважине бетонную смесь уплотняют с помощью вибраторов, укрепленных на приемной воронке бетонолитной трубы. По окончании бетонирования скважины голову сваи формуют в специальном инвентарном кондукторе и в зимнее врeмя защищают утеплителем. По этой технологии чаще всего изготовляют буронабивные сваи диаметром 400, 500, 600, 1000 и 1200 мм и длиной до 30 м.

Глинистый раствор для удержания стенок скважин от обрушения применяют при устройстве буронабивных свай (рис. 2.11) в неустойчивых обводненных грунтах. В этом случае скважины бурят вращательным способом. Однако при проходке по скальным включениями прослойкам используют сменные рабочие органы ударного типа (грейферы, долота). В скважину глинистый раствор поступает по пустотелой буровой штанге. За счет гидростатического давления, оказываемого этим раствором, плотность которого 1,2...1,3 г/см3, устраивают сваи без обсадных труб. Глинистый раствор готовят на месте производства работ преимущественно из бентонитовых глин, и по мере бурения его нагнетают в скважину. Поднимаясь по скважине вдоль ее стенок, глиняный раствор попадает в зумпф, откуда возвращается насосом в буровую штангу для дальнейшей циркуляции. Затем в скважину устанавливают арматурный каркас. Бетонную смесь подают с помощью вибробункера с бетонолитной трубой, которую опускают в скважину

Рис. 1.11. Технологическая схема устройства буронабивных свай пoд глинистым раствором

а - бурение скважины; б -устройство уширенной полости; в -установка арматурного каркаса; г -установка бетонолитной трубы с вибробункером и воронкой; д –бетонирование скважины методом ВПТ; (' -утепление оголовка сваи в зимних условиях; J –буровой станок; 2 -глиносмеситель; 3 -насос; 4 -расширитель; 5 -бетонолитная труба с вибробункером

Вибрируемая бетонная смесь, поступая в скважину, вытесняет глинистый раствор. Помере заполнения скважины бетонной смесью бетоновод извлекают.

Устройство буронабивных свай с креплением стенок скважин обсадными трубами (рис. 1.12) возможно в любых геологических и гидрогеологических условиях. Обсадные трубы можно оставлять в грунте или извлекать из скважин в процессе изготовления свай (инвентарные трубы). Секции обсадных труб, как правило, соединяют стыками специальной конструкции или с помощью сварки. Погружают обсадные трубы в процессе бурения скважины гидродомкратами, а также посредством забивки трубы в грунт или вибропогружением. Бурят скважины специальными установками вращательным или ударным способом.

После зачистки забоя и установки в скважине арматурного каркаса скважину бетонируют методом вертикально перемещаемой трубы (ВПТ). Помере заполнения скважины бетонной смесью инвентарную обсадную трубу извлекают. Приэтом специальная система домкратов, смонтированных на установке, сообщает обсадной трубе возвратно-поступательное и полувращательное движение, дополнительно уплoтняя бетонную смесь. По окончании бетонирования скважины голову сваи формуют в специальном инвентарном кондукторе.

Для устройства уширений в основаниях свай, как правило, применяют взрывной способ. Для этого в пробуренной скважине устанавливают обсадную трубу так, чтобы ее нижний конец не доходил до дна скважины на 1,2...1,5 м, т. е. был за пределами действия камуфлетного взрыва. В обсадную трубу опускают на дно скважины заряд взрывчатки расчетной массы и выводят проводники от детонатора к подрывной машине. Трубу заполняют бетонной смесью и производят взрыв. Энергия взрыва уплотняет грунт и создает сферическую полость, которая немедленно заполняется бетонной смесью из обсадной трубы. Окончательно заполняют скважину описанным выше способом. В нашей стране буронабивные сваи изготовляют диаметром 880...1200 мм, длиной до 35 м. для устройства буронабивных свай используют литую бетонную смесь с осадкой конуса 16...20 см.

Рис. 1.12. Технологическая схема устройства буронабивных свай с применением обсадных труб

а -монтаж ротора и забуривание скважины с одновременным погружением обсадной трубы; б -проходка скважины; в -зачистка забоя скважины; г -установка арматурного каркаса; д - заполнение скважины бетонной смесью, извлечение обсадной трубы; е - формование головы сваи в инвентарном кондукторе

Буронабивные сваи с применением обсадных труб.
После бурения скважины в нее помещается свайный каркас в виде трубы. Обсадная труба позволяет: перекрывать горизонты плывунных грунтов; обеспечивает безопасность ведения свайных работ; позволяет контролировать параметры буровой скважины; обеспечивает высокое качество заполнения скважины бетоном.
Данная технология позволяет изготавливать сваи с уширением до 1200 мм, что дает возможность использовать несущую способность опорной толщи грунтов основания и увеличивает эффективность применения свай.

36. Определение осадки оснований свайных фундаментов.

⇐ Предыдущая10111213141516171819Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: