0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Методы определения несущей способности сваи

Теоретический метод определения несущей способности свай по грунту.

Грунт, окружающий ствол сваи может воспринимать, как правило, значительно меньшую нагрузку. Необходима проверка несущей способности. Для свай – стоек и висячих свай несущая способность по грунту определяется по разному.
1). Несущая способность свай – стоек.


2). Несущая способность висячих свай (свай трения).


N0,Nб – сопротивление сваи, соответственно под острием и по боковой по-верхности.
Р – расчетная нагрузка, допускаемая на сваю.


где R – расчетное сопротивление грунта сваи под острием; u – периметр сваи; fi – расчетное удельное сопротивление грунта по боковой поверхности сваи; Li — мощность i слоя грунта, где действует fi


Несущая способность сваи, полученная расчетом, часто оказывается ниже фактической, найденной по испытаниям. Данное обстоятельство объясняется тем, что в расчетах используются осредненные табличные значения величин fi , что является приближенным.
Для определения истинной (фактической) несущей способности сваи рекомендуется проводить испытания свай непосредственно на площадке строительства. Обычно под пятном застройки здания (сооружения) перед производством работ проводятся испытания 1 или 2 свай.

Несущая способность свай трения определяется как сумма двух слагаемых – сопротивления грунта под их нижним концом давлению и сопротивления грунта сдвигу по их боковой поверхности:

где γC=1 – коэффициент условий работы сваи в грунте, R – расчетное сопротивление грунта сваи под острием; A – площадь опирания на грунт сваи, U – периметр сваи; ƒi– расчетное сопротивление i -го слоя грунта основания на боковой поверхности сваи; hi- толщина i -го слоя грунта, соприкасающегося с боковой поверхностью сваи (≤2м), γCR, γCf – коэффициенты условий работы грунта соответственно под нижним концом и на боковой поверхности сваи/
Несущая способность сваи, полученная расчетом, часто оказывается ниже фактической, найденной по испытаниям. Данное обстоятельство объясняется тем, что в расчетах используются осредненные табличные значения величин fi , что является приближенным.
Для определения истинной (фактической) несущей способности сваи рекомендуется проводить испытания свай непосредственно на площадке строительства. Обычно под пятном застройки здания (сооружения) перед производством работ проводятся испытания 1 или 2 свай.

Поможем написать любую работу на аналогичную тему

Теоретический метод определения несущей способности свай по грунту.

Теоретический метод определения несущей способности свай по грунту.

Теоретический метод определения несущей способности свай по грунту.

Методы определения несущей способности сваи. Краткая характеристика методов, их достоинства и недостатки

Свая- вертикальный или наклонный стержень, погруженный в грунт и служащий для передачи нагрузки от здания на грунт. Ростверк-конструкция для передачи нагрузки от здания или сооружения на сваю. Несущая способность сваи (Fd)-такая нагрузка, которую может воспринимать свая, погруженная в грунтовое основание.2 несущие способности:

1) По грунту (потеря устойчивости сваи происходит из-за разрушения грунта, контактируемого со сваей).

2) По материалу(потеря устойчивости сваи из-за разрушения тела сваи).

1) Расчетный метод по формулам СНиП 2.02.03.-85.

Для свай стоек определяется по грунту и материалу, для дополнительных расчетов определяется минимальный. Для висячих свай определяется по грунту.

«-»Расчетный метод явл. Наименее точным.

«+» Предварительная оценка сваи.

2) Метод пробных статистических нагрузок.

Метод полевой, испытывается погруженная до проект. Отм. Свая. После отдыха. На голову сваи ступенчато домкратом передается вертикальная нагрузка. После стабилизации деформации с помощью прогибомераопр-ся осадка сваи S и строится график зависимости S(F) ( возможно поведение сваи по 2-м путям).

«+» самый точный метод.

«-» длительность проведения и высокая стоимость.

3) Динамический метод.

Основан на решении уровня равных работ, совершаемых при погружении сваи молотом и сопротивлении сваи погружению (ур-я Герсеванова ). Последовательность испытаний: на погруж. До проектной отм. Сваю, после отдыха устанавливается сваебойный аппарат произв. Констр. Удар или несколько ударов. (10 д. у. –залог). При этом измеряются осадки сваи от одного удара или нескольких Sa,ср=(∑Sa,i)/n . По формуле Герсеванова (монограммам, графикам) через Sa рассчитывается (или снимается) Fu,nи определяетсяFd.

«-» не очень высокая точность.

«+» оперативность, возможность определения Fd.

4) Метод статистического и динамического зондирования.

Метод полевой. Для испытаний прим. Модель сваи, оснащенная датчиками. Позволяющими определить сопр. Грунта под нижним концом и боковой пов.-ти, сопротивление по глубине сваи определяется легко и строится на графике. По полученным данным сопротивления по формулам СНиП или градуированным графикам определяют Fu,n, а далее Fd.

«-» не очень высокая точность.«+» быстрота.

Если на строит.площадке опр. Несущ способность 5-ти свай или мене то при проектировании исп-ся минимальные данные.

12. Определение несущей способности свай расчетным методом (По СНиП)

· Для свай стоек определяется по грунту и материалу, для дополнительных расчетов определяется минимальный.

Fd мат =γ*Rм*А, где γ-к-т усл. Работы, Rм – расчетноесопр. Материала, А- площадь поперечного сечения сваи.

Пример для ж/б сваи: Fd мат =γ*(Rb*Аb + Rs*As)*φ,где φ- к-т продольного изгоба., Rb*Аb – сопротивление и площадь бетона, Rs*As – сопротивление и площадь арматуры.

Fd гр =γс*R*А, где γс- к-т условий работы грунтового основания, А- площадь поперечного сечения сваи. R- расчетное сопротивление грунта под нижним концом сваи. Принимается по таблицам СНиП.

· Для висячих свай определяется по грунту.

Fd гр =γс*(γCR *R*А +U*∑γCF*fi*hi)

γCR *R*А – лобовые силы трения,

U*∑γCF*fi*hi – боковые силы трения.

γCR ,γCF– к-ты усл. Работы грунтового основания под нижним концом и по боковомуосн.

U-периметр поперечного сечения сваи. fi – расчетное сопротивление грунта по боковой пов-ти сваи hi – толщина слоя.

«-»Расчетный метод явл. Наименее точным.

«+» Предварительная оценка сваи.

Дата публикования: 2015-11-01 ; Прочитано: 431 | Нарушение авторского права страницы

Как определить несущую способность свай?

От того, насколько большой вес может выдержать свая, с учетом деформации почвы во время эксплуатации, зависит срок службы здания, его безопасность и ремонтопригодность в будущем. Перед тем, как устанавливать сваи, определяют их несущую способность — максимальную нагрузку, которую способна выдержать конструкция.

Оценивают несущую способность несколькими методами: с помощью расчетов, испытаний со статическими и динамическими нагрузками. Динамическое испытание считается наиболее точным методом, так как во время проверки создаются условия, приближенные к реальным.

Особенности динамических испытаний

Во время такой проверки используют специальный молот, которым наносят удары по свае. После каждого удара фиксируют степень осадки конструкции, «поведение» грунта под ней. Инженеры оценивают, как реагируют и сама свая во время ударной нагрузки. Определяется состояние всех слоев грунта.

Главный показатель, который интересует исследователей, — это «отказ», глубина погружения сваи после удара. Любопытно, что на песчаных грунтах отказ почти равен нулю: под сваей формируется плотный комок грунта, из-за которого конструкция не погружается или почти не погружается глубже.

Как проводят расчет несущей способности свай?

Чтобы оценить несущую способность, недостаточно простых испытаний. Нужно провести и расчеты, которые помогут выявить предельно допустимые показатели как для самого грунта, так и для свайных конструкций.

В случае с буронабивными сваями используют два вида расчетов — по материалу и грунту.

Формула расчета по материалу:

P=Yc Ф (RnpA+RacAc)

Под P понимают несущую способность, под ф — продольный изгиб, под Yc — условия работы.

Важно учитывать и то, как будет вести себя свая во время хранения, перевозки, установки. Это зависит от оборудования, которое применяют во время забивки. Его также рассчитывают по определенной формуле.

По грунту несущая способность свай рассчитывается так: P = Yc/Yq R A. Под Yc и Yq понимают коэффициенты условий работы и надежности, под А — площадь, под R — сопротивление почвы под острием. Данный показатель влияет на будущую прочность здания, так как грунт воспринимает ту же нагрузку, что и сама свая.

Приведенная выше формула используется для свай-стоек. Несущая способность свай трения рассчитывается по другой формуле — Ф=N0+N6. Это сумма сопротивления сваи под острием и по сторонам.

Как определить несущую способность точно?

В строительных организациях используют сразу несколько методов. Простые расчеты не позволят точно оценить будущую максимальную нагрузку, которую смогут выдержать сваи и грунт. Дело в том, что во время расчетов используют усредненные показатели, которые могут отличаться от реальных в меньшую сторону. Чтобы предотвратить разрушение будущего здания или конструкции, инженеры сочетают расчеты с реальными испытаниями, прежде всего, динамическими.

Альтернативой динамическим испытаниям может стать зондирование, при котором сочетают статические нагрузки и динамическими. Получив реальные данные, инженеры могут рассчитать несущую способность максимально точно. А следовательно, обеспечить долговечность, безопасность и прочность будущему строению или конструкции.

Методы определения несущей способности сваи

Несущая способность сваи – это величина нагрузки, которую может воспринимать свая, принимая во внимание допустимые деформации грунта под ее острием.

Схема ленточно-свайного фундамента.

В зависимости от особенностей грунта сваи бывают нескольких типов: висячие и сваи-стойки. Висячей называется опора, залегающая под нижними концами свайного элемента. Сваи-стойки получили такое название, поскольку их погружают в грунт или в жесткие стержни грунта, функция которых передать давление от сооружения к основанию. Висячая свая удерживает нагрузку благодаря силе трения, возникающей между грунтом и боковой поверхностью. При наличии бокового трения, а также достаточной длины сваи необходимости в наличии опоры под сваей не возникает.

Как определяется несущая способность опоры

Схема устройства свайного фундамента.

Несущую способность сваи обычно определяют, учитывая условия работы материала, служащего для ее изготовления, а также особенности грунта, куда обычно погружается свая. Вот почему сопротивление сваи действию нагрузки в вертикальном положении считают наименьшей величиной, используемой при вычислении, в ходе которого учитывают условия прочности материала сваи и грунта.

Прочность материала для изготовления сваи, механические свойства грунта и метод ее погружения оказывают влияние на несущую способность одиночной сваи. Следует отметить и то, что, независимо от вида одиночных свай, на их несущую способность влияют лишь два условия. А именно: сопротивление грунта основания сваи и сопротивление материала, из которого она изготовлена.

Расчет несущей способности опорного элемента – достаточно сложный и трудоемкий процесс. Специалист, проектирующий фундамент свайного типа, должен учитывать не только прочность элементов, но и экономический аспект, поскольку каждая запасная свая стоит немалых денег.

Несущая способность сваи с учетом материала определяется главным образом в фундаментах, имеющих низкий ростверк, согласно условиям прочности в грунтах с плотной структурой и устойчивости в грунтах со слабой структурой. Определить несущую способность сваи можно как посредством отдельных методов, так и посредством их комплексного использования.

Методы определения несущей способности опоры

Таблица определения несущей способности свай.

  • Расчетный метод (не очень эффективный).
  • Пробные статистические нагрузки. Весьма эффективная методика, но требующая высоких затрат материальных средств и времени.
  • Динамическое испытание. Осуществляется посредством нескольких ударов свайного молотка по установленным сваям, а затем фиксируется ее осадка. Данный метод хорошо тем, что его можно применять прямо на объекте, но он не так точен, как предыдущий.
  • Зондирование. Этот метод включает комплексное применение статического и динамического методов. Его суть состоит в регистрации нагрузок на поверхность и на основание посредством установленных датчиков.

    Обеспечение устойчивости свайных элементов

    Чтобы обеспечить прочность фундамента, изготавливаемого из свай-стоек, и предотвратить его продавливание в подстилающий слабый грунт, необходимо наличие достаточной мощности в несжимаемом слое грунта. Если отдельные опорные элементы располагаются предельно далеко друг от друга, то эпюрам давления в грунте не свойственно пересекаться. Если слишком близко – пересечение эпюр давления на грунт неизбежно.

    Читать еще:  Чугунные экономайзеры

    Следовательно, если опоры располагаются часто, их несущая способность становится меньше. Однако, несмотря на это, во время расчетов свайных фундаментов, возводящихся из висящих свай, кустовой эффект не учитывается.

    Классификация опорных элементов по материалу

    Схема сопряжения голов свай с ростверком.

    Опоры также можно классифицировать по типу конструктивного материала, из которого они изготовлены. Согласно данной классификации опоры бывают деревянные, металлические и железобетонные. Деревянные опоры, как правило, применяются для строительства небольших сооружений, таких как бани, сараи или подсобные помещения. Иногда с их помощью возводят малые архитектурные формы. Раньше на основе деревянных опор строили старинные венецианские дома. Поскольку стоимость деревянных свай достаточна низкая по сравнению со стальными и железобетонными, их используют для каркасных строений и домов из бруса.

    Несмотря на то, что на дворе двадцать первый век, деревянные опоры остаются популярными и по сей день. Их изготавливают из различных видов деревьев, например сосны, дуба, ели и т.п. Причем изготавливается свая из свежеспиленного дерева. То есть ствол бревна предварительно не обрабатывается. Перед изготовлением опоры достаточно снять кору и обрубить сучья. На стройплощадку их доставляют в виде цельных или сборных опор. Диаметр целой сваи составляет от 18 до 25 см.

    Несущая способность железобетонных опор намного выше, чем у деревянных. Это объясняется более высокой прочностью материала, из которого они изготавливаются. Такие сваи выше по цене, но при этом их эффективность намного выше. Одним из недостатков данного вида опор является экономическая неоправданность при их транспортировке и хранении, поскольку они имеют весьма габаритные размеры, что составляет трудность при погрузке и разгрузке.

    При монтаже на глубину более 12 м применяют не монолитные, а сборные опоры. Учитывая разновидность габаритов и форм сечения, классификация литых свай становится практически невозможной.

    Что касается металлических опор, то их не производят специально. В их качестве можно использовать обсадные трубы, двутавровые балки либо швеллеры. Единственное, что необходимо, – это сварить швеллеры попарно. Так мы получим трубу квадратного профиля. Или наварить лопасти на концах обсадных труб – таким образом мы получим винтовые сваи.

    Следовательно, несмотря на то, что устойчивость опорных элементов принято классифицировать по двум признакам, а именно по материалу и грунту, они все равно взаимосвязаны. Поэтому чаще всего классифицируют их согласно материалу, из которого они сконструированы.

    Несущая способность опоры по грунту основания нуждается в проверке, так как грунту, находящемуся вокруг ствола сваи, свойственно воспринимать значительно меньшую нагрузку. Ее определение для свай-стоек и висячих опор значительно отличается, поэтому применяются различные методики в зависимости от типа опорных элементов.

    В любом случае недостаточно использовать лишь расчетный метод для определения несущей способности свайных элементов, поскольку часто расчеты не совпадают с результатами, полученными при испытаниях. Поэтому для более точного результата рекомендуется проводить испытания свай прямо на стройплощадке.

    Правильный подход высококвалифицированного специалиста для решения данной задачи, тщательное проведение испытаний с использованием комплекса методов поможет правильно определить все необходимые параметры для возведения устойчивого прочного фундамента свайного типа и обеспечить долговременную эксплуатацию данного построения.

    Расчет несущей способности забивной сваи

    Грамотно проведенный расчет несущей способности забивной сваи при проектировании здания – залог надежности, долговечности и целостности постройки. Также это поможет заранее спланировать бюджет.

    Несущая способность забивных свай – предельный объем нагрузки, которую может вынести железобетонная опора, находящаяся в почве, не поддаваясь изменению формы. Ее тип различают по материалу производства и характеристикам земли. Первое можно измерить в процессе теоретических расчетов. Классифицировать грунт реально при практическом анализе участка.

    Испытание забивных свай статической нагрузкой.

    Существует несколько методов определения несущей способности основания. Самый действенный из них – практическое испытание забивных свай статической нагрузкой. После установки опоры, её оставляют в покое на 2 – 3 суток. Затем ступенчатым домкратом оказывается нагрузка, сравнимая с давлением веса будущего сооружения. Прогибометром вычисляется степень усадки конструкции.

    ИСПЫТАНИЕ ЗАБИВНЫХ СВАЙ ДИНАМИЧЕСКОЙ НАГРУЗКОЙ.

    Динамические испытания схожи со статическими по принципу проведения действий. Опорные столбы погружают в грунт, оставляют отдыхать. По истечении периода времени начинается воздействие нагрузками. Именно в этом моменте выражается разница в процессах. Давление происходит посредством дизель молота, который передает ударную нагрузку. После каждого (до 10) ударов мера осадки фиксируется прогибометром. Чаще всего этот вид испытаний происходит в совокупности с предыдущим.

    Несущая способность забивной сваи – таблица и формула расчета.

    Практические опорные характеристики вычисляются, отталкиваясь от сочетания противодействия грунта под нижним фрагментом конструкции и боковыми частями.

    Помогает формула: Fd=Ycr ×(Fdf+Fdr), где:

    • Fdf = u * ∑Ycf * Fi * Hi
    • u – внешний периметр сечения ЖБ столба;
    • Ycr – коэффициент условий работы конструкции в почве (=1);
    • Fi – сопротивление слоев почвы на боковой стенке столба;
    • Hi – общая толщина слоев грунта, контактирующих с боковой гранью основания;
    • Fdr = Ycr * R * A
    • R – нормативное сопротивление почвы под нижним концом опоры
    • А – площадь опорной подошвы.

    Поможет в подсчетах следующая таблица:

    Если эти знания не пригодятся для самостоятельного расчета, то точно помогут проконтролировать ход работы подрядчиков и убедиться в соответствии цены и качества услуги.

    РАСЧЕТ НЕСУЩЕЙ СПОСОБНОСТИ ГРУНТА

    Способность земли выдерживать необходимые нагрузки настолько же важны, сколько и возможности опорных элементов. Несмотря на то, что грунтовые показатели существенно ниже фундаментных. Параметры характеристик почвы учитываются при составлении проекта (и свайного поля в том числе) одними из первых. Условный участок грунта рассчитывают в тоннах на метр квадратный, либо в килограммах на сантиметр квадратный.

    Основополагающими факторами, влияющими на возможность почвы выдерживать ту или иную степень воздействия, являются:

    • Тип грунта;
    • Уровень насыщенности влагой;
    • Уровень плотности.

    Для определения подобных характеристик перед составлением проектной документации и плана фундамента на строительную площадку выезжают специалисты для проведения процедуры инженерно-геологических и геодезических испытаний. Отобранные пробы смежных пластов почвы подробно исследуются в лабораторных условиях узкопрофильными специалистами.

    Грунтовые условия столицы и Подмосковного региона считаются проблемным, так как содержат большой объем влаги. Чем выше процент содержания подземной воды в почве, тем ниже показатели несущей возможности. Для особо плачевных ситуаций разработаны некоторые методы отхода от проблемы. Например, возможно произвести инъекцию в почву раствора на основе цемента и песка между опорными элементами.

    Впрочем, сами железобетонные опоры играют роль уплотнителя, так как под них не роются траншеи. Земля остается в естественном состоянии. Уплотнение происходит благодаря стеснению земли телами столбов, погружаемых до твердого несжимаемого пласта. В случае использования винтовых свай функцию уплотнения берет на себя винтовая лопасть.

    RU2599894C2 — Способ определения несущей способности свай в просадочных грунтах — Google Patents

    Links

    • Espacenet
    • Global Dossier
    • Discuss
    • 239000002689 soil Substances 0.000 title claims abstract description 44
    • 238000004364 calculation methods Methods 0.000 claims description 5
    • 238000002955 isolation Methods 0.000 claims description 2
    • 238000010276 construction Methods 0.000 abstract description 6
    • 238000009413 insulation Methods 0.000 abstract 1
    • 239000000463 materials Substances 0.000 abstract 1
    • 239000000126 substances Substances 0.000 abstract 1
    • 238000002791 soaking Methods 0.000 description 4
    • 230000003068 static Effects 0.000 description 4
    • 239000011901 water Substances 0.000 description 3
    • 238000007373 indentation Methods 0.000 description 2
    • 210000000474 Heel Anatomy 0.000 description 1
    • 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 1
    • 239000004927 clay Substances 0.000 description 1
    • 229910052570 clay Inorganic materials 0.000 description 1
    • 238000006073 displacement reactions Methods 0.000 description 1
    • 239000000686 essences Substances 0.000 description 1
    • 238000001679 laser desorption electrospray ionisation Methods 0.000 description 1
    • 239000010410 layers Substances 0.000 description 1
    • 238000000034 methods Methods 0.000 description 1
    • 230000035939 shock Effects 0.000 description 1

    Classifications

      • E — FIXED CONSTRUCTIONS
      • E02 — HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
      • E02D — FOUNDATIONS; EXCAVATIONS; EMBANKMENTS; UNDERGROUND OR UNDERWATER STRUCTURES
      • E02D33/00 — Testing foundations or foundation structures

    Abstract

    Description

    Изобретение относится к области строительства, в частности, к определению несущей способности свай в просадочных грунтах.

    Известен способ определения несущей способности сваи расчетным методом (СНиП 2.02.03-85 с. 23-24).

    Согласно этому способу несущая способность сваи определяется как сумма несущих способностей острия (пяты) сваи и трения на боковой поверхности сваи, за вычетом отрицательного трения от оседающего грунта при его замачивании. Сопротивление грунта под острием (пятой) сваи и на боковой поверхности берутся из таблиц в зависимости от глубины расположения слоя грунта, от консистенции для глинистых грунтов, от крупности и плотности для песчаных грунтов.

    Известен также способ определения несущей способности сваи в просадочных грунтах по результатам полевых испытаний сваи (СНиП 2.02.03.-85 с. 14-15) с замачиванием просадочных грунтов (ГОСТ 5686-2012 с. 3) до коэффициента водонасыщения не менее 0,8.

    Однако стоимость таких испытаний высока, так как требуются работы по прокладке временного водопровода и устройству дренажных скважин. Для определения отрицательного трения требуются испытания свай выдергивающими нагрузками как в грунтах природной влажности, так и в замоченных грунтах.

    ГОСТ 5686-2012 п. 4.6 разрешает при соответствующем обосновании производить испытания свай в просадочных грунтах без их замачивания. При этом испытания должны включать в себя вдавливание сваи с нижней частью, заглубленной в подстилающие непросадочные грунты, и с верхней частью, изолированной от грунта в пределах просадочной толщи, а также испытание на выдергивание сваи, погруженной на всю глубину просадочной толщи (для оценки значения сил отрицательного трения).

    Такие испытания предусматривают устройство лидирующей скважины для изоляции сваи от грунта в пределах просадочной толщи и испытание сваи на выдергивание. К тому же точность определения несущей способности сваи крайне низкая, так как непросадочные грунты, расположенные ниже просадочной толщи, снижают свои прочностные и деформационные свойства при замачивании.

    Задачей изобретения является снижение стоимости и трудозатрат при определении несущей способности свай в просадочных грунтах, а также повышение точности ее определения.

    Для решения поставленной задачи в способе определения несущей способности сваи в просадочных грунтах, включающем испытание сваи в грунтах природной влажности, отличающемся тем, что несущую способность сваи в замоченных грунтах определяют по формуле

    где Fd1 — несущая способность сваи в замоченных грунтах;

    Fd2 — несущая способность сваи в грунтах природной влажности, определенная по результатам полевых испытаний;

    Fd3 — несущая способность сваи в замоченных грунтах, определенная расчетом;

    Fd4 — несущая способность сваи в грунтах природной влажности, определенная расчетом;

    а испытывают сваю, погруженную на проектную глубину, без изоляции от грунта ее верхней части в пределах просадочной толщи.

    Испытание свай (испытание грунтов сваями по терминологии ГОСТ 5686) выполняют динамической, статической нагрузками или методом, использующим принципы волновой теории удара.

    Сущность испытаний свай динамическими нагрузками заключается в том, что в конце погружения замеряется отказ (погружение сваи от одного удара) и по величине отказа вычисляется несущая способность сваи.

    Статические испытания свай выполняют нагружением их статическими нагрузками, прикладываемыми на сваю определенными ступенями и фиксацией перемещений на каждой ступени.

    По графику зависимости перемещения сваи от нагрузки определяется несущая способность сваи в зависимости от конструкции здания или сооружения (СП24.13330.2011, М. Минрегион России, 2010). Метод испытаний с использованием волновой теории удара заключается в определении силового и скоростного отклика сваи на удар в осевом направлении, нанесенным ударником по верхнему торцу сваи. При этом в процессе испытаний предусматривается получение данных о действующей силе по регистрируемым значениям деформаций ствола сваи и об ускорении и скорости ее перемещения под действием ударного нагружения (Технический регламент проведения полевых испытаний несущей способности сваи методом ЭЛДИ, М.: «ЦНИ-ИС», 2001).

    Читать еще:  Кладка стен из кирпича толщиной 510мм

    Пример осуществления предлагаемого изобретения

    На строительной площадке жилого дома в г. Красноярске, сложенной просадочными грунтами второго типа по просадочности, выполнены статические испытания свай в грунтах природной влажности и после их полного водонасыщения. На этой же площадке выполнены испытания свай в грунтах природной влажности с освобожденным стволом на глубину просадочной толщи (сваи сечением 0,3×0,3 м, глубиной погружения 15 м от планировочных отметок, диаметр лидера 0,5 м, глубина 10 м).

    Результаты испытаний представлены в таблице.

    Коэффициент снижения несущей способности сваи составляет 600/800=0,75 и 650/850=0,76.

    Несущая способность сваи по предлагаемому изобретению составит 0,75×1100=825 кН и 0,76×1150=874 кН.

    В проекте принята несущая способность сваи 800 кН, что подтверждено испытаниями свай с замачиванием грунтового основания (900 кН).

    Испытания свай с освобожденным стволом в пределах просадочной толщи показали при вдавливании несущую способность — 800 кН, при выдергивании 10 м сваи — 300 кН, т.е результирующая несущая способность сваи составит 800-300=500 кН.

    Из приведенного примера видно, что определение несущей способности свай по предлагаемой методике сокращает сроки и стоимость испытаний не менее чем в 2-3 раза по сравнению с испытаниями с замачиванием грунтов и в 1,5 раза по сравнению с испытаниями в грунтах природной влажности на вдавливание с освобожденным стволом в пределах просадочной толщи и выдергивание сваи, погруженной на глубину просадочной толщи.

    Определение несущей способности сваи

    Несущая способность определяется по материалу и грунту. Из двух значений принимается меньшее для расчета. Расчет сваи по прочности производится в соответствии с методами проектирования железобетонных конструкций (ЖБК). Для висячих свай несущая способность по грунту всегда меньше несущей способности по материалу. Для свай-стоек несущая способность по грунту и по материалу примерно одинакова.

    Для свай-стоек несущая способность по грунту в соответствии со СНиПом 2.02.03-85 «Свайные фундаменты» определяется по формуле:

    ,

    — несущая способность;

    — коэффициент условий работы сваи в грунте;

    — расчетное сопротивление грунта;

    — площадь поперечного сечения.

    Несущая способность висячих свай определяется четырьмя методами:

    1) практический – с использованием таблиц СНиПа «Свайные фундаменты»;

    3) статического зондирования;

    4) испытание свай статической нагрузкой.

    5.1.1. Практический метод. Несущая способность несущих свай определяется как сумма двух слагаемых расчетного сопротивления по боковой поверхности и сопротивления под нижним концом сваи:

    ,

    γc – коэффициент условий работы;

    γcR – коэффициент, зависящий от вида грунта под нижним концом сваи;

    R – расчетное сопротивление грунта под нижним концом сваи;

    A – площадь поперечного сечения сваи под нижним концом;

    U – периметр сваи;

    γcRi – коэффициент условий работы грунта по боковой поверхности сваи;

    fi – сопротивление грунта по боковой поверхности;

    li – длина боковой поверхности сваи (li2 м).

    5.1.2. Динамический метод заключается в определении несущей способности сваи по величине отказа сваи после отдыха.

    Отказ – это величина, на которую погружается свая за один удар после отдыха. Висячим сваям, не добивая до проектной отметки, дают отдых (пески – одна неделя, супеси – 2 недели, глина — 3). После отдыха производят добивку сваи до проектной отметки и измеряют отказ сваи. По величине отказа по формуле Герсиванова определяется несущая способность сваи.

    Динамический метод испытывается для контроля фактической несущей способности сваи на строительной площадке. Зная параметры сваебойного оборудования, определяется проектный отказ. Если фактический отказ оказывается больше проектного, то фактическая несущая способность сваи меньше проектной и, соответственно, в проект вносятся изменения.

    5.1.3. Метод статического зондирования позволяет раздельно определять сопротивление сваи под пятой и сопротивление сваи по боковой поверхности. При статическом зондировании зонд при помощи домкрата вдавливается с постоянной скоростью 0,5 м/мин и измеряется величина сопротивления грунта погружению конуса и величина трения грунта по боковой поверхности. Замеры производят каждые 20 см. затем строят график.

    Бывают следующие виды зондов:

    Удельное сопротивление грунта под нижним концом сваи:

    ,

    — переходный коэффициент от сопротивления грунта под зондом при его погружении к сопротивлению грунта под забивной сваей;

    — среднее значение сопротивления грунта под наконечником зонда на 1 d выше и 4 d ниже нижнего конца сваи.

    Среднее удельное сопротивление грунта по боковой поверхности сваи:

    (участки первого типа).

    (участки второго и третьего типа).

    Частное значение предельного сопротивления в месте зондирования:

    Несущая способность сваи:

    .

    5.1.4. Метод испытания свай статической нагрузкой. Несущая способность сваи определяется путем испытания ее аналога статической нагрузкой.

    На свая при помощи домкрата прикладывается ступенями нагрузка. Каждая ступень выдерживается до стабилизирующей осадки, затем строят график зависимости осадки от давления. За несущую способность принимается та, при которой осадка составляет 0,2 от предельно допустимой величины осадки.

    Проектирование свайных фундаментов ведется в следующей последовательности:

    1) определяется глубина заложения подошвы ростверка. Она не зависти от глубины промерзания грунтов, и определяется исключительно конструктивными потребностями;

    2) производится выбор типа сваи, длины сваи и поперечного сечения. Тип и вид сваи выбирается исходя из инженерно-геологических условий в зависимости от сваебойного оборудования. Длина сваи выбирается в зависимости от геологических условий так, чтобы свая прорезала слабые грунты и заглублялась в слой прочных грунтов не менее 1 м. в зависимости от длины сваи выбираются размеры поперечного сечения сваи, выбирается тип и вид сваи;

    3) определяется несущая способность сваи. Она определяется одним из четырех методов. Расчетная допустимая нагрузка на сваи определяется по формуле:

    ,

    Fd — несущая способность сваи;

    γn — коэффициент надежности, зависит от метода определения несущей способности сваи:

    γn=1,4 при практическом методе;

    γn=1,25 при зондировании;

    γn=1,1 при статическом методе;

    4) определяется количество свай в фундаменте по формуле:

    ,

    N I — нагрузка по первой группе предельных состояний;

    Р – расчетная нагрузка;

    5) определяются размеры ростверка и производится его конструирование.

    Размеры свай в плане:

    Если n получилось 3, 1, то принимаем количество свай 4.

    Железобетонные ростверки рассчитываются на продавливание колонной, сваей, на изгиб;

    6) производится проверка сваи по несущей способности.

    Проверка фактической нагрузки, приходящую на сваю:

    — при центрально нагруженных свайных фундаментах фактическая нагрузка на сваю определяется по формуле:

    — для внецентренно нагруженных фундаментов:

    — сумма квадратов расстояний свайного фундамента до оси каждой сваи.

    Если условия (*) не выполняются, то увеличивается количество свай.

    7) определение осадки свайного фундамента.

    Рассматривается условный фундамент, причем считается, что давление, действующее по подошве свайного фундамента, распределяется равномерно.

    (для внецентренно нагруженных).

    Если условие не выполняется, то увеличивают длину сваи или расстояние между сваями.

    РУП «Белстройцентр»

    В статье рассмотрено устройство свай большой несущей способности по технологии SFА. Проанализированы традиционные и новые схемы испытаний таких свай. Сопоставлены опытные значения с данными, полученными расчетом по результатам зондирования и по табличным значениям расчетных сопротивлений грунтов.

    This article describes construction of piles of high load-carrying capacity using SFA technology. The traditional and new diagrams of pile tests have been analyzed. The experimental values were compared to the values calculated by the results of the sounding test and the design values of soil resistance taken from the table.

    ВВЕДЕНИЕ

    Традиционные решения свайных фундаментов базировались на использовании забивных свай, на которые из-за ограниченных поперечных сечений предусматривалась передача проектных нагрузок, не превышающих прочности по материалу. Однако за последнее время наметилась тенденция к увеличению этажности зданий и, соответственно, нагрузок на фундаменты, что обусловило процесс интенсивного вытеснения забивных свай набивными с увеличением их диаметра, длины, прочности по материалу и несущей способности по грунту. Наиболее достоверные данные о несущей способности свай дают их статические испытания в конкретных инженерно-геологических условиях, которые и предусматриваются действующими нормами [1–6] с целью принятия обоснованных и экономичных решений нулевого цикла. Получаемые при испытаниях результаты позволяют, в случае необходимости, корректировать принятые исходные расчетные предпосылки при разработке проектов на базе прогноза несущей способности оснований свай по данным зондирования или табличным значениям сопротивлений грунтов.

    СУЩНОСТЬ ТЕХНОЛОГИИ SFА

    По технологии SFА в любых грунтах, даже неустойчивых водонасыщенных, скважины бурят непрерывным полым шнеком, через который по мере его последующего подъема в созданную скважину закачивается под давлением бетон, а в него сразу же погружается арматурный каркас на требуемую глубину. Важное достоинство данной технологии заключается в большой скорости устройства свай, а опрессовка грунта под давлением вдоль всего ствола способствует исключению шламообразования и достижению повышенных значений несущей способности основания.

    В Республике Беларусь существует нормативная база для проектирования и устройства буронабивных свай, выполняемых с опрессовкой окружающего грунта за счет его вытеснения в стороны при закачке бетона под давлением. В частности для свай системы SFAсправедливы предписания Пособий [3–5], которые будут переработаны в технические кодексы установившейся практики (ТКП) согласно новой структуре технических нормативных правовых актов (ТНПА) при их гармонизации с европейскими нормами (еврокодами и сопутствующими им стандартами), введенными в Беларуси с 01.01.2010.

    ТРАДИЦИОННЫЕ СХЕМЫ СТАТИЧЕСКИХ ИСПЫТАНИЙ СВАЙ

    Испытательные нагрузки на забивные сваи наиболее применяемых поперечных сечений 30х30 см не превышают 1000 кН. Обычно их создают при помощи домкратов, располагаемых под анкеруемыми упорными конструкциям (рис. 1а–1в).

    1 – тампонажная обойма в верхней части ствола; 2 – пята; 3 – упругая легкосжимаемая прокладка для разделения пяты и ствола сваи; 4 – внутренняя труба для передачи вдавливающего усилия на пяту; 5, 6 – упорные пластины; 7 – наружная труба с заливкой между ней и стенками скважины для передачи сдвигающего усилия на ствол сваи при его выдавливании вверх; 8 – тяги упора; 9 – гидравлический домкрат

    Рис. 1. Схемы испытаний свай на вдавливание: а – балочная упорная система; б, в, г – безбалочные упорные системы

    При балочной схеме испытаний для закрепления таких конструкций чаще всего используют смежные выдергиваемые сваи, винтовые или буроинъекционные анкеры, располагаемые на удалении от испытуемой сваи для исключения взаимного влияния. Забивные сваи при выдергивании удерживаются лишь силами трения вдоль стволов, поэтому их требуется большое количество. Предпочтительнее в этом отношении винтовые и буроинъекционные анкеры или набивные сваи, особенно с уширениями под нижними концами.

    При больших пролетах упорные балки должны иметь увеличенные поперечные сечения. В итоге это усложняет испытательную систему и делает ее дорогостоящей. Использование наклонных винтовых или буроинъекционных анкеров упрощает конструкцию упора, но также усложняет проведение испытаний и увеличивает сроки их выполнения.

    Чаще всего используют грузовую платформу (рис. 2). Однако при такой системе испытаний необходимо наличие большого количества грузов – бетонных блоков или плит. При этом обычно не учитывается неизбежно возникающее влияние пригрузки грунта на поверхности вокруг сваи, которое способствует обжатию ствола и увеличению сопротивления грунта сдвигу, а соответственно завышает в целом получаемые результаты.

    Рис. 2. Платформа из бетонных плит и блоков для испытания свай с грузами

    При испытании свай повышенной несущей способности традиционные схемы создают серьезные проблемы с передачей на сваи требуемых вдавливающих усилий. Имеющиеся недочеты при испытаниях свай даже малой несущей способности были отмечены в публикации М. И. Никитенко и В. Ю. Журавского [7], где обращалось внимание на необходимость строгого соблюдения требования стандарта [8] в части доведения испытательных нагрузок до получения осадок свай не менее 40 мм. Данное требование зачастую не соблюдалось, поэтому испытания свай не давали объективной информации о фактической несущей способности их оснований, что способствовало перерасходу материальных и трудовых ресурсов. При этом не всегда обеспечивалась требуемая степень эксплуатационной надежности свайных фундаментов. Положение усугубляется малым количеством испытаний свай согласно предписаниям норм, в то время как буроинъекционные анкеры испытывают на каждом объекте все без исключения.

    Читать еще:  Как выполнить кладку из керамического кирпича?

    ПРЕДЛАГАЕМЫЕ СХЕМЫ СТАТИЧЕСКИХ ИСПЫТАНИЙ СВАЙ

    Повышение этажности зданий и нагрузок на фундаменты диктует необходимость применения в неблагоприятных инженерно-геологических и гидрогеологических условиях новых конструктивно-технологических решений свай повышенной несущей способности. Это в свою очередь требует совершенствования методов и схем их испытаний.

    Упростить испытания свай большой несущей способности позволит предложенная авторами статьи и отраженная в [4] схема (см. рис. 1г). Благодаря использованию двух коаксиально размещенных в теле сваи труб имеется возможность раздельно передавать на грунт сжимающее усилие внутренней трубой через пяту, а сдвигающее усилие вдоль ствола – замоноличенной или завинченной наружной трубой. В этом случае требуется меньшая грузоподъемность домкрата без использования упорной системы или грузовой платформы. При недостаточном сопротивлении сдвигу вдоль ствола нужна лишь частичная дополнительная его пригрузка.

    В случае применения свайно-плитных фундаментов для высотных зданий предлагается испытывать сваи с упором домкрата в фундаментную плиту, удерживаемую заделанными в ней смежными сваями. Для определения доли сопротивления грунта сдвигу, в том числе негативного вдоль ствола, можно испытывать сваю на выдергивание после ее вдавливания.

    Оценить долю сопротивления грунта сжатию под фундаментной плитой или несущим ростверком можно посредством испытания их фрагментов, приходящихся на отдельные сваи и изготавливаемых автономно до выполнения соответственно плиты или ростверка. При этом фрагменты могут сопрягаться с плитой или ростверком уже после проведения испытания.

    Чтобы сократить сроки проведения контрольных испытаний свай, обусловленные процессом набора прочности бетоном, до их массового изготовления на объекте авторы предлагают испытывать стальные трубы, из которых наружная обсадная труба выполняет роль ствола, а внутренняя с заглушенным нижним торцом – роль пяты сваи. При этом наружная труба для повышения удерживающей способности может иметь внешние винтовые лопасти. Сотрудниками кафедры «Геотехника и экология в строительстве» Белорусского национального технического университета (БНТУ) совместно со специалистами УП «Геосервис», Управления инженерных работ ОАО «Стройкомплекс» и ОДО «Фундаменты» накоплен опыт проведения таких испытаний. Описанные схемы испытаний свай с раздельной фиксацией долей сопротивлений сжатию под пятами и сдвигу вдоль стволов повышают информативность и достоверность получаемых результатов, что особенно важно при наличии негативного трения вдоль стволов свай.

    Для испытания свай повышенной несущей способности на вдавливание усилием до 5000 кН ОАО «Буровая компания «Дельта» изготовила специальный стенд (рис. 3) в виде удерживаемой винтовыми анкерами перекрестной балочной системы для упора загрузочных гидродомкратов.

    Рис. 3. Загрузочный стенд для испытания свай при вдавливающих нагрузках до 5000 кН

    Используя итальянское оборудование, буровой компанией «Дельта» по технологии SFA выполнены и испытаны опытные сваи большой несущей способности на площадке строительства здания штаба-квартиры Национального олимпийского комитета (НОК) Беларуси в Минске. В связи с изменчивостью свойств грунтов (таблица 1) и характера напластований (рис. 4) опытные сваи имели переменные длины (7,5; 8,5 и 9,5 м) и диаметры стволов (0,7 и 0,9 м). В грунтовых условиях площадки вдавливающие нагрузки на сваи доводились от 1800 до 3000 кН. При этом значения несущих способностей отличались и составили согласно СНБ 5.01.01 [1] при осадках 24 мм от 1606 до 2844 кН.

    1. оСновнЫЕ положения

    1.1. Руководство предназначено для организаций, осуществляющих проектирование и строительство фундаментов мостов и транспортных зданий. Оно охватывает полевые испытания свай, свай-оболочек и свай-столбов 1) всех видов и типоразмеров, испытания грунтов штампами в шурфах котлованах, буровых скважинах, в основании свай-оболочек и свай-столбов.

    1) Здесь и далее имеется в виду:

    свая — полый или сплошного сечения призматический или цилиндрический элемент с линейный размером поперечного сечения до 0,8 м, погружаемый (до расчетного отказа) в грунт с закрытым или с открытым нижним концом, а также элемент, устанавливаемый в предельно пробуренную скважину и допогружаемый до получения расчетного отказа;

    свая-оболочка — полный или заполняемый бетонной смесью (после заглубления в грунт) элемент диаметром болев 0,8 м с открытым нижним концом, погружаемый с периодической выемкой грунта из его полости;

    свая-столб — элемент с размером поперечного сечения 0,8 м и более, сооружаемый путем устройства в грунте (или в скальной породе) скважины с уширенной нижней частью или без нее и последующего заполнения ее бетонной смесью, или элемент, устанавливаемый в скважину без принудительного заглубления.

    В дальнейшем «свая-оболочка» и «свая-столб» называются соответственно «оболочка» и «столб».

    Испытания свай, оболочек и столбов в вечномерзлых и набухающих грунтах, а также испытания таких грунтов штампами должны производится по индивидуальным программам, учитывающим особенности грунтов, требования соответствующих ГОСТов и настоящего Руководства.

    Руководство не содержит рекомендаций по анализу результатов испытаний свай, оболочек и столбов горизонтальной нагрузкой, который в каждом конкретном случае должен проводиться с учетом особенностей конструкции фундамента и характера действующих на него нагрузок.

    1.2. В зависимости от поставленной цели полевые испытания производят нагрузками следующих видов:

    а) динамической нагрузкой — свай и оболочек;

    б) статической осевой вдавливающей нагрузкой — свай, оболочек, столбов и штампов;

    в) статической горизонтальной нагрузкой — свай, оболочек и столбов;

    г) статической осевой выдергивающей нагрузкой — свай, оболочек и столбов.

    1.3. Полевые испытания динамической или статической нагрузками свай, оболочек и столбов должны производиться в случае необходимости определения или контроля их несущей способности по грунту и перемещений (по указанию или с ведома организации, проектировавшей фундаменты).

    1.4. Несущая способность Ф, тс, сваи, оболочки или столба на вдавливание по результатам их испытаний динамической или статической нагрузкой должна определяться по формуле

    где m и кг — коэффициенты условий работы и безопасности, принимаемые равными единице;

    нормативное значение предельного сопротивления по грунту на вдавливание сваи, оболочки или столба, тс, полученное на основании результатов испытаний согласно п. 1.5 настоящего Руководства 1)

    Далее при ссылках слова «настоящего Руководства» опускаются.

    Несущая способность Ф , тс, оболочки или столба на вдавливание по результатам испытаний штампом грунтов в их основании определяется по формулам:

    а) при скальной породе, крупнообломочном грунте с песчаным заполнителем или твердой глине в основании

    б) при прочих грунтах

    где R — расчетное сопротивление грунтового основания центральному (осевому) сжатию, определенному согласно п. 1.10 ;

    F — площадь подошвы оболочки или столба;

    U — периметр оболочки или столба;

    mf — коэффициент условий работа грунта на боковой поверхности оболочки или столба;

    fi — расчетное сопротивление i — го слоя грунта на боковой поверхности оболочки или столба;

    li — толщина i-го слоя грунта, расположенного в пределах от подошвы оболочки или столба до поверхности грунта (с учетом возможной срезки или возможности местного размыва дна водотока при расчетном паводке),

    Разбивку толщи грунта на слои и значения mf и fi следует принимать, руководствуясь указаниями главы СНиП по проектированию свайных фундаментов.

    1.5. В случаях испытаний свай, оболочек или столбов динамической или статической нагрузками нормативное значение предельного сопротивления на вдавливание следует принимать равным наименьшему предельному сопротивлению Фпр полученному по результатам испытаний.

    1.6. Несущую способность Фв, тс, сваи, оболочки или столба на выдергивание по результатам их испытаний следует определять по формуле

    (4)

    где m — коэффициент условий работы, принимаемый равным 0,6 при глубине погружения на 4 м и более и 0,4 при меньшей глубине;

    — нормативное значение предельного сопротивления сваи оболочки или столба на выдергивание, принимаемое равным наименьшему предельному сопротивлению полученному по результатам испытаний;

    К г — коэффициент безопасности по грунту , принимаемый равным единице.

    1.7. Если вокруг верхней части погруженных свай, оболочек или столбов будет удален грунт в результате последующей планировки территории, разработки котлована или местного размыва дна водотока при расчетном паводке, то необходимо значения несущей способности свай, оболочек и столбов на вдавливание ф и на выдергивание Фв, определенные согласно п.п. 1.4 и 1.6 по результатам их испытаний, уменьшить на разность сил трения грунта на их боковой поверхности, определенных согласно главе СНиП по проектированию свайных фундаментов для двух уровней поверхности грунта: при испытании и после срезки грунта или местного размыва при расчетном паводке.

    1.8. Несущую способность на вдавливание свай, оболочек и столбов, работающих в составе фундамента, следует считать обеспеченной при выполнении условия

    где Nmax — наибольшее продольное усилие в верхнем сечении сваи, оболочки или столба, тс;

    G — вес сваи, оболочки или столба, тс. Для всех свай а также оболочек или столбов, опирающихся на глинистые грунты или скальные породы, вес G следует определять без учета гидростатического взвешивания, а для оболочек или столбов, опирающихся на песчаные грунты – с учетом взвешивания; Ф – несущая способность сваи оболочки или столба на вдавливание, тс, определенная согласно пп. 1.4 и 1.7; Кн и m – коэффициенты надежности и условий работы.

    В случае, если элементы фундамента моста, т.е. сваи, оболочки или столбы, опираются на нескальный грунт и фундаментная плита расположена над его поверхностью, значение Кн следует принимать в зависимости от количества элементов в фундаменте: при n =1 ¸ 5 Кн=1,60 (1,75); при n =6 ¸ 10 Кн=1,5 (1,65); при n =11 ¸ 20 Кн=1,45 (1,6); при n>20 Кн=1,25 (1,4). Для фундаментов мостов в остальных случаях, а так же для всех фундаментов зданий и сооружений следует принимать Кн=1,25 (1,4). Приведенные в скобках значения коэффициента надежности следует использовать при условии, что величина Ф определена по результатам испытаний элементов динамической нагрузкой.

    Коэффициент условий работы следует принимать равным 1,0 за исключением приведенных ниже случаев.

    Если продольное усилие N в элементе фундамента здания или сооружения (кроме мостов) определено с учетом ветровых и крановых конструкций допускается принимать m =1,2.

    Если фундамент моста опирается на нескальный грунт и продольное усилие N в элементе определено с учетом (раздельном или в сочетании) нагрузок и воздействий от торможения, горизонтальных поперечных ударов подвижного состава, давления ветра и льда, навала судов, изменение температуры, допускается значение m принимать по табл. 1 в зависимости от наличия на плоской схеме фундамента наклонных элементов или только вертикальных, от количества nг групповых элементов на этой схеме (т.е. от числа их рядов, расположенных перпендикулярно плоскости действия внешней нагрузки) и от степени неравномерности распределения продольных усилий в элементах фундамента, характеризуемой отношением n N = N min / N max наименьшего продольного усилия в верхнем сечении элемента (положительно при сжатии и отрицательно при растяжении) к наибольшему. Для случаев, неохваченных табл. 1, надлежит принимать m =1.

  • Ссылка на основную публикацию
    ВсеИнструменты
    Adblock
    detector