Несущая способность буронабивной сваи: Несущая способность буронабивной сваи — таблица, пример расчета

Содержание

Несущая способность буронабивной сваи: таблица и расчет

Характерным показателем прочности свайного фундамента является несущая способность отдельно взятой сваи. Эта характеристика влияет на общее количество свай в периметре фундамента – регулируя частотность, можно повышать предел нагрузки, которую будет способен выдержать фундамент. Количество буронабивных свай и несущая способность отдельно взятой свайной колонны это взаимосвязанные характеристики, оптимальное соотношение которых определяется путем проведения несложных расчетов.

Подготовка к расчету

Конструкция буронабивных свай

Исходные данные, которые понадобятся для расчета несущей способности буронабивной сваи, получают в итоге проведения геологических изысканий и подсчета общей предполагаемой нагрузки здания. Это обязательные этапы расчета, проведение которых обосновано теорией расчета прочностных характеристик буронабивных фундаментов.

Такие показатели как глубина промерзания, уровень залегания грунтовых вод, разновидность грунта и его механические характеристики очень важны для получения точного результата. Информация о глубине промерзании грунта находится в СНиП 2.02.01-83*, данные разделены по климатическим районам, представлены картографически и в виде таблиц.

Не стоит полагаться на данные геологической и гидрогеологической разведки, полученные на соседних участках. Даже в пределах периметра одного земельного надела состояние грунтов оснований может резко изменяться. Три-четыре контрольные скважины в контрольных точках периметра дадут точную информацию о состоянии почв.

Расчет массы постройки ведут с учетом климатического района, расположения здания относительно румба ветров, среднего количества осадков в зимний период, массы строительных конструкций и оборудования. Этот показатель наиболее значим при проектировании фундамента – данные для проведения этой части расчета, а также схему и расчетные формулы можно найти в СНиП 2.01.07-85.

Проведение геологии

Шурф для проведения геологических изысканий

Проведение геологических изысканий ответственное мероприятие и в массовом поточном строительстве этим занимаются специалисты-геологи. В индивидуальном жилищном строительстве часто проводят самостоятельную оценку состояния грунтов. Не имея опыта проведения изысканий такого уровня очень сложно оценить реальное положение вещей. Работа грамотного специалиста по большей части заключается в визуальной оценке состояния напластований.

Для начала на участке устраивают шуфры – вертикальные выработки грунта прямоугольного или круглого сечения, глубиной от двух метров и шириной достаточной для визуального осмотра основания стенок ямы. Назначение шуфров – раскрытие почвы с целью осуществления доступа к напластованиям, скрытым под верхним слоем грунта. Геологи измеряет глубину пластов, берет пробу грунта из середины каждого слоя, а также впоследствии наблюдает за накоплением воды на дне забоя. Вместо шуфров могут устраиваться круглые скважины, из которых с помощью специального устройства вынимают керн или берут локальные пробы.

Шуфры укрывают на некоторое время – два-три дня – ограничивая попадание атмосферных осадков. После оценивают уровень воды, поднявшийся в полости скважины – эта отметка, отсчитанная от верхней границы, и будет уровнем залегания грунтовых вод.

Все полученные данные заносятся в сводную таблицу.Кроме того, составляется профиль сечения грунта, который позволяет предугадать состояние грунтов в точках, где бурение не производилось. При самостоятельной оценке оснований следует руководствоваться сведениями, представленными в СНиП 2.02.01-83* и ГОСТ 25100-2011, где в соответствующих разделах представлены классификации грунтов с описаниями, методы визуального определения типов грунта и характеристики в соответствии с типами.

Как использовать данные геологической разведки

Поле буронабивных свай

После того как проведена геология местности – самостоятельно или нанятыми специалистами – можно приступать к определению начальных геометрических характеристик свай.

Нас интересуют тип грунта, показатель коэффициента неоднородности грунта, глубина промерзания и уровень расположения грунтовых вод. Схема расчета несущей способности буронабивной сваи для различных типов грунтов находится в приложениях СП 24.13330.2011.

Глубина заложения сваи должна быть как минимум на полметра ниже глубины промерзания, чтобы предотвратить воздействие морозного пучения грунтов на опорную часть колонны. Средняя глубина промерзания в центральной полосе России 1,2 метра, значит, минимальная длина сваи должна составлять в таком случае 1,7 метра. Значение меняется для отдельно взятых регионов.

Не только относительная влажность, но и взаимное расположение нижней отметки промерзания грунта и глубины залегания грунтовых вод. В холодное время года высоко расположенные замерзшие грунтовые воды будут оказывать сильное боковое давление на тело свайной колонны – такие грунты сильно деформируются и считаются пучинистыми.

Некоторые грунты, характеризующихся как слабые, высокопучинистые и просадочные, не подходят для устройства свайных фундаментов – для них больше подходят ленточные или плитные фундаменты. Определить тип грунта, а также тип совместимого фундамента, значит исключить скорое разрушение конструкций. Показатели неоднородности грунта, указанные в таблицах вышеперечисленных нормативных документов, используются в дальнейших расчетах.

Расчет общей нагрузки

Сбор нагрузок позволяет определить массу здания, а значит усилие, с которым постройка будет воздействовать на фундамент в целом и на его отдельно взятые элементы. Существует два типа нагрузок, воздействующих на опорную конструкцию – временные и постоянные. Постоянные нагрузки включают в себя:

  • Массу стеновых конструкций;
  • Суммарную массу перекрытий;
  • Массу кровельных конструкций;
  • Массу оборудования и полезной нагрузки.

Посчитать массу конструкций можно, определив объем конструкций, и умножив его на плотность использованного материала. Пример расчета массы для одноэтажного здания с железобетонными перекрытиями, кровлей из керамической черепицы и со стенами 600 мм из железобетона, размерами 10 на 10 метров в плане, высотой этажа 2 метра:

  • Вычисляем объем стен, для этого умножаем площадь поперечного сечения стены на периметр. Получаем V стены = 20 ∙ 2 ∙ 0,6 = 24 м3. Полученное значение умножаем на плотность тяжелого бетона, которая равняется 2500 кг/см3. Итоговая масса стеновых конструкций умножается на коэффициент надежности, для бетона равный k = 1,1. Получаем массу M стены = 66 т.
  • Аналогично считаем объем перекрытий(подвального и чердачного),масса которых при толщине 250 мм будет равняться Мпк = 137,5 т, с учетом аналогичного коэффициента надежности.
  • Вычисляем массу кровельных конструкций. Масса кровли для 1 м2 металлочерепицы – 65 кг, мягкой кровли – 75 кг, керамической черепицы – 125 кг. Площадь двускатной кровли для здания такого периметра будет составлять примерно 140 м2, а значит масса конструкций составит Мкр = 17,5 т.
  • Общий размер постоянной нагрузки будет равняться Мпост = 221 т.

Коэффициенты надежности для различных материалов находятся в седьмом разделе СП 20.13330.2011. При расчете следует учитывать массу перегородок, облицовочных материалов фасада и утеплителя. Объем, который занимают оконные и дверные проемы не вычитают из общего объема для простоты вычислений, поскольку он составляет незначительную часть общей массы.

Расчет временных нагрузок

Ростверк на винтовых сваях

Временные нагрузки рассчитываются в соответствии с климатическим районом и указаниями свода правил «Нагрузки и воздействия». К временным относятся снеговая и полезная нагрузки. Полезная нагрузка для жилых зданий составляет 150 кг на 1 м2 перекрытия, а значит общее число полезного веса будет равняться Мпол = 15 т.

Масса оборудования, которое предполагается установить в здании, также суммируется в этот показатель. Для определенного типа оборудования применяется коэффициент надежности, расположенный в вышеуказанном своде правил.

Существуют различные типы особых нагрузок, которые также необходимо учитывать при проектировании. Это сейсмические, вибрационные, взрывные и прочие.

Снеговая нагрузка определяется по формуле:

где ce – коэффициент сноса снега, равный 0,85;

ct – термический коэффициент, равный 0,8;

m – переходный коэффициент, для зданий в плане менее 100 м принимаемый по таблице Г вышеуказанного СП;

St – вес покрова снега на 1 м2. Принимается по таблице 10.1, в зависимости от снегового района.

Показатели временных нагрузок суммируются с постоянными и получается количественный показатель общей нагрузки здания на фундамент. Это число используется для расчета нагрузки на одну свайную колонну и сравнения предела прочности. Для удобства расчета и наглядности примера примем временные нагрузки Мвр = 29 т, что в сумме с постоянными даст Мобщ = 250 т.

Посмотрите видео, как правильно рассчитать нагрузку на основание.

Определение несущей способности сваи

Геометрические параметры сваи и предел прочности это взаимосвязанные величины. В данном примере, нагрузка на один метр фундамента будет составлять 250/20 = 12,5 тонн.

Расчет предела предела нагрузки на отдельно взятой буронабивной сваи ведут по формуле:

где F – предел несущей способности; R – относительное сопротивление грунта, пример расчета которого находится в СНиП 2.02.01-83*; А – площадь сечения сваи; Eycf, fi и hi – коэффициенты из вышеуказанного СНиП; y – периметр сечения свайного столба, разделенный на длину.

Посмотрите видео, как проверить несущую способность сваи с помощью профессионального оборудования.

Для сваи полутораметровой длины диаметром 0,4 метра несущая способность будет равняться 24,7 тонны, что позволяет увеличить шаг свайных колонн до 1,5 метров. В таком случае нагрузка на сваю будет составлять 18, 75 тонн, что оставляет довольно большой запас прочности. Изменением геометрических характеристик, а также шага свайных колонн регулируется несущая способность. Данная таблица, представленная ниже, показывает зависимость несущей способности полутораметровой сваи от диаметра:

Зависимость несущей способности от ширины сваи

Существует масса сервисов, позволяющих провести расчет несущей способности сваи онлайн. Пользоваться следует только проверенными порталами, с хорошими отзывами.

Важно не превышать допустимую нагрузку на сваю и оставлять запас прочности – немногие сервисы умеют планировать распределение нагрузки, поэтому следует обратить внимание на алгоритм расчета.

Расчет фундамента из свай

 

Расчет несущей способности бутобетонной буронабивной сваи.
Несущую способность буронабивных бутобетонных свайных фундаментов, воспринимающих вертикальную сжимающую нагрузку, определяют исходя из сопротивления материала фундамента и сопротивления грунта основания (под нижним концом и на боковой поверхности сваи), принимая меньшее из двух значений.
Несущая способность буронабивной сваи глубиной от 1,5 м до 3 м по грунту, работающей на осевую сжимающую нагрузку (Р), определяется по формуле:

P несущая способность сваи = 0,7 коэфф. однородности грунта х (

нормативное сопротивление грунта под нижним концом сваи х F площадь опирания сваи (м2) + u  периметр сваи (м) х  0,8 коэфф. условий работы х fiн нормативное сопротивление грунта на боковой поверхности ствола сваи х li - толщина несущего слоя грунта, соприкасающегося с боковой поверхностью сваи (м)

- нормативное сопротивление грунта в тоннах под нижним концом сваи, принимается по таблицам №№1, 2, 3; fiн - нормативное сопротивление грунта на боковой поверхности ствола сваи, т/м2, принимаемается  по таблице №4. При разных слоях грунта на глубине залегания сваи сумма сопротивления грунта на боковой поверхности сваи рассчитывается отдельно для каждого слоя грунта и полученный результат умножается на периметр сваи.

Таблица №3 Нормативные сопротивления глинистых грунтов в плоскости нижних концов бутобетонных буронабивных свай.

Вид грунта

Коэффициент пористости

Нормативные сопротивления Rн, т/м2 глинистых грунтов различной консистенции

Твердые

Полутвердые

Туго пластичные

Мягко пластичные

Супеси

0,5

47

46

45-43

42-41

Супеси

0,7

39

38

37-35

34-33

Суглинки

0,5

47

46

45-43

42-41

Суглинки

0,7

37

36

35-33

32-31

Суглинки

1,0

30

29

27-24

23-21

Глины

0,5

90

87

84-78

76-72

Глины

0,6

75

72

69-63

60-57

Глины

0,8

45

43

42-39

37-36

Глины

1,1

37

35

33-28

26-24

Таблица №4 Нормативные сопротивления грунтов на боковой поверхности буронабивных свай.

 

Средняя глубина расположения грунта, м

Нормативные сопротивления Rн, т/м2 глинистых грунтов различной консистенции

Полутвердые

Тугопластичные

Мягкопластичные

0,5

2,8

1,7-0,8

0,3

1

3,5

2,3-1,2

0,5

2

4,2

3,0-1,7

0,7

3

4,8

3,5-2,0

0,8

Таблица. Признаки визуального определения консистенции глинистых грунтов в поле *

Консистенция грунта

Визуальные признаки

Твердая и полутвердая

При ударе грунт разбивается на куски, при сжатии в руке рассыпается.

Тугопластичная

Брусочек грунта при попытке его сломать заметно изгибается до излома, достаточно большой кусок грунта разминается с трудом.

Мягкопластичная

Разминается руками без особого труда, при лепке хорошо сохраняет форму.

Текучепластичная

Грунт легко разминается руками, плохо держит форму при лепке.

Текучая

Течет по наклонной плоскости толстым слоем (языком).

* Указания  по инженерно-геологическим обследованиям при изысканиях автомобильных дорог. М.-1963г.- Приложение №1

Пример ориентировочного расчета свайного фундамента на буронабивных сваях .  Требуется рассчитать расстояние между висячими (без опоры на скальные грунты) буронабивными короткими сваями (до 3 м) под здание с центрально приложенной вертикальной расчетной нагрузкой Np = 5,5 т/погонный метр.
Грунтовые условия, по данным инженерно-геологических изысканий представлены суглинками, залегающими с поверхности земли до глубины 3 м. Причем, до глубины 2 м – залегают суглинки тугопластичные, а с глубины 2м  до 3 м - суглинки полутвердые. Далее, до глубины 9,2 м - пески крупные, плотные влажные. Грунтовые воды находятся на глубине 9,2 м от поверхности. Буровая скважина сухая.

Схема: Грунтовые условия и глубина буронабивных свай, расчет которых необходимо произвести.

Принимаем размеры свай (вариант A):  диаметр буронабивной сваи d = 0,5 м;  длина буронабивной сваи  l = 3,0 м. Нагрузка, приходящаяся на одну сваю составляет x метров (шаг свай) х 5,5 тонн (нагрузка на погонный метр фундамента ).
Несущую способность набивных свай исходя из грунтовых условий рассчитывают по формуле

P несущая способность сваи = 0,7 коэфф. однородности грунта х (нормативное сопротивление грунта под нижним концом сваи х F площадь опирания сваи (м2) + u  периметр сваи (м) х  0,8 коэфф. условий работы х fiн нормативное сопротивление грунта на боковой поверхности ствола сваи х li - толщина несущего слоя грунта, соприкасающегося с боковой поверхностью сваи (м)

В плоскости нижних концов свай залегает крупный песок, плотный влажный с несущей способностью Rн = 70 т/м2.
Площадь сечения (основания) круглой сваи составляет   S= 3,14 D2/4
S= 3,14 х 0,25 / 4 = 0,785/4 = 0,196 м2
Периметр сваи u = 3,14 D = 3,14 x 0,5 = 1,57 м;
Дополнительный коэффициент условий работы mf = 0,8; В глинах и в скважинах с водой коэффициент работы сваи вместо 0,8 принимается равным 0,6. (Таблица 7.5 СП 50-102-2003 Проектирование и устройство свайных фундаментов).
Нормативное сопротивление грунта на боковой поверхности ствола, принимаемое по табл., составит:  

  1. Для первого тугопластичного слоя грунта (суглинка) глубиной от 0 до 2 метров (среднее – 1 метр) – нормативное сопротивление грунта на боковой поверхности ствола составит от 1,2 до 2,3 т/м2  (См. строку для грунта на глубине 1 метр).  Принимаем самое малое значение сопротивления грунта с запасом 1,2 т/м2
  2. Для второго полутвердого слоя грунта (суглинка) глубиной от 2 до 3 метров (среднее – 2,5  метра) – от 4,2 до 4,8 т/м2 .  Принимаем самое малое значение сопротивления грунта с запасом 4,2 т/м2

Несущая способность сваи по грунту будет:
Р = 0,7 х 1 [70  х 0,196 + 1,57 х 0,8 (1,2 х 2 + 4,2 х 1)] = 15,4 т.
Минимально допустимый шаг свай составит 15,4 тонны / 5,5 тонн/м =2,8 метра. Разумно достаточным будет использование шага между сваями 2,5 метра.

Посмотрим, как изменится несущая способность сваи по грунту  при уменьшении диаметра сваи до 40 см (вариант Б):
Площадь сечения (основания) круглой сваи составляет   S= 3,14 D2/4
S= 3,14 х 0,2 / 4 = 0,16/4 = 0,125 м2
Периметр сваи u = 3,14 D = 3,14 x 0,4 = 1,25 м;
Несущая способность по грунту сваи диаметром 40 см составит:
Р = 0,7 х 1 [70  х 0,125 + 1,25 х 0,8 (1,2 х 2 + 4,2 х 1)] = 10,7 т.  Такие сваи придется ставить через 2 метра.

Посмотрим, как изменится несущая способность сваи диаметром 50 см при уменьшении глубины ее заложения с 3 до 2-х метров (вариант В):

При глубине заложения на 2 метра, буронабивная свая будет опираться на слой полутвердого суглинка, а боковые поверхности ствола сваи будут соприкасаться с 2 метровым слоем тугопластичного суглинка.
В плоскости нижних концов свай залегает полутвердый суглинок, с несущей способностью Rн = 36 т/м2.
Площадь сечения (основания) круглой сваи составляет   S= 3,14D2/4
S= 3,14 х 0,25 / 4 = 0,785/4 = 0,196 м2
Периметр сваи u = 3,14 D = 3,14 x 0,5 = 1,57 м;
Дополнительный коэффициент условий работы mf = 0,8;
Нормативное сопротивление грунта на боковой поверхности ствола для тугопластичного слоя грунта (суглинка) глубиной от 0 до 2 метров (среднее – 1 метр) – нормативное сопротивление грунта на боковой поверхности ствола составит от 1,2 до 2,3 т/м2  (См. строку для грунта на глубине 1 метр).  Принимаем самое малое значение сопротивления грунта с запасом 1,2 т/м2
Несущая способность по грунту сваи диаметром 50 см и глубиной 2 метра составит:
Р = 0,7 х1 [36  х 0,196 + 1,57 х 0,8 (1,2 х 2) = 7 т.  Такие сваи придется ставить уже через 1,2 метра.

Из вышеприведенного примера можно сделать два важных вывода:

  1. При  устройстве фундамента важно проводить исследование подлежащего грунта для определения его несущих способностей.  
  2. Обычно увеличение несущей способности по грунту для коротких висячих свай дает увеличение глубины их заложения. При этом необходимо соблюдать минимальный рекомендованный диаметр для буровых свай глубиной до 3 м  величиной не менее 30 см (требования пункта 15.2.Свода правил СП 24.13330.2011 «Свайные фундаменты. Актуализированная редакция  СНиП 2.02.03-85 и пункта 1810.3.5.2.2 Международного строительного кода  IBC -2009).

Несущая способность буронабивной сваи: таблица

Отличный пример создания свайного основания.

Любой начинающий строитель знает, что основой для прочности дома является его фундамент. Но установка хорошего фундамента довольно трудоемкая процедура, требующая знаний, опыта и большого количества времени, особенно, если речь идет о свайном основании. Понадобится правильно произвести расчет буронабивных свай и их несущей способности. Ведь от этого будет зависеть прочность и срок эксплуатации возведенной постройки. В данной статье будет рассмотрено, как правильно выполнить расчет несущей способности свай по грунту и какие данные для этого понадобится использовать.

Способы определения несущей способности сваи

Существует несколько методов, как произвести подобные расчеты. К ним относятся:

  1. Расчетный метод. Он не отличается высокой эффективностью, но применяется довольно часто, так как в отличие от других довольно простой.
  2. Пробные статические нагрузки. Крайне эффективная методика, но она требует много времени и сил. Довольно часто применяется профессионалами.
  3. Динамическое испытание. Производится посредством нескольких ударов молотка по установленным сваям, после чего фиксируется осадка. Преимуществом такого способа является то, что его можно использовать непосредственно на строительном участке, но в отличие от предыдущего метода, он не столь эффективен.
  4. Зондирование. Этот способ подразумевает комбинирование статического и динамического метода. Он производится путем регистрации данных несущей способности на поверхность базис с заранее установленных специальных датчиков. Оборудование стоит довольно дорого, поэтому такие вычисления зачастую выполняются только специалистами.

Расчетный способ часто используется простыми обывателями, так как для этого не потребуется специального оборудования или большого количества опыта. Понадобится лишь собрать определенные данные, которые пригодятся для расчетов. Остальные методики также могут использоваться, но для их реализации понадобятся знания и приспособления, которые у новичков в строительном ремесле зачастую отсутствуют.

Чтобы увеличить количеству знаний по теме вычисления несущей способности свай, рекомендуется к просмотру следующее видео.

По мере увеличения количества столбов для базиса, увеличивается и его прочность.

Изучение параметров буронабивных свай для расчетов

При установке свайного базиса необходимо учитывать такую характеристику, как несущая способность буронабивной сваи, так как она влияет на расход материала для их монтажа и параметры качества базиса и всего здания.

Этот параметр во многом зависит от диаметра используемого столба. Например, буронабивная свая, имеющая диаметр 300 мм, может выдержать давление в 1,7 т, а свая с диаметром 500 м может выдержать даже 5 т. Небольшие изменения в размере крайне сильно увеличивают допустимую нагрузку, поэтому правильный расчет несущей способности сваи по материалу гарантирует прочное основание. Помимо этого, от данной характеристики зависит расход материалов для возведения дома.

Исходя из этого, расчет количества свай и расстояния при их монтаже является частью общих подсчетов, которые необходимо выполнить для возведения крепкого здания.

Пример схемы, по которой осуществляется монтаж буронабивных свай.

Материал производства

Размер сваи не единственный фактор, который нужно брать во внимание. При расчетах необходимо также учитывать материал, из которого изготавливалось изделие. Разновидность и марка бетона, используемого во время заливки участка, сильно влияет на износостойкость и срок эксплуатации фундамента, а, следовательно, и всего здания.

Как пример, свая, залитая бетоном М 100, может выдержать давление до 100 кг на 1 см². Это довольно хороший показатель, так как свая с основанием в 20 см и площадью в 400 см² может держать на себе до 40 т.

Помимо этого, нужно считать не только нагрузку, которая будет оказываться на столб, но и прочностные характеристики самого грунта. Это связано с тем, что при возможной нехватке столбов и повышенном давлении на почву, основание может повредиться из-за того, что некоторые сваи слишком углубятся в грунт. Если это произойдет, выполнить ремонтные работы будет довольно трудно, и без помощи специалистов обойтись уже не получится.

Чем выше прочность подстилающей почвы, тем меньше опор потребуется для создания прочного базиса. Также понадобится учитывать глубину промерзания почвы, уровень грунтовых вод, качество армирования и прочие факторы.

Расчет несущей способности свай

С подобными расчетами сможет справиться новичок, так что привлечение специалистов не потребуется. Определение несущей способности свай состоит из следующих этапов:

  1. Подготовка к процедуре, сбор информации, анализ почвы.
  2. Расчет по готовой формуле.

Подготовка к расчетам

Данные, которые будут использоваться для подсчета несущей способности свай, получают после проведения геологических процедур и расчета планируемого давления на постройку. Сбор этих данных крайне важная работа, так как именно от них зависит правильность результата подсчетов.

Таблица, которая позволяет определить разновидность грунта по характеристикам.

При подсчетах необходимо учитывать большое количество разнообразных характеристик почвы. Информацию по этим данным можно найти в СНиП, где она разделена по климатическим зонам и представлена в разном виде.

Определение несущей способности свай не может базироваться на данных, собранных на соседних участках. Даже в пределах одной земельной территории геологические показатели могут довольно сильно варьироваться. Несколько скважин по периметру участка, позволят собрать детальную информацию о качестве грунта. Ошибка в сборе данных может привести к довольно неприятным последствиям.

Вычисление массы постройки проводится с учетом климатического фактора, размещения здания на поверхности относительно направления потоков, количества осадков зимой, веса строительных материалов и оборудования.

Расчет по формуле

Несущая способность сваи по грунту, которая влияет на оказываемую нагрузку, зависит от характеристик материала, из которого она изготавливалась и прочностных параметров почвы. Для подсчетов выбирается минимальный показатель, так как он иногда увеличивается.

Несущая способность сваи вычисляется по следующей формуле: P=ko*Rn*F+U*kp*Fin*Li, где P – непосредственно несущая способность; ko – показатель однородности почвы; Rn – возможное сопротивление почвы относительно фундамента; F -площадь базиса на сваях, см²; U – периметр участка, м; kp – рабочий коэффициент; Fin -допустимое сопротивление почвы по бокам используемых свай; Li – толщина грунта, который соседствует с боковой поверхностью столба, м.

Все необходимые данные грунтов нужно искать в приложениях СНиП в предназначенном для этого разделе. Если грунт является многослойным, то возможности сопротивление поверхности высчитываются для каждого слоя по отдельности, после чего показатели складываются воедино. Также при подсчете существующей несущей способности к давлению понадобится добавлять массу самих свай и ростверка.

После того как несущая способность свай была рассчитана, вычисляется их необходимое количество для создания базиса постройки. Необходимо учитывать, что самым большим интервалом между сваями является отметка в 2 м, а самым маленьким – сумма 3-х диаметров скважин.

Таблица несущей способности буронабивной сваи позволяет упростить процедуру расчетов.

Когда все необходимые исчисления проведены, осуществляется заливка. Бетон для этого изготавливается прямо на участке, где проводятся строительные работы, что позволяет сэкономить на доставке. Можно использовать различные марки раствора, но необходимо следить за его качеством и сроком годности. Если будет применен некачественный бетон, это существенно повлияет на срок службы здания.

Как видно из статьи, соорудить свайный фундамент своими силами довольно трудно, но возможно. Основной процедурой является расчет несущей способности столбов. Если все подсчеты будут выполнены правильно, то и результат будет на высоком уровне, а постройка прослужит большое количество времени. Существуют специальные таблицы, в которых уже собраны многие данные. С помощью них можно пропустить трудоемкий процесс сбора большого количества данных для подсчетов.

Пример 2.1 Определение несущей способности буронабивной сваи длиной 2,2 м

Опубликовал admin | Дата 28 Июнь, 2016

 

 


Необходимо определить допустимую нагрузку, которую может воспринять набивная висячая железобетонная свая. Свая погружена в песчаный непучинистый грунт на глубину L = 2,2 м. Песок средней крупности с коэффициентом пористости е = 0.7 Диаметр сваи: d = 0.2 м.

Решение

При определении сопротивления грунта по боковой по­верхности сваи при толщине прорезаемого слоя более 2 м этот слой следует разбивать на несколько слоем с толщиной каждого не более 2 м.

Разбиваем слой на два слоя мощностью 2 и 0,2м.

Площадь поперечного сечении сван:

А = πd2/4 = 3,14*0,22/4 = 0,0314 м2.

Периметр сечения сваи:

и = πd = 3,14*0,2 = 0,628 м.

Расчетное сопротивление грунта набивной сваи под нижним концом сваи:

R = 1,5 МПа = 1500 кПа.

Средняя глубина расположения споев (см рис. 1)

h1 = 1,0 м;

 

h2 = 2,1 м.

Расчетное сопротивление по боковой поверхности сваи при его средней глубине заложения h1 = 1,0 м  принимаем  f1 = 54 кПа.

Расчетное сопротивление по боковой поверхности сваи при его средней глубине заложения h2= 2,1 м принимаем  f2= 58.5 кПа.

Коэффициент условий работы сван в грунте γс = 1,0.

Коэффициент углов и й работы грунта под нижним концом сван γсR = 1,0.

Коэффициент условий работы грунта по боковой поверхности сваи γсf = 0.8.

Несущая способность набивной сваи :

Fd = γсf сRRA + u∑γсf f1h1) =

= 1,0(1.0* 1500*0,0314 + 0.628(0,8*54*2 + 0.8*58,5*0,2)) = 107,2 кН.

Коэф. надежности по грунту  γk = 1.4.

Допустимая расчетная нагрузка на сваю по грунту:

F = Fd / γk = 107,2 / 1,4 = 76,57 кН.

Примеры:

 

О влиянии качества зачистки уширения скважины на несущую способность буронабивной сваи | Дзагов

СП 45.13330.2012. Земляные сооружения, основания и фундаменты (Актуализированная редакция СНиП 3.02.01-87).

СТО НОСТРОЙ 2.29.108-2013. Устройство фундаментов мостов. Часть 2. Устройство свайных фундаментов. - ООО Издательство "БСТ". М., 2014.

СТБ EN 1536-2009. Выполнение специальных геотехнических работ. Буровые сваи. Республика Беларусь. Минск.

Jorn M. Seitz, Heinz-Gunter Schmidt. Bohrpfahle. Ernst & Sohn Verlag fur Architektur und technische Wissenschaften GmbH, Berlin, 2000.

EN 1997 1. Eurocode 7: Geotechnical design - Part 1: General rules.

Herrmann R.A., Lowen M., Tinteler T., Krumm S. Research on the Load-Bearing Behaviour of Bored Piles with Different Enlarged Bases.-Proceedings of the 18th International Conference on Soil Mechanics and Geotechnical Engineering, Paris 2013. - Pp. 2755-2758.

СП 24.13330.2011. Свайные фундаменты (Актуализированная редакция СНиП 2.02.03-85).

Тер-Мартиросян А.З., Тер-Мартиросян З.Г., Чинь Туан Вьет. Взаимодействие длинной сваи конечной жесткости с уширенной пятой и окружающего грунта // Инженерная геология. - 2015.-№ 6. - С. 44-51.

Григорян А.А., Чахвадзе А. . Влияние уширенной

пяты на несущую способность буронабивных свай // "ОФМГ". - 1986. - № 6. -С. 12-14.

Буронабивные сваи в промышленном строительстве // Сборник докладов и сообщений на Всесоюз. на уч. техн. совещании по устройству набивных свай большого диаметра (г. Набережные Челны, 24-26 мая 1972 г.). - М.: Стройиздат, 1974. 122 с.

Ермошкин П.М. Устройство буронабивных свай. - М., Стройиздат, 1982.

Michael Tomlinson and John Woodward. Pile design and construction practice. 5th edition. -2008.

Дзагов А.М., Сидорчук В.Ф. О напряженном состоянии основания при устройстве и нагружении буронабивной сваи в глинистых грунтах // "ОФМГ". - 2001. № 3. - С. 10-15.

Мамонов В.М., Дзагов А.М., Ермошкин П.М. Несущая способность буронабивных свай изготовленных из бетонов различного состава // "ОФМГ". -1989. - № 1. С. 11-14.

ГОСТ 5686-78. Грунты. Методы полевых испытаний сваями.

Дзагов А.М., Сидорчук В.Ф. Осадки буронабивных свай при длительном замачивании просадочных грунтов // "ОФМГ". -2012. - № 5. - С. 12-18.

Григорян А.А., Хабибуллин И.И. Несущая способность буронабивных свай на площадках строительства Волгодонского завода тяжелого машиностроения // "ОФМГ". - 1977. - № 2.- С. 13-16.

Судьин В.М., Данилов Ю.В. Производство работ по устройству буронабивных свай // Энергетическое строительство. -1980. - № 1. - С. 25-27.

Еремин В.Я., Еремин А.В., Сарафанов Н.В., Буданов А.А. Некоторые проблемы качества буровых свай / Тр. Междунар. Научно-технич. конф. (3-5 октября 2006 г. Уфа) Проблемы механики грунтов и фундаментостроения в сложных грунтовых условиях. - Уфа, 2006. - Т. 1. -С. 85-96.

СП 22.13330.2011. Основания зданий и сооружений (Актуализированная редакция СНиП 2.02.01-83*).

Григорян А.А., Хабибуллин И.И. Экспериментальные исследования распределения напряжений в буронабивных сваях значительных размеров // "ОФМГ". - 1980. - № 3. - С. 11-13.

Мамонов В.М., Ермошкин П.М. Исследование условий формирования несущей способности и прочности стволов БНС // "ОФМГ". - 1982. - № 1. - С. 10-14.

Whitaker T., Cook R.W. An investigation of the shaft and base resistances of large bored piles in London clay. Proc. Of the symp. on large bored piles, ICE, 1966.

Design of Deep Foundations. Technical instructions TI 818-02. US Army Corps of Engineers. 3 August 1998.

Пособие П13-01 к СНБ 5.01.01-99. Проектирование и устройство буронабивных свай. - Министерство архитектуры и строительства Республики Беларусь. Минск, 2002.

Дзагов А.М. Определение сопротивления просадочных грунтов на боковой поверхности буронабивных свай и щелевых фундаментов // "ОФМГ". - 2012. - № 5. -С. 22-25.

Улицкий В.М., Шашкин А.Г., Парамонов В.Н. Определение несущей способности буровых свай //"ОФМГ". - 2001. - № 2. - С. 13-16.

Дзагов А.М. Разработка способа расчета сопротивления оснований буронабивных свай с учетом процесса твердения бетона. Автореф. дисс...канд. техн. наук. – М-Л., 1985.

Рекомендации по расчету песчаных и глинистых оснований глубоких опор типа буровых свай большого диаметра по деформациям. - НИИОСП. М., 1970.

Далматов Б.И. Оценка несущей способности свай трения // Основания и фундаменты. Сб. науч. трудов № 72 ЛИСИ. - Л., 1972.

Барвашов В.А., Экимян Н.Б., Аршба Э.Т. Методы оценки несущей способности свай при действии вертикальной нагрузки. Обзор. - М., ВНИИИС, 1985.

Методы определения несущей способности буронабивных свай CFA


Никитенко М.И., Моради С. Б. (БИТУ, г. Минск),
Шипица В.И. (БПП, г. Минск),
Черношей Н. В. (ОАО «Буровая компания «Дельта», г. Гомель)
 

В статье приведены грунтовые условия объекта со свойствами грунтов и опытными зави­симостями для испытанных на нем свай CFA большой несущей способности, дано сопоставле­ние опытных данных и посчитанным по результатам зондирования и по табличным значениям сопротивлений грунтов.

Введение. За последнее время наметилась тенденция к увеличению этажности зданий и нагрузок на фундаменты, что обусловило применение набивных свай с увеличением их диа­метров и длин, а соответственно 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 предусматривается действующими нормами [1-6,8] 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 фунтов.
По технологии CFA в любых грунтах, даже водонасыщенных, скважины бурят непрерыв­ным полым шнеком, через который по мере его последующего подьема в скважину закачивают под давлением бетон, а в него сразу же погружают арматурный каркас на требуемую глубин}. Данная технология обеспечивает большую скорость устройства свай при отсутствии шламооб-разования в забое скважин и достижении повышенных значений несущей способности основа­ния за счет опрессовки грунта вдоль всего ствола при закачке бетона под давлением.
В Беларуси проектированию и устройству буронабивных свай системы CFA способству­ет существующая нормативная база [2-6].
 
Схемы статических испытаний свай. Испытательные нагрузки на сваи обычно созда­ют при помощи грузовых платформ (рис. 1) или домкратами с их упором в анкеруемые конст­рукции. При балочной конструкции для ее закрепления чаще всего используют смежные выдер­гиваемые сваи, винтовые или буроинъекционные анкера, располагаемые на удалении от испыту­емой сваи для исключения взаимного влияния. Упорные балки больших пролетов должны иметь увеличенные поперечные сечения, особенно при испытании свай повышенной несущей способ­ности. Для их испытания усилием вдавливания до 5000 МН ОАО «Буровая компания «Дельта»  изготовила стенд в виде удерживаемой системой винтовых анкеров перекрестной балочной конструкции (рис. 2).

Рис. 1. Платформа для испытания свай с грузами из бетонных плит и блоков

 


Рис. 2. Балочный стенд для испытания свай при вдавливании до 5000 кН


 
Грунтовые условия и результаты испытаний свай CFA. Такие опытные сваи выпол­нены и испытаны на площадке строительства в Минске здания штаб-квартиры Национального олимпийского комитета (НОК) РБ. В связи с разными свойствами грунтов (таблица 1) и характе­ром напластований (рис. 3) сваи имели длины 7,5; 8,5 и 9,5 м с диаметрами по 0,9 м. В этих условиях их вдавливали нагрузками от 2500 кН до 4000 кН. При этом несущие способности составили от 2500 кН до 3800 кН при осадках 24 мм согласно [1].
 


Таблица 1 - Характеристики грунтов основания

Графики зависимостей осадок свай от вдавливающих усилий на рис. 4, а имеют большое разброс, а при обработке в относительных величинах в единой системе координат на рис. 4 (б) они все сгруппированы тесно. При этом опытные соотношения, принятые для предельных значений осадок 24 мм и для максимально достигнутых от 28,32 мм до 52,14 мм, практически дают одинаковый характер кривизны графиков. Такое свойство графиков в относительных величинах позволяет с достаточной степенью достоверности прогнозировать несущие способности основа­ний свай посредством нелинейной экстраполяции в случае достижения при испытании свай ог­раниченных нагрузок с осадками менее значений по требованиям [8] и даже допустимых со­гласно [1].
 
При проектировании несущую способность оснований свай прогнозируют суммированием расчетных сопротивлений грунтов на боковой поверхности и под нижними концами и уширениями при их наличии. Эти сопротивления определяют по результатам зондирования [2] или табличным значениям, полученным в итоге статистической обработки опытных данных для различных глубин и соответствующих грунтов с учетом изменчивости их свойств за счет техноло­гических особенностей устройства свай [3-7]. Достоверность такого прогноза мы попытались оценить сравнением с данными испытаний свай статическими нагрузками согласно [8] в конкретных геологических условиях,
 

Рис. 3. Геологические колонки в точках выполнения опытных свай


а)                                                                б)
Рис. 4. Графики зависимостей осадок от нагрузок для свай №№ 1-23, испытанных на объекте:
«Штаб-квартира НОК РБ. Офисно-гостиничный комплекс в квартале ул. Тимирязева-Радужная-Нарочанская - пр. Победителей в г. Минске»:
а - абсолютные, б - относительные значения 

 

В табл. 2 приведены значения сопротивлений грунтов вдоль боковых поверхностей и под нижними концами свай по результатам их статических испытаний согласно [7] и вычисленные с учетом статического или динамического зондирования [2] и по табличным расчетным сопро­тивлениям грунтов [3-5]. Анализ этих значений указывает на малую достоверность прогноза несущей способности оснований буронабивных свай по результатам зондирования и по таблич­ным расчетным сопротивлениям грунтов. В таблице 3 приведены соотношения вычесленных сопротивлений и полученных при испытании свай.


Таблица 2 - Значения в кН сопротивлений грунтов по боковым поверхностям, под нижними концами свай и суммарные, определенные разными методами

Таблица 3 - Соотношение между расчетными значениями сопротивлений и данными, полученными при испытаниях 

Заключение

  1. Новые геотехнические технологии устройства буронабивных свай обеспечивают опрес-совку окружающих стволы грунтов с получением высоких значений несущей способности оснований.
  2. Прогнозируемые при проектировании значения несущих способностей оснований свай по результатам зондирования и по табличным расчетным сопротивлениям грунтов могут быть заниженными или завышенными по сравнению с фактическими в реальных грунтах. Поэтому требуется дальнейшее уточнение в действующих нормативных документах корреляционных за­висимостей для разных видов и свойств грунтов с учетом их изменчивости или преобразования за счет технологических особенностей устройства свай.

СПОСОБ ПОВЫШЕНИЯ НЕСУЩЕЙ СПОСОБНОСТИ БУРОНАБИВНОЙ СВАИ

Предполагаемое изобретение относится к строительству, в частности к устройству свайных фундаментов зданий и сооружений, возводимых в стесненных условиях.

За аналог примем буронабивную сваю, которая выполняется путем заполнения полости скважины монолитным железобетоном [1]. Недостатком аналога является значительно меньшая несущая способность буронабивной сваи по сравнению с забиваемой, а также большие неравномерные осадки каждой из свай и всего сооружения.

Известны также фундаменты в вытрамбованных котлованах с уширенным основанием [2]. Основным недостатком такого фундамента является невозможность его устройства вблизи зданий старой застройки, вследствие опасного влияния значительных динамических колебаний на строительные конструкции существующего сооружения. Известны фундаменты с реактивными двигателями [3, 4, 5, 6, 7, 8, 9].

За прототип примем патент RU №2230157 [6].

Технический результат изобретения - повышение несущей способности буронабивных свай и исключение неравномерных просадок отдельных свай и всего сооружения.

Технический результат по способу повышения несущей способности буронабивных свай реализован тем, что каждую буронабивную сваю выполняют из двух элементов: нижнюю часть - из сыпучего рабочего тела (щебня, шлака и тому подобного материала) взаимодействующего с грунтовым основанием, а верхнюю часть сваи сооружают монолитной, железобетонной с крестообразным оголовком. Причем подошва рабочего тела залегает глубже глубины промерзания грунта.

Способ заключается в том, что возводят монолитный, железобетонный ростверк и частично возводят все сооружение.

Монтируют на крестообразные оголовки свай пары домкратов-пульсаторов двойного возвратно-поступательного действия, упирают их плунжеры в ростверк сооружения.

Пары домкратов-пульсаторов, соединяют маслопроводами с пульсирующей насосной станцией, с пульта включают домкраты-пульсаторы и импульсами впрессовывают верхнюю монолитную часть сваи вглубь.

Впрессовывают пятой монолитной сваи рабочее тело в рыхлое грунтовое основание, трансформируют форму поверхности контакта рабочего тела с грунтовым основанием в каплевидную, грушевидную форму.

Обжимают поверхностью контакта рабочего тела слабое грунтового основания под ним и вокруг него, предварительно напрягают, уплотняют и упрочняют, этим слабые рыхлые зоны грунтового основания, до проектного значения силы.

По манометрам контролируют развиваемое парой домкратов-пульсаторов давление, в несколько раз увеличивают несущую способность каждой из свай. Выравнивают прочность и деформативность зоны контакта грунтового основания с рабочим телом, выравнивают несущую способность свай по отношению друг к другу и предотвращают появление неравномерных осадок, и исключают крен сооружения.

На фиг.1 показана буронабивная свая до процесса вдавливания предварительного напряжения железобетонного ствола сваи, на фиг.2 - после вдавливания, предварительного напряжения ствола сваи; на фиг.3 - буронабивная свая с конкретными размерами до задавливания; на фиг.4 - буронабивная свая для конкретного примера после задавливания.

Технологическая последовательность сооружения буронабивной сваи заключается в следующем. Буровыми станками или специальными устройствами формируют скважину необходимого диаметра и глубины. В скважину механизированным способом засыпают щебень 1, высота слоя которого определяется расчетом, низ слоя щебня должен располагаться в несущем слое, ниже глубины промерзания грунта 2. Сверху на щебень опирают монолитный железобетонный ствол сваи 3, который должен обеспечить прочность и устойчивость сваи в слабом грунте 4. Железобетонный ствол сваи возводится до ростверка надземной части здания 5. Оголовок 6 верхней части ствола сваи выполняют крестообразным для установки пары домкратов-пульсаторов 7, обеспечивающих предварительное напряжение всей системы, вдавливанием верхней монолитной части сваи 3. Под воздействием усилий пары домкратов-пульсаторов 7, величины которых контролируется образцовыми манометрами, формируют уширение нижней части сваи из щебня 8, уплотняют прилегающий несущий слой грунта 9, этим регулируют несущую способность буронабивной сваи, регулируют предварительное ее напряжение величиной вдавливания железобетонного ствола сваи 3. Этим увеличивают диаметр сыпучего рабочего тела 8 под подошвой и регулируют передачу усилий от монолитных железобетонных свай 3 на сыпучее рабочее тело 8. Уплотняют слабое грунтовое основание 2 под интрузивом, аналогично способу, приведенному в патенте [6].

Пример конкретной реализации

1. Расчет буронабивной сваи без задавливания железобетонного ствола 2. На фиг.3 приведены основные параметры буронабивной сваи.

Расчет ведем для буронабивной сваи диаметром ⌀500 мм и длиной 5 м.

Несущую способность Fd буронабивной сваи определяем согласно [1]:

FdccR·R·A+uΣγcffi·hi).

Для нашего случая:

fi=0,039 МПа;

hi=100 см;

R=0,65 МПа;

при Sr=0,85<0,9; γc=0,8; γcR=1; γcf=0,6;

;

u=π·50=157 см.

Сопротивление грунта по боковой поверхности сваи в насыпном грунте не учитываем. Для глубины заложения нижнего конца сваи h=5 м и JL=0,3 имеем R=0,65 МПа.

Средняя глубина расположения слоя грунта для учета сопротивления по боковой поверхности d=4,5 м, fi=0,039 МПа.

Несущая способность сваи:

Fd=0,8(1·0,65·1963+157·0,6·0,039·100)=1314,7 гН.

2. Расчет буронабивной сваи с уширенным основанием. На фиг.4 приведены основные параметры буронабивной сваи с уширенным основанием.

После вдавливания буронабивной сваи на глубину 1 м в основании сваи формируется интрузив из щебня, имеющего увеличенный диаметр в плане по отношению к монолитной части сваи. При заполнении скважины щебнем на высоту 1,2 м объем щебня составляет:

V=A·h=0,19625·1,2=0,235 м3.

Радиус интрузива при данном объеме щебня равен:

Площадь уширения:

A=π·r2=π·382=4536 см2.

Согласно [1] сваи, погружаемые вдавливанием в предварительно пробуренные лидерные скважины с заглублением концов свай не менее 1 м ниже забоя скважины относятся к категории свай, устраиваемых без выемки грунта. Несущую способность Fd сваи, погружаемой без выемки грунта, определяем согласно [1]:

FdccR·R·A+uΣγcffi·hi).

γc - коэффициент условий работы сваи в грунте, принимаемый γc=1;

γcR=1,0 - коэффициент условий работы грунта под нижним концом сваи;

R - расчетное сопротивление грунта под уширением. При d=6 м и JL=0,3 R=3,05 МПа;

A=4500 см2 - площадь уширения;

u=157 см - наружный периметр поперечного сечения сваи;

fi=0,039 МПа - расчетное сопротивление i-го слоя грунта основания на боковой поверхности сваи;

hi=100 см - толщина i-го слоя грунта, соприкасающегося с боковой поверхностью сваи;

γcf=0,5 - коэффициент условий работы грунта на боковой поверхности.

Тогда:

Fd=1(1·3,05·4500+157·0,5·0,039·100)=14031 гН

То есть при вдавливании буронабивной сваи, со слоем щебня в нижней части на глубину не менее 1 м ее несущая способность повышается более, чем в 10 раз (сопоставление с прототипом).

По сравнению с выше приведенным аналогом технический результат достигнут тем, что буронабивная свая изготавливается двухслойной, нижний слой которой состоит из щебня, а верхний слой представляет собой железобетонный ствол, на который опирается надземная часть здания, при вдавливании ствола сваи формируется уширение из нижнего слоя щебня и уплотняется зона несущего слоя грунта, расположенная вблизи рассматриваемой сваи, в результатен изменения расчетых характеристик несущая способность буронабивной сваи повышается в несколько раз.

Литература

1. СП 24.13330.2011 «СНиП 2.02.03-85 Свайные фундаменты».

2. СП 50-104-2004. Проектирование и устройство оснований и фундаментов зданий и сооружений.

3. Нежданов К.К., Нежданов А.К., Кузина В.Н. Фундамент под металлическую колонну, способ его сооружения и рихтования. Патент России №2123091. М., Кл. E02D 27/00, 27/50. Бюл. №34, 10.12.1998.

4. Нежданов К.К., Нежданов А.К., Туманов В.А., Лаштанкин А.С. Фундамент для внецентренно нагруженной колонны. Патент России №2225480. E02D 27/00, 27/50. Бюл. №7, 10.03.2004.

5. Нежданов К.К., Нежданов А.К., Либаров А.В. Способ управления напряженным состоянием рамы двухпролетного здания фундаментами с реактивными двигателями. Патент России №2319811. E02D 35/00.

6. Нежданов К.К., Нежданов А.К., Кострыкин П.А., Туманов В.А. Способ управления осадкой осевшего фундамента. Патент России №2230157. E02D 35/00, 37/00. Бюл. №6, 27.02.2004. Прототип.

7. Нежданов К.К., Нежданов А.К., Карев М.А., Куничкин П.В. и др. Способ управления неравномерными осадками здания на ленточных фундаментах. Патент России №2319810 С2. Заявка 2005 116391. E02D 35/00 (2006.01). Бюл. №8, 23.03.2008.

8. Нежданов К.К., Нежданов А.К., Куничкин П.В. Усилитель грузоподъемности гидродомкрата. Патент России №2325484. Заявка на изобретение №2006 128807/03 (013927) 2007-09-10. Решение о выдаче 17 сент. 2007. Бюл. №15, 27.05.2008.

9. Нежданов К.К., Нежданов А.К., Чернецов А.С. Шпала для скоростного рельсового пути. Патент России №2324783. Е01В 3/16, Е01В 3/44. Заявка на изобретение №2006 112729/11 (013849). 2007.09.10. Бюл. №14, 20.05.2008.

Способ повышения несущей способности буронабивных свай, заключающийся в том, что каждую буронабивную сваю выполняют из двух элементов: нижнюю часть - из сыпучего рабочего тела (щебня, шлака и тому подобного материала), взаимодействующего с грунтовым основанием, причем подошва рабочего тела залегает глубже глубины промерзания грунта, верхнюю часть сваи сооружают монолитной, железобетонной с крестообразным оголовком, возводят монолитный, железобетонный ростверк и частично возводят все сооружение, монтируют на крестообразные оголовки свай пары домкратов-пульсаторов двойного возвратно-поступательного действия, упирают их плунжеры в ростверк сооружения, пары домкратов-пульсаторов соединяют маслопроводами с пульсирующей насосной станцией, с пульта включают домкраты-пульсаторы и импульсами впрессовывают верхнюю монолитную часть сваи вглубь, впрессовывают подошвой монолитной сваи рабочее тело в рыхлое грунтовое основание, трансформируют форму поверхности контакта рабочего тела с грунтовым основанием в каплевидную, грушевидную форму, обжимают поверхностью контакта рабочего тела слабого грунтового основания под ним и вокруг него, предварительно напрягают, уплотняют и упрочняют этим слабые рыхлые зоны грунтового основания до проектного значения силы, по манометрам контролируют развиваемое парой домкратов-пульсаторов давление, в несколько раз увеличивают несущую способность каждой из свай, выравнивают прочность и деформативность зоны контакта грунтового основания с рабочим телом, выравнивают несущую способность свай по отношению друг к другу и предотвращают появление неравномерных осадок, и исключают крен сооружения.



(PDF) Несущая способность модели буронабивной сваи, построенной в гипсовом грунте

111

1. ВВЕДЕНИЕ

Гипсовый грунт классифицируется как один из проблемных грунтов из-за их сложного и непредсказуемого поведения

. Они существуют во многих частях мира, сосредоточены в основном в засушливых и полузасушливых регионах,

, Ас-Сауди и др., 2013. Сообщалось, что в Ираке многие крупные проекты пострадали от

нескольких проблем, связанных с для строительства на гипсовых почвах или на них, таких как трещины, опрокидывание, обрушение и

выщелачивания почвы, Махди, 2004.Например, случаи повреждения и обрушения произошли в почве

под фундаментом домов в AL-Thawrra Hai, 1969, в городе Мосул, Al-Busoda, 1999.

Это хорошо известный факт, что гипсовые почвы демонстрируют высокую несущую способность и очень низкую сжимаемость

в сухом состоянии. Гибкость гипсовых грунтов возникает в результате прямого контакта

воды.

В гражданском строительстве можно определить, что грунт является «гипсовым грунтом», когда он имеет содержание гипса

, достаточное для изменения свойств этого грунта, Seleam, 2006.

Глубокие фундаменты обычно состоят из свай, которые представляют собой конструктивные элементы, устанавливаемые забивным или монолитным способом.

Строительство. Фундамент на разрушающемся грунте страдает от внезапной осадки, которая может привести к серьезным повреждениям из-за затопления.

Основа «подхода механики грунта» к расчету несущей способности свай состоит в том, что полное сопротивление сваи

нагрузкам сжатия является суммой двух составляющих, а именно поверхностного трения

и торцевого сопротивления.Свая, в которой преобладает поверхностный компонент трения, известна как свая трения

; в то время как свая, опирающаяся на скалу или какой-либо другой твердый несжимаемый материал, известна как

Концевая свая. При работе с концевыми несущими сваями необходимо следить за тем, чтобы твердый и плотный слой

выдерживал нагрузку, Tomlinson, 2004.

Ghazali, et al., 1990, представили историю болезни конструкции сваи. фундаменты в известняковых

и коралловые образования и испытания свайной нагрузки в районе Джидды на восточном побережье Красного моря.В данном исследовании

представлены два подхода к проектированию: забивные сваи из сборного железобетона, буронабивные сваи и сваи с цементным раствором.

Согласно результатам испытаний на нагрузку этих двух предлагаемых типов свай, забивные и залитые цементным раствором бетонные сваи

оказались наиболее подходящими для образования кораллов и карбонатных отложений

восточного побережья Красного моря. Исследователи пришли к выводу, что забивная свая заставляет зерна почвы

дробиться, а не смещаться.Это также вызывает разрушение структуры и цементирование коралловой породы

, что приводит к низкому поверхностному трению. Наблюдаемые допустимые осадки для забивных железобетонных свай

были высокими и превышали значения, указанные в спецификации, даже до достижения

рабочей нагрузки.

Nabil, 2001, изучал поведение групп буронабивных свай в цементированных песках с помощью программы полевых испытаний

на участке в Южной Сурре, Кувейт. Программа состояла из испытаний на осевую нагрузку одинарных буронабивных свай на растяжение и сжатие

.Были испытаны две группы свай, каждая из которых состояла из пяти свай. Отложения грунта

на участке представлены песками средней плотности, слабосцементированными с прочностными характеристиками

, сцеплением 20 кПа и углом внутреннего трения 35 градусов. Результаты испытаний одиночных свай показали, что

распределение осевой нагрузки вдоль сваи при сжатии было почти линейным. Кроме того, одиночные сваи при сжатии

выдерживали 70% приложенной нагрузки при разрушении при боковом трении и 30% при сопротивлении основания.

Эксперимент по увеличению несущей способности свайного фундамента в лессовой зоне с помощью Postgrouting

Postgrouting Технология Postgrouting - неизбежная тенденция при разработке буронабивных свай в лессовой зоне. Чтобы изучить поведение торцевого сопротивления, бокового трения и несущей способности сваи после набивки и обычной сваи, механизм улучшения несущей способности после набивки в конце сваи анализируется с помощью испытания на разрушение свайного фундамента при статической нагрузке в сочетании с принцип взаимодействия раствора с грунтом и модель жидкости Бингема.Результаты показывают, что взаимодействие раствора с грунтом увеличивает прочность торцевого грунта сваи и способствует проявлению торцевого сопротивления; относительное смещение сваи-грунт уменьшается, а боковое трение увеличивается с изменением свойств границы раздела свая-грунт; в то же время высота подъема раствора приблизительно равна теоретическому расчетному значению. Кроме того, очевидно, что последующая укладка может улучшить несущие характеристики сваи, так что оседание свайного фундамента замедлится, а несущая способность увеличится.

1. Введение

С развитием гражданского строительства в больших масштабах и массовости применяется все больше и больше видов свайных фундаментов [1–6]. Но монолитная набивная свая часто не может удовлетворить потребности вышеупомянутой разработки. Из-за врожденных дефектов технологии формирования сваи (отложения на концах сваи и бокового слоя грязи) сопротивление концов и боковое трение будут значительно снижены [7]. Чтобы уменьшить скрытые риски, такие как отложения на концах сваи и боковая грязь, в свайный фундамент внедряется технология затирки и обработки фундамента, а технология последующей затирки на конце сваи появляется по мере необходимости.Под заделкой на конце сваи понимается заделанная предварительно цементная труба в буронабивной свае. После формирования сваи затвердевший раствор (например, чистый цементный раствор и цементный раствор) равномерно вводится в слой конца сваи или герметичную камеру через устройство предварительной затирки на конце сваи, которое затвердевает осадок на конце сваи и образует жесткий несущий слой для уменьшения осадки свайного фундамента [8–10].

Как эффективная мера для повышения несущей способности, технология постброски на конце сваи получила признание и получила широкое распространение [11, 12].Карими и др. [13, 14] использовали контейнер с усеченным конусом для моделирования сваи, чтобы изучить влияние цементного раствора на плотность сваи и улучшение почвы. Результаты показали, что цементация может улучшить несущую способность буронабивных свай и сборных железобетонных свай за счет увеличения степени взаимодействия сваи с грунтом и плотности грунта вокруг сваи [15, 16]. Лю и др. [17] представили и изучили эффект предварительного напряжения в процессе цементирования на типичном случае. Подробно объяснен механизм воздействия предварительного натяга на несущую способность и поперечное трение.На основе статистического анализа 50 тестовых свай Dai et al. В [18] получен диапазон улучшений коэффициента бокового трения и сопротивления свайного фундамента для различных грунтов и предложены ключевые технологии и параметры построечной прокладки. Thiyyakkandi et al. В [19] детально изучен механизм разрушения сваи струйной цементации в условиях затирки торца сваи и свайной стороны. Юн и Тонон [20] взяли реку Басо в Техасе в качестве примера, чтобы количественно оценить влияние посткорпусных работ на производительность буронабивных свай методом конечных элементов.Посредством полевых испытаний и численного моделирования He et al. [21] обнаружили, что поперечная жесткость и несущая способность сваи увеличились примерно на 110% и 100%, соответственно, при распылении цементного раствора вокруг конца сваи при 7,5 D ( D = диаметр сваи).

С постоянным развитием технологии постгрутинга люди накопили большой опыт инженерной практики [22–25], но в то же время до сих пор отсутствует глубокое понимание механизма усиления постгрутинговых технологий. , особенно в области лёсса, поэтому необходимость в проведении соответствующих исследований возрастает [26–29].В этой статье на основе статических нагрузочных испытаний, в соответствии с данными измерений и в сочетании с теоретическими методами, анализируется механизм повышения несущей способности конца сваи после укладки, что является полезным справочным материалом для проектирования и исследования подобных проектов. в будущем [30, 31].

2. Условия на площадке

Испытательная площадка расположена на специальной автомагистрали международного аэропорта Сиань Сяньян в Шэньси, Китай, как показано на Рисунке 1. Геологические данные бурения на месте показывают, что верхний слой почвы на испытательной территории это новый лёсс с разборчивостью.Цвет желтовато-коричневый, толщина около 8 метров. Новый лёсс однородный, слегка влажный и пористый, на нем видны червоточины и раковины улиток. Нижняя часть - палеопочва и старый лёсс. Мощность палеопочв от 1 до 6 м, неравномерная. Цвет палеопочв в основном коричневый или коричнево-красный, твердопластичный, слегка влажный, с меньшим количеством макропор и большим количеством известковых конкреций в средней и нижней частях. Мощность старого лесса от 2 до 15 м, он однородный.Цвет коричневато-желтый; пластик жесткий, слегка влажный, компактный; и поры не развиты. Испытательный участок можно разделить на шесть слоев в соответствии с текстурой почвы, и геологические данные показаны в таблице 1.


6

Почва Толщина (м) Плотность (кг / м 3 ) Содержание воды (%) Насыщение (%) Предел жидкости (%) Индекс текучести Когезия (кПа) Угол внутреннего трения (°) Допустимая несущая способность ( кПа)

Мягкая глина 7.5 1310 10,3 32 29,3 1,07 25,1 23 125
Илистая глина 2,0 ​​ 1440 12,1 2,0 ​​ 1440 12,1
1540 13,5 52 28,8 1,27 38,9 23 132
Средний песок 12,0 1700 12,0 1700

Две буронабивные роторные сваи диаметром 1.Устанавливается 5 м и полезная длина 22 м. Обычная свая - S1, а свая после укладки - S2. Конкретные параметры показаны в Таблице 2.


Название Номер Тип Диаметр (м) Длина (м) Примечания
S1 1 Буронабивная свая 1,5 22 ① Количество основных укреплений 28, диаметр 22 мм
② Диаметр хомутов 8 мм, они расположены по длине свай
③ Хомуты жесткости имеют диаметр 18 мм и интервал 2 м.
Это обычная свая
S2 1 Буронабивная свая 1.5 22 ① Количество основных усилителей 28, диаметр 22 мм
② Диаметр хомутов 8 мм, они расположены по длине свай
③ Хомуты жесткости 18 мм в диаметре. диаметр и с интервалом 2 м
Это сваи после проходки
Анкерная свая 8 Буронабивная свая 1,7 42 ① Количество основных арматурных элементов 32, диаметр 25 мм
② Диаметр хомутов составляет 8 мм, и они расположены по длине свай
. Хомуты жесткости имеют диаметр 22 мм, с интервалом 2 м.
. Каждая анкерная свая заделана 18 стальными стержнями с резьбой диаметром 32 мм. мм, которые соединены со съемником анкера для обеспечения силы реакции

2.1. Технология затирки

Как скрытый проект, последующая подстилка выполняется для консолидации отложений и укрепления почвы в определенном диапазоне на конце сваи после того, как бетон сваи был залит и достиг определенной прочности (обычно 7– 10 дней), чтобы улучшить несущую способность и контролировать осадку свайного фундамента.

2.1.1. Затирочное оборудование и процесс

Затирочная машина для буронабивных свай состоит из двух частей: устройства для цементации грунта и устройства для подземной цементации.Устройство для цементации грунта состоит из цементного насоса высокого давления, смесителя для жидкого навоза, резервуара для хранения жидкого навоза, системы наземных трубопроводов и приборов для наблюдения. Устройство для подземной цементации состоит из сваи, канала для заливки раствора и устройств для заливки раствора на конце сваи, а устройство для последующей цементации показано на рисунке 2.


В этой статье используется модифицированная труба для цементирования, заменяющая обычную труба железной трубой. Свойства железной трубы и стального арматурного каркаса одинаковы, что позволяет решить проблему разрушения трубы из ПВХ.Длина нити между двумя трубками не менее 2 см. Наружная резьба оборачивается сырой резиновой лентой для герметизации стыка. Прямая труба и U-образная труба равномерно расположены с обеих сторон арматурного каркаса и привязаны к внутренней части арматурного каркаса. Каждая U-образная труба соединяется с двумя трубами для цементирования, на трубе устанавливается обратный клапан. Процесс строительства показан на Рисунке 3.


2.1.2. Критерии прекращения затирки раствора

Максимальное давление затирки определяется структурой сваи (длиной и диаметром сваи), сопротивлением подъему сваи и грунтовыми условиями.Перед затиркой можно оценить максимальное давление затирки и качество затирки в соответствии с вышеуказанными условиями (также можно определить экспериментально). Вообще говоря, заливку раствора можно прекратить, когда качество затирки и давление затирки соответствуют одному из следующих условий: (1) Качество затирки соответствует проектным требованиям (2) Качество затирки достигло 80% от проектного значения, а давление затирки достигло 150% от расчетного давления затирки и поддерживается более 5 минут (3) Общий объем затирки достиг 80% от расчетного значения, и есть заметный подъем на вершине сваи или грунте

Как мы все знаем, почва чрезвычайно сложна.Для разных геологических условий свойства грунта конца сваи сильно различаются. Это приводит к тому, что качество затирки и давление свайного фундамента после укладки сильно отличаются от проектных требований в процессе строительства. В этом состоянии его необходимо повторно проанализировать на основе реального проекта. Стоит отметить, что при очень высоком давлении затирки и небольшом объеме затирки перед продолжением строительства необходимо проанализировать влияющие факторы и устранить иллюзию, вызванную закупоркой труб.

Качество затирки соответствует проектным требованиям. Качество цементного раствора финального испытания составляет 2550 кг, максимальное давление 2,5 МПа, и, наконец, верх сваи поднимается на 1,62 мм.

2.2. Система измерения

Экспериментальная система измерения состоит из смещения и напряжения. Прежние измерительные инструменты включают эталонную стальную балку, циферблатный индикатор и прецизионный уровень. Последний включает датчик напряжения арматуры и коробку давления. Измерительный элемент - важная часть полевых испытаний [32, 33].Внутреннее усилие и деформация сваи измеряются инструментами для укладки. Рациональность расположения средств измерений повлияет на точность результатов испытаний. В этом полевом испытании напряжение и смещение сваи определяются с помощью датчика напряжения арматуры и индикатора часового типа.

2.2.1. Контрольная стальная балка и циферблатный индикатор

Две контрольные стальные балки I-образной формы симметрично размещены с обеих сторон испытательной сваи, и ближайшее расстояние до анкерной сваи равно 3.3 мес.

Осадку свайного фундамента измеряют циферблатным индикатором в диапазоне 0–100 мм. На плоскость тестовой сваи укладываются четыре стрелочных индикатора, которые находятся на высоте 50 см от поверхности. Они размещаются в перпендикулярном поперечном направлении и закрепляются на опорной стальной балке с помощью магнитной стойки.

2.2.2. Датчик напряжения арматуры и блок давления

Датчик напряжения арматуры типа JXG-1 используется с диапазоном от –40 кН до 60 кН и тремя схемами расположения на метр. Его можно использовать только после калибровки.Ящики давления расположены в поперечном сечении вершины сваи, всего их пять: один в центре поперечного сечения вершины сваи и четыре симметрично расположенных на вертикальных диаметрах сваи.

2.3. Испытательная нагрузка

Согласно проектным требованиям испытание на статическую нагрузку проводится с использованием устройства противодействия для поперечной балки анкерной сваи. Он состоит из трех частей: системы нагружения, системы измерения смещения и системы противодействия. Система противодействия состоит из шести 500-тонных гидравлических домкратов: одной главной балки, двух второстепенных балок, одного масляного насоса и четырех анкерных свай.Загрузочное устройство состоит из двух домкратов. Давление в системе нагрузочного масла измеряется высокоточным манометром. Противодействующая сила домкратов в основном обеспечивается четырьмя анкерными сваями, а также основными и второстепенными балками. Перед использованием домкратов его калибруют.

В этом тесте статической нагрузки используется метод поддержания медленной нагрузки для пошаговой нагрузки. После того, как каждая нагрузка достигает стабильности, применяется нагрузка следующего этапа, пока не будет достигнута максимальная нагрузка. После стабилизации нагрузка будет постепенно снижаться до тех пор, пока не исчезнет нагрузка на верхнюю часть сваи.Перед испытанием несущей способности одинарной сваи каждая система устанавливается и отлаживается строго по правилам. Возраст загрузки каждой тестовой сваи составляет 15 дней.

3. Результаты
3.1. Несущая способность свайного фундамента

Как показано на Рисунке 4, обе испытательные сваи имеют большое вертикальное смещение под нагрузкой, а кривая «нагрузка-смещение» показывает тип «крутого падения». Осадка S2 немного больше, чем у S1 на начальном этапе нагружения, но постепенно первая становится меньше второй с увеличением нагрузки.Это показывает, что затирка торца сваи начинает играть активную роль. При нагрузке 17500 кН осадка S1 составляет 14,19 мм. Под нагрузкой 20000 кН осадка S1 внезапно увеличивается до 57,36 мм, и свая разрушается. В это время осадка S2 составляет 19,77 мм, а осадка стабильна, поэтому предельная несущая способность S1 составляет 17500 кН. Осадка S2 составляет 26,89 мм при нагрузке 22500 кН, осадка S2 - 62,68 мм при нагрузке 25000 кН. Предельная несущая способность S2 составляет 22500 кН, увеличена на 28.57% по сравнению с S1. Это показывает, что несущая способность свайного фундамента может быть значительно улучшена за счет последующей цементации на конце сваи.


В процессе последующей заделки цементный раствор оказывает восходящее воздействие на тестовую сваю, что приводит к смещению тестовой сваи вверх. Во время перемещения испытательной сваи вверх грунт вокруг сваи нарушается, и сопротивление трения слоя грунта уменьшается, но незначительно. Поскольку подъем тестовой сваи равен 1.62 мм в процессе цементирования и почва вокруг сваи нарушается за один цикл под верхней нагрузкой, боковое трение верхнего слоя почвы играет первую роль, чем трение нижнего слоя почвы под нагрузкой, что приводит к оседанию испытательной сваи после цементирования немного больше, чем у обычной сваи. С увеличением нагрузки постепенно проявляется боковое трение нижнего слоя почвы, и последующая прокладка грунта играет положительную роль. После нагрузки поперечное трение верхнего слоя грунта уменьшается, и степень уменьшения больше, чем у обычных свай (как показано на рисунке 5), что приводит к внезапному увеличению осадки, большему, чем у обычной сваи, поэтому окончательный осадка сваи после цементирования больше, чем у обычной сваи.

3.2. Осевое усилие

На рисунках 6 и 7 показаны кривые распределения осевых сил испытательных свай S1 и S2 соответственно. Из графика видно, что осевое усилие постепенно уменьшается вниз по свае. Но на этапе нагружения скорость уменьшения осевой силы свай S1 и S2 различна, что в основном проявляется в интуитивной разнице наклона кривой осевой силы, отражающей величину поперечного сопротивления свай. Чем меньше уклон, тем больше разница в осевом усилии и тем больше разница в поперечном сопротивлении между верхней и нижней секциями в это время, что указывает на то, что поперечное сопротивление сваи после грунтовки очевидно больше, чем у обычной сваи. .А при небольшой нагрузке в нижней части сваи практически отсутствует осевое усилие. При постепенном увеличении нагрузки нижняя часть сваи начинает создавать осевое усилие; другими словами, сопротивление в конце стопки начинает играть роль. Когда нагрузка на верх сваи достигает 22500 кН, доля концевого сопротивления составляет около 38,02%.



3.3. Боковое трение

Как показано на рисунке 5, боковое трение начинает играть роль постепенно с увеличением относительного смещения сваи и грунта [34].На рисунке 5 (а) показано, что из-за смещения испытательной сваи вверх во время процесса посткорпусной укладки почва вокруг сваи нарушается, и боковое трение в определенной степени уменьшается. А под нагрузкой боковое трение верхнего слоя почвы играет роль в первую очередь, чем трение нижнего слоя почвы, поэтому уменьшение бокового трения 0–4 м части S2 более очевидно, чем у S1. Поскольку относительное смещение между сваей и грунтом слишком велико, окончательная осадка испытательной сваи больше, чем у обычной сваи.Сопротивление трению частей двух свай размером 4–8 м и 8–10 м увеличивается с увеличением относительного смещения сваи и грунта, а поведение двух свай близко друг к другу, что указывает на то, что влияние построечной набивки на сопротивление трению деталей невелико. Однако из-за того, что общая осадка испытательной сваи замедлилась из-за последующей цементации, сопротивление боковому трению деталей под предельной нагрузкой больше, чем у обычной сваи.

Из рисунков 5 (b) –5 (e) видно, что боковое трение S2 на участке 10–22 м меньше, чем у S1 на начальной стадии нагружения, когда относительные смещения сваи и грунта равны, и с увеличением нагрузки поперечное трение S2 больше, чем у S1, когда смещения одинаковы.Относительное смещение сваи и грунта для S2 меньше, чем для S1, когда их боковое трение одинаково, что указывает на то, что последующая укладка может увеличить боковое трение этой части. С 19–22 м до 10–13 м усиливающий эффект бокового трения постепенно снижается. Это происходит из-за плохой инъекционной способности грунта конца сваи на более поздней стадии затирки. Под действием давления раствор течет вверх вдоль конца сваи, а давление раствора и радиус потока постепенно уменьшаются от конца сваи вверх.Таким образом, количество заполнителя раствора между стороной сваи и почвой уменьшается по направлению вверх вдоль конца сваи. Заливка цементного раствора изменяет свойства поверхности раздела исходной сваи и грунта, так что боковое трение поднимающейся части раствора увеличивается, а эффект усиления постепенно уменьшается от конца сваи вверх.

Смещение конца сваи под нагрузкой уменьшается из-за того, что грунт торца сваи упрочнен после цементирования. Подъем суспензии изменяет свойства границы раздела сваи и почвы, увеличивается боковое трение поднимающейся части, а относительное смещение сваи и почвы уменьшается, что приводит к замедлению общей осадки тестовой сваи и увеличению бокового трения. вовлечены в игру в большей степени.И согласно рисунку 8 сопротивление поперечному трению S2 по длине сваи увеличивается на 30,10%, 40,22%, 42,07%, 55,23%, 61,97%, 66,27% и 69,36%, соответственно, по сравнению с S1 при их соответствующих предельных нагрузках. .


3.4. Высота подъема навозной жижи

Почва вокруг сваи будет сдавливаться в процессе подъема навозной жижи. Сжатие грунта вокруг сваи (то есть поры между сваей и грунтом) можно рассчитать по теории расширения отверстия колонны, и уравнение равновесия будет следующим [35]:

Граничные условия:

Геометрические уравнения:

Материальные уравнения:

Получено смещение грунта на стороне сваи: где - радиальное напряжение, - касательное напряжение, - радиус сваи, - диаметр сваи, - давление цементного раствора, - начальное напряжение грунта, - модуль сдвига, - модуль упругости, - коэффициент Пуассона.

Поскольку буровая скважина формируется вращательным бурением, влияние слоя бурового раствора на стороне сваи не учитывается, принимая во внимание смещение грунта на стороне сваи:

Поток цементного раствора на стороне сваи Сторона сваи может рассматриваться как неньютоновская жидкость. Связь между перепадом давления и напряжением сдвига при течении цементного раствора и уравнением однородности следующая [36]: где - напряжение сдвига, - напряжение сдвига на краю трещин, - значение текучести при сдвиговом напряжении, равно длина сваи, представляет собой смещение грунта на стороне сваи, представляет собой радиус сваи, и представляет собой разность давлений, а также представляет собой разность давлений, когда напряжение сдвига равняется значению текучести.

Условие протекания жидкости Бингхэма в трубопроводе.

Для вязкой жидкости, не зависящей от времени, основные уравнения следующие:

Уравнение жидкости Бингема используется в процессе течения цементного раствора, и его реологическое уравнение может быть записано следующим образом:

Если мы определим граничные условия (,), то уравнение (11) может быть записано следующим образом:

Учитывая уравнение (9), уравнение (8) можно переписать следующим образом:

Учитывая уравнение (14), уравнение (13) может быть переписывается следующим образом:

Учитывая уравнение (12), уравнение (15) можно переписать следующим образом:

Подставив уравнение (8) и уравнение (9) в (16), скорость потока можно переписать следующим образом: где - скорость потока и - пластическая вязкость.

Расход:

Если мы определим граничные условия (,), то уравнение (18) можно переписать следующим образом:

Подставив уравнение (12), уравнение (14) и уравнение (17) в (19) ), расход можно переписать следующим образом:

Средняя скорость жидкости Бингема под ламинарным потоком считается следующим образом:

Таким образом, разница давлений будет следующей:

Чтобы суспензия продолжала подниматься после достижения На определенной высоте сбоку от сваи давление раствора должно быть больше, чем давление раскола между сваей и почвой.Когда давление суспензии меньше, чем давление раскалывания, суспензия перестанет подниматься, и высота в это время будет максимальной высотой подъема суспензии. Согласно формуле (22) и условию подъема навозной жижи, высота подъема составляет 10,7 м после сегментирования и повторения грунта. Это очень близко к 12 м, полученным в результате полевых испытаний, которые показывают, что модель теоретического анализа хорошо применима.

4. Обсуждение
4.1. Механизм взаимодействия цементного раствора с почвой

Цементный раствор часто действует на почву в различных формах.Форма его действия зависит от типа затирки, технологии затирки, реологических свойств, параметров затирки и свойств грунта. Формы также могут трансформироваться или сосуществовать друг с другом, например, при расщеплении или инфильтрации в процессе уплотнения. Основные формы - уплотнение, расщепление и инфильтрация.

4.1.1. Уплотнение

Раствор принудительно вжимается в почву на конце сваи через заливочную трубу, образуя таким образом сферическое или блочное распределение на конце сваи, также известное как баллончик для раствора.Когда раствор продолжает вводиться, объем баллона раствора непрерывно увеличивается, что приводит к увеличению подъемной силы, которая сжимает окружающую почву и улучшает почвенные условия около конца сваи.

4.1.2. Колка

Раствор, вводимый в конце сваи, уплотняет окружающий грунт под давлением. Почва начинает раскалываться после того, как давление становится достаточным, чтобы преодолеть сопротивление почвы. Раствор течет по поверхности расщепления и образует в грунте линейный, сетчатый и прожилковидный цемент, который усиливает грунт и увеличивает прочность фундамента.

4.1.3. Проникновение

Под действием давления цементного раствора раствор вытесняет свободную воду и газ и проникает в поры почвы на конце сваи и на границе раздела между сваей и почвой. Чем больше давление раствора, тем больше расстояние диффузии раствора. Когда раствор затвердевает, частицы почвы цементируются в единое целое, значительно повышая прочность почвы в конце сваи.

4.2. Механизм последующей цементации для увеличения несущей способности

Положительный эффект технологии последующей цементации на конце сваи можно резюмировать следующим образом: (1) Под давлением цементного раствора цементный раствор уплотняет почву в конце сваи, образует зона армирования и увеличивает несущую способность.(2) Цементный раствор укрепляет осадок и удаляет грязь вокруг сваи, тем самым значительно улучшая характеристики почвы и улучшая боковое трение. (3) Из-за просачивания и расщепляющего эффекта цементного раствора механические свойства грунта на конец сваи был значительно улучшен.

Эффект затирки показан на Рисунке 9.


4.2.1. Повышение прочности несущего слоя

Эффекты инфильтрации, уплотнения и расщепления цементного раствора значительно повышают прочность и механические свойства несущего слоя.В зоне лёсса, когда давление цементного раствора больше, чем давление раскалывания грунта, однородный грунт и раствор образуют высокопрочный композит, значительно улучшая устойчивость всего свайного фундамента.

4.2.2. Повышение торцевого сопротивления

Раствор проникает в конец сваи под давлением и затем начинает формировать зону усиления конца сваи вместе с окружающим грунтом. Образование зоны усиления увеличивает зону напряжения и значительно увеличивает сопротивление на конце сваи.Из-за возрастающего давления цементного раствора зона усиления создает восходящее усилие на конец сваи, что заставляет раствор подниматься непрерывно, а сваю подниматься медленно. В это время будет сформировано сопротивление трению вниз, что эквивалентно приложению предварительного напряжения на конце сваи. Следовательно, под осевой нагрузкой торцевое сопротивление будет задействовано раньше времени.

4.2.3. Повышение бокового трения

Во время строительства буронабивных свай на поперечное трение легко влияют многие неблагоприятные факторы, такие как грязь вокруг сваи, вода и перемычка бетона [37].Последующая укладка на конце сваи может эффективно ослабить и устранить эти неблагоприятные эффекты и значительно улучшить характеристики границы раздела сваи и грунта. В процессе затирки, при увеличении давления затирки и объема затирки, часть затирки переливается и проникает в щель между сваей и окружающим грунтом [38, 39]. После затвердевания прочность грунта значительно увеличивается, что значительно улучшает боковое трение.

5. Выводы

(1) Последующая цементация увеличивает прочность грунта на конце сваи и снижает оседание сваи под нагрузкой.Несущая способность свайного фундамента на 28,57% выше, чем у обычного свайного. При тех же условиях нагрузки осадка сваи после укладки меньше, чем у обычной сваи, а когда нагрузка на верхнюю часть сваи составляет 17500 кН, осадка свайного фундамента на 26,19% меньше, чем у обычной сваи. ( 2) Относительное смещение сваи и грунта в поднимающейся части раствора уменьшается, что в большей степени способствует проявлению бокового трения. Между тем, поперечное трение каждой части сваи увеличивается, а эффект увеличения уменьшается вверх вдоль конца сваи.Под предельной нагрузкой величина бокового трения увеличивается на 16,31% по сравнению с обычной сваей. (3) Последующая укладка вызывает явление подъема цементного раствора. Теоретический расчет показывает, что высота подъема раствора составляет 10,7 м, что близко к экспериментальным результатам. (4) Основными формами действия грунта и раствора являются уплотнение, расщепление и инфильтрация. Механизм последующей заделки на конце сваи для улучшения несущей способности свайного фундамента в основном воплощен в улучшении торцевого сопротивления и бокового трения за счет увеличения прочности несущих пластов и улучшения характеристик взаимодействия сваи и грунта.

Доступность данных

Данные, подтверждающие эту исследовательскую статью, могут быть получены у соответствующего автора по запросу.

Конфликт интересов

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Благодарности

Авторы выражают признательность за финансовую поддержку Национальной ключевой исследовательской проблеме Китая (№ 2018YFC0808706) и Проекту социального развития науки провинции Шэньси (№ 2018SF-378).

Электронные книги IOS Press - Испытания под нагрузкой и несущая способность буронабивных свай в известняке

Испытание под нагрузкой и несущая способность буронабивных свай в известняке

Авторы

р.Düzceer, A. Gökalp, Ş. Адатепе

Страницы

1305–1308

DOI

10.3233 / 978-1-60750-031-5-1305

Электронная книга Abstract

Целью данной статьи является критическое сравнение измеренного сопротивления вала с расчетными значениями, основанными на неограниченной прочности породы на сжатие. Для этого изучаются результаты нагрузочных испытаний фундаментных свай высотных башен.Основной упор сделан на комплекс «Башня Федерация» в Москве, состоящий из двух башен в 62 и 93 этажа. 93-этажная башня, высота которой составляет 354 м, станет самым высоким зданием в Европе после завершения строительства в 2010 году. Высокие и сосредоточенные нагрузки на фундамент потребовали использования свайного фундамента, который проникает в известняк. Фундаментные сваи имели диаметр 1,50 м с различной длиной в зависимости от нагрузок. Подземный слой состоит из доломитового известняка средней прочности толщиной 5 м, подстилаемого мергелем мощностью от 5 до 7 м с тонкими прослоями известняка.Под слоями залегает известняк от средне-крепкого до слабого. На глубине 22 м обнаружен слабый известняк, в который забивались сваи. Уровень грунтовых вод располагался на 6 м ниже уровня среза сваи. Под каждой сваей были выполнены колонковое бурение и заливка цементным раствором возможных пустот в известняке на глубине до 6 м ниже уровня вершины сваи. Расчетные нагрузки на сваи варьируются в пределах от 25 МН до 35 МН. Два предварительных испытания сваи на нагрузку методом ячейки Остерберга были проведены для двух различных длин сваи.Максимальная приложенная двунаправленная нагрузка составила 33 МН, что соответствует нагрузке сверху вниз 66 МН. Измеренное сопротивление вала сравнивалось с эмпирическими методами, основанными на прочности горных пород на неограниченное сжатие. Результаты испытаний под нагрузкой соответствовали расчетным значениям сопротивления вала Риз и О Нил (1989) и Роу и Армитаж (1984).

Оценка предельной прочности фрикционных свай

Конструирование
Vol.4 No 11 (2012), ID статьи: 24580,4 страницы DOI: 10.4236 / eng.2012.411100

Оценка предельной прочности фрикционных свай

Ваэль Н. Абд Эльсами

Инженерный факультет, Синайский университет, Эль-Ариш , Египет

Электронная почта: [email protected]

Поступила 14 июля 2012 г .; отредактировано 20 августа 2012 г .; принята к печати 4 сентября 2012 г.

Ключевые слова: Почва; Вместимость сваи; Буронабивная свая; Свая трения; Нагрузка на сваи

РЕФЕРАТ

Точное прогнозирование максимальной несущей способности буронабивных свай представляет собой сложную задачу, поскольку нагрузка является функцией большого количества факторов.Эти факторы включают метод бурения, метод бетонирования, качество бетона, опыт строительного персонала, состояние грунта и геометрию сваи. Для определения полевых характеристик и оценки несущей способности свай проводятся испытания свайной нагрузки на месте. Из-за практических и временных ограничений невозможно нагружать сваю до отказа. В этом исследовании анализируются данные испытаний на нагрузку на сваи, чтобы оценить предельную нагрузку на фрикционные сваи. Анализ основан на результатах трех испытаний свайной нагрузки.Испытания проводятся на территории проекта Культурно-развлекательный комплекс в Порт-Саиде, Египет. Проведены три испытания на нагрузку на буронабивные сваи диаметром 900 мм и длиной 50 м. Геотехнические исследования на площадке проводятся до максимальной глубины 60 м. Предельная вместимость свай определяется в соответствии с различными методами, включая египетский свод правил (2005 г.), касательную-касательную, Хансена (1963 г.), Чина (1970 г.), Ахмеда и Пизе (1997 г.) и Decourt (1999 г.). Был сделан вывод, что приблизительно 8% предельной нагрузки выдерживается опорой в основании сваи, и что до 92% нагрузки выдерживается трением вдоль вала.Рекомендации сделаны на основе сравнения прогнозов несущей способности сваи с использованием различных методов. Предлагается новый метод расчета предельной грузоподъемности сваи по данным испытаний сваи на нагрузку. Предельная пропускная способность буронабивных свай, прогнозируемая с помощью предлагаемого метода, оказывается надежной и хорошо сравнивается с различными доступными методами.

1. Введение

Свайный фундамент является важным звеном в передаче структурной нагрузки на несущий грунт, расположенный на некоторой глубине под землей.Конструкция свай учитывает различные параметры, такие как характер грунта, глубина уровня грунтовых вод, глубина несущего слоя, а также тип и уровень нагрузки, которую необходимо поддерживать. Для определения полевых характеристик и оценки грузоподъемности используются испытания под нагрузкой на сваи.

Простой метод расчета статического сопротивления вала сваи, забитой в глину, представлен Мирзой (1997) [1]. Метод основан на корреляциях, полученных для морских глин между индексными свойствами и прочностью.Описано применение метода для полудюжины высококачественных натурных нагрузочных испытаний. За исключением коротких свай в глинах от очень жестких до твердых, прогнозы хорошо согласуются с результатами полевых испытаний. Представленная корреляция позволяет оценить остаточное поверхностное трение и указывает на важность индекса текучести глины в расчетах статической емкости.

Dewaikar and Pallavi (2000) представили анализ данных полевых испытаний на нагрузку на сваи для оценки предельной нагрузки на сваи.Анализ основан на результатах сорока испытаний под нагрузкой свай, собранных на различных объектах инфраструктуры и строительных площадках в регионе Мумбаи в Индии. Собранные данные анализируются с использованием различных графических и полуэмпирических методов, доступных в литературе [2].

Набиль (2001) изучал поведение групп буронабивных свай в цементированных песках с помощью программы полевых испытаний на площадке в Южной Сурре, Кувейт. Программа состояла из испытаний на осевую нагрузку одинарных буронабивных свай на растяжение и сжатие. Были испытаны две группы свай, каждая из которых состояла из пяти свай.Расстояние между сваями в группах составляло два и три диаметра сваи. Расчетная эффективность группы свай составляла 1,22 и 1,93 для расстояния между сваями двух и трех диаметров, соответственно. Поскольку расчет обычно контролирует расчет групп свай в песке, групповой фактор, определяемый как отношение осадки группы к оседанию одиночной сваи при сопоставимых нагрузках в диапазоне упругости, был определен по результатам испытаний [3].

Abdelrahman et al. (2003) предположили, что испытания на осевую нагрузку сваи на одиночную сваю могут служить обоснованием расчетной нагрузки сваи.Нормы для проектирования глубоких фундаментов устанавливают критерии приемки свай, испытанных на сжатие, на основе установленных пределов осадки свай при определенных уровнях нагрузки. Исследователи изучили различные методы, используемые для интерпретации результатов испытаний на нагрузку на сваи. Шестьдесят четыре шнековых сваи непрерывного действия были испытаны с использованием метода испытания с выдерживаемой нагрузкой, а результаты были проанализированы с использованием различных методов интерпретации [4].

Wehnert и Vermeer (2004) проанализировали результаты нагрузок на короткие буронабивные сваи большого диаметра, испытанные в Германии.Представлены результаты для общего сопротивления, а также для сопротивления основания и вала. Свая считается линейно-упругой. Используются различные конститутивные модели недр, такие как упругопластические модели Мора-Кулмба [5].

Новый подход к проектированию буронабивных свай большого диаметра на несвязных грунтах был предложен Radwan et al. (2007) [6]. Подход основан на результатах, полученных в результате анализа методом конечных элементов, выполненного с использованием данных из тридцати историй болезни буронабивных свай большого диаметра, собранных на нескольких строительных проектах.Концевой подшипник агрегата и сопротивление поверхностному трению оцениваются с учетом критерия осадки. В численной модели используется конститутивная модель Мора-Кулона. В конце концов, проводится статистическое исследование для оценки улучшения, точности и надежности конструкции с использованием нового подхода по сравнению с предсказаниями Египетского кодекса (2005 г.) [7].

Акбар и др. (2008) представили опыт, полученный в результате четырех испытаний свайной нагрузкой на площадке в Северо-Западной пограничной провинции Пакистана.Геотехнические исследования на площадке проводятся до максимальной глубины 60 м. Почва на участке в пределах исследованной глубины представлена ​​преимущественно твердыми глинами с тонкими слоями гравия и валунов на глубине менее 40 м. Четыре сваи диаметром от 660 мм до 760 мм и длиной от 20 м до 47,5 м подвергались осевым нагрузкам. По результатам испытаний сваи на нагрузку выполняются обратные расчеты для оценки соответствующих значений проектных параметров сваи [8].

Вероятностная модель в качестве дополнительной математической основы для традиционного детерминированного подхода к количественной оценке выбора коэффициента безопасности для каждого члена уравнения нагрузки фрикционных свай в глине представлена ​​Al Jairry (2009) [9].

Исходя из вышеизложенного, расхождения в оценках нагрузки доступных методов слишком велики. Таким образом, необходимо провести дополнительное исследование фрикционной способности сваи. Однако цель этого исследования - предоставить результаты испытаний свай и разработать формулу для более точного прогнозирования несущей способности сваи.

2. Исследование почвы

В Порт-Саиде в Египте не проводилось много испытаний почвы. Исследуемый объект представляет собой проект культурно-развлекательного комплекса, расположенный в городе Порт-Саид.Проект построен на площади примерно 50 × 70 м. Было проведено комплексное инженерно-геологическое исследование. В расследование было включено семь отверстий. Общий план участка показан на Рисунке 1.

Стратификация почвы

Профиль почвы на исследуемой площадке показан на Рисунке 2. Профиль показывает, что встречаются следующие стратификации почвы:

1) От отметки 0,00 до - 10,00 м известняковых ситисов с битыми ракушками.

2) От отметки –10.00–17,00 м. Мягкая алевритистая глина с прослойкой песка.

3) С отметки –17,00 до –49,00 м мягкая алевритисто-глина со следами песка.

4) С отметки –49,00 до –52,00 м известняковый ситисанд.

5) с отметки –52,00 до –60,00 м твердые алевритисто-глинистые с прослоями известковисто-алевритовых песков.

Уровень грунтовых вод находится на высоте 0,70 метра от поверхности земли.

3. Прогнозирование грузоподъемности сваи с использованием египетского кода

В ходе инженерно-геологических изысканий проводятся различные полевые и лабораторные испытания для оценки подземных условий и параметров конструкции свай на проектной площадке.Нормы грузоподъемности сваи рассчитываются с использованием положений Египетского кодекса (2005 г.) [7]. Диаметр сваи принят 900 мм, длина сваи - 50 м. В таблицах 1-3 приведены характеристики грунта, а также расчетное сопротивление свае (трение вала и концевой подшипник). На рисунке 3 показана расчетная предельная вместимость сваи. Исходя из данных рисунка, максимальная несущая способность сваи Q ult получается равной 4622,81 кН / м 2 . Применяя коэффициент запаса прочности, Ф.S. из 2, допустимая расчетная несущая способность сваи Q у всех составляет 2311,41 кН / м 2 . Допустимая несущая способность сваи принята для расчета 2300 кН / м 2 .

4. Испытания на свайную нагрузку

Три испытания на свайную нагрузку выполняются на буронабивных сваях диаметром 900 мм и длиной 50 м. Одна из свай - это испытание нерабочих свай №1, а две - испытания рабочих свай №2 и №3. Испытание нерабочей сваи №1 нагружается с удвоенной рабочей нагрузкой в ​​230 тонн, в то время как рабочие сваи для испытаний №2 и №3 нагружаются до 1.5-кратная рабочая нагрузка.

Рисунок 2. Почвенный профиль исследуемого участка.

Таблица 1. Расчетное поверхностное трение, используемое при проектировании сваи в соответствии с Египетскими правилами [7].

Таблица 2. Расчетное сопротивление торцевому подшипнику, используемое при проектировании в соответствии с Египетскими нормами [7].

Таблица 3. Общая нагрузка на сваи, которая будет использоваться при проектировании, в соответствии с Египетскими нормами [7].

Рисунок 3.Показывает взаимосвязь между расчетной пропускной способностью и осадкой для буронабивной сваи согласно Египетским кодексам.

4.1. Система противодействия

Система противодействия испытательным сваям была представлена ​​испытательной головкой, удерживаемой двенадцатью грунтовыми анкерами, распределенными вокруг сваи, как показано на испытательной установке на Рисунке 4.

4.2. Нагрузка сваи

Нагрузка была приложена с помощью трех гидравлических домкратов, установленных между головкой сваи и закрепленной испытательной головкой, как показано на рисунках 4 и 5.Приращение циклов нагружения принято для испытательных свай в соответствии с египетскими нормами.

4.3. Тестовые измерения

1) Измерение нагрузки Нагрузка измерялась откалиброванными датчиками веса с цифровым считывающим устройством. Тензодатчики располагались на сферических опорных пластинах, размещенных над гидравлическими домкратами. Также приложенная нагрузка проверялась путем регистрации приложенного гидравлического давления манометром, установленным на насосной установке.

2) Измерение осадки головы сваи. Осадка головки сваи измеряется с помощью трех стрелочных индикаторов с точностью 0.01 мм.

4.4. Результаты испытаний

1) Общее наблюдение во время испытаний а) Осадка сваи не достигла 10% от номинального диаметра.

b) Испытательные сваи не показали никаких признаков геотехнического разрушения. Это означает, что испытательные сваи не продолжали оседать или опускаться без увеличения приложенной нагрузки.

c) Ни одна из секций испытательных свай не разрушилась конструктивно.

Зависимость нагрузки от осадки для испытаний сваи под нагрузкой показана на Рисунке 6.

d) Осадка напора записана в Таблице 4.Отмечено, что никаких признаков погружения не обнаружено.

5. Предел прочности свай

Предел прочности свай определяется по результатам нагрузочных испытаний с использованием различных подходов.

5.1. Метод касательной-касательной

Применяя метод касательной-касательной, строится график между нагрузкой, деленной на площадь поперечного сечения сваи, и осадкой в ​​полулогарифмическом масштабе, как показано на рисунке 7 для испытания нагрузки рабочей сваи №2 [7].

5.2. Метод Хансена (1963)

Применяя метод Хансена, квадратный корень из каждого значения осадки из данных полевых испытаний под нагрузкой, деленный на соответствующее значение нагрузки, наносится на график относительно осадки, как показано на Рисунке 8 для испытания под нагрузкой на рабочую сваю № 3.Расчет предельной нагрузки по методу Хансена дается по формуле [10]:

(1)

где:

Q u = предельная грузоподъемность.

C 1 = наклон наиболее подходящей прямой.

C 2 = Y-пересечение прямой.

5.3. Метод Чина (1970)

Применяя метод Чина, строится график между осадкой, деленной на соответствующую нагрузку, и осадкой, как показано на Рисунке 9 для нерабочей испытательной сваи №1.Обратный наклон прямой дает предельную нагрузку, предложенную Чином [11].

Рис. 6. Зависимость нагрузки от осадки для испытания нагрузки нерабочей сваи №1.

Рис. 7. Пределы несущей способности сваи по касательной-касательному методу для испытания рабочей нагрузки сваи №2.

Рисунок 8. Пределы несущей способности сваи по методу Хансена для испытания рабочей нагрузки сваи №3.

Рисунок 9. Предел прочности сваи по методу Чина для нерабочей испытательной сваи №1.

5.4. Ахмад и Пайз (1997)

Ахмад и Пайс (1997) предложили коэффициент уменьшения к экстраполированному Чину значению предельной мощности. На графике зависимости осадки / нагрузки от осадки было замечено, что обычно через эти точки можно провести две прямые линии. Как показано на Рисунке 10 для неработающей испытательной сваи № 1, отношение осадки ΔS (осадки между точкой пересечения двух прямых линий и той, которая соответствует окончательной испытательной нагрузке) к S (общая осадка) принимается как уменьшение коэффициент (RF) для этого набора тестовых данных [12].Однако коэффициент уменьшения (RF) определяется следующим образом:

(2)

где:

RF = коэффициент уменьшения.

Q mod = Модифицированное значение предельной способности подбородка.

Q ch = значение предельной мощности подбородка.

5.5. Экстраполяция Декура (1999)

Применение экстраполяции Декура путем деления каждой нагрузки на ее соответствующую осадку и построения графика зависимости полученных значений от приложенной нагрузки. Линейная регрессия по очевидной линии (последние три точки) определяет линию.Decourt определил предельную нагрузку как пересечение этой линии с осью нагрузки, как показано на рисунках 11, для рабочей испытательной сваи №3 [13].

6. Предлагаемый метод определения предельной несущей способности сваи на основе испытания под нагрузкой

Поведение сваи по зависимости от осадки экстраполируется с использованием эмпирического метода. Оценка предельной нагрузки состоит из двух этапов, как показано ниже:

1) Построение кривой осадки нагрузки из данных полевых испытаний под нагрузкой, как показано на рисунках 12-14.

2) Предельная несущая способность сваи определяется эмпирической формулой:

(3)

, где:

Q u = предельная грузоподъемность (кН).

м = наклон прямой линии тренда.

y = y-точка пересечения прямой линии (как значение без знака).

7. Сравнение различных методов определения предельной несущей способности сваи

Расчет предельной несущей способности свай и соответствующих коэффициентов безопасности с использованием вышеупомянутых методов обобщен в таблице 5.

Пределы нагрузки, полученные различными методами Результаты испытаний свайной нагрузки показаны на Рисунке 15.

8. Нагрузка, воспринимаемая концевым подшипником, и трение вдоль вала

Из таблицы 6 были взяты значения предельной несущей способности сваи для оценки процента трения и концевой несущей способности из рисунка 3. На основании вышеприведенных выводов было установлено, что что процент нагрузки, переносимой трением вдоль вала сваи и концевого подшипника, показан в следующей таблице 6.

Рис. 10. Максимальная несущая способность сваи по методу Ахмада и Писе для нерабочей испытательной сваи №1.

Рис. 11. Предельная вместимость сваи по методу экстраполяции Декура для рабочей испытательной сваи №3.

Рисунок 12. Предел прочности сваи предложенным методом для нерабочей испытательной сваи №1.

9. Выводы

На основании программы испытаний и проведенного сопоставимого исследования были сделаны следующие выводы:

1) Процент нагрузки трения, воспринимаемой валом, составляет приблизительно от 85% до 90%, а процент нагрузки, воспринимаемой валом, составляет примерно 85–90%. концевой подшипник составляет от 15% до 10%.

2) Метод Хансена (1963) дает более высокие значения предельной несущей способности сваи, чем другие методы.

3) Представлен новый предложенный метод расчета предельной прочности сваи при испытании на нагрузку.

4) Предложенный метод определения предельной прочности фрикционных свай дает результаты, которые хорошо согласуются с аналитическими прогнозами.

5) Предлагаемый метод удобен в применении, проще, быстрее, надежнее, не дает максимальных или минимальных чисел по сравнению с некоторыми другими.

Рис. 13. Сваи предельной грузоподъемности с использованием предлагаемого способа отработки испытательной сваи №2.

Рис. 14. Свая предельной грузоподъемности с использованием предлагаемого способа отработки испытательной сваи №3.

Таблица 5. Предел прочности и запаса прочности (F.S.) сваи при использовании различных методов.

Рисунок 15. Сравнение предельных нагрузок на сваи разными методами.

Таблица 6. Процент предельной нагрузки, воспринимаемой концевым подшипником и трением.

10. Благодарности

Автор хотел бы поблагодарить Fetih Construction Company и Pauer-Egypt Company за их ценную помощь.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

  1. Мирза У. А., «Трение обшивки сваи в глинах», Международный журнал морской и полярной инженерии, Vol. 7, No. 1, 1997, pp. 538-540.
  2. Д. М. Девайкар и М. Дж. Паллави, «Анализ данных испытаний на свайную нагрузку», Журнал Геотехнического общества Юго-Восточной Азии, Vol. 6, No. 4, 2000, стр.27-39.
  3. Ф. И. Набиль, «Испытания осевой нагрузки на буронабивные сваи и группы свай в цементированных песках», Журнал геотехнической и геоэкологической инженерии, Vol. 127, No. 9, 2001, pp. 766-733. DOI: 10.1061 / (ASCE) 1090-0241 (2001) 127: 9 (766)
  4. Г. Е. Абдельрахман, Э. М. Шаарави и К. С. Абузаид, «Интерпретация результатов испытаний на осевую нагрузку на шнековые сваи непрерывного действия», Новые технологии в проектировании конструкций , Материалы 9-й Арабской конференции по проектированию конструкций, Абу-Даби, 29 ноября - 1 декабря 2003 г., стр.791-802.
  5. М. Венерт и П. А. Вермеер, «Численный анализ нагрузочных испытаний на буронабивных сваях», Труды девятого международного симпозиума «Численные модели в геомеханике», Оттава, 25-27 августа 2004 г., стр. 1-6.
  6. А.М. Радван, А.Х. Абдель-Рахман, М. Раби и М.Ф. Авад-Аллах, «Новый предлагаемый подход к проектированию буронабивных свай большого диаметра на основе анализа методом конечных элементов», Двенадцатый международный коллоквиум по структурному и геотехническому проектированию (12-й ICSGE), 10-12 декабря 2007 г., Каир, стр.340-357.
  7. Египетский кодекс, «Механика грунта и фундамент», Организация, Каир, 2005 г.
  8. А. Акбар, С. Хилджи, С.Б. Хан, М.С. Куреши и М. Саттар, «Трение вала буронабивной сваи в твердой глине», Пакистан Журнал инженерии и прикладных наук, Vol. 3, 2008, с. 54-60.
  9. Х. Х. Аль-Джайрри, «Точное уравнение вероятности для фрикционных свай в глине», Иракский журнал гражданского строительства, Vol. 6, № 1, 2009, с. 791-802.
  10. Дж. Б. Хансен, «Обсуждение реакции гиперболического напряжения-деформации, связных грунтов», Журнал механики грунтов и фундаментостроения, Vol.89, 1963, стр. 241–242.
  11. Ф.К. Чин, «Оценка предельной нагрузки свай от испытаний, не доведенных до разрушения», Труды Второй Юго-Восточной Азиатской конференции по инженерии грунтов, Сингапур, 11-15 июня 1970 г., С. 81-92.
  12. Ф. Ахмед и П. Дж. Пайс, «Интерпретация данных испытаний свайной нагрузкой и исследование корреляции», Индийская геотехническая конференция, Вадодара, 17-20 декабря 1997 г., стр. 443-446.
  13. Л. Декур, «Поведение фундаментов в условиях рабочей нагрузки», Труды 11-й Панамериканской конференции по механике грунтов и инженерно-геологическому проектированию, Фос-Дойгуасу, август 1999 г., том.4. С. 453-488.

Оценка предельной грузоподъемности фрикционных свай

Abstract : Точное прогнозирование максимальной несущей способности буронабивных свай представляет собой сложную задачу, поскольку нагрузка является функцией большого количества факторов. Эти факторы включают метод бурения, метод бетонирования, качество бетона, опыт строительного персонала, состояние грунта и геометрию сваи. Для определения полевых характеристик и оценки несущей способности свай проводятся испытания свайной нагрузки на месте.Из-за практических и временных ограничений невозможно нагружать сваю до отказа. В этом исследовании анализируются данные испытаний на нагрузку на сваи, чтобы оценить предельную нагрузку на фрикционные сваи. Анализ основан на результатах трех испытаний свайной нагрузки. Испытания проводятся на территории проекта Культурно-развлекательный комплекс в Порт-Саиде, Египет. Проведены три испытания на нагрузку на буронабивные сваи диаметром 900 мм и длиной 50 м. Геотехнические исследования на площадке проводятся до максимальной глубины 60 м.Предельная вместимость свай определяется в соответствии с различными методами, включая Египетский свод правил (2005), Tan -gent-tangent, Hansen (1963), Chin (1970), Ahmed and Pise (1997) и Decourt (1999). Был сделан вывод, что примерно 8% предельной нагрузки выдерживает опора в основании сваи, а до 92% нагрузки выдерживается трением по валу. Рекомендации сделаны на основе сравнения прогнозов несущей способности сваи с использованием различных методов. Предлагается новый метод расчета предельной грузоподъемности сваи по данным испытаний сваи на нагрузку.Предельная пропускная способность буронабивных свай, прогнозируемая с помощью предлагаемого метода, оказывается надежной и хорошо сравнивается с различными доступными методами.

Ссылки

[1] У. А. А. Мирза, «Трение обшивки сваи в глинах», Международный журнал морской и полярной инженерии, Vol. 7, No. 1, 1997, pp. 538-540.

[2] Д. М. Девайкар и М. Дж. Паллави, «Анализ данных испытаний на свайную нагрузку», Журнал Геотехнического общества Юго-Восточной Азии, Vol.6, No. 4, 2000, pp. 27-39.

[3] Ф. И. Набиль, «Испытания осевой нагрузкой на буронабивные сваи и группы свай в цементированных песках», Журнал геотехнической и геоэкологической инженерии, Vol. 127, No. 9, 2001, pp. 766-733. DOI: 10.1061 / (ASCE) 1090-0241 (2001) 127: 9 (766)

[4] Г.Е. Абдельрахман, Э.М. Шаарави и К.С. Абузайд, «Интерпретация результатов испытаний осевой нагрузкой на сваи для непрерывных шнековых свай», Новые технологии в проектировании конструкций, Труды 9-й Арабской конференции по проектированию конструкций, Абу-Даби, 29 ноября 1 декабря 2003 г. , стр.791-802.

[5] М. Венерт и П. А. Вермеер, «Численный анализ нагрузочных испытаний на буронабивных сваях», Труды девятого Международного симпозиума «Численные модели в геомеханике», Оттава, 25-27 августа 2004 г., стр. 1-6.

[6] AM Radwan, AH Abdel-rahman, M. Rabie и MF Awad-Allah, «Новый предлагаемый подход к проектированию буронабивных свай большого диаметра на основе анализа методом конечных элементов», Двенадцатый международный коллоквиум по структурному и геотехническому проектированию (12-й ICSGE ), 10-12 декабря 2007 г., Каир, стр.340-357.

[7] Египетский кодекс, «Механика грунта и фундамент», Организация, Каир, 2005 г.

[8] А. Акбар, С. Хилджи, С. Б. Хан, М. С. Куреши и М. Саттар, «Трение вала буронабивных свай в твердой глине», Пакистанский журнал инженерных и прикладных наук, том. 3, 2008, с. 54-60.

[9] Х. Х. Аль-Джайрри, «Точное уравнение вероятности для сваи трения в глине», иракский журнал гражданского строительства, Vol.6, № 1, 2009, с. 791-802.

[10] Дж. Б. Хансен, «Обсуждение реакции гиперболического напряжения-деформации, связных грунтов», Журнал механики грунтов и фундаментостроения, Vol. 89, 1963, стр. 241242.

[11] Ф. К. Чин, «Оценка предельной нагрузки свай от испытаний, не доведенных до разрушения», Труды Второй Юго-Восточной Азиатской конференции по инженерии грунтов, Сингапур, 11-15 июня 1970 г., стр. 81-92.

[12] F.Ахмед и П. Дж. Пайс, «Интерпретация данных испытаний свайной нагрузки и исследование корреляции», Индийская геотехническая конференция, Вадодара, 17-20 декабря 1997 г., стр. 443-446.

[13] Л. Декур, «Поведение фундаментов в условиях рабочей нагрузки», Труды 11-й Панамериканской конференции по механике грунтов и инженерно-геологическому проектированию, Фос-Дойгуасу, август 1999 г., том. 4. С. 453-488.

Обсуждение повышения несущей способности одинарной сваи для буронабивной сваи в песчаном и иловом слое

[1] Технический кодекс для строительства свайных фундаментов, (JGJ94-2008), (на китайском языке).

[2] Технический кодекс по испытаниям свай фундамента здания, (JGJ106-2003), (на китайском языке).

[3] Мэн Лв и др.: Исследование подхода к повышению несущей способности одинарной сваи для буронабивной сваи в иловом и илистом слое.(Материалы симпозиума восьмого национального фонда обработки. 2004 г.): стр. 330-333 (на китайском языке).

[4] Цзиньжун Хуан: усиление и ослабление эффекта поверхностного трения монолитных свай.(Китайский журнал геотехнической инженерии. 2009 г.), 31 (5): стр.658-662 (на китайском языке).

Урок 5 - Вместимость буронабивной сваи

1.0 Введение

В этом руководстве показано, как анализировать одну буронабивную сваю в нескольких слоях грунта при различных условиях в RSPile.

Темы, затронутые в этом учебном пособии:

  • Многослойная модель
  • Типы грунтов для буронабивных свай
  • Свойства сваи
  • Экспорт данных в Excel
  • Генератор отчетов

Готовой продукции:

Готовый продукт этого учебного пособия можно найти в Учебном пособии 8 - Вместимость буронабивной сваи.rspile2 файл данных. Ко всем учебным файлам, установленным с помощью RSPile, можно получить доступ, выбрав Файл> Последние папки> Папка учебников в главном меню RSPile.

2.0 Модель

При запуске программы RSPile уже открывается новый пустой документ, что позволяет сразу же приступить к созданию модели.

Примечание о знаках: в RSPile поверхность грунта по умолчанию находится на глубине = 0, глубина положительна вниз, а сжимающее напряжение положительно.

2.1 Настройки проекта

В настройках проекта можно изменить тип анализа, допуск, допустимое количество итераций и количество сегментов сваи, которые будут использоваться в анализе.

Чтобы открыть настройки проекта:

  1. Выберите «Анализ»> «Настройки проекта» (CTRL + J) или щелкните значок «Настройки проекта» на панели инструментов.

  1. Установите Тип анализа сваи на Несущая способность> Пробуренный.
  2. Щелкните «Настройки расширенного анализа» и измените параметр «Приращение глубины сваи (м)» на 1.
  3. Щелкните OK, чтобы закрыть диалоговое окно.

Совет. Единицы измерения по умолчанию для RSPile - метрические. Чтобы изменить этот параметр, выберите Анализ> Единицы.

2.2 Таблица подземных вод

  1. Выберите «Анализ»> «Подземные воды» или щелкните значок «Установить грунтовые воды» на панели инструментов.

  1. Установите флажок «Включить грунтовые воды».
  2. Укажите высоту грунтовых вод (м) -2.
  3. Щелкните OK, чтобы закрыть диалоговое окно.

2.3 Свойства почвы

  1. Выберите «Почвы»> «Определить свойства почвы» (CTRL + 8) или щелкните значок «Определить свойства почвы» на панели инструментов.

В этом диалоговом окне вы можете определить свойства, связанные с кривыми Q-z, t-z и p-y. Есть вкладка для каждого типа анализа (осевой, поперечный, ведомый, расточенный), а также для зависимости от нулевой точки. Вкладка Datum Dependency позволяет пользователям управлять линейно изменяющимися характеристики. Хотя вы можете перемещаться по всем вкладкам, вы сможете редактировать только информацию о материалах, относящуюся к типу анализа свай, выбранному в настройках проекта.

  1. Определите свойства материала, как показано ниже:

Земельный участок 1:

  • Имя = Песок
  • Масса устройства = 16 кН / м3
  • Сб. Вес агрегата = 16 кН / м3
  • Тип почвы = Некогезионная
  • Угол внутреннего трения = использовать значения SPT «N»
  1. Щелкните по таблице SPT.
  2. Введите следующие данные:

#

Глубина (м)

СПТ №

1

0

25

2

1

25

3

2

25

4

3

25

5

4

25

6

5

25

  1. Щелкните OK, чтобы закрыть диалоговое окно.

Земельный участок 2:

  • Имя = Камень

  • Удельный вес = 20 кН / м3

  • Сб. Вес агрегата = 20 кН / м3

  • Тип почвы = Слабая порода

  • Прочность на сжатие без ограничений = 2000 МПа

  • Предел трения кожи = 10,000 кПа

  • Предел концевого подшипника = 100000 кПа

  • Сопротивление кожи

  • Сопротивление наконечника

  1. Щелкните OK, чтобы закрыть диалоговое окно.

Примечание:

  • Предел торцевого подшипника для горных пород был установлен на уровне 100 000 кПа, потому что породы, естественно, имеют более высокую несущую способность на концах. Чтобы получить фактическую несущую способность конца, а не способность, ограниченную прочностью бетонного цилиндра, предел был увеличен.

  • Удельный вес и насыщенный удельный вес указываются здесь в диалоговом окне свойств грунта как для слоя песка, так и для слоя породы, но это не повлияет на расчет предельной прочности буронабивной сваи.

  • Чтобы учесть сопротивление кожи или потери в концевых подшипниках, можно включить опцию коэффициентов уменьшения, установив флажок «Коэффициенты уменьшения» и указав соответствующие потери сопротивления кожи (%) и / или потери в концевых подшипниках (%).

2,4 Слои почвы

RSPile поддерживает несколько скважин и негоризонтальные пласты почвы. Если задано несколько скважин, программа автоматически выполнит интерполяцию между скважинами. В этом уроке мы будем моделировать горизонтальные пласты почвы с помощью одной скважины.Для начала:

  1. Выберите «Грунты»> «Редактор скважин» или щелкните значок «Редактировать все скважины» на панели инструментов.

Столбец почвы по умолчанию состоит из одного слоя и расположен в (0, 0). Чтобы изменить местоположение, введите координаты X и Y. Мы оставим здесь (0,0).

  1. Щелкните «Вставить слой ниже», чтобы добавить еще один слой ниже первого. Колонка с названием будет заполнена последовательностью свойств почвы.

Слои по умолчанию определяются по толщине, но могут быть определены по высоте сверху и снизу.Это можно изменить, включив параметр «Определить слои по толщине».

  1. Укажите следующие толщины слоя:

#

Имя

Толщина

Высота верхнего этажа

Отметка дна

1

Песок

5

0

-5

2

Скала

20

-5

-25

  1. Щелкните OK, чтобы сохранить введенные данные и выйти из диалогового окна.

2.5 Рассмотрение дополнительной емкости

  1. Выберите Анализ> Рассмотрение дополнительной емкости

В диалоговом окне «Учет дополнительной емкости» можно определить дополнительные параметры, которые будут влиять на анализ максимальной емкости.

  • В разделе «Тип конструкции мягкого сжимаемого грунта» можно указать глубину мягкого сжимаемого грунта в верхней части профиля грунта.Сопротивление кожи для слоя не будет учитываться для достижения максимальной емкости. расчеты.

  • Параметр «Рассмотреть сопротивление почвы как отрицательное значение» будет рассматривать сопротивление обшивки, полученное для слоя, как отрицательное и вычитается из общего поверхностного трения для расчета предельной емкости.

  1. Изменить тип конструкции на «Размываемая почва»

Вариант конструкции Scourable Soil учитывает краткосрочные и / или долгосрочные размывы.

  • Для кратковременного размыва напряжение сдвига (поверхностное трение) снижается до нуля до глубины рассмотрения размыва. Поскольку ни один конечный подшипник не может быть размещен выше этого уровня, конечный подшипник также уменьшается до нуля.

  • Для длительного размыва эффективное напряжение покрывающих пород снижается до нуля до глубины рассмотрения размыва. Это будет означать, что трение на поверхности и концевой подшипник также будут сведены к нулю.

  • Если рассматриваются как краткосрочные, так и долгосрочные размывы, RSPile суммирует эффекты обоих типов размыва, причем в первую очередь рассматривается долговременное размытие, за которым следуют соображения краткосрочного размыва. ниже по глубине.

  1. Мы сохраним входные данные для учета дополнительной емкости по умолчанию. Щелкните ОК, чтобы закрыть диалоговое окно.

2.6 Свойства сваи

  1. Выберите «Сваи»> «Свойства сваи» или щелкните значок «Определить свойства сваи» на панели инструментов.

  2. Выберите Сваю 1 (по умолчанию будет выбрана вкладка Бурение) и введите свойства, показанные ниже:

    • Поперечное сечение сваи = круглое

    • Диаметр сваи (м) = 1.2

    • Прочность бетонного цилиндра (кПа) = 40,000

  1. Щелкните OK, чтобы закрыть диалоговое окно.

2.7 Добавление стопки

В диалоговом окне «Добавить одиночную сваю» задаются отметка сваи (глубина верха сваи) и длина. Чтобы добавить стопку:

  1. Выберите «Сваи»> «Добавить сваю» или щелкните значок «Добавить одну сваю» на панели инструментов.

  1. Щелкните значок редактирования для типа сваи и введите длину (м) = 25 для типа сваи 1. Нажмите OK , чтобы вернуться в диалоговое окно добавления сваи.

  1. В поле «Местоположение» отмените выбор значка «Выбор с помощью мыши», чтобы ввести координаты (x, y) новой одиночной сваи. Мы сохраним местоположение по умолчанию (0,0).
  2. Оставить остальные свойства по умолчанию.
  3. Щелкните OK, чтобы закрыть диалоговое окно.

Обратите внимание, что столбец почвы теперь обновлен, чтобы отразить слои.

3.0 Результаты

Сохраните и вычислите файл, щелкнув значок «Вычислить» на панели инструментов.

3.1 Визуализация результатов

RSPile позволяет выполнять трехмерную визуализацию результатов по длине сваи. Используйте раскрывающийся список Тип данных, чтобы контролировать, какие результаты будут отображаться.

Pile Results можно включить или выключить с помощью элементов управления просмотром на боковой панели.

3.2 Графики

На виде в плане щелкните кучу правой кнопкой мыши и выберите «Графическая свая». В разделе результатов RSPile представлены несколько графиков по умолчанию и таблица результатов. Вы должны увидеть следующее:

Анализ буронабивной сваи формирует три графика:

  • Зависимость сопротивления трения кожи от глубины

  • Зависимость несущей способности концевого подшипника от глубины

  • Ultimate Capacity vs.Глубина

3.3 Экспорт в Excel

На вкладке «Результаты» вы можете экспортировать данные в Excel. Для этого щелкните значок «Экспорт данных в Excel» на панели инструментов.

Каждый тип данных экспортируется на отдельный лист в файле Excel.

4.0 Генератор отчетов

Генератор отчетов представляет отформатированную сводку входных данных и результатов анализа. Вернитесь к обзору модели и щелкните значок генератора отчетов на панели инструментов. Генератор отчетов содержит сводку входных данных модели:

  • Краткое описание проекта

  • Слои почвы

  • Свойства почвы

  • Свойства секции сваи

  • Типы свай

  • Установки свай

Панель инструментов содержит элементы управления генератором отчетов, которые позволяют вам выбрать, какая информация будет отображаться, и настроить внешний вид.

Данные можно экспортировать различными способами: их можно скопировать вручную, просмотреть в браузере, распечатать или сохранить информацию в виде файла .pdf. Перед печатью файла результаты могут быть отформатированы в соответствии с вашими требованиями.

Закройте окно генератора отчетов, чтобы вернуться к обзору модели.

5.0 Дальнейший анализ

Из результатов вычислений можно увидеть, что существует огромная разница между поверхностным трением и несущей способностью на концах песчаных и каменных слоев.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

[an error occurred while processing the directive]