Моделирование работы свай-стоек
Общие положения
По виду работы сваи разделяются на сваи-стойки и висячие сваи (сваи трения).
К сваям-стойкам следует относить сваи всех видов, опирающиеся на скальные грунты. Также к ним можно отнести забивные сваи, у которых 80% несущей способности обеспечено сопротивлением грунта под нижним концом и 20% — трением грунта по боковой поверхности.
Расчёт свайного фундамента с применением свай-стоек
Определение несущей способности сваи-стойки
Расчётный метод определения несущей способности сваи-стойки приведён в п.7.2.1 СП 24.13330.2011.
Важно:
— для свай данного типа необходимо уделить особое внимание расчёту прочности сваи по материалу;
— расчёт несущей способности свай-стоек по грунту в ЛИРА-САПР не предусмотрен.
Моделирование работы сваи-стойки
Получить модель сваи в виде цепочки стержней с податливыми связями по длине можно с использованием КЭ57, но потребуется внести корректировки, поскольку будет рассчитан вариант висячей сваи.
При этом горизонтальные жесткости Rx и Ry оставить как есть, т.к. они служат для задания граничных условий работы сваи в грунте по горизонтали (это производные от коэффициента С1 по боковой поверхности по приложению В, СП 24.13330.2011).
Обнуление Rz в КЭ57 по длине сваи
Задание большой жесткости Rz в КЭ57 под нижним концом сваи-стойки
Назначение связей Uz (на поворот вокруг оси сваи), в случае, если в голове сваи не моделируется АЖТ
Расчет фундамента на винтовых сваях
/ / Расчет фундамента на винтовых сваяхНа плане дома расставляем места для винтовых свай. Обычно это углы
дома и места соединения внутренних стен дома. Если расстояние по стене
между сваями превышает 3 м – ставим промежуточную сваю. Для деревянных
домов из бруса, срубов домов обычно выбираем винтовые сваи диаметром 108
мм. Для пристроек, бань, беседок можно рассматривать винтовые сваи
меньшего диаметра – 89 мм или даже меньше, — все будет зависеть от
расчетной нагрузки сооружения.
Для деревянного дома или сруба, размером 6 х 4 м обычно ставят 9 или
12 винтовых свай: три сваи по стороне 4 м, и 3 или 4 сваи по стороне 6
м.
Расчет веса дома для расчета винтового фундамента
Оценить нагрузку дома на винтовые сваи можно по следующему алгоритму:
- 1. Определяем вес самого дома. Например, дом размером 4х6м и высотой 3.5 м. Стены из бруса сечением 15х15 см. Две внутренние перегородки из бруса. Удельный вес дерева — 600 кг/м3. Прибавим вес печки, мебели из расчета 100 кг/м2. Высчитываем вес сооружения — примерно 4500 кг.
- 2. Определяем снеговую нагрузку на дом. Для этого для условий Ленинградской области надо занимаемую домом площадь умножить на 180. Например, для дома 4х6м получим 4320 кг.
- 3. Определение ветровой нагрузки. Ветровая нагрузка имеет решающее
значение для расчета заборов на винтовых сваях и винтовых столбах. Но и
при расчете винтового фундамента дома она тоже учитывается.
Оценить
ветровую нагрузку можно по формуле S(40+15h), где S – площадь дома, h –
высота дома. Например, для дома 4×6 м и высотой 3,5 м ветровая нагрузка
составит 2200 кг. - 4. Запас прочности или динамическая нагрузка. Иногда оцениваются пиковые динамические нагрузки на дом. Это скорее актуально для сейсмоопасных районов. У нас скорее можно говорить о запасе прочности фундамента. А вдруг вы захотите надстроить этаж? Ваш винтовой фундамент будет к этому готов. Рассчитываем как площадь дома умножить на 350.
Оценить
ветровую нагрузку можно по формуле S(40+15h), где S – площадь дома, h –
высота дома. Например, для дома 4×6 м и высотой 3,5 м ветровая нагрузка
составит 2200 кг.Суммируем все нагрузки, возможные на фундамент вашего дома и получаем расчетное значение нагрузки на наш винтовой фундамент. Для деревянного дома 6х4 из бруса величина окажется порядка 17 – 20 т.
Расчет длины диаметра и количества винтовых свай в фундаменте.
Известно, что рабочая нагрузка на винтовую сваю диаметром 108 мм
должна составлять 4 – 8 т. Если на деревянный дом из бруса дает
расчетную нагрузку 20 т, то даже 9 свай с запасом выдержат наше
строение.
Для более легких домов и пристроек можно рассмотреть более
дешевые винтовые сваи меньшего диаметра.
Но остался не определенным еще один важный параметр винтовых свай для нашего свайно-винтового фундамента – это их длина. Самый обычный подход к определению длины винтовой сваи – это сделать ее такой, чтобы она зашла в почву ниже глубины зоны промерзания. Для Ленинградской области – это 1,5 м. Но если грунты слабые: торфяники, плывуны, то важно, чтобы винтовые сваи добрались до прочных грунтов, на которые будет перенесен все строения. Определить глубину залегания прочных грунтов можно пробным завинчиванием винтовой сваи. Если усилия не хватает для дальнейшего завинчивания сваи, значит, она добралась до прочных грунтов.
Второй момент для определение длины винтовой сваи – это рельеф места и
высота расположения обвязки фундамента над землей. Эти параметры
определяются индивидуально для каждого объекта.
Пример расчета забивной сваи | ИНФОПГС
Определение забивных свай
=============================================================
СЛОЙ 1
Cлой 1 Насыпной, H=2.000 м
=============================================================
СЛОЙ 2
Cлой 2 Торф, H=0.500 м
=============================================================
СЛОЙ 3
Тип грунта: Супеси, качество (или показатель текучести ): JL= 0.4, H грунта=2.000м, H сваи=2.000 м
Грунт талый — таблицы 1,2 ( СНиП 2.02.03-85 )
РАСЧЕТ СОПРОТИВЛЕНИЯ ПО БОКОВОЙ ПОВЕРХНОСТИ:
Таблица 2 для талых грунтов ( СНиП 2.02.03-85 ) :
F_i = 0.180 кгс/см2 ( Супеси/JL= 0.4/средняя глубина=1.500) (12)
F_up = ( Y_c * Y_cf * F_i * C_t * H_i) * 0.001 / 1.4
(1.00 * 1.00 * 0.180 * 133.83 * 200.000) * 0.001 / 1.4 = 3.441
Несущая способность по боковой поверхности сваи = 3.
441 т=============================================================
=============================================================
СЛОЙ 4
Тип грунта: Суглинки, качество (или показатель текучести ): JL= 0.3, H грунта=2.500м, H сваи=2.500 м
РАСЧЕТ СОПРОТИВЛЕНИЯ ПО БОКОВОЙ ПОВЕРХНОСТИ:
Мощность слоя больше 2.0 м — требуется расчленение на 2 однородн. пласт. мощностью 1.250 м
Таблица 2 для талых грунтов ( СНиП 2.02.03-85 ) :
F_i = 0.354 кгс/см2 ( Суглинки/JL= 0.3/средняя глубина=3.125) (12)
F_up = ( Y_c * Y_cf * F_i * C_t * H_i) * 0.001 / 1.4
(1.00 * 1.00 * 0.354 * 133.83 * 125.000) * 0.001 / 1.4 = 4.228
Несущая способность по боковой поверхности сваи = 4.228 т
Таблица 2 для талых грунтов ( СНиП 2.02.03-85 ) :
F_i = 0.388 кгс/см2 ( Суглинки/JL= 0.3/средняя глубина=4.375) (12)
F_up = ( Y_c * Y_cf * F_i * C_t * H_i) * 0.
001 / 1.4(1.00 * 1.00 * 0.388 * 133.83 * 125.000) * 0.001 / 1.4 = 4.630
Несущая способность по боковой поверхности сваи = 4.630 т
СУММАРНАЯ НЕСУЩАЯ СПОСОБНОСТЬ ПО БОКОВОЙ ПОВЕРХНОСТИ В СЛОЕ 4 = 8.858 т
=============================================================
СЛОЙ 5
Тип грунта: Глины, качество (или показатель текучести ): JL= 0.2, H грунта=1.500м, H сваи=1.500 м
Грунт талый — таблицы 1,2 ( СНиП 2.02.03-85 )
РАСЧЕТ СОПРОТИВЛЕНИЯ ПО БОКОВОЙ ПОВЕРХНОСТИ:
Таблица 2 для талых грунтов ( СНиП 2.02.03-85 ) :
F_i = 0.575 кгс/см2 ( Глины/JL= 0.2/средняя глубина=5.750) (12)
F_up = ( Y_c * Y_cf * F_i * C_t * H_i) * 0.001 / 1.4
(1.00 * 1.00 * 0.575 * 133.83 * 150.000) * 0.001 / 1.4 = 8.245
Несущая способность по боковой поверхности сваи = 8.245 т
=============================================================
СЛОЙ 6
Тип грунта: Пески, качество (или показатель текучести ): средние, H грунта=1.
Грунт талый — таблицы 1,2 ( СНиП 2.02.03-85 )
РАСЧЕТ СОПРОТИВЛЕНИЯ ПО БОКОВОЙ ПОВЕРХНОСТИ:
Таблица 2 для талых грунтов ( СНиП 2.02.03-85 ) :
F_i = 0.605 кгс/см2 ( Пески/средние/средняя глубина=7.250) (12)
F_up = ( Y_c * Y_cf * F_i * C_t * H_i) * 0.001 / 1.4
(1.00 * 1.00 * 0.605 * 133.83 * 150.000) * 0.001 / 1.4 = 8.675
Несущая способность по боковой поверхности сваи = 8.675 т
РАСЧЕТ СОПРОТИВЛЕНИЯ ПОД ОСНОВАНИЕМ:
Таблица 1 для талых грунтов (СНиП 2.02.03-85) :
R = 38.000 кгс/см2 (Пески/средние/глуб.=8.000) (11)
F_up = (Y_c * Y_cr * R * A_t ) * 0.001 / 1.4
(1.00 * 1.00 * 38.000 * 1425.31) * 0.001 / 1.4 = 38.687
Несущая способность под основанием сваи = 38.687 т
——— Результат по всем слоям ——————
Несущая способность сваи на вертикальную нагрузку F_up = 67.91 т
Несущая способность по боковой поверхности сваи = 29.
22 тНесущая способность сваи на выдергивающую нагрузку = 23.38 т
Несущая способность по боковой поверхности по слоям грунта:
Слой_1 = 0.00 т
Слой_2 = 0.00 т
Слой_3 = 3.44 т
Слой_4 = 8.86 т
Слой_5 = 8.24 т
Слой_6 = 8.68 т
——— Расчетная сила морозного пучения ——————
Удельная сила морозного пучения T_fh =1.10
N = T_fh * H_sts * C_t * 0.7 * 100 * 0.001 = 1.10 * 2 * 133.83 * 0.7 * 100 * 0.001 = 20.61 т
Глубина СТС = 2 м Тип грунта:
Пылевато-глинистые при показателе текучести Il > 0.5,
пески мелкие и пылеватые при степени влажности Sr >0.95
Гориз. несущая способность сваи – по Бромсу | Анализ свай | GEO5
Гориз. несущая способность сваи – по Бромсу
class=»h2″>Расчёт горизонтальной несущей способности одиночной сваи по Бромсу основывается на данных в научной литературе (Бромс, 1964).
В случае вычисления горизонтальной несущей способности по методу Бромса программа пренебрегает заданными ранее слоями грунтов. Параметры грунтов вводятся в рамку «Горизонтальная несущая способность» в зависимости от типа грунта (связный, несвязный).
Исходными данными для расчёта горизонтальной несущей способности сваи являются характеристики материала сваи (модуль упругости, прочность данного материала), геометрия сваи (длина сваи l, диаметр сваи d), а также нагружение сваи поперечной силой или моментом изгиба.
Коэффициент жёсткости сваи β в связных грунтах определяют по формуле:
где: | E*I | — | изгибная жёсткость сваи [МНм2] |
kh | — | модуль реакции грунтового основания (подстилающего слоя) [МНм3] | |
d | — | диаметр сваи [м] — (в случая круглого переменного сечения сваи для расчёта параметра β принимают постоянное значение диаметра сваи d1, которое задают в рамке «Геометрия»). |
Коэффициент жёсткости сваи η в несвязных грунтах определюят по формуле:
где: | E*I | — | изгибная жёсткость сваи [МНм2] |
nh | — | коэффициент реакции грунтового основания [МНм3] |
Программа автоматически определяет длинную или короткую сваю в зависимости от соотношения β*l (для связных грунтов), или η*l (для несвязных грунтов). В доступной литературе приводятся различные критерии для различных типов свай, поэтому пользователь может в программу задавать свои данные. Сваю средней длины программа оценивает как короткую и одновременно длинную, а после автоматически выбирает результат с наиболее низким значением горизонтальной несущей способности сваи Qu.
Диалоговое окно «Критерии типа сваи»
Критерии типа сваи (длинная, короткая, средняя) определяются по следующим условиям, для:
- свободное опирание : для длинных свай действительно β*l > 2,5 ; для коротких свай β*l < 2,5
- неподвижное опирание: для длинных свай действительно β*l > 1,5 ; для коротких свай β*l < 1,5
Опирание головы сваи может быть:
- свободное — голова сваи может без препятствия сделать поворот
- неподвижное — закрепление головы сваи. Как правило, эти сваи связаны с ростверком или кустом свай.
Как правило, эти сваи связаны с ростверком или кустом свай.Следующим важным исходным параметром является изгибная несущая способность сечения сваи. Программа автоматически рассчитывает это значение по заданной геометрии по формуле:
где: | Wy | — | момент сопротивления сечения [м3] |
f | — | прочность материала сваи [МПа] | |
γk | — | коэффициент несущей способности сечения [-] — в соответствии с различными стандартами и литературой несущая способность сечения умножается на различные коэффициенты запаса; данный коэффициент позволяет подогнать программу под эти стандарты. |
В случае ж-б сваи зависит несущая способность сваи при изгибе Mu от предложенного количества арматуры.
Коэффициент редукции несущей способности γQu понижает общее значение горизонтальной несущей способности одиночной сваи по формуле:
где: | Qu | — | горизонтальная несущая способность одиночной сваи [кН] |
γQu | — | коэффициент редукции несущей способности [-] |
В результате расчёта получаем горизонтальную несущую способность одиночной сваи Qu, или Qu,red и деформацию сваи на уровне отметки земли u.
Литература:
[1] BROMS, BENGT. B.: Lateral Resistance of Piles in Cohesive Soils. Proceedings of the American Society of Civil Engineers, Journal of the Soil Mechanics and Foundations Division, Vol. 90, SM2, 1964.
[2] BROMS, BENGT. B.: Lateral Resistance of Piles in Cohesionless Soils. Proceedings of the American Society of Civil Engineers, Journal of the Soil Mechanics and Foundations Division, vol.
90 SM3, 1964.
ЭСПРИ . Проектирование фундаментов
Евгений Стрелец-Стрелецкий, Роман Водопьянов
Наряду с крупными программными комплексами, такими как ЛИРА и МОНОМАХ, на современном рынке программного обеспечения широкой популярностью пользуются программыспутники. Эти программы предоставляют инженеру и исследователю возможность выполнять компьютерные расчеты множества частных задач, которые возникают в процессе работы над проектом сооружения и обычно не вписываются в структуру больших программных комплексов. Необходимость в решении указанных задач возникает как при выработке расчетной модели конструкции, так и при анализе результатов расчета целостной модели сооружения, как при экспертной оценке проектов, так и при техническом надзоре за возведением здания, а также во многих других ситуациях, имеющих место при проектировании и строительстве. Программыспутники необходимы инженеру в повседневной работе и обеспечивают поддержку в принятии оптимального конструктивного решения.
Полная конфигурация ЭСПРИ версии 1.0 содержит более 60 программ, которые тематически структурированы по десяти разделам: «Математика», «СтатикаДинамикаУстойчивость», «Сечения», «Нагрузки», «Сталь», «Железобетон», «Камень», «Дерево», «Фундамент», «Мосты». В каждом разделе содержатся программы, выполняющие расчетные и справочные функции. В какойто мере ЭСПРИ можно сравнить с широко известным (и давно не переиздававшимся) расчетнотеоретическим справочником проектировщика.
Здесь представлены программы, относящиеся к разделу «Фундамент». В настоящее время этот пакет содержит девять программ. Далее приведены их краткое описание и возможности.
Программа «Определение параметров упругого основания»
Программа предназначена для определения осадки и коэффициентов постели С1 и С2 под центром фундамента или фундаментной плиты по заданным грунтовым условиям и нагрузке.
Вычисление осадки производится по схемам линейного полупространства и линейно деформированного слоя.
В расчетах реализованы положения, изложенные в СП 501012004 и СНиП 2.02.0183*.
В соответствии с вычисленной осадкой определяются коэффициенты постели С1 и С2 по нескольким методикам для моделей грунта Винклера и Пастернака. Реализована возможность определения коэффициентов постели при динамических воздействиях.
Вычисление коэффициентов постели
Программа «Определение С1 и С2 на основе модели грунтового массива»
Программа предназначена для расчета фундаментных конструкций на грунтовом основании. Трехмерная модель грунтового массива создается программой автоматически на основании инженерногеологических условий площадки строительства.
Для описания площадки строительства задается база характеристик слоев грунта (ИГЭ), указываются расположение и отметки устья скважин, характеристика слоев грунта, составляющего ту или иную скважину.
По заданным нагрузкам на грунт от проектируемой фундаментной конструкции, а также по нагрузкам от близлежащих сооружений определяются переменные по области проектируемой конструкции, глубина сжимаемой толщи и осадка по схеме линейноупругого полупространства. На основании полученных осадок по нескольким методикам вычисляются коэффициенты постели упругого основания С1 и С2 для моделей Винклера и Пастернака.
Полученные результаты отображаются в виде изополей осадок, усредненных модулей деформации и коэффициентов Пуассона, а также изополей глубин сжимаемой толщи и коэффициентов постели.
Вычисление переменных коэффициентов постели
Программа «Расчет одиночной сваи»
Программа позволяет определить несущую способность одиночной сваи прямоугольного или кольцевого сечения. Рассчитываются сваистойки и висячие сваи в соответствии с положениями СНиП 2.02.0385 «Свайные фундаменты», МГСН 2.0701 и «Руководства по проектированию свайных фундаментов».
Результатами вычислений являются несущая способность сваи, ее осадка, в том числе с учетом взаимовлияния в группе свай, а также погонная жесткость сваи.
Расчет одиночной сваи
Программа «Расчет сваи на совместное действие вертикальной, горизонтальной сил и момента»
Программа предназначена для расчета одиночной сваи по деформациям и на устойчивость от совместного действия вертикальной и горизонтальной сил и момента согласно приложению 1 СНиП 2.02.0385 «Свайные фундаменты». Предполагается, что в процессе нагружения система «свая — грунт» проходит две стадии напряженнодеформированного состояния. На первой стадии грунт, окружающий сваю, работает как упругая линейнодеформируемая среда. Упругие свойства грунта характеризуются коэффициентом постели, линейно возрастающим по глубине. На второй стадии в верхней части грунта, окружающего сваю, образуется область предельного равновесия (пластическая зона). Жесткость грунта в пределах области предельного равновесия характеризуется прочностным коэффициентом пропорциональности, ниже грунт работает упруго, как в первой стадии. За предельное состояние системы «свая — грунт» принимается момент образования в свае пластического шарнира в пределах или на границе области предельного равновесия грунта.
В результате расчета определяются горизонтальное перемещение и угол поворота головы сваи. В случае расчета по одной стадии производится проверка устойчивости грунта согласно п. 13 приложения 1 СНиП 2.02.0385. При учете развития второй стадии напряженнодеформированного состояния грунта производится расчет несущей способности сваи в соответствии с условием H ≤ Fd / γk, где H — расчетное значение поперечной силы, действующей на сваю; Fd — несущая способность сваи, определяемая в соответствии с требованиями п. 10; γk — коэффициент надежности, принимаемый равным 1,4.
Расчет сваи на совместное действие нагрузок
Программа «Определение осадки условного фундамента»
Программа позволяет рассчитать осадку куста свай в соответствии со СНиП 2.02.0385 «Свайные фундаменты». Осадка в данном случае определяется как для условного фундамента на естественном основании с использованием расчетной схемы в виде линейнодеформируемого полупространства в соответствии с требованиями СНиП 2.02.0183*. Результатом расчета является значение осадки куста свай. Полученные размеры условного фундамента, его собственный вес, глубина сжимаемой толщи и величина осадки помещаются в отчет.
Расчет «Определение осадки фундамента»
Программа «Определение главных и эквивалентных напряжений в грунте»
Программа предназначена для вычисления главных и эквивалентных напряжений σ1, σ2, σ3 по заданным значениям тензора напряжений: σx, σy, σz, τxy, τxz, τyz.
Помимо главных напряжений для заданных расчетных характеристик грунта определяются предельные и эквивалентные напряжения по одному из заданных условий предельного равновесия — условия Кулона — Мора или модифицированные условия Кулона — Мора. Кроме того, вычисляются углы наклона главных напряжений к текущим осям, а также модуль полных деформаций в соответствии с теорией упругости линейнодеформируемого полупространства.
Программа «Проверка устойчивости склона»
Программа предназначена для определения устойчивости однородного грунтового склона по плоской (1й тип) или цилиндрической (2й тип) поверхности скольжения.
В результате вычисляются координаты оползневой поверхности, оползневое давление и предельные характеристики склона — критическая высота, критический угол площадки скольжения, суммарный вес грунтового массива над плоскостью разрушения, суммарная сдвиговая сила от веса грунта по плоскости разрушения, предельная сила устойчивости склона, длина плоскости или цилиндрической поверхности разрушения. Вычисляются также критическое расстояние от подошвы склона до верхней точки безопасного (относительно безопасного) удаления, коэффициент запаса устойчивости (устойчивой прочности) и средние нормальное и сдвиговое напряжения на площадке скольжения, а также другие параметры.
Устойчивость многослойного склона
Программа «Проверка устойчивости многослойного склона»
Программа предназначена для определения устойчивости многослойного грунтового склона по цилиндрической поверхности скольжения. Расчет производится методом, разработанным Шведским обществом геомеханики. Данный метод представлен в работе А.В. Шаповала «Оптимизация алгоритма расчета устойчивости откосов и склонов».
В результате определяются координаты оползневой поверхности, оползневое давление, а также коэффициенты запаса при статическом и динамическом нагрузкам, суммарная активная нормальная сила, активная составляющая сдвиговых сил, реактивная составляющая от сцепления и радиус поверхности скольжения.
Программа «Расчет ограждения котлована»
Программа предназначена для расчета подземной части сооружений, возводимых методом «стена в грунте». Расчетная модель является плоской и состоит из грунтового массива, элементов стенового ограждения и анкерных креплений стен. Задаются размеры грунтового массива и характеристики грунтов в нем, размеры котлована и уровни его отрывки, нагрузки на поверхность грунта, размеры и параметры материала и сечения стеновых элементов и анкеров, а также силы натяжения в анкерных креплениях.
В текущей версии программы допускается не более четырех анкеров с каждой стороны стенового ограждения и не более четырех уровней отрывки котлована.
После ввода исходных данных выполняется автоматическая триангуляция области грунтового массива с соответствующей разбивкой элементов стен и анкеров. Массив моделируется треугольными конечными элементами грунта, а стены и анкеры — стержневыми элементами.
Расчет ограждения котлована
Расчет производится последовательно по стадиям. На первой стадии производится расчет полной модели (без анкеров) на собственный вес и заданную нагрузку. Дальнейшее количество стадий определяется автоматически и зависит от заданных уровней выемки грунта и отметок установки анкеров. То есть пока не вынут грунт (демонтаж), анкер не может быть установлен (монтаж).
По ходу расчета выполняется накопление перемещений в узлах, напряжений в элементах грунта и усилий в элементах стен и анкеров по стадиям.
Результаты расчета представляются в графическом виде — эпюры усилий в стенах и изополя напряжений в грунте по стадиям.
Результаты оформляются в виде отчета.
Представленный раздел ЭСПРИ «Фундаментные конструкции и основания» насыщается новыми программами. Расширяются функциональные возможности программ, учитываются предложения, пожелания и замечания пользователей. Программы пакета снабжены контекстной справкой. Реализована возможность одновременной работы в локальной сети нескольких пользователей.
Сопровождение ЭСПРИ осуществляет группа специалистов высокой квалификации, имеющих многолетний опыт расчета конструкций и обеспечивающих поддержку пользователей по всему спектру возникающих вопросов.
САПР и графика 10`2009
Расчет нагрузки на винтовые сваи для фундамента
Винтовые сваи от «ДИАС» — это надежность изготовленной конструкции. Благодаря собственному производству мы получаем качественный продукт, используя материалы с высокими эксплуатационными характеристиками. Соблюдая все правила процесса изготовления (резки, изгиба, сварки), мы можем их применять на обводненных, торфяных или песчаных грунтах.
Для того, чтобы сделать заказ и начать строительство, необходимо рассчитать допустимые нагрузки, которые сможет выдержать свайно-винтовая конструкция. Важно произвести правильные расчеты надежности опор под здание, чтобы в будущем не допустить усадки наклона или разрушения.
Определение расчетного веса конструкции
При выборе качественной опоры для фундамента и будущего строения, нужно обратить внимание на важную характеристику из таблицы винтовых свай – их несущую способность. Ее суть заключается в максимально возможной нагрузке, которую сможет выдержать конструкция, не теряя своих функциональных качеств. На расчет возможной тяжести на фундаментальный материал влияют несколько факторов. А именно параметры:
- Тип почвы, в которой будут размещаться опоры;
- Метод изготовления и состав материала;
- Ее длина;
- Площадь лепестковой опоры.
К примеру, можем рассчитать нагрузку на винтовую сваю диаметром 108 сантиметров. Для этого мы учитываем значения площади лепестков и характеристики грунта. Для точного вычисления показателей лучше воспользоваться услугами инженеров, которые произведут инженерно-геологические и гидрогеологические изыскания. Это поможет определить количество, размеры, границы расположения на земельном участке металлических стержней. Средняя тяжесть, которую выдерживает винтовая свая диаметром 108 сантиметров составляет до 7 тонн.
Какой вид продукции выбрать, чтобы обеспечить надежность сооружения?
Свайный фундамент отличается характерной устойчивостью к высоким нагрузкам. Например, винтовые сваи 89 диаметра способны выдержать до 5 тонн веса.
Наши специалисты помогут определить, сколько необходимо свай для конкретного фундамента и какой должна быть их несущая способность. Если у Вас остались какие-либо вопросы о расчетах конструкций 57, 76, 89, 108, 133 диаметра, позвоните нам по одному из номеров телефонов +7 (495) 532-17-64, +7 (925) 083-96-04.
Вместимость сваи — обзор
Время влияет на изменения осевой нагрузки в глинистом грунте
Вместимость сваи, рассчитанная по предыдущему уравнению, не учитывает влияние старения с течением времени на емкость сваи, учитывая, что на старой платформе который был построен 40 лет назад и более, если пересмотреть расчет, вы можете обнаружить, что он отличается от коэффициента безопасности API в дополнение к условиям окружающей среды. Эффект времени, несомненно, влияет на емкость сваи, как при нормальных явлениях со временем окруженный грунт как единое целое, поэтому в расчетах не учитывается дополнительная адгезия.Поэтому недавно было проведено исследование, чтобы определить поведение осевой способности глинистой почвы во времени.
Кларк (1993) и Богард и Мэтлок (1990) провели полевые измерения, в которых было показано, что время, необходимое забивным сваям для достижения предельной прочности в связном грунте, может быть относительно большим — до 2–3 лет.
Стоит отметить, что в течение короткого периода времени после установки происходит значительное увеличение прочности, и это происходит из-за того, что показатель прочности быстро увеличивается после непосредственного движения, и этот показатель уменьшается в процессе рассеивания.
Во время забивки сваи в обычных или легких переуплотненных глинах происходит значительное нарушение грунта вокруг сваи, изменяется напряженное состояние, что также создает большое превышение порового давления. После установки сваи это избыточное поровое давление начинает рассеиваться, что означает, что окружающий грунт вокруг свай начинает консолидироваться, и, исходя из этого, емкость сваи в глинистой почве со временем увеличивается. Этот процесс называется « настройка ». Скорость рассеяния избыточного порового давления зависит от радиального коэффициента уплотнения, диаметра сваи и слоистости грунта.
В наиболее распространенном случае, когда забивные трубные сваи, поддерживающие конструкцию, имеют расчетные нагрузки, прикладываемые к сваям вскоре после установки, при проектировании свай следует учитывать характеристики времени уплотнения. В традиционных стационарных морских сооружениях время между установкой сваи и полной загрузкой платформы составляет от 1 до 3 месяцев, но в некоторых случаях ввод в эксплуатацию и запуск происходят раньше, и в этом случае эта информация должна быть передана. для инженерного бюро, поскольку ожидаемое увеличение пропускной способности со временем является важными проектными переменными, которые могут повлиять на безопасность системы фундамента на ранних этапах процесса консолидации.
Поведение сваи при значительных осевых нагрузках в высокопластичных, нормально консолидированных глинах было изучено с помощью большого количества испытаний свайных моделей и некоторых натурных испытаний на нагрузку на сваи.
В результате этого исследования рассеяния порового давления с данными нагрузочных испытаний в разное время после забивки сваи были получены эмпирические корреляции между степенью консолидации, условиями закупоривания и сдвиговой способностью ствола сваи. Это исследование показало, что результаты испытаний стальных свай с закрытым концом в сильно переуплотненной глине указывают на отсутствие значительного изменения несущей способности с течением времени.Это противоречит испытаниям стальных свай с закрытым концом диаметром 0,273 м (10,75 дюйма) в переуплотненной глине, где была обнаружена значительная и быстрая установка за 4 дня, поэтому емкость сваи в конце установки так и не восстановилась полностью.
Поэтому очень важно подчеркнуть, что осевая способность сваи с течением времени находится в стадии исследований и разработок, и нет твердой формулы или уравнения, которым следовало бы следовать, но следует сосредоточить внимание на исследованиях, проводимых на конкретном участке. местоположение, а также зависит от предыдущей истории местоположения.
Грузоподъемность свай | Программное обеспечение SkyCiv Cloud для структурного анализа
Как рассчитать предельную несущую способность одиночной сваи
Грузоподъемность
Оценка предельной несущей способности одиночной сваи — один из наиболее важных аспектов проектирования свай, который иногда может быть сложным. В этой статье будут рассмотрены основные уравнения для расчета одинарной сваи, а также приведен пример.
Чтобы легко понять механизм передачи нагрузки одиночной сваи, представьте бетонную сваю длиной L и диаметром D, как показано на рисунке 1.
Рисунок 1: Механизм передачи нагрузки для свай
Нагрузка Q, приложенная к свае, должна передаваться непосредственно на грунт у основания сваи. Часть этой нагрузки будет восприниматься сторонами сваи за счет так называемого «поверхностного трения», развиваемого вдоль вала (Q s ), а остальная часть будет выдержана грунтом, на который опирается свая (Q p ). Следовательно, предельная несущая способность (Qu) сваи определяется уравнением (1).Существует несколько методов оценки значений Q p и Q s .
\ ({Q} _ {u} = {Q} _ {p} + {Q} _ {s} \) (1)
Q u = Максимальная грузоподъемность
Q p = Допустимая нагрузка на концевую опору
Q с = Сопротивление поверхностному трению
Хотите попробовать программное обеспечение SkyCiv Foundation Design? Наш бесплатный инструмент позволяет пользователям выполнять расчеты несущей способности без загрузки или установки!
Калькулятор проектирования фундамента
Допустимая нагрузка на конец, Q
pКонечная несущая способность теоретически представляет собой максимальную нагрузку на единицу площади, которая может без сбоев выдержать опору грунтом.Следующее уравнение Карла фон Терзаги, отца механики грунтов, является одной из первых и наиболее часто используемых теорий при оценке предельной несущей способности фундаментов. Уравнение Терзаги для предельной несущей способности может быть выражено как:
\ ({q} _ {u} = (c × {N} _ {c}) + (q × {N} _ {q}) + (\ frac {1} {2} × γ × B × { N} _ {γ}) \) (2)
q u = Максимально допустимая нагрузка на конец
c = сцепление почвы
q = Эффективное давление на грунт
γ = Удельный вес грунта
B = глубина или диаметр поперечного сечения
N c , N q , N γ = Коэффициенты опоры
Так как q u выражается в единицах нагрузки на единицу площади или давления, умножение его на площадь поперечного сечения сваи даст в результате несущую способность сваи на конце (Q p ).Результирующим значением последнего члена уравнения 2 можно пренебречь из-за относительно небольшой ширины сваи, следовательно, его можно исключить из уравнения. Таким образом, предельная несущая способность сваи может быть выражена, как показано в уравнении (3). Эта модифицированная версия уравнения Терзаги используется в модуле SkyCiv Foundation при проектировании свай.
\ ({Q} _ {p} = {A} _ {p} × [(c × {N} _ {c}) + (q × {N} _ {q})] \) (3)
A p = Площадь поперечного сечения сваи
Коэффициенты опоры N c и N q являются безразмерными, получены эмпирическим путем и являются функциями угла трения почвы (Φ).Исследователи уже завершили расчеты, необходимые для определения коэффициентов опоры. В таблице 1 приведены значения N q согласно данным инженерного командования военно-морских сил (NAVFAC DM 7.2, 1984). Значение N c примерно равно 9 для свай под глинистыми грунтами.
| Коэффициент подшипника (Н q ) | |||||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Угол трения (Ø) | 26 | 28 | 30 | 31 | 32 | 33 | 34 | 35 | 36 | 37 | 38 | 39 | 40 |
| Забивные сваи | 10 | 15 | 21 | 24 | 29 | 35 | 42 | 50 | 62 | 77 | 86 | 120 | 145 |
| Буронабивные сваи | 5 | 8 | 10 | 12 | 14 | 17 | 21 | 25 | 30 | 38 | 43 | 60 | 72 |
Таблица 1: значения N q из NAVFAC DM 7.2
Емкость сопротивления поверхностному трению, Q
сКожное сопротивление сваи развивается по длине сваи. Обычно сопротивление трению сваи выражается как:
\ ({Q} _ {s} = ∑ (p × ΔL × f) \) (4)
p = периметр сваи
ΔL = Инкрементная длина сваи, по которой берутся p и f
f = Сопротивление трению агрегата на любой глубине
Оценка значения единицы сопротивления трения (f) требует рассмотрения нескольких важных факторов, таких как характер установки свай и классификация грунта.Уравнения (5) и (6) показывают вычислительный метод определения единицы сопротивления трению свай в песчаных и глинистых грунтах соответственно. Таблицы 2 и 3 представляют рекомендуемый эффективный коэффициент давления грунта (K) и угол трения грунт-сваю (δ ’) в соответствии с NAVFAC DM7.2.
Для песчаных почв:
\ (f = K × σ ’× tan (δ’) \) (5)
K = эффективный коэффициент давления грунта
σ ’= эффективное вертикальное напряжение на рассматриваемой глубине
δ ’= угол трения грунт-сваи
Для глинистых почв:
\ (f = α × c \) (6)
α = Эмпирический коэффициент сцепления
| Угол трения грунт-сваи (δ ’) | |
|---|---|
| Тип сваи | δ ’ |
| Стальная свая | 20º |
| Куча древесины | 3/4 × Φ |
| Бетонная свая | 3/4 × Φ |
Таблица 2: Значения угла трения грунта-сваи (NAVFAC DM7.2, 1984)
| Коэффициент бокового давления земли (K) | ||
|---|---|---|
| Тип сваи | Компрессионная свая | Натяжная свая |
| Забивные двутавровые сваи | 0,5–1,0 | 0,3-0,5 |
| Забивные сваи (круглые, прямоугольные) | 1,0–1,5 | 0,6–1,0 |
| Забивные сваи (конические) | 1.5-2,0 | 1,0–1,3 |
| Забивные сваи | 0,4-0,9 | 0,3-0,6 |
| Буронабивные сваи (диаметр <24 ″) | 0,7 | 0,4 |
Таблица 3: Значения коэффициента бокового давления земли (K) (NAVFAC DM7.2, 1984)
| Коэффициент адгезии (α) | |||||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| п / п а | α | ||||||||||||
| ≤ 0.1 | 1,00 | ||||||||||||
| 0,2 | 0,92 | ||||||||||||
| 0,3 | 0,82 | ||||||||||||
| 0,4 | 0,74 | ||||||||||||
| 0,6 | 0,62 | ||||||||||||
| 0,8 | 0,54 | ||||||||||||
| 1,0 | 0,48 | ||||||||||||
| 1,2 | 0,42 | ||||||||||||
| 1,4 | 0,40 | ||||||||||||
| 1,6 | 0,38 | ||||||||||||
| 1.8 | 0,36 | ||||||||||||
| 2,0 | 0,35 | ||||||||||||
| 2,4 | 0,34 | ||||||||||||
| 2,8 | 0,34 | ||||||||||||
Примечание: p a = атмосферное давление ≈ 100 кН / м 2
Таблица 4: Значения фактора адгезии (Terzaghi, Peck, and Mesri, 1996)
Пример: Расчет вместимости свай в песке
Бетонная свая длиной 12 метров и диаметром 500 мм забивается в несколько слоев песка без наличия грунтовых вод.Найдите максимальную несущую способность (Q и ) сваи.
| Детали | |
|---|---|
| Раздел | |
| Диаметр | 500 мм |
| Длина | 12 месяцев |
| Слой 1-Свойства грунта | |
| Толщина | 5 месяцев |
| Масса устройства | 17,3 кН / м 3 |
| Угол трения | 30 градусов |
| Сплоченность | 0 кПа |
| Столб подземных вод | Нет |
| Свойства двух слоев почвы | |
| Толщина | 7 месяцев |
| Масса устройства | 16.9 кН / м 3 |
| Угол трения | 32 градуса |
| Сплоченность | 0 кПа |
| Столб подземных вод | Нет |
Шаг 1. Вычислите допустимую нагрузку на концевую опору (Q p ).
На кончике стопки:
A p = (π / 4) × D 2 = (π / 4) × 0,5 2
A p = 0.196 кв.м. 2
c = 0 кПа
θ = 32º
N q = 29 (из таблицы 1)
Эффективное давление на почву (q):
q = (γ 1 × t 1 ) + (γ 2 × t 2 ) = (5 м × 17,3 кН / м 3 ) + (7 м × 16,9 кН / м 3 )
q = 204,8 кПа
Затем используйте уравнение (3) для определения допустимой нагрузки на концевую опору:
Q p = A p × [(c × N c ) + (q × N q )]
Q p = 0.196 м 2 × (204,8 КПа × 29)
Q p = 1164,083 кН
Шаг 2: Вычислить сопротивление поверхностному трению (Q s ).
Используя уравнения (4) и (5), рассчитайте поверхностное трение на слой почвы.
Q с = ∑ (p × ΔL × f)
p = π × D = π × 0,5 м
p = 1,571 м
Слой 1:
ΔL = 5 м
f 1 = K × σ ’ 1 × tan (δ’)
К = 1.25 (Таблица 3)
δ ’= 3/4 × 30º
δ ’= 22,50º
σ ’ 1 = γ 1 × (0,5 × t 1 ) = 17,3 кН / м 3 × (0,5 × 5 м)
σ ’ 1 = 43,25 кН / м 2
f 1 = 1,25 × 43,25 кН / м 2 × tan (22,50º)
f 1 = 22,393 кН / м 2
Q s1 = p × ΔL × f 1 = 1,571 м × 5 м × 22,393 кН / м 2
Q s1 = 175.897 кН
Уровень 2:
ΔL = 7 м
f 2 = K × σ ’ 2 × tan (δ’)
K = 1,25 (таблица 3)
δ ’= 3/4 × 32º
δ ’= 24º
σ ‘ 2 = (γ 1 × t 1 ) + [γ 2 × (0,5 × t 2 )] = (17,3 кН / м 3 × 5 м) + [16,9 кН / м 3 × (0,5 × 7 м)]
σ ’ 2 = 145,65 кН / м 2
f 2 = 1.25 × 145,65 кН / м 2 × tan (24º)
f 2 = 81,059 кН / м 2
Q s2 = p × ΔL × f 2 = 1,571 м × 7 м × 81,059 кН / м 2
Q s2 = 891,406 кН
Общее сопротивление кожному трению:
Q s = Q s1 + Q s2 = 175,897 кН + 891,406 кН
Q s = 1067,303 кН
Шаг 3: Расчет максимальной грузоподъемности (Q и ).
Q u = Q p + Q s = 1164,083 кН + 1067,303 кН
Q u = 2231,386 кН
Пример 2: Расчет грузоподъемности свай в глине
Рассмотрим бетонную сваю диаметром 406 мм и длиной 30 м, залитую слоистой насыщенной глиной. Найдите максимальную несущую способность (Q и ) сваи.
| Детали | |
|---|---|
| Раздел | |
| Диаметр | 406 мм |
| Длина | 30 метров |
| Слой 1-Свойства грунта | |
| Толщина | 10 метров |
| Масса устройства | 8 кН / м 3 |
| Угол трения | 0º |
| Сплоченность | 30 кПа |
| Столб подземных вод | 5 месяцев |
| Свойства двух слоев почвы | |
| Толщина | 10 метров |
| Масса устройства | 19.6 кН / м 3 |
| Угол трения | 0º |
| Сплоченность | 0 кПа |
| Столб подземных вод | Полностью погруженный |
Шаг 1. Вычислите допустимую нагрузку на концевую опору (Q p ).
На кончике стопки:
A p = (π / 4) × D 2 = (π / 4) × 0,406 2
A p = 0.129 кв.м. 2
c = 100 кПа
N c = 9 (Типичное значение для глины)
Q p = (c × N c ) × A p = (100 кПа × 9) × 0,129 м 2
Q p = 116,1 кН
Шаг 2: Вычислить сопротивление поверхностному трению (Q s ).
Используя уравнения (4) и (6), рассчитайте поверхностное трение на слой почвы.
Q с = ∑ (p × ΔL × f)
р = π × D = π × 0.406 м
p = 1,275 м
Слой 1:
ΔL = 10 м
α 1 = 0,82 (таблица 4)
c 1 = 30 кПа
f 1 = α 1 × c 1 = 0,82 × 30 кПа
f 1 = 24,6 кН / м 2
Q s1 = p × ΔL × f 1 = 1,275 м × 10 м × 24,6 кН / м 2
Q s1 = 313,65 кН / м 2
Уровень 2:
ΔL = 20 м
α 2 = 0.48 (Таблица 4)
c 2 = 100 кПа
f 2 = α 2 × c 2 = 0,48 × 100 кПа
f 2 = 48 кН / м 2
Q s2 = p × ΔL × f 2 = 1,275 м × 20 м × 48 кН / м 2
Q s2 = 1,224 кН / м 2
Общее сопротивление кожному трению:
Q с = Q с1 + Q с2 = 313.65 кН + 1224 кН
Q s = 1537,65 кН
Шаг 3: Расчет максимальной грузоподъемности (Q и ).
Q u = Q p + Q s = 116,1 кН + 1537,65 кН
Q u = 1,653,75 кН
Хотите попробовать программное обеспечение SkyCiv Foundation Design? Наш бесплатный инструмент позволяет пользователям выполнять расчеты несущей способности без загрузки или установки!
Калькулятор проектирования фундамента
Артикул:
- Дас, Б.М. (2007). Принципы фундаментальной инженерии (7-е издание) . Глобальный инжиниринг
- Раджапаксе Р. (2016). Практическое правило проектирования и строительства свай (2-е издание) . Elsevier Inc.
- Томлинсон, М.Дж. (2004). Практика проектирования и строительства свай (4-е издание) . E&FN Spon.
Проектирование свай [разработка детального руководства]
В статье рассматривается конструкция свай (одинарных набивных буронабивных сваи). Буронабивные сваи чаще используются в мире в качестве глубокого фундамента, когда осевая нагрузка не может быть достигнута за счет фундаментов мелкого заложения.
Существуют различные методы проектирования свай. Во всех методах расчет поверхностного трения и концевых опор выполняется при расчете свай. Если мы сможем рассчитать вышеуказанные параметры, мы легко сможем оценить вместимость сваи.
Расчет отрицательного поверхностного трения и нормального поверхностного трения почвы в этой статье не рассматривается.
Однако эффект поверхностного трения грунта можно учесть при оценке несущей способности сваи.
Особенно, когда есть отрицательное поверхностное трение, которое снижает несущую способность сваи, это следует учитывать при расчетах.Влияние трения кожи о землю о кожу будет рассказано в другой статье на этом сайте.
Обычно допустимые значения торцевого подшипника и поверхностного трения получают в результате геотехнических исследований.
В отчете приведены допустимые значения допустимого концевого подшипника и допустимого поверхностного трения.
Если в отчете о инженерно-геологических исследованиях указаны предельная нагрузка на концевую опору и предельное поверхностное трение, они должны быть преобразованы в допустимые нагрузки, поскольку мы сравниваем их с рабочими нагрузками (эксплуатационными нагрузками) конструкции.
Уравнения для оценки концевого подшипника и трения обшивки
Несущая способность концевого подшипника = (допустимая конечная опора) x (площадь поперечного сечения основания сваи)
Способность к трению обшивки = (допустимое трение обшивки) x (площадь поверхности сваи в длине раструба)
Площадь поверхности сваи в длине раструба рассчитывается путем умножения длины раструба (длины сваи в свежей породе) на длину периметра сваи.Обычно сваи имеют глубину забивки вокруг диаметра сваи, если это не указано в геотехническом отчете.
Геотехническая способность сваи = Концевая несущая способность + Допустимая нагрузка на трение обшивки
Геотехническая способность сваи сравнивается со структурной способностью сваи для получения несущей способности сваи.
Структурная способность сваи может быть оценена с помощью структурного анализа.
Сваю можно спроектировать как колонну, несущую осевую нагрузку в почве и скале.
При укладке сваи на очень мягких грунтах, таких как торф, рекомендуется провести структурную проверку сваи с учетом эффекта продольного изгиба в очень мягкой среде.
Как правило, инженеры использовали следующее уравнение для оценки несущей способности свай.
Структурная способность сваи = 0,25 fcu Ac
Где fcu = характеристическая кубическая прочность бетона
Ac = площадь поперечного сечения сваи
Расчетная способность сваи = меньшая структурная способность и геотехническая нагрузка
Для ознакомления с конструкцией заглушки сваи можно обратиться к статье «Конструкция заглушки ».
Исследование по расчету интервала скольжения свай из стальных труб большого диаметра на морских платформах
В океанотехнике скольжение сваи часто происходит в процессе забивки трубных свай большого диаметра и влияет на инженерное качество, поэтому точное скольжение сваи интервал необходим. В соответствии с напряженной ситуацией стальной сваи, не имеющей отношения к проектированию, анализируются причины соскальзывания сваи. Используя уравнение статического равновесия, рассчитывается глубина бурового раствора, на которой может проскальзывать трубная свая.Влияние трения сайдинга сваи учитывалось при расчете второго скольжения сваи, и трение сайдинга сваи разделено на три области влияния. Методом интегрирования рассчитывается работа по сопротивлению сваи. В сочетании с принципом работы и принципом мощности получается уравнение преобразования энергии трубной сваи в процессе скольжения, а также рассчитываются длина и интервал скольжения сваи. С использованием этого нового метода было проведено сравнение результатов измерений и расчетов в реальном случае.Сравнение показало, что общие относительные погрешности в интервале скольжения сваи составляют от 8% до 16%, а новый метод имеет высокую точность. Результаты нового метода согласуются с данными измерений, которые могут служить ориентиром для прогнозирования интервала оползания свай в проекте.
1. Введение
Морская платформа, обеспечивающая производственные и жилые помещения, объединяет бурение, транспортировку, строительство, наблюдение и навигацию. В конструкции свайного фундамента обычно используются сваи из стальных труб большого диаметра и сверхдлинных труб, при этом трубные сваи забиваются в слой грунта морского дна вдоль трубы с помощью гидравлического сваебойного молота.В процессе забивки свай, когда сваи из стальных труб сталкиваются с мягкими слоями грунта в слоях морского грунта, часто происходит скольжение сваи из-за уменьшения сопротивления торца сваи и сопротивления боковому трению сваи. Скользящая свая не только влияет на качество образования свай и несущую способность свайного фундамента, но также делает больше ошибок в фактическом проникновении сваи и расчетной отметке свайного фундамента.
В последние годы ученые в стране и за рубежом провели серию исследований по скольжению свай, таких как Гуо и другие [1], анализируя причины соскальзывания свай в сочетании с реальным проектом и предлагая соответствующие профилактические меры.Сан и другие [2–4] предложили метод расчета длины скользящей сваи с учетом снижения прочности грунта вокруг сваи, избыточного порового давления и других факторов. Lehane и другие [5] использовали метод статического баланса для оценки интервала скользящей сваи. Миена [6] предложила метод прогнозирования проскальзывания свай и предсказала возможность проскальзывания 26 трубных свай. Инь [7] проанализировал механизм скольжения сваи для стальных трубных свай большого диаметра и предложил метод расчета длины скольжения сваи.Довер [8] проанализировал влияние напряжения сваи на месте, угла трения на границе раздела и толщины стенки на сопротивление торца сваи посредством экспериментов. Ян [9] сравнил сопротивление трению фрикционных свай со стороны сваи на основе теоретических и эмпирических математических моделей. Большинство из перечисленных выше исследований проводилось для уменьшения бокового трения сваи и расчета длины скольжения сваи в процессе скольжения стальной трубы, редко учитывая изменение бокового трения сваи на разной глубине в процессе скольжения сваи, и нет. Для реальной инженерной ситуации были приняты различные методы расчета.
Сначала анализируются причины скольжения стальных трубных свай большого диаметра морской платформы, а затем рассчитывается зависимость между предельной несущей способностью фундамента и сопротивлением концов свай с учетом влияния скользящих свай сопротивление трению со стороны сваи разной глубины. Затем устанавливается новый алгоритм для интервала скольжения стальных трубных свай большого диаметра с использованием принципа статического баланса и функции, а рациональность и надежность алгоритма проверяются путем сравнительного анализа инженерных примеров.
2. Анализ скользящей сваи
Инженерная практика показывает, что [10] скользящие сваи обычно возникают в следующих двух ситуациях: когда поверхностный слой морского грунта представляет собой мягкий слой грунта со слабой несущей способностью; при забивании сваи в слой грунта с меньшей несущей способностью из слоя почвы с большей несущей способностью. Из-за особенностей морской почвы каждая стальная трубная свая будет скользить от 0 до 3 раз во время укладки.
Когда стальная трубная свая только что вошла в слой почвы на поверхности океана, из-за слабой несущей способности слоя почвы свая будет свободно проникать в слой почвы на определенную глубину, не ударяя молотком.Когда свая входит в твердый слой почвы, сопротивление торца сваи и сопротивление боковому трению возрастают, и стальная трубная свая постепенно проникает в грунт под действием ударов молотком. Когда свая входит в слой мягкой глины, сопротивление торца сваи снижается, и сопротивление трению со стороны сваи оказывается недостаточным для того, чтобы выдержать качество сваи и ударного молотка. В это время свая без ударов будет проникать в слой почвы; т.е. тело сваи будет скользить. Когда сопротивление трения сваи, входящей в твердый слой грунта или со стороны сваи, увеличивается до определенного значения, скольжение сваи прекращается.По мере того, как свая продолжает проникать, хотя площадь бокового трения увеличивается, боковое трение сваи фактически уменьшается из-за повторной формовки грунта. Следовательно, при повторном входе в слой мягкого грунта произойдет вторичное скольжение сваи, и на Рисунке 1 схематически показано явление соскальзывания сваи.
Когда общее сопротивление грунта тела сваи удовлетворяет одному из следующих условий, возможно скольжение сваи: общее сопротивление грунта меньше веса тела сваи; общее сопротивление грунта меньше, чем сила сваебойного молота; общее сопротивление грунта меньше силы инерции сваи и свайного молота [11].
3. Расчет сопротивления забиванию сваи
3.1. Расчет сопротивления конца сваи
Сопротивление конца сваи стальной трубной сваи большого диаметра в процессе скольжения сваи может быть получено путем расчета сопротивления грунта кольцевого конца сваи. Из-за различных свойств слоев почвы, несвязные слои почвы и связанные слои почвы используют разные формулы для расчета сопротивления вершине сваи. Для несвязного грунта, такого как песок, сопротивление на конце сваи рассчитывается по формуле Березанцева [12], а расчетная предельная несущая способность кольцевого концевого сечения сваи рассматривается как конечное сопротивление сваи.По расчетной формуле Березанцева сопротивление торца сваи q u в песчаном грунте составляет, где q u — сопротивление торца сваи, кПа; N q и N r — предельные коэффициенты несущей способности фундамента, полученные из угла внутреннего трения φ грунта фундамента; предельный коэффициент несущей способности фундамента приведен в таблице 1 [13]. q D — эффективное перекрывающее давление на уровне основания сваи, кПа; B — диаметр стальной трубной сваи, м; γ — удельная плавающая масса слоя грунта, кН / м 3 .
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Для связного грунта, такого как глина, кольцевая секция внизу сваи обеспечивает небольшую несущую способность фундамента.Согласно спецификациям API, он может быть рассчитан как q u = N r c u . Сом и Дас [14] предположили, что N r из 9 больше подходит для вязкого грунта путем экспериментов и анализа, поэтому сопротивление торца сваи в вязком грунте составляет c u недренированный сдвиг. прочность, кН / м 2 .
3.2. Расчет бокового трения сваи
Анализируя явление скольжения сваи, можно увидеть, что грунт на дне сваи будет подвергаться сдвиговому разрушению во время процесса проникновения сваи в грунт, почва будет образовывать реконструированную форму. площади, и соответственно изменится прочность грунта [15]. Это явление приведет к тому, что пластическая прочность грунта будет ниже прочности исходного грунта, а коэффициент бокового трения снизится. Следовательно, статическое трение между сваями и грунтом не подходит для бокового трения свай, и необходимо рассчитать динамическое трение между сваями и грунтом.
Довер и Дэвидсон [8] с помощью экспериментов и анализа обнаружили, что динамическое боковое трение стальных трубных свай может быть уменьшено в 0,7–0,9 раза в песчаных грунтах. Чжан [16] считает, что в процессе опускания сваи внутри стальной трубы на большой прямой улице образуется грунтовая пробка, в 10 раз превышающая диаметр сваи, а сопротивление трению внутри стенки сваи составляет 50% от трения. сопротивление вне сваи. Следовательно, на основе учета внутреннего трения о стенке сваи статическое трение между сваей и грунтом уменьшается на понижающий коэффициент, и формула динамического трения стальной трубной сваи в песчаном слое грунта получается следующим образом: где α — коэффициент уменьшения сопротивления стороны динамического трения песка и 0.75 более приемлемо для морских пород и почвы. k — коэффициент давления на фундамент; p 0 — давление вскрыши почвенного слоя, кН / м 2 ; δ — угол трения вне тела грунта.
Расчет сопротивления трению стальной трубной сваи в слое глины также требует снижения прочности грунта. Ли [17] путем анализа и экспериментов обнаружил, что на трение стороны сваи в различных положениях под поверхностью вынутого тела в разной степени влияют скользящие сваи, разделив глубину проникновения сваи на три затронутые области, а на рис. изменение бокового трения агрегата в различных пораженных участках.
Как показано на Рисунке 2, кривая a представляет сопротивление трению стороны блока на каждой глубине в конце скольжения сваи. Кривая b показывает удельное боковое трение на каждой глубине в конце забивки сваи, z — глубина грунта под поверхностью бурового раствора, а H — глубина в конце соскальзывания сваи. В соответствии с соотношением между глубиной z грунта под поверхностью бурового раствора и глубиной H в конце скольжения сваи трубы, входящая в слой грунта, разделяется на полную зону влияния, зону неполного влияния и зону неполного влияния. зона влияния.
В сочетании с приведенными выше соображениями, когда стальная труба проскальзывает в первый раз, динамическое боковое трение сваи может быть рассчитано с помощью модифицированного метода API, и расчетная формула имеет следующий вид: β — коэффициент сцепления, а c u — прочность на сдвиг без дренажа, кН / м 2 . Когда c u ≥72 кПа, β = 0,5, и когда 24 кПа ≤ c u <72 кПа, β линейно увеличивается в диапазоне [0.5,1] диапазон.
Для случая вторичного скольжения свай из стальных труб при расчете динамического бокового трения свай в слое глины необходимо учитывать влияние первого скольжения свай на боковое трение свай, а также в зависимости от различных По степени воздействия интервал глубины проникновения сваи разделен на три зоны влияния: полностью пораженная область, частично пораженная область и отсутствие пораженных участков.
(a) Зона полного поражения .Когда z / H <0,5, сопротивление боковому трению в конце скольжения сваи в основном такое же, как сопротивление боковому трению в конце забивки сваи, и это значение очень мало. Эта часть почвы является зоной, наиболее сильно подверженной скольжению сваи, и называется полностью пораженной зоной. Следовательно, сопротивление динамическому трению сваи снижается в 0,075 раза по сравнению с сопротивлением статическому трению, и формула расчета имеет следующий вид: f d — динамическое боковое трение в слое глины, кН, а f — статическая сторона. трение, кН.
(b) Зоны частичного поражения . Когда 0,5
(c) Нет затронутых территорий . Когда z / H> 0,8, нарушение скольжения сваи относительно грунта в этой области невелико, боковое трение тела сваи игнорируется скользящей сваей, и модифицированный метод API все еще может использоваться для расчета бокового трения тела сваи. Таким образом, формула для расчета бокового трения в этой области имеет вид, когда c u ≥72 кПа, β = 0.5, а когда 24 кПа ≤ c u <72 кПа, β линейно увеличивается в диапазоне.
4. Расчет интервала скольжения сваи
На основе анализа механизма скольжения сваи усовершенствован процесс расчета алгоритма существующего интервала скольжения сваи. Сначала рассчитывается сопротивление торца сваи по формуле Березанцева, а затем рассчитывается сопротивление трению с использованием различных коэффициентов понижения в разных зонах влияния.В песчаном грунте сопротивление трению стороны сваи рассчитывается обычными методами. На основе динамического процесса скольжения сваи разработан новый алгоритм интервала скольжения сваи из стальных труб большого диаметра с использованием статического баланса и функциональных принципов.
Когда стальная трубная свая проникает в слой морского грунта, на сваю будет действовать ударное усилие гидравлического молота, собственная сила тяжести, плавучесть, сопротивление торца сваи и трение по бокам сваи. Согласно динамическому опыту, когда гидравлический молот ударяет по трубной свае, мощность трубной сваи и гидравлического молота принимается равной 1.В 2 раза больше силы тяжести G 1 + G 2 сваи и гидравлического молота [18], поэтому, когда напряженное состояние трубной сваи соответствует следующей формуле, скольжение трубной сваи будет и глубина бурового раствора L трубной сваи, когда происходит проскальзывание трубной сваи, может быть рассчитана по формуле, где F — плавучесть трубной сваи, кН.
По мере продвижения скользящей сваи скорость стальной трубной сваи будет постепенно уменьшаться до нуля под действием сопротивления грунта и плавучести, кинетическая энергия сваи будет рассеиваться, преодолевая сопротивление грунта и плавучесть для выполнения работы, поэтому уравнение энергии можно перечислить по принципу действия, а длину скользящей сваи можно рассчитать.Формула для расчета работы, совершаемой силой трения со стороны сваи при скольжении сваи: где — работа, совершаемая сопротивлением трению со стороны сваи, кДж; B — диаметр стальной трубной сваи, м; x — количество слоев грунта в начале сползания сваи; f mj — сила трения грунта слоя и до образования скользящей сваи, кН; — количество слоев грунта, входящих в интервал скольжения сваи; f mj — сила трения грунта j-го слоя в интервале скользящей сваи, кН; z — расстояние скольжения каждого слоя грунта в интервале скользящей сваи, м.
Согласно методу интегрального исчисления, f mj является кусочной функцией в интервале скользящих свай, поэтому общая формула для расчета сопротивления динамическому трению между слоями глины и песка в интервале скользящих свай выглядит следующим образом : где f md — сила трения глиняного слоя j в интервале скольжения сваи, кН; т — толщина соответствующего слоя грунта, м; f мс — сила трения слоя j песка в интервале скользящей сваи, кН; p j-1 — давление вскрыши слоя j-1 грунта, кН; γ j — сильная песчанистость в слое j , кН / м 3 ; p j — давление вскрыши слоя j грунта, кН.
В процессе скольжения трубы работу, выполняемую сопротивлением торца сваи, можно получить путем интегрирования других столбцов формулы Березанцева, формула расчета выглядит следующим образом: где — работа, выполняемая сопротивлением торца сваи, кДж, а длина погружения свай стальных труб в слой грунта, где они остаются в конце сползания сваи, м.
Плавучесть F f , воспринимаемая стальной трубной сваей, будет постепенно увеличиваться по мере продвижения скользящей сваи, поэтому метод расчета работы, выполняемой за счет плавучести, — это плотность воды, кг / м 3 , g — ускорение свободного падения, м / с 2 .
Когда гидравлический молот забивает сваю из стальных труб, происходит рассеяние энергии, обычно корректируемое с помощью коэффициента, поэтому энергия сваи и молота в начале скользящей сваи составляет η E . На основании приведенных выше соображений, согласно закону сохранения энергии, можно сделать вывод, что уравнение энергии сваи удовлетворяет следующему.
В соответствии с (14) длина L скользящей сваи может быть получена, а интервал скольжения стальной трубной сваи может быть получен путем объединения глубины L трубной сваи в буровой раствор, когда возникает скользящая свая.
5. Проверка инженерного дела
Согласно инженерным данным, собранным во время строительства платформы свайного фундамента Ливань в Южно-Китайском море, выбраны приемлемые параметры грунта, и новый алгоритм используется для расчета интервала скольжения сваи стальной трубы геморрой. Результаты расчетов сравниваются и анализируются с фактическим интервалом скольжения сваи, а рациональность нового алгоритма проверяется на основе результатов сравнения.
Платформа свайного фундамента состоит из 16 стальных трубных свай, которые равномерно распределены по четырем углам платформы свайного фундамента.Каждая стальная трубная свая весит 643,9 кг, имеет диаметр 2,74 м и длину сваи 158 м. Модель гидромолота — MHU1200s, номинальная выходная энергия — 1200 кДж. Чтобы обеспечить одинаковые свойства грунта вокруг свай из стальных труб, для расчета и анализа были выбраны четыре сваи из стальных труб на одном углу платформы. Анализируя параметры грунта, можно увидеть, что мягкий и твердый слои грунта в почвенном слое, в котором расположена свая из стальных труб, чередуются, а неглубокий слой грунта имеет длинный слой глины, поэтому он легко скользит. куча.На глубинах почвы 58,8 м и 108 м снова появляется мягкий слой глины; в это время вполне вероятно возникновение вторичной скользящей сваи или даже третичной скользящей сваи. Параметры грунта в слое грунта, в котором находится стальная трубная свая, приведены в таблице 2.
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||