Несущая способность сваи по материалу и грунту – методы определения, расчет для винтовых, забивных, буронабивных свай, способы улучшения

При возведении дома на участках с нестабильным грунтом чаще всего применяется свайный фундамент. При этом главным параметром, влияющим на его эксплуатационные характеристики, является несущая способность сваи. Разберем, что она собой представляет, от чего зависит, какие виды свай применяются в частном строительстве, как улучшить их прочность, какие методы для расчета этого показателя существуют, а также в чем заключаются особенности эксплуатации и несущих характеристик для наиболее популярных видов свайных опор.

Строительство дома из бревен на сваяхИсточник stroyfora.ru

Несущая способность – что это такое, факторы, влияющие на ее значение, виды свай

Несущая способность характеризует степень стойкости свайной опоры к деформациям под действием оказываемых на нее разносторонних нагрузок – без изменений в ее структуре и потери свойств.

Характер и величина факторов воздействия складывается из двух основных составляющих:

1. Массы надземной части сооружения.
2. Характеристик грунта – структура, плотность, степень увлажненности.

Поэтому в зависимости от набора действующих факторов и их особенностей в каждом конкретном случае для основания дома подбирается определенное количество свайных элементов. При этом учитывается материал и конструкция применяемых опор. В частном домостроительстве наибольшее распространение получили следующие виды свай:

• Забивные.
• Винтовые.
• Буронабивные.

Забивные железобетонные опоры монтируются в грунт путем забивки молотом, вибро-погружными установками или специальными вдавливающими устройствами без выемки породы. Винтовые металлические аналоги просто вкручиваются в почву. Буронабивные устанавливаются методом бетонирования предварительно подготовленной скважины.

Схема винтовых свай для фундамента домаИсточник k-dom74. ru

По характеру взаимодействия с грунтом сваи делятся на два типа:

1. Сваи-стойки, опирающиеся на твердые скальные породы. Основная нагрузка передается на пяту.
2. Висячие сваи – опираются всей площадью поверхности на сжимающее вокруг окружающие слои грунта.

Обратите внимание! Определение несущей способности сваи осуществляется по двум основным параметрам – по грунту и материалу. При этом для выбора конкретного тип свайного стержня учитывается прочность почвенного слоя, определяемая геодезическими исследованиями. Это прежде всего такие его характеристики, как – выдерживаемое им давление, влагонасыщенность, плотность.

Способы улучшения несущей способности

При расчете фундамента на прочность учитывается нагрузка от наземной части сооружения и вес свайных опор. Если при складывании всех составляющих и учете коэффициента прочности итоговая нагрузка на основание получается меньше расчетного, то строительство осуществляется по расчетному плану. В противном случае, увеличивается количество свайных элементов либо применяются следующие способы повышения несущей способности:

• Инъектирование грунта.

Это наиболее распространенный и эффективный метод увеличения стойкости к нагрузкам для свай любого типа.

Схема расположения бетонных образований в грунте при инъектированииИсточник kommtex.ru

Применяется преимущественно в грунтах низкой плотности. На глубину около 1-2 метров в пространство между сваями, ниже минимальной точки их расположения, с помощью специального оборудования нагнетается цементно-песчаный раствор под постоянно растущим давлением.

В результате вокруг свай образуются упрочненные бетонные образования диаметром до 3-4 метров. При этом расчет инъекций ведется так, чтобы формируемые области примыкали друг ко другу по всему свайному периметру. Технически верная организация процедуры инъектирования повышает несущую способность грунта в 2 раза.

• Увеличение диаметра опорной подошвы.

Другой способ увеличения несущей способности в неплотном грунте – увеличение площади опорной подошвы свайного элемента. Проще всего повысить стойкость к нагрузкам за счет усиления диаметра лопастей на винтовых сваях, монтируемых в почву путем завинчивания.

Усиление опорной подошвы сваиИсточник beton-zakaz.ru

Сложнее метод применяется к забивным и буронабивным аналогам. Для успешного его применения требуется обустройство камуфлетных свайных опор и предварительным бурением лидерных скважин. В нижней части такого тоннеля осуществляется взрыв. В результате образуется полость-расширение, заполняемое бетонным раствором, в которую впоследствии и погружается ж/б-свая или формируется буронабивная опора.

Методы вычисления несущих характеристик сваи

Для расчета несущих характеристик грунта и свайных опор применяются 4-ре основных способа:

• Теоретический.
• Динамический.
• Статический.
• Зондирование.

Разберем особенности каждого из них более подробно.

Теоретический

Расчет несущих характеристик сваи является предварительным и на практике всегда соотносится и выправляется в соответствии с параметрами грунта. Вычисления проводятся по следующей формуле:

Wd = Gc * (Gcr * H * A + P * ∑ Qcri * zi * si)

Расчетное сопротивление основных видов грунтаИсточник tildacdn.com

Расшифровка условных обозначений:

• Gc – общий коэффициент условий работы;
• Gcr – коэффициент сопротивления грунта под подошвой сваи;
• H – противодействие грунта под опорной пятой сваи;
• А – диаметр опорной подошвы;
• P – периметр сечения сваи;
• Qcri – коэффициент условий работы почвы по боковым стенкам свайного столба;
• zi – сопротивление грунта по боковым стенкам;
• si – протяженность боковых поверхностей.

На заметку! Для успешного монтажа буронабивных, забивных и винтовых свай, требуется также грамотный расчет несущей способности грунта, однако для распространенных типов почвы существуют специальные строительные таблицы с указанием данных параметров. Характеристики приводятся с учетом того, что заглубление выполняется более чем на 1,5 м.

Динамические испытания свайИсточник technovint.ru
4 способа расчетов свайного фундамента: как рассчитать сваи, столбы, ростверк – на онлайн калькуляторе и вручную

Динамический

Метод предполагает снятие замеров величины усадки со специального прибора – прогибомера – в период, когда свая уже забита и прошел контрольный период ее отдыха. Для испытания проводится порядка десятка ударов установкой-молотом. При этом во внимание берется зависимость между силой, прилагаемой с ударом, величиной просадки и несущей способностью конструкции.

Для проведения подобных исследований могут применяться также эталонные свайные опоры.

Статический

Метод осуществляется, спустя 2-3 дня после забивки сваи, посредством давления, оказываемого домкратом ступенчатой конструкции. Контроль измеряемых параметров осуществляют прибором, аналогично используемым в предыдущем способе – прогибомером. Поэтому зачастую оба метода практикуют в комплексе, что только уточняет искомые параметры.

Измерение статической нагрузки прогибомеромИсточник stroneg59.ru

Зондирование

Способ применяется для измерения несущих характеристик свайного элемента в конкретном типе почвы. При этом конструкция оснащается специальными сенсорами, помощью которых снимаются показания сопротивления грунта с ее боковой поверхности и основания. Процедура погружения сваи осуществляется динамически молотом либо статически вибропогружным механизмом.

Особенности применения различных видов свай

Для обустройства фундамента частного дома на нестабильных грунтах, как правило, применяются следующие 3 разновидности свай:

1. Винтовые
2. Забивные
3. Буронабивные

Рассмотрим детально особенности эксплуатации и несущих характеристик в каждом случае.

Винтовые

Так как в основе конструкции винтовой сваи лежит стальная труба с лопастями в нижней части (диаметром 89, 108 и 130 мм), основной сферой применения ее являются сооружения с малой нагрузкой (дома из тонкого бруса, ячеистых бетонов или созданные по каркасной технологии), при этом на степень ее несущей способности влияние оказывают в первую очередь такие характеристики, как:

• Диаметр основной трубы.
• Протяженность заглубляемой в грунт части.
• Диаметр лопастей.

Видео-пример статических испытаний сваи:

Важно! Даже самые крупногабаритные сваи винтового типа непригодны для фундамента под дом из тяжелых материалов. Например, для обустройства основания под стены из кирпича стандартной толщины на глиняной почве потребуется устанавливать их на расстоянии друг от друга не более, чем 0,3-0,5 м, что будет экономически и технически нецелесообразно.

Железобетонные забивные сваи: отличия от винтовых, + особенности выбора и использования

Забивные

Обладая предельной несущей способностью, забивные свайные опоры подходят под основание сооружения из самых тяжелых материалов – железобетона, камня, кирпича. Прочности данных свайных элементов вполне достаточно для возведения высоток. При этом длина заглубляемой конструкции может достигать более десятка метров. Однако в практике частного домостроительства они применяются редко.

Лишь по согласованности в соответствии со специально разработанным проектом некоторые компании могут выполнить установку свай такого типа под 2-3-этажную частную застройку – когда другие варианты недоступны. Главный недостаток забивных свай – необходимость использования неудобного и дорогого в применении спецоборудования.

Видео-обзор о расчете несущих характеристик забивных свай:

Буронабивные

В отличие от забивных и винтовых аналогов, буронабивные сваи изготавливаются непосредственно на месте строительства из материала с заданной несущей способностью под конкретную горизонтальную нагрузку в расчете на одну опору (весу дома и типу почвы) в соответствии с данными специальных производственных таблиц. При этом процедура монтажа выполняется по следующей технологии:

1. По разметке выполняется бурение вертикальной скважины заданной глубины и диаметра.
2. При необходимости повышения несущей характеристики нижняя часть тоннеля расширяется в форме полусферы или конуса – для повышения площади опоры свайного элемента.
3. В канал устанавливается полая опалубка в форме трубы подходящего диаметра.
4. Внутрь конструкции помещается объемный металлический каркас.
5. Далее полость заполняется бетонным раствором заданной марки прочности.

Обратите внимание! Главным преимуществом свайных опор буронабивного типа, помимо удобного монтажа, является характер передачи нагрузки от дома в почву. Распределение веса идет не только на подошвенное основание, но и на всю площадь боковых стенок.

Видео о том, как теоретически рассчитать несущую способность сваи:

Фундамент ТИСЭ: технология монтажа, преимущества и особенности конструкции

Коротко о главном

Несущая способность определяет стойкость сваи к деформации под действием веса здания и воздействия грунта без изменений структуры и функциональных характеристик. По типу конструкции, способу монтажа и несущей способности сваи подразделяются на забивные, винтовые и буронабивные. По характеру взаимодействия с грунтом они делятся на сваи-стойки и висячие.

Для увеличения несущей способности применяют два основных способа – инъектирование грунта бетонным раствором и расширение основания самой конструкции. Для определения несущей способности сваи применяют 4-ре метода:

• Расчетный теоретический.
• Динамический.
• Статический.
• Зондирование.

Забивные сваи применяются редко – чаще всего под застройку 2-3 этажных домов из тяжелых материалов, винтовые – под легкие конструкции, буронабивные – наиболее часто под все виды домов на нестабильных грунтах.

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
   Грунт талый — таблицы  1,2  ( СНиП 2.02.03-85 )
  
   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=1.500м, 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 = 0.605 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 т
   Несущая 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
 

 

Несущая способность сваи по материалу и грунту – методы определения, расчет для винтовых, забивных, буронабивных свай, способы улучшения

Несущая способность – что это такое, факторы, влияющие на ее значение, виды свай

Несущая способность характеризует степень стойкости свайной опоры к деформациям под действием оказываемых на нее разносторонних нагрузок – без изменений в ее структуре и потери свойств. Характер и величина факторов воздействия складывается из двух основных составляющих:

1. Массы надземной части сооружения.
2. Характеристик грунта – структура, плотность, степень увлажненности.

Поэтому в зависимости от набора действующих факторов и их особенностей в каждом конкретном случае для основания дома подбирается определенное количество свайных элементов. При этом учитывается материал и конструкция применяемых опор. В частном домостроительстве наибольшее распространение получили следующие виды свай:

• Забивные.
• Винтовые.
• Буронабивные.

Забивные железобетонные опоры монтируются в грунт путем забивки молотом, вибро-погружными установками или специальными вдавливающими устройствами без выемки породы. Винтовые металлические аналоги просто вкручиваются в почву. Буронабивные устанавливаются методом бетонирования предварительно подготовленной скважины.

Схема винтовых свай для фундамента дома Источник k-dom74.ru

По характеру взаимодействия с грунтом сваи делятся на два типа:

1. Сваи-стойки, опирающиеся на твердые скальные породы. Основная нагрузка передается на пяту.
2. Висячие сваи – опираются всей площадью поверхности на сжимающее вокруг окружающие слои грунта.

Обратите внимание! Определение несущей способности сваи осуществляется по двум основным параметрам – по грунту и материалу. При этом для выбора конкретного тип свайного стержня учитывается прочность почвенного слоя, определяемая геодезическими исследованиями. Это прежде всего такие его характеристики, как – выдерживаемое им давление, влагонасыщенность, плотность.

На каких грунтах применяются забивные сваи?

Перед началом строительства загородного дома для гарантии надежности фундамента и всей конструкции необходимо производить геологические изыскания грунтов в пятне застройки. Геология на участке строительства позволяет понять состав грунта, его пластичность и стабильность, уровень грунтовых вод, несущие характеристики пластов и т.д. Нельзя принять тип фундамента и разработать проект без геоподосновы, основываясь лишь на проекте дома. Без исследований грунта нельзя понять как будет работать тот или иной тип фундамента и какова будет его надежность

Большинство людей не понимают важность этой процедуры и относятся к геологии, как к дополнительной ненужной процедуре, ссылаясь на фундаменты соседей, которые стоят не один год или на геологию соседних участков. Мы неоднократно встречали случаи, когда геологические заключения на соседних участках существенно разнились

Был в нашей практике случай в коттеджном поселке «Мартемьяново» в Московской области, когда на соседних участках в одном случае по заключению геологии проходили 3-х метровые сваи, а в другом только 5-ти метровые.

Забивные сваи хорошо работают практически на всех типах грунта: песчаные грунты, глиняные, суглинки, супеси и т.д. Исключение составляют только торфяные типы грунтов. Эти случаи рассматриваются индивидуально. Бывает, встречаются торфяные линзы, их свая может пройти и упереться в стабильные несущие слои грунта. Исходя из заключения по грунтам и проекту дома проектировщик-конструктор производит расчет нагрузок и определяет параметры свай (сечение, длину) и шаг между ними. Разрабатывается проект свайного поля, согласно которому в последствии производится забивка. Немаловажным фактором являются индивидуальные особенности участка – рельеф участка в пятне застройки. Перед началом проектирования фундамента в обязательном порядке нужно выполнить осмотр участка, определить перепады высот в пятне застройки. На больших перепадах зачастую применяются разные длины свай, допустим, в высокой части рельефа идут 3-х метровые сваи, а в низкой части 4-х метровые.

Способы улучшения несущей способности

При расчете фундамента на прочность учитывается нагрузка от наземной части сооружения и вес свайных опор. Если при складывании всех составляющих и учете коэффициента прочности итоговая нагрузка на основание получается меньше расчетного, то строительство осуществляется по расчетному плану. В противном случае, увеличивается количество свайных элементов либо применяются следующие способы повышения несущей способности:

• Инъектирование грунта.

Это наиболее распространенный и эффективный метод увеличения стойкости к нагрузкам для свай любого типа.

Схема расположения бетонных образований в грунте при инъектировании Источник kommtex. ru

Применяется преимущественно в грунтах низкой плотности. На глубину около 1-2 метров в пространство между сваями, ниже минимальной точки их расположения, с помощью специального оборудования нагнетается цементно-песчаный раствор под постоянно растущим давлением.

В результате вокруг свай образуются упрочненные бетонные образования диаметром до 3-4 метров. При этом расчет инъекций ведется так, чтобы формируемые области примыкали друг ко другу по всему свайному периметру. Технически верная организация процедуры инъектирования повышает несущую способность грунта в 2 раза.

• Увеличение диаметра опорной подошвы.

Другой способ увеличения несущей способности в неплотном грунте – увеличение площади опорной подошвы свайного элемента. Проще всего повысить стойкость к нагрузкам за счет усиления диаметра лопастей на винтовых сваях, монтируемых в почву путем завинчивания.

Усиление опорной подошвы сваи Источник beton-zakaz.ru

Сложнее метод применяется к забивным и буронабивным аналогам. Для успешного его применения требуется обустройство камуфлетных свайных опор и предварительным бурением лидерных скважин. В нижней части такого тоннеля осуществляется взрыв. В результате образуется полость-расширение, заполняемое бетонным раствором, в которую впоследствии и погружается ж/б-свая или формируется буронабивная опора.

Смотрите также: Каталог компаний, что специализируются на ремонте фундаментов любой сложности

Заливка бетоном винтовых свай

Если вопрос о том, нужно ли заливать винтовые сваи бетоном, не стоит и мастер понимает целесообразность данного этапа работ, необходимо приступить к изучению технологии. Стандартная винтовая свая представляет собой металлический столб, который с одной стороны оснащен винтовой лопастью, с другой – специальным техническим отверстием. Данный элемент позволяет надежно крепить фундамент под зданием, делая его стойким и прочным.

Для чего нужно бетонирование

Бетонирование делает сваи более стойкими к разным типам нагрузки, продлевает срок службы, существенно повышает функциональность. Правильно забетонированная свая прослужит в разы больше укрепленной цинком. Также заливка бетоном сваи нужна для того, чтобы защитить ее от коррозии, что осуществляется за счет вытеснения из трубы воздуха. Бетон существенно повышает прочность, позволяет сэкономить.

Марки используемых бетонов

Для бетонирования лучше всего брать низкофракционный бетон марок М200 или М300. Лучше всего марка М200 подойдет для строительства одноэтажных зданий либо двухэтажных строений с легкими перекрытиями. Марка используется в создании железобетонных изделий, по прочности считается конструкционной. М300 подойдет для строительства фундамента под здание до 5 этажей.

Технология

Перед тем, как заливать в винтовые сваи бетон, необходимо все подготовить: найти лейку для заливки смеси, нарезать и вставить в размер арматуру, бетономешалку или емкость для замеса бетона.

Все стержни должны быть точно отрегулированы по высоте. Если после заливки остались монтажные отверстия, их допускается заклеить бумажным скотчем, который удаляется после затвердения бетона.

Основные этапы заливки бетона в сваи:

• Подготовка инструмента и материалов – заранее нужно определиться с типом свай, способом их создания, типом погружения, местом расположения. В зависимости от этих факторов подбирают и инструмент: обычно это бур, лопаты, нивелир, бечевка, колышки, рулетка, специальный инструмент для работы с арматурой, строительный вибратор. Материалы: сами сваи, смесь песка и гравия, все для приготовления бетонного раствора.
• Обрезка свай – опоры должны быть установлены идеально ровно, поэтому используют специальный инструмент: насадка для экскаватора крепится на своеобразную стрелу, внутри с мощным режущим инструментом, который выравнивает опоры.
• Вставка стальных прутьев.
• Заливка бетоном – непосредственно в ствол, послойно, с трамбовкой. Обязательно нужно следить за тем, чтобы в зоне, где свая примыкает к бетону, не появлялись пустоты.

Преимущества процесса

Винтовые сваи помогают создать долговечный фундамент, защитить арматуру от коррозии, используются для строительства на всех типах грунта. При установке опор не обязательно выполнять земляные работы, так как грунт под сваями почти не промерзает, не демонстрирует пучения. На такой конструкции можно построить надежный и долговечный кирпичный дом.

Методы вычисления несущих характеристик сваи

Для расчета несущих характеристик грунта и свайных опор применяются 4-ре основных способа:

• Теоретический.
• Динамический.
• Статический.
• Зондирование.

Разберем особенности каждого из них более подробно.

Теоретический

Расчет несущих характеристик сваи является предварительным и на практике всегда соотносится и выправляется в соответствии с параметрами грунта. Вычисления проводятся по следующей формуле:

Wd = Gc * (Gcr * H * A + P * ∑ Qcri * zi * si)

Расчетное сопротивление основных видов грунта Источник tildacdn.com

Расшифровка условных обозначений:

• Gc – общий коэффициент условий работы;
• Gcr – коэффициент сопротивления грунта под подошвой сваи;
• H – противодействие грунта под опорной пятой сваи;
• А – диаметр опорной подошвы;
• P – периметр сечения сваи;
• Qcri – коэффициент условий работы почвы по боковым стенкам свайного столба;
• zi – сопротивление грунта по боковым стенкам;
• si – протяженность боковых поверхностей.

На заметку! Для успешного монтажа буронабивных, забивных и винтовых свай, требуется также грамотный расчет несущей способности грунта, однако для распространенных типов почвы существуют специальные строительные таблицы с указанием данных параметров. Характеристики приводятся с учетом того, что заглубление выполняется более чем на 1,5 м.

Динамические испытания свай Источник technovint.ru

Особенности применения различных видов свай

Для обустройства фундамента частного дома на нестабильных грунтах, как правило, применяются следующие 3 разновидности свай:

1. Винтовые
2. Забивные
3. Буронабивные

Рассмотрим детально особенности эксплуатации и несущих характеристик в каждом случае.

Винтовые

Так как в основе конструкции винтовой сваи лежит стальная труба с лопастями в нижней части (диаметром 89, 108 и 130 мм), основной сферой применения ее являются сооружения с малой нагрузкой (дома из тонкого бруса, ячеистых бетонов или созданные по каркасной технологии), при этом на степень ее несущей способности влияние оказывают в первую очередь такие характеристики, как:

• Диаметр основной трубы.
• Протяженность заглубляемой в грунт части.
• Диаметр лопастей.

Видео описание

Видео-обзор о расчете несущих характеристик забивных свай:

Буронабивные

В отличие от забивных и винтовых аналогов, буронабивные сваи изготавливаются непосредственно на месте строительства из материала с заданной несущей способностью под конкретную горизонтальную нагрузку в расчете на одну опору (весу дома и типу почвы) в соответствии с данными специальных производственных таблиц. При этом процедура монтажа выполняется по следующей технологии:

1. По разметке выполняется бурение вертикальной скважины заданной глубины и диаметра.
2. При необходимости повышения несущей характеристики нижняя часть тоннеля расширяется в форме полусферы или конуса – для повышения площади опоры свайного элемента.
3. В канал устанавливается полая опалубка в форме трубы подходящего диаметра.
4. Внутрь конструкции помещается объемный металлический каркас.
5. Далее полость заполняется бетонным раствором заданной марки прочности.

Обратите внимание! Главным преимуществом свайных опор буронабивного типа, помимо удобного монтажа, является характер передачи нагрузки от дома в почву. Распределение веса идет не только на подошвенное основание, но и на всю площадь боковых стенок.

Пример расчета

Чтобы лучше понять принцип выполнения вычислений, стоит изучить пример расчета. Здесь рассматривается одноэтажное здание из кирпича с вальмовой крышей из металлочерепицы. В здании предполагается наличие двух перекрытий. Оба изготавливаются из железобетона толщиной 220 мм. Размеры дома в плане 6 на 9 метров. Толщина стен составляет 380 мм. Высота этажа — 3,15 м (от пола до потолка — 2,8 м), общая длина внутренних перегородок — 10 м. Внутренних стен нет. На участке найдена тугопластичная супесь, пористость которой — 0,5. Глубина залегания этой супеси — 3,1 м. Отсюда по таблицам находим: R = 46 тонн/кв.м., fin = 1,2 тонн/кв.м. (для расчетов среднюю глубину принимаем равной 1 м). Снеговая нагрузка берется по значениям Москвы.

Сбор нагрузок делаем в форме таблицы. При этом не забываем про коэффициенты надежности.

Вид нагрузки	Расчет
Стены из кирпича	периметр стен = 6+6+9+9 = 30 м; площадь стен = 30 м*3м = 90 м2; масса стен = (90 м2* 684)*1,2 = 73872 кг
Перегородки изготовленные из гипсокартона не утепленные высотой 2,8 м	10м*2,8*27,2кг*1,2 = 913,92 кг
Перекрытие из ж/б плит толщиной 220 мм, 2 шт.	2шт*6м*9м*500 кг/м2 *1,3 = 70200 кг
Кровля	6 м*9 м*60 кг*1,2 /соs30ᵒ (уклон крыши) = 4470 кг
Нагрузка от мебели и людей на 2 перекрытия	2*6м*9м*150кг*1,2 = 19440 кг
Снег	6м*9м*180кг*1,4/cos30° = 15640 кг
ИТОГО:	184535,92 кг ≈ 184536 кг

Предварительно назначаем ростверк шириной 40 см, высотой 50 см. Длину сваи — 3000 мм, D сечения = 500 мм. Используем примерный шаг свай 1500 мм. Чтобы рассчитать общее количество опор нужно 30 м (длину ростверка) поделить на 1,5 м (шаг свай) и прибавить 1 шт. При необходимости значение округляется до целого числа в сторону уменьшения. Получаем 21 шт.

Площадь одной сваи = 3,14 • 0,52/4 = 0,196 кв.м., периметр = 2 • 3,14 • 0,5 = 3,14 м.

Найдем массу ростверка: 0,4м • 0,5 м • 30 м • 2500 кг/куб.м.• 1,3 = 19500 кг.

Найдем массу свай: 21 • 3 м • 0,196 кв.м. • 2500 кг/куб.м. • 1,3 = 40131 кг.

Найдем массу всего здания: сумма из таблицы + масса свай + масса ростверка = 244167 кг или 244 тонн.

Для расчета потребуется нагрузка на пог.м ростверка = Q = 244 т/30 м = 8,1 т/м.

Расчет свай. Пример

Находим допустимое нагружение на каждый элемент по формуле указанной ранее: P = (0,7 • 46 тонн/кв.м. • 0,196 кв.м.) + (3,14 м • 0,8 • 1,2 тонн/кв.м. • 3 м) = 15,35 т. Шаг свай принимается равным P/Q = 15,35/8,1= 1,89 м. Округляем до 1,9 м. Если шаг получается слишком большим или маленьким, нужно проверить еще несколько вариантов, меняя при этом длину и диаметр фундаментов.

Для каркасов применяются пруты D = 14 мм и хомуты D = 8 мм.

Расчет ростверка. Пример

Нужно посчитать массу здания без учета свай. Отсюда М = 204 тонн. Ширина ленты принимается равной М / (L • R) = 204/ (30 • 75) = 0,09 м. Такой ростверк использовать нельзя. Свесы стен кирпичного здания с фундамента не должны превышать 4 см. Ширину назначаем конструктивно 400 мм. Высота остается равной 500 мм.

Армирование ростверка свайного фундамента:

• Рабочее 0,1%*0,4*0,5 = 0,0002 кв.м. = 2 кв.см. Здесь достаточно будет 4 стержней диаметром 8 мм, но по нормативным требованиям используем минимально возможный диаметр 12 мм;
• Горизонтальные хомуты — 6 мм;
• Вертикальные хомуты — 6 мм.

Выполнение расчетов займет определенный промежуток времени. Но с их помощью можно сберечь деньги и время в процессе строительства.

Также вы можете рассчитать фундамент при помощи онлайн калькулятора. Просто нажмите на ссылку Расчет фундамента столбчатого типа и следуйте инструкциям.

Коротко о главном

Несущая способность определяет стойкость сваи к деформации под действием веса здания и воздействия грунта без изменений структуры и функциональных характеристик. По типу конструкции, способу монтажа и несущей способности сваи подразделяются на забивные, винтовые и буронабивные. По характеру взаимодействия с грунтом они делятся на сваи-стойки и висячие.

Для увеличения несущей способности применяют два основных способа – инъектирование грунта бетонным раствором и расширение основания самой конструкции. Для определения несущей способности сваи применяют 4-ре метода:

• Расчетный теоретический.
• Динамический.
• Статический.
• Зондирование.

Забивные сваи применяются редко – чаще всего под застройку 2-3 этажных домов из тяжелых материалов, винтовые – под легкие конструкции, буронабивные – наиболее часто под все виды домов на нестабильных грунтах.

Оценок 0

Прочитать позже

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.

Работа свай-стоек будет отличаться от свай трения тем, что под их концами будет залегать малосжимаемый грунт, который воспринимает на себя всю нагрузку, а по длине сваи будет залегать слабый грунт, который нагрузку не воспринимает. 6 т/м.

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

Несущая способность забивной ЖБ сваи | Фундамент на забивных ЖБ сваях

При возведении свайного фундамента очень важно определить несущую способность сваи. Так, именно от этого показателя будет зависеть надежность и долговечность всей постройки. Несущие способности сваи – это максимально допустимая нагрузка на одну погруженную сваю без деформаций и разрушения. Разные типы свай имеют разную выдержку к нагрузкам, и это обязательно нужно учитывать.

Различают два основных типа несущей способности свай по типу почвы и по материалу, из которой она изготовлена.

Забивные железобетонные (ЖБ) сваи для фундамента

Забивные железобетонные (ЖБ) сваи для фундамента

Какие допустимые нагрузки на сваи?

Строители при проектировке свайного основания пользуются четырьмя основными способами расчета несущей способности забивных ЖБ свай:

• Теоретический метод. Он приблизительный и несколько раз еще потом корректируется в процессе работы.
• Способ статистических нагрузок (считается наиболее точным). Выполняют его в полевых условиях. После забивки сваи на нее опускают определенный вес и проверяют, насколько она просела и не деформировалась ли.
• Динамические нагрузки. Проводят метод в комплексе с предыдущим, только на столбы оказывается ударная нагрузка молотом, а потом также измеряют усадку и уровень деформаций.
• Зондирование. Сваю снабжают специальным зондом, после определенных нагрузок этот прибор показывает сопротивление грунта и боковых поверхностей свайного столба.

Расчет нагрузок и несущей способности забивных свай

Расчет нагрузок и несущей способности забивных свай

Как посчитать нагрузки по типу грунта?

Несущая способность сваи по грунту – это показатель, который указывает, какую нагрузку извне способна выдержать почва разного типа. Для определения этого числа сначала необходимо провести геодезические изыскания, методом отбора образцов из скважины.

Далее в лабораторных условиях при помощи специальных приборов определяют плотность почвы. Если у вас нет возможности провести геодезическую съемку, то приблизительно выяснить способности грунта можно самостоятельно, сделав скважину, определив тип грунта и по СНИПу выяснить сопротивление. Но лучше все это делать под присмотром специалистов.

Устройство забивных ЖБ свай для строительства дома на склоне

Устройство забивных ЖБ свай для строительства дома на склоне

Что такое несущая способность забивной сваи?

Расчет несущей способности забивной ЖБ сваи ничем не отличается от описанных выше вариантов. Сегодня уже существуют даже специальные таблицы, где указаны все эти показатели в зависимости от длины и диаметра сваи.

Рассчитывают это число, как совокупность сопротивления под нижней частью сваи и ее боковых поверхностей.

Забивка бетонных свай в грунт на строительном участке

Забивка бетонных свай в грунт на строительном участке

Поэтому, если вас интересует несущая способность железобетонной сваи, то вы теперь знаете, как ее рассчитать лично или же можете обратиться за помощью к нашим специалистам либо к соответствующей документации.

ИСТОЧНИК: https://сваи-фундамент.рф/company/articles/367/

Спасибо, за то, что уделили нам внимание!

Прогрессивные конструкции висячих свай для работы в сложных грунтовых условиях — Арктика

Дальнейшие перспективы развития нефтегазовой отрасли в России тесно связаны с освоением новых нефтегазоносных районов Крайнего Севера. Одним из факторов, существенно осложняющих развитие производственной инфраструктуры, помимо погодных и климатических условий, является наличие обширных территорий с наличием сложных грунтовых условий. В существующих нормативных документах регламентирован процесс реализации проекта по устройству свайных фундаментов на всех его этапах. Это касается не только особенностей инженерно-геологических изысканий на месте будущего строительства, но и непосредственно самого этапа проектирования, включающего в себя выбор принципа использования залегаемых грунтов, а также этапов строительства объекта и последующего его технического сопровождения в течение всего срока его эксплуатации вплоть до заключительного этапа — демонтажа [1]. Кроме того, актуализированные редакции действующих нормативных документов накладывают на разрабатываемые проектные решения дополнительные ограничения, связанные с вопросами экологической безопасности и охраны окружающей среды. Очевидно, что все перечисленные факторы не могут не влиять на рост материальных и временных затрат на всех этапах реализации проектов в сложных грунтовых условиях, тем самым уменьшая их инвестиционную привлекательность, а в перспективе повышая сроки их окупаемости и снижая конкурентоспособность добываемых природных ресурсов.

Решение проблемы сокращения расходов, в том числе и при устройстве грунтовых оснований и возведении фундаментов зданий и сооружений технологической инфраструктуры транспорта, хранения и переработки углеводородного сырья в условиях районов Крайнего Севера, видится с одной стороны в использовании новых материалов с улучшенными потребительскими, эксплуатационными свойствами. Примером такого подхода могут служить технологии, использующие при производстве работ нулевого цикла материалы с улучшенными теплоизолирующими свойствами, что позволяет снизить не только тепловые потери при транспорте и хранении жидких углеводородов, но одновременно и обеспечить их необходимые несущие свойства [2]. Другим перспективным инженерным решением проблемы является использование прогрессивных технологий на строительной площадке, таких, как например, направленное изменение физических и механических свойств грунтов оснований [3-5]. Подобные технологии позволяют полнее использовать местные минеральные ресурсы при устройстве грунтовых оснований зданий и сооружений, возводимых вдали от источников материалов с необходимыми строительными свойствами и баз снабжения.

Не в полной мере исчерпан потенциал и конструктивного подхода в решении проблемы снижения материальных затрат при устройстве оснований и фундаментов. Именно такой подход, как правило, в большей степени адаптирован к существующим технологиям и используемым строительным машинам и механизмам и не требует значительных дополнительных капитальных вложений для его реализации. Так, например, изменение формы поперечного сечения сваи влияет на её несущую способность по грунту основания, а изменение формы нагрузки на грунты основания может значимым образом влиять на устойчивость зданий и сооружений [6-9]. Именно такой инженерный подход и предлагается для решения комплексной проблемы возможно полного использования строительных материалов и одновременного сокращения транспортных расходов при устройстве свайных фундаментов в сложных грунтовых условиях.

 

Постановка задачи 

Решение проблемы рационального использования строительных материалов при устройстве свайных фундаментов объектов нефтегазовой отрасли в сложных грунтовых условиях может быть реализовано в поиске новых конструкций свай, обеспечивающих без дополнительных материальных затрат бóльшую несущую способность при одновременном обеспечении технологических требований их изготовления.

 

Теоретические исследования

В соответствии с действующими нормативными документами несущая способность основания F_u вертикально нагруженной висячей сваи при использовании, например, многолетнемерзлых грунтов по принципу I определяется по формуле [1]:

,                                                        (1)

где γ_t — температурный коэффициент, учитывающий изменения температуры грунтов основания из-за случайных изменений температуры наружного воздуха; γ_c — коэффициент условий работы основания; R — расчетное сопротивление мёрзлого грунта под нижним концом сваи, кПа; A — площадь опирания сваи на грунт, м²; R_af,i — расчетное сопротивление мёрзлого грунта или грунтового раствора сдвигу по боковой поверхности смерзания сваи в пределах i-го слоя грунта, кПа; A_af,i — площадь поверхности смерзания i-го слоя грунта с боковой поверхностью сваи, м²; n — число выделенных при расчете слоев многолетнемерзлого грунта.

В свою очередь, несущая способность F_d забивных свай трения, работающих на сжимающую нагрузку, при использовании многолетнемерзлых грунтов по принципу II определяется по формуле [10]:

,                                                          (2)

где γ_c — коэффициент условий работы сваи в грунте; γ_cR — коэффициент условий работы грунта под нижним концом сваи; R — расчетное сопротивление грунта под нижним концом сваи, кПа; A — площадь опирания сваи, м²; u — наружный периметр поперечного сечения ствола сваи, м; γ_cf — коэффициент условий работы грунта на боковой поверхности сваи; f_i — расчетное сопротивление i-го слоя грунта на боковой поверхности ствола сваи, кПа; h_i — толщина i-го слоя грунта, соприкасающегося с боковой поверхностью сваи, м.

Несущая способность F_d набивных свай трения, работающих на сжимающую нагрузку, при использовании многолетнемерзлых грунтов по принципу II определяется по формуле [10]:

.                                                           (3)

Анализ зависимостей (1)-(3) позволяет определить перспективные направления повышения несущей способности висячих свай, работающих в многолетнемерзлых грунтах, при использовании последних как по принципу I, так и по принципу II. Одним из таких направлений может быть увеличение площади боковой поверхности сваи, контактирующей с грунтом, без увеличения площади её поперечного сечения, что позволяет при неизменности длины сваи обеспечивать одинаковый расход строительных материалов для изготовления сваи. Очевидно, что увеличение площади контакта «боковая поверхность сваи-грунт», в свою очередь, обеспечивается увеличением длины периметра поперечного сечения. В формуле (1), в отличие от формул (2) и (3), значение периметра отсутствует в явном виде. Тем не менее, зная площадь поверхности смерзания грунта с боковой поверхностью сваи и глубину её погружения в многолетнемерзлый грунт, можно выполнить расчет данного параметра.

Для подтверждения предположения о влиянии формы поперечного сечения на несущую способность висячей сваи, работающей в многолетнемерзлых грунтах, был выполнен сравнительный расчёт. В качестве исходных данных для расчёта несущей способности вертикально нагруженной висячей сваи были использованы геометрические размеры сваи С100.35-А800 [11]. С учётом равенства площадей поперечного сечения исследуемых свай были рассчитаны геометрические размеры двух других сечений: круглого и треугольного.

При выполнении сравнительного расчёта по формуле (1) несущей способности основания F_u вертикально нагруженных висячих свай, используемых в многолетнемерзлых грунтах по принципу I [1], были приняты следующие начальные условия и допущения:

• рассматриваемые сваи имеют одинаковую длину и равные площади поперечного сечения, что с удовлетворительной достоверностью обеспечивает примерно равный расход материалов на их изготовление;

• многолетнемерзлые грунты основания однородны по составу и представлены незасоленными суглинками и глинами, с льдистостью i_i<0,2, температура грунта не изменяется с глубиной и равна Т₀=−1°С;

• расчётные значения прочностных характеристик мерзлых грунтов приняты по справочным таблицам [1];

• в расчётах безразмерный температурный коэффициент γ_t, учитывающий изменения температуры грунтов основания из-за случайных изменений температуры наружного воздуха, принят равным единице γ_t =1.

Результаты расчётов представлены графически на рисунке 1.

При выполнении сравнительного расчёта по формулам (2) и (3) несущей способности F_d соответственно забивных и набивных свай трения, работающих на сжимающую нагрузку и используемых по принципу II [10], были приняты следующие начальные условия и допущения:

• рассматриваемые сваи имеют одинаковую длину и равные площади поперечного сечения, что с удовлетворительной достоверностью обеспечивает примерно равный расход материалов на их изготовление;

• основания однородны по составу и представлены глинистыми грунтами с показателем текучести I_L=0,3;

• расчётные сопротивления грунта под нижним концом сваи и на боковой поверхности приняты по справочным таблицам [10].

Результаты расчётов несущей способности F_d для забивных свай трения представлены графически на рисунке 2, для набивных свай трения — на рисунке 3.

Лабораторные исследования

На базе научно-исследовательской лаборатории «Основания и фундаменты объектов нефтегазовой отрасли» кафедры «Нефтегазовое дело, стандартизация и метрология» Омского государственного технического университета были проведены стендовые испытания моделей свай (см. рисунок 4). В качестве формы поперечного сечения моделей были использованы круг, квадрат и равносторонний треугольник. В лабораторных исследованиях были использованы модели, изготовленные, как из бетона, так и из дерева (см. рисунок 5). Обязательным условием при изготовлении моделей из выбранного материала было соответственно равенство между собой площадей поперечного сечения и длин моделей:

,                                                     (4)

где A — площадь поперечного сечения соответствующей формы модели, м²; L — длина модели, м. Как для моделей, изготовленных из бетона, так и для моделей, изготовленных из дерева, площадь поперечного сечения A равнялась 0,001024 м², а длина моделей L составила 0,240 м.

РИС.4 Лабораторный стенд для изучения усилий, возникающих в процессе погружения/извлечения моделей свай различной конструкции

Условия нагружения модели имитировали погружение сваи вдавливанием в дисперсный несвязный грунт (принцип II). В качестве дисперсного несвязного грунта был использован воздушно-сухой песчаный грунт средней крупности. Скорость погружения для всех моделей была постоянной и равнялась 1,25·10^-3 м/с.

РИС.5 Модели свай, изготовленные из бетона (А) и дерева (Б)

В ходе лабораторных исследований при погружении моделей в песчаный грунт регистрировалось изменение усилия вдавливания (см. рисунок 6).

РИС.6 Изменение усилия вдавливания с течением времени для моделей свай, изготовленных из дерева, с различной формой поперечного сечения

 

Обсуждение

Ранее выполненными исследованиями была показана принципиальная возможность повышения несущей способности висячих свай по грунту основания [12]. Для анализа перспектив использования поперечных сечений свай, отличных от традиционных форм, таких как круг и квадрат, предлагается использовать численный параметр, характеризующий отношение периметра к площади, им ограничиваемой – u/A (см. рисунок 7). Очевидно, что чем больше его величина, тем большее расчётное сопротивление грунта на боковой поверхности сваи будет достигнуто.

РИС.7 Влияние числа сторон N равностороннего N-угольника на отношение u/A для различных площадей поперечного сечения свай (по ГОСТ 19804-2012)

Как видно из представленных графиков, наибольший выигрыш по несущей способности сваи за счёт её боковой поверхности будет достигнут при использовании в качестве формы поперечного сечения равностороннего треугольника. Рост величины параметра u/A для треугольника по сравнению с квадратом составляет 14%, по сравнению с кругом – 28,6%. В то же время рост величины параметра u/A для квадрата по сравнению с кругом составляет всего 12,8%. Очевидно, что полученные численные данные характеризуют максимальное, достижимое только теоретически, значение возможного увеличения несущей способности висячей сваи.

По результатам выполненных расчётов на основе существующих инженерных методик (1)-(3) было уточнено, вне зависимости от принципа использования многолетнемерзлого грунта, влияние формы поперечного сечения сваи на её несущую способность (см. таблицу 1).

Таблица 1. Несущая способность висячих свай по грунту основания

Анализ полученных данных подтверждает значимое увеличение несущей способности висячей сваи и перспективность при использовании в качестве поперечного сечения равностороннего треугольника в сравнении, как с круглым, так и с квадратным сечениями. Имеющий место разброс полученных значений увеличения несущей способности сваи обусловлен не только принципом использования многолетнемерзлых грунтов, но и самими грунтами (их составом и свойствами), а также геометрическими параметрами сваи, характером применяемых для устройства свайных фундаментов технологий и рядом других факторов.

Полученные теоретические данные получили подтверждение в ходе выполнения лабораторных исследований с моделями свай, имеющих различную форму поперечного сечения (см. таблицу 2).

Таблица 2. Максимальное усилие вдавливания моделей свай в песчаный грунт

Как видно из представленных данных, наибольший прирост в 26,7% максимального усилия вдавливания по сравнению с цилиндрической моделью наблюдался при испытании модели с треугольным поперечным сечением. У модели с квадратным поперечным сечением этот прирост составил всего 12%. Наблюдаемый прирост максимального усилия вдавливания для модели с треугольным сечением по сравнению с моделью имеющей квадратной сечение составил 13,1%.

 

Заключение

Решение проблемы снижения капитальных затрат на этапе строительства зданий и сооружений технологической инфраструктуры нефтяной и газовой отрасли возможно, в том числе, и благодаря внедрению прогрессивных конструкций свайных фундаментов [13,14]. Результаты выполненных исследований позволяют сделать вывод о перспективности использования прогрессивных конструкций висячих свай с поперечным сечением в форме равностороннего треугольника в условиях многолетнемерзлых грунтов. Предлагаемое конструктивное решение позволяет рационально использовать строительные материалы, обеспечивая одновременно снижение массы изделия без ухудшения его эксплуатационных свойств. Уменьшение массы изделия, в свою очередь, приведёт к снижению транспортных расходов, доля которых при освоении новых месторождений традиционно достаточно велика. Кроме того, необходимо отметить и такое важное качество предлагаемого решения, как простота технологии изготовления свай с треугольным поперечным сечением, что, очевидно, должно способствовать быстрому и безболезненному освоению производством новой продукции.

 

Литература

[1]    СП 25.13330.2012 «Основания и фундаменты на вечномерзлых грунтах. Актуализированная редакция СНиП 2.02.04-88».

[2]    Gruzin, A. V. The Artificial Additives Effect to Soil Deformation Characteristics of Oil and Oil Products Storage Tanks Foundation / A.V. Gruzin, V.V. Tokarev, V.V. Shalai, Yu.V. Logunova // Procedia Engineering. – 2015. – №113. – pp. 158-168. – DOI: 10.1016/j.proeng.2015.07.311.

[3]    Абраменков Д.Э., Грузин А.В., Грузин В.В., Нуждин Л.В. Технология и механизация подготовки оснований и устройства свайных фундаментов / Под общ. ред. В.В.Грузина. – Караганда: Болашак-Баспа, 2002. – 264 с.

[4]    Абраменков, Д. Э. Средства механизации и технология строительного производства: монография / Д.Э. Абраменков, А.В. Грузин, В.В. Грузин ; под общ. ред. д.т.н., проф. Э.А. Абраменкова. – Saarbrucken, Germany: Рalmarium academic publishing, 2012. – 327 с.

[5]    Gruzin, A. V. Theoretical researches of rammer’s operating element dynamics in a soil foundation of oil and oil products storage tank / A.V. Gruzin, V.V. Gruzin, V.V. Shalay // Procedia Engineering. – 2016. – №152. – pp. 182-189. – DOI: 10.1016/j.proeng.2016.07.689.

[6]    Русанова А.Д. Забивная свая повышенной несущей способности / А.Д. Русанова, А.Ю. Ваганов, Е.О. Фомин, А.В. Грузин // Россия молодая: передовые технологии – в промышленность. – 2015. – №2. – С.131–135.

[7]    Грузин, А. В. Влияние геометрии фундаментов объектов трубопроводного транспорта углеводородов на пространственное распределение сжимающих напряжений в их грунтовых основаниях / А. В. Грузин, В. В. Грузин // Деловой журнал Neftegaz.RU. – М.: ООО Инф. агентство Нефтегаз.РУ интернэшнл. – 2017. – №12. – С.18–25.

[8]    Gruzin, A. V. Method of the cast-in-place friction pile well walls local soil compaction [Electronic resource] / A. V. Gruzin, V. V. Gruzin // Journal of Physics: Conference Series. – 2018. – Vol. 1050. – DOI: 10.1088/1742-6596/1050/1/012031.

[9]    Грузин А. В., Грузин В. В. Приём локального уплотнения грунта стенок скважины висячей набивной сваи // Проблемы машиноведения: материалы II Междунар. науч.-техн. конф. (Россия, Омск, 27-28 февр. 2018 г.). – Омск: Изд-во ОмГТУ, 2018. – С. 50-55.

[10] СП 24.13330.2011 «Свайные фундаменты. Актуализированная редакция СНиП 2.02.03-85».

[11] ГОСТ19804-2012 «Сваи железобетонные заводского изготовления. Общие технические условия».

[12] Грузин А.В., Грузин В.В. Анализ удельной несущей способности свай с различной формой поперечного сечения. // Актуальные проблемы современности: Международный научный журнал. – Караганда: Болашак-Баспа, 2009. – №12(46). – С. 27–30.

[13] Свая : иннов. пат. 29424 Республика Казахстан, МПК⁷ E02D 5/30, E02D 27/35 / В. В. Грузин, А. В. Грузин, А. П. Ищенко, Л. С. Щеглов, В. М. Смирнов, Т. К. Балгабеков; заявитель и патентообладатель АО «Казахский агротехнический университет им С. Сейфуллина. – №2014/0112.1; заявл. 03.02.14; опубл. 25.12.14., Бюл. №12. – 1 с.: ил.

[14] Свая : пат. 2594499 Российская Федерация, МПК⁷ Е02D 5/30 / А. В. Грузин, А. Д. Русанова, Л. Б. Антропова, А. Ю. Ваганов, Е. О. Фомин; заявитель и патентообладатель Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Омский государственный технический университет». – № 2015111914/03; заявл. 01.04.15; опубл. 20.08.16, Бюл. № 23. – 1 с.: ил.

Расчет коэффициента сопротивления для LRFD забивных свай на основе эффектов установки

https://doi.org/10.1016/j.rinp.2018.09.042Get rights and content

Abstract

Эффекты установки, одна из большого числа неопределенностей в геотехнических техники, может значительно повысить несущую способность (предельное сопротивление) забивных свай после первоначальной установки, особенно для предельного сопротивления ствола. Основываясь на принципе расчета коэффициента нагрузки и сопротивления (LRFD) и теории надежности, эта статья включает в себя эффекты установки, чтобы предложить методологию для раздельного расчета коэффициентов сопротивления для предельного сопротивления основания и ствола для расчета на основе надежности (RBD) забивных свай.Предлагаемый подход может четко объяснить различные источники неопределенностей предельного сопротивления, в том числе от предельных сопротивлений основания и вала. Между тем, представлены обсуждения неопределенностей сопротивления и нагрузки и вероятностных характеристик эффектов установки, а также влияние четырех соответствующих параметров (коэффициент влияния установки, отношение постоянных и временных нагрузок ρ = L _D / L _L , целевой показатель надежности и отношение предельного сопротивления основания к нагрузке ψ = R _ult,b /( L _D + L _{)) на сопротивлении анализируются факторы. Параметрические исследования показывают, что эффекты настройки и целевой показатель надежности существенно влияют на оптимальные коэффициенты предельного сопротивления основания и ствола для RBD забивных свай, а ρ = L D / L L оказывает ограниченное влияние на оптимальные предельные коэффициенты сопротивления основания и вала. Изменение ψ = R ult,b /( L D + L L ) очевидно вызывает изменение оптимального коэффициента предельного сопротивления основания, хотя незначительно влияет на оптимальный коэффициент предельного сопротивления вала. .Следовательно, правильный выбор целевого индекса надежности и точные оценки эффектов настройки и ψ = R ult,b /( L D + L L ) играют большую роль в Расчет коэффициента сопротивления для LRFD для забивных свай.}

Ключевые слова

Забивная свая

Коэффициент сопротивления

Эффекты настройки

Надежность

Критерии LRFD

Рекомендуемые статьиСсылки на статьи (0)

© 2018 The AuthorОпубликовано Elsevier B. V.

Рекомендуемые статьи

Со ссылкой на статьи

Теоретическая и фактическая несущая способность забивных свай с использованием модельных свай в песке

[1] UC Калита: Механика грунтов и проектирование фундаментов. Восточная экономика изд.Асоке К. Гош, PHI Learning Private Limited, Нью-Дели. (2011) стр. 178-194.

[2] Б.М. Das: Принципы проектирования фундаментов.7-е изд. (2011 г.).

[3] А.И. Аль-Майдиб: Экспериментальное исследование поведения групп свай в песке при различных скоростях нагрузки.Геотехническая и геологическая инженерия (2006), стр. 889-902.

DOI: 10.1007/s10706-005-7466-8

[4] Стандартный метод испытаний свай ASTM на осевую сжимающую нагрузку (D1143-87). В Ежегодном сборнике стандартов ASTM за 1994 г., разд. 4, Том. 04.08, ASTM, Филадельфия.

[5] Э. Ункуоглу, М. Ламан: Боковое сопротивление короткой жесткой сваи в двухслойном несвязном грунте.Университет Эриес и Университет Османие Коркут Ата. Турция (2011).

[6] В.А. Vesic: Проект основания свай, Национальная совместная программа исследований автомобильных дорог, Синтез дорожной практики №42, Совет по исследованиям в области транспорта, Вашингтон, округ Колумбия (1977).

[7] А.Дж. Weltman: Процедура испытания сваи под нагрузкой., Отчет PG7, Ассоциация исследований и информации строительной отрасли (CTJUA).Лондон (1980).

Забивка свай Часть VI: Расчетные факторы и критерии для забивных свай

Расчетное допустимое напряжение (ASD)

Традиционное проектирование глубоких фундаментов — как геотехнических, так и структурных — включало использование метода расчета допустимых напряжений (ASD). Это означало сначала определение нагрузок и напряжений на данную конструкцию или грунт, умножение их на коэффициент безопасности, а затем сравнение с допустимыми напряжениями или нагрузками.

Выбор коэффициента безопасности

Коэффициент запаса прочности, используемый при определении допустимой несущей способности сваи, следует выбирать исходя из следующих соображений:

• Уровень достоверности входных параметров. (Этот уровень достоверности зависит от типа и объема подповерхностных исследований и лабораторных испытаний грунта и горных пород).
• Изменчивость почвы и породы.
• Метод анализа конструкции.
• Эффекты предлагаемого метода установки свай.
• Уровень и вид мониторинга строительства (динамическая формула, анализ волновых уравнений, динамический анализ).

Допустимая вместимость сваи

В планах и спецификациях обычно указывается либо допустимая, либо предельная мощность сваи. Расчетная нагрузка сваи определяется на этапе проектирования путем проведения статического анализа и определения допустимых напряжений в материале сваи. Выбранный коэффициент безопасности должен основываться на надежности метода, установленного для определения несущей способности сваи во время установки.Коэффициенты безопасности возрастают с увеличением ненадежности метода определения мощности сваи.

Типовые факторы безопасности

Типичные или обычные нагрузки относятся к условиям, которые являются основной функцией конструкции и которые можно обоснованно ожидать в течение срока службы. Такие нагрузки могут быть длительными, постоянными, прерывистыми или носить повторяющийся характер.

Другие факторы безопасности

Возможны более низкие коэффициенты безопасности для необычных или экстремальных нагрузок при условии тщательного исследования грунта и осадки в пределах допустимого диапазона.

Необычные грузы

Необычные нагрузки относятся к условиям строительства, эксплуатации или технического обслуживания, которые имеют относительно короткую продолжительность или возникают нечасто. Риски, связанные с травмами или потерями имущества, можно контролировать, определяя последовательность или продолжительность действий и/или контролируя выполнение.

Экстремальные нагрузки

Экстремальные нагрузки относятся к событиям, которые крайне маловероятны и происходят только во время аварийной ситуации. Такие события могут быть связаны с крупными авариями с ударами или взрывами и стихийными бедствиями из-за ураганов.Экстремальные нагрузки также могут возникать в результате сочетания необычных нагрузок.

Расчет коэффициента нагрузки и сопротивления (LRFD)

Методы расчета коэффициента нагрузки и сопротивления (LRFD)

включают использование статистических методов для определения фактического комбинированного воздействия различных типов нагрузок на конструкцию. Различные нагрузки (стационарные, динамические, землетрясение и т. д.) объединяются с использованием коэффициентов, а затем сравниваются с грузоподъемностью, которая сама по себе учитывается. К счастью, все факторы для данного кода или типа конструкции определены заранее, поэтому разработчику не приходится заниматься непосредственно статистическими расчетами.

Расчет конструкции забивных свай

При проектировании забивных свай необходимо учитывать несколько соображений. Это включает в себя допустимые напряжения сваи, грузоподъемность и тип грунта.

Допустимые напряжения в сваях

Любая забивная свая должна оставаться конструктивно неповрежденной и не подвергаться нагрузкам до пределов своей конструкции как в течение срока службы (статическая грузоподъемность), так и во время забивки (динамическая грузоподъемность). Для этого необходимо установить ограничения на следующее:

Максимально допустимые расчетные напряжения в течение срока службы

При использовании метода расчета допустимых напряжений (ASD) допустимое напряжение определяется путем деления предельного напряжения материала сваи на коэффициент безопасности. Коэффициент запаса основан на опыте и включает изменения нагрузки и сопротивления конструкции. Ограничения на максимально допустимые статические расчетные напряжения для забивных свай в различных нормах обычно представляют собой допустимую статическую нагрузку. Статическая грузоподъемность зависит от материала сваи, поперечного сечения, прочности и, в некоторой степени, условий площадки (например, потенциала коррозии). Максимальные расчетные напряжения относятся к долгосрочной предельной расчетной мощности и игнорируют влияние установки и релаксации.

Максимально допустимые нагрузки при вождении (временно)

Почти во всех случаях самые высокие уровни напряжения возникают в свае во время забивки. Высокие управляющие напряжения необходимы, чтобы вызвать проникновение сваи, чтобы создать статические нагрузки на сваи, которые приравниваются к разумным статическим напряжениям при эксплуатационных нагрузках. Свая должна быть нагружена, чтобы преодолеть предельное сопротивление грунта, чтобы ее можно было забить в проектном случае. Напряжения при забивке свай можно оценить с помощью анализа волнового уравнения. Эти напряжения могут быть измерены во время вождения с помощью динамических измерений.

Влияние типа грунта на грузоподъемность

Связный или несвязный грунт влияет на несущую способность. Обратите внимание, что предельная несущая способность сваи в грунте представляет собой сумму сопротивлений подошвы и ствола. Для расчетов обычно предполагается, что сопротивление трению вала и сопротивление скольжения могут быть определены отдельно и что эти два фактора не влияют друг на друга.

Осевая сжимающая способность свай в несвязных грунтах

Несущая способность свай, забитых в несвязный грунт, зависит в первую очередь от относительной плотности грунта.Во время забивки относительная плотность вблизи сваи увеличивается из-за вибраций и бокового смещения грунта. Эффект наиболее выражен в непосредственной близости от ствола сваи и распространяется с постепенно уменьшающейся интенсивностью в зоне от 3 до 5,5 диаметра сваи вокруг ствола сваи.

Относительная плотность

Увеличение относительной плотности увеличивает несущую способность одиночных свай и групп свай. Тип ворса также влияет на величину изменения относительной плотности.Сваи с большим смещением, такие как труба с закрытым концом и сборный железобетон, увеличивают относительную плотность несвязного материала больше, чем стальные двутавровые трубы с малым смещением или сваи из трубы с открытым концом.

Горизонтальное напряжение грунта

Индуцированное увеличение горизонтального напряжения грунта, возникающее рядом со сваей в процессе забивки, может быть устранено релаксацией в плотном песке и гравии. Явление релаксации возникает по мере того, как отрицательное поровое давление, возникающее во время забивки, рассеивается.Отрицательное поровое давление возникает из-за изменения объема и расширения плотного песка. Видно, что отрицательное поровое давление временно увеличивает компонент прочности на сдвиг и, следовательно, емкость сваи. По мере того, как отрицательное поровое давление рассеивается, снижается как прочность на сдвиг, так и емкость сваи.

Высокое давление воды в порах

Процесс забивки создает высокое поровое давление воды (положительное поровое давление воды) в насыщенных несвязных илах, что временно снижает прочность грунта на сдвиг и грузоподъемность сваи.Прирост емкости со временем (установка) обычно происходит быстрее для илов, чем для связных грунтов, потому что поровое давление рассеивается быстрее (илы более проницаемы, чем глины).

Немедленная осадка групп свай в несвязных грунтах

Группы свай, опирающиеся на несвязное твердое тело, будут производить только упругие (мгновенные) осадки. Это означает, что осадки в несвязных грунтах будут происходить сразу же после загрузки группы свай.

Пневматический молот Pile Master Model 36-3000.Фото предоставлено: Equipment Corporation of America (ECA)

Осевая сжимающая способность свай в связных грунтах

При забивке свай в насыщенные связные материалы грунт возле свай нарушается и сжимается в радиальном направлении. Для мягких или нормально сцементированных глин зона нарушения находится в пределах одного диаметра сваи вокруг сваи. Для свай, забиваемых в насыщенные твердые глины, происходят значительные изменения вторичной структуры грунта с переформованием и полной потерей эффектов предыдущей истории напряжений в непосредственной близости от сваи.

Высокое давление воды в порах

Возмущение и радиальное сжатие создают высокие поровые давления воды (положительные поровые давления воды), которые временно снижают прочность грунта на сдвиг и, следовательно, сопротивление перемещению и несущую способность свай. По мере повторного уплотнения глины вокруг сваи высокое поровое давление воды снижается, что приводит к увеличению прочности на сдвиг и несущей способности сваи (установки). Зона и величина нарушения зависят от свойств и чувствительности грунта, способа забивки и геометрии свайного фундамента.

Осадка групп свай в связных грунтах

Группы свай, поддерживаемые связным твердым телом, могут производить как упругие (немедленные), так и консолидационные (происходящие в течение определенного периода времени) осадки. Упругие осадки, как правило, составляют большую часть переуплотненных глин, а консолидационные осадки обычно составляют большую часть нормально уплотненных глин.

Несущая способность групп свай

Несущая способность группы свай часто является важным фактором при определении требований к минимальному заглублению свай, а в некоторых случаях может влиять на конструкцию фундамента. Несколько распространенных условий, при которых грузоподъемность группы может существенно повлиять на конструкцию фундамента, включают уплотнения коффердама, которые создают большие силы плавучести, консольную сегментную конструкцию моста, а также сейсмические воздействия, удары судов или нагрузки от обломков. Когда сваи с выносной нагрузкой забиваются в относительно неглубокий несущий слой, несущая способность может влиять на конструкцию фундамента.

Отрицательное трение вала

Когда грунтовая залежь, через которую устанавливаются сваи, подвергается уплотнению и выталкивается вниз, возникающее в результате движение грунта вокруг свай вниз вызывает нагрузку на сваи.Эти силы сопротивления вниз также называются отрицательным трением вала. Отрицательное трение вала противоположно обычному положительному трению вала, возникающему вдоль поверхности сваи. Эта сила увеличивает осевую нагрузку сваи и может быть особенно значительной при забивке длинных свай через сжимаемые грунты и должна учитываться при проектировании свай. В этих ситуациях следует избегать использования втачных свай из-за дополнительных изгибающих усилий, воздействующих на сваи, которые могут привести к деформации или повреждению сваи.

Боковая нагрузка на вертикальные сваи

В дополнение к осевым нагрузкам сжатия и подъема сваи обычно подвергаются боковым нагрузкам. Потенциальные источники боковых нагрузок на мостовые конструкции включают:

• Силы ускорения и торможения автомобиля.
• Ветровые нагрузки.
• Силы волн и течений.
• Загрузка мусора.
• Ледяные силы.
• Ударные нагрузки на сосуд.
• Давление грунта на тыльную сторону опорных стен.
• Наклонные движения.
• Сейсмические события.

Эти боковые нагрузки могут иметь ту же величину, что и осевые сжимающие нагрузки, и поэтому требуют тщательного рассмотрения при проектировании. Деформация фундамента при боковой нагрузке также должна быть в пределах установленного критерия работоспособности конструкции.

Боковая нагрузка групп свай

Способность группы свай противостоять боковым нагрузкам от удара судна, обломков, ветра или волн, сейсмических явлений и других источников является серьезной проблемой проектирования.Прогиб группы свай под действием боковой нагрузки обычно в 2-3 раза больше, чем прогиб одиночной сваи, нагруженной с такой же интенсивностью. Замыкающие ряды свайных групп имеют значительно меньшее сопротивление поперечной нагрузке, чем сваи в ведущем ряду, и поэтому имеют больший прогиб. Это связано с взаимодействием свая-грунт-свая, происходящим в свайной группе.

Заключение

Базовая конструкция для типичных нагрузок должна быть эффективно адаптирована к экстремальным нагрузкам без катастрофического отказа.Однако возможны структурные повреждения, которые частично нарушают эксплуатационные функции и требуют капитального ремонта или замены конструкции. Необходима осторожность для достижения эффективной конструкции, которая позволит избежать неприемлемых травм или материального ущерба.

Формула забивки свай | Новости машиностроения Формула

В прошлом было предпринято много попыток определить взаимосвязь между динамическим сопротивлением сваи во время забивки и несущей способностью сваи при статической нагрузке.Эти отношения называются формулой забивки свай и были установлены теоретически и эмпирически. Из многих формул забивки свай, которые были предложены, широко используются формулы Engineering News Formula, Hiley Formula и Janbu Formula. Среди них Формула Хайли и Формула Джанбу удобны в использовании и дают обоснованные прогнозы предельной несущей способности забивных свай в сыпучих грунтах.

Технические новости Формула

По формуле Engineering News допустимая нагрузка на забивную сваю определяется по формуле:

Где, Q _a = Допустимая нагрузка в кг

Вт = Вес молота

h = высота падения в см

с = Окончательный расчет за удар, известный как набор

.

c = Эмпирическая постоянная (c = 2.5 см для отбойного молотка и 0,25 см для молотка одностороннего и двойного действия)

F = коэффициент безопасности (обычно принимается равным 6)

Джанбу Формула

Соотношение, предложенное Джанбу для предельной грузоподъемности сваи:

   ———- (1)

Где,     

   ———- (2)

   ———- (3)

и    

   ———- (4)

Где,

 = эмпирические константы

H = высота падения

Вт = Вес молота

W _p = Вес сваи

L = длина сваи

A = Площадь поперечного сечения

E = Модуль упругости материала сваи

с = окончательный набор

= КПД

Расчетная схема представлена ​​на рис.1. Коэффициент эффективности

зависит от оборудования для забивания свай, принятой процедуры забивания, типа сваи и грунтовых условий. Значения можно выбрать следующим образом.

= 0,7 для хороших условий движения

= 0,55 для средних условий движения

= 0,4 для сложных или плохих условий движения

Хайли Формула

Соотношение, предложенное Хайли для предельной несущей способности сваи:

   ———- (5)

Где, K = коэффициент Хаммера

c = сумма упругого сжатия ( c = c _p + c _c + c _q )

c _p = Сжатие сваи

c _c = Сжатие головы сваи

c _q = Сжатие грунта

Вт = Вес молота

H = высота падения молота

с = окончательный набор

 = Эффективность удара

Следует отметить, что

зависит от коэффициента восстановления, приведенного в таблице 2, полученного из рис. 2. Коэффициент молота приведен в таблице 1.

Таблица 1 Значения коэффициента молотка K

Молоток	К
Отбойный молоток с лебедкой	0,8
Падающий молот, спусковой крючок	1,0
Молоток одностороннего действия	1,9
Молоток двойного действия BSP	1.0
Дизельные молотки McKiernan-Terry	1,0

Значения c _p , c _c , c _q и

можно получить из рис. 2-7.

A = бетонная свая, набивка 75 мм под шлемом

B = бетонная или стальная свая, шлем с тележкой или головка деревянной сваи

C = прокладка 25 мм только на головке ж/б сваи

Сравнение формул

Подробное исследование обоснованности формулы забивки свай показывает, что выбор между формулами Хайли и Джанбу невелик.Было показано, что для получения минимального коэффициента запаса прочности 1,75 для любой сваи необходимо использовать F = 2,7 по формуле Хайли и VF = 3 по формуле Джанбу. Формула Джанбу дает несколько лучшую корреляцию между испытанной и рассчитанной несущей способностью.

Забивка свай

Иногда необходимо забивать сваи через плотные пески и гравий, например, либо для проникновения в нижележащий слой глины, либо из-за возможности размыва русла рек.Следует избегать повреждения сваи из-за чрезмерного забивания, как при проникновении в вышележащий твердый слой, так и при забивке в несущий слой для развития полной восстановительной способности. В этом случае следует помнить, что для полного раскрытия торцевой несущей способности может потребоваться заглубление до пяти диаметров сваи в плотный сыпучий материал.

 

Таблица 7.3 Значения коэффициента реституции e по данным BSP Pocket Book (1969)

Типы свай	Состояние головки	Одностороннего действия, ударного или дизельного молота	Молоток двойного действия
Железобетон	Шлем с композитной пластиковой тележкой или тележкой Greenheart и упаковкой поверх штабеля	0.4	0,5
	Шлем с деревянной тележкой (не Greenheart) и упаковкой поверх штабеля	0,25	0,4
	Молот непосредственно на свае только с подушкой	–	0,5
Сталь	Водительская кепка с композитным пластиком или тележкой Greenheart	0. 5	0,5
	Водительская кепка с деревянной рамой (не для тележки Greenheart)	0,3	0,3
Древесина	Молот прямо на свае	–	0,5
	Молот прямо на свае	0,25	0.4

Формулу Хайли можно использовать для определения разрушающей нагрузки, Q _u , а затем пиковое сопротивление движению, P _d определяется как:

Джанбу предполагает, что энергия движения (WH) _c , необходимая для предотвращения повреждений, ограничена:

   ———- (6)

Где L = длина сваи

с = установить

A = площадь поперечного сечения сваи

= половина прочности на сжатие

Разное Другая статья о свайном фундаменте размещена в bestengineeringprojects. ком, вам может понравиться

1. Поведение одиночной сваи и группы свай под нагрузкой
2. Свая с несущей способностью
3. Буронабивные и монолитные сваи
4. Строительство свайного фундамента
5. Испытание сваи под нагрузкой | Цель испытания сваи под нагрузкой

ИНЖЕНЕР-СТРОИТЕЛЬ: Анализ забивки свай

Улучшения в электронных приборах позволяют измерять данные для оценки производительности молота и системы забивки, напряжений забивки свай, структурной целостности и предельной грузоподъемности сваи.Требуемые данные могут быть измерены, а работа сваи оценена за доли секунды после каждого удара молота с использованием анализатора забивки сваи. PDA также полезен при повторной забивке свай через некоторое время после установки сваи, чтобы определить влияние замерзания или расслабления на характеристики сваи. Метод Кейса (Pile Buck, Inc., 1988), разработанный в Технологическом институте Кейса (ныне Университет Кейс Вестерн Резерв), является наиболее широко используемым методом. Аналитический метод CAPWAPC также применяется с результатами PDA для калибровки анализа волнового уравнения и получения надежных оценок предельной статической грузоподъемности сваи при условии учета промерзания грунта, релаксации или долговременных изменений характеристик грунта.Метод CAPWAPC учитывает факторы землетрясений и демпфирования и, следовательно, подтверждает входные данные, необходимые для анализа волнового уравнения.

(1) КПК. PDA можно регулярно выполнять в полевых условиях, следуя схеме, показанной на рис. 6-2. Система включает в себя два тензодатчика и два акселерометра, прикрепленных болтами к свае возле ее вершины, которые передают данные на анализатор забивки сваи. Осциллограф отслеживает сигналы от преобразователей и акселерометров, чтобы определить качество данных и проверить наличие повреждений сваи.Магнитофон сохраняет данные, а дополнительный плоттер может отображать данные. Цифровые вычисления данных контролируются микропроцессором Motorola 68000, вывод которого подается на принтер, встроенный в анализатор забивки свай. Принтер также документирует выбор входных и выходных данных.

(a)    Датчики деформации состоят из четырех датчиков сопротивления из фольги, соединенных в полный мост.

(b) Пьезоэлектрические акселерометры измеряют движение сваи и состоят из кристалла кварца, который создает напряжение, пропорциональное давлению, вызванному ускоряющейся массой сваи.

(c) Данные могут быть отправлены с анализатора забивки свай на другое оборудование, такое как плоттер, осциллограф, ленточный самописец, модем для передачи данных в удаленный офис или аналитический центр и компьютер. Компьютер можно использовать для анализа работы сваи методами Case и CAPWAPC.

(2)   Метод случая.  В этом методе используются сила F (t) и ускорение ä (t), измеренные на вершине сваи, как функция времени во время удара молота.Скорость v (t) получается путем интегрирования ускорения. КПК и его преобразователи были разработаны для получения этих данных для метода Кейса.

интегрирование ускорения. КПК и его преобразователи были разработаны для получения этих данных для метода Кейса.

(a) Общее сопротивление грунта при забивке сваи R первоначально рассчитывается с использованием теории распространения волн и в предположении однородной упругой сваи и идеально пластичного грунта как

tl часто выбирается как время достижения первой максимальной скорости.R равно 1 сумме статического грунта (зависящего от смещения), Qu и динамического (зависящего от скорости) компонентов D относятся к грузоподъемности.
где Vtop — скорость волны, измеренная на вершине сваи в момент времени tl. Приблизительные константы демпфирования Jc уже определены для грунтов, как указано в Таблице 6-2, путем сравнения расчетов статической емкости методом Кейса с результатами испытаний под нагрузкой. Jc можно точно настроить в соответствии с фактическими условиями почвы, если доступны результаты нагрузочных испытаний.

(c)  Правильный расчет Q требует, чтобы смещение , полученное интегрированием скорости в момент времени tl v(tl ), превышало землетрясение (сжатие грунта), необходимое для полной мобилизации сопротивления грунта. Обычно бывает достаточно выбора времени tl, соответствующего первому максимуму скорости.

(d) Для длинных свай с высоким поверхностным трением может потребоваться поправка на разгрузку от поверхностного трения, вызывающую отрицательную скорость. Трение верхнего вала может разгрузиться, если вершина сваи движется вверх до того, как будет мобилизовано полное сопротивление. Надлежащую поправку можно внести, добавив сопротивление трения кожи, которое было разгружено, к сопротивлению подвижного грунта.

(e)  Правильный расчет статического сопротивления требует отсутствия эффектов замораживания или релаксации.Сваи могут быть повторно забиты после периода ожидания, например, 1 день или более, чтобы позволить рассеять поровое давление воды.

(f)   Движущая сила должна быть достаточной, чтобы вызвать разрушение грунта; в противном случае предельная мощность мобилизуется лишь частично, и полное сопротивление грунта не будет измерено.

(3) Метод CAPWAPC.   Это аналитический метод, который объединяет данные полевых измерений с анализом волнового уравнения для расчета предельной статической несущей способности и распределения сопротивления грунта.Распределение сопротивления грунта Qu и поведение сваи при нагрузке-смещении, рассчитанное методом CAPWAPC
, можно использовать для оценки постоянной демпфирования Jc, землетрясений и сопротивлений грунта, требуемых методом Кейса, а также для подтверждения определения Qu, рассчитанного с использованием Кейс-метод. Метод CAPWAPC часто используется в качестве дополнения к нагрузочным тестам и может заменить некоторые нагрузочные тесты.

(a)   Метод CAPWAPC начинается с использования полного набора предполагаемых входных параметров для выполнения анализа волнового уравнения.Молотковая модель, используемая для расчета скорости в верхней части сваи, заменяется скоростью, заданной в верхнем элементе сваи. Заданная скорость делается равной скорости, определяемой интегрированием ускорения. Метод CAPWAPC рассчитывает силу, необходимую для придания заданной скорости. Эта расчетная сила сравнивается с силой, измеренной на вершине сваи. Входные параметры грунта впоследствии корректируются до тех пор, пока рассчитанные и измеренные силы и расчетные и измеренные скорости не будут соответствовать друг другу настолько близко, насколько это практически возможно, как показано на Рисунке 6-3.Метод CAPWAPC также может быть запущен с использованием силы, приложенной к вершине сваи, а не заданной скорости. Скорость рассчитывается, а затем сравнивается со скоростью, измеренной на вершине сваи.

Метод CAPWAPC применим для имитации статических и динамических испытаний.

(b)  Испытание на имитацию статической нагрузки может быть выполнено с использованием моделей сваи и грунта, определенных по результатам анализа CAPWAPC. Свая постепенно нагружается, а сила и смещения в верхней части сваи рассчитываются для определения поведения нагрузки-смещения.Фактические результаты испытаний на статическую нагрузку могут быть смоделированы с погрешностью от 10 до 15 процентов от расчетных результатов, если доступное статическое сопротивление полностью мобилизовано, а зависящие от времени изменения прочности грунта, такие как замерзание или релаксация грунта, незначительны.

(c)   Динамические испытания с помощью PDA и метода CAPWAPC предоставляют подробную информацию, которую можно использовать при расчете коэффициента нагрузки и статистических процедурах для снижения факторов безопасности и снижения стоимости фундамента. Подрядчику может быть предоставлена ​​подробная информация о характеристиках молота, системе забивки и материале сваи, чтобы оптимизировать выбор забивного оборудования и подкладок, оптимизировать забивку свай, снизить напряжения в сваях, снизить стоимость строительства и улучшить качество строительства.Фундамент будет более высокого качества, а структурная целостность более тщательно подтверждается методом PDA, потому что больше свай можно испытать путем повторного удара сваи, чем можно испытать путем приложения реальных статических нагрузок. PDA также можно использовать для имитации испытания сваи на нагрузку до отказа, но свая все еще может использоваться как часть фундамента, в то время как фактические сваи, нагруженные до отказа, могут быть неподходящими элементами фундамента.