Расстояние между забивными сваями: Расстояние между сваями фундамента ростверк

Содержание

Расстояние между сваями фундамента каркасного дома, пример расчета шага

Самостоятельным устройством свайных фундаментов сегодня не удивить. Такая необходимость может возникнуть при постройке собственного дома — «каркасника». Его коробку монтирует специальная бригада, а возводить основание приходится своими силами, в том числе необходимо правильно определить расстояние между столбами.

Оглавление:

  1. Виды свай
  2. Как распределяется нагрузка?
  3. Пример расчета
  4. Дополонительные рекомендации

Разновидности опор

Свайный фундамент образуют вертикальные столбы, стойки, погруженные на определенном расстоянии друг от друга в грунт. На него они передают вес здания, эксплуатационные, снеговые, ветровые нагрузки. Различают:

  • Погружные (забивные). Их основа — железобетон, дерево или металл. Монтируют специальными машинами или вручную (у хозпостроек). Для самостоятельного строительства используются редко.
  • Буронабивные. Отливают из армированного бетона в заранее просверленных отверстиях грунта.
  • Винтовые. Металлическая труба, к которой на передней части приварены лопасти. Вкручивают как огромный шуруп вручную или с помощью буровой установки.

Равномерного распределения давления добиваются, связывая стойки на всем расстоянии ростверком. Он выглядит как единая лента или набор отдельных железобетонных балок. Геометрические размеры ростверка зависят от толщины стен и расстояния между сваями, которое называют их шагом. Чем больше интервал, тем длиннее эта часть — значит, он должен быть прочнее.

Распределение нагрузки

Каждая свая на своем интервале берет лишь некоторый вес здания. Чтобы рассчитать фундамент каркасного дома и расстояние между стойками, определим, насколько большой может быть значение нагрузки, которую выдержит одна стойка. Нужно найти несущую способность, которую обеспечивает грунт. Сделать это выйдет двумя методиками:

  • Выполнить испытание образца. Применяют этот вариант, если вид грунта неизвестен. Метод точный, но требует наличия специального оборудования или оплаты услуг лаборатории.
  • С помощью таблиц СНиП, куда сведена прочность разных видов грунтовых оснований (есть в сети).

Пусть наша почва сложена суглинками — обычными грунтами средней полосы России. Из таблицы находим, что их несущая способность для глубины свыше 1,5 м составляет 3,5 кг/см2.

Посмотрим, какой вес выдержит буронабивная бетонная конструкция диаметром 40 см и винтовая 108 мм. Глубину заложения в обоих случаях примем равной 3 м. Опорная площадь равна: S=πR2 или 3,14х400=1256 см2. Умножаем на сопротивление грунта: 1256х3,5=4396 кг. Вычтем вес элемента, равный 829 кг. Его мы получили, перемножив объем (0,38 м3) с удельным весом бетона. Одна свая выдерживает 4396-829=3567.

Для свайно-винтового фундамента: за счет формы опора имеет большую несущую способность. Для суглинка это порядка 5,5 т (нормативное значение по данным изготовителя) Вес изделия, включая наполнитель (пескобетон) — 88 кг.

Сбор нагрузок

Квадратный метр одноэтажного каркасника весит максимум 1,15 тн. Сюда входит вес стен, перекрытий, кровли, других конструкций. Добавляем ветровую и снеговую нагрузку, соответствующую климату средней полосы России, вес мебели, оборудования, самих жильцов, возможных посетителей.

Для примера возьмем одноэтажный дом размерами 8х10 м. Его площадь — 80 м2, нагрузка на фундамент — 80х1150=92 тн. Добавим вес железобетонного ростверка сечением 35х20 см. Общее расстояние по периметру под всеми стенами и перегородками — 54 м. Перемножив длину, сечение и удельный вес бетона, получим 8,32 т.

Расчет шага

Теперь мы можем узнать количество столбов, а зная периметр дома, вычислить средний интервал (шаг) между ними. Нагрузка от дома составит 100,32 т. Добавим усредненный к-т запаса, равный 1,2, получаем 120 т. Зная, сколько может выдержать одна свая, разделим 120 на сопротивление одной опорной точки, округлим в большую сторону.

Тип Грунт Характеристики Несущая способность единицы Количество, шт Шаг
Буронабивные Суглинки 3,5 кг/см2 Диаметр 400 мм, глубина 3м 3567 кг 34 1,6
Винтовые 108 мм лопасти 300 мм, глубина 3м 5412 кг 23 2,35

Дополнительные параметры

Мы определили требуемое количество столбов основания и их средний интервал (шаг). Но выдерживать в любом случае именно такое расстояние между опорами необязательно, важно лишь общее количество, а размещают их, исходя из планировки дома.

Второе ограничение — минимальный шаг винтовых опор. По нормам СНиП2.02.03-85 стойки нельзя размещать друг к другу на расстояние ближе 3d, где d — это диаметр сваи. В нашем случае для буронабивных конструкций это будет 1,2 м, а для винтовых — 90 см.

Чтобы рассчитать шаг между винтовыми и буронабивными столбами, нам потребовалось всю нагрузку от здания разделить на несущую способность одной сваи, затем суммарную длину всех стен распределить на получившееся количество. При строительстве на других типах грунта исходные данные нужно корректировать.

Приведенная методика расчета шага приблизительна. Мы не принимали во внимание несущую способность, создаваемую боковой плоскостью буронабивных фундаментов, а она может добавить порядка пятисот килограмм на каждую точку. То есть мы получаем значительный запас прочности.


 

Забивные сваи. Фундамент на забивных сваях. Производим и забиваем железобетонные забивные сваи

Забивные сваи — это железобетонные изделия, в виде мощного стержня квадратного сечения, имеющие с одной стороны заостренный конец. Погружение забивных свай в землю, осуществляется ударным способом. Забивной свайный фундамент отличают прочностные технические характеристики. В сравнении с другими видами (ТИСЭ, буронабивными и винтовыми вариациями технологий), забивные сваи являются самым надежным и устойчивым сооружением, имеющим максимальную несущую способность, в разы превышающую эквивалент прочности в соотношении с иными способами установки фундаментов. Помимо железобетонных опор, для забивных фундаментов используют деревянные сваи, изготовленные из твердых сортов древесины (лиственница, сосна, бук, дуб, ясень и т.д.). Твердость древесины определяется методом Бринелля — шарик из закаленного железа вдавливают в дерево с силой 100 кг, и измеряют образовавшуюся лунку. Также вместо винтовых лопастных свай применяют забивные трубы с конусообразным наконечником. В итоге забивной вариант трубы обладает большей несущей способностью, чем винтовой вид погружения. Не смотря на то, что для ввинчивания опор применяется конструкция идентичного размера, а диаметр лопастей значительно превышает габариты трубы, вбиваемая свая гораздо прочнее и надежнее.

Технические показатели забивных свай

Забивные сваи изготавливаются на заводах согласно регламенту ГОСТа, поэтому марка бетона, используемая для производства изделия должна иметь прочность не ниже 300 кгс/см2 при испытаниях на сжатие. Такие бетоны считаются тяжелыми и применяются для возведения долговечных сооружений, строения взлетных полос и эстакад дорог. При строительстве других типов свайных фундаментов, где бетонирование свай фундамента осуществляется на объектах (буронабивные сваи, сваи ТИСЭ), естественно, используется менее прочный бетон, поскольку технологически невозможно в полевых условиях создать сваю, идентичную произведенной на заводе.

Забивные сваи под деревянный или каркасный дом

Сваи железобетонные забивные, используемые компанией «Монолит» для строительства частных деревянных или каркасных домов имеют длину 3-4 метра и сечение 150-150 или 200х200 мм. Этот размер, разумеется, меньше, чем при возведении кирпичных домов или многоэтажных зданий и сооружений. Но он достаточен, чтобы свая достигла твердого пласта грунта и имела нужную несущую способность. На сегодняшний день мы являемся практически единственной организацией, работающей с сваями имеющие такие размеры и производящие забивку свай даже в самых стесненных условиях. Проблема использования свай забивных железобетонных таких габаритов заключается в отсутствии малогабаритной сваебойной техники. А применение громоздких тяжелых машин запрещено СНиПами и правилами техники безопасности. Размер рабочей площади для использования массивных забивных установок обязан соответствовать нормам — расстояние до ближайшего построенного объекта не должно быть менее 25 м. Поэтому многие организации просто отказались от производства фундаментов на забивных сваях под частные дома густо. Специалисты компании «Монолит» решили этот вопрос покупкой малогабаритной техники и переоборудованием системы механизмов. В результате модернизации мы получили практически новую сваебойную установку.

расстояние между сваями (максимальное и минимальное)

Технология сооружения фундамента на базе свайной конструкции считается одной из самых надежных и практичных. Ее можно отнести к универсальным, поскольку гибкость системы и разнообразие подходов к технической реализации основы удовлетворяют требованиям широкого спектра построек. Среди них жилые дома, промышленные здания, коммуникационные сооружения и другие объекты. Однако для достижения надежности свайной конструкции необходимо точно определить параметры закладки. В списке важнейших из них специалисты отмечают расстояние между сваями фундамента, которое может варьироваться в зависимости от целого ряда характеристик здания и условий строительства.

Свайную конструкцию можно представить как совокупность несущих элементов и ростверка. Элементы опоры могут отличаться по материалу и способу установки. Например, сегодня практикуется использование забивных и винтовых свай. Чтобы определить, какое расстояние между сваями в свайном фундаменте, необходимо учесть допустимую глубину залегания, материал изготовления и другие параметры несущих изделий – так выполняется расчет количества элементов и шага между ними. Не менее значима и функция ростверка, который обеспечивает связку отдельно стоящих опор. Он может реализовываться в разных видах и конструкциях, но, как правило, устройство данного компонента всецело зависит от техники внедрения и укрепления свай.


Общие принципы расчета

Обычно инженеры ориентируются на учет свойств грунта и предполагаемой массы будущего строения – в совокупности эти сведения позволяют закладывать оптимальный свайно-винтовой фундамент. Расстояние между сваями при этом можно рассчитать, исходя из их количества. Чтобы определить, сколько опорных элементов потребуется, следует знать уровень нагрузки и общую несущую способность конструкции. В частности, свая может выдерживать около 2 т, при этом вес конструкции дома может исчисляться десятками тонн. Далее следует планировка размещения свай по всей площади. В некоторых случаях нагрузка бывает неравномерной, поэтому и расположение свай не всегда правильно с геометрической точки зрения.

Шаг между винтовыми сваями

Практика строительства в российских условиях установила минимальное расстояние при закладке свайно-винтового фундамента: оно составляет 1,7 м на обычно грунте. При этом в каждой паре следует оставлять промежуток (не меньше 0,5 м) цельного слоя грунта, то есть участок, на котором не проводились земельные работы. Данная мера позволит предотвратить нежелательное влияние земельной основы на свайный фундамент.

Расстояние между сваями в максимальной величине для одноэтажных объектов составляет:

  • для домов из бревна или бруса – 3 м;
  • для каркасных и сборно-щитовых объектов – 3 м;
  • для строений из пазогребневых блоков, газобетона и шлакоблока – 2,5 м;
  • для кирпичных зданий – 2 м.

Как видно, легкие деревянные постройки требуют менее плотной расстановки свай, тем не менее, если планируется 2-этажное здание, то шаг может быть сокращен.

Шаг между забивными сваями

Расстояние между забивными опорными элементами предполагает универсальную формулу расчета. Главным параметром здесь выступает диаметр сваи. При этом важно разделить конструкции такого типа на две категории: висячие и стойки. В первом случае минимальное расстояние составит величину диаметра, помноженную на три. Максимум предполагает умножение диаметра сваи на шесть.

Стойки располагаются с минимальным шагом, величина которого в полтора раза превосходит ее диаметр. Примечательно, что свайный фундамент, расстояние между сваями которого сокращается к минимуму, не всегда выигрывает в надежности. Дело в том, что кустовой (частый) способ размещения опор создает и нежелательный эффект в виде увеличения осадка. Поэтому рекомендуется всегда учитывать возможность трансляции нагрузок на сваи в одиночной конфигурации.

Отклонения от «нормы»

Несмотря на выработку единых правил, на основе которых составляется метод расчета расстояния между сваями, каждый случай предполагает огромное количество нюансов. В связи с этим инженеры начинают руководствоваться простым правилом: обозначить максимальный предел допустимого количества свай и рационально их распределить по всей площади с учетом нагрузок.

В зависимости от проекта, для которого планируется свайный фундамент, расстояние между сваями может сокращаться или увеличиваться. К примеру, если план предусматривает внутреннюю несущую стенку с загрузкой перекрытия по сторонам, то есть смысл в 30-процентном сокращении шага между несущими элементами.

Увеличение расстояния также не является грубой ошибкой, если предусмотреть технические меры предосторожности. В таких случаях обычно требуется дополнительная установка фундаментных балок. Сложно сказать, что может оправдать увеличение дистанции, поскольку такая коррекция едва ли сделает надежнее свайно-ростверковый фундамент. Расстояние между сваями, которое увеличивается ввиду экономии, также не оправдывает себя. Хотя бы по той причине, что дополнительное укрепление обойдется дороже, чем «лишний», но конструктивно обоснованный ряд фундаментных свай.

Конфигурация расположения свай

Помимо дистанции между сваями, имеет значение и способ их организации. Выбор определенной конфигурации зависит от действующих нагрузок. Существует несколько вариантов расстановки опор на площадке фундамента: по отдельности, в ряд, в форме различных геометрических фигур и в виде сплошного поля, на котором формируется свайный фундамент. Расстояние между сваями в каждом случае ориентируется на общие правила расчета, но может корректироваться.

Наиболее распространены свайные ленты (рядная конфигурация), сплошные сваи и «кустовые» плотные способы расположения несущих. Техника установки элементов в ряд применяется для поддержки стен зданий – это обычный способ устройства фундамента для жилых зданий. Точечно для конструкций, предполагающих интенсивные нагрузки, рекомендуется метод свайных «кустов». Устройство сплошного поля рассчитано на поддержку наиболее тяжелых построек и конструкций. Сваи в данном случае рассредотачиваются равномерно и объединяются монолитным ростверком с крепкой подошвой.

D – минимальное расстояние между забивными сваями в кусте.

Геология D – минимальное расстояние между забивными сваями в кусте.

просмотров — 461

которая запускается в ростверк и омоноличивается в нем. При шарнирном сопряжении оголовки свай подбетонируются после обрезки до проектной отметки и заводятся в ростверк на 50 – 70 мм. При этом перед бетонированием ростверка оголовки свай, как правило, оборачиваются гидроизолом. Обрезке подлежат оголовки забивных свай, которые не представляется возможным погрузить на одну и ту же величину из-за различия геологического строения площадки. Для более точного погружения забивных свай используют лидерные скважины, устраиваемые бурением. Набивные и буровые сваи сразу устраиваются с оголовками по проектным отметкам.

а) б)

50-70 мм

5 2 4

1 3

Рис. 6.7. Сопряжение сваи с ростверком:

а – шарнирное; б – жёсткое; 1 – свая; 2 – ростверк; 3 – выпуски арматуры из сваи; 4 – арматура ростверка; 5 – гидроизоляция.

3. Расчет свайных фундаментов. Свайные фундаменты всœегда рассчитывают по несущей способности (в отличие от фундаментов мелкого заложения). Висячие сваи, а также кусты, ленты и поля из висячих свай рассчитывают по деформациям. Расчетная схема сваи принимается в виде стержня в грунтовой среде, защемленного на определœенной глубинœе (рис. 6.8).

N

l0 Рис. 6.8. Расчётная схема сваи для определœения её

l1 свободной длины l1.

h

Свободную длину сваи l1определяют по формулам:

l = l

+ 2 ;

2 < h;

= 5

K × bp

,

(6.1)

1 0

 

 c × EI

где l0– длина сваи от подошвы ростверка до планировочной отметки;

— меньший размер поперечного сечения сваи; K – коэффициент пропорциональности, зависящий от вида грунта (кН/м4), принимается по таблице СНиП на проектирование свайных фундаментов;

EI – изгибная

жесткость поперечного сечения сваи; с – коэффициент условий работы. Расчет сваи по несущей способности выполняется по формуле:

N £ Fd,

 k

(6.2)

где N – действующая на сваю расчетная нагрузка; Fd– несущая способность сваи; k – коэффициент надежности по грунту, принимаемый равным при определœении несущей способности сваи: по расчету – 1,4; по данным динамических испытаний – 1,25; по данным статических испытаний – 1,2.

Распределœение нагрузок, действующих на ростверк, между сваями в кусте производится на основании гипотезы плоских сечений применительно к дискретному сечению, составленному из поперечных сечений свай в кусте (рис. 6.9).

xj

xi Ni

Nj N

My

yj

yl Nl

Mx

Nk

xl

xk y

yi

yk

Рис.6.9.


Читайте также


  • — Not Found

    … [читать подробенее]


  • — Вопрос 4: Страховой дом LLoyd

    Дело было в конце 1760-х годов, в вечно туманном Лондоне. Одну небольшую кофейню, которыми Лондон славился не меньше, чем пивными пабами, облюбовала занятная публика — судовладельцы, владельцы грузов и страховщики (название «страховщик» тогда не использовалось — они… [читать подробенее]


  • — Not Found

    … [читать подробенее]


  • — Not Found

    … [читать подробенее]


  • — Not Found

    … [читать подробенее]


  • — Not Found

    … [читать подробенее]


  • — Not Found

    … [читать подробенее]


  • — Not Found

    … [читать подробенее]


  • — Not Found

    … [читать подробенее]


  • — Not Found

    … [читать подробенее]


  • Минимальное расстояние между опорными сваями

    Тем, кто выбирает для своего участка фундамент на сваях, в первую очередь следует задуматься о том, как правильно выполнять его расчет. Процесс монтажа тоже занимает не последнее место. Основные вопросы, которые интересуют владельцев земельных участков, выбравших для себя вариант свайного фундамента, следующие:

    Схема устройства свайного фундамента из набивных комбинированных свай.

    1. Какое минимальное расстояние должно быть между сваями (шаг свай)?
    2. Какое количество опор необходимо?
    3. Как осуществить расчет свайного фундамента правильно?

    На первый взгляд может показаться, что это довольно трудно, особенно человеку, не имеющему никакого отношения к строительству. Но не надо заранее отчаиваться, все не так уж и сложно.

    Несмотря на то что вам понадобятся знания о нагрузке здания и силе, воздействующей на основание, а также о свойствах и качествах строительных материалов, вы наверняка справитесь с поставленной задачей, изучив подробную информацию, изложенную в этой статье. Не забудьте, что только грамотный и проведенный по всем правилам расчет поможет вам сделать фундамент надежным и долговечным.

    Чем хорош столбчатый фундамент (свайный)?

    Схема устройства столбчатого фундамента из сборных забивных свай.

    Самое главное, о чем хочется рассказать, и так является общеизвестным фактом. Устройство свайного фундамента при строительстве позволит вам значительно сэкономить финансовые средства, затраченные на покупку стройматериалов. Чтобы не тратить время на рассмотрение всевозможных вариантов, касающихся устройства столбчатого фундамента, выберем один из самых популярных и на его примере выясним, как сэкономить и сколько. Итак, речь пойдет о буронабивных сваях в фундаменте. Устанавливать такие столбы можно при наличии любого вида грунта на вашем участке.

    В основном ценовая категория строительного материала, необходимого для устройства вышеназванного фундамента, варьируется в достаточно большом промежутке. Все зависит от спроса на него конкретно в вашем регионе проживания. При большой популярности и стоимость будет выше. Но, несмотря на различные рыночные накрутки, свайный фундамент является одним из самых доступных для частного строительства.

    Обратите внимание на такой факт, что в самом начале использования свай в строительстве они применялись лишь при возведении мостов.

    Вернуться к оглавлению

    Все о расчете опор: расстояние между сваями

    Первое, что необходимо сделать до начала строительных работ, – проанализировать грунт на вашем участке. Необходимо это для того, чтобы выяснить пригодность грунта для какого-либо вида фундамента, а еще для расчета глубины заложения и оценки целесообразности использования специальной техники.

    Схема устройства свайного фундамента из сборных винтовых свай.

    1. Для определения типа почвы на участке своими силами вам не понадобятся специальные инструменты. Нужно всего лишь сделать несколько ям на участке, длина которых должна соответствовать значению в 2 метра.
    2. Две или три ямы будет вполне достаточно. Копать ямы нужно в том месте, где впоследствии будет закладываться фундамент. В процессе извлечения грунта из ямы вы сможете определить самый оптимальный уровень, подходящий для монтажа свай.
    3. Важный совет! Жесткие породы, такие как твердая глина, считаются наиболее подходящими для фиксации свай. Песчаные виды грунта в качестве основания под фундамент категорически исключаются!
    4. Далее нужно произвести довольно точный расчет максимально возможной нагрузки от будущего здания на почву. Принимать во внимание климатические условия строго обязательно. Если вы учтете все, даже давление готового строения на почву зимой, включая снег на крыше, это будет лучшим вариантом.
    5. Теперь нужно переходить к осуществлению подсчета общей площади здания, иначе говоря, фундамента. При выполнении этих расчетов непосредственно на участке будет целесообразно заняться установкой специальных ориентиров. Они будут обозначать внешние стены будущего строения.
    6. И только после выполнения всех описанных выше требований можно приступить к расчету необходимого количества свай и расстояния между ними.
    7. Чтобы произвести расчет максимально возможной нагрузки здания, нужно за основу взять вес используемых при строительстве материалов.

    Необходимо суммировать массу всех видов стройматериалов, начиная от перекрытий из железобетона и заканчивая кровлей. К этому списку относятся также кирпичи (пеноблоки). К общей сумме нужно добавить до нескольких десятков кг из расчета на 1 кв.м площади.

    При соединении свай в ростверке ленточного характера количество необходимых опор определяется по периметру с учетом несущей способности каждого из столбов. Их установка планируется даже в месте расположения межкомнатных перегородок.

    Совет: размещение свай под фундаментом ленточного типа выполняется либо в шахматном порядке, либо в виде рядов.

    Вернуться к оглавлению

    Выполняем примерный расчет

    Опоры необходимо размещать так, чтобы нагрузка на них была примерно одинаковой.

    Информация воспринимается более четко и быстро, когда ее изучение проходит на конкретном примере. Поэтому далее рассмотрим вариант расчета необходимых строительных материалов. Основу будут составлять сваи буронабивного характера, имеющие расширяющийся диаметр (от 30-50 см) по нижней части.

    Хорошо, если вам известна площадь выбранной опоры, точнее ее подошвы. В приведенном примере это будет 1960 см².

    1. Итак, чтобы рассчитать нужное количество свай, проведем ряд математических действий. Максимальная нагрузка планируемого дома, в нашем случае это 100 000 кг, делится на уже известную площадь опоры (1960 см²) и умножается на коэффициент сопротивления, в этом примере 4. В результате понадобится 13 свай. Размещать их будем в шахматном порядке, в местах наибольшей востребованности.
    2. Все хорошо, но нагрузку на грунт дает не только здание, а еще и сами опоры. Поэтому нужно произвести расчет массы строительных материалов. Допустим, что свая, длина которой соответствует двум метрам, а диаметр 30 см (расширение учитывать не будем), обладает объемом, равным 0,14 м³. Значит, нагрузка от нее будет равна 340 кг.

    Так как нам известно нужное количество свай, нужно просто перемножить все результаты. В итоге получим значение, характеризующее дополнительную нагрузку от свай. Это 4500 кг.

    Кроме описанных выше значений, не забудьте рассчитать количество материалов, необходимых для приготовления раствора цемента.

    Вернуться к оглавлению

    О допустимых расстояниях между сваями

    Схема расположения свай фундамента.

    Стандартный вариант минимально возможного расстояния между опорами предусматривает значение 3d.

    Буквенное значение (d) означает диаметральный размер применяемой опоры. Но это подходит не для любого варианта фундамента. Например, деревянные сваи должны отвечать значению в 70 см, а железобетонные – 90 см. Это строгое требование, не терпящее отклонений.

    Обратите внимание на такой нюанс. При осуществлении забивки свай наклонного характера шаг между ними можно сократить до 1,5d, но только в строгом соответствии с расчетами. И еще, чем более крутой склон на участке, тем более частое расположение опор необходимо.

    Что касается максимального расстояния, то здесь тоже существуют свои параметры и ограничения. Профессиональные строители придерживаются мнения, что оно соответствует 5d, максимум 6d. Значение в 8d используется в случае определенных условий, таких как наличие устойчивой почвы и минимально возможной нагрузки на основание. Минимальная эксплуатация тоже относится к этим условиям.

    В условиях присутствия почвы песчаного характера минимальное расстояние между сваями соответствует значению 4d. Обусловлено это возможностью возникновения переуплотнения почвы, затрудняющей процесс монтажных работ.

    Говоря более простым языком, чтобы вычислить минимальное расстояние между сваями, нужно определить толщину уплотнения почвы, появляющегося в процессе устройства фундамента. Иначе при забивке свай либо ввинчивании опоры в почву все пространство вокруг подвергается уплотнению. Именно в связи с этим монтаж свай осуществляется с шагом, соответствующим значению трех диаметров используемой опоры.

    Минимальный шаг свай (расстояние между опорами) должен соответствовать значению, равному трем диаметральным размерам. Более близкое расположение категорически отвергается. Но, конечно же, не обойтись и без исключений. Как уже отмечалось выше, при устройстве свай наклонного характера допускается монтаж опор с шагом вдвое меньше (полтора диаметра).

    Вернуться к оглавлению

    Некоторые особенности

    Для определения максимальной величины расстояния необходимо обратить внимание на несущую способность ростверка. Очень важно, чтобы горизонтальная плита в свайном фундаменте не имела прогиба от нагрузки более, чем определенный уровень. Если подойти к этому вопросу проще, то за основу можно взять стандартный вариант, расстояние от 5 до 6 диаметральных размеров сваи.

    Для примера: использование опор ВС108 предполагает расстояние между ними в 1-2 м. Фундамент буронабивного характера, с опорами в 40 см, дает возможность использовать другую величину шага. Это 1,2 метра (минимальное значение) и 2,4 метра (максимум).

    Теперь, зная ряд нюансов, касающихся возведения свайного фундамента, вы при устройстве основания здания с легкостью выполните все требования, относящиеся к минимальному расстоянию между сваями, а также ряду других проблем. Осуществив монтаж фундамента на сваях по всем правилам, вы никогда не пожалеете о потраченном времени, так как убедитесь в его долговечности и высокой надежности.

    Забивные жб сваи в Магнитогорске

    СВАЙНЫЙ ЖБИ ФУНДАМЕНТ

    Фундамент на набивных ЖБ сваях является весьма популярным из-за множества преимущественных характеристик в сравнении с другими видами фундаментов, например с ТИСЭ, винтовыми вариациями фундамента, буронабивными и так далее. Забивные сваи выполняются из ЖБИ, которые имеют стержень в форме квадрата с одной стороны, а с другой стороны заострённый конец. Для того чтобы осуществить погружение свай в землю используют ударную силу, которая выполняется с помощью специальной техники. Забивной свайный фундамент имеет отличные технические характеристики, в частности с его помощью обеспечивается надёжность конструкции и её устойчивость на протяжении длительного периода времени. Такой фундамент имеет большую несущую способность, что обеспечивает максимальную прочность возведения возводимой конструкции.

    Технические характеристики забивных свай

    Изготовление забивных свай выполняется по существующему в нашей стране стандарту (ГОСТу), то есть в процессе производства применяется бетон определённой марки, который имеет характеристики позволяющие выполнить качественные изделия. Бетон в обязательном порядке должен иметь прочность не ниже 300 кгс/см2, что определяется при сжатии, причём такой бетон имеет большой вес и может использоваться при строительстве долговечных строений и сооружений, возведении взлётных полос и так далее. При строительстве фундамента других видов применяют бетон, который имеет меньшую прочность, причём произвести надёжную и прочную сваю можно только на специализированном заводе, где могут гарантировать соответствие изделий существующему ГОСТу.

     

    Возведение забивных свай для деревянных и каркасных домов

    Компания «АКС» для возведения забивного фундамента использует сваи длиной 3-4 метра с сечением 150 на 150 или 200 на 200 мм. Если речь идёт о возведении малоэтажного кирпичного дома, то применяют сваи меньшего размера, причём такие сваи достигают при забивании грунта, что делает необходимую несущую способность. Только эта компании использует для забивного фундамента сваи такого размера, причём забивка свай может выполняться даже в стеснённых условиях, причём одной из проблем возведения такого вида фундамента является отсутствие специальной техники малого габарита.

    Если же для работы использовать большую и тяжёлую технику, то это будет нарушением СНиПам и правил технической безопасности. Обязательно используемая для работы техника должна иметь определённые размеры, а именно не превышать параметров, утверждённых нормативами, в частности расстояние до возведённого объекта должно быть не меньше 25 метров. Именно это не позволяет многим компаниями возводить забивной фундамент среди частных построек. Компания «АКС» осуществляет забивку свай для забивного фундамента с помощью малогабаритной техники, что позволяет выполнить свайную конструкцию практически в любом месте без сложностей и проблем.

    устройство ростверка на ЖБИ сваях

    Ростверковый фундамент на забивных сваях – один из востребованных видов оснований для домов, строящихся на проблемных грунтах, благодаря передаче нагрузки на глубинные, более плотные грунтовые слои. Сваи с ростверком – подходящий вариант при сооружении строений на участках с перепадами высот.


    Преимущества фундамента с ростверком на ЖБ забивных сваях

    Популярность этого вида фундаментных конструкций обеспечивается рядом преимуществ:

    • возможность устройства на грунтах с различными характеристиками;
    • небольшой объем работ по разработке грунта;
    • возможность ведения работ в холодное время года;
    • возможность выбора типа ростверка (плитного или ленточного) в зависимости от массы и размеров здания.

    Конструктивные элементы ростверкового фундамента на забивных сваях

    Железобетонные сваи производят в заводских условиях из тяжелого бетона класса прочности В22,5 и выше. Конструкции усиливают каркасами из арматурных стержней и проволоки. Для этих ЖБИ характерны:

    • высокая прочность;
    • устойчивость к температурным перепадам;
    • стойкость к агрессивным средам (повышается путем специальных добавок в бетонную смесь).

    Ростверк – это верхняя часть свайного фундамента, связывающая оголовки забивных свай в единую силовую конструкцию.


    Виды ростверков в зависимости от применяемой строительной технологии:

    • Монолитные. Процесс устройства монолитных ростверков между оголовками забивных свай похож на возведение обычного монолитного ленточного фундамента. В подготовленную опалубку, в которую установлен арматурный каркас, заливают бетонную смесь. При строительстве крупногабаритных сооружений в качестве ростверка заливают не ленту, а плиту, расположенную по всей площади строения.
    • Сборные. Собирают из отдельных железобетонных элементов заводской готовности. Соединение – на замках, которые после укладки балок замоноличивают.
    • Сборно-монолитные. Комбинированные конструкции, состоящие из монолитных и сборных участков.

    Ростверки различают и по месту размещения над уровнем грунта:

    • Высокий. Основание с высоким ростверком обычно строят на сильнопучинистых грунтах. Между нижней частью здания и поверхностью грунта остается свободное, хорошо вентилируемое пространство. Минусы устройства висячего ростверка на забивных сваях – невозможность устройства подвальных помещений и потребность в дополнительном утеплении пола.
    • Низкий. Подошва монолитного ростверка или нижняя грань железобетонных балок опирается на поверхность грунта.
    • Заглубленный. При его сооружении устраивают траншею глубиной 300-400 мм, которая упрощает устройство опалубки и создание монолитного ростверка.

    Этапы сооружения ленточного ростверкового фундамента на забивных железобетонных сваях

    На этапе проектирования определяют размеры сечения забивных свай, длину, их количество и расстояние между ними в ростверке.

    Дальнейшие мероприятия:

    1. Расчистка участка. Удаляется плодородный слой грунта для предотвращения роста растений.
    2. Разметка свайного поля. Точкой отсчета является один из углов здания. По углам строения устанавливают доски-обноски, на которые натягивают шпагат, обозначающий периметр сооружения. Вдоль шпагата размечают положение лидер-лунок, на месте которых будут монтироваться забивные сваи.
    3. Забивка свай. Если строительство ведется на слабых (болотистых, насыпных) грунтах, то длина сваи должна быть такой, чтобы она заглублялась в плотные грунтовые слои. Для определения глубины расположения плотных слоев бурят лидер-скважины. При высоком уровне залегания грунтовых вод сваи должны забиваться ниже уровня промерзания грунта. Заглубление свай осуществляется ударной технологией, вдавливанием тяжелыми механизмами, вибропогружением, подмывом грунта. При устройстве ростверка на железобетонных сваях своими руками пользуются только забивным методом.
    4. Сборка арматурного каркаса и его закрепление на ЖБ-сваях. Арматурные стержни загибают так, чтобы создать замкнутый контур армокаркаса.
    5. Возведение опалубки в траншее, на грунте или на высоте. В последнем случае под опалубку устанавливают дополнительные опоры.
    6. Изготовление бетонного раствора или его приобретение в готовом виде с доставкой на строительную площадку специальной техникой.
    7. Заливка раствора в опалубку, создание нормативных условий для схватывания и последующего твердения бетона.

    Технология забивного свайного фундамента позволяет построить прочное и надежное основание дома даже на водонасыщенных и слабых грунтах.

    Автор-эксперт: Рахов Юрий

    Эксперт по снабжению бригад строительными материалами.

    Образование:

    2012 год — Дальневосточный Университет Путей и Сообщений по специальности инженер-строитель «Промышленное и гражданское строительство».

    Опыт работы:

    Контроль выполнения строительно-монтажных работ, соблюдения качества и сроков. Снабжение монтажных бригад строительными материалами и оборудованием. Работа с проектной документацией, журналами работ и прочей сопроводительной документацией.

    Поделиться ссылкой:

    Производим и предлагаем продукцию:

    Читайте также:

    Все статьи

    Выбор правильного размера и расстояния между сваями

    Наша команда инженеров часто работает с владельцами и проектировщиками, чтобы помочь определить размер свай и варианты расстояния для проектов строительства дощатого настила, которые они оценивают. Как профессиональные инженеры PermaTrak, мы берем на себя вспомогательную роль, помогая руководителям проектов, ландшафтным архитекторам и инженерам составлять компоновочные чертежи тротуаров PermaTrak и пешеходных мостов. В конечном итоге эти предварительные чертежи могут превратиться в полный набор подробной строительной документации, которая может быть включена в чертежи тендерных предложений.

    Связанная статья: Проектирование дощатого настила: Инженерные сборы за строительную документацию?

    Сегодня я хотел рассказать о шагах, которые мы предпринимаем при оценке вариантов свайного фундамента для заказчика для надземного дощатого настила или конструкции пешеходного моста. Есть десятки направлений, в которых может развиваться дизайн дощатого настила, но при первоначальном обсуждении осуществимости дизайна мы обычно следуем схеме, приведенной ниже.

    Примечание: В этой статье мы определим сваи как вертикальные фундаментные колонны, используемые для поддержки эстакад и пешеходных мостов и / или для обеспечения прохода под ними.

    Статья по теме: Какой фонд Boardwalk Foundation подходит для моего проекта?

    Определить размер дощатого настила и требования к загрузке

    При обсуждении конструкции дощатого настила в первую очередь необходимо выяснить, какого размера дощатый настил нужен клиенту, и оценить его требования к нагрузке. Будет ли это узкий пешеходный мост, должен ли он быть такой же 12-футовой ширины, как и многоцелевой путь, к которому он подключается, или владельцу необходимо поддерживать автомобильную нагрузку для грузовика технического обслуживания и т. Д.?

    Как только мы узнаем размер конструкции и ее требования к динамической нагрузке , мы можем выполнить наши расчеты и определить нагрузку, которая поступает на сваи — фактические реакции.

    Вычислить реакции для фундаментов дощатых настилов

    Определение реакций фундамента зависит от нескольких различных критериев, включая ширину, нагрузку и пролет. Пролет или продольное расстояние между сваями обычно неизвестно. В целях планирования мы можем изначально принять довольно длинный 20-футовый пролет с нашими железобетонными балками.

    Геотехнические отчеты и глубина сваи для фундаментов дощатого настила

    Самый полезный геотехнический отчет предоставит рекомендации по типу сваи, глубине и вместимости для каждого варианта. Различные варианты фундаментных свай имеют разные плюсы и минусы, которые должен взвесить проектировщик. Например, короткая деревянная свая может быть наиболее экономичной, но может потребоваться более узкое расстояние и гораздо больше свай в целом из-за ограниченной вместимости. Может быть, желательнее установить сваи большей глубины и поменьше.

    Кроме того, более тяжелые сваи требуют большего строительного оборудования и доступа к площадке, и необходимо учитывать методологию. Учтите, что композитная свая диаметром 12 дюймов весит всего 10 фунтов на фут по сравнению с 45 фунтами на фут для деревянной сваи.

    Геотехнические отчеты и диаметр сваи для фундамента дощатого настила

    Как диаметр сваи влияет на конструкцию системы фундамента дощатого настила? Выбранный диаметр сваи должен в первую очередь соответствовать конструктивным требованиям из-за боковой нагрузки и продольного изгиба.

    Относительно низкая нагрузка, создаваемая дощатыми настилами сваям, обычно не приводит к увеличению диаметра. Учтите, что винтовые сваи диаметром от 2 7/8 «до 6» очень распространены в нашей системе. Однако на высоте более 48 дюймов могут потребоваться некоторые минимальные поперечные распорки. На определенных участках проекта может быть выгодно указать сваю большего диаметра для общей стоимости проекта. Сваи большего диаметра, используемые в проектах дощатого настила PermaTrak, обеспечивают больший цель для установки балок в поле.

    Сваи малого диаметра можно использовать с дощатыми настилами, но они требуют большей точности для сборных дощатых настилов, таких как PermaTrak. Повышенных допусков в полевых условиях можно добиться за счет использования сборных железобетонных крышек или стальных несущих пластин. Заглушки служат переходной точкой между системой фундамента и дощатой системой PermaTrak.

    Подробнее: Балки являются основным несущим конструктивным элементом системы дощатого настила PermaTrak.

    При рассмотрении свай меньшего диаметра, таких как микросваи или винтовые сваи, мы проконсультируемся с ландшафтным архитектором или инженером о том, как лучше всего спроектировать соединение между сваей и системой PermaTrak.Для этого может потребоваться, например, прикрученная пластина, на которую опирается балка PermaTrak.

    Максимизация затрат и выгод за счет расстояния между сваями

    Мы знаем, что если мы сможем максимально увеличить пространство между сваями, это уменьшит количество необходимых свай. Во многих случаях это снижает общую стоимость проекта для владельца, в то же время обеспечивая надежно спроектированное решение.

    Однако попытка увеличить расстояние между стопками — не всегда простая задача. В некоторых проектах требования к конструкции требуют меньшего расстояния между сваями.Мы разработали PermaTrak для недавнего проекта в Северной Каролине, где необходимость строительства сверху вниз требовала 10-футового расстояния между сваями вместо 20-футового расстояния, которое было бы возможно в противном случае. В другом проекте с недорогими деревянными сваями экономия затрат на 10-футовую балку PermaTrak по сравнению с более дорогой 20-футовой балкой PermaTrak перевесила небольшое повышение цены, связанное с необходимостью установки большего количества свай с этим 10-футовым интервалом. Таким образом, несмотря на то, что свай было больше, общая стоимость строительства дощатого настила снизилась.

    Наша работа — работать с инженером, ландшафтным архитектором или менеджером проекта, чтобы помочь найти экономичное решение, которое минимизирует общую стоимость проекта, но при этом дает владельцу прочную систему дощатого настила или пешеходный мост, необходимый для его города, округа или агентство.

    После того, как мы узнаем приблизительный диаметр и глубину свай и предположим, что это самый широкий пролет, который может выдержать проект, мы смотрим на реакции, а также на геотехнический отчет. Оттуда мы можем начать приблизительную оценку стоимости фундаментов дощатого настила.

    Расчет стоимости фундамента дощатого настила или пешеходного моста

    Расчет цены на свайные фундаменты дощатых настилов может быть итеративным процессом, поскольку в некоторых случаях имеет смысл использовать более узкий (более короткий) пролет с большим количеством фундаментных свай, особенно если они дешевы.

    Мы можем запустить несколько различных сценариев затрат, чтобы определить лучший вариант для каждой конструкции дощатого настила. Вместо того, чтобы нашим клиентам рассматривать 10, 15 или 20 различных сценариев, мы можем выделить 2–3 лучших и помочь им найти лучшее решение.Учитывая, что многие из этих проектов строительства дощатого настила занимают 3-4 года с подробным списком решений, которые необходимо принять, дизайнеры ценят нашу способность обучать их и помогать им в принятии некоторых из этих решений.

    Статьи по теме: Как провести смету для вашего коммерческого проекта дощатого настила

    Оценка строительства дощатого настила: сколько стоит променад?

    Опоры для конструкции коммерческих дощатых тротуаров и пешеходных мостов

    Имея все эти варианты в зависимости от типа сваи, материала, длины, диаметра и метода строительства фундамента, вы легко можете не справиться, когда вам нужно предоставить клиенту бюджетные расценки.Здесь наша команда инженеров может проконсультироваться с командой разработчиков проекта, чтобы найти «золотую середину» — уравновесить стоимость фундамента и стоимость материалов для тротуаров. Определение потребностей в сваях при проектировании дощатого настила — это то, что мы в PermaTrak делаем каждый день, и наши клиенты действительно ценят нашу способность действовать быстро и эффективно. Наш опыт позволяет нам сэкономить клиентам значительное количество времени, так как мы можем смотреть на проект и интуитивно знать, каковы обычно лучшие сценарии.

    Практический пример: расстояние между сваями + конструкция дощатого настила в Индиане

    На одном конкретном проекте на северо-западе Индианы почвы были чрезвычайно бедными, поэтому клиенту потребовалось стальных двутавровых свай , которые, как правило, дороги. Чтобы достичь требуемой мощности, сваи необходимо было забить на глубину 50-60 футов, что составляло более 10 тысяч долларов за сваю. Конструкции конкурентов, такие как деревянные дощатые настилы, обработанные под давлением, обычно простираются от 8 до 12 футов между сваями. Но по своей природе более прочный материал PermaTrak (железобетонный сборный железобетон) может простираться на 20 футов.Для балок, которые должны быть длиннее 20 футов, проектировщики могут указать большие балки PermaTrak серии , которые используются на длине до 50 футов.

    Удвоение расстояния между сваями, предложенное конкурентами, позволило нам вдвое сократить необходимое количество свай. Таким образом, даже несмотря на то, что наш бетонный материал PermaTrak стоит дороже, чем древесина, используемая конкурентами, наша способность сократить количество необходимых свай резко снизила общую стоимость установки дощатого настила. Таким образом, владелец также получает дополнительное преимущество — гораздо лучшую долговечность и отсутствие необходимости в обслуживании.

    Статья по теме: Подходит ли PermaTrak для вашего пешеходного моста?

    Свяжитесь с нами , чтобы получить помощь по проекту дощатого настила или пешеходного моста сегодня же!

    Эмпирическое сопротивление забивным сваям, пробивающим слабые породы,

    Традиционные подходы

    Основным фактором, побуждающим к решению пренебречь сопротивлением вала забивным сваям, пробивающим породу, является неопределенность в размере повреждений, нанесенных породе, окружающей сваю, во время забивки .Томлинсон и Вудворд (2014) предполагают, что это происходит не только из-за анализируемой забивной сваи, но и из-за соседних свай, и повреждение может быть настолько большим, что сопротивление вала устраняется. Процесс проникновения сваи приводит к деградации породы на неизвестную величину и, следовательно, затрудняет оценку сопротивления вала вокруг забивных свай (Fleming et al. 2008). В соответствии с рекомендациями по проектированию и строительству свай (Tomlinson and Woodward, 2014) характеристическое сопротивление вала агрегата определяется на основе размера зерен материнской породы, поврежденной в результате забивки.{\ prime} \) — эффективное перекрывающее напряжение; и \ (\ delta _ {{\ text {f}}} \) — угол трения на границе раздела между сваей и геологическим материалом. По наблюдениям, неявное предположение в формуле. 1 состоит в том, что \ (f _ {{\ text {s}}} \) неограниченно увеличивается с эффективным напряжением покрывающей породы. На практике это оказалось ложным, и «предельные значения поверхностного трения» были указаны в руководящих документах, таких как API RP 2A-WSD (API 2007). Следуя этому руководству и предполагая, что хрупкая порода разложилась до песка средней плотности, как описано выше, API RP 2A-WSD ограничит сопротивление валу блока части сваи, проникающей в хрупкую породу, до 81 кПа.

    Применение уравнения. 1 для забивных свай, проникающих в породу, требует некоторой оценки коэффициента горизонтального давления грунта \ (K _ {{\ text {s}}} \) и угла трения на границе раздела \ (\ delta \). Хотя было проведено много исследований по прогнозированию радиальных напряжений вокруг свай, пробиваемых через грунт (например, Картер и др., 1986; Рэндольф и др., 1994), таких исследований не было обнаружено для выбора \ (K_ {s} \ ) для забивных свай, проникающих в породу. Что касается грунтов, Томлинсон и Вудворд (2014) отмечают, что на этот фактор влияют: (i) история напряжений месторождения, (ii) L / D (длина проникновения / диаметр сваи), (iii) жесткость и форма сваи, и (iv) физические свойства ствола сваи.Влияние пунктов (ii) — (iv), вероятно, аналогично при попытке предсказать \ (K_ {s} \) для свай, забитых в скалу. Однако, когда забивные сваи проникают в породу, на величину \ (K_ {s} \) будет влиять больше факторов, чем история напряжений (или текущее напряженное состояние) породы, например, трещиноватость массива горных пород и их характеристики. суставы. Более того, в горных породах может возникать выгибание. Поскольку забивание сваи в породу приводит к образованию ограниченной зоны деструктурированной породы, эффективные напряжения, действующие на сваю, зависят от того, увеличивается ли деструктурированный материал в объеме или разрушается.В случае, когда этот материал разрушается, может возникнуть выгибание, что означает, что эффективные напряжения, действующие на сваю, могут быть низкими. Это особенно важно для увеличения h / D , где h — это расстояние от вершины сваи до заданного горизонта почвы, а D — диаметр сваи (Бирн и др., 2018).

    Выбор угла трения границы раздела прост для применения уравнения. 1 к забивным сваям, пробивающим породу. Как обсуждалось выше, Томлинсон и Вудворд (2014) рекомендуют рассматривать дезинтегрированную породу как рыхлый или средне-плотный песок, и, следуя этому руководству, угол трения на границе раздела можно принять равным углу трения между песком и сталью, что Jardine et al.(1993) провели обширные исследования.

    Считается, что в отличие от крупнозернистых песчанистых пород мелкозернистые глинистые породы, такие как аргиллиты и алевролиты, разлагаются и ведут себя как глинистые почвы. Эти типы грунтов обычно анализируются с использованием метода полного напряжения или \ (\ alpha \) — метода, где сопротивление вала рассчитывается как в формуле. 2 (Burland et al. 2012).

    $$ f _ {{\ text {s}}} = \ alpha c $$

    (2)

    $$ {\ rm {For}} \ quad \ psi \ le 1.{\основной }\). Уравнение 2 представляет собой прямое применение эмпирического подхода, при котором необходимо сделать несколько предположений, и успешно применялось на некоторых участках, где забивные сваи проникли в породу (Thomas et al. 2011). Из уравнения. 2, прочность на сдвиг без дренажа принимается равной \ ({\ raise0.7ex \ hbox {$ {{\ text {UCS}}} $} \! \ Mathord {\ left / {\ vphantom {{{\ text {UCS}) }} {2}}} \ right. \ Kern- \ nulldelimiterspace} \! \ Lower0.7ex \ hbox {$ {2} $}} \). Расчетная ПСК традиционно выводится непосредственно из тестов ПСК или из корреляций с точечной нагрузкой (\ (I _ {{s \ left ({50} \ right)}} \)), а \ (\ alpha \) принимается в качестве функция \ (\ psi \).Очевидный недостаток этого метода заключается в том, что, хотя расчетный профиль UCS обычно определяется посредством лабораторных испытаний на неповрежденных образцах, разумно понимать, что истинное сопротивление вала будет в большей степени зависеть от прочности горной массы. В некоторых случаях эта потенциальная проблема решалась путем изменения расчетного профиля UCS, при этом отмечалось, что разработка расчетных профилей прочности на основе лабораторных испытаний, для которых отобранные образцы имеют уже существующие, но визуально не идентифицируемые дефекты, может дать профиль прочности ниже репрезентативного (Томас и другие.2013). Например, в случае свай в Порт-Хедленде средняя UCS для зоны от 18 до 26 м ниже уровня земли (bgl) составляла приблизительно 0,55 МПа, но прочность, выбранная для расчета в этом диапазоне глубин, составляла 1,0 МПа, поскольку визуальный осмотр стержней указали на более высокую прочность (Thomas et al. 2013). Irvine et al. (2015) согласны с тем, что использование одних только тестов UCS в слабых породах, вероятно, приведет к чрезмерно консервативной оценке прочности массива горных пород. К сожалению, в настоящее время нет поддающихся количественной оценке указаний относительно того, насколько следует изменить профиль ПСК проекта в соответствии с альтернативными тестами или методами.

    В то время как подходы к полному напряжению обычно используются для глинистых пород, Terente et al. (2017) предложили метод эффективного напряжения для расчета пропускной способности забивных свай в слабых породах и сравнили модель с задокументированным примером конструкции морской рубашки, установленной в аргиллите (см. Раздел 4.3). Цель заключалась в том, чтобы подчеркнуть эффективность подходов к эффективному напряжению при проектировании свай в слабых породах по сравнению с традиционными методами полного напряжения. Емкость ствола трех свай-кожухов была проанализирована на основании данных забивки свай, которые показали, что емкость была намного выше, чем первоначальные расчетные прогнозы, основанные на методе коэффициента сцепления.Предложенный подход эффективного напряжения привел к более точному прогнозированию измеренной пропускной способности ствола, хотя все еще с некоторым недооценкой, что может быть результатом недооценки UCS горного массива, как описано выше. Испытания на вытягивание не проводились, поэтому существует дополнительная степень неопределенности в отношении производительности, проанализированной на основе исторических данных. Это исследование подчеркивает сохраняющуюся неопределенность в прогнозировании несущей способности ствола свай в слабых породах.

    Irvine et al. (2015) предположили, что сваи, забитые в слабую породу, могут быть проанализированы аналогично просверленному каменному гнезду.{\ prime} \) должен учитывать используемые методы строительства, включая использование буровых растворов, использование инструмента для придания шероховатости после выемки грунта, а также давление, при котором вал был залит цементным раствором. Ни один из них не применим к забивным сваям, и этот фактор является чисто эмпирическим. Фактор \ (\ varphi \) был коррелирован с отношением модуля упругости массива горных пород к модулю упругости неповрежденной породы Хоббсом (1975). Хотя вполне вероятно, что это соотношение повлияет на общее сопротивление вала забивной сваи, для таких корреляций опубликовано недостаточно хорошо задокументированных нагрузочных испытаний, и в настоящее время этот коэффициент следует принимать за единицу.{\ prime} \) в уравнении. 3, которая является константой.

    Зайдель и Хаберфилд (1995), процитированные в Randolph (2019), отмечают, что сопротивление валу агрегата монолитных свай в горных породах в значительной степени зависит от механизма блокировки между сваей и окружающей ее горной породой. Они отмечают, что величина сопротивления вала агрегата будет зависеть от высоты и шероховатости неровностей породы, вызванных бурением, которые максимальны в породах средней прочности. Выражение для расчета сопротивления вала агрегата предлагается, как показано в формуле.4:

    $$ f _ {{\ text {s}}} = \ psi \ sqrt {\ frac {{{\ text {UCS}}}}} {2} P _ {{{\ text {atm}}}} }, $$

    (4)

    , где P атм, — атмосферное давление (≈100 кПа). В отличие от уравнения. 3, это выражение предполагает, что сопротивление вала единицы увеличивается как функция квадратного корня из UCS и согласуется с данными, собранными Kulhawy и Phoon (1993). В упомянутом исследовании собраны данные нормализованного сопротивления вала агрегата по сравнению с нормализованной прочностью на сдвиг для ряда геоматериалов, и можно отметить, что большинство данных, относящихся к горной породе, соответствуют линии тренда для ψ = 2, что уменьшает уравнение.От 4 до \ (f _ {{\ text {s}}} = 0,45 \ sqrt {{\ text {UCS}}}. \)

    Однако для забивных свай следует отметить, влияние на сопротивление вала агрегата, чем в случае монолитных свай (Randolph, 2019). Карбонатные материалы имеют тенденцию к разрушению структуры вокруг забиваемых свай, что приводит к низким значениям сопротивления вала агрегата. Этот эффект варьируется в зависимости от ожидаемого старения, например, ожидается, что мел восстановит пропускную способность вала в пять или более раз (Buckley et al.2018). В некарбонатных материалах, таких как аргиллиты, могут быть достигнуты более высокие значения сопротивления вала агрегата, поскольку такая же степень деструктуризации не ожидается.

    Подходы, учитывающие усталость от трения

    При забивании сваи в скальную породу необходимо раздробить и / или разрушить породу, чтобы приспособиться к новому объему забиваемой сваи. Во время забивки образуются механические трещины, и фрагменты породы переориентируются и / или смещаются по мере проникновения сваи в поверхность породы.На то, как обломки породы переориентируются вдоль стенки сваи, будет влиять множество переменных, включая тип породы, диагенез или цементацию, степень выветривания, дробимость породы, расстояние и апертуру швов в породе, а также прочность на сжатие / растяжение породы. Другие параметры, включая пористость материала, также могут влиять на реакцию. Именно из-за этой дезинтеграции Томлинсон и Вудворд (2014), среди прочих, рекомендовали использовать забивные методы, предназначенные для грунтов, для забивных свай, проникающих в породу.

    Было обнаружено, что распределение напряжения сдвига (сопротивления вала агрегата) вдоль забивных свай заметно отличается от такового для буронабивных свай с каменными гнездами. Исследователи еще в Vesic (1970) наблюдали, что сопротивление вала агрегата вдоль забивных свай увеличивалось с глубиной. Напротив, Williams et al. (1980) указали, что значительные смещения требовались для мобилизации сопротивления вала агрегата на дне пробуренных стволов в горных породах. Глос и Бриггс (1983) и Уильямс и др.(1980) оба представили данные нагрузочных испытаний для пробуренных стволов с углублениями в скальных породах в слабых породах, и эти две истории болезни сравнивались с тематическими исследованиями забивных свай, проведенными Мацумото и др. (1995) и Irvine et al. (2015) в Таблице 1.

    Таблица 1 Сравнение пробуренных и забивных свай в слабых породах

    Каждое из тематических исследований в Таблице 1 включает сваи, установленные в слабых породах. Чтобы провести сравнение, распределение напряжения сдвига ( τ ) (сопротивление вала агрегата) из соответствующих исследований было нормализовано с помощью UCS породы ( σ c ) и представлено на рис.2. Наносится τ / σ c для каждой сваи против h / D . Для тестов в Williams et al. (1980), Glos III и Briggs Jr (1983) и Matsumoto et al. (1995) сопротивление вала измерялось непосредственно во время нагрузочных испытаний с помощью тензодатчиков. Данные Irvine et al. (2015) были измерены с помощью мониторинга забивки свай и проанализированы на основе записей забивки. Профиль UCS и диаметр сваи (1,27 м) для этого случая получены от Terente et al.(2017).

    Рис. 2

    Сравнение сопротивления вала для пробуренных стволов и забивных свай в слабых породах [данные, модифицированные Williams et al. (1980), Glos III и Briggs Jr (1983), Matsumoto et al. (1995) и Irvine et al. (2015)]. «Забивная» — трубная свая ударно-забивная; «Шероховатый» — просверленный ствол, построенный в скальной породе, боковые стенки которого были искусственно приданы шероховатости с помощью инструмента для нарезания канавок или других мер для увеличения сопротивления вала; «Гладкий» — просверленный вал, построенный в скальной породе без использования канавок или других средств, которые могут увеличить сопротивление вала по сравнению с «грубыми» каменными гнездами

    В то время как распределение напряжения сдвига или сопротивление вала агрегата явно нелинейно во всех случаях, и интерпретация кривых непроста, можно сделать некоторые наблюдения.Для каждой кривой распределения напряжения сдвига в пробуренном валу, представленной на рис. 2, самые высокие напряжения наблюдаются в верхней части горных впадин. Это связано с тем, что в случае гладких раструбов адгезия бетона к камню является основным фактором, влияющим на несущую способность сваи. Если смещения достаточны для разрушения таких соединений, можно ожидать резкого уменьшения сопротивления вала агрегата. Williams et al. (1980) представляют полный набор кривых для сваи M9 при нагрузке (рис. 2). Представление кривых показывает, что мобилизация пиковых касательных напряжений или сопротивления вала агрегата сначала происходит в верхней части сваи.Пиковое напряжение сдвига затем мобилизуется на глубину примерно четырех диаметров сваи при максимальной нагрузке.

    В отличие от буронабивных свай, сопротивление ствола забивной сваи (Мацумото и др., 1995; Ирвин и др., 2015; Теренте и др., 2017) является наибольшим на вершине сваи. Разница в мобилизации сопротивления вала для разных типов свай зависит от метода строительства. В случае забивных свай поверхность раздела свая-порода подвергается сдвигу, когда свая проталкивается через породу.Забиваемая свая испытывает пиковые напряжения сдвига (подвижное сопротивление вала) на вершине сваи и остаточные напряжения сдвига у вершины породы. Другими словами, деформации сдвига больше в верхней части гнезда породы, чем в конце сваи. Это явление известно как усталость от трения. Напротив, просверленные валы строятся путем помещения бетона и / или раствора в углубление, вырытое на всю глубину. При нагружении распределение напряжения сдвига или сопротивление вала подвижного агрегата зависит от деформационных свойств бетона и поверхности раздела бетон-скала.Из-за этого ожидается, что пиковые напряжения сдвига будут наблюдаться вблизи вершины гнезда горной породы. Значительное сопротивление вала агрегата мобилизуется в более глубоких частях просверленных валов только после того, как сопротивление вала в верхних частях просверленных валов будет полностью мобилизовано.

    Заметные различия в распределении напряжения сдвига (сопротивление вала агрегата), наблюдаемые между забивными и забуренными сваями, следует учитывать при оценке несущей способности сваи и при определении того, как эта способность передается вдоль сваи.{\ prime}} \) — это увеличение радиального напряжения из-за растяжения, а \ (\ delta _ {{\ text {f}}} \) — угол трения на границе раздела. Сопротивление вала после установки должно включать в себя деградацию из-за усталости от трения, в результате чего сопротивление на заданном горизонте грунта уменьшается с увеличением проникновения сваи.

    Для этой деградации было предложено несколько моделей. Альм и Хамре (2001) предложили экспоненциальную зависимость для спада напряжения сдвига (сопротивления вала) вдоль свай как в песке, так и в глине в контексте оценки сопротивления вала, возникающего во время забивки свай, что аналогично статической емкости, см. Prendergast et al. .{0,5}, $$

    (6c)

    где \ (\ tau _ {{\ text {f max}}} \) — пиковое напряжение сдвига (сопротивление вала), \ (\ tau _ {{{\ text {res}}}} \) — остаточный сдвиг напряжение (сопротивление вала), k — коэффициент формы деградации, q c — сопротивление наконечника конусного проникновения (CPT), а h — расстояние от рассматриваемого слоя до наконечника сваи. {\ prime} _ {{ {\ text {rd}}}} \) — изменение радиального напряжения в результате растяжения, а P ref = 100 кПа.{2} \) — коэффициент полезной площади, где IFR = коэффициент приращения заполнения (мера забивания), а D i — внутренний диаметр сваи. Модели в уравнениях. 7 и 8 напрямую учитывают усталость от трения через фактор деградации.

    Рабочий механизм свайной группы с разным расположением свай в плотном песке

    Между свайной группой и грунтом существует сложный механизм взаимодействия. Для детальной реализации механизма передачи нагрузки между сваями и грунтом была исследована картина разрушения групп свай, установленных в плотном песке с учетом различного расстояния между сваями, с помощью лабораторных испытаний экспериментальной модели и метода трехмерных дискретных элементов.Результаты показали, что узкое расстояние между сваями было благоприятным для развития сопротивления кончика сваи, и это улучшило несущие характеристики свайной группы на начальной стадии осадки. Расстояние между сваями изменило картину сопротивления вала за счет модификации механизма энергии деформации, выделяемой в недрах. Группа свай с шагом 6 b имела более высокую эффективность составной группы. Под вершиной сваи для свайной группы сформирована совместная веерообразная зона смещения с шагом 3 b ; этот свайный фундамент представлял собой механизм разрушения блоков.Вытеснение песка под крышкой для группы свай с расстоянием между сваями 6 b в основном расположено в верхней части свай, смещение песка вокруг обеих сторон свай было асимметричным, и образовалась относительно независимая веерообразная зона вытеснения. под кончиком сваи.

    1. Введение

    Свайные группы широко используются в качестве глубокого фундамента для повышения устойчивости жилого дома, опоры электропередачи, буровой платформы и некоторых других типов инфраструктуры.Многие исследователи изучали несущую способность, осадки, характер отказов и механизм передачи нагрузки свайной группы с помощью теоретического анализа, модельных испытаний и численного моделирования, и они также достигли значительного прогресса [1–3]. Однако группа свай представляет собой сложную систему подконструкции, и ее исследования включают в себя множество факторов, таких как передача нагрузки, общая осадка, расположение свай и геологические условия. Взаимодействие свайной группы и грунта требует дополнительных научных исследований посредством применения теоретической концепции, экспериментального, численного моделирования или комбинации различных методов [4–6].

    При изучении взаимодействия группы свай и грунта учет несущей способности грунта и свай тесно связан с деформацией грунта и свай и микромеханическими свойствами грунта. Традиционными методами измерения деформации грунта являются метод пунктуации и метод сетки в модельных испытаниях [7, 8], которые подходят для измерения больших деформаций грунта. Количество точек наблюдения ограничено, а диапазон измерения деформации — локальный. В последние годы для изучения характеристик отдельных свай и групп свай были внедрены рентгеновская компьютерная томография, велосиметрия изображений частиц (PIV) и корреляция цифровых изображений (DIC), что обеспечивает новые способы анализа несущей способности и деформации. поведение свайного фундамента [9–11].Например, система рентгеновской компьютерной томографии использовалась для изучения поля смещения грунта вокруг открытых трубных свай во время проходки [12]. Синтетический прозрачный грунт был принят для визуализации взаимодействия сваи с грунтом, и обсуждалось вертикальное и горизонтальное смещение грунта, вызванное последовательностью установленных свай [13]. Влияние шага сваи на несущую способность свайной группы и деформацию грунта вблизи вершины сваи анализировали с помощью технологии PIV [14, 15].

    С увеличением вычислительной мощности технология численного моделирования кода потока частиц на основе метода дискретных элементов (DEM) была применена в исследовании микромеханизма свайного фундамента.Например, Дуан и др. [16] использовали метод дискретных элементов для сравнения и анализа характеристик несущей способности монолитных и забивных свай, и было обнаружено, что различные модели распределения сопротивления вала и сопротивления наконечника, а забитая свая продемонстрировала лучшие характеристики подшипника. в испытании на нагрузку сваи. Эль-Шами и Эльмекати [17] использовали метод соединения DEM-FEM для моделирования характеристик осадки и передачи нагрузки свайного фундамента. Чжоу и др.[18] использовали PFC2D для изучения микромеханического поведения частиц грунта вокруг свай и обнаружили, что механизм сопротивления валу свай в группе свай отличается от одиночной сваи.

    Однако в существующей литературе исследований закона прогрессивного развития деформации грунта под сваями и между сваями было недостаточно. Двухмерная модель с дискретными элементами была лишь приблизительной проверкой рабочих характеристик свайной группы, а внутренний механизм взаимодействия свайной группы и грунта до конца не изучен.В этой статье мы разработали устройство для геотехнических испытаний и применили метод испытаний на бесконтактную деформацию для проверки характеристик подшипника, поля смещения песка и поля деформации сдвига групп свай с различным шагом свай. Результаты испытаний были подтверждены трехмерной моделью с дискретными элементами, которая использовалась для изучения характеристик передачи нагрузки группы свай и закона изменения напряжения песка.

    2. Метод корреляции цифровых изображений

    DIC — это типичный метод распознавания образов и бесконтактного измерения деформации, который используется в велосиметрии изображений частиц, слежении за частицами, спекл-велосиметрии и других экспериментальных методах [19].Камера получила серию тестовых изображений и преобразовала их в серые изображения. Серые изображения, сделанные до и после деформации почвы, разбиты на множество опросов. Запрос до деформации согласовывался с серым изображением после деформации, и положение запроса после деформации определялось в соответствии с пиковым коэффициентом корреляции; таким образом, можно получить смещение опроса. Полное поле смещения можно определить, выполнив аналогичные операции для всех запросов.Некоторые исследователи использовали метод DIC для измерения деформации грунта и успешного достижения надежных результатов в инженерно-геологических исследованиях [20, 21]. Стандартная корреляционная функция, C , была задана как где x и y — размеры в области опроса, а I 0 и I 1 — интенсивности серой шкалы двух изображений по сравнению (Изображение 0 и Изображение 1, соответственно).

    Точность метода ДИК контролируется разрешением пикселей цифровой камеры и методом вычисления субпикселей.Субпиксельная точность может быть достигнута с помощью гауссовой аппроксимации области, ближайшей к пику. Подробности этого метода анализа можно найти в [11, 22, 23]. В этом исследовании метод DIC, запрограммированный с помощью процедуры MATLAB, использовался для расчета смещения песка во время процесса загрузки. Наименьший размер окна запроса, использованный в этом анализе, составлял 64 пикселя на 64 пикселя, чтобы получить больше данных поля смещения. Чтобы проверить надежность и точность метода DIC, было снято изображение песка, и оно было искусственно сдвинуто на 3 пикселя в горизонтальном и вертикальном направлениях, а затем смещение изображения до и после сдвига было рассчитано программой DIC.Статистические результаты показали, что среднее смещение составляло 2,938 пикселя, а стандартное отклонение составляло 0,022 пикселя. Результаты расчетов хорошо согласуются со значениями миграции.

    Пиксельное смещение необходимо преобразовать в смещение пространства модели. Фиксированные точки маркера были установлены на передней рамке контейнера вместе с горизонтальным и вертикальным направлениями, могут быть получены значения пикселей, занятые соседними точками маркера, а затем может быть определена фактическая длина каждого пикселя.В этом эксперименте расстояние между точками горизонтальных маркеров составляло 1000 мм, а соответствующее количество пикселей составляло 3144, поэтому соответствующий коэффициент преобразования составлял 0,318 мм / пиксель.

    На основе концепции четырехугольного элемента представлен метод расчета, основанный на режиме смещения, для определения деформации в центре элементов [24, 25], а максимальная деформация сдвига рассчитывается с использованием следующего уравнения: где и — компоненты деформации в направлении X и Y , соответственно, и — деформация сдвига.

    3. Экспериментальная установка и методика испытаний
    3.1. Расчет с коэффициентом подобия

    Для испытаний статической модели основными показателями подобия являются геометрическое подобие, подобие напряжений, подобие деформаций, подобие перемещений, коэффициент Пуассона, объемная плотность, подобие граничных условий и т. Д. Почти невозможно удовлетворить все вышеупомянутые аналогичные условия, особенно аналогичные условия отказа механизма испытания. Как правило, основные аналогичные индексы выполняются, в то время как требования к другим индексам смягчаются.В этом модельном испытании требованиями подобия модели и прототипа являются геометрическое подобие, подобие граничных условий и подобие основных физических параметров. В этой статье в качестве модельного грунта используется местный песок, а в качестве материала модели свай — бетон. Согласно теории подобия, коэффициент геометрического подобия составляет 1: 20. Сходство материалов, таких как сила тяжести, угол внутреннего трения и модуль упругости, составляет 1: 1, а безразмерные параметры, такие как деформация и коэффициент Пуассона, равны 1: 1.

    3.2. Экспериментальная установка

    Экспериментальная установка в этом исследовании состояла из модельного контейнера, загрузочной рамы, системы сбора данных, цифровой камеры и компьютера, как показано на рисунке 1. Прозрачный контейнер имел внутренний размер 1000 (длина) × 1000 ( ширина) × 1000 (высота) мм, со смотровым окном из закаленного стекла по длинной стороне, позволяющим изучать смещение песка; таким образом, можно наблюдать процесс деформации [22, 26]. Для создания жесткого граничного условия закаленное стекло толщиной 36 мм надежно фиксировалось с емкостью через ограничительное устройство.Остальные три стороны и дно контейнера были сварены стальными пластинами, толщина стального листа составляла 10 мм. Поэтому в этой статье не следует рассматривать влияние деформации контейнера на результаты испытаний. Хотя закаленное стекло было гладким, между стеклом и почвой действительно было трение. Что касается методов испытаний, тефлоновый лист и силиконовое масло могут уменьшить трение между землей и стеклом [14, 27]; в этом испытании на поверхность стекла был нанесен слой силиконового масла, чтобы минимизировать влияние межфазного трения на перемещение частиц песка.

    Нагрузочная рама использовалась для приложения вертикальной нагрузки к свайным группам, состоящим из винтового подъемника и датчика нагрузки с максимальной грузоподъемностью 50 кН. Датчик нагрузки был соединен с винтовым подъемником с помощью болтов, а нижняя часть датчика нагрузки контактировала с крышкой через шарнирный шарнир. Два электронных датчика перемещения с разрешением 0,025 мм располагались симметрично на верхней части колпачка, и их средние значения были приняты за базовые расчетные значения.Индикаторы статического сопротивления деформации Dh4818 и Dh4816 были объединены для записи данных вертикальной нагрузки и осадки. Цифровая камера с разрешением 3872 × 2592 пикселей от Nikon в Японии была настроена на получение серии изображений песка под крышками при приложении нагрузки.

    Модель квадратной сваи была составлена ​​из мелкозернистого каменного бетона (C30) с длиной стороны ( b ) 30 мм и длиной ( L ) 600 мм. Колпак был изготовлен из стальной пластины толщиной 50 мм, сваи и колпаки соединялись закладными деталями.По предположению Аршада и др. [28] и Houda et al. [29] установка свай представляла собой вертикально-симметричный процесс, а установка полумодельной группы свай дает столь же точный результат. Полумодельные свайные группы с шагом 3 b и 6 b были закопаны в песчаный грунт в качестве буронабивного свайного основания [18, 29] и помещены напротив закаленного стекла модельного контейнера, как показано на рисунке 2.

    3.3. Свойства песка

    Сухой песок ( D 50 = 0.63 мм) использовался в этих лабораторных экспериментах; кривая распределения по размерам представлена ​​на рисунке 3. Как было предложено в [14, 18, 26], модельный песок был наслоен в контейнер, и вес песка для каждого слоя был рассчитан в соответствии с относительной плотностью, максимальным коэффициентом пустотности, минимальный коэффициент пустотности, удельный вес и объем каждого слоя. С помощью легкого уплотнителя песок неоднократно утрамбовывался до тех пор, пока поверхность песка не достигла проектной высоты. Было обнаружено, что сухой песок дает достаточную текстуру для измерения деформации почвы с помощью метода DIC [30].Физические свойства песка приведены в Таблице 1.


    902 902 902

    Свойство Значение

    32,5 °
    e макс. 1,14
    e мин.81
    G s 2,70

    Как предложено в [31–33], когда диаметр сваи был в 20 раз больше среднего размера почвы, расстояние между стороной сваи и жесткой границей превышало диаметр сваи более чем в 10 раз, и влияние граничных условий на результаты испытаний было приемлемым. Отношение ширины ворса к D 50 составляло 48, а отношение ширины модельного контейнера к ширине ворса равнялось 16.7, что согласуется с размерными условиями, использованными во многих предыдущих экспериментальных исследованиях. Кроме того, наименьший граничный эффект был подтвержден в последующих результатах полевых испытаний смещения.

    3.4. Процедура испытаний

    Глубина заделки модельных свай составляла 600 мм от вершины сваи до поверхности грунта. Послойно насыпали песок в емкость. Когда песок накапливался ниже дна свай, сваи модели помещались на поверхность песка близко к закаленному стеклу и фиксировались горизонтальной опорой; в дальнейшем вертикальность модельных свай контролировалась молотком и горизонтальной линейкой.Продолжайте послойное заполнение, и после заполнения до верха сваи модели крышка и сваи прочно соединились. После некоторого времени простоя он перешел на этап загрузки и сбора цифровых изображений.

    Во-первых, цифровая камера была расположена примерно в 500 мм от модели контейнера, так что ее оптическая ось была перпендикулярна контейнеру. Цифровая камера была установлена ​​в ручной режим и управлялась с помощью телеоборудования [32], а затем фокусное расстояние и источник света были отрегулированы для получения наилучшего качества изображения.Во-вторых, система сбора данных была подключена к ПК и активирована. В-третьих, группа свай вдавливалась в песок ручным поворотом винтового элеватора, режим нагружения — контроль деформации [18, 34], скорость нагружения 0,2 мм / мин. Наконец, серия цифровых изображений, сжимающих нагрузок и данных осадки фиксировалась камерой и ПК на каждом этапе осадки. Цифровые изображения, полученные с испытательной площадки, показаны на рисунке 4.

    4. Анализ экспериментальных результатов
    4.1. Кривые «нагрузка-оседание»

    Кривые «нагрузка-оседание» для групп свай с различным шагом свай показаны на рисунке 5, где Q и S — нагрузка и оседание на крышке, соответственно. При осадке S менее 3,6 мм кривые осадки свайных групп практически перекрываются, что свидетельствует о том, что изменение шага свай на начальном этапе осадки мало влияет на несущую способность свайного фундамента. После расчета S превышает 3.6 мм кривые нагрузка-расчет начинают раздваиваться. При осадке S = 10 мм нагрузка на заглушки с шагом 3 b и 6 b составляет 7,77 кН и 8,79 кН соответственно, а несущая способность группы свай — 6 b . шаг свай явно выше, чем с шагом 3 b шаг свай. С увеличением осадки несущая способность группы свай с шагом свай 6 b увеличивается быстрее, чем группа свай с шагом 3 b , и свайный фундамент имеет более медленное падение.


    4.2. Карты поля смещения

    Развитие поля смещения может отражать прогрессирующий процесс разрушения группы свай. Поле смещения группы свай с шагом свай 3 b показано на рисунке 6 для четырех стадий осадки: S = 1,9225, 4,9850, 10,15 и 20,0375 мм соответственно. Из графика видно, что на начальной стадии осадки смещение песка внутри и снаружи свай в основном вертикальное, но смещение песка внутри свай больше, чем снаружи свай.Когда S = 4,9850 мм, горизонтальное смещение появляется за пределами вершины сваи и в углу вершины, но величина небольшая, а смещение песка внутри свай остается вертикальным вниз и неизменным. При дальнейшем увеличении осадки смещение песка ниже вершины сваи и за пределы сваи становится более очевидным.

    На стадии окончательной осадки из-за меньшего расстояния между сваями существует большее взаимодействие между сваями и песком, движение песка ограничивается сваями, и песок между сваями выводится в вертикальном направлении.Смещение песка под вершиной сваи имеет веерообразное распределение, как показано на рисунке 6 (d), что несовместимо с традиционным режимом деформации грунта, предложенным Мейерхофом [35]. Кроме того, веерообразная зона распределения перекрывается с внутренней стороны вершины сваи, и смещение песка в зоне перекрытия является вертикальным и направленным вниз, а перекрытие напряжений приводит к исчезновению горизонтальной составляющей смещения песка.

    Поле смещения группы свай с шагом свай 6 b показано на рисунке 7 под четырьмя этапами осадки свай: S = 2.055, 5,2075, 9,805 и 20,3125 мм соответственно, а развитие поля смещения отличается от группы свай с шагом 3 b . Когда S = 2,055 мм, смещение песка вокруг сваи в основном вертикальное и нисходящее, и смещение в основном происходит около вершины сваи. Когда S = 5,2075 мм, поперечное смещение песка под вершиной сваи увеличивается, а вертикальное смещение песка между сваями постепенно развивается в более глубокую часть песка.Когда S = 9,805 мм, смещение песка за пределами сваи в основном имеет наклон вниз, и смещение песка под вершиной сваи представляет собой модель смещения расширения полости [36], аналогичную одиночной свае, но смещение песка между сваи в основном вертикальные вниз. Это явление наблюдается в плотном песке, даже когда расстояние между сваями достигло 6 b , и рабочие характеристики свай отличаются от одиночных свай.

    На этапе окончательной осадки смещение песка под вершиной сваи в группе свай с шагом сваи 6 b больше 3 b шага сваи; он показывает, что взаимодействие крышки и сваи сваей имеет меньшее ограничение на перемещение песка на вершине сваи в группе свай с шагом сваи 6 b , а смещение песка под вершиной сваи представляет собой относительно независимое веерообразное распределение ( Рисунок 7 (г)).На поверхности модельного песка и вне свай возникают большие боковые смещения. Вытеснение песка под крышкой быстро уменьшается в направлении глубины песка, и зона влияния вытеснения песка не могла простираться ниже вершины сваи.

    4.3. Контуры смещения

    Мы нанесли карты поля смещения в контуры смещения, как показано на рисунке 8, чтобы лучше понять движения песка. На этих рисунках показаны горизонтальные и вертикальные контуры смещения песка, окружающие группу свай, с шагом свай 3 b на стадии окончательной осадки; контуры были нарисованы на 0.Интервалы 2 мм. Небольшое расстояние между сваями ограничивает смещение песка между сваями, в результате чего горизонтальное смещение песка приближается к нулю. Вертикальное смещение песка между сваями постепенно уменьшается по длине сваи, что указывает на очевидное относительное смещение между сваями и песком. Это явление увеличивает сопротивление трению сваи и увеличивает смещение сваи. Пузырь горизонтального смещения образуется в песке за пределами вершины сваи, а общий пузырек вертикального смещения формируется в песке ниже вершины сваи.Это явление указывает на то, что механизм смещения в группе сваи, очевидно, отличается от механизма смещения одиночной сваи [33].

    Из рисунка 9 видно, что вертикальное смещение является преобладающим в песке между сваями, а компонент горизонтального смещения близок к нулю. Диапазон воздействия смещения в основном сосредоточен на верхнем слое песка (4/5 L ). Удерживающий эффект между соседними сваями все еще существует, в то время как компонент горизонтального смещения песка снаружи сваи является относительно значительным, что делает характеристики распределения смещения песка внутри и снаружи свай, и они отличаются от одиночной сваи.Относительно полные пузырьки горизонтального и вертикального смещения образуются под вершиной сваи, а режим смещения песка под вершиной сваи аналогичен одиночной свае (рис. 10).

    4.4. Поле деформации сдвига

    Максимальное распределение деформации сдвига связано с образованием и развитием поверхности сдвига скольжения [24, 26]. Распределение поля максимальной деформации сдвига вокруг групп свай с разным шагом свай на стадии окончательной осадки показано на рисунке 11.Для группы свай с расстоянием между сваями 3 b максимальная деформация сдвига в основном сосредоточена в песке, расположенном вне свай, точно между сваями и под вершиной сваи; выявляет режим разрушения прочного глубокого фундамента [14]. Распределение поля сдвиговых деформаций вокруг свай явно отличается от одиночной сваи [33], что в основном проявляется в несогласованности распределения сдвиговых деформаций внутри и снаружи свай; это приводит к развитию разностного механизма распределения трения внутри и снаружи свай.Пузырьки деформации сдвига под вершиной сваи совпадают друг с другом, поэтому можно сделать вывод, что перекрытие напряжений под вершиной сваи является серьезным.

    Пузырьки деформации сдвига под вершиной сваи формируются независимо в группе свай с шагом 6 b , что аналогично одиночной свае, а непрерывные пузыри деформации (показаны в красной области) образуются под колпачком. Высвобождаются две различные энергии деформации, которые наблюдаются в группе свай с шагом между сваями 3 b и 6 b ; расположение свай отвечает за механизм деформации-смещения.

    5. Моделирование DEM

    Код трехмерного потока частиц (PFC3D) был разработан Itasca и основан на DEM [37, 38]; он использовался для моделирования процесса эксперимента с физической моделью для понимания взаимодействия группы сваи и песка на микроскопическом уровне.

    Объектами моделирования ЦМР являлись две модельные группы свай 2 × 2; они находились в симметричном напряженном состоянии. Из условий симметрии модели была представлена ​​только четверть модельных групп свай [39]. Контейнер виртуальной модели был сконструирован с размерами 400 (длина) × 400 (ширина) × 800 (высота) мм, повторяя испытательную установку модели.Контейнер виртуальной модели требует меньшего размера для достижения эффективности моделирования. Оптимизация размеров помогает устранить периферийные частицы, которые вносят свой вклад на минимальном уровне. Границы определяются на основе результатов модельных испытаний, в которых частицы за пределами ширины 0,4 м или глубины 0,8 м практически не перемещаются.

    5.1. Идентификация микромеханических параметров

    Частицы песка моделировались с помощью сферических шаров. Размер частиц соответствовал равномерному распределению, и отношение наибольшего радиуса к наименьшему составляло 1.5. Частицы с радиусом от 4 до 6 мм были получены с пористостью 0,42 методом гравитационного осаждения [40] (рис. 12 (а)). Радиус частицы был увеличен в PFC для повышения эффективности вычислений. Относительные размеры стопки и мяча изменены. Как было предложено в других подобных исследованиях PFC [41, 42], аналогичное увеличение радиуса частиц было применено в этом текущем исследовании, и влияние размера частиц было учтено для правильной калибровки микромеханических свойств.

    Группа сваи может быть смоделирована частицами с параллельными связями, которые могут прикладывать нагрузку и моделировать смещение сваи; при моделировании группы свай необходимо установить соответствующие параметры параллельной связи [43]. Группа свай также может быть смоделирована стенами при численном моделировании, которые определены как твердый плоский объект в коде PFC [18]; Результаты исследований показывают, что стены могут имитировать механические свойства свай [43, 44]. В лабораторных экспериментах модель квадратной сваи была составлена ​​из мелкого каменного бетона, который можно рассматривать как жесткие сваи; в качестве материала крышки модели выбрана стальная пластина; сваи и крышка фиксировались соединителями.Поэтому в процессе моделирования ЦМР использовалось несколько вертикальных и горизонтальных параллельных стен для формирования свай и крышки, которые были соединены как единое целое для образования жестких групп свай. Часть частиц была удалена для размещения групп свай, а размер сваи и расстояние до границы стены были такими же, как в лабораторных экспериментах (рис. 12 (б)). Нагрузка может быть достигнута путем приложения равномерной скорости к многогранной стенке свайной группы [45, 46]. Сферы измерения использовались для расчета среднего вертикального напряжения и пористости на разных этапах моделирования (Рисунок 12 (c)).

    Модель линейной контактной жесткости использовалась для моделирования взаимодействий между частицами и стенками, которые, как было доказано, моделируют взаимодействие между сваей и песком [45, 47]. Входные микромеханические параметры для моделирования DEM могут быть откалиброваны с помощью двухосного испытания, испытания на прямой сдвиг или испытания модели [40, 41, 48]. В этом исследовании результат испытания сваи на нагрузку использовался для калибровки этих микромеханических параметров. Несущая способность свайной группы складывалась из вертикальных контактных сил всех стен [49].Со ссылкой на аналогичные исследования [42, 50], были предприняты итерации, чтобы согласовать кривую моделирования Q S с тестовой кривой, что позволило оптимизировать микромеханические параметры материала. Q S часто используется для оптимизации параметров численного моделирования в аналогичной модели DEM свайного фундамента, и было доказано, что результаты оптимизации параметров могут моделировать характеристики вертикального сжатия свайного фундамента.Кривые Q S для групп свай с шагом 3 b и 6 b показали разумное согласие между численным моделированием и экспериментальным тестом (Рисунок 13). Между численным моделированием и кривыми модельных испытаний есть небольшие пробелы, которые в основном возникают из-за модели DEM для стабилизации интересующего моделирования.


    Рисунок 14 представляет собой распределение поля смещения грунта группы свай с шагом свай 3 b , полученное численным расчетом, что в основном согласуется с картиной смещения грунта вокруг свай в модельном испытании (Рисунок 6 (d) ).Он также проверяет стабильность и точность мезопараметров. Оптимизированные микромеханические параметры представлены в Таблице 2.


    кг / м 3 жесткость 9024

    Параметр Значение


    Номер частицы 17732
    Наименьший радиус частицы 4 мм
    Наибольший радиус частицы 6 мм
    Нормальная жесткость и сдвиг м
    Коэффициент трения 0.7

    Группа свай
    Нормальная жесткость и жесткость на сдвиг 73 кН / м
    Коэффициент контактного трения 6
    5.2. Результаты численного моделирования
    5.2.1. Характеристики передачи нагрузки

    Кривые нагрузки-осадки для групп свай с различным шагом свай, полученные с помощью численного моделирования, показаны на рисунке 15. Q s — нагрузка, разделяемая песком под крышкой, и Q p — нагрузка, разделяемая сваями. Когда осадка S меньше 5 мм, несущая способность свай увеличивается более чем на 60%, и сваи переносят большую часть начальной приложенной нагрузки, что указывает на то, что несущая способность свай задействуется в первую очередь. Когда осадка S превышает 5 мм, коэффициент распределения нагрузки свай с шагом сваи 3 b всегда выше, чем нагрузка, разделяемая песком под крышкой, в то время как коэффициент распределения нагрузки свай с шагом 6 b Шаг сваи практически совпадает с шагом песка под крышкой, а несущая способность сваи и песка проявляется одновременно.После того, как осадка S превышает 15 мм, нагрузка, распределяемая на сваи в группе свай с шагом между сваями 3 b , значительно возрастает; это происходит из-за большего взаимодействия сваи и песка, вызванного малым расстоянием между сваями, что увеличивает силу сцепления при боковом выдавливании песка между сваями и под вершиной сваи и, таким образом, оказывает положительное влияние на увеличение сопротивления вала и сопротивления вершины. свай на более поздней стадии заселения. На стадии окончательной осадки коэффициенты распределения нагрузки свай и песка под крышкой составляют 63% и 37% соответственно в группе свай с шагом свай 3 b и 51% и 49% соответственно в группе свай. с 6 b расстояние между сваями, что указывает на то, что коэффициент распределения нагрузки песка под крышкой, очевидно, увеличивается с увеличением расстояния между сваями.

    Кривые изменения внутреннего и внешнего сопротивления ствола свай показаны на рисунке 16; внутреннее сопротивление вала и внешнее сопротивление вала сваи были получены путем передачи вертикальной силы от внутренней и внешней стенки сваи и последующего деления ее на площадь стены; Среднее трение вала было получено путем суммирования вертикальных сил четырех стен, составляющих сваи, и деления их на общую площадь стен. В начальной стадии осадки сопротивление ствола свай быстро увеличивается, а затем скорость значительно уменьшается, что указывает на то, что в первую очередь проявляется сопротивление ствола свай.Для группы свай с шагом 3 b внутреннее сопротивление вала свай примерно в 1,5 раза превышает сопротивление внешнего вала. Это в основном связано с большим нормальным напряжением и высвобождением энергии деформации на внутренней поверхности сваи, вызванной передачей давления крышки и взаимодействием сваи и сваи, что улучшает внутреннее сопротивление вала сваи.

    Когда расстояние между сваями достигает 6 b , разница в сопротивлении вала между внутренней и внешней поверхностями свай, очевидно, уменьшается, и, как правило, на стадии окончательной осадки она остается неизменной.Примечательно, что среднее сопротивление вала групп свай с шагом 3 b и 6 b составляет 30,67 кПа и 30,32 кПа, соответственно, с небольшим изменением. Следовательно, расстояние между сваями может изменить картину распределения поверхностного трения, но мало влияет на общее поверхностное трение сваи.

    5.2.2. Эффект группы свай

    Эффект группы свай часто количественно оценивается с помощью групповой эффективности [51]. Сравнение эффективности групп с разным расстоянием между стопками показано в таблице 3; когда S = 25 мм, групповая эффективность сопротивления вала и сопротивления наконечника и комбинированная групповая эффективность сопротивления вала и наконечника равны, и, соответственно [52].В плотном песке сопротивление вала увеличивается с упрочнением осадка групп свай, а групповая эффективность сопротивления вала больше 1,0, а группа свай с шагом свай 6 b выше. Для группы свай с шагом 3 b из-за обратной поперечной деформации грунта под вершиной соседних свай сопротивление вершины увеличивается, а групповая эффективность сопротивления вершины превышает 1,0. Однако для группы свай с расстоянием между сваями 6 b групповая эффективность сопротивления наконечника меньше 1.0. Эффективность составной группы сопротивления вала и сопротивления наконечника больше 1,0 для группы свай с различным шагом свай. Если учесть эффект кэпа, эффективность группы будет выше. Чтобы облегчить проектирование, китайский кодекс свайного фундамента предусматривает, что, когда расстояние между сваями превышает 3 b , групповая эффективность не принимается во внимание; результаты анализа подтверждают рациональность этого кода и показывают, что группа свай с шагом 6 b имеет более высокий запас прочности.


    Группа свай

    3 b 1,0 b шаг свай 1,13 0,94 1,09

    5.2.3. Цепь контактного усилия

    Распределение цепи контактного усилия показано на рисунке 17, которое тесно связано с взаимодействием сваи и песка.Ширина цепи контактного усилия представляет величину контактного усилия. Большее значение контактного усилия в группе свай с шагом 3 b сваи в основном распределяется по краю шапки, внутренней поверхности сваи и вблизи вершины сваи, в то время как большее значение контактной силы в свае группа с 6 b Расстояние между сваями в основном распределяется под крышкой и вершиной сваи. Кроме того, сила контакта с песком около вершины сваи группы свай с шагом 3 b больше, чем сила контакта 6 b с шагом, но сила контакта под крышкой меньше, чем у группы свай с 6 b шаг сваи.

    5.2.4. Вертикальное напряжение песка

    Развитие вертикального напряжения песка под крышкой на разных стадиях осадки показано на рисунке 18. На начальной стадии осадки для группы свай с шагом свай 3 b уровень напряжения песка под крышка невысокая и в основном сосредоточена в песке между сваями, что указывает на отставание в развитии несущей способности песка под шапкой. С увеличением осадки вертикальное напряжение песка непрерывно увеличивается.В частности, вертикальное напряжение песка под центральной линией группы свай при расстоянии между сваями 6 b быстро увеличивается и продолжает увеличиваться после того, как оседание S превышает 15 мм. Песок под центральной линией группы свай с шагом свай 3 b достиг предельного состояния, при котором осадка S = 15 мм, но вертикальное напряжение в углу шапки начинает скачкообразно, и концентрация напряжений очевидно. На этапе окончательной осадки среднее вертикальное напряжение под крышкой с шагом 3 b и 6 b составляет 260 кПа и 291 кПа соответственно, что указывает на несущую способность песка под крышкой с 6 b шаг сваи полностью разработан.

    Кривые вертикального напряжения песка внутри, снаружи и под вершиной сваи показаны на рисунке 19. Для группы свай с шагом 3 b из-за очевидного наложения напряжений под вершиной сваи вертикальное напряжение во внутренней стороне верхушка сваи явно больше, чем внешняя сторона. На средней и поздних стадиях осадки из-за увеличения смещения при проходке вертикальное напряжение песка на внутренней стороне и под вершиной сваи продолжает быстро расти.На стадии окончательной осадки вертикальное напряжение песка под вершиной сваи составляет 328 кПа, в то время как напряжение группы свай с шагом 6 b составляет 124 кПа, что показывает, что малое расстояние между сваями благоприятно для приложения нагрузки. сопротивление наконечника.

    Для группы свай с расстоянием между сваями 6 b вертикальное напряжение песка на внутренней стороне вершины сваи немного выше, чем на внешней стороне, на что может повлиять диффузия напряжения из песка под крышкой. к плоскости верхушки сваи.На средней и поздних стадиях осадки вертикальное напряжение песка под вершиной сваи продолжает медленно увеличиваться, в то время как вертикальное напряжение песка внутри и снаружи вершины сваи остается в основном неизменным, что указывает на несущую способность песка. под верхушкой сваи была задействована ранее.

    6. Выводы

    Посредством тестирования визуальной модели и трехмерного численного моделирования дискретных элементов глубоко изучается несущий механизм свайных групп с обычным и большим шагом свай.Основные выводы таковы: (1) Изменение шага свай на начальной стадии осадки не может изменить несущую способность свайной группы. Несущая способность песка под крышкой с шагом между сваями 3 b является гистерезисной, а несущая способность группы свай в основном контролируется сваями. Несущая способность цоколя и свай при расстоянии между сваями 6 b задействуется синхронно на средней и поздней стадиях осадки, а кривая «нагрузка-осадка» имеет более медленное падение.(2) Существует относительное смещение между внутренней стороной сваи и песком в группе свай при расстоянии между сваями 3 b . Перемещение песка между сваями до некоторой степени распространилось ниже вершины сваи. Вытеснение песка под вершиной сваи веерообразно и частично перекрывается, образуя совместный пузырь деформации сдвига. Смещение песка внутри и снаружи свай асимметрично в группе свай с расстоянием между сваями 6 b , смещение песка между сваями в основном сосредоточено в диапазоне 4/5 L , а смещение песка под вершиной сваи представляет собой относительно независимый веерообразный рисунок распределения.(3) В начальной стадии осадки сопротивление ствола свай практически исчерпывается. Сопротивление вала внутренней поверхности свай с шагом 3 b примерно в 1,5 раза больше сопротивления внешней поверхности. Сопротивление вала внутренней и внешней поверхности свай с шагом 6 b имеет тенденцию быть одинаковым на стадии окончательной осадки, но среднее значение сопротивления вала свай с разным шагом сваи остается практически неизменным (4). Вертикальное напряжение песка под вершиной сваи при расстоянии между сваями 3 b быстро увеличивается и все еще играет важную роль на более поздней стадии осадки.Вертикальное напряжение песка под концом сваи с шагом сваи 6 b значительно ниже, чем у свай с шагом 3 b . (5) Групповая эффективность сопротивления вала имеет тенденцию к увеличению с увеличением расстояния между сваями, в то время как групповая эффективность сопротивления наконечника имеет тенденцию к снижению. Эффективность составной группы сопротивления вала и сопротивления наконечника превышает 1,0 для этих двух групп свай, а группа свай с интервалом между сваями 6 b больше.

    Доступность данных

    Данные, использованные для подтверждения результатов этого исследования, включены в статью.

    Конфликт интересов

    Авторы заявляют, что у них нет конфликта интересов в отношении публикации этой статьи.

    Благодарности

    Эта работа финансировалась Национальным фондом естественных наук Китая (грант № 51408254), проектами «Шесть пиков талантов» провинции Цзянсу (грант № JZ-051) и проектом QingLan провинции Цзянсу.

    Свайная группа: эффективность и расчет | Фундамент свайный

    В этой статье мы поговорим об эффективности и оседании свайной группы в грунтах.

    КПД группы свай:

    Часто может потребоваться использовать более одной сваи под колонной, в зависимости от нагрузки на колонну и несущей способности одной сваи. Обычно забивные сваи следует размещать группами, а не использовать одиночные сваи. Это связано с тем, что свая может перемещаться в боковом направлении во время забивки, что приводит к эксцентриситету нагрузки, вызывая дополнительные изгибающие напряжения в свае, снижая как конструктивную способность, так и способность сопротивления грунту.

    Использование группы свай вместо одиночной сваи, хотя и не требует конструктивных соображений, обеспечит минимизацию или устранение эксцентриситета нагрузок, вызванных боковым смещением свай во время забивки. Это не относится к буронабивным сваям, где имеется лучший контроль за выравниванием свай, а количество используемых буронабивных свай будет основываться на проектных требованиях, в зависимости от нагрузок от надстройки и несущей способности отдельной сваи.

    Несущая способность группы свай не может быть равна сумме несущей способности отдельных свай в группе по следующим причинам:

    1. Когда сваи используются в группе на небольшом расстоянии друг от друга, нагнетательные балки отдельных свай могут перекрываться, вызывая большее напряжение в перекрывающихся зонах грунта. Это вызывает снижение грузоподъемности.

    2. Когда сваи забиваются в несвязных грунтах от рыхлых до средней и средней плотности, это может вызвать уплотнение грунта, увеличивая несущую способность больше, чем расчетная несущая способность.

    КПД свайной группы определяется как —

    , где Q ug — предельная грузоподъемность группы свай, Q u — предельная грузоподъемность отдельной сваи, а N — количество свай в группе свай.

    Шаг свай:

    Для концевых свай, основанных на очень твердом слое, несущая способность которых определяется главным образом сопротивлением концевых опор, расстояние между сваями определяется компетенцией концевого опорного слоя.Минимальное расстояние между концевыми опорами свай — 2,5 d, где d — диаметр ствола сваи. Для свай, опирающихся на скалу, минимальное расстояние между сваями составляет 2 d, где d — диаметр ствола сваи.

    Для фрикционных свай расстояние между ними должно гарантировать, что нагнетательные балки отдельных свай не перекрываются, что в противном случае приведет к снижению несущей способности сваи. Минимальное расстояние между фрикционными сваями — 3 d, где d — диаметр ствола сваи. В случае некруглых свай, таких как квадратные или прямоугольные сваи, диаметр круга, описывающего сваю, используется для определения минимального расстояния между сваями.

    Расстояние между сваями не должно быть настолько близким, чтобы вызвать прямой контакт между двумя соседними сваями в группе на любом уровне, возникающий из-за допусков, допускаемых при выравнивании для установки свай.

    Грузоподъемность группы свай в песке и гравии:

    Когда сваи забиваются в несвязных грунтах от рыхлых до средней и средней плотности, грунт вокруг сваи уплотняется, повышая эффективность группы. Для получения лучших результатов желательно начинать забивание свай в центре площадки и работать в направлении наружу.Для плотных песков забивка свай может снизить эффективность группы из-за дилатансии. В случае буронабивных свай происходит ограниченное уплотнение грунта вокруг сваи. Таким образом, групповая эффективность зависит от расстояния между сваями и может составлять менее 100%, если сваи расположены на расстоянии менее 3 d, где d — диаметр сваи.

    Эффективность свайной группы может быть получена из обратного уравнения Лебарра для фрикционных свай —

    где m — количество рядов свай, n — количество свай в каждом ряду, B — диаметр сваи, а S — расстояние между сваями.

    Грузоподъемность свайной группы получается из —

    Q мкг = ƞ г NQ u … (20,47)

    В случае свай с торцевыми опорами, забиваемых в плотном песке с шагом более 3 d, где d — диаметр ствола сваи, групповая эффективность обычно намного превышает 100%. Грузоподъемность свайной группы принята —

    .

    Q ug = NQ u … (20,48)

    Для буронабивных свай в песке и гравии групповая эффективность составляет от 2/3 до 3/4.

    В случае свай, опирающихся в основном на трение и соединенных крышкой сваи, группа может быть визуализирована для передачи нагрузки на грунт, как если бы от столба грунта, окруженного сваями. Предел прочности группы можно вычислить, следуя этой концепции, принимая во внимание фрикционную способность по периметру столба грунта, как указано выше, и концевую опору упомянутой колонны.

    Группы свай в глине:

    В случае групп свай в глине несущая способность группы свай рассчитывается с учетом двух соображений:

    1.Сваи действуют индивидуально без перекрытия соответствующих им нагнетательных баллонов —

    Q ug1 = NQ u = N (cN c A p + αc̅A s )… (20,49)

    2. Сваи действуют как блок грунта, окруженный сваями, как показано на рис. 20.22. Размер блока в любом направлении равен —

    .

    B г = [(n — 1) S] + d… (20,50)

    где n — количество свай в ряду по направлению, S — расстояние между сваями в ряду по направлению, D — диаметр свай —

    Q Ug2 = cN c A pg + αc̅A sg … (20.51)

    , где A pg , площадь поперечного сечения группы свай, равна B g x B g для квадратной группы свай, а A sg , площадь поверхности группы свай, равна 4 B . г x длина

    Несущая способность свайной группы принята минимальной Q ug1 и Q ug2 . Если расстояние между сваями меньше оптимального, эффективность группы свай обычно меньше 1. Для свай, расположенных на оптимальном расстоянии или превышающем его, эффективность группы свай может приближаться к единице.В случае забивных свай в песках рыхлой и средней плотности, эффективность группы свай может быть даже больше 1 из-за уплотнения песка между сваями во время операции забивки.

    Разрушение блока обычно происходит, когда расстояние между сваями примерно в три раза меньше диаметра сваи. В этом случае грунт, ограниченный периметром группы свай по длине заделки, действует как единое целое или блок.

    Разрушение отдельной сваи происходит, когда сваи расположены на расстоянии примерно в восемь раз больше диаметра.В этом случае КПД свайной группы равен 1 или 100%. Для свай в песке эффективность группы свай составляет более 100%, когда сваи расположены близко друг к другу, и становится равной 100%, когда расстояние между сваями примерно в 5-6 раз больше диаметра. Для групп свай в песке предполагается, что эффективность группы свай равна 1.

    Для группы свай в жесткой глине или плотном песке последовательность установки свай обычно должна быть от центра к периферии группы или от одной стороны к другой.Однако в случае очень мягких почв движение может происходить снаружи внутрь, чтобы предотвратить вытекание почвы во время движения.

    Расчет свайной группы:

    Осадку сваи или группы свай в глине можно рассчитать, исходя из принципов консолидации. Осадка группы свай — это больше, чем осадка отдельной сваи, даже при одинаковой нагрузке. Это связано с тем, что баллон давления группы свай глубже, чем у отдельных свай, что вызывает сжатие большего объема грунта группой свай.

    Для групп свай в песке осадка рассчитывается следующим образом:

    где S — отношение расстояния между сваями к диаметру сваи, а r — количество рядов в группе свай.

    Стальные двутавровые сваи | Преимущества перед другими забивными и забуренными сваями

    Компания American Deep Foundation, Inc. забила тысячи стальных H-свай по всему юго-востоку в различных геотехнических условиях.

    Стальные Н-сваи

    имеют ряд преимуществ перед другими типами буронабивных свай.

    H Свайный материал в наличии

    Стальные двутавровые сваи производятся на нескольких заводах в США и за рубежом. Стандартные размеры, такие как HP10X42, HP12X53, HP14X73 и HP14X89, есть в наличии у многих поставщиков и во многих случаях могут быть доставлены на строительную площадку для немедленного использования. Для крупных проектов или для менее распространенных размеров свай может оказаться необходимым или менее дорогостоящим заказывать материал сваи, который будет производиться на прокатном стане. Прокатка стана для H-свайного материала планируется в зависимости от потребности, но обычно происходит примерно один раз в месяц.В периоды высокого спроса на свайный материал стальной прокат будет заполняться, и может потребоваться дождаться второй прокатки.

    Изменения свойств H-сваи можно использовать для проектирования сваи специально для требований проекта

    Стальные Н-сваи

    обычно изготавливаются из стали 36 KSI или 50 KSI, но доступны более высокие значения предела текучести. Длина производимых стальных H-свай обычно составляет от пяти футов до 60 футов или больше, если транспортировка возможна для большей длины.Размеры стальных H-свай варьируются от 8 дюймов до 18 дюймов в квадрате, из которых 8-14 дюймов являются наиболее распространенными.

    В полевых условиях стальные H-сваи легко адаптируются

    В ситуациях, когда длина свай меняется и не может быть предсказана до забивки, стальные сваи можно легко отрезать с помощью кислородно-ацетиленовой горелки. Затем отрезанные секции можно соединить с другими сваями до или после забивки, чтобы сделать их длиннее. Во время забивки можно сделать дополнительные сращивания свай для увеличения длины до тех пор, пока свая не достигнет необходимой глубины или количества ударов, чтобы указать, что она обладает необходимой несущей способностью.Соединения могут быть выполнены с использованием стыковых сварных швов с полным проплавлением в соответствии со стандартом ASTM или с помощью сборного сварочного аппарата, который позволяет выполнять сварку с меньшим количеством сварочных работ. Оба типа стыков обеспечивают полную прочность балки.

    Определить несущую способность стальной двутавровой сваи относительно просто и экономично

    Поскольку H-свая является забивной, ее вместимость можно определить путем подсчета количества ударов молота, необходимых для перемещения сваи на расстояние в один дюйм или один фут.Существует множество формул забивки свай и компьютерных программ, которые можно использовать для точной оценки вместимости сваи. По мере того, как проекты становятся крупнее, а вместимость свай становится больше, становится более выгодным более точно измерить вместимость сваи. Вместимость сваи может быть проверена статическими или динамическими испытаниями. Динамическое испытание выполняется путем сверления небольших отверстий в Н-образной свае и установки тензодатчиков на сваю для определения упругого укорочения сваи при каждом ударе свайного молота.Затем записанное движение сваи анализируется с помощью программного обеспечения CAPWAP. Статические испытания выполняются путем установки противодействующих свай вокруг испытательной сваи, прикрепления испытательной балки к реактивным сваям и поддомкрачивания против испытательной балки для нагружения испытуемой сваи. Испытания на статическую нагрузку обычно проводятся до двух или двух с половиной раз превышающей расчетную способность испытательной сваи.

    Стальные двутавровые сваи можно забивать через некоторые типы препятствий

    Сваи

    HP могут быть очень жесткими для объема, который они вытесняют, и могут передавать значительную часть энергии на вершину сваи, что позволяет им проходить через различные препятствия, такие как древесина, обломки и тонкие слои породы.Острие сваи может быть приварено к концу сваи, чтобы помочь Н-свае сохранить свои размеры и структурную целостность при прохождении через препятствие.

    В некоторых инженерно-геологических условиях H-сваи могут быть забиты глубже в несущий пласт для увеличения несущей способности

    Опять же, из-за жесткости некоторых H-свай по сравнению с объемом, который они вытесняют, стальные H-сваи способны проникать глубже в материалы, чем многие другие типы свай. Благодаря этому они могут достигать более высокой производительности в одном и том же месте за счет увеличения трения из-за большей глубины в плотном материале, за счет достижения концевой опоры материала, недоступной для другой сваи, или за счет комбинации трения и торца. несущий.Как и при проезде через препятствия, приваривание острия сваи к верхушке сваи поможет сохранить размеры и структурную целостность сваи высокого давления, пока она проникает в плотный материал.

    Стальные двутавровые сваи вызывают меньшую вибрацию прилегающих конструкций

    Стальные H-сваи считаются несмещающимися сваями, поскольку при установке они вытесняют очень мало материала. Из-за этого они с меньшей вероятностью будут оказывать неблагоприятное воздействие на окружающие конструкции или улучшения, чем вытесняющие сваи, чем вытесняют большее количество материала.

    Сваи из конструкционной стали очень прочные и долговечные

    В зависимости от местоположения проекта проектировщики могут добавить одну восьмую дюйма дополнительной стали для защиты от коррозии. В чрезвычайно агрессивных средах на поверхность свай может быть нанесено покрытие, иногда из каменноугольной смолы, для уменьшения или предотвращения коррозии. Во многих случаях H-свая покрывается только верхней частью сваи. Исследования показывают, что в ненарушенной почве происходит очень незначительная коррозия.

    Обычно стальные двутавровые сваи можно тянуть

    Если стальная H-свая ударилась о препятствие, была выбита с места или должна быть удалена по какой-либо другой причине, ее обычно можно удалить с помощью вибромолота. Если сваю не повреждена, ее можно повторно забить в другом месте или в том же месте после устранения препятствия.

    Стальные двутавровые сваи могут быть установлены как сваи с ограниченным доступом

    Когда сваи должны быть установлены внутри здания или если свайное оборудование необходимо перемещать через ограниченные зоны, такие как под эстакадой для труб или через узкие проходы, стальные H-сваи могут быть установлены на более коротких участках с меньшим оборудованием.В этом случае American Deep Foundation устанавливает H-сваи с помощью вибромолотов с боковым захватом или пневматических молотов с использованием небольшого оборудования, специально оборудованного для этой цели.

    Сваи H имеют более низкие начальные затраты

    В зависимости от размера и длины устанавливаемых свай оборудование для установки H-свай часто может быть мобилизовано с меньшими затратами, чем оборудование для установки буронабивных или забивных свай из сборного железобетона. Кроме того, поскольку вместимость забивной сваи может быть определена путем подсчета ударов молотка или с помощью анализатора забивки сваи (КПК), не дожидаясь времени затвердевания раствора, можно избежать затрат на ожидание или выполнение испытания на статическую нагрузку, которое может потребоваться для проекта бурения свай.

    Конечно, стальные двутавровые сваи не подходят для каждого случая применения. Как правило, стоимость материала выше, чем для трубных свай, сборных железобетонных свай или буронабивных бетонных свай; однако, в зависимости от проекта, это может быть компенсировано более низкими затратами на установку или увеличением производительности. American Deep Foundation устанавливает большинство типов буронабивных свай. Пожалуйста, просмотрите нашу страницу услуг для получения дополнительной информации.

    .

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

    [an error occurred while processing the directive]