Предельное горизонтальное перемещение головы сваи - MOYDOM23.RU

Предельное горизонтальное перемещение головы сваи

Сваи. Допустимые смещения в плане и отметке оголовка по СП

  • в разделе 12 СП 45.13330.2017 Земляные сооружения, основания и фундаменты. Актуализированная редакция СНиП 3.02.01-87 (обязательный к применению);
  • в разделе 6.2 СП 70.13330.2012 Несущие и ограждающие конструкции. Актуализированная редакция СНиП 3.03.01-87 (обязательный к применению).

Выделим пункты данных нормативных документов, которые касаются только предельных отклонений сваи в плане и отметке оголовка сваи.

Согласно СП 45.13330.2017:

В соответствии с п.12.8.27 СП 45.13330.2017 при производстве работ по устройству свайных фундаментов, шпунтовых ограждений состав контролируемых показателей, объем и методы контроля должны соответствовать таблице 12.1.

Таблица 12.1 СП 45.13330.2017 (оставлены только пункты с требованиям к свайным фундаментам)

Контроль (метод и объем)

1 Установка на место погружения свай размером по диагонали или диаметру, м:

Без кондуктора, мм

С кондуктором, мм

Измерительный, каждая свая

2 Величина отказа забиваемых свай

Не должна превышать расчетной величины

3 Амплитуда колебаний в конце вибропогружения свай и свай-оболочек

Измерительный, каждая свая

4 Положение в плане забивных свай диаметром или стороной сечения до 0,5 м включ.:

а) однорядное расположение свай:

поперек оси свайного ряда

вдоль оси свайного ряда

б) кустов и лент с расположением свай в два и три ряда:

крайних свай поперек оси свайного ряда

остальных свай и крайних свай вдоль свайного ряда

в) сплошное свайное поле под всем зданием или сооружением:

г) одиночные сваи

5 Положение в плане забивных, набивных и буронабивных свай диаметром более 0,5 м:

б) вдоль ряда при кустовом расположении свай

в) для одиночных полых круглых свай под колонны

6 Положение свай, расположенных по

Измерительный, каждая свая

В уровне поверхности суши

В уровне акватории

а) в два ряда и более

7 Отметки голов свай:

а) с монолитным ростверком

б) со сборным ростверком

в) безростверковый фундамент со сборным оголовком

8 Вертикальность оси забивных свай, кроме свай-стоек

Измерительный, 20% свай, выбранных случайным образом

11 Размеры скважин и уширений буронабивных свай:

а) отметки устья, забоя и уширений

То же, каждая скважина, по отметкам на буровом оборудовании

б) диаметр скважины

То же, 20% принимаемых скважин, выбранных случайным образом

в) диаметр уширения

г) вертикальность оси скважины

12 Расположение скважин в плане

15 Глубина скважин под сваи-стойки, устанавливаемые буроопускным способом, для ростверка

Отклонения не должны превышать, см:

Измерительный, каждая свая по отметке головы сваи, установленной в скважину

16 Требования к головам свай, кроме свай, на которые нагрузки передаются непосредственно без оголовка (платформенный стык)

Торцы должны быть горизонтальными с отклонениями не более 5°, ширина сколов бетона по периметру сваи не должна превышать 50 мм, клиновидные сколы по углам должны быть не глубже 35 мм и длиной не менее чем на 30 мм короче глубины заделки

Технический осмотр, каждая свая

17 Требования к головам свай, на которые нагрузки передаются непосредственно без оголовка (платформенный стык)

Торцы должны быть горизонтальными с отклонениями не более 0,02, не иметь сколов бетона по периметру шириной более 25 мм, клиновидных сколов углов на глубину более 15 мм

d — диаметр круглой сваи или меньшая сторона прямоугольной.

Примечание — Предельные отклонения и методы их контроля для свайных элементов гидротехнических морских и речных транспортных сооружений определяются согласно [СНиП 3.07.02-87 Гидротехнические морские и речные транспортные сооружения].

Согласно СП 70.13330.2012:

Контроль качества погружения в разные грунты свай и свай-оболочек приведены в таблице 6.2.

Таблица 6.2 СП 70.13330.2012 (оставлены только пункты с требованиям к положению свай)

Величина параметра, мм

Контроль (метод, объем, вид регистрации)

1 Смещение в плане центров свай и оболочек от проектного положения в уровне низа ростверка или насадки не должны превышать:

Измерительный, геодезическая исполнительная схема

а) для свай квадратного и круглого поперечного сечений размером не более 0,6 м (стороны квадрата, меньшей стороны прямоугольника или диаметра) при монолитном ростверке или насадке, в долях стороны или диаметра:

при расположении их в фундаменте в один ряд по фасаду:

вдоль здания или сооружения

поперек здания или сооружения

при расположении свай в два ряда и более по фасаду моста:

для крайних рядов — вдоль здания или сооружения

для средних рядов — вдоль здания или сооружения

поперек здания или сооружения

б) для свай квадратного, прямоугольного и круглого поперечного сечений размером не более 0,6 м (независимо от числа рядов) при сборных ростверках и насадках с обязательным применением направляющих устройств (каркасов, кондукторов, стрел)

в) для свай-оболочек диаметром более 0,6 м до 3 м, погруженных с отклонениями, в долях диаметра, не должны превышать:

без применения направляющих устройств:

для одиночных и при расположении в один ряд по фасаду здания или сооружения

при расположении в 2 ряда и более

1 Значения допускаемых отклонений от проектного положения в плане приведены для свайных элементов (свай и свай-оболочек), используемых в фундаментах и безростверковых опорах с бетонируемым на месте соответственно ростверком или насадкой. В приведенные значения допускаемых отклонений от проектного положения в плане свайных элементов включены значения смещения их в уровне низа ростверка или насадки вследствие отклонения элементов от вертикали или изменения наклона.

Значения допускаемого изменения тангенса угла от вертикали (от проектного положения) наклонных свайных элементов не должно превышать 200:1 при расположении их в один ряд и 100:1 — в два ряда и более.

2 Для фундаментов и безростверковых опор со сборными ростверком или насадкой, соединяемых со свайными элементами с помощью омоноличенных бетоном выпусков стержней продольной арматуры, значения допускаемых отклонений в плане от проектного положения свайных элементов в уровне низа ростверка или насадки следует принимать до 5 см.

При сборных ростверке или насадке, соединяемых со сваями или сваями-оболочками сварными болтовыми комбинированными стыками, значения допускаемых отклонений принимают в соответствии с проектом.

3 Число свайных элементов с предельными значениями допускаемых отклонений не должно превышать 25% для однорядных фундаментов или опор и 40% — для двух- и многорядных фундаментов.

СНиП 2.02.03-85. Свайные фундаменты Часть 5

12.9. При расчете на выдергивающие нагрузки сваи, работающей в свайном кусте из четырех свай и менее, расчетную несущую способность сваи следует уменьшить на 20 %.

12.10. Для свай, воспринимающих выдергивающие нагрузки, допускается предусматривать погружение их в лидерные скважины, при этом разница между поперечным размером сваи и диаметром лидерной скважины должна быть не менее 0,15 м.

13. ОСОБЕННОСТИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ СВАЙНЫХ ФУНДАМЕНТОВ МАЛОЭТАЖНЫХ СЕЛЬСКИХ ЗДАНИЙ

13.1. Особенности проектирования свайных фундаментов распространяются на следующие виды малоэтажных сельских зданий: дома усадебного типа, животноводческие и птицеводческие, склады сельскохозяйственных продуктов и сельскохозяйственной техники, навесы различного назначения и т.п. с расчетной нагрузкой в уровне цоколя стены зданий до 150 кН/м (15 тс/м), а на колонну — до 400 кН (40 тс).

13.2. При проектировании свайных фундаментов малоэтажных сельских зданий следует применять преимущественно сваи-колонны, короткие пирамидальные сваи с предварительно напряженной арматурой без поперечного армирования, буровые сваи длиной до 3 м с уплотненным трамбованием забоем и набивные сваи, устраиваемые в пробивных скважинах, предусмотренных п. 2.4,б.

В фундаментах сельских зданий распорной конструкции следует применять сваи таврового и двутаврового сечений с консолями.

Примечания: 1. Применение свай-колонн для малоэтажных сельских зданий, возводимых в сейсмических районах, допускается при глубине погружения свай-колонн в грунт не менее 2 м.

2. Уплотнение забоя скважин при устройстве буровых свай длиной до 3 м должно осуществляться путем втрамбовывания в грунт слоя щебня толщиной не менее 10 см.

3. В проектах свайных фундаментов малоэтажных сельских зданий на просадочных грунтах с просадкой от их собственного веса до 15 см допускается не предусматривать полной прорезки сваями просадочной толщи, если надземные конструкции зданий проектируются с применением конструктивных мероприятий, обеспечивающих возможность их нормальной эксплуатации при определенных расчетом неравномерных осадках и просадках фундаментов.

13.3. При расчете несущей способности свай по формуле (8) расчетные сопротивления грунта R, кПа (тс/ ), под нижним концом забивных свай при глубине погружения от 2 до 3 м следует принимать по табл. 20, а на боковой поверхности кПа (тс/ ), — по табл. 21.

13.4. Расчетные сопротивления грунта R, кПа (тс/ ), под нижним концом набивных и буровых свай с уплотненным забоем при глубине погружения свай от 2 до 3 м следует принимать по табл. 22; при этом для плотных песчаных грунтов табличные значения следует увеличить в 1,3 раза. Расчетные сопротивления кПа (тс/ ), на боковой поверхности набивных и буровых свай допускается принимать по табл. 21 с дополнительным коэффициентом условий работы, равным 0,9.

Глубина погружения сваи, м

Коэффициент пористости, е

Расчетные сопротивления грунтов под нижним концом забивных свай R, кПа (тс/ )

пылевато-глинистых при показателе текучести

Примечание. Для промежуточных значений и е значения R определяются интерполяцией.

Расчетные сопротивления грунта на боковой поверхности забивных свай, в том числе таврового и двутаврового сечений,

пылевато-глинистого при показателе текучести

крупного и средней крупности

Примечание. Для промежуточных значений е и значения определяются интерполяцией.

Коэффициент пористости е

Расчетные сопротивления под нижним концом набивных и буровых свай R, кПа (тс/кв.м), при глубине их погружения 2-3 м и расчетные сопротивления под консолями свай-колонн

пылевато-глинистых грунтов при показателе текучести

Пески средней плотности

Супеси и суглинки

13.5. Несущую способность сваи-колонны с погружаемыми в грунт железобетонными консолями, работающей на сжимающую нагрузку, следует определять как сумму сопротивлений грунта под нижним ее концом, под консолями и на боковой поверхности по формуле

где — то же, что в формуле (8);

— дополнительный коэффициент условий работы; = 0,4 для песчаных грунтов и = 0,8 для пылевато-глинистых грунтов;

— расчетное сопротивление грунта под консолями, кПа (тс/ ), при погружении их в грунт на глубину 0,5-1,0 м, принимаемое по табл. 22;

— площадь проекции консолей на горизонтальную плоскость, .

13.6. Несущую способность свай таврового и двутаврового сечений при действии вертикальной составляющей нагрузки следует определять по формуле (8), принимая в ней значения на боковой поверхности полки и стенки по табл. 21.

Примечание. При расчете несущей способности свай таврового и двутаврового сечений, используемых для зданий с каркасом из трехшарнирных рам, допускается учитывать влияние горизонтальной составляющей распора на расчетные сопротивления на боковой поверхности свай.

Читайте также  Инвентарные обсадные трубы для буронабивных свай

13.7. Для свайных фундаментов и свай-колонн одноэтажных сельских зданий необходимо производить проверку устойчивости фундаментов при действии сил морозного пучения грунтов.

13.8. Расчетные характеристики грунтов при определении несущей способности свай по пп.13.3-13.6 следует принимать для наиболее неблагоприятного случая их сезонного изменения в процессе строительства и эксплуатации здания.

РАСЧЕТ СВАЙ НА СОВМЕСТНОЕ ДЕЙСТВИЕ ВЕРТИКАЛЬНОЙ

И ГОРИЗОНТАЛЬНОЙ СИЛ И МОМЕНТА

1. При расчете свай на совместное действие вертикальной и горизонтальной сил и момента в соответствии со схемой, приведенной на чертеже, следует различать две стадии напряженно-деформированного состояния системы «свая — грунт».

Схема нагрузок на сваю

В первой стадии грунт, окружающий сваю, рассматривается как упругая линейно-деформируемая среда, характеризуемая коэффициентом постели кН/ (тс/ ).

Расчетные значения коэффициента постели грунта на боковой поверхности сваи допускается определять по формуле

где — коэффициент пропорциональности, принимаемый в зависимости от вида грунта, окружающего сваю, по табл. 1;

— глубина расположения сечения сваи в грунте, м, для которой определяется коэффициент постели, по отношению к поверхности грунта при высоком ростверке или к подошве ростверка при низком ростверке;

— коэффициент условий работы.

Во второй стадии в верхней части грунта, окружающего сваю, образуется зона предельного равновесия (пластическая зона), характеризуемая прочностным коэффициентом пропорциональности .

Расчет свай в случае многорядного их расположения в фундаменте с ростверком, опирающимся на грунт, при отсутствии сейсмических воздействий допускается производить с учетом возможности последовательного развития первой и второй стадий напряженно-деформированного состояния грунта. В этом случае производится двухстадийный расчет свай, а коэффициент условий работы в формуле (1) принимается Во всех остальных случаях следует производить одностадийный расчет свай применительно к условиям возможного развития только первой стадии напряженно-деформированного состояния системы «свая — грунт», принимая коэффициент условий работы в формуле (1) равным 3.

2. Расчет свай на совместное действие вертикальной и горизонтальной сил и момента должен включать:

а) расчет несущей способности свай в случае возможности развития второй стадии напряженно-деформированного состояния грунта в соответствии с условием

где Н — расчетное значение поперечной силы, кН (тс), действующей на одну сваю;

— несущая способность сваи, определяемая в соответствии с требованиями п.10;

— коэффициент надежности, принимаемый равным 1,4;

б) проверку устойчивости грунта, согласно п.13, в случае, когда расчет ведется с допущением развития только первой стадии напряженно-деформированного состояния грунта;

в) расчет свай по деформациям, включающий проверку соблюдения условий допустимости расчетных значений горизонтального перемещения головы сваи и угла ее поворота

где — расчетные значения соответственно горизонтального перемещения головы сваи, м, и угла ее поворота, рад, определяемые согласно указаниям п.5;

Грунты, окружающие сваи, и их характеристики

Коэффициент пропорциональности К,

Прочностный коэффициент пропорциональности

глины и суглинки твердые

пески средней крупности

глины и суглинки тугопластичные и полутвердые

глины и суглинки мягкопластичные

Глины и суглинки текучепластичные

крупнообломочные грунты с песчаным заполнителем

Примечания: 1. Меньшие значения коэффициента K соответствуют более высоким значениям показателя текучести глинистых и коэффициентов пористости е песчаных грунтов, указанным в скобках, а большие значения коэффициента K — соответственно более низким значениям и е. Для грунтов с промежуточными значениями характеристик и е значения коэффициента K определяются интерполяцией.

2. Коэффициент K для плотных песков должен приниматься на 30% выше, чем наибольшие значения указанных в табл. 1 коэффициентов K для заданного вида грунта.

— предельные значения соответственно горизонтального перемещения головы сваи, м, и угла ее поворота, рад, устанавливаемые в задании на проектирование здания или сооружения;

г) проверку сечений свай по сопротивлению материала по предельным состояниям первой и второй групп (по прочности, по образованию и раскрытию трещин) на совместное действие расчетных усилий — вертикальной силы, изгибающего момента и поперечной силы; указанный расчет выполняется в зависимости от материала сваи согласно требованиям п.3.6; расчетные значения изгибающих моментов и поперечных сил, действующих в различных сечениях сваи, должны определяться согласно требованиям пп.8 и 9 в случае возможности допущения развития второй стадии напряженно-деформированного состояния грунта, а в остальных случаях — согласно требованиям пп.14 и 15.

3. При расчете с допущением развития второй стадии напряженно-деформируемого состояния грунта за предельное состояние системы «свая — грунт» принимается образование на глубине (в пределах или на границе пластической зоны) пластического шарнира, в котором возникает момент кН·м(тс·м), равный предельному изгибающему моменту, воспринимаемому поперечным сечением сваи. В случае заделки сваи в ростверк последовательно образуются два пластических шарнира: первый — в месте заделки сваи в ростверк, второй — в пределах или на границе пластической зоны. За предельное состояние системы принимается момент образования второго пластического шарнира.

4. Расчет свай по предельным состояниям двух групп выполняется с использованием следующих параметров: приведенной глубины расположения сечения сваи в грунте , приведенной глубины погружения сваи в грунт , а в случае учета возможности развития второй стадии напряженно-деформированного состояния грунта, кроме того, приведенной глубины пластической зоны , приведенных расчетных значений поперечной силы и изгибающего момента , действующих со стороны ростверка на голову сваи, приведенного значения граничной поперечной силы , соответствующего границе упругой работы системы «свая — грунт» при , приведенных значений граничного горизонтального перемещения и граничного угла поворота при низком ростверке в уровне его подошвы при приведенных значений перемещений и угла поворота сваи, которые определяются по формулам:

8.2.2. Расчет свай на горизонтальные нагрузки и изгибающие моменты

Расчет на горизонтальную нагрузку свай со свободным верхним концом (шарнирное сопряжение сваи с расположенными выше конструкциями) выполняется согласно приложению к СНиП II-17-77 (ниже указываются номера формул из него) в следующем порядке:

  • – определяются исходные расчетные характеристики — коэффициенты постели грунта, прорезаемого сваей и под ее нижним концом, коэффициент деформации, приведенная глубина погружения и условная рабочая ширина сваи [формулы (3)—(6)];
  • – устанавливаются расчетные нагрузки применительно ко второму предельному состоянию;
  • – вычисляются горизонтальные перемещения и углы поворота сваи от единичных сил, действующих на уровне поверхности грунта [формулы (11)—(13)];
  • – вычисляются горизонтальное перемещение и угол поворота сваи на уровне поверхности грунта или подошвы низкого ростверка от действующих расчетных нагрузок [формулы (9) и (10)];
  • – определяются горизонтальное перемещение и угол поворота сваи на уровне ее верха от действующих расчетных нагрузок [формулы (7) и (8)];
  • – вычисленные перемещения сопоставляются с допустимыми предельными (завершается расчет по второму предельному состоянию);
  • – устанавливаются расчетные нагрузки применительно к первому предельному состоянию;
  • – определяются расчетные усилия, действующие в сечении свай на различной глубине, и давление на грунт по контакту с боковой поверхностью сваи [формулы (16)—(19)];
  • – производится расчет устойчивости основания, окружающего сваю [формулы (14) и (15)];
  • – по наибольшим расчетным усилиям в сечении проверяется прочность материала сваи в соответствии со СНиП 2.02.01-83 и с рекомендациями настоящей главы Справочника (завершается расчет по первому предельному состоянию).

При жесткой заделке сваи в ростверке (при отсутствии поворота ее головы) расчет на горизонтальную нагрузку производится в той же последовательности с учетом дополнительного момента, возникающего в голове сваи и направленного в сторону, противоположную направлению горизонтальной силы [формула (20)].

В Руководстве [3] приведен табличный метод расчета свай на горизонтальную нагрузку, ускоряющий расчет.

Для облегчения расчета наиболее распространенных сечений забивных и набивных свай на горизонтальную нагрузку составлены графики для определения:

  • – коэффициента деформации αd по формуле (6) (рис. 8.8);
  • – горизонтального перемещения сваи u на уровне поверхности грунта по формуле (9) (рис. 8.9);
  • – наибольшего дополнительного момента, возникающего в свае от действия горизонтальной силы на уровне поверхности грунта, по формуле (17) (рис. 8.10);
  • – момента, возникающего в голове сваи при отсутствии ее поворота, по формуле (20) (рис. 8.11).

На рис. 8.8 для определения коэффициента деформации каждая кривая соответствует конкретному сечению сваи. Значение αd определяется по заданному коэффициенту пропорциональности Кр , откладываемому на оси абсцисс, от которой восставляется перпендикуляр до пересечения с кривой, соответствующей заданному сечению.

Графики (см. рис. 8.9) для определения горизонтального перемещения сваи на уровне поверхности грунта составлены для свай с приведенной глубиной погружения d´p ≥4 при Кр = 500—1200 кН/м 4 . При промежуточных значениях Кр горизонтальное перемещение устанавливается по линии, соответствующей ближайшим меньшим значениям Кр .

Горизонтальное перемещение и определяется раздельно от горизонтальной силы Fh и момента М , действующих на уровне поверхности грунта, а затем суммируется.

Наибольший дополнительный момент Мс определяется следующим образом: по соответствующему найденному из рис. 8.8 значению αd на оси абсцисс (рис. 8.10) откладывается заданная величина Fh и из этой точки восставляется перпендикуляр до пересечения с прямой, соответствующей заданному отношению М/Fh ; точка пересечения определяет значение Мс . Отношение M/Fh введено для упрощения построения графиков.

Абсолютная величина наибольшего момента, действующего в сечении сваи, определяется как сумма моментов М и Мс .

Между значениями Мc и Fh установлена прямая пропорциональная зависимость и выявлено, что глубина приложения Мc изменяется от d´p = 1,3—1,5 при M/Fh = 0 до d´p = 0,1—0,3 при M/Fh = 100. Выполненные расчеты показали, что значение Мс существенно увеличивается с уменьшением коэффициента деформации αd и отношения M/Fv но незначительно уменьшается с увеличением d´p от 2,5 до 4. Поэтому решено графики составить для приведенной глубины d´p = 4.

Порядок пользования рис. 8.11 для определения момента, возникающего в голове сваи при отсутствии ее поворота, следующий: на левой половине оси абсцисс откладывается заданное значение Fh , от которого восставляется перпендикуляр до пересечения с прямой, соответствующей заданной приведенной глубине d´p из точки пересечения проводится горизонтальная прямая до прямой, соответствующей заданному коэффициенту αd , и из этой точки опускается перпендикуляр до оси абсцисс, определяющий величину Мс .

Пример 8.1. Определить горизонтальное перемещение сваи с шарнирной заделкой и проверить ей на прочность. Исходные данные: свая С6-30 по ГОСТ 19804.1-79 на бетона В15 и с продольной арматурой 4Ø10АII погружена в суглинки с показателем текучести IL = 0,35 на 5,7 м. На уровне поверхности грунта на сваю действует расчетная горизонтальная нагрузка 20 кН и вдавливающая сила 500 кН. Сопряжение с ростверком шарнирное. Коэффициент надежности по нагрузке при расчете по второму предельному состоянию γf = 1, по первому предельному состоянию γf = 1,2. Продельное горизонтальное перемещение сваи на уровне поверхности грунта равняется 1 см.

Решение. По СНиП II-17-77 находим коэффициент пропорциональности:

Kр = 5000 + (8000 – 5000) 1,56/6 = 6000 кН/м 4 .

Читайте также  Установка сруба на винтовые сваи

По рис. 8.8 для сваи сечением 30×30 см при Кp = 6000 кН/м 4 определяем коэффициент деформации αd = 0,8 м –1 . Тогда приведенная длина d´p = αddp = 0,8×5,6 = 4,56.

По рис. 8.9 для d´p > 4 и Кр = 6000 кН/м 4 при Fh = 20 кН находим горизонтальное перемещение сваи на уровне поверхности грунта u = 5,5 мм, что меньше предельного перемещения (1 см).

Определяем нагрузку на сваю для расчета по первому предельному состоянию:

Fh = 20×1,2 = 24 кН; Fv = 500·1,2 = 600 кН.

По рис. 8.10 для M/Fh и αd = 0,8 м –1 при Fh = 24 кН находим наибольший расчетный момент в сечении сваи: Мd = 23 кН·м.

По черт. 3 прил. 2 к ГОСТ 19804.1-79 убеждаемся, что при Fv = 600 кН и М = 23 кН·м прочность материала сваи в эксплуатационный период обеспечивается при стандартном армировании сваи.

Пример 8.2. Определить горизонтальное перемещение сваи с жесткой заделкой и проверить ее на прочность. Исходные данные: верх сваи жестко заделан в ростверк. Остальные данные те же, что и в примере 8.1.

Решение. По рис. 8.11 для Fh = 24 кН, d´p = 4 и αd = 0,8 м –1 определяем момент, действующий на сваю в плоскости заделки ее в ростверк при отсутствии поворота головы сваи, М´p = –20 кН·м.

Горизонтальное перемещение верха сваи на уровне поверхности грунта, определенное по рис. 8.9, u = 5,5 мм от Fv = 20 кН; u = –2,7 мм от Мр = – 20 кН·м. Суммарное перемещение u = 5,5 – 2,7 = 2,8 мм, что меньше предельного перемещения 1 см.

Наибольший расчетный момент действует на сваю в плоскости заделки ее в ростверк и равен 24 кН·м.

По черт. 3 прил. 2 к ГОСТ 19804.1-79 убеждаемся, что при Fv = 600 кН и М = 24 кН·м прочность материала сваи в эксплуатационный период обеспечивается при стандартном армировании сваи.

Сорочан Е.А. Основания, фундаменты и подземные сооружения

Расчет сваи

Режим предназначен для расчета свай на совместное действие вертикальной и горизонтальной сил и момента в соответствии с требованиями СНиП 2.02.03–85 (СП 50-102-2003 или СП 24.13330.2011). Расчет производится с учетом возможности развития первой и второй стадии напряженно-деформированного состояния грунта согласно рекомендуемого приложения 1 к СНиП 2.02.03–85, приложения Д СП 50-102-2003, приложению В СП 24.13330.2011, а также с учетом особенностей проектирования свай в сейсмических районах. Определяется несущая способность свай в случае возможности развития второй стадии напряженно-деформированного состояния грунта, устойчивость основания, а также деформации свай, включающие определение горизонтального перемещения головы сваи и угла ее поворота. При расчете согласно приложения Д к СП 50-102-2003 (приложению В СП 24.13330.2011, п. 8.5.4.9 и п. Н.8 приложения Н ДБН) рассматривается только первая стадия напряженно-деформированного состояния грунта (грунт, окружающий сваю, рассматривается как упругая линейно-деформируемая среда).

Приложение нагрузки при расчете рассматривается только в одной силовой плоскости. При этом учитывается конструкция ростверка (высокий или низкий), сопряжения ростверка со сваей (шарнирное или жесткое), расположение свай в фундаменте с ростверком (однорядное или многорядное). Работа сваи в составе куста свай при этом не рассматривается (п.11 приложения 1 СНиП 2.02.03–85 и аналогичные пункты СП).

В СП 24.13330.2011 отсутствуют конкретные формулы для вычисления деформаций сваи, значений моментов и перерезывающих сил, . . Авторы СП 24.13330.2011 предлагают производить расчет сваи как балки на упругом основании с коэффициентом постели, значения которого следует определять по приложению В СП 24.13330.2011. Задача о поведении балки, лежащей на упругом основании, не имеет точного аналитического решения, поэтому в программе Запрос используется приближенное решение, которое приведено в приложении 1 к СНиП 2.02.03–85.

Подготовка данных

На странице Общие данные в группе Сваи-стойки или Висячие сваи указывается вид сваи. Для всех видов свай задаются следующие данные:

  • коэффициент надежности γk (по умолчанию — 1.4);
  • расчетные нагрузки, приложенные к свае в уровне поверхности грунта и коэффициент надежности по нагрузке;
  • доля временной части в общем моменте в сечении фундамента на уровне нижнего конца сваи.

Кроме того, указываются класс бетона сваи, расположение свай в фундаменте с ростверком (однорядное или многорядное), конструкция ростверка (низкий или высокий). Для всех видов свай, кроме забивных, предусмотрена возможность учета заделки нижнего конца сваи.

Если площадка строительства находится в сейсмическом районе, следует активизировать соответствующий маркер, а также в таблице нагрузок указать значения расчетных нагрузок, приложенных к свае в уровне поверхности грунта при особом их сочетании с учетом сейсмического воздействия.

Специальный маркер позволяет учесть изменение № 2 к СП 24.13330.2011.

На странице Конструкция в зависимости от выбранного типа сваи назначается сечение сваи и его размеры (для забивных свай предусмотрены сечения в виде прямоугольника, тавра, двутавра, квадрата с круглой полостью, круга и кольца, для остальных видов свай — только кольцевые и круглые сечения), указывается вид сопряжения ростверка со сваей (шарнирное или жесткое), а также вводятся следующие дополнительные данные:

  • глубина погружения нижнего конца сваи;
  • расстояние от подошвы ростверка до поверхности грунта;
  • глубина котлована;
  • предельный изгибающий момент, воспринимаемый поперечным сечением сваи, с учетом продольных сил (только в случае многорядного расположения свай в фундаменте с ростверком).

Для сечений, имеющих различные геометрические характеристики в разных силовых плоскостях, расчет следует выполнять раздельно для каждой силовой плоскости, задавая соответствующие значения нагрузок в таблице на странице Общие данные . Силовая плоскость назначается с помощью кнопок в одноименной группе.

Характеристики грунтов задаются в таблице на одноименной странице по тем же правилам, что и в режиме Несущая способность сваи.

При задании размеров сечения сваи предусмотрена возможность сохранить их под уникальным именем в базе данных (кнопка — ), а также загрузить из базы (кнопка — ). Контроль сечения выполняется нажатием кнопки Предварительный просмотр — .

Результаты расчета

Расчет выполняется после нажатия кнопки Вычислить . Результаты расчета в установленных в настройках единицах выдаются на странице Результаты и включают следующие величины:

  • расчетный момент в заделке, действующий в месте сопряжения сваи с ростверком;
  • коэффициент использования ограничений по устойчивости основания;
  • минимальный расчетный изгибающий момент в сечении сваи;
  • максимальный расчетный изгибающий момент в сечении сваи;
  • минимальная расчетная поперечная сила в сечении сваи;
  • максимальная расчетная поперечная сила в сечении сваи;
  • расчетная продольная сила в сечении сваи;
  • расчетное значение угла поворота сваи в уровне подошвы ростверка;
  • расчетное значение горизонтального перемещения сваи в уровне подошвы ростверка;
  • коэффициент использования несущей способности сваи;
  • расчетное значение угла поворота сваи в уровне поверхности грунта;
  • расчетное значение горизонтального перемещения сваи в уровне поверхности грунта.

Так же, как в режиме Несущая способность сваи , имеется возможность передачи данных в программу АРБАТ для анализа несущей способности сваи по материалу.

Исследования горизонтально нагруженных свай

Для экспериментальных исследований было изготовлено 22 одиночные забивные и буронабивные сваи и 20 свайных кустов с низким и высоким ростверками. Сваи имели длину 3-6 м, размер поперечного сечения 30×30 см и диаметр 0,5 и 0,6 м. Испытания на горизонтальную нагрузку и совместное действие горизонтальной и вертикальной нагрузок проводились со сваями одного сечения, но разной глубины заложения и сваями разного сечения, но одинаковой глубины заложения. Это позволило установить зависимость их несущей способности от величины заглубления, поперечного сечения и вида действующих нагрузок.

Полученные значения несущей способности сравнивали с несущей способностью таких же свай, но находящихся в составе свайных фундаментов с ростверками, что позволило установить влияние ростверка.
На опытной площадке залегают глинистые грунты четвертичного и неогенового возрастов. Четвертичные глины небольшим слоем перекрывают неогеновые отложения, представленные глинами аральской свиты, толщина слоя которых вскрыта на глубину 10 м. Природная влажность глин твердой консистенции соответствует 0,26, плотность грунта — 1,96 г/см3, Wp = 0,26 и WL = 0,56.

Увеличение глубины заложения свай с 3 до 6 м приводит к повышению их сопротивляемости горизонтальным нагрузкам на 2 — 30 %. В то же время при увеличении диаметра ствола сваи с 50 до 60 см ее несущая способность повышается на 65 %. Таким образом, при расчете свайных фундаментов на горизонтальные нагрузки целесообразно повышать жесткость ствола сваи, увеличивая его поперечное сечение.

Зависимость перемещения свай от горизонтальной нагрузки

Зависимость между Pg и Р для жестких свай, имеет вид: Pg = 0,108 Р + Pg; для свай конечной жесткости: Pg = 0,08Р + + Pg; где Pg — фактическая несущая способность свай на горизонтальную нагрузку с учетом действия вертикальных сил; Pg — несущая способность сваи на горизонтальную нагрузку при отсутствии вертикальных сил.

Полученные результаты позволяют сделать вывод о положительном влиянии вертикальной нагрузки на несущую способность горизонтально нагруженных свай. Так, при вертикальной нагрузке, равной расчетной, сопротивляемость указанных свай горизонтальным нагрузкам увеличивается в 2 раза. Увеличение сопротивляемости свай горизонтальным воздействиям при действии вертикальной нагрузки объясняется повышением сопротивления ее сдвигу вследствие увеличения и развития сил трения и сцепления по боковой поверхности под торцом сваи.

Действие горизонтальной нагрузки на сваю вызывает ее поворот вокруг ’’нулевой точки”, что приводит к появлению момента от касательных сил, действующих при вертикальной нагрузке по боковой поверхности ствола сваи. Этот момент направлен в сторону, противоположную действию горизонтальных нагрузок, и является удерживающей силой. Наиболее существенное влияние на сопротивляемость коротких свай гори-зонтальным нагрузкам оказывает торец сваи. Вследствие действия вертикальной нагрузки под торцом сваи происходит уплотнение грунта, что приводит к увеличению коэффициента постели грунта под подошвой сваи в вертикальном и горизонтальном направлениях и увеличению сил трения.

Непосредственные замеры расстояния у от поверхности грунта до точки нулевых смещений, производимые с помощью тонкого стального щупа, показали, что при вертикальной нагрузке ’’нулевая точка” понижается.

Исследования на горизонтальные нагрузки проводились со свайными фундаментами из забивных и буронабивных железо-бетонных свай. Глубина заложения свай принята равной от 3 до 7,7 м, расстояние между сваями — 3d. Испытывались кусты из двух, четырех и шести свай с низким и высоким ростверками.

Для установления кустового эффекта проведены сравнения испытания одиночных свай и свай в кусте на действие горизонтальных нагрузок. При этом рассматривались сваи с различной глубиной заложения и различного поперечного сечения.

Результаты испытаний на горизонтальную нагрузку одиночных свай и свай в кусте

Во всех рассмотренных фундаментах несущая способность сваи в кусте в 1,6 — 1,9 раза больше, чем несущая способность одиночной сваи.

Повышение сопротивляемости свай в фундаменте при действии горизонтальных нагрузок объясняется следующими факторами:

  • условия и характер работы одиночной сваи и сваи в кусте отличаются друг от друга и наиболее характерно это проявляется у фундаментов из жестких свай;
  • низкий ростверк свайного фундамента вступает в совместную работу с грунтом основания и воспринимает часть горизонтальной нагрузки;
  • заделка головы низкой сваи в ростверк оказывает значительное влияние на сопротивляемость изгибу ее ствола, вследствие чего повышается величина заделки сваи в грунте.
Читайте также  Предельный изгибающий момент воспринимаемый поперечным сечением сваи

Результаты испытаний на горизонтальные нагрузки свайных кустов с низким и высоким ростверками показывает, что низкий ростверк увеличивает несущую способность фундамента до 37 %.
Очевидно, что степень участия ростверка в работе свайного фундамента будет тем выше, чем более плотные грунты залегают вблизи поверхности и чем больше рабочая площадь ростверка, характерируемая разность между общей площадью ростверка и суммарной площадью сечения свай.

Для установления характера работы горизонтально нагруженных свайных фундаментов с низким ростверком выполнены специальные испытания. Эти испытания показали, что при действии горизонтальной нагрузки вертикальные перемещения свайного фундамента происходят вследствие возникающего при этом момента, а горизонтальные перемещения вызываются горизонтальной силой. В этом случае возникают как сжимающие, так и растягивающие напряжения, которые приводят свайный фундамент к повороту вокруг некоторой точки. При этом наблюдаются подъем части ростверка со стороны действия напряжений и его опускание с противоположной стороны.

При действии на фундамент только горизонтальной силы центр поворота (ЦП) смещается в сторону сжатых свай. Такое положение ЦП объясняется неодинаковой сопротивляемостью свай на вдавливание и выдергивание. Потеря устойчивости фундамента наступает в результате преодоления сил сопротивления свай выдергиванию, расположенных со стороны действия горизонтальной нагрузки, а также смятия грунта в месте его контакта с ростверком фундамента.

По результатам испытания установлена зависимость влияния глубины забивки свай на несущую способность фундаментов при действии горизонтальных нагрузок. Можно сделать вывод, что для свайных фундаментов из забивных свай с низким ростверком увеличение глубины забивки начиная с 7 — 7,5 м перестает практически оказывать влияние на повышение сопротивляемости фундаментов. Это объясняется значительной длиной изгибаемой части сваи в свайном фундаменте.

По результатам выполненных испытаний буронабивных и забивных одиночных свай и фундаментов из них установлено значительное влияние жесткости поперечного сечения стволов на сопротивляемость свай горизонтальным нагрузкам.

Значения предельной горизонтальной нагрузки на сваи и свайные кусты

При осмотре ростверка, находящегося под нагрузкой 1000 кН, по боковым граням (расположенным вдоль действия горизонтальной силы) обнаружены трещины, которые находились по оси расположения свай и проходили от низа к верху ростверка. Данные испытаний показывают следующее:

  • глубина заделки головы свай в ростверк и повышение жесткости их поперечного сечения играют существенную роль в общем сопротивлении свайного фундамента горизонтальным нагрузкам;
  • низкий ростверк фундамента, вступая в совместную работу с грунтом, может воспринимать до 35 % горизонтальной нагрузки;
  • несмотря на высокое сопротивление жестких сваи изгибу фундаменты под действием горизонтальных нагрузок могут получать большие смещения, которые недопустимы для сооружений, но в то же время, не вызывают их разрушения. Это положение требует в практике проектирования определять расчетные нагрузки исходя из прочности свай и допускаемых перемещений свайных фундаментов.

Указания по расчету свайных фундаментов

Основные указании

Расчет свайных фундаментов и их оснований должен быть выполнен по предельным состояниям:
а) первой группы:
— по прочности материала сван и свайных ростверков;
— по несущей способности грунта основания свай;
— но несущей способности оснований свайных фундаментов, если на них передаются значительные горизонтальные нагрузки (подпорные стены, фундаменты распорных конструкций и др.) или если основания ограничены откосами или сложены крутопадающими слоями фунта и т.п.;
б) второй группы
— по осадкам оснований свай и свайных фундаментов от вертикальных на-грузок;
— по перемещениям свай (горизонтальным up , углам поворота головы свай ψp) совместно с грунтом оснований от действия горизонтальных нагрузок и моментов.
— по образованию или раскрытию трещин в элементах железобетонных конструкций свайных фундаментов.
Расчет свай, свайных фундаментов и их оснований по несущей способности необходимо выполнять на основные и особые сочетания нагрузок, по деформациям — на основные сочетания.
Все расчеты свай, свайных фундаментов и их оснований следует выполнять с использованием расчетных значений характеристик материалов и фунтов.
При наличии результатов полевых исследований несущую способность грунта основания свай следует определять с учетом данных статического зондирования грунтов, испытаний грунтов эталонными сваями или по данным динамических испытаний свай. В случае проведения испытаний свай статической нагрузкой несущую способность грунта основания сваи следует принимать по результатам этих испытаний

Расчет сван по прочности материала

При расчете свай всех видов по прочности материала сваю следует рассматривать как стержень, жестко защемленный в фунте в сечении, расположенном от подошвы ростверка на расстоянии l1 определяемом по формуле:

где l— длина участка сваи от подошвы высокого ростверка до уровня планировки грунта, м;
ag — коэффициент деформации. 1/м.

Если для буровых свай и свай — оболочек, заглубленных сквозь толщу нескального грунта и заделанных в скальный грунт, отношение 2/ag , то следует принимать

(где h — глубина погружения сваи или сваи — оболочки, отсчитываемая от ее нижнего конца до уровня планировки грунта при высоком ростверке, подошва которого расположена над грунтом, и до подошвы ростверка при низком ростверке, подошва которого опирается или заглублена в нескальные грунты, за исключением сильносжимаемых, м).
При расчете по прочности материала буро-инъекционных свай, прорезающих сильносжимаемые грунты с модулем деформации Е = 5 МПа и менее, расчетную длину свай на продольный изгиб ld , в зависимости от диаметра свай d следует принимать равной:

при Е ≤ 2 МПа ld = 25d
при Е = 2 — 5 МПа ld = 15d.

В случае если ld превышает толщину слоя сильносжимаемого грунта расчетную длину следует принимать равной 2hg.
Расчеты конструкций свай всех видов следует производить на воздействие нагрузок, передаваемых на них от здания или сооружения, а забивных свай, кроме того, на усилия, возникающие в них от собственного веса при изготовлении, складировании, транспортировании свай, а также при подъеме их на копер за одну точку, удаленную от головы свай на 0,3l (где l -длина сваи).
Усилие в свае (как балке) от воздействия собственного веса следует определять с учетом коэффициента динамичности, равного:
1,5 — при расчете по прочности;
1,25 — при расчете по образованию и раскрытию трещин.
В этих случаях коэффициент надежности по нагрузке к собственному весу сваи принимается равным единице.
Расчетная нагрузка, допускаемая на железобетонную сваю по материалу, определяется по формуле:

где ϒb3 — коэффициент условий работы бетона, принимаемый ϒb3= 0,85 для свай, изготавливаемых на месте строительства;
ϒcb — коэффициент, учитывающий влияние способа производства свайных работ;
Rb — расчетное сопротивление бетона сжатию;
Ab — площадь сечения сваи нетто,
Rgc — расчетное сопротивление арматуры сжатию;
Ag — площадь сечения арматуры.
Пример 1.

Определение несущей способности сваи по материалу
Определить несущую способность буронабивной сваи диаметром d = 0,2 м по материалу. Свая выполняется в глинистом грунте без крепления стенок и отсутствии грунтовых вод. Материал сваи: бетон В20. Свая армирована 4 стержнями d12 A400.
Решение:
Площадь сечения сваи нетто:
Ab = πd 2 /4 = 3,14 * 0,22 2 /4 = 0,0314 м 2 .
Площадь сечения 4d12 A400: Ag = 452 мм 2 = 452 * 10 -6 м 2 .
Расчетное сопротивление бетона сжатию: Rb = 11,5 МПа.
Расчетное сопротивление арматуры А400 сжатию:
Rgc = 355 МПа.
Коэффициент условии работы бетона: ϒb3 = 0,85.
Коэффициент, учитывающий влияние способа производства свайных работ: ϒcb = 1,0.
Расчетная нагрузка, допускаемая на .железобетонную сваю но материалу:

N = 0,85* 1,0 * 11,5 * 0,0314 + 355 * 452 * 10 -6 = 0,467 МПа = 467 кН.

Расчет свай по несущей способности грунта

Одиночную сваю в составе фундамента и вне его по несущей способности грунтов основания следует рассчитывать исходя из условия:

где N — расчетная нагрузка, передаваемая на сваю (продольное усилие, возникающее в ней от расчетных нагрузок, действующих на фундамент при наиболее невыгодном их сочетании);
Fd — расчетная несущая способность грунта основания одиночной сваи, называемая в дальнейшем несущей способностью сваи.
γk — коэффициент надежности по грунту.

При расчете свай всех видов как на вдавливающие, так и на выдергивающие нагрузки продольное усилие, возникающее в свае от расчетной нагрузки N, следует определять с учетом собственного веса сваи, принимаемого с коэффициентом надежности ио нагрузке, увеличивающим расчетное усилие.
Если расчет свайных фундаментов производится с учетом ветровых и крановых нагрузок, то воспринимаемую крайними сваями расчетную нагрузку допускается повышать на 20 % (кроме фундаментов опор линий электропередачи).
Если сваи фундамента опоры моста в направлении действия внешних нагрузок образуют один или несколько рядов, то при учете (совместном или раздельном) нагрузок от торможения, давления ветра, льда и навала судов, воспринимаемых наиболее нагруженной сваей, расчетную нагрузку допускается повышать на 10 % при четырех сваях в ряду и на 20 % при восьми сваях и более При промежуточном числе свай процент повышения расчетной нагрузки определяется интерполяцией.
Расчетную нагрузку на сваю N, кН. следует определять, рассматривая фундамент как рамную конструкцию, воспринимающую вертикальные и горизонтальные нагрузки и изгибающие моменты.
Для фундаментов с вертикальными сваями расчетную нагрузку на сваю допускается определять по формуле:

где Nd — расчетная сжимающая сила, кН;
Mx , My расчетные изгибающие моменты, кНм, относительно главных центральных осей x и y плана свай в плоскости подошвы ростверка;

n — число свай в фундаменте.
xi, yi — расстояния от главных осей до оси каждой сваи, м;

х , у — расстояния от главных осей до оси каждой сваи, для которой вычисляется расчетная нагрузка, м.

Рис. 1. Схема для определении нагрузки на сваю

Горизонтальную нагрузку, действующую на фундамент с вертикальными сваями одинакового поперечного сечения, допускается принимать равномерно распределенной между всеми сваями.
Сваи и свайные фундаменты следует рассчитывать по прочности материала и производить проверку устойчивости фундаментов при действии сил морозного пучения, если основание сложено пучинистыми грунтами.

Пример 2.

Определение нагрузок на сваи во внецентренно-нагруженном фундаменте

Необходимо определить нагрузки, приходящиеся на сваи (см. рис.2). Количество свай в фундаменте n = 6. Нагрузки, действующие на фундамент:

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: