Определение несущей способности свай
где с– коэффициент условия работы сваи = 1;- коэффициент продольного изгиба = 1; < 1 для свайных фундаментов с высокимростверком.
Аa(Raс)
Прочность стволасваи должна быть обеспечена на всехэтапах выполнения работ:
— складирования;
на транспортно-складских операциях теряется до 10% свай
— транспортировки;
— забивки.
Прочность призабивке свай, прежде всего, обеспечиваетсяправильным выбором сваебойногооборудования:
Несущаяспособность сваи по грунту основания
Где Q– вес ударной части молота;q– вес сваи; Э – энергия удара; р – несущая способность сваи.
Грунт, окружающийствол сваи может воспринимать, какправило, значительно меньшую нагрузку.Необходима проверка несущей способности.
Для свай – стоеки висячих свай несущая способность погрунту определяется по разному.
1). Несущая способность свай – стоек
Где R– расчетное сопротивление грунта под острием сваи;
А – площадь поперечного сечения сваи; с –коэффициент условия работы сваи;q – коэффициент надежности.
Расчет по I предельному состоянию
N0,Nб – сопротивлениесваи, соответственно под острием и побоковой поверхности.
Р – расчетнаянагрузка, допускаемая на сваю.
где R – расчетноесопротивление грунта сваи под острием;u – периметр сваи; fi – расчетное удельноесопротивление грунта по боковойповерхности сваи; i- мощность i слоя грунта, где действуетfi
Для однородного грунта вся толща также разбивается по глубине на отдельные слои i 2 м, т.к. fi – меняется с глубиной.
Несущая способностьсваи, полученная расчетом, частооказывается ниже фактической, найденнойпо испытаниям. Данное обстоятельствообъясняется тем, что в расчетахиспользуются осредненные табличныезначения величин fi , что являетсяприближенным.
Для определенияистинной (фактической) несущей способностисваи рекомендуется проводить испытаниясвай непосредственно на площадкестроительства. Обычно под пятномзастройки здания (сооружения) передпроизводством работ проводятся испытания1 или 2 свай.
Б) Испытания свайдинамическим методом
1. Явления,происходящие в грунте при забивке сваи.
Отказ призабивке свай. Понятие об истинном иложном отказе.
Величина погружениясваи при ударе (забивке) носит названиеотказ.
При погружениисвай через песчаные грунты величинаотказа с глубиной резко уменьшается ив некоторых случаях может достигнутьнуля.
Для увеличенияотказа сваи необходимо предоставитьотдых, т.е. остановить забивку на 3…5дней. За это время в около свайномпространстве восстанавливается поровоедавление, грунтовая вода снова подходитк стволу сваи, трение снижается и сваюможно снова добивать т.к. отказувеличивается относительно первоначальнойвеличины, полученной до отдыха.
Такой же эффектможет быть получен при добавлении водыв около свайное пространство во времязабивки.
При погружениисвай через водонасыщенные глинистыегрунты величина отказа с увеличениемглубины забивки может увеличиваться исвая как бы проваливается в водонасыщенноеоснование.
При забивке в глинистых грунтах величина отказа (е) с глубиной или становится постоянной, или увеличивается.
После отдыха в течение 3…6 недель (снятие динамических воздействий) величина отказа уменьшается. Это явление получило название «засасывание сваи».
Отказ (е) сваи вовремя забивки получил название «ложный».
Отказ (е) сваи послеотдыха – «истинный».
Получение истинногоотказа сваи в глинистых грунтах приводитк увеличению ее несущей способности.Исследования в этом направлении былипроведены Новожиловым (ПГУПС).
Рнач – начальнаянесущая способность сваи в моментзабивки;
Рmax – максимальнаянесущая способность сваи;
Т – периодотносительно быстрого возрастания несущей способности сваи;
t1, t2 – времяиспытания сваи;
Р1, Р2 – несущаяспособность сваи, соответственно вмомент времени t1 и t2.
m – коэффициент,учитывающий скорость засасывания сваи.
Насколько повышаетсянесущая способность сваи после отдыха?
В супесях – в1,1…1,2 раза
Почти максимальная несущая способность при забивке
В суглинках – в1,3…1,5 раз
Необходимо учитывать повышение несущей способности
В глинах – в1,7…6 раз
Т = (3…6) недель
В 1911 г. профессорН.М. Герсеванов предложил формулу дляопределения несущей способности свайдинамическим способом:
QH = A+B+C
QH – работа свайногомолота;
A= Pe – работа,затраченная на погружение сваи;
В = Qh – работаупругих деформаций (подскок свайногомолота);
С= QH– потерянная работа (трение, смятие,нагрев и т.д.).
QH = Pe + Qh +QH
Р – сопротивлениесваи погружению (несущая способностьсваи);
— коэффициент,учитывающий потерю работы.
В результатеполучаем квадратное уравнение, решениекоторого можно представить в виде:
А – площадьпоперечного сечения сваи;
е – действительныйотказ сваи;
Q – вес ударнойчасти молота;
q – вес сваи; n –коэффициент, учитывающий упругиедеформации (150 т/м2 – для ж/б сваи).
Практически, припроектировании эту формулу используютдля определения величины отказа (е),определив заранее расчетом величину(Р).
| Достоинства | Недостатки |
| 1. Простота | 1. Не точные результаты для глинистых грунтов |
| 2. Малая стоимость |
В). Определениенесущей способности свай статическойнагрузкой
Принципиальнаясхема испытаний
Испытуемая свая
Анкерные сваи
домкрат
Балка
Нагрузкаприкладывается ступенями по 5 т.
Каждая ступеньвыдерживается до полной стабилизацииосадки, определяемой прогибомерами сточностью до 0,1 мм.
По данным испытаниямстроятся 2 графика.
Расчетная нагрузка, допускаемая на сваю по результатам статических испытаний
г). Определениенесущей способности свай методомзондирования
Зонд можетпогружаться:
— вдавливанием(статическое зондирование);
— забивкой(динамическое зондирование).
Робщ = Рост + Рбок
Робщ =120 кг/см2 Робщ — Рост = Рбок =120-40=80 кг/см2
Рост= 40 кг/см2
По данным зондированияможно судить о несущей способностисваи, а также с использованием эмпирическихформул определять модуль общей деформациигрунта Е0.
Преимуществоданного метода – малая стоимость,возможность проведения большогоколичества испытаний.
Пример представления результатов зондирования.
д). Явлениеотрицательного трения
Данное явлениевозникает при слоистом напластованиигрунтов с наличием слабых прослоев.
При наличиираспределенной нагрузки будутдеформироваться все слои грунта.Перемещение грунта вниз относительноствола сваи вызовет дополнительноезагружение её трением — отрицательноетрение. Сваи начинают держать окружающийгрунт, а не наоборот.
Значительныеисследования в этом направлении выполненыЮ.В. Россихиным.
16.Определение несущей способностиодиночной сваи по прочности грунтаоснования (по таблицам СНиП 2.02.03-85) ипрочности материала сваи.
По прочностиматериала свая-стойка рассчитываетсякак центрально нагруженный сжатыйстержень, без учета поперечного изгиба.
Дляжелезобетонных свай формула расчетанесущей способности поматериалувыглядит следующим образом:
,
гдеφ – коэффициентпродольного изгиба, обычно φ=1;
γс– коэффициентусловий работы,
для свайсечением менее 0,3×0,3мγс=0,85;
для свайбольшего сечения γс=1;
γm –коэффициент условий работы бетона(0,7…1 – в зависимости от вида
свай);
Rb– расчетноесопротивление бетона осевому сжатию,зависит от класса бетона (кПа);
A– площадьпоперечного сечения сваи, м2;
γa–коэффициент условий работы арматуры,γa=1;
Rs–расчетноесопротивление сжатию арматуры (кПа);
As– площадь поперечного сечения арматуры,м2.
Несущая способностьсваи-стойки погрунтуопределяется по формуле:
,
гдеγс– коэффициентусловий работы сваи в грунте, γс=1;
R– расчетное сопротивление грунта поднижним концом сваи, кПа
А– площадь опирания сваи на грунт, м2.
Одиночную сваю всоставе фундамента и вне его по несущейспособности грунтов основания следуетрассчитывать исходя из условия
где N — расчетнаянагрузка, передаваемая на сваю (продольноеусилие, возникающее в ней от расчетныхнагрузок, действующих на фундамент принаиболее невыгодном их сочетании),определяемая в соответствии с указаниямип.3.11;
Fd — расчетнаянесущая способность грунта основанияодиночной сваи, называемая в дальнейшемнесущей способностью сваи и определяемаяв соответствии с указаниями
17.Особенности работы кустов свай,объединённых ростверком. Расположениесвай в кусте.
Сваии свайные фундаменты в современномстроительстве получили широкоераспространение, так как их применениепозволяем значительно сократить объемземляных работ и расход бетона.
Группусвай (куст свай), образующих свайныйфундамент! поверху связывают жесткойконструкцией — ростверком в вида балкиили плиты, обеспечивающей равномернуюпередачу нагрузи от сооружения на всесваи куста и препятствующей горизонтально;смещению верхней части свай. Ростверкив большинстве случаев выполняют изжелезобетона. Куст свай, объединенныхедины ростверком, называется свайнымфундаментом,группысвай (свайныйкуст),устраивают под колонны или отдельныеопоры конструкций, передающие значительныевертикальные нагрузки
18.Расчёт куста висячих свай по IIгруппе предельных состояний. Условныйфундамент.
Расчетосадки свайного фундамента (расчет подеформациям).Расчетпо деформациям производится методомпослойного элементарного суммированиядляусловного фундамента..Сделать фундамент условным можно, еслинижнюю границу (подошву) его определитьпо нижним концам свай, верхнюю – попланировке поверхности.
Боковыеповерхности определить по крайним рядамсвай, отступив от их центра на величину,равную половине шага между ними. По этимразмерам определяют поперечное сечение.
Погонную нагрузку на основание определяют,как сумму веса свай и грунта, находящегосяв объеме, определяемом указаннымпоперечным сечением на длине фундамента,равной 1 м.
— средневзвешенный угол внутреннего трения
- угол рассеивания напряжений
по длине ствола сваи.
Давление по подошве условногофундамента:
Необходимое соблюдение условия:
SSu
(Расчетпо II предельному состоянию)
АБВГ – условный
фундамент
19.Особые случаи работы свай в условияхвозникновения отрицательного трения.Сваи, работающие на выдёргивание.
Если по темили иным причинам осадка окружающегосваю грунта будет превышать нагрузкусамой сваи, то на ее боковой поверхностивозникнут силы трения , направленныене вверх, как обычно, а вниз – отрицательноетрение.
При расчетесвай всех видов как на вдавливающие,так и на выдергивающие нагрузки продольноеусилие, возникающее в свае от расчетнойнагрузки N, следует определять с учетомсобственного веса сваи, принимаемогос коэффициентом надежности по нагрузке,увеличивающим расчетное усилие. Длясвай, работающих на выдергивание (изгиб),глубина их заделки в ростверк принимаетсяиз условия обеспечения прочности заделки
Перемещениюсваи вверх препятствует трение по еебоковой поверхности и вес сваи.
Несущуюспособность сваи, работающей навыдергивание, определяют по формуле
Fdu=cu∑ сffihi+tGp,
где t–коэффициент надежности по нагрузке,обычно принимаемый равным 0.9; Gp-вес сваи,кН; где ус — коэффициент условий работысваи в грунте, принимаемый равным 1; γcf— коэффициенты условия работы грунтасоответственно по боковой поверхностисваи, зависящий от способа ее погружения
Коэффициентусловий работы свай в грунте спри их длине h
Источник: https://StudFiles.net/preview/6344409/page:6/
Особенности испытания свай увеличенной несущей способности | Буровая компания «Дельта»
НИКОЛАЙ ВАСИЛЬЕВИЧ ЧЕРНОШЕЙ, директор ОАО «Буровая компания «Дельта»;
МИХАИЛ ИВАНОВИЧ НИКИТЕНКО, доктор технических наук, доцент, заведующий кафедрой «геотехника и экология в строительстве» БНТУ
Наиболее достоверные данные о несущей способности свай дают их статические испытания в конкретных инженерно-геологических условиях, которые и предусматриваются действующими нормами [1–6] с целью принятия обоснованных и экономичных решений нулевого цикла.
Получаемые при испытаниях результаты позволяют в случае необходимости корректировать принятые исходные расчетные предпосылки при разработке проектов.
Традиционные решения свайных фундаментов базировались на использовании забивных свай, на которые из-за ограниченных поперечных сечений предусматривалась передача проектных нагрузок, не превышающих прочности по материалу.
Однако за последнее время наметилась тенденция к увеличению этажности зданий и нагрузок на фундаменты, что обусловило процесс интенсивного вытеснения забивных свай набивными с увеличением их диаметров и длин, а соответственно прочности по материалу и несущей способности по грунту. В этой связи все актуальнее становится вопрос совершенствования методов испытания свай увеличенной несущей способности с использованием новых конструктивных схем, чему и посвящена настоящая статья.
Традиционные схемы испытания свай
Испытательные нагрузки на забивные сваи наиболее употребляемых поперечных сечений 30х30 см не превышают 1000 кН. Обычно их создают при помощи домкратов, располагаемых под анкеруемыми упорными конструкциям (илл.1а–в).
При балочной схеме испытаний для закрепления таких конструкций чаще всего используют смежные выдергиваемые сваи, винтовые или буроинъекционные анкеры, которые должны располагаться на удалении от испытуемой сваи для исключения взаимного влияния. Сваи забивные при выдергивании удерживаются лишь силами трения вдоль стволов, поэтому требуется их большое количество.
Предпочтительнее в этом отношении винтовые и буроинъекционные анкеры или набивные сваи, особенно при наличии у них уширений под нижними концами. При больших пролетах упорные балки должны иметь увеличенные поперечные сечения. В итоге все это усложняет и удорожает испытательную систему.
Использование наклонных винтовых или буроинъекционных анкеров упрощает конструкцию упора, но также усложняет проведение испытаний и увеличивает сроки, необходимые на их проведение. Во многих случаях прибегают к применению грузовых платформ, но такая система испытаний связана с использованием большого количества грузов в виде бетонных блоков или плит.
При этом обычно не учитывается неизбежно возникающее влияние пригрузки грунта на поверхности вокруг сваи, которое способствует обжатию ствола и увеличению сопротивления грунта сдвигу, а соответственно завышает в целом получаемые результаты. При испытании свай повышенной несущей способности традиционные схемы создают серьезные проблемы с передачей на сваи требуемых вдавливающих усилий.
Имеющиеся недочеты при испытаниях свай даже малой несущей способности были отмечены в нашей публикации [7], где обращалось внимание на необходимость строгого соблюдения требования стандарта [6] в части доведения испытательных нагрузок до получения осадок свай не менее 40 мм.
Данное требование до последнего времени в большинстве случаев не соблюдалось, поэтому испытания свай не давали объективной информации о фактической несущей способности их оснований, что способствовало перерасходу материальных и трудовых ресурсов, хотя не всегда обеспечивалась требуемая степень эксплуатационной надежности свайных фундаментов. Положение усугубляется малым количеством испытаний свай согласно предписаниям норм в отличие от буроинъекционных анкеров, которые испытывают все на каждом из объектов.
Предлагаемые схемы статических испытаний свай
Повышение этажности зданий и нагрузок на фундаменты диктует необходимость применения в неблагоприятных инженерно-геологических и гидрогеологических условиях новых конструктивно-технологических решений свай. Это, в свою очередь, требует совершенствования методов и схем испытаний свай повышенной несущей способности.
Решению первой задачи благоприятствует появление на отечественном строительном рынке новых зарубежных и собственных разработок и оборудования для выполнения свай. Упростить испытания свай повышенной несущей способности позволит предложенная нами и отраженная в [3] схема (илл. 1г).
Она благодаря использованию двух коаксиально размещенных в теле сваи труб позволяет раздельно передавать внутренней трубой вдавливающее усилие на грунт через пяту, а сдвигающее вдоль ствола – посредством замоноличенной или завинченной наружной.
В этом случае требуется меньшая мощность домкрата без использования мощной упорной системы или грузовой платформы. При недостаточном сопротивлении сдвигу вдоль ствола нужна лишь частичная дополнительная его пригрузка.
В случае применения свайно-плитных фундаментов для высотных зданий предлагается испытывать сваи с упором домкрата в фундаментную плиту, удерживаемую заделанными в ней смежными сваями. Для оценки доли сопротивления грунта сдвигу, в том числе негативного вдоль ствола, можно испытывать сваи на выдергивание после ее вдавливания.
Оценить долю сопротивления грунта сжатию под фундаментной плитой или несущим ростверком можно посредством испытания их фрагментов, приходящихся на отдельные сваи и изготавливаемых автономно до выполнения соответственно плиты или ростверка. При этом фрагменты могут сопрягаться с плитой или ростверком уже после проведения испытания.
Илл. 1. Схемы испытаний свай на вдавливание:
а — упорная балочная система; б,в,г — упорные схемы безбалочные (1- тампонажная обойма в верхней части ствола; 2 — пята; 3 — упругая легкосжимаемая прокладка для разделения пяты и ствола сваи; 4 — внутренняя труба для передачи вдавливающего усилия на пяту; 5,6 — упорные пластины; 7 — наружная труба с заливкой между ней и стенками скважины для передачи сдвигающего усилия на ствол сваи при его выдавливании вверх; 8 — тяга упора; 9 — гидравлический домкрат)
Чтобы сократить сроки проведения контрольных испытаний свай, обусловленные процессом набора прочности бетоном, до их массового изготовления на объекте нами предлагается испытывать стальные трубы, из которых наружная обсадная выполняет рольствола, а внутренняя с заглушенным нижним торцом – пяты сваи.
При этом наружная труба для повышения удерживающей способности может оснащаться внешними винтообразными лопастями.
Сотрудниками кафедры геотехники и экологии в строительстве БНТУ совместно со специалистами УП «Геосервис», управлением инженерных работ ОАО «Стройкомплекс» и ОДО «Фундаменты» накоплен опыт таких испытаний и частично отражен в [8].
Помимо описанных схем испытаний свай с раздельной фиксацией долей сопротивлений сжатию под пятами и сдвигу вдоль стволов такие соотношения целесообразно выявлять также при использовании тензорезисторов, наклеиваемых на арматуру по длине сваи.
Такой подход, к сожалению, редко практикуется из-за экономических доводов, но в ущерб информативности и достоверности получаемых результатов, особенно при наличии негативного трения вдоль стволов свай. В настоящее время ОАО «Буровая компания «Дельта» освоила и успешно применяет технологию СFА выполнения буронабивных свай большой несущей способности при помощи итальянского оборудования (илл. 2).
Илл. 2. Оборудование для устройства свай CFA (а — буровой станок со сплошным полым шнеком; б — комплект оборудования при устройстве свай; в — подъем шнека с бетоном на лопостях и погружение арматурного каркаса в скважину с помощью вибратора)
Притом проходка скважин осуществляется в любых грунтах, включая неустойчивые водонасыщенные, посредством полого непрерывного шнека, через который по мере его последующего подъема в созданную скважину закачивается под избыточным давлением бетон, а в него сразу же погружается арматурный каркас на требуемую глубину по длине ствола сваи. Достоинство данной технологии заключается в большой скорости устройства свай, причем опрессовка грунта под давлением вдоль ствола и под нижним концом сваи способствует исключению шламообразования и достижению повышенных значений несущей способности основания. Для испытания свай повышенной несущей способности на вдавливание усилием до 5000 кН ОАО «Буровая компания «Дельта» изготовила специальный стенд (илл. 3), включающий перекрестную балочную систему для упора загрузочных гидродомкратов и ее удерживающие винтовые анкеры.
Илл. 3. Загрузочный стенд для испытания свай при вдавливающих нагрузках до 5000 кН
По данной технологии с применением указанного оборудования выполнены и испытаны опытные сваи на площадке для возведения в Минске здания штаб-квартиры Национального олимпийского комитета Республики Беларусь. В связи с изменчивостью характера напластований и свойств грунтов опытные сваи имели переменные длины (7,5; 8,5 и 9,5 м) и диаметры стволов (0,7 и 0,9 м).
В грунтовых условиях площадки вдавливающие нагрузки на сваи доводились до 1800–3000 кН, при этом значения несущих способностей отличались и составили согласно требованиям СНБ 5.01.01–99 при осадках 24 мм 1606–2844 кН.
Получены графики зависимостей осадок свай от вдавливающих усилий и при обработке в относительных величинах и представлении в единой системе координат.
В первом случае получен большой разброс графиков, а во втором – все зависимости сгруппированы тесно, причем опытные соотношения нагрузок и соответствующих им осадок приняты для предельных осадок в 24 мм и при максимально достигнутых осадках (28,32–52,14 мм).
Такое свойство графиков в относительных величинах позволяет с достаточной степенью достоверности прогнозировать несущие способности оснований свай посредством нелинейной экстраполяции в случае достижения при испытании свай ограниченных значений нагрузок и соответствующих им осадок менее предельно допустимых согласно требованиям ГОСТ 56-86–94 и СНБ 5.01.01–99.
В заключение стоит отметить, что предложенные схемы позволяют испытывать сваи повышенной несущей способности оснований, в том числе с включением в работу несущих ростверков или фундаментных плит. Помимо балочной системы могут использоваться безбалочные, которые позволяют раздельно устанавливать доли сопротивлений грунта сдвигу вдоль стволов и сжатию под пятами свай и ростверками или плитами.
Источник: Журнал МАСТЕРСКАЯ. Современное строительство №11 ноябрь 2009
Источник: https://www.bkdelta.by/ru/articles/osobennosti-ispytaniya-svay-uvelichennoy-nesushchey-sposobnosti
Как рассчитывается несущая способность сваи
Несущая способность свай – это способность строительной конструкции уравновешивать нагрузку от веса строения и сопротивление грунта. Расчёт сопротивления опоры этим двум силам даёт определение несущей способности сваи.
Когда опорные стержни в одном фундаменте расположены на отдалённом расстоянии друг от друга, несущая способность опорного стержня используется полностью.
Современные методы расчётов определают нужное количество опорных стержней с оптимальной точностью.
Методы расчета несущей способности свай
Несущая способность свай рассчитывается с учетом следующих факторов:
- Материал сваи (деревянный столб, железобетонный стержень, буронабивная конструкция и другие);
- Одиночная опора или свайная группа;
- Положение опор в грунте (висячая конструкция, кустовое расположение, свая на плотном грунтовом основании);
- Характеристика свойств грунта (плотность, структура почвы, пучинистость, глубина промерзания, уровень грунтовых вод).
При подсчёте несущей способности свайного поля, суммируют показатели несущей способности отдельных опорных стержней.
Монтаж бетонных свай
Однако следует учитывать, что при чрезмерном количестве опорных стержней, общая несущая способность свай будет сокращаться за счёт уменьшения силы бокового трения грунта о свайный стержень. Может возникнуть ситуация, при которой опоры могут продавить слабое грунтовое основание.
При определении несущей способности опор используют три метода:
- Теоретический метод, основанный на применении формул и таблиц СНиП 11-17-77;
- Динамический метод получения результатов опытной забивки свай;
- Пробный метод статической нагрузки опор и исследования грунта.
Рассмотрим все три метода исследования несущей способности опорных стержней.
Теоретический метод
Сваебойная машина для проверки несущей способности свай
Разрабатывая проектную документацию, специалисты часто применяют теоретический метод подбора конструкций опор. Он заключается в анализе вертикальной съёмки грунта по месту привязки генерального плана строительства объекта, общей нагрузки на свайное основание.
Учитывая равномерность залегания однородных грунтов, уровня грунтовых вод под стройплощадкой, с помощью формул и таблиц СНиП определяется несущая способность стержня. Определают материал опор, частоту распределения их по свайному ростверку.
Помимо этого выбирают способ забивки опор, вид механизма, массу его молота. Например, масса ударной части молота должна быть не менее общего веса сваи. Если длина сваи более 12 метров, то масса молота будет составлять 1,25 массы стержня. Когда опорный стержень забивают в плотный грунт, то используют сваебойную машину с массой ударной части молота равной 1,5 всей массы опорного стержня.
Зазор между боковой поверхностью конца сваи и стенкой оголовника не должен быть больше одного сантиметра.
Пример расчёта несущей способности буронабивной сваи
Буронабивная свая
Буронабивная свая представляет собой обсадную трубу, погруженную на глубину до проектной отметки, Трубу заполняют бетоном. Такие трубы применяют при строительстве крупных промышленных объектов с повышенными эксплуатационными нагрузками. Максимальный диаметр трубы достигает 1,5 метра, а максимальная длина бывает около 40 метров.
Расчёт несущей способности сваи по материалу производят, используя результаты статического зондирования.
Согласно СНиП, несущая способность свай определяется по формуле:
R (сопротивление грунта под подошвой сваи) = 800 кПа;
А (площадь поперечного сечения обсадной трубы) = 0,6 м2;
u (периметр поперечного сечения опоры) = 2,7 м;
fi (среднее сопротивление боковой поверхности опоры);
hi (толщина слоя грунта);
Σ γcf ∙ fi ∙ hi (табличное значение СНиП) = 230
В итоге получим результат:
Несущая способность свай буронабивного вида в данных условиях будет равна 102,1 т.
Динамический метод
Забитые опорные стержни в песчаный грунт и выдерживают 3 суток. Опоры в глинистой почве выдерживают 6 суток. Потом приступают к динамическим испытаниям. Посмотрите видео, как проводятся испытания динамическим методом.
Это объясняется тем, что возникает ложный отказ и засасывание опорных стержней. После серии ударов по оголовнику, опора перестаёт погружаться в основание. Через несколько суток опора опять продолжает погружаться под ударами молота. Такое явление называют ложным отказом.
Ложный и истинный отказы свай
Происходит ложный отказ при погружении опор в грунтовое основание средней плотности из-за частых ударов молота.
Вокруг конца опорного стержня образуется грушевидное уплотнение почвы, которое оказывает повышенное сопротивление продвижению сваи вглубь.
За время остановки забивки опор на несколько суток, уплотнение вокруг свайного стержня рассасывается за счёт медленного отжима воды из этой области. При возобновлении забивки, свая продолжает погружаться. Весь процесс повторяют, пока опора не займёт своё проектное положение.
Погружение свай в глинистую почву может вызвать её разжижение, то есть происходит нарушение грунтового основания. Такое нарушение вызывает поднятие грунтовой воды вверх вдоль ствола опоры.
Это значительно уменьшает сопротивление почвы погружению сваи. Происходит засасывание опоры. Погружение сваи прерывают. Через несколько суток сопротивление основания восстанавливается. Забивку свай продолжают до полной установки.
Посмотрите видео, как монтировать сваю до проектного положения.
Пробный метод
Испытывая опоры статическими осевыми нагрузками, можно определить несущую способность свай. Применяют этот метод к монолитным, набивным сваям и сваям-оболочкам.
Нагружают опору испытательными грузами двумя способами:
- Ступенчатый. Постепенно увеличивают груз;
- Циклические нагрузки. Несколько раз опору нагружают и затем постепенно освобождают от груза.
Пробные нагрузки помещают на специальную площадку, установленную на оголовке опоры. По мере увеличения грузов, индикаторы фиксируют степень осадки опоры. Индикаторы отмечают осадку с точностью до 0,1 мм. Затем площадку разгружают и демонтируют. Через некоторое время всю операцию повторяют.
Испытание сваи гидравлическим молотом
Испытывают опоры также с помощью анкерных свай и гидравлических домкратов. Вокруг испытуемого образца погружают несколько анкерных свай, на которые устанавливают специальную конструкцию Конструкция, скреплённая с анкерными опорами, служит упором для гидравлического домкрата.
Домкрат, упираясь в площадку, создаёт нужное давление на оголовок сваи. Нагрузку увеличивают ступенчато, добавляя каждый раз 0,1 предельного сопротивления опоры. Загружать сваю продолжают, пока величина осадки не достигнет 40 мм.
Очередной раз увеличивают давление лишь тогда, когда осадка прекращается от предыдущей нагрузки.
Прекращение осадки наступает в том случае, когда в течение 2 часов индикаторы показывают погружение не более 0,2 мм в песчаной и 0,1 мм в глинистой почве.
На основе специальной расчётной методики и разных способов измерений, определают несущую способность опоры. Все изменения величины осадки во времени фиксируют в журнале. На основании материала исследований, строят график изменения величины осадки в зависимости от увеличения нагрузки.
Задача статьи состоит в том, чтобы донести до читателя в популярной форме суть методик определения несущей способности свайных конструкций. Поэтому статья не загружена сложными графиками и громоздкими формулами.
Испытания динамическим и пробным методами свай проводят в основном там, где на местности нет возможности произвести точные геолого-изыскательские работы.
В обжитых районах страны местность, как правило, тщательно обследована изыскательскими организациями. В местном управлении архитектуры всегда можно получить копию вертикальной съёмки грунта стройплощадки. Применяя метод теоретического расчёта, можно определить несущую способность свайного основания, не прибегая к испытательным методам.
Источник: http://FundamentAya.ru/dop/raschet/nesushhaya_sposobnost_svai.html
Несущая способность сваи | Устройство свайного поля
Инфо Несущая способность сваи
В зависимости от типа грунта используют разные опоры для фундамента. Они делятся на сваи-стойки и висячие. Первые погружаются непосредственно в землю и передают давление от дома к грунту. Висячие опоры удерживают конструкцию благодаря трению, которое возникает между землей и их поверхностью.
Зачем нужно рассчитывать показатели максимальных нагрузок свай
Во время определения несущей способности опоры обязательно учитывают особенности материала, из которого она сделана, а также тип грунта, куда устанавливается основа для фундамента. Как правило, это показатели сопротивления конструкции действию нагрузки в вертикальном положении. Данный параметр учитывают при закладке фундамента, который имеет низкий ростверк.
Устройство свайного фундаментного поля требует высокой степени организации работ и тщательного контроля за качеством их выполнения. Для этого предварительно необходимо разработать проект производства установки опор. Затем следует строго соблюдать его технологическую последовательность выполнения и организовать контроль полевых работ.
Расчет несущей способности сваи
В практике строения фундамента используют сразу несколько методов, с помощью которых определяется максимальная несущая способность сваи. Первый — теоретический, рассчитывается по формулами и таблицам из СНиП. Динамический метод подразумевает использование пробных свай.
Это испытание осуществляется посредством ударов молота по опорам, после чего фиксируются показатели осадки. Суть статического метода зондирования заключается в регистрации нагрузок на поверхности сваи, а также у ее основания. Осуществляется посредством применения датчиков.
Определение несущей способности свай по материалу и грунту
- где с – коэффициент условия работы сваи = 1;
- — коэффициент продоль-ного изгиба = 1;
- < 1 для свайных фундаментов с высоким ростверком.
Прочность ствола сваи должна быть обеспечена на всех этапах выполнения работ:
| складирования |
| складирования |
| транспортировки |
Прочность при забивке свай, прежде всего, обеспечивается правильным выбо-ром сваебойного оборудования:
1.Несущая способность сваи по грунту основания
Грунт, окружающий ствол сваи может воспринимать, как правило, значи-тельно меньшую нагрузку. Необходима проверка несущей способности. Для свай – стоек и висячих свай несущая способность по грунту определяется по разному.
1). Несущая способность свай – стоек.
2). Несущая способность висячих свай (свай трения).
N0,Nб – сопротивление сваи, соответственно под острием и по боковой по-верхности.
Р – расчетная нагрузка, допускаемая на сваю.
где R – расчетное сопротивление грунта сваи под острием; u – периметр сваи; fi – расчетное удельное сопротивление грунта по боковой поверхности сваи; Li — мощность i слоя грунта, где действует fi
Несущая способность сваи, полученная расчетом, часто оказывается ниже фактической, найденной по испытаниям. Данное обстоятельство объясняется тем, что в расчетах используются осредненные табличные значения величин fi , что является приближенным.
Для определения истинной (фактической) несущей способности сваи реко-мендуется проводить испытания свай непосредственно на площадке строительства. Обычно под пятном застройки здания (сооружения) перед производством работ проводятся испытания 1 или 2 свай.
Б) Испытания свай динамическим методом
1. Явления, происходящие в грунте при забивке сваи.
Отказ при забивке свай. Понятие об истинном и ложном отказе.
Величина погружения сваи при ударе (забивке) носит название отказ. При погружении свай через песчаные грунты величина отказа с глуби-ной резко уменьшается и в некоторых случаях может достигнуть нуля.
Для увеличения отказа сваи необходимо предоставить отдых, т.е. остано-вить забивку на 3…5 дней. За это время в около свайном пространстве восстанавливается поровое давление, грунтовая вода снова подходит к стволу сваи, трение снижается и сваю можно снова добивать т.к. отказ увеличивается относительно первоначальной величины, полученной до отдыха.
Такой же эффект может быть получен при добавлении воды в около свайное пространство во время забивки. При погружении свай через водонасыщенные глинистые грунты величина отказа с увеличением глубины забивки может увеличиваться и свая как бы проваливается в водонасыщенное основание.
Отказ (е) сваи во время забивки получил название «ложный».
Отказ (е) сваи после отдыха – «истинный».
Получение истинного отказа сваи в глинистых грунтах приводит к увеличению ее несущей способности. Исследования в этом направлении были проведены Новожиловым (ПГУПС).
Рнач – начальная несущая способность сваи в момент забивки;
Рmax – максимальная несущая способность сваи;
Т – период относительно быстрого возрастания несущей способности сваи;
t1, t2 – время испытания сваи;
Р1, Р2 – несущая способность сваи, соответственно в момент времени t1 и t2.
m – коэффициент, учитывающий скорость засасывания сваи.
Насколько повышается несущая способность сваи после отдыха?
В супесях – в 1,1…1,2 раза
В суглинках – в 1,3…1,5 раз
В глинах – в 1,7…6 раз
Т = (3…6) недель
В 1911 г. профессор Н.М. Герсеванов предложил формулу для определения несущей способности свай динамическим способом:
QH = A+B+C
QH – работа свайного молота;
A= Pe – работа, затраченная на погружение сваи;
В = Qh – работа упругих деформаций (подскок свайного молота);
С= QH – потерянная работа (трение, смятие, нагрев и т.д.).
QH = Pe + Qh +QH
Р – сопротивление сваи погружению (несущая способность сваи);
— коэффициент, учитывающий потерю работы.
В результате получаем квадратное уравнение, решение которого можно представить в виде:
А – площадь поперечного сечения сваи;
е – действительный отказ сваи;
Q – вес ударной части молота;
q – вес сваи;
n – коэффициент, учитывающий упругие деформации (150 т/м2 – для ж/б сваи).
Практически, при проектировании эту формулу используют для определения величины отказа (е), определив заранее расчетом величину (Р).
| Достоинства | Недостатки |
| 1. Простота | 1. Не точные результаты для глини-стых грунтов |
| 2. Малая стоимость |
В). Определение несущей способности свай статической нагрузкой
Принципиальная схема испытаний
- 1 Испытуемая свая
- 2 Анкерные сваи
- 3 Домкрат
- 4 Балка
Нагрузка прикладывается ступенями по 5 т.
Каждая ступень выдерживается до полной стабилизации осадки, определяемой прогибомерами с точностью до 0,1 мм.
По данным испытаниям строятся 2 графика.
г). Определение несущей способности свай методом зондирования
Зонд может погружаться:
— вдавливанием (статическое зондирование);
— забивкой (динамическое зондирование).
Робщ = Рост + Рбок
По данным зондирования можно судить о несущей способности сваи, а также с использованием эмпирических формул определять модуль общей деформации грунта Е0.
Преимущество данного метода – малая стоимость, возможность проведе-ния большого количества испытаний.
д). Явление отрицательного трения
Данное явление возникает при слоистом напластовании грунтов с наличием слабых прослоев. При наличии распределенной нагрузки будут деформироваться все слои грунта.
Перемещение грунта вниз относительно ствола сваи вызовет дополнительное загружение её трением — отрицательное трение. Сваи начинают держать окружающий грунт, а не наоборот.
Значительные исследования в этом направлении выполнены Ю.В. Россихиным.
Источник: http://himmashstroi.ru/info/nesuchaya-sposobnost-svai
8.2. РАСЧЕТ СВАЙ И СВАЙНЫХ ФУНДАМЕНТОВ
Библиотека / Сорочан Е.А. Основания, фундаменты и подземные сооружения / Глава 8. Проектирование свайных фундаментов
Сваи и свайные фундаменты рассчитывают по предельным состояниям двух групп.
По предельным состояниям первой группы определяют несущую способность свай по грунту, прочность материала свай и ростверков, устойчивость свай и фундаментов; по предельным состояниям второй группы рассчитывают осадки оснований свайных фундаментов, горизонтальные перемещения свай и фундаментов, образование или раскрытие трещин в железобетонных сваях и ростверках.
8.2.1. Методы определения несущей способности свай и область их применения
Несущая способность свай на вдавливающую нагрузку определяется согласно СНиП II-17-77 следующими способами:
- – по характеристикам грунтов основания [табл. 1 и 2, формулы (4) и (7)];
- – динамическим [формулы (17) и (18)];
- – по данным статического зондирования [формулы (20) — (24)];
- – по результатам статических испытаний натурных и эталонных (инвентарных малого сечения) свай [формулы (15) и (16)].
При установленной несущей способности по формуле (1) СНиП II-17-77 вычисляется расчетная нагрузка, воспринимаемая сваей по грунту.
Для предварительного определения расчетной нагрузки на забивную сваю по характеристикам грунтов основания можно воспользоваться рис. 8.7, а по динамическому методу — таблицами приложения 5 Руководства [3]. Графики, приведенные на рис. 8.
7, составлены для забивной сваи сечением 30×30 см, расчетная нагрузка на которую определяется как сумма расчетных нагрузок, воспринимаемых нижним концом Fv1 и боковой поверхностью сваи Fv2.
Для забивных свай других сечений расчетная нагрузка определяется по формуле
Руководство по проектированию свайных фундаментовFv = 0,833Fv2up + 11,1Fv1A,
где Fv2 и Fv1 — расчетная нагрузка, воспринимаемая соответственно боковой поверхностью и нижним концом сваи сечением 30×30 см и определяемая по рис. 8.7; up, А — периметр, м, и площадь поперечного сечения, м2, нижнего конца сваи.
При прорезании сваями разнопрочных грунтов Fv1 каждого слоя грунта принимается как разность между расчетными нагрузками, соответствующими подошве и кровле слоя.
Результаты многочисленных сопоставлений несущих способностей свай, определяемых перечисленными методами, показали, как видно из табл. 8.10, что наиболее достоверным, но более дорогим и длительным методом являются статические испытания свай, наименее достоверными и наиболее дешевыми — методы динамический и по характеристикам грунтов основания.
Статические испытания натурных свай следует проводить на стадии изысканий в целях наиболее достоверного определения объемов и стоимости фундаментов в следующих случаях:
- – при количестве свай на объекте более 1000;
- – при слабых грунтах большой (более 10 м) мощности;
- – при сваях длиной более 15 м;
- – для уникальных и очень тяжелых (более 20 000 кН на колонну) зданий и сооружений;
- – для опирающихся на сжимаемый грунт свай, на которые предполагается допустить нагрузки, соответствующие прочности материала на сжатие;
- – при прорезании лессовых грунтов II типа по просадочности.
Рис. 8.7. К предварительному определению расчетной нагрузки на забивную сваю сечением 30×30 см по характеристикам грунтов основания
В лессовых грунтах II типа по просадочности статические испытания натурных свай, которые должны полностью прорезать просадочную толщу, следует проводить с длительным полным замачиванием грунтов до проявления просадок и их стабилизации.
Размеры замачиваемого котлована в плане принимаются не менее толщины слоя просадочных грунтов.
Если по каким-либо причинам проведение статических испытаний на стадии изысканий оказывается невозможным, они должны быть проведены в начальный период строительства.
Статические испытания эталонных свай следует проводить только в процессе изысканий на стадии проекта при двухстадийном проектировании и на стадии рабочей документации при одностадийном проектировании в случаях, когда предполагается проектирование свай длиной до 15 м.
Для крупных объектов испытания эталонных свай следует проводить в сочетании с натурными испытаниями свай в начальный период строительства, что дает существенный экономический эффект.
Статическое зондирование является неотъемлемой частью изысканий на всех стадиях проектирования и должно использоваться для определения несущей способности свай длиной до 15—20 м.
Динамические испытания и расчет по характеристикам грунтов основания могут использоваться только для предварительной ориентировочной оценки несущей способности свай.
Таблица 8.10. технико-экономические показатели и достоверность различных методов определения несущей способности сваи
| Метод | Единица измерения | Средняя продолжительность определения, смен | Средняя стоимость определения, руб. | Машины или оборудование | Относительная (в долях единицы) несущая способность в грунтах | |
| глинистых | песчаных | |||||
| Испытание пробных свай статической нагрузкой | 1 испытание | 6,5 | 1023 | Кран, копер, балки, компрессор, сварочный агрегат | 1 | 1 |
| Испытание производственных свай статической нагрузкой | то же | 6,5 | 543 | Кран, балки, компрессор сварочный агрегат | 1 | 1 |
| Испытание эталонных свай статической нагрузкой | –||– | 1,5 | 762 | Копер КСМ-12, балки | 0,83 | 0,76 |
| Статическое зондирование грунтов | 1 точка зондирования | 0,25 | 54 | Установка С-979 | 0,76 | 0,73 |
| Расчеты по табл. 1 и 2 СНиП II-17-77 | 1 расчет | 0,1 | 1,5—2,5 | – | 0,6 | 0,65 |
| Динамические испытания свай | 1 испытание | 0,1 | 180 | Копер | 0,62 | 0,58 |
Использование динамических испытаний оправдано в сочетании со статическими испытаниями свай для определения степени неоднородности грунтов в пределах объекта и контролирования расчетной нагрузки на производственные сваи, определяемой с учетом поправочного коэффициента, устанавливаемого в сопоставлении со статическими испытаниями.
При наличии нескольких методов определения несущей способности свай их следует использовать в следующем порядке: статические испытания натурных свай, статические испытания эталонных свай, статическое зондирование, динамические испытания, расчет по характеристикам грунтов основания. Каждый последующий метод используется для определения расчетной нагрузки при отсутствии предыдущего метода.
Для предварительной оценки целесообразности применения какого-либо вида свайного фундамента расчетную нагрузку на сваю можно принять по табл. 8.11, в которой меньшие значения расчетных нагрузок на сваи соответствуют более слабым грунтам и меньшим длинам свай, а расчетные нагрузки для буронабивных свай определены для глинистых грунтов.
Таблица 8.11. ориентировочные расчетные нагрузки на сваю
| Свая | Параметры свай | Нагрузка2, кН | ||||
| размер сечения или диаметр1, см | длина, м | прочность ствола по материалу, кН | при гравелистых крупным песках и глинистых грунтах IL = 0,0—0,1 | при песках средней крупности и глинистых грунтах с IL = 0,2—0,3 | при мелких пылеватых песках и глинистых грунтах IL = 0,4—0,5 | |
| Забивная квадратного сечения но ГОСТ 10804.1-79 | 25×25 | 4,6—6 | 660 | 500—800 | 300—400
5—10 |
150—300
3—5 |
| 30×30 | 3—12 | 1000 | 700—1000 | 300—600
10—15 |
200—400
5—10 |
|
| 35×35 | 10—16 | 1850 | 1300—1850 | 600—1200
30—60 |
350—500
15—20 |
|
| 40×40 | 13—20 | 2000 | 1400—2000 | 900—1300
35—60 |
600—800
20—25 |
|
| Полая круглая по ГОСТ 19804.5-83 и ГОСТ 19804.6-83 | 40 | 4—12 | 1060 | 600—1050 | 300—1050
30—50 |
200—800
20—30 |
| 60 | 4—12 | 1350 | 700—1350 | 400—1350
60—80 |
300—1350
30—50 |
|
| 60 | 4—12 | 2000 | 1000—2000 | 600—2000
100—150 |
400—2000
80—100 |
|
| 80 | 4—12 | 3700 | 1800—3700 | 1100—3700
200—250 |
600—3700
120—150 |
|
| Буронабивная без уширения | 50 | 10—30 | 1400 | 200—1200 | 200—1100
60—80 |
150—1000
40—60 |
| 60 | 2000 | 300—1900 | 250—1800
100—150 |
200—1800
80—100 |
||
| 80 | 3500 | 500—2800 | 400—2700
200—250 |
350—2500
100—150 |
||
| 100 | 3500 | 800—3800 | 600—3500
300—400 |
550—3300
250—300 |
||
| 120 | 8000 | 1100—4950 | 900—4500
400 |
800—4200
300 |
||
| Буронабивная с уширенной пятой | 50/120 и 50/160 | 10—30 | 1400 | 900—1400 | 650—1400
60—80 |
500—1400
40—60 |
| 60/160 | 2000 | 1700—2000 | 1150—2000
100—150 |
950—200
80—100 |
||
| 80/180 | 3500 | 2000—3500 | 1600—3500
200—260 |
1200—3500
100—150 |
1 Перед чертой указан диаметр ствола, за чертой — диаметр уширения.
2 Над чертой приведены значения вдавливающей нагрузки, под чертой — горизонтальной.
Источник: http://xn--h1aleim.xn--p1ai/sorochan/g8-2-1.html
