Товщина плитної частини фундаменту під стаканом hп повинна перевищувати 200 мм. Тоді висота фундаменту: hf = lк + 0.05 + hп, а глибина закладання підошви від підлоги з врахуванням конструкції фундаменту:

dmin = hf + 0.15 м.

Практично завжди враховуємо прив'язку фундаменту до підлоги -
150 мм. Вона визначається зручністю виконання зворотної засипки пазух ґрунтом (після влаштування фундаментів) до рівня їх верхнього обрізу;
150 мм залишається на конструкцію підлоги.

Мінімальна висота фундаменту під металеві колони визначається: довжиною анкерних болтів, які заводяться в фундамент ((10…25)da залежно від способу анкерування при можливому діаметрі анкерів da = 12…90 мм); запасом в 50…100 мм від підошви фундаменту.

Позначка верху підколонника залежить від розмірів, прийнятого способу опирання башмака і методу монтажу стальної колони (тобто, верхній обріз фундаментів може бути значно нижче підлоги, ніж для збірних залізобетонних колон, або виступати над нею. Відповідно визначається і глибина закладання підошви фундаменту. При проектуванні дна котловану необхідно враховувати, що під підошвою монолітних стовпчастих фундаментів влаштовується підготовка товщиною 100 мм із бетону класу
В 7.5 або В 10. Ця підготовка повинна виходити за межі підошви по 100 мм з кожної сторони. Для виготовлення монолітних стовпчастих фундаментів використовують бетон класу В 12.5…В 20, а в деяких випадках і В 25...В 30. За класифікацією норм [2] стовпчасті фундаменти повинні розглядатись як мілкого закладання.

5.2 Визначення основних розмірів стовпчастих фундаментів

Розміри сторони підошви стовпчастих фундаментів квадратної форми в плані визначають за формулою:

При прямокутній формі підошви зі співвідношенням сторін :

де в обох формулах ke - коефіцієнт, що враховує дію моменту. Його величина при позацентровому завантаженні фундаменту може прийматись
ke = 1.1…1.2 або визначатись за формулою:

Попередньо величину b визначають при ke = 1. Ексцентриситет е визначають без урахування конструкції фундаменту, тобто на рівні його верхнього обрізу:

При величині e b/30 приймають ke = 1.

Значення R розраховують за формулою Е.1 додатку Е норм [2]. Для першого розрахунку можна використовувати величину R0. Визначення b проводять методом поступового наближення, як це зроблено при розрахунку стрічкових фундаментів (див. п.3.5).

Розглянемо визначення основних розмірів та конструювання стовпчастих фундаментів на прикладі.

5.3 Розрахунок монолітного стовпчастого фундаменту під збірну колону

Навантаження на збірну залізобетонну колону перерізом 400400 мм в рівні верхнього обрізу фундаменту складає:

NII = Nn = 1170 кН, МІІ = Мn = 91 кНм, QII = Qn = 17 кН.

Ґрунтові умови майданчика та якість ґрунтів приймаємо як для прикладу стрічкового фундаменту (див.п.3.5). Мінімальна глибина закладання підошви фундаменту dmin = 1.2 м.

Необхідна мінімальна висота фундаменту: hf = 0.40 + 0.05 + 0.20 = 0.65 м.

При такій висоті фундамент буде спиратися на насипний ґрунт ІГЕ-1, що залягає до глибини 1.0 м. Це недопустимо. Тому приймаємо d = 1.2 м (з врахуванням бетонної підготовки товщиною 100 мм, d = 1.2 + 0.1 = 1.3 м).

Приймаємо квадратний стовпчастий фундамент. Призначаємо для попереднього розрахунку R = R0 = 225 кПа (див. вихідні дані для прикладу стрічкового фундаменту в п. 4.2) та ke = 1.

Тоді ширина фундаменту:

= 2.41 м.

Розрахунковий ексцентриситет е = 91/1170 = 0.078 м.

Допоміжна величина b/30: 2.41/30 = 0.0803 м.

Так як e = 0.078 м < b/30 = 0.0803 м, приймаємо ke =1.0.

Розрахунковий опір несучого шару ІГЕ-2 (див. п.3.5):

232.0 кПа.

Уточнюємо ширину фундаменту:

2.37 м.

Величина b2 відносно b1 змінилась:

.

Приймаємо ширину підошви фундаменту кратною 100 мм. Для квадратного фундаменту b = 2400 мм. Тут також необхідно зауважити, що раніше рекомендувалось приймати ці розміри кратними 300 мм.

Зауваження. При виборі форми підошви стовпчастого фундаменту враховують величину моменту, що передається на його верхньому обрізі з врахуванням значення коефіцієнту ke, а також форми поперечного перерізу колони: а) при квадратному перерізі перевагу віддають квадратним фундаментам; б) при прямокутному перерізі і форму фундаменту переважно приймають прямокутною. Співвідношення сторін підошви фундаменту приймають = 1.1…1.5 (інколи, при дуже великих розмірах колони або великому моменті до = 2.0).

У випадку спеціальних опор круглого перерізу підошва фундаментів може бути круглою або у вигляді багатокутника.

Конструювання виконуємо, оцінюючи співвідношення розмірів підколонника та підошви фундаменту і його висоти. В даному випадку висота фундаменту:

hf = d - 0.15 = 1.20 - 0.15 = 1.05 м.

Розміри поперечного перерізу підколонника та глибину стакану визначаємо з урахуванням конструктивних вимог, що наведені на рис. 30.



Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 30. Конструкція підколонника та його армування: а - геометричні розміри; б - армування підколонника; в - поперечний переріз підколонника

Потрібно мати на увазі, що зі зміною перерізу колони, будуть відповідно змінюватись і розміри підколонника.

Для фундаменту, що розглядається, підколонник має розміри 900900 мм при товщині стінки стакану 200 мм. На практиці товщина стінки стакану встановлюється розрахунком.

При ширині фундаменту 2400 мм консолі плити складуть: (2400-900)/2=750 мм. Кількість ступеней звичайно для стовпчастих фундаментів під колони промислових чи цивільних будівель і споруд приймається в межах 1…3.

При цьому необхідно враховувати, що мінімальна висота ступенів залежно від розмірів фундаменту приймається 250…300 мм.

Примітка. В європейській практиці фундаменти невеликої висоти часто виконують одноступінчастими з тим, щоб полегшити їх влаштування.

Звичайно максимальна довжина (виліт) першої консолі а1 пов'язана з її висотою hc1: повинна виконуватись умова a1 / hc1 2 (за цих умов армування плитної частини буде раціональним). Інші консолі можуть мати це співвідношення до 1…2.

Размещено на http://www.allbest.ru/

При висоті першого ступеня для фундаменту, що розглядається, hc1 = 300 мм, її довжина 3002 = 600 мм. Залишається 750 - 600 = 150 мм. За цих умов другий ступінь влаштовувати недоцільно. Тому приймаємо одноступінчатий фунда-мент товщиною плитної частини 400 мм (тоді 4002 = 800 мм > 750 мм, умова виконується). Основні геомет-ричні розміри фундаменту показані на рис. 31.

Для замонолічування колони в стакані використовують бетон класу не нижче В 12.5. Існує й інша можливість призначення розмірів підколонників фундаментів під колони, коли використовують типові рішення фундаментів.

Зберемо вертикальні навантаження в рівні підошви фундаменту (табл. 34).

Таблиця 34. Збір вертикальних навантажень в рівні підошви стовпчастого фундаменту

Номер п/п	Вид навантаження	Формула визначення і розрахункова величина для визначення навантаження на 1 м погонний	NiII, кН
1	На верхньому обрізі фундаменту	NII	(за завданням)=	1170
2	Тіло фундаменту	NfІІ	(Afh1+Aпідhпід)mt = (2.42.4 0.4+0.90.90.65)25.0=	70.8
3	Конструкція підлоги	NmgІІ	hпід Af під=0.152.42.422.0 =	19.0
4	Ґрунт засипки на уступах фундаментної плити	NsІІ	(Af - Aпід)hпідmt =(2.42.4-0.90.9)0.6517.5=	56.3
Всього вертикальне навантаження NII:	1316.1 кН

Величини МІІ і QІІ в рівні підошви фундаменту відповідно складуть:

МІІ = МІІ +QІІ hf = 91.0 + 171.05 = 108.9 кНм;

QІІ = QІІ = 17 кН.

Зауваження:

При розрахунку ваги від конструкції підлоги вважаємо, що товщина бетонної підлоги 100 мм. Вона влаштована по гравійній підготовці. Середня питома вага конструкції під = 22.0 кН/м3. Переріз колони не вираховуємо (дуже мала величина: А = 0.16 м2).

За реальних умов проектування навантаження, що діють на фундамент, часто визначають на позначці рівня підлоги 0.000 м.

Горизонтальний тиск ґрунту на фундамент не розглядаємо, оскільки він передається рівномірно з усіх сторін.

При реальному проектуванні враховують можливість розташування в межах плями фундаменту обладнання та матеріалів (звичайно ця величина приймається для промислових будівель 10 кН/м2).

Загальне уявлення про конструкцію типових підколонників може дати табл. 35.

Середній тиск на підошві фундаменту:

228.5 кПа.

Розрахунковий опір R суглинків ІГЕ-2 для прийнятих розмірів фундаменту:

231.9 кПа.

Умова = 228.5 кПа < R = 231.9 кПа виконується.

Недонапруження на підошві фундаменту складає:

.

Конструкція фундаменту за середніми напруженнями задовільна.

Таблиця 35. Розміри підколонників фундаментів під колони для одноповерхових виробничих будівель за серією 1.412-1/77

Поперечний переріз колон, мм	Поперечний переріз підколонника, мм	Розміри стакану, мм
		глибина	ширина
400400	900900	800	500500
500500	12001200	800	600600
600400		900	700500
600500		800	700600
800400	12001200	900	900500
800500		900	900600

Примітка. Глибина стакану, дана під типові колони, в індивідуальних проектах може змінюватись

Крайові напруження на підошві фундаменту:

кПа,

де момент опору підошви фундаменту:

м3,

max = 228.5 + 47.2 = 275.7 кПа,

min = 228.5 - 47.2 = 181.3 кПа > 0 відрив підошви фундаменту не відбувається.

Умова = 275.7 кПа < 1.2 R = 278.3 кПа виконується.

Недонапруження:

.

Конструкція фундаменту і за крайовими напруженнями підібрана задовільно.

Розрахунок стовпчастих залізобетонних фундаментів студенти виконують при виконанні курсового проекту із залізобетонних конструкцій. Тому, щоб уникнути повтору, звернемо увагу на особливості такого розрахунку:

1. Виконують розрахунок на продавлювання. Він вказує на достатність прийнятої висоти фундаменту, як це показано вище для стрічкового монолітного залізобетонного фундаменту (див. п. 4.2, рис. 27). Проте, тут використовують різні розрахункові схеми, залежно від того проектується фундамент «стаканного» типу (під збірні залізобетонні колони) чи конструкція фундаменту прийнята монолітною, що з'єднана з монолітною залізобетонною колоною або металевою колоною. При наявності монолітного фундаменту призма продавлювання колоною приймається від верхнього обрізу фундаменту або обрізу верхнього ступеня при високому підколоннику. Для стаканного фундаменту призма продавлювання будується від низу стакану, хоча продавлююче зусилля визначається з урахуванням часткової передачі навантаження через стінки колони в межах самого стакану. Товщина захисного шару бетону приймається як і для стрічкових фундаментів.

2. Визначають переріз арматури в нижній частині фундаментної плити за методикою, що розглянута для фундаментних залізобетонних плит стрічкового фундаменту (див. п. 4.2, рис. 28).

Окрім того ведуть розрахунок плитної частини фундаменту на поперечну силу та на зворотний момент. Для підколонника ведуть розрахунок поперечних перерізів та виконують перевірку на місцеве зім'яття.

Також виконується розрахунок фундаментів на утворення та розкриття тріщин в плитній частині та в підколоннику. В разі необхідності, за цими розрахунками уточнюють конструкцію фундаменту. При виконанні реальних розрахунків можна використовувати додатково довідкову літературу [31] та посібники [29, 33, 34, 35].

Розділ 6. Розрахунок пальових фундаментів

6.1 Загальні вимоги до розрахунку пальових фундаментів

За сучасних умов при будівництві висотних будівель та споруд, що передають значні навантаження, широко використовують пальові фундаменти. Вони дозволяють передавати навантаження на більш глибокі шари ґрунту, що підвищує їх несучу здатність порівняно з фундаментом неглибокого закладання, та мають значно менші деформації основи. Якщо при новому будівництві раніше використовували тільки забивні палі, то тепер значне поширення мають буронабивні, буроін'єкційні та вдавлювані палі. До того ж на забудованих територіях, коли можливий вплив нового будівництва на сусідні будівлі і споруди, використання буронабивних і вдавлюваних паль, що не мають динамічного впливу на основу при влаштуванні, є обов'язковим.

Останнім часом широке використання знайшла нова технологія влаштування буроін'єкційних паль, при якій через порожнинний шнек, що заглиблений на проектну глибину, під тиском подається бетонна суміш, яка створює стовбур палі. Армування цієї палі забезпечується заглибленням арматурного каркасу в тільки що влаштований стовбур. Такі палі отримали назву „буроін'єкційні палі великого діаметру” (більше 0.40 м). Їх виготовляють за допомогою станків фірми “Бауер” та ін.

Розрахунок пальових фундаментів полягає в попередньому визначенні несучої здатності одиночної палі прийнятих розмірів, як за несучою здатністю ґрунтів основи, так і за несучою здатністю матеріалу палі (остання повинна бути вищою), та встановленні необхідної кількості паль у складі пальового фундаменту. Ці розрахунки виконуються за І-ю групою граничних станів (за несучою здатністю основи та матеріалу паль).

Несуча здатність палі для реальних об'єктів визначається, як правило, за даними випробування паль статичним навантаженням [15]. В окремих випадках норми [5] дозволяють визначити остаточно несучу здатність забивних та вдавлюваних паль за результатами випробування еталонної палі чи інвентарної випробувальної палі-зонду ІВП-127 (ИИС-127). Точність визначення (відхилення) цих методів, порівняно з даними статичних випробувань, у межах 5…10%, що допустимо для практики. За даними статичного зондування визначають попередню величину несучої здатності паль (вона має точність до 10…25%), яка повинна контролюватись за даними випробування статичним і (або) динамічним навантаженням. Ці методи потребують даних реальної оцінки несучої здатності основи паль, яку при курсовому проектуванні відтворити важко.

Примітка. Конструкція палі-зонду ІВП-127 створена на кафедрі основ і фундаментів КНУБА, як і методика її випробування. Вона знайшла широке використання на практиці в Україні та за її межами.

В той же час, норми [5] рекомендують для визначення несучої здатності всіх видів паль теоретичні формули, що враховують табличні значення опору ґрунту під нижнім кінцем палі та по її бічній поверхні. Таке визначення несучої здатності паль є досить наближеним (точність до 50%), а тому використовується при реальному проектуванні для попереднього призначення параметрів паль та величини допустимого розрахункового навантаження на палю. Цей метод і використовується в курсовому проектуванні, як найбільш доступний.

Окрім розрахунку паль на вертикальне навантаження їх розраховують і на горизонтальне навантаження. Такі розрахунки виконують для утримуючих конструкцій. В цивільному та промисловому будівництві використовують переважно фундаменти з низьким ростверком, при якому весь пальовий фундамент заглиблюється в ґрунт. Пальові фундаменти з високим ростверком (він влаштовується над поверхнею ґрунту) мають значно меншу область використання.

6.2 Порядок розрахунку пальових фундаментів

На практиці такі розрахунки є складнішими за розрахунки фундаментів неглибокого закладання і займають значний об'єм. Тому в курсовому проекті передбачено мінімальний об'єм розрахунків, що забезпечують засвоєння основних положень проектування пальових фундаментів. Цей розрахунок виконується для трьох перерізів для безпідвальної будівлі, що розглядалася для фундаментів неглибокого закладання (або для випадку, коли підвал розташовано під всією будівлею). Тому вихідні дані для проектування пальових фундаментів зберігаються, як і повністю використовується оцінка ґрунтових умов. Тип паль, що розраховуються, приведено в завданні.

Розрахунок пальових фундаментів по кожному перерізу включає:

· визначення навантажень на пальові фундаменти за І групою граничного стану;

· встановлення глибини закладання підошви ростверку та конструкції пальового фундаменту;

· характеристику паль, що приймаються при проектуванні;

· дослідження зміни несучої здатності паль двох перерізів із глибиною для ґрунтових умов майданчика (з таблицями, графіками, висновками);

· розрахунок несучої здатності одиночної палі прийнятих розмірів (необхідно обґрунтувати розміри палі, скласти розрахункову схему, визначити несучу здатність та допустиме розрахункове навантаження на палю);

· розрахунок пальових фундаментів за окремими перерізами;

· визначення розташування паль у плані (для заданих перерізів), складання ескізу пальового поля;

· розрахунок та конструювання ростверків (для заданих перерізів, визначити армування, при необхідності виконати перевірку ростверку на продавлювання, скласти ескізи та замаркувати ростверки);

· виконання перевірки пальових фундаментів за несучою здатністю (для всіх перерізів, привести ескіз ростверку, збір навантажень та перевірку навантаження на одиночну палю). В разі її невиконання, внести зміни в конструкцію фундаменту з обґрунтуванням необхідних додаткових розрахунків.

Такий порядок розрахунку в цілому зберігається для стрічкових, стовпчастих та плитних пальових фундаментів і збігається з порядком реального проектування [39].

6.3 Глибина закладання підошви ростверку

При попередньому призначенні глибини закладання ростверку необхідно врахувати конструктивні особливості будівлі, її підземної частини, розміри поперечного перерізу паль, можливу конструкцію ростверку та те, що палі вигідно використовувати при мінімальному об'ємі земляних робіт. При цьому тільки для слабонавантажених фундаментів необхідно враховувати вплив глибини промерзання ґрунтів та можливість морозного здимання (випинання) фундаментів.

При наявності залягання з поверхні слабких ґрунтів (рослинного шару, заторфованих та замулених ґрунтів) необхідно призначити глибину з повною виїмкою цих ґрунтів або їх заміною на ґрунтову подушку, щоб забезпечити нормальне бетонування ростверку в період будівництва та добру якість підготовки під підлогу, мощення та їх нормальну експлуатацію в подальшому. Слабкі шари ґрунту, що залягають на глибині, при призначенні глибини закладання ростверку не враховують.

Для цивільних будівель і споруд при призначенні глибини закладання ростверку необхідно забезпечити нормальну конструкцію цокольної частини та можливість прокладення вводів і виводів водонесучих мереж (на це вказано в розділі “Визначення мінімальної глибини…” - див. п.3.1). На практиці з метою економії об'єму фундаментних стін під внутрішні стіни інколи зменшують кількість рядів блоків, а пальові фундаменти влаштовують з високими ростверками. Проте, такі рішення на практиці себе не завжди виправдовують.

Для панельних будинків можливе використання й інших рішень. При курсовому проектуванні необхідно приймати конструкцію пальового фундаменту із ростверку і стінових блоків. Така конструкція, з одного боку, є найпростішою, а з другого - використання стінових блоків вже розглянуто при розрахунку фундаментів неглибокого закладання, що спрощує виконання проектної роботи студентом.

При проектуванні пальових ростверків рівень їх підошви спочатку приймається наближено з використанням таких загальних підходів. Для стрічкових фундаментів товщина плити ростверку приймається за умови заведення голови палі в ростверк. Тобто мінімальна товщина буде дорівнювати розміру сторони поперечного перерізу (діаметру) палі з прибавкою 50 мм, тобто hr = d + 0.05 м. Це означає, що мінімальна товщина ростверку за реальних умов повинна складати 350…450 мм. Окрім цієї плити необхідно влаштувати ще цокольну частину будівлі. При цьому вимоги по її “прив'язці”, що викладені вище в п.3.3, зберігаються. Ширина ростверку для визначення несучої здатності палі не має практичного значення. Вона уточнюється при розрахунку пальового стрічкового фундаменту, коли визначається рядність паль.

Розглянемо приклад попереднього призначення розмірів пальового стрічкового фундаменту. Відомо, що положення верхнього обрізу фундаменту при “прив'язці” складає 0.4 м від поверхні, а для фундаменту використовують палі перерізом 300 х 300 мм. При цьому потужність рослинного шару h1 = 0.5 м, а нижче залягають тверді супіски, що рекомендовані в якості несучого шару для фундаментів неглибокого закладання. Будинок опалюваний. Характер прокладання водонесучих мереж до будинку приймати до уваги не будемо, як не будемо розглядати конструкцію підлоги в межах першого поверху та необхідність прокладення тут технічних (підпільних) каналів.

Тоді мінімальна товщина ростверку: hr = 0.30 + 0.05 = 0.35 м.

Приймаємо в першому наближенні hr = 0.40 м. По верху ростверку влаштовуємо один ряд цокольних блоків. Складаємо ескіз стрічкового фундаменту (рис. 32). Глибина котловану в даному випадку складає: hк = 0.6 + 0.4 - 0.4 = 0.6 м. Тут перші величини в сумі складають повну висоту фундаменту з ростверком, а від'ємна величина - цокольна частина вище рівня оточуючої поверхні ґрунту.

Для стовпчастих пальових фундаментів глибина закладання підошви ростверку встановлюється як для фундаментів неглибокого закладання. При цьому враховується положення верхнього обрізу на позначці - 0.150 м, заглиблення збірної колони чи заведення монолітної залізобетонної колони в тіло фундаменту, а для збірних ще й мінімальна товщина нижче торця колони 200 мм та 50 мм на підливку цементним розчином в стакані. Для металевих колон положення верхнього обрізу ростверку залежить від розмірів бази та її прийнятого положення відносно підлоги.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Для стовпчастих пальових фундаментів товщина плитної частини також повинна призначатись мінімально hг = d + 0.05 м. Але конструкція цього фундаменту в нижній частині багато в чому залежить від розмірів ростверку в плані (кількості паль в фундаменті) та навантаження, що передається колоною на фундамент. Тобто розрахунок на продавлювання ростверку колоною визначає товщину плитної частини ростверку. Підколонна частина за конструкцією пов'язана із загальним рішенням будівлі. Як і фундаменти неглибокого закладання, стовпчасті пальові фундаменти можуть мати низький або високий підколонник. Тому в курсовому проекті конструкція верхньої частини ростверку приймаємо як для цього ж перерізу при розрахунку стовпчастого фундаменту (неглибокого закладання).

Для висотних будівель, димових труб, водонапірних веж та ін. пальові фундаменти можуть конструюватись як плитні. Розміри плитних ростверків в плані визначаються положенням будівлі або споруди та потрібною кількістю паль для даного фундаменту. В цих випадках при реальному проектуванні товщина плитної частини складає 0.6…1.2 м, а в окремих випадках навіть 1.2…1.8 м. При цьому положення низу ростверку визначається з урахуванням конструктивних та технологічних особливостей будівлі або споруди. Тут рішення пальових фундаментів завжди носять індивідуальний характер.

Останнім часом палі використовують не тільки як фундаменти, а й як конструкції огородження. Глибина котлованів, стінки яких закріплюються пальовим рядом, може досягати 10...15 м і навіть більше. Для сприйняття горизонтального тиску ґрунту, такі палі додатково закріплюються ґрунтовими анкерами. Отже, область використання паль і пальових фундаментів невпинно зростає.

6.4 Дослідження зміни несучої здатності паль в залежності від їх параметрів

6.4.1 Загальні дані

Інженеру-початківцю, а тим більше студенту, важко приймати рішення з вибору типу паль, їх перерізу та довжини, виходячи з діючих навантажень та інженерно-геологічних даних будівельного майданчика. Як показує практика, орієнтація тільки на зміну розрахункового опору ґрунту під нижнім кінцем палі та бічній поверхні за глибиною є недостатньою для вибору раціональних розмірів паль. Тому для обґрунтованого, самостійного рішення студент виконує дослідження зміни несучої здатності паль різних перерізів за глибиною. Це завдання наближене до наукового пошуку, а тому розглянемо і інші загальні вимоги до побудови цього розділу.

Завдання: Дослідити несучу здатність одиночної забивної (буронабивної та ін.) палі для ґрунтових умов будівельного майданчика в залежності від її поперечного перерізу та глибини влаштування.

Спосіб дослідження: аналітичний, з використанням нормативних вимог.

Мета дослідження: розширити уяву початківців-проектувальників про характер зміни несучої здатності паль при зміні її параметрів та забезпечити підбір раціональних розмірів паль для проектування пальових фундаментів відповідно до завдання на курсовий проект.

Додаткові умови: допускається спрощений підхід у визначенні несучої здатності за глибиною. При використанні ЕОМ обмеження по спрощенню можуть бути скорочені або зняті повністю.

6.4.2 Вихідні дані та розрахункова схема для визначення несучої здатності одиночної палі

Розглянемо порядок виконання вказаного дослідження:

Вихідні дані для дослідження. Повинні бути наведені ґрунтові умови та глибина котловану. Розглянемо це на окремому прикладі. Інженерно-геологічні умови будівельного майданчика характеризуються горизонтальним заляганням таких інженерно-геологічних елементів (ІГЕ), надаючи їх опис близьким до виробничого:

ІГЕ-1 - рослинний шар ґрунту, потужністю 1.0 м, який в якості природної основи використовувати не рекомендується;

ІГЕ-2 - супісок пилуватий, світло-жовтого кольору, алювіальний, тугопластичний - IL = 0.40, потужністю 2.4 м;

ІГЕ-3 - пісок дрібний, алювіальний, кварцевий, світло-сірий, однорідний, середньої щільності, низького ступеня вологості, потужністю 3.4 м;

ІГЕ-4 - суглинок пилуватий, голубувато-сірий, алювіальний, з плямами та розводами окислів заліза, тугопластичний, з IL= 0.30, пройденою потужністю 8.2 м.

Нормативні та розрахункові показники фізико-механічних характеристик окремих ІГЕ для даного майданчика попередньо визначені та приведені в зведених таблицях, що за формою відповідають таблицям приведених в п. 2.2.

Також приводяться додаткові дані. Наприклад, якщо при бурінні свердловин на глибину до 12.6 м від поверхні ґрунтові води не зустрінуті, за п. 10.5 ДБН [2] майданчик відноситься до потенційно непідтоплюваного.

Наводиться і характеристика поверхні майданчика: рівна (може бути слабко похила). В межах ділянки сучасні інженерно-геологічні процеси (гравітаційні, ерозійні, суфозійні та ін.) не розвиваються. Попередньо встановлено, що глибина котловану (закладання низу ростверку від поверхні) дорівнює hk = 0.8 м.

Примітка. Норми [3] вимагають, щоб на практиці розвідування геологічної будови ділянки на 5...10 м перевищувало заглиблення нижніх кінців паль.

Розрахункова схема. Будуємо геологічний переріз для ділянки розрахунку палі, в межах якого наносимо котлован глибиною hk = 0.8 м. Тут же показуємо палю, яка прорізає декілька шарів ґрунту. При цьому будемо вважати, що довжина палі умовно буде змінюватися від 0 до (H - hk), де Н - загальна потужність розвіданої товщі (глибина свердловин). Для даного прикладу це:

15.0 м;

14.4 м.

У випадку, коли на майданчику будівництва поверхня похила, за розрахункову ділянку приймаємо найнижчу частину майданчика, де глибина котловану найменша, а несучі шари ґрунту залягають глибше.

Розрахункову схему будуємо так, щоб у подальшому простір з правої сторони малюнка можна було б використати для побудови епюр несучої здатності (рис. 33).

6.4.3 Вибір типу та розмірів паль

Призначаючи поперечний переріз паль, враховують не тільки необхідність забезпечення сприйняття діючих навантажень, але й конструкцію ростверку, що при цьому буде. Відомо, що вид і форма ростверку залежать від характеру будівлі чи споруди та геометричних розмірів і якості матеріалу надземної несучої конструкції, що передає навантаження на фундамент, в той час як тип паль і їх поперечний переріз (діаметр) будуть визначати розміри ростверку. Це завдання не просте. Тому для дослідження призначають обґрунтовано декілька розмірів поперечного перерізу паль (найчастіше обмежуються тільки двома). Можливі типорозміри забивних паль заводського виготовлення приводяться в стандартах і каталогах, що розроблені для паль різної конструкції. Часто в будівництві використовують забивні суцільні палі квадратного перерізу за ГОСТ 19804.1-79* [17] та ГОСТ 19804.2-79* [18], загальна характеристика яких приведена в табл. 36 нижче (позначення паль за ГОСТ 19804-91 [15]). Марки залізобетонних паль з звичайною арматурою приведені в додатку 4.

Таблиця 36. Характеристика забивних паль суцільного перерізу

Переріз паль, мм	Дов-жина паль, L, м	Градація довжини паль через LP, м	Позна-чення паль	Клас бето-ну	Поздовжнє армування	Маса 1 м дов-жини палі, кг	Орієнтовна несуча здатність палі, кН
							за мате-ріалом	за ґрунтом
палі з ненапруженою арматурою (ГОСТ 19804.1-79*)
200х200	3…6	0.5	C 30.20	B 15	410 A240С	100	450	100…250 1.5…6
250x250	4.5…6	0.5	C45.20	B 15	410 A240С	156	650	150…400 3…10
300х300	3…12	До 6 м через 0.5 м, далі через 1 м	C 30.30	B15… В20	410 A240С до 416 A400С	225	1000	200…600 5…15
350х350	8…16	1.0	С 80.35	В 20	412 A400С до 420 A400С	306	1850	350-1200 15…50
400х400	13…16	1.0	С 130. 40	В 25	812 A400С до 816 A400С	400	2000	600-1300 20…60
палі з попередньо напруженою арматурою (ГОСТ 19804.2-79*)
200х200	3…6	0.5	СНпр 30.20	В 25	45 Вр ІI	100	500	100…250 1.5…6
250х250	4.5…6	0.5	СНпр 45.25	В 25	45 Вр ІI	156	700	150…400 3…10
300х300	3…15	До 6 м через 0.5 м, далі через 1 м	СНпр 30.30 СН 90.30	В25… В35	45 Вр ІI до 205 Вр ІI 410 А-400С до 412 A-500С	225	1100	200…800 5…15
350х350	8…20	1.0	СНпр 80.25 до СНпр 150.35 СН 100.35	В25… В35	45 Вр ІI до 205 Вр ІI 410 А-400С до 418 A-500С	306	1900	350…1400 15…50
400х400	13…20	1.0	СН 130.35	В 35	412 A-400С до 418 A-500С	400	2100	600…1500 20…65

Примітки:

позначення “пр” в марці паль вказують на використання дроту в якості арматури;

в позначенні паль (стовп. 4) приведено як приклад мінімальну довжину паль вказаної марки;

в стовпцях 4 і 6 для паль з попередньо напруженою арматурою вказано: в чисельнику - палі з дротовою арматурою, в знаменнику - з арматурними стержнями;

в стовпці 9 приведено розрахункову несучу здатність, допустиму для одиночної палі на стиск (в чисельнику) та горизонтальне навантаження ( в знаменнику)

Використовують забивні палі й іншої конструкції. Сьогодні все більше поширення набувають буронабивні та буроін'єкційні палі. Найчастіше їх діаметр складає 400 мм або з урахуванням технологічних особливостей -
420 мм, 500 (520) мм, 600 (620) мм і 800 (820) мм. На відміну від забивних вони влаштовуються без динамічного навантаження на основу, а тому їх використовують на ділянках, що вже забудовані, або на майданчиках, що розташовані в межах схилів, де можливий розвиток гравітаційних процесів (зсувів та ін.). Їх довжина звичайно досягає 16 м, а в разі необхідності може бути доведена до 24 м і навіть більше.

У тих випадках, коли несуча здатність бурових паль є недостатньою, в нижньому кінці палі влаштовують підширення, діаметр якого знаходиться в межах 2 D / d 3.5 (тут D - діаметр підширення, d - діаметр стовбура палі).

Загальна характеристика бурових паль приведена в табл. 37. Ці дані можна з певним наближенням приймати і для буроін'єкційних паль великого діаметру.

Таблиця 37/ Характеристика бурових (буронабивних) паль

Діаметр мм	Довжина паль, м	Клас бетону	Поздовжня арматура	Діаметр підши-рення, мм	Орієнтовна несуча здатність паль, кН
					за мате-ріалом	за ґрунтом
Буронабивні палі без підширення
400	6…24	В 12.5… В25	(4…6)(12…14) A400С	-	1200	150…1000 20…50
500	10…30	В 12.5… В 25	6(12…14) A400С	-	1400	200…1100 10…80
600	10…30	В 15… В 25	(6…8)(14…16) A400С	-	2000	250…1800 80…130
800	10…30	В 15… В 25	(8…10)(16…20) A400С	-	3000	350…2700 100…250
Буронабивні палі з підширенням
400	6…24	В 15… В 25	(4…6)(12…16) A400С	1000, 1200	1500	400…1300 20…50
500	10…30	В 15… В 25	(6…8)(12…16) A400С	1200… 1600	1800	500…1400 40…80
600	10…30	В 15… В 30	(6…10)(14…18) A400С	1600, 1800	2500	950…2300 80…150
800	10…30	В 20… В 30	(8…10)(16…22) A400С	1800	3800	1200…3500 100…250

Примітка: в останньому стовпці в чисельнику - розрахункова несуча здатність (допустиме навантаження на одиночну палю) на стиск, в знаменнику - допустиме горизонтальне навантаження

В той час, як для забивних паль їх армування змінюється відносно стандартного тільки в окремих випадках, то армування буронабивних паль в кожному випадку розраховується з урахуванням діючих навантажень. При цьому армування може влаштовуватися не на повну довжину (наприклад, при відсутності горизонтальних навантажень).

При виконанні курсового проекту для порівняння приймають найбільш поширені в цивільному і промисловому будівництві палі з поперечним перерізом: для забивних - 300х300 мм і 350х350 мм; для буронабивних і буроін'єкційних 400 (420) мм і 500 (520) мм (при значних навантаженнях - 600 (620) мм). Буронабивні палі з підширенням використовують тоді, коли несуча здатність звичайних буронабивних паль є недостатньою: потрібна така кількість паль, що приводить до значного збільшення розмірів ростверку.

6.4.4 Розрахунок несучої здатності одиночної палі по ґрунту основи

Звичайно при виконанні реальних проектів несуча здатність одиночних паль, як вказано вище, визначається або за даними попередніх випробувань статичним навантаженням [15], або за даними випробування ґрунтів будівельного майданчика еталонною палею чи палею-зондом ІВП-127 (ИИС-127). Для пошуку оптимальних розмірів забивних паль випробування ІВП-127 є найбільш доцільними, так як вони дають можливість вказати несучу здатність при різній довжині та перерізі паль. При випробуванні паль статичним навантаженням, як і при випробуванні еталонних паль, отримуємо величину несучої здатності тільки для прийнятої довжини паль. Проте для буронабивних паль статичні випробування - єдина на сьогодні можливість отримати надійні дані про їх несучу здатність за ґрунтом основи.

Для попередньої оцінки несучої здатності паль Fd, кН, використовують розрахунки за формулами норм [5], де використовують табличні значення розрахункового опору під нижнім кінцем палі R, кПа, та по бічній поверхні f, кПа:

а) для забивних висячих паль за формулою (8) норм [5]:

де А - площа опирання на ґрунт палі, що приймається рівною площі поперечного перерізу палі: А = a2, м2 (a - сторона квадратного перерізу);

А =(d - діаметр палі круглого перерізу);

u - зовнішній периметр поперечного перерізу палі, u = 4a (квадратний переріз), м; u = d (круглий переріз), м;

c - коефіцієнт умов роботи палі в ґрунті, що приймається в усіх випадках c = 1.0;

cR, cf - коефіцієнти умов роботи ґрунту відповідно під нижнім кінцем та по бічній поверхні палі. Їх приймають залежно від способу заглиблення паль по табл. 38;

R, f - визначають по табл. 1 і 2 норм [5] залежно від виду та стану ґрунту і глибини розрахункової точки від поверхні (див. табл. 39 і табл. 40):

Таблиця 38. Коефіцієнти умов роботи cR і cf для забивних паль

Номер п/п	Способи занурення паль	Коефіцієнти умов роботи ґрунту при розрахунку несучої здатності паль
		під вістрям, cR	по бічній поверхні, cf
1	Заглиблення суцільних та порожнинних паль із закритим нижнім кінцем механічними (підвісними), пароповітряними і дизельними молотами	1.0	1.0
2	Заглиблення забиванням та вдавлюванням паль в попередньо пробурені лідерні свердловини із заглибленням кінців паль не менше, ніж на 1 м нижче забою свердловини при її діаметрі:
	а) рівним стороні квадратної палі;	1.0	0.5
	б) на 0.05 м менше за сторону квадратної палі;	1.0	0.6
	в) на 0.15 м менше за сторону квадратної палі чи діаметра палі круглого переріза	1.0	1.0
3	Заглиблення з підмивом у піщані ґрунти за умови додаткового забивання паль після підмиву не менше, ніж на 1 м	1.0	0.9
4	Віброзаглиблення паль-оболонок, віброзаглиблення та вібровдавлювання паль в ґрунти:
	а) піски середньої щільності:
	крупні та середньої крупності;	1.2	1.0
	мілкі (дрібні);	1.1	1.0
	пилуваті;	1.0	1.0
	б) глинисті з показником текучості IL = 0.5:
	супіски;	0.9	0.9
	суглинки;	0.8	0.9
	глини;	0.7	0.9
	в) глинисті з показником текучості IL 0 (тверді)	1.0	1.0
5	Заглиблення молотами порожнинних залізобетонних паль з відкритим нижнім кінцем:
	а) при діаметрі порожнини палі 0.4 м;	1.0	1.0
	б) при діаметрі порожнини палі 0.4…0.8 м	0.7	1.0
6	Заглиблення паль круглого перерізу із закритим нижнім кінцем любим способом на глибину 10 м із наступним влаштуванням камуфлетного підширення під нижнім кінцем палі в пісках середньої щільності та глинистих ґрунтах (при IL 0.5) при діаметрі підширення:
	а) 1.0 м незалежно від виду ґрунту;	0.9	1.0
	б) 1.5 м в пісках і супісках;	0.8	1.0
	в) 1.5 м в суглинках і глинах	0.7	1.0
7	Заглиблення паль вдавлюванням:
	а) в крупні, середньої крупності і дрібні піски (всі піски середньої щільності);	1.1	1.0
	б) в пилуваті піски;	1.1	0.8
	в) в глинисті ґрунти з показником IL < 0.5;	1.1	1.0
	г) в глинисті з показником IL 0.5	1.0	1.0

Примітка: в п. 4 для глинистих ґрунтів 0 < IL < 0.5 коефіцієнти cR і cf визначаються за інтерполяцією.

Таблиця 39

Розрахунковий опір ґрунтів під нижнім кінцем забивних паль

Глибина занурення нижнього кінця паль, м	Розрахунковий опір R ґрунту під нижнім кінцем забивних паль і паль-оболонок, що влаштовуються без виймання ґрунту, кПа
	для піщаних ґрунтів середньої щільності
	гравелисті	крупні	-	середн. крупності	дрібні	пилуваті
	для глинистих ґрунтів при показнику текучості ІL, рівному
	0	0.1	0.2	0.3	0.4	0.5	0.6
3	7500	6600 4000	3000	3100 2000	2000 1200	1100	600
4	8300	6800 5100	3800	3200 2500	2100 1600	1250	700
5	8800	7000 6200	4000	3400 2800	2200 2000	1300	800
7	9700	7300 6900	4300	3700 3300	2400 2200	1400	850
10	10500	7700 7300	5000	4000 3500	2600 2400	1500	900
15	11700	8200 7500	5600	4400 4000	2900	1650	1000
20	12600	8500	6200	4800 4500	3200	1800	1100
25	13400	9000	6800	5200	3500	1950	1200
30	14200	9500	7400	5600	3800	2100	1300
35	15000	10000	8000	6000	4100	2250	1400

Примітка: в чисельнику значення R для піщаних ґрунтів, в знаменнику для глинистих

Зауваження. При користуванні табл. 39 і 40 необхідно враховувати, що:

глибину розміщення вістря палі і середню глибину залягання шару ґрунту при плануванні території майданчика зрізанням чи підсипанням до 3.0 м необхідно брати від рівня природного рельєфу, а при зрізанні або підсипанні шару товщиною 3.0...10.0 м в розрахунках приймають поверхню, що на 3.0 м вище зрізання або менше підсипання;

для значень глибини і показника текучості ІL, не вказаних у таблицях, значення R i f визначаються інтерполяцією;

для щільних пісків величини R i f збільшують відповідно на 60 і 30 % (при визначенні щільності пісків за даними статичного зондування, величину R потрібно збільшувати на 100%);

для супісків при Ір < 0,04 і е < 0,8 розрахунковий опір Rі та fі приймають за таблицями, як для пилуватих пісків;

для супісків і суглинків при е < 0,5 і глин при е < 0,6 розрахунковий опір fі слід збільшити на 15 %;

при визначенні розрахункового опору ґрунту та тертя по бічній поверхні паль шари ґрунту ділять на однорідні шари товщиною не більше 2 м;

несучу здатність визначають для паль, що заглиблені в ґрунт не менше, ніж на 3.0 м.

Таблиця 40. Розрахунковий опір ґрунтів по бічній поверхні паль

Середня глибина розташу-вання шару ґрунту, м	Розрахунковий опір fi на бічній поверхні паль всіх видів, кПа
	для піщаних ґрунтів середньої щільності
	крупних і середньої крупності	дріб-них	пилу-ватих	-
	для глинистих ґрунтів при показнику текучості ІL, що дорівнює
	0.2	0.3	0.4	0.5	0.6	0.7	0.8	0.9	1.0
1	35	23	15	12	8	4	4	3	2
2	42	30	21	17	12	7	5	4	4
3	48	35	25	20	14	8	7	6	5
4	53	38	27	22	16	9	8	7	5
5	56	40	29	24	17	10	8	7	6
6	58	42	31	25	18	10	8	7	6
8	62	44	33	26	19	10	8	7	6
10	65	46	34	27	19	10	8	7	6
15	72	51	38	28	20	11	8	7	6
20	79	56	41	30	20	12	8	7	6
25	86	61	44	32	20	12	8	7	6
30	93	66	47	34	21	12	9	8	7
35	100	70	50	36	22	13	9	8	7

Примітка. Див. примітки до табл.39

б) для буронабивних і буроін'єкційних висячих паль за формулою (11) норм [5]:

.

За своєю будовою дана формула відповідає формулі, що наведена вище в п. а). Різниця полягає у величинах коефіцієнтів та величин R i f, що до неї входять.

Геометричні розміри поперечного перерізу палі визначають:

(тут d - діаметр круглого перерізу палі, м); c, cR, cf приймають за рекомендаціями п. 4.6 і табл. 5 норм [5] відповідно

Для паль без підширення cR = 1.0; з підширенням cR = 0.9; з камуфлетним підширенням cR = 1.3. Якщо палі спираються на водонасиченні лесові ґрунти c = 0.8, а в інших випадках - c = 1.0. Величина cf залежить від способу влаштування паль і змінюється в межах cf = 0.6…1.0 (див. п.4.6, табл.5 [5] та табл. 41); fi - мають такі ж значення, як і для забивних паль (див. табл. 40); R для глинистих ґрунтів приймають за табл. 7 норм [5] (див. табл. 42),

Таблиця 41

Коефіцієнт умов роботи сf для буронабивних і буроін'єкційних паль

Номер п/п	Палі та способи їх влаштування	коефіцієнт умов роботи палі сf
		в піс-ках	в су-пісках	в суг-линках	в гли-нах
1	Набивні, порожнина для яких влашто-вується забиванням інвентарної труби з наконечником	0.8	0.8	0.8	0.7
2	Набивні віброштамповані	0.9	0.9	0.9	0.9
3	Бурові, в тому числі з підширенням:
	а) при «сухому способі» або бетонуванні стовбура під захистом обсадної труби;	0.7	0.7	0.7	0.6
	б) під водою або під глинистим розчином;	0.6	0.6	0.6	0.6
	в) при «сухому способі» з вібрацією жорстких бетонних сумішей при влаштуванні стовбура	0.8	0.8	0.8	0.7
4	Буронабивні порожнинні, що влашто-вуються за допомогою вібросердечника	0.8	0.8	0.8	0.7
5	Палі-оболонки, що віброзаглиб-люються з вийманням ґрунту	1.0	0.9	0.7	0.6
6	Палі-стовпи	0.7	0.7	0.7	0.6
7	Буроін'єкцйні, виготовлені під захистом обсадних труб або бентонітового роз-чину з опресуванням в 200…400 кПа	0.9	0.8	0.8	0.8
8	Буроін'єкційні великого діаметру з опресуванням бетонної суміші, що подається через порожнинний шнек, при 200...600 кПа	0.9	0.8	0.8	0.8

Таблиця 42. Розрахунковий опір глинистих ґрунтів під нижнім кінцем буронабивних, буроін'єкційних та паль-оболонок

Глибина закладан-ня кінця палі, м	Розрахунковий опір R, кПа під нижнім кінцем набивних і бурових паль, що влаштовуються в глинистих ґрунтах, окрім лесових, з показником текучості ІL, що дорівнює
	0.0	0.1	0.2	0.3	0.4	0.5	0.6
3	850	750	650	500	400	300	250
5	1000	850	750	650	500	400	350
7	1150	1000	850	750	600	500	450
10	1350	1200	1050	950	800	700	600
12	1550	1400	1250	1100	950	800	700
15	1800	1650	1500	1300	1100	1000	800
18	2100	1900	1700	1500	1300	1150	950
20	2300	2100	1900	1650	1450	1250	1050
30	3300	3000	2600	2300	2000	-	-
40	4500	4000	3500	3000	2500	-	-

Примітка. При визначенні R в лесових ґрунтах можна користуватись регіональними нормами

а для піщаних для буронабивних і буроін'єкційних паль R визначається за формулою (12) норм [5]:

де 1, 2, 3, 4 - коефіцієнти, які визначають залежно від величини І для цього піску за табл. 6 норм [5], або табл. 43. Величина R для паль-оболонок збільшується проти вказаних у формулі на 4/3,

І і ІІ - питома вага відповідно для шарів вище та нижче нижнього кінця палі (з урахуванням їх виважування нижче рівня ґрунтових вод). При цьому:

де hi - відповідає заглибленню палі від поверхні майданчика. Величина ІІ приймається для несучого шару основи (ІГЕ, в який заглиблено палю).

Зауваження.

Більшу точність несучої здатності забивних паль можна отримати за даними статичного зондування, результати якого, як правило, отримані при інженерно-геологічних вишукуваннях. Для буронабивних і буроін'єкційних паль такі розрахунки за нормами сьогодні не виконують.

Таблиця 43. Величини коефіцієнтів до визначення розрахункового опору піщаних ґрунтів для бурових паль

Коефіцієнти	Розрахункові значення кута внутрішнього тертя ґрунту І, град.
	23	25	27	29	31	33	35	37	39
1	9.5	12.6	17.3	24.4	34.6	48.6	71.3	108.0	163.0
2	18.6	24.8	32.8	45.5	64.0	87.6	127.0	185.0	260.0
3 при h/d:
4.0	0.78	0.79	0.80	0.82	0.84	0.85	0.85	0.85	0.87
5.0	0.75	0.76	0.77	0.79	0.81	0.82	0.83	0.84	0.85
7.5	0.68	0.70	0.71	0.74	0.76	0.78	0.80	0.82	0.84
10.0	0.62	0.65	0.67	0.70	0.73	0.75	0.77	0.79	0.81
12.5	0.58	0.61	0.63	0.67	0.70	0.73	0.75	0.78	0.80
15.0	0.55	0.58	0.61	0.65	0.68	0.71	0.73	0.76	0.79
17.5	0.51	0.55	0.58	0.62	0.66	0.69	0.72	0.75	0.78
20.0	0.49	0.53	0.57	0.61	0.65	0.68	0.72	0.75	0.78
22.5	0.46	0.51	0.55	0.60	0.64	0.67	0.71	0.74	0.77
25 і більше	0.44	0.49	0.54	0.59	0.63	0.67	0.70	0.74	0.77
4 при d, м:
0.8 і менше	0.34	0.31	0.29	0.27	0.26	0.25	0.24	0.23	0.22
4.0	0.25	0.24	0.23	0.22	0.21	0.20	0.19	0.18	0.17

Примітка. При значеннях І, h/d і d, що відрізняються від вказаних в таблиці, значення і визначають за інтерполяцією

6.4.5 Дослідження зміни несучої здатності паль залежно від глибини

Для оцінки факторів, що впливають на несучу здатність, встановлюємо не тільки зміну R та f на всю розвідану глибину, але й зміну складових несучої здатності по нижньому кінцю палі FdR та по її бічній поверхні Fdf. Із загальних формул вони відповідно дорівнюють:

,

.

Підставляючи значення коефіцієнтів, отримаємо спрощені формули:

,

.

Сума цих величин дає повну величину несучої здатності палі Fd, кН:

Розрахункове навантаження, допустиме на палю, є гарантована несуча здатність палі, тобто NP = Fd.g:

де коефіцієнт надійності k = 1.4, так як несуча здатність палі визначалась розрахунком за нормами (див. п. 3.10 [5]). Необхідно пам'ятати, що при визначенні Np за даними статичних випробувань, випробувань еталонною палею або палею-зондом, k = 1.2, а за даними статичного зондування k = 1.25.

Окрім цього додатково визначаємо долю опору ґрунту під нижнім кінцем палі в несучій здатності палі, як:

.

Для прийняття рішення про оптимальні розміри паль важливо знати, як змінюється з глибиною питома розрахункова несуча здатність (допустиме навантаження на палю, або гарантована несуча здатність, що приходиться на 1 м3 палі):

де VP - об'єм палі, м3, в межах розрахункової довжини LP, що визначається з урахуванням голови палі, що виступає над поверхнею дна котловану (цю величину призначають не менше = d для забивних паль, а для буронабивних і буроін'єкційних паль приймають = 0):

Vp = A Lp = A (hi + )

де hi - заглиблення палі від дна котловану до розрахункової точки.

Ці розрахунки для зручності виконуємо в табличній формі (див. форму табл. 44). Крім того, для наочності, будуємо епюри вказаних вище величин.

Таблиця 44

Розрахунок несучої здатності палі з глибиною за спрощеною схемою

Номер розрахункової точки	Номер ІГЕ	Глибина до розрахункової точки від поверхні, м	Товщина розрахункового шару (ІГЕ), м	Розрахунковий опір ґрунту, кПа	Несуча здатність палі по нижньому кінцю палі, FdR, кН	Середня величина fі, кПа, в межах розрахункового шару	Несуча здатність по бічній поверхні палі, Fdf, кН	Несуча здатність палі, Fd, кН	Допустиме розрахункове навантаження на палю, Fd.g, кН	Частка несучої здатності, %, що приходиться на нижній кінець палі	Розрахункове навантаження, що приходиться на 1 м3 палі, Fd.gI, кН/м3
				під нижнім кінцем палі, R	по бічній поверхні палі, fi			в межахрозрахункового шару	повна
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14

Розглянемо хід дослідження несучої здатності на прикладі, використовуючи ґрунтові умови, що наведені вище. Приймаємо для дослідження забивні палі перерізом 300300 мм та 350350 мм. Коефіцієнти с = 1.0, cR = 1.0 i cf = 1.0 (див. табл.38 - заглиблення палі дизель-молотом за звичайних умов).

Для палі перерізом 300300 мм: А =0.30.3 = 0.09 м2, u = 40.3 = 1.2 м, а для палі 350350 мм: А =0.350.35 = 0.1225 м2, u = 40.35 = 1.4 м. Тоді відповідно спрощені формули будуть мати вигляд:

а) для палі перерізом 300300 мм:

FdR = 0.09R ,кН; Fdf = 1.2fihi, кН;

б) для палі перерізом 350350 мм:

FdR = 0.1225R ,кН; Fdf = 1.4fihi, кН.

Будуємо загальну розрахункову схему, на якій приводимо в масштабі шари ґрунтів (вказуємо основну назву ґрунту та показник текучості IL для глинистих ґрунтів), наносимо контур котловану (глибина hk = 0.8 м) та показуємо одиночну палю (її довжина буде змінюватися в межах всієї товщі, а на схемі нижній кінець палі залишаємо в середині ґрунтової товщі) - див. рис.33. Тут же залишаємо місце для побудови епюр.

Розрахунки виконуємо в табличній формі (див. табл. 44).

Розрахункові точки приймаємо на рівні покрівлі та підошви кожного шару (ІГЕ), починаючи з рівня дна котловану (точка 1). Фактично на площину розмежування шарів приходяться дві точки, що як завгодно близько підходять до неї з боку кожного шару ґрунту. Відповідно до цього проставляємо дані в стовпцях 1, 2, 3 і 4 таблиці.

Визначення розрахункового опору ґрунту Ri розглянемо окремо.

Враховуючи вид і стан ґрунту та глибину розрахункової точки від поверхні (див. стовпчик 3 в таблиці), знаходимо за табл. 39 за інтерполяцією розрахунковий опір ґрунту під нижнім кінцем забивної палі R, кН:

а) для ІГЕ-1 - рослинного шару ґрунту, як такого, що не має реальної несучої здатності:

– точка 1 - h = 0.8 м, R1 = 0;

– точка 2 - h = 1.0 м, R2 = 0.

Примітка: в цілому до глибини 3.0 м визначення R є умовним, так як палі довжиною менше 3.0 м не влаштовують, розраховувати їх несучу здатність таким чином не можна.

б) для ІГЕ-2 - супіску пластичного з IL = 0.40 (в табл. 39 використовуємо величини, що наведені в знаменнику):

– точка 3 - h = 1.0 м. Умовне визначення (h < 3 м) з екстраполяцією:

400 кПа;

– точка 4 - h = 3.4 м. По інтерполяції:

1360 кПа.

Примітка: для глинистих ґрунтів з IL, що не відповідає табличним значенням, інтерполяцію R проводять не тільки за глибиною, а й по IL.

в) для ІГЕ-3 - піску дрібного, середньої щільності (використовуємо величини, що приведені в табл. 39 в чисельнику):

– точка 5 - h = 3.4 м. За інтерполяцією:

2040 кПа;

– точка 6 - h = 6.8 м:

2380 кПа.

Примітка: як вказано вище, для щільних пісків табличні значення R збільшуються: якщо стан пісків за щільністю визначався за даними статичного зондування - на 100%, за іншими методами - на 50%. При цьому величина R не повинна перевищувати 20 000 кПа.

г) для ІГЕ-4 - суглинку тугопластичного з IL = 0.3 маємо:

– точка 7 - h = 6.8 м:

3250 кПа;

– точка 8 - h = 15.0 м: 4000 кПа.

Розрахунковий опір по бічній поверхні забивної палі fі, кПа, визначаємо за табл. 40 в залежності: від глибини до середини розрахункового шару (ІГЕ) від поверхні; виду та стану ґрунту (в даному випадку до розрахункової точки):

а) для ІГЕ-1 (див. пояснення при визначенні R для цього шару ґрунту):

– точка 1 - h = 0.8 м, f1 = 0;

– точка 2 - h = 1.0 м, f2 = 0.

б) для ІГЕ-2 - супісок з IL = 0.40:

– точка 3 - h = 1.0 м, f3 = 15 кПа;

– точка 4 - h = 3.4 м, 25.4 кПа.

Примітка: величину f для супісків і суглинків з коефіцієнтом пористості e < 0.5 та глин з e < 0.6 потрібно збільшувати на 15%.

в) для ІГЕ-3 - пісок дрібний, середньої щільності:

точка 5 - h = 3.4 м, 36.2 кПа;

– точка 6 - h = 6.8 м, 42.8 кПа.

Примітка: для щільних пісків отримані величини f збільшують на 30%.

г) для ІГЕ-4 - суглинок з IL = 0.3:

– точка 7 - h = 6.8 м, 42.8 кПа;

– точка 8 - h = 15.0 м, f8 = 51 кПа.

З урахуванням раніше зроблених зауважень (див. пояснення до табл. 39 і 40), потрібно мати на увазі, що в разі проведення планувальних робіт, розрахункові глибини необхідно відкоригувати.

Отримані дані R та f відтворимо в табл. 45 та виконаємо подальші розрахунки в такому порядку:

В стовп. 7 заносимо FdR, що визначені за формулою

Товщину шару, як різницю глибин підошви та покрівлі, записуємо для середини шару в стовп. 3. На цьому ж рівні проставляємо середню величину fi в стовп. 8, як півсуму значень у крайніх точках шару зі стовп. 6;

Дані в стовп.9 визначаємо як 1.2fihi, а в стовп. 10 - як їх суму. При цьому несуча здатність на бічній поверхні плавно зростає і в точках сусідніх шарів, що межують, Fdf залишається постійною;

Підсумовуємо FdR (стовп. 7) та Fdf (стовп. 10) і заносимо величину Fd до стовп. 11;

Поділивши Fd на k = 1.4, записуємо Fd.g в стовп. 12;

За формулою



визначаємо долю FdR від загальної величини несучої здатності палі Fdf (стовп. 13);

Для оцінки ефективності роботи палі визначаємо FdfІ (формули