Модернизация метода расчета несущей способности свай в пробитых скважинах с уширением

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Модернизация метода расчета несущей способности свай в пробитых скважинах с уширением

В последнее время в фундаментостроении сформировалось и успешно развивается направление - устройство фундаментов в уплотненном грунте. Одним из перспективных видов таких фундаментов считаются сваи в пробитых скважинах с уширением (СПС) [1, 2, 3]. Характерной особенностью таких свай является формирование вокруг последней значительной по объему зоны уплотненного грунта с улучшенными строительными свойствами [4, 5, 6, 7, 8]. В наибольшей степени уплотненные зоны образуются под уширением, площадь поперечного сечения которого является определяющей при оценке несущей способности сваи.

В целом несущая способность СПС складывается из несущей способности основания под нижним концом фундамента F_dR и несущей способности грунта вдоль боковой поверхности фундамента F_df [9]. В рассматриваемом случае F_dR определяется как наименьшее из значений, полученных из трех условий (рис. 1): несущей способности F_dR1 жесткого материала (щебня) уширения, сформированного втрамбовыванием;

несущей способности F_dR2 уплотненного грунтового основания под уширением;

несущей способности F_dR3 грунта природного сложения, подстилающего уплотненное грунтовое основание. Практически в большинстве случаев определяющей является несущая способность F_dR2. Указанная несущая способность главным образом зависит от площади поперечного сечения уширения и состояния грунта уплотненной зоны.

Расчетная схема сваи в пробитой скважине

Расчетная несущая способность сваи F_d определяется как сумма несущих способностей под нижним концом сваи F_dR и по ее боковой поверхности F_df по формуле

технологический свая несущий скважина

F_d = F_dR + F_df, (1)

Несущая способность F_dR1 жесткого грунтового материала (щебень), втрамбованного в дно скважин определятся по формуле

F_dR1 = г_c · г`_cR ·R_c · A, (2)

где г_с - коэффициент условий работы сваи в грунте, принимаемый равным 1,0;

г'_cR - коэффициент условий работы жесткого грунтового материала уширения под нижним концом сваи, принимаемый равным 0,8 с учетом вида свай и технологии их выполнения;

R_c - расчетное сопротивление жесткого грунтового материала (щебня), в зависимости от глубины погружения нижнего конца сваи, принимаемое с повышающим коэффициентом k = 1,5, кПа;

A - площадь поперечного сечения уширенного основания из щебня по наибольшему его горизонтальному сечению определяют по формуле

А = 3,14 · r_с², (3)

в которой радиус уширенного основания r_с рекомендуется вычислять в зависимости от объема втрамбованного жесткого материала и формы уширения по формуле

r_c = k, (4)

где V_c - объем втрамбованного жесткого материала, м, в дно скважины;

k - коэффициент, учитывающий форму уширения, который при втрамбовывании жесткого материала отдельными порциями высотой (1,5 - 2) d трамбовками с заостренным нижним концом принимается в виде шара (d_c = h_c) для случаев, когда ниже дна скважины залегают песчаные грунты средней плотности, для которых значение коэффициента k = 0,62.

Несущая способность F_dR2 уплотненного грунта в пределах уплотненной зоны под уширением сваи определяют по формуле

F_dR2 = г_c · г»_cR · R_com · A_с, (5)

где г_c - коэффициент условий работы сваи в грунте, принимаемый равным 1,0;

г»_cR - коэффициент условий работы жесткого грунтового материала уширения под нижним концом сваи, принимаемый равным 0,8 с учетом вида свай и технологии их выполнения;

R_com - расчетное сопротивление уплотненного грунта под уширением, кПа;

A_с - площадь опирания на уплотненный грунт уширенного основания по наибольшему диаметру, определяемому в зависимости от объема, втрамбованного щебня в дно скважины, по формуле

А_c= 3,14 r_с², (6)

где r_c - радиус уплотненной зоны из песка под уширением набивной сваи на уровне ее наибольшего размера рекомендуется вычислять в зависимости от объема втрамбованного песка и формы уширения по [9, формула 4]

Несущая способность грунта природного сложения F_dR3, подстилающего уплотненную зону, вычисляется по формуле

F_dR3 = г_cf г_cR «' · R_и · A_com, (7)

где г_cf - коэффициент условий работы сваи в грунте при заполнении скважины жесткой бетонной смесью и уплотнением трамбованием, принимаемый равным 0,9;

г» '_cR - коэффициент условий работы свай под нижним концом на грунты уплотненного суглинка с учетом вида свай и технологии их выполнения, принимаемый равным 0,8;

R_и - расчетно допускаемое сопротивление грунта природного сложения, подстилающего уплотненную зону, определяемое по модернизированной формуле, исходя из указаний [10]:

, (8)

где _c и _n - безразмерные коэффициенты, принимаемые соответственно в зависимости от вида грунта и от уровня ответственности сооружения согласно [10, п. 5.6.2];

P_u - предельное сопротивление того же грунта, вычисляемое по формуле

R_и = N_г о_г b г₁ + N_q о_q г`₁ d + N_c о_c c₁, (9)

где N_г, N_q, N_с - безразмерные коэффициенты несущей способности, определяемые по указаниям [10] и равные в данном примере соответственно 1,35; 3,94; 10,98;

b - ширина условного фундамента, м, определяется как

b =2 r'_com, (10)

d - глубина заложения условного фундамента, соответствующей толщине уплотненной зоны грунта м

с₁ - расчетное значение удельного сцепления грунта, кПа;

г₁ и г`₁ - расчетные значения удельного веса грунтов, кН/м³, залегающие соответственно ниже и выше подошвы фундамента.

о_г, о_q, о_c - коэффициенты формы фундамента, определяемые как

о_г = 1-0,25/ з; о_q = 1+1,5/ з; о_c = 1+0,3/ з, (11)

здесь з = l/b, если з = l/b < 1, то следует принимать з = 1.

l и b - соответственно длина и ширина подошвы фундамента, м;

А_com - площадь поперечного сечения уплотненной зоны вокруг уширенного основания набивной сваи в пробитой скважине определяется по формуле

А_com= 3,14 r'_com², (12)

в которой r'_com - радиус уплотненной зоны из суглинка, на уровне ее наибольшего размера принимается равным, м

r'_com = r' + r_cоm = 0,36+0,74 = 1,1 м, (13)

где r' - радиус ствола сваи при заполнении скважины жестким бетоном с трамбованием, принимаемый равным r' = 1,1· r = 1,1·(0,65/2) = 0,36 м;

r_cоm - радиус уплотненной зоны из суглинка, м, равный

r_com = г_{c ·} 0,5d , (14)

здесь г_c - коэффициент, учитывающий особенности взаимодействия сваи с грунтом, принимаемый равным г_c = 0,8;

d - диаметр сваи, принимаемый равным при заполнении скважин жестким бетоном с уплотнением его пробивным снарядом 1,2 d_t = 1,2 · 0,65 = 0,78;

с_d - плотность грунта естественного сложения в сухом состоянии, равна 1,4 т/м³;

с_d.mid - среднее значение плотности уплотненного грунта (суглинок) в пределах уплотненной зоны вокруг и под уширением, принимаемое равным 1,7 т/м³

с_d.mid = , (15)

где с'_d.max - максимально возможная плотность уплотненного грунта вычисляемая по выражению

с'_d.max = , (16)

где S_rщ - степень влажности грунтов в пределах уплотненных зон, принимаемая с учетом возможного защемления пузырьков воздуха в глинистых грунтах S_rщ = 0,95, а в песчаных S_rщ = 0,98;

где с_s - плотность частиц грунта;

с_щ - плотность воды, равная с_щ = 10 кН/м³;

S_r - степень влажности грунта, соответствующая естественной влажности щ;

щ - влажность грунта естественного сложения, д. е.

Несущую способность F_df набивной сваи по боковой поверхности следует определять по формуле

F_df = г_c · u · ?г_сf · f_i · h_i,

где г_с - коэффициент условий работы сваи в грунте, принятый равным 1;

u - наружный периметр поперечного сечения ствола сваи, м;

г_cf - коэффициент условия работы грунта по боковой поверхности сваи, учитывающий влияние способа ее устройства, принимаемый равным для суглинка 0,9;

f_i - расчетное сопротивление i-го слоя уплотненного грунта основания по боковой поверхности сваи, кПа, в пределах уплотненной зоны, принимаемое с учетом вида и способа устройства сваи при показателе текучести уплотненного грунта I_L = 0,9;

h_i - толщина i-го слоя уплотненного грунта, м соприкасающегося с боковой поверхностью сваи.

Определение несущей способностью грунта природного сложения по [10, формула 7] с учетом предельного сопротивления R_u позволяет выполнить расчет сваи по первой группе предельных состояний.

Традиционная методика расчета грунтового основания по второй группе предельных деформаций ведется с учетом схемы грунтового основания в виде линейно-деформируемого полупространства. Условием применения указанной схемы является не превышение давления под подошвой расчетного сопротивления R грунта природного сложения, которое определяется по [10, формула 5.5]. Если давление на грунт под подошвой уширения от расчетных нагрузок на сваю, определенных с коэффициентами перегрузок равными единице, превышает указанное сопротивление R, расчет осадки следует выполнять с учетом нелинейной зависимости осадки от давления.

Обозначенный подход к проектированию, по мнению авторов в большей мере, чем по методике в пособии [9], отражает реальные условия взаимодействия указанных свай с грунтовым основанием.

Библиографический список

1. Крутов В.И., Когай В.К., Глухов В.С. Свайные фундаменты из набивных свай в пробитых скважинах // Основания, фундаменты и механика грунтов. М., 2010. №2. С. 10-14.

2. Глухов В.С, Хрянина О.В., Глухова М.В. Исследование влияния уширения свай в пробитых скважинах на осадку // Известия Юго-Западного государственного университета. Курск, 2011. №5-2. С. 351a-354.

3. Глухов В.С., Хрянина О.В., Глухова М.В. Оценка несущей способности свай в пробитых скважинах по результатам динамического контроля // Актуальные проблемы проектирования и возведения зданий и сооружений с учетом энергосберегающих технологий и методов строительства: материалы II Междунар. науч.-практ. конф. Пенза: Изд-во Пенз. госуд. ун-та арх-ры и строит-ва, 2012. С. 147-150.

4. Глухов В.С., Хрянина О.В., Глухова М.В. Формирование улучшенного основания фундаментов в вытрамбованных котлованах на слабых грунтах // Актуальные проблемы современного строительства: материалы Междунар. науч.-техн. конф. Пенза: Изд-во Пенз. госуд. ун-та арх-ры и строит-ва, 2013. С. 70-73.

5. Глухов В.С., Хрянина О.В., Глухова М.В. Повышение несущей способности фундаментов в вытрамбованных котлованах на слабых грунтах // Актуальные проблемы проектирования и возведения зданий и сооружений с учетом энергосберегающих технологий и методов строительства: материалы II Междунар. науч.-практ. конф. Пенза: Изд-во Пенз. госуд. ун-та арх-ры и строит-ва, 2012. С. 143-147.

6. Деготьков В.В., Хрянина О.В., Глухова М.В. Фундаменты в вытрамбованных котлованах на просадочных грунтах Новосибирской области // Актуальные проблемы проектирования и возведения зданий и сооружений с учетом энергосберегающих технологий и методов строительства: материалы Междунар. науч.-практ. конф. Пенза: Изд-во Пенз. госуд. ун-та арх-ры и строит-ва, 2011. С. 106-110.

7. Глухов В.С., Хрянина О.В., Глухова М.В. К расчету грунтового основания фундаментов в вытрамбованных котлованах // Актуальные проблемы современного строительства: материалы Междунар. науч.-техн. конф. Пенза: Изд-во Пенз. госуд. ун-та арх-ры и строит-ва, 2013. С. 73-76.

8. Глухов В.С, Хрянина О.В., Глухова М.В. Пути уменьшения деформаций грунтового основания фундаментов в вытрамбованных котлованах с уширением // Актуальные проблемы проектирования и возведения зданий и сооружений с учетом энергосберегающих технологий и методов строительства: материалы II Междунар. науч.-практ. конф. Пенза: Изд-во Пенз. госуд. ун-та арх-ры и строит-ва, 2012. С. 150-152.

9. Крутов В.И., Когай В.К., Попсуенко И.К., Глухов В.С., Арутюнов И.С. Проектирование и устройство свайных фундаментов и упрочненных оснований из набивных свай в пробитых скважинах: практ. пособие. Пенза: Изд-во Пенз. гос. ун-та архит. и строит-ва, 2011. 100 с.

10. СП 50-101-2004. Проектирование и устройство оснований и фундаментов зданий и сооружений. М., 2005.

Размещено на Allbest.ru