Расчет отказа свай – СП 24.13330.2011 Свайные фундаменты. Актуализированная редакция СНиП 2.02.03-85 (с Опечаткой, с Изменениями N 1, 2, 3)

Содержание

6.2 Определение проектного отказа свай

При забивке свай длиной до 25м определение остаточного отказа сваи S_a(при условии, что S_a≥0,002м) возможно по формуле:

(55)

где М – коэффициент, принимаемый при забивке свай молотами ударного действия, равный 1;

η — коэффициент, принимаемый в зависимости от материала сваи, для ж/б свай с наголовником 1500 кН/м²;

А – площадь поперечного сечения сваи, м²;

Е_d– расчетная энергия удара молота, кДж;

F_d – несущая способность свай, кН;

m₁ – полная масса молота, т;

m₂ –масса сваи с наголовником, т;

m₃ –масса подбабка, т;

ε²=0,2 – коэффициент восстановления удара.

Отказ сваи 30х30 см длиной 5,5м, забиваемой молотом С-995А:

S_a= 0,0055м >0,002м.

Введение

Проектирование конструкций сооружения и их оснований осуществляется по предельным состояниям, которые подразделяются на две группы. Первая группа – по несущей способности – потеря устойчивости или формы, возможные виды разрушений, ползучесть или текучесть материала, чрезмерное раскрытие трещин и др. Вторая группа – по непригодности к нормальной эксплуатации.

Предельные состояния оснований существенно отличаются от предельных состояний строительных конструкций, в том числе и самого фундамента, т.к. у них различные условия работы, а именно: материалы в строительных конструкциях и грунтов в основаниях; физико-механические свойства; критерии оценки прочности и деформативности оснований и возводимых на них фундаментов и надземных конструкций.

Проектирование оснований и фундаментов состоит из обоснованного соответствующим расчетом выбора типа основания (естественного и искусственного), фундамента (конструкции, типа материала и размеров, мелкого или глубокого заложения), мероприятий по уменьшению влияния деформаций здания или сооружения на эксплуатационную пригодность.

Данное здание представляет собой двухэтажное каркасное здание с двухэтажной пристройкой, наружные стены которой выполнены кирпичными толщиной 510 мм. Под пристройкой предусмотрен подвал глубиной 2.8 м. Кирпичными стенами, толщина которых 250 мм, огорожены лестничные клетки. Здание имеет следующие размеры в осях: длина – 42 м; ширина – 30 м.

Под наружные стены пристройки предусматривается сборный ленточный фундамент. Колонны для данного здания запроектированы сборными железобетонными сечением 300х300 мм, под них запроектированы фундаменты стаканного типа.

Инженерно—геологические условия площадки определялись по трем пробуренным скважинам, одна — в центре плана здания и две — на расстоянии 5 м от крайних осей здания по продольной стороне.

1 Оценка инженерно-геологических условий

Производные и индексационные характеристики и наименование грунтов определяются по СТБ 943-93 [6], а механические характеристики грунтов для предварительных расчетов (в учебных целях) – по [1].

1.1 Определение наименования крупнообломочного и песчаного грунта и его физико-механических свойств

Наименование крупнообломочного и песчаного грунта определяют по гранулометрическому составу в соответствии с таблицей 1. Для этого последовательно суммируются содержания фракций, сначала крупнее 2 мм, затем — крупнее 0,5 мм и т.д. Наименование грунта принимают по первому удовлетворяющему показателю их расположения в таблице 1.

Таблица 1 — Исходные данные

Гранулометрический состав в процентах, при их размерах						Физическая характеристика
2-1	1-0,5	0,5-0,25	0,25-0,1	0,1-0,05	0,05-0,01	_s_,г/см³	, г/см³	W, %
4,0	25,0	28,9	39,0	2,8	1,0	2,66	2,08	20,0

Слой№4: W_L=0, W_P

частиц  2мм 4,0% <  25%

частиц  0,5мм 4,0+25,0=29% <  50%

частиц  0,25мм 29,0+28,9=57,9% >  50%

так как частиц крупнее 0,25мм – 57,9%, что больше 50% следовательно, песок средней крупности.

Устанавливаем плотность сложения по коэффициенту пористости е и таблице 3[1]:

; (1)

г/см³;

; (2)

Таким образом, при е=0,54<0,55 имеем песок средней крупности,плотний.

Определим степень влажности грунта:

; (3)

Так как, 0<S_r=0,34<0,5, то песок маловлажный.

Определяем прочностные и деформационные характеристики песчаного грунта по таблицам 4,5 [1]:

при е=0,54 для песка средней крупности,маловлажного R₀=500кПа, с_n=2,1кПа, _n =38,2 , Е_n = 41 МПа.

Подбор сваебойного оборудования и определение расчетного отказа.

Предполагается забивку свай проводить дизельным трубчатым дизель – молотом.

Вес ударной части G,кН трубчатым дизель – молотом:

G=0.7·m₂=0.7·(0.4²·7,5·24+1)=20.86 кН;

m₂— вес сваи с наголовником , вес которого Р_нг=100кгс=1кН;

По полученному значению Gвыбираем трубчатый дизель – молот марки С-1047, имеющий вес ударной частиG=25 кН;

Уточняем подбор молота по необходимой для погружения сваи минимальной энергии удара

Е_h=0.045·N=0,045·272,4=12,26 кДж;

Р_св=272,4 кН;

Расчетная энергия удара молота Е_d₌0,9GH=0.9∙25∙3=67,5 кДж> Е_h=21,78/кДж;

m₁-масса молота 2,6 т,

m₂-масса сваи и наголовника=29,8т,

m₃-масса подбабка,

К-0,6

Определение расчетного отказа.

что окончательно подтверждает правильность выбора молота.

Определение конечной (стабилизированной) осадки свайного фундамента методом послойного суммирования

Свайный фундамент. Наружная стена.

Ширина условного фундамента b_усл=2,664 м. Вертикальное сжимающее напряжение под подошвой условного фундамента Р=335,46 кПа.

Вычисление ординат эпюры природного давления грунта σ_zg.

_zg₁=₁∙h₁=15,7∙1,0=15,7 кПа;

_zg₂=_zg₁+₂∙h₂=15,7+19,1∙3,2=76,72 кПа;

_zg₃=_zg₂+₃∙h₃=76,82+19,0∙3,9=150,94 кПа;

_zg₄=_zg₃+₄∙h₄=150,92+20,2∙1=177,21 кПа.

_zg₅

=_zg₄+₄∙h₄=150,92+20,2∙1,2=182,1 кПа.

_zg5*=_zg5+(_s4-_w)/(1+e)∙h_5*=182,1+7,36∙2,7=202 кПа.

Непосредственно под подошвой условного фундамента

σ_zg₀=335,46-184,3=151,16 кПа

E=45886 кПа

Результаты вычислений ординат эпюры σ_zp_.приводятся в таблице.

zg	zg		z	i	zpi, кПа	hi,м	Si,м
184.300	36.86	0.000	0.000	1.000	151.16	0.000
188.216	37.64	0.400	0.532	0.977	147.683	0.532	79.49232312
192.131	38.43	0.800	1.064	0.881	133.172	0.532	74.70750448
196.047	39.21	1.200	1.596	0.755	114.126	0.532	65.78120416
199.962	39.99	1.600	2.128	0.642	97.0447	0.532	56.17135832
203.878	40.78	2.000	2.660	0.550	83.138	0.532	47.92860352
205.273	41.05	2.143	2.850	0.524	79.1931	0.190	15.38290104
207.793	41.56	2.400	3.192	0.477	72.1033	0.342	25.90762105
211.709	42.34	2.800	3.724	0.420	63.4872	0.532	36.06707832
215.624	43.12	3.200	4.256	0.374	56.5338	0.532	31.92559664
219.540	43.91	3.600	4.788	0.370	55.9292	0.532	29.91516864
223.455	44.69	4.000	5.320	0.306	46.255	0.532	27.18098656
227.371	45.47	4.400	5.852	0.280	42.3248	0.532	23.56221616
							514.022562
					Суммарная осадка		0.896173233	см

Стабилизированная осадка:

Условие выполняется. Конструктивная схема окончательно принята.

Свайный фундамент под колонны на оси Б.

Ширина условного фундамента b_усл=3,9 м. Вертикальное сжимающее напряжение под подошвой условного фундамента Р=260 кПа.

Вычисление ординат эпюры природного давления грунта σ_zg.

_zg₁=₁∙h₁=15,7∙1,0=15,7 кПа;

_zg₂=_zg₁+₂∙h₂=15,7+19,1∙3,2=76,72 кПа;

_zg₃=_zg₂+₃∙h₃=76,82+19,0∙3,9=150,94 кПа;

_zg₄=_zg₃+₄∙h₄=150,92+20,2∙1=177,21 кПа.

_zg₅=_zg₄+₄∙h₄=150,92+20,2∙1,2=182,1 кПа.

_zg_5*=_zg₅+(_s₄-_w)/(1+e)∙h_5*=182,1+7,36∙2,7=202 кПа.

Непосредственно под подошвой условного фундамента

σ_zg₀=260-182,1=77,9 кПа

E=45886 кПа

Результаты вычислений ординат эпюры σ_zp_.приводятся в таблице.

zg	zg		z	i	zpi, кПа	hi,м	Si,м
184.300	36.86	0.000	0.000	1.000	77.9	0.000
190.041	38.01	0.400	0.780	0.960	74.784	0.780	59.54676
195.782	39.16	0.800	1.560	0.800	62.32	0.780	53.47056
201.522	40.30	1.200	2.340	0.606	47.2074	0.780	42.715686
207.263	41.45	1.600	3.120	0.516	40.1964	0.780	34.087482
							189.820488
					Суммарная осадка		0.33094275	см

Стабилизированная осадка:

Условие выполняется. Конструктивная схема окончательно принята.

Полученные осадки меньше S_доп=10см. Условие 2-го предельного состояния выполняется.

ΔS = (0,9-0,33)/600 = 0,0095 < ΔS_доп= 0,004

Задача № 2 Определить значение контрольного остаточного отказа sa, м, при забивке сваи.

Решение: 2.1 Контрольный расчетный отказ s_a, м, в зависимости от

энергии удара Е_d выбранного молота, определяем по формуле (4)

СНиП 3.02.01.-87 стр.114.

где — коэффициент, принимаемый по таблице 2 СНиП 3.02.01-87 стр.115 в зависимости от материала сваи, кН/м²;

А – площадь, ограниченная наружным контуром сплошного или полого поперечного сечения ствола сваи, м²;

F_d – несущая способность сваи по проекту (заданию), кН, а также может быть определенна через расчетную нагрузку N, передаваемую на сваю

— коэффициент надежности принимаемый по СНиП 2.02.03-85 п.3.10 и равен 1,4

–коэффициент восстановления удара, принимаемый при забивке ж/б свай и свай – оболочек молотами ударного действия с применением наголовника с деревянным вкладышем = 0,2 ;

–масса молота, т;

–масса сваи и наголовника, т;

–масса подбабка, т.

= kH

= м

Если значение остаточного отказа < 0,002 м, то следует предусмотреть применение для погружения свай молота с большей энергией удара, при которой остаточный отказ будет> 0,002 м.

Вывод: В конце погружения свай молотом расчетное значение отказа свай должно быть равно ______________________ м.

Василий Алексеевич Новиков

Методические указания

к практической работе

«Расчет параметров организации и производства

свайных работ»

по дисциплинам направления подготовки

270100 «Строительство»

Формат 60х84 1/16 Объём 1,3 п.л.

Брянская государственная инженерно-технологическая академия

Брянск, Станке Димитрова, 3 Редакционно-издательский отдел

Подразделение оперативной печати

РАСЧЁТЫ, ПРОВОДИМЫЕ ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОТКАЗА СВАИ — Студопедия.Нет

РАСЧЕТ ОТКАЗА СВАИ ПРИ ЗАБИВКЕ

Отказ свай при забивке

Свайные основания все чаще находят применение в различных отраслях строительства. Практическая ценность и эффективность такого фундамента позволяет достигать отличных результатов в реализации проекта. При этом, прочность и качество основания напрямую зависят от правильного выполнения расчетов и всех этапов производства работ.

В свайном строительстве существует много определений и свойственных характеристик. Отказ сваи при забивке это важный момент, которые играет особую роль для возведения основания необходимой прочности.

ЧТО НАЗЫВАЮТ ОТКАЗОМ СВАИ

В общем виде, отказ сваи это вычисленная или, практическим путем, установленная отметка глубины, на которой происходит затруднение погружения сваи из-за состава и характеристик грунта. Перед выполнением работ по возведению свайного поля нужно не только точно определить и вынести в натуру фактическое местоположение свай. Кроме этого, важно точно провести геологические изыскания на объекте и вычислить глубину отказа сваи – так удастся оптимально использовать возможности свайного основания и предотвратить его разрушение.

Проектный отказ сваи это определенный на основе множества исходных данных уровень грунта, на котором погружение сваи становится проблемным. Отказ измеряется в миллиметрах.

В процессе забивания сваи молотом или вдавливания сваи специальной установкой может произойти два варианта развития событий: либо свая в какой-то момент упрется в прочный горизонт и перестанет уходить в грунт, либо она провалиться в землю полностью. Для строительства важен выход на заданную отметку, поэтому предварительное определение проектного отказа сваи крайне важно для эффективности всего строительства.

ИСТИННЫЙ И ЛОЖНЫЙ ОТКАЗ СВАИ

Важным понятием в производстве забивных работ является залог сваи. Это величина, на которую опора готова погружаться. В процессе забивки можно проследить тенденцию, на которую свая уходит вглубь. Обычно для этого применяют отметку за 10 ударов молота: отмечается глубина, на которую опора уходит вглубь. Если погружение осуществляется вибрационным способом, то отсчет залога определяют по временному промежутку.

Истинный отказ свай

Важная особенность: работы по погружению сваи выполняются вплоть до момента, когда она прочно сядет в грунт и дальнейшее погружение окажется невозможным.

Ложный отказ сваи может произойти из-за медленного или слишком часто ритма забивания опоры. Также такую задержку могут вызвать особенности слоев грунта. В любом случае, если остановка погружения происходит до выхода на заданную расчетную глубину, или до отметки залога, то следует продолжать работы.

Истинный отказ сваи является конечной целью. Благодаря проектным работам и предпроектным изысканиям удается выявить эту отметку и необходимо на неё выходить. В таком случае основание получает достаточную прочность и надежность.

Отказ сваи, определение которого заключается в плановом погружении опоры на установленную глубину, крайне важно для успеха всего строительства. Рассчитанный отказ свай при забивке должен соответствовать практическому в пределах допустимого несоответствия.

Ложный отказ свай

Просто знать, что такое отказ сваи при забивке недостаточно для грамотного производства работ. Важно правильно выполнить проектные расчет, потому что это определяет последующий порядок работ.

РАСЧЁТЫ, ПРОВОДИМЫЕ ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОТКАЗА СВАИ

Расчет отказа сваи определяет ту проектную отметку, при выходе на которую свая полностью обеспечивает необходимую несущую способность. Для максимально точного определения параметров отказа выполняется несколько важных испытаний:

1. статистические;

2. динамические;

3. испытания грунтов;

4. испытания зондов;

5. зондирование статистическое.

Расчетный отказ сваи выполняют профессиональные специалисты.

По результатам инженерно-геологических изысканий собирают необходимую для расчетов информацию. А непосредственно для определения отказа сваи используются следующие формулы:

где

А — площадь сечения сваи;

М — коэффициент, зависящий от вида грунта;

Ed — расчетная энергия вибропогружателей или удара молота;

m1 — масса молота или вибропогружателя;

m2 — масса сваи и наголовника;

m4 — масса ударной части молота;

Sa — остаточный отказ сваи

Sel — упругий отказ сваи.

На практике возможно три варианта развития событий при создании свайного поля:

1. Свая превысила проектную отметку отказа и углубилась дальше. В таком случае забивание продолжают до тех пор, пока опора не выйдет на уровень отказа. После этого определяют возможность применения данной сваи в дальнейшем строительстве и корректируют выполненные расчеты с учетом практически полученной глубины. Это работа архитектора.

2. Свая вышла в пределах допуска на расчетный отказ. Это оптимальный вариант, который позволяет продолжать строительство в рассчитанном темпе.

3. Свая не достигла расчетного отказа. Тогда рассчитывают полученную несущую способность и планируют дальнейшие действия.

В любом случае есть варианты для дальнейшей работы, которые помогают достигнуть желаемой прочности и технических характеристик.

Отказ сваи определяется множество показателей. Для того, чтобы расчет отказа при забивке свай был выполнен верно, то используют следующие показатели:

· Площадь сечения используемой сваи. Производство опор выполняется в различных габаритах и при разработке проекта необходимо подобрать оптимальный вариант. При увеличении сечения сваи в геометрической прогрессии увеличивается создаваемая плотность прилегающего грунта.

· Коэффициент сопротивления грунта. Этот параметр играет важную роль для качества и особенностей погружения.

· Энергия погружения.

· Масса применяемого молота.

· Масса самой сваи.

· Остаточный отказ стержня.

Процесс забивания сваи представляет собой довольно сложный комплекс действий, который должен обеспечить должное качество возводимого основания. Поэтому строители и проектировщики должны точно соблюдать многие правила.

Динамические испытания свай с определением упругого отказа

Динамические испытания с определением упругого отказа

Основным преимуществом измерения упругого отказа в процессе динамических испытаний является более достоверное определение несущей способности сваи Fd. Что позволяет более полно использовать резервы несущей способности основания и, как следствие, эффективно проектировать свайные фундаменты.
Ниже представлена формула, по которой определяется допускаемая нагрузка на сваю N. В соответствии с этой формулой значение нагрузки, которую можно передать на сваю с регистрацией упругого отказа будет на 15% выше, по сравнению с аналогичной сваей, которая подвергалась испытанием без измерения упругого отказа.

ɣk — коэффициент надежности, принимаемый равным:

1,25 — если несущая способность сваи определена расчетом по результатам статического зондирования грунта, по результатам динамических испытаний сваи, выполненных с учетом упругих деформаций грунта, а также по результатам полевых испытаний грунтов эталонной сваей или сваей-зондом;

1,4 — если несущая способность сваи определена расчетом, в том числе по результатам динамических испытаний свай, выполненных без учета упругих деформаций грунта;

Процесс проведения испытаний динамических испытаний свай с определением упругого отказа на видео.

На рисунке ниже представлена диаграмма перемещения сваи после одиночного удара молота.

Свая после каждого удара перемещается в три этапа: вначале она перемещается на некоторую максимальную глубину, затем упругими силами грунта выталкивается вверх и после быстрозатухающих колебаний останавливается в грунте на отметке, отличающейся от положения ее до удара на некоторую величину, называемую остаточным отказом. Разность величин погружения свай на максимальную глубину и остаточного отказа называют упругим отказом.

В соответствие с Приложением Д СП 45.13330.2012 «Земляные сооружения, основания и фундаменты» расчетный отказ для ж/б свай длиной свыше 25 метров, а также стальных трубчатых свай следует оценивать расчетом, основанным на волновой теории. Ниже приведен пример расчета отказа металлической сваи с закрытым нижним концом, погружаемой забивкой. Геометрические параметры сваи: длина 35 метров, диаметр ствола 325 мм, для обустройства одного из объектов месторождения нефтегазовой отрасли.

пример расчета отказа металлической сваи с закрытым нижним концом

Для расчета взаимодействия сваи с окружающим массивом грунта на основе решения волнового уравнения необходимо задать характеристики грунтовых условий площадки строительства. Характеристики могут задаваться на основе данных статического зондирования или на основе табличных данных (сводная таблица физико-механических свойств грунтов).
Пример задания грунтовых условий приведен ниже.

Цель расчета сводится к выбору необходимого оборудования для погружения свай. В случае неправильного выбора сваебойного оборудования при забивке сваи фиксируется «ложный» отказ, когда свая погружается маломощным молотом. При этом нижние концы не достигают проектных отметок. Малая энергия удара молота расходуется в основном на разрушение голов свай, а не на их погружение.
Расчетный отказ, полученный по результатам расчета, сравнивают с фактическим, измеренным в ходе динамических испытаний после отдыха свай. Если фактический отказ превышает расчетный, необходимо предусмотреть проведение дополнительных статических испытаний.
При погружении составных ж/б свай как правило применяют гидравлические молоты с возможностью изменения энергии удара. При этом необходимо контролировать уровень напряжений, возникающих в свае при их забивке для недопустимости ее разрушения, вследствие превышения напряжений предельному значению прочности материала сваи. Ниже приведен пример регистрации сжимающих и растягивающих напряжений в теле сваи при забивке (на объекте «Леруа Мерлен» в г. Кемерово).

Применение автоматизированных средств измерений позволяет получать результаты в графическом виде непосредственно в процессе испытаний.
Ниже приведен график зависимости глубины погружения от количества ударов, глубины погружения от уровня напряжения в материале сваи, мобилизация динамического сопротивления в процессе забивки.

Получите консультацию специалиста по телефону:
Инженер ООО НПО «Геосмарт» Александр +7-908-579-39-03

Работаем по всей России и СНГ!
Рассчитайте стоимость испытаний

Другие услуги компании «ГЕОСМАРТ»:

Испытания свай более современным методом в соответствии с п.8.4 ГОСТ 5686-2012 Штамповые испытания грунтов (определение модуля деформации) по ГОСТ 20276-2012