Реферат несущая способность свай

Обновлено: 04.07.2024

Название работы: Понятие о висячих сваях и сваях-стойках. Определение несущей способности свай-стоек

Предметная область: Архитектура, проектирование и строительство

Описание: По характеру передачи нагрузки на грунт сваи подразделяются на висячие сваи и сваистойки. К сваямстойкам относятся сваи прорезающие толщу слабых грунтов и опирающиеся на практически несжимаемые скальные или малосжимаемые грунты крупнообломочные грунты с песчаным заполнителем глины твёрдой консистенции. Сваястойка практически всю нагрузку на грунт передаёт через нижний конец так как при малых вертикальных перемещениях сваи не возникают условия для проявления сил трения на её боковой поверхности рис. Сваястойка работает как сжатый.

Размер файла: 28.5 KB

Работу скачали: 108 чел.

Задание 17. Понятие о висячих сваях и сваях-стойках. Определение несущей способности свай-стоек.

По характеру передачи нагрузки на грунт сваи подразделяются на висячие сваи и сваи-стойки.

К сваям-стойкам относятся сваи, прорезающие толщу слабых грунтов и опирающиеся на практически несжимаемые скальные или малосжимаемые грунты (крупнообломочные грунты с песчаным заполнителем, глины твёрдой консистенции). Свая-стойка практически всю нагрузку на грунт передаёт через нижний конец, так как при малых вертикальных перемещениях сваи не возникают условия для проявления сил трения на её боковой поверхности (рис.1,а). Свая-стойка работает как сжатый стержень в упругой среде, её несущая способность определяется или прочностью материала сваи, или сопротивлением грунта под её нижним концом.

К висячим сваям относятся сваи, опирающиеся на сжимаемые грунты. Под действием продольного усилия N висячая свая получает вертикальные перемещения, достаточные для возникновения сил трения между сваей и грунтом. В результате нагрузка на основание передаётся как боковой поверхностью сваи, так и её нижним концом (рис.1,6). Несущая способность висячей сваи определяется суммой сопротивления сил трения по её боковой поверхности и грунта под остриём.

Расчёт несущей способности сваи-стойки

Поскольку потеря несущей способности сваей-стойкой может произойти либо в результате разрушения грунта под её нижним концом, либо в результате разрушения самой сваи, её расчёт на вертикальную нагрузку проводится по двум условиям: по условию прочности материала ствола сваи и по условию прочности грунта под нижним концом сваи. За несущую способность сваи в проекте принимается меньшая величина.

По прочности материала сваи рассчитываются как центрально сжатые стержни. При низком ростверке расчёт ведётся без учёта продольного изгиба сваи, за исключением случаев залегания с поверхности площадки слоев очень слабых грунтов (торф, ил), а при высоком ростверке - с учётом продольного изгиба на участке сваи, не окружённом грунтом. Расчётная нагрузка на сваю по материалу определяется по формулам для расчёта соответствующих строительных конструкций.

По прочности грунта под нижним концом сваи несущая способность F α сваи-стойки определяется по формуле:

При подсчёте сопротивлений геологические слои основания пройдённое сваей разбивают на однородные расчётные слои толщиной не превышающей 2 м. Подсчёт сил трения по боковой поверхности сваи сведено в таблицу 3.2, в соответствии со схемой на рисунке 4. Руководствуясь данными таблицы 3.2 и соответствующими к ней положениями, определяем значение R=3500кПа при IL=0.3, грунт — суглинок, глубина… Читать ещё >

Определение несущей способности сваи ( реферат , курсовая , диплом , контрольная )

Несущая способность по грунту на вдавливание (кН) забивных висячих свай сплошного поперечного сечения определяют по формуле (3.1):

где — коэффициент условий работы сваи в грунтах, принимаемый 1;

— расчётное сопротивление грунта под нижним концом сваи, определяемое по таблице 3.2 [1],.

— площадь поперечного сечения сваи, м2 (d_c 2 =0,35 2 =0,1215 м 2 );

— периметр поперечного сечения сваи, м (d_c =4*0.35=1.4м);

— расчётное сопротивление i — того слоя грунта по боковой поверхности сваи, определяемое по таблице 3.3[1], кПа;

— толщина того i — слоя грунта, м;

— коэффициенты условий работы грунта соответственно под нижним концом и на боковой поверхности сваи. Принято .

Руководствуясь данными таблицы 3.2 [1] и соответствующими к ней положениями, определяем значение R=3500кПа при I_L=0.3, грунт — суглинок, глубина от уровня размыва 9 м;

Суммирование в формуле (3.1) распространяется на все пройденные сваей слои грунта (с учётом размыва).

Несущая способность определяется по материалу и грунту. Из двух значений принимается меньшее для расчета. Расчет сваи по прочности производится в соответствии с методами проектирования железобетонных конструкций (ЖБК). Для висячих свай несущая способность по грунту всегда меньше несущей способности по материалу. Для свай-стоек несущая способность по грунту и по материалу примерно одинакова.

- коэффициент условий работы сваи в грунте;

- расчетное сопротивление грунта;

- площадь поперечного сечения.

Несущая способность висячих свай определяется четырьмя методами:

3) статического зондирования;

4) испытание свай статической нагрузкой.

5.1.1. Практический метод. Несущая способность несущих свай определяется как сумма двух слагаемых расчетного сопротивления по боковой поверхности и сопротивления под нижним концом сваи:

γ_c – коэффициент условий работы;

γ_cR – коэффициент, зависящий от вида грунта под нижним концом сваи;

R – расчетное сопротивление грунта под нижним концом сваи;

A – площадь поперечного сечения сваи под нижним концом;

U – периметр сваи;

γ_cRi – коэффициент условий работы грунта по боковой поверхности сваи;

f_i – сопротивление грунта по боковой поверхности;

l_i – длина боковой поверхности сваи (l_i2 м).

5.1.2. Динамический метод заключается в определении несущей способности сваи по величине отказа сваи после отдыха.

Отказ – это величина, на которую погружается свая за один удар после отдыха. Висячим сваям, не добивая до проектной отметки, дают отдых (пески – одна неделя, супеси – 2 недели, глина - 3). После отдыха производят добивку сваи до проектной отметки и измеряют отказ сваи. По величине отказа по формуле Герсиванова определяется несущая способность сваи.

Динамический метод испытывается для контроля фактической несущей способности сваи на строительной площадке. Зная параметры сваебойного оборудования, определяется проектный отказ. Если фактический отказ оказывается больше проектного, то фактическая несущая способность сваи меньше проектной и, соответственно, в проект вносятся изменения.

5.1.3. Метод статического зондирования позволяет раздельно определять сопротивление сваи под пятой и сопротивление сваи по боковой поверхности. При статическом зондировании зонд при помощи домкрата вдавливается с постоянной скоростью 0,5 м/мин и измеряется величина сопротивления грунта погружению конуса и величина трения грунта по боковой поверхности. Замеры производят каждые 20 см. затем строят график.

Бывают следующие виды зондов:

Удельное сопротивление грунта под нижним концом сваи:

- переходный коэффициент от сопротивления грунта под зондом при его погружении к сопротивлению грунта под забивной сваей;

- среднее значение сопротивления грунта под наконечником зонда на 1 d выше и 4 d ниже нижнего конца сваи.

Среднее удельное сопротивление грунта по боковой поверхности сваи:

(участки первого типа).

(участки второго и третьего типа).

Частное значение предельного сопротивления в месте зондирования:

Несущая способность сваи:

5.1.4. Метод испытания свай статической нагрузкой. Несущая способность сваи определяется путем испытания ее аналога статической нагрузкой.

На свая при помощи домкрата прикладывается ступенями нагрузка. Каждая ступень выдерживается до стабилизирующей осадки, затем строят график зависимости осадки от давления. За несущую способность принимается та, при которой осадка составляет 0,2 от предельно допустимой величины осадки.

Проектирование свайных фундаментов ведется в следующей последовательности:

1) определяется глубина заложения подошвы ростверка. Она не зависти от глубины промерзания грунтов, и определяется исключительно конструктивными потребностями;

2) производится выбор типа сваи, длины сваи и поперечного сечения. Тип и вид сваи выбирается исходя из инженерно-геологических условий в зависимости от сваебойного оборудования. Длина сваи выбирается в зависимости от геологических условий так, чтобы свая прорезала слабые грунты и заглублялась в слой прочных грунтов не менее 1 м. в зависимости от длины сваи выбираются размеры поперечного сечения сваи, выбирается тип и вид сваи;

3) определяется несущая способность сваи. Она определяется одним из четырех методов. Расчетная допустимая нагрузка на сваи определяется по формуле:

F_d - несущая способность сваи;

γ_n - коэффициент надежности, зависит от метода определения несущей способности сваи:

γ_n=1,4 при практическом методе;

γ_n=1,25 при зондировании;

γ_n=1,1 при статическом методе;

4) определяется количество свай в фундаменте по формуле:

N I - нагрузка по первой группе предельных состояний;

Р – расчетная нагрузка;

5) определяются размеры ростверка и производится его конструирование.

Размеры свай в плане:

Если n получилось 3, 1, то принимаем количество свай 4.

Железобетонные ростверки рассчитываются на продавливание колонной, сваей, на изгиб;

6) производится проверка сваи по несущей способности.

Проверка фактической нагрузки, приходящую на сваю:

- при центрально нагруженных свайных фундаментах фактическая нагрузка на сваю определяется по формуле:

- для внецентренно нагруженных фундаментов:

- сумма квадратов расстояний свайного фундамента до оси каждой сваи.

Если условия (*) не выполняются, то увеличивается количество свай.

7) определение осадки свайного фундамента.

Рассматривается условный фундамент, причем считается, что давление, действующее по подошве свайного фундамента, распределяется равномерно.

(для внецентренно нагруженных).

Если условие не выполняется, то увеличивают длину сваи или расстояние между сваями.

При возведении новых зданий и реконструкции старых в примыкании к существующей застройке одной из основных проблем строительства является исключение недопустимых дополнительных деформаций примыкающих зданий. В плане статической работы основания наиболее безопасными как для существующих, так и для проектируемых зданий оказываются свайные фундаменты, прорезающие толщу слабых глинистых грунтов и опирающиеся на относительно надежные моренные отложения или отложения венда. Однако при выборе свайного варианта фундаментов возникает проблема исключения развития недопустимых осадок примыкающих зданий на стадии устройства свайного поля. Наиболее щадящими в условиях Санкт-Петербурга являются сваи, изготовленные по технологии типа "Bauer", "Cazagrande". При усилении фундаментов часто устраиваются сваи по буроинъекционной технологии.

Накопленный опыт испытаний таких свай свидетельствует о том, что несущая способность свай, рассчитанная по формулам и таблицам СНиП 2.02.03-85, оказывается в 2-3 раза ниже фактической несущей способности, определенной в результате статических испытаний [1], [2]. В большинстве же случаев фактическую несущую способность свай не удавалось установить, так как выбор оборудования для статических испытаний осуществлялся, как правило, исходя из рассчитанной несущей способности по СНиП.

Рекомендации по совершенствованию методов расчёта несущей способности буровых свай в инженерно-геологических условиях Санкт-Петербурга

Для корректного предварительного назначения несущей способности буровых свай выполнен анализ результатов испытаний 73 свай диаметром от 151 до 750 мм длиной от 4 до 36 м и сравнение с расчетными значениями. Выбор расчетного аппарата произведен в рамках СНиП, т.е. в рамках, доступных для проектирования.

При расчете несущей способности свай были рассмотрены следующие рабочие гипотезы:

Гипотеза 1 (методика СНиП): при изготовлении буровых свай происходит нарушение природной структуры грунта; дополнительное уплотнение грунта (характерное для свай, погружаемых в грунт в готовом виде) отсутствует. Эти предпосылки положены в основу методики СНиП 2.02.03-85, где несущая способность буровых свай определяется по формуле (11): расчетное сопротивление под нижним концом определяется по табл. 7, расчетное сопротивление на боковой поверхности - по табл. 2 с учетом понижающих коэффициентов по табл. 5.

Гипотеза 2: при изготовлении буровых свай не происходит нарушения природной структуры; грунт вокруг сваи уплотняется за счет разницы удельного веса бетона и грунта. Такие базовые предпосылки лежат в основе определения несущей способности забивных свай по формуле (8) СНиП 2.02.03-85: расчетное сопротивление под нижним концом определяется по табл. 1, расчетное сопротивление на боковой поверхности - по табл. 2 без понижающих коэффициентов.

Гипотеза 3: Свая работает как глубокая опора; при изготовлении происходит нарушение природной структуры. Несущая способность определяется как сумма составляющих по нижнему концу и по боковой поверхности. Несущая способность по нижнему концу определяется по формуле (16) СНиП 2.02.01-83, несущая способность по боковой поверхности - по расчетному сопротивлению грунта из табл. 2 СНиП 2.02.03-85 с учетом понижающих коэффициентов по табл. 5 этого же СНиП.

Гипотеза 4: Свая работает как глубокая опора; нарушения природной структуры грунта вокруг сваи не происходит. Несущая способность определяется как сумма составляющих по нижнему концу и по боковой поверхности. При этом несущая способность по нижнему концу определяется по формуле (16) СНиП 2.02.01-83, несущая способность по боковой поверхности - по расчетному сопротивлению грунта из табл. 2 СНиП 2.02.03-85 без понижающих коэффициентов.

Аналитический анализ ситуации и статистическая обработка результатов исследований включают следующие возможные объективные и субъективные ошибки:

Неточность данных об инженерно-геологическом напластовании грунтов. Оценка несущей способности сваи выполняется на основании инженерно-геологических данных по скважине, ближайшей к свае. При этом ближайшая скважина может оказаться на расстоянии десятков метров от сваи.

Естественный разброс физико-механических свойств грунтов. Как природная среда, грунты имеют существенную изменчивость свойств и в горизонтальном и в вертикальном направлениях. В связи с этим результаты статических испытаний одинаковых свай, находящихся в пределах "видимости" одной и той же скважины, могут заметно отличаться друг от друга.

Неточность принятых прочностных характеристик грунтов под нижними концами. В большинстве рассмотренных случаев при инженерно-геологических изысканиях прочностные характеристики грунтов принимаются по таблицам нормативных документов на основании физических характеристик.

Неточность определения фактической несущей способности по графикам статических испытаний (ошибки экстраполяции). Как отмечалось выше, во многих испытаниях, по которым проводился анализ, нагрузка не доводилась до срыва, а в одном из испытаний осадка составила всего 1,2 мм при нагрузке 80 т. В этих случаях ожидаемая фактическая несущая способность определялась условно путем экстраполяции графика "нагрузка-осадка" до ординаты 2 см. Кривая экстраполяции строилась с учетом испытаний ближайших свай либо с учетом испытаний аналогичных свай в похожих инженерно-геологических условиях.

Рис. 1. Диаграмма соответствия рассчитанной несущей способности свай по гипотезе 1 и несущей способности, определенной на основании результатов статических испытаний

На рис. 1 представлена диаграмма, на которой по горизонтальной оси показана несущая способность сваи F₁ Т , рассчитанная согласно гипотезе 1, а по вертикальной оси – несущая способность F (фактическая или ожидаемая), определенная по результатам статических испытаний. Диагональная тонкая линия на графике соответствует идеальному совпадению результатов расчета и испытаний. Результаты расчета и статических испытаний практически совпали только в 5 случаях (Указанные случаи аномально низкой несущей способности свай по информации, полученной в СПб ГЭКК ОФиПС, характеризуются тем, что сваи не были доведены до грунтов, принятых в проекте в качестве несущего слоя.) (т.е. в 7% рассмотренных случаев), в остальных случаях фактическая несущая способность оказалась выше рассчитанного значения. Среднеквадратическое отклонение результатов расчета от фактического значения несущей способности для данной выборки составило 107 т. Для того чтобы оценить, в какой степени метод расчета СНиП занижает несущую способность буровых свай, определим коэффициент k уравнения прямой вида F=k×F₁ T методом наименьших квадратов. Результаты статистического анализа дают величину коэффициента k=1,756 при коэффициенте корреляции R=0,9. Таким образом, фактическая несущая способность, в среднем, оказывается в 1,756 раза выше рассчитанной по СНиП.

Проанализируем результаты сравнения несущей способности, вычисленной по таблицам для забивных свай F₂ T (гипотеза 2) и определенной по результатам статических испытаний F (рис. 2). Сравнение свидетельствует о том, что в 49% случаев расчет несущей способности F₂ T показывает завышенное значение. Среднеквадратическое отклонение результатов расчета от фактических значений несущей способности для данной выборки составило 90 т. В наибольшей степени завышенные результаты получаются в случае опирания свай на грунты твердой консистенции. Если исключить из анализа эти точки, то среднеквадратическое отклонение расчетных значений от фактических снижается до 51 т. Определив коэффициент k уравнения прямой вида F=k×F₂ T , получим, что фактическая несущая способность, в среднем, оказывается на 20% ниже рассчитанной на основании гипотезы 2 (коэффициент k=0,797 при коэффициенте корреляции R=0,78).

Рис. 2. Диаграмма соответствия рассчитанной несущей способности свай по гипотезе 2 и несущей способности, определенной на основании результатов статических испытаний

Рис. 3. Диаграмма соответствия рассчитанной несущей способности свай по гипотезе 3 и несущей способности, определенной на основании результатов статических испытаний

Следующая оценка выполнена для несущей способности F₃ T , вычисленной в соответствии с гипотезой 3 (рис. 3). При этом коэффициенты формы фундамента принимались равными единице, в противном случае расчетная несущая способность оказывается существенно выше фактической. Такая методика расчета дала завышенный прогноз несущей способности в 25% случаев, однако существенная разница между расчетными и фактическими значениями имеется лишь в 5 случаях, т.е. в 7% рассмотренных случаев. Среднеквадратическое отклонение результатов расчета от фактического значения составляет 56 т. Корреляционная прямая практически совпадает с теоретической (k =1,032 при коэффициенте корреляции R=0,86).

Прогноз несущей способности буровых свай без введения понижающих коэффициентов для расчетного сопротивления грунта по боковой поверхности F₄ T (гипотеза 4) показал завышение по сравнению с фактической несущей способностью в 47% случаев (рис. 4). Фактическая несущая способность, в среднем, оказывается на 11% ниже рассчитанной на основании гипотезы 4 (k =0,893, коэффициент корреляции R=0,91) при среднеквадратическом отклонении 55 т от теоретической прямой.

Рис. 4. Диаграмма соответствия рассчитанной несущей способности свай по гипотезе 4 и несущей способности, определенной на основании результатов статических испытаний

Необходимо заметить, что для свай малого диаметра (151 мм) и для свай малой глубины погружения (до 9 м) расчетные значения по всем гипотезам оказались ниже фактической несущей способности (рис. 5). Для свай малого диаметра эта разница, очевидно, связана с тем, что при изготовлении сваи за счет опрессовки скважины высоким давлением ее фактический диаметр может увеличиваться, что приводит к соответственному увеличению площади опирания и площади боковой поверхности по сравнению с проектными значениями. Кроме этого при изготовлении свай в песчаных грунтах вероятны локальные гидроразрывы, заполняемые раствором, что оказывает влияние на характер передачи нагрузки на основание по сравнению с теоретическим.

Читайте также: