Модернизация метода расчета несущей способности свай в пробитых скважинах с уширением


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 FDR и несущей способности грунта вдоль боковой поверхности фундамента FDf [9]. В рассматриваемом случае FDR Определяется как наименьшее из значений, полученных из трех условий (рис. 1): несущей способности FDR1 жесткого материала (щебня) уширения, сформированного втрамбовыванием;

Несущей способности FDR2 уплотненного грунтового основания под уширением;

Несущей способности FDR3 грунта природного сложения, подстилающего уплотненное грунтовое основание. Практически в большинстве случаев определяющей является несущая способность FDR2. 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 FD определяется как сумма несущих способностей под нижним концом сваи FDR И по ее боковой поверхности FDf По формуле

Технологический свая несущий скважина

FD = FDR + FDf, (1)

Несущая способность FDR1 Жесткого грунтового материала (щебень), втрамбованного в дно скважин определятся по формуле

FDR1 = гC - г'CR -RC - A, (2)

Где ГС - 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;

RC - 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 - rС2, (3)

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

RC = k, (4)

Где VC - 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 (DC = HC) для случаев, когда ниже дна скважины залегают песчаные грунты средней плотности, для которых значение коэффициента K = 0,62.

Несущая способность FDR2 Уплотненного грунта в пределах уплотненной зоны под уширением сваи определяют по формуле

FDR2 = гC - г"CR - RCom - AС, (5)

Где ГC - 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;

RCom - расчетное сопротивление уплотненного грунта под уширением, кПа;

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

АC= 3,14 rС2, (6)

Где RC - 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 FDR3, Подстилающего уплотненную зону, вычисляется по формуле

FDR3 = гCf гCR "' - RИ - ACom, (7)

Где гCf - 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;

RИ - 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];

PU - предельное сопротивление того же грунта, вычисляемое по формуле

RИ = NГ ОГ B г1 + NQ оQ г'1 d + NC ОC C1, (9)

Где NГ, NQ, NС - 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.

ОГ, оQ, оC - коэффициенты формы фундамента, определяемые как

ОГ = 1-0,25/ з; оQ = 1+1,5/ з; оC = 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;

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

АCom= 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' + RCоm = 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;

RCоm - радиус уплотненной зоны из суглинка, м, равный

RCom = гC - 0,5d, (14)

Здесь ГC - коэффициент, учитывающий особенности взаимодействия сваи с грунтом, принимаемый равным ГC = 0,8;

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

СD - Плотность Грунта естественного сложения в сухом состоянии, равна 1,4 т/м3;

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

СD. mid = , (15)

Где С'D. max - максимально возможная плотность уплотненного грунта вычисляемая по выражению

С'D. max = , (16)

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

Где СS - плотность частиц грунта;

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

SR - степень влажности грунта, соответствующая естественной влажности Щ;

Щ - влажность грунта естественного сложения, д. е.

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

FDf = гC - u - ?гСf - fI - hI,

Где ГС - коэффициент условий работы сваи в грунте, принятый равным 1;

U - наружный периметр поперечного сечения ствола сваи, м;

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

FI - 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 IL = 0,9;

HI - 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 RU 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.

Похожие статьи




Модернизация метода расчета несущей способности свай в пробитых скважинах с уширением

Предыдущая | Следующая