Расчёт крена фундаментной плиты силосных корпусов

1. Определение момента

 

1. Расчёт крена

 

 

Метод угловых точек

 

Табл. 5.8 СП 22.13330.2016

 

 

Табл. 7.3 (стр. 209) учебник МГ, ОиФ Ухов С.Б. и др. 2004 г.

 

 

 

Лекция 10

Свайные фундаменты

a) Схемы

 

 

1- слабый грунт

2- прочный грунт

3- свая

4- низкий-ростверк

5- колонна

 

 

 

6- вода

7- уровень дна после размыва

8- опора

9- высокий ростверк

 

 

Применяющийся в случаях.

1. Плотные мало сжимаемые грунты залегают на значительной глубине и использование фундаментов мелкого заложения является нерациональным.
2. Прочные грунты залегают у поверхности, но при большой глубине воды или значительном размыве дна водостока.

В зависимости от расположения свай в плане различают следующие виды свайных фундаментов:

Одиночный                     Куст                   Лента                             Плита

 

b) Классификация свай

- по формуле поперечного сечения

 

    Круг                   Квадрат                       полые с закрытым нижним концом

- по форме продольного сечения

  Призматические Цилиндрические Пирамидальные Булавовидные

- по материалу

• Бетонные
• Железобетонные
• Деревянные (хвойные породы дерева)
• Стальные
• Композитные

- по способу заглубления в грунт

a) Предварительно изготовленные (заводские) сваи

 

Забивные                                                           Вдавливаемые

                           

1- Свая

2- Молот

3- Вдавливающие устройства

Конструкция забивной сваи

1- Арматурные сетки оголовка

2- Продольная арматура (может быть напрягаемой) А 400

3- Поперечная арматура А 500

Бетон В 15, В22,5

 

При необходимости увеличения длины сваи их стыкуют.

Узел стыка:

1-свая

2-закладная деталь

3-накладки

Подробные сведения о типах забивных свай и области их применения изложены в ГОСТ 19804-2012 «Сваи железобетонные. Технические условия».

Сваи-оболочки:

1-ж/б оболочка

2-грейфер

3-вибропогружатель

Винтовые:

1-стальная винтовая свая

2-завинчивающее устройство (кабестан)

б) Устраиваемые в грунте

Набивные

1-труба

2-теряемый наконечник (башмак)

3-вдавливающее и вытягивающее устройство

4-скважина

5-бетон

6-бетонолитная плита

7-уплотненный грунт

8-набивная свая

Набивную сваю изготавливают путем укладки бетонной смеси в скважину, образованную путем принудительного отжатия грунта в стороны.

Буровые

1-Полый шнек

2-вращающее устройство

3-скважина

4-извлекаемый грунт

5-бетонолитная труба

6-бетон

7-буронабивная свая

Буровую сваю изготавливают путем заполнения пробуренной скважины бетоном. Когда грунт слабый и стенки скважины сильно оплывают, устройство сваи выполняют под защитой обсадной трубы.

Более подробные сведения по способам устройства набивных и буровых свай изложены в СП 24.13330.2011 (изм. №1) «Свайные фундаменты. Актуализированная редакция СНиП 2.02.03-85»

- по условиям взаимодействия с грунтом

Сваи-стойки

  Скальный или малосжимаемый грунт

Нагрузка N преимущественно передается на грунт через нижний конец сваи

Висячие сваи

 

Сжимаемый грунт

Нагрузка N передается на грунт через боковую поверхность и нижний конец сваи.

К малосжимаемым грунтам относятся крупнообломочные грунты с песчаным заполнителем средней плотности и плотным, а также глины твердой консистенции в водонасыщенном состоянии с модулем деформации Е  50 МПа                       

 

Процессы, происходящие в группе, при устройстве свай:

а) Подъем поверхности грунта

 

1 – забивная или набивная свая

2 – грунт вокруг сваи

 

Пески средней плотности и рыхлые, неводонасыщенные глинистые грунты, уплотняются быстро и подъем грунта небольшой

Водонасыщенные глины и суглинки уплотняются, медленно за счет отжима воды из пор грунта, поэтому перемещение грунта вверх большое.

Рекомендуется вести забивку или устройство сваи от середины свайного поля к его периметру.

б) Уплотнение грунта

1 – забивная, набивная свая, в том числе свая- оболочка, погружаемая без выемки грунта

2 – уплотненная зона грунта

Уплотненная область грунта незначительна вокруг буровых свай – оболочек, погружаемых с выемкой грунта.

 

в) Отказ сваи

Погружение сваи от одного удара молотком называют отказом.

Очевидно, чем меньше отказ, тем больше несущая способность сваи.

Причиной ложного отказа сваи в маловлажных песках плотных и средней плотности является переуплотненная упругая зона грунта под нижним концом сваи, в глинистых грунтах – тиксопропное разжижение структуры грунта вокруг сваи.

Время, необходимое для релаксации напряжения и восстановления структуры (засасывания сваи) в грунтах называется отдыхом сваи.

Отказ, определенный после отдыха свай называется действительным отказом.

Продолжительность отдыха для песчаных грунтов составляет 3…5сут., в глинистых грунтах – для супесей 5…10сут., суглинков 15…20сут., глин 25…30сут. и более.

Образование переуплотненной зоны грунта можно избежать, применяя молоты двойного действия или вибропогружатели. Тиксотропные явления в глинистых грунтах можно снизить, если погружение производить молотами одиночного действия с большим весом ударной части и небольшими ударами.

Процессы, происходящие в грунте при работе свай под нагрузкой:

а) Схемы передачи нагрузки на основание

• Одиночная висячая свая

1 – свая

2 – зона напряженного состояния грунта

Вертикальные нормальные напряжения  распределяются на площади, равной основанию конуса, образующая которого составляет со сваей угол

 

• Группа свай

 

3 – эпюра напряжения на уровне нижнего конца сваи

4- зона наложения (концентрации, напряжен.)

 

При расстоянии между сваями  происходит наложение напряжений, вследствие чего давление на грунт в уровне нижних концов свай возрастает.

С увеличением давления формируется и значительно большая, по сравнению с одиночной сваей активная зона сжатия грунта.

Осадка сваи куста при совместной работе свай превышает осадку одиночной сваи.

Несущая способность свай куста по сравнению с одиночной сваей может, как увеличиться, так и уменьшаться.

Учитывать влияние кустового эффекта на работу свайных фундаментов сложно. Это требует экспериментального изучения.

Лекция 12,13

Расчетные методы определения несущей способности свай

 

a) Сваи стойки

Несущую способность сваи определяют по формуле:

,

где - коэффициент условия работы сваи в грунте, ; R – расчетное сопротивлении грунта под нижним концом сваи; А – площадь опирания на грунт сваи.

Рис.: 1- свая, 2- скальный или слабодеформируемый грунт (E>50 МПа)

 

1-площадь брутто

2-площадь нетто

 

Для забивных свай рекомендуется принимать R=20000 кПа

Для набивных, буровых свай и свай-оболочек, заполняемых бетоном по формулам:

,

где - расчетное сопротивление массива скального грунта под нижним концом сваи-стойки, определяемое по - нормативному значению предела прочности на одноосное сжатие массива скального грунта в водонасыщенном состоянии, кПа, определяемому, как правило, в полевых условиях; -коэффициент надежности по грунту, принимаемый равным 1,4.

, ,

где  и - соответственно расчетное и нормативное значения предела прочности на одноосное сжатие скального грунта в водонасыщенном состоянии, кПа, определяются по результатам испытаний образцов отдельностей (монолитов) в лабораторных условиях; - коэффициент, учитывающий снижение прочности ввиду трещиноватости скальных грунтов, принимаемый по таблице 7.1 СП 24.13330.2011.

 

Несущая способность по материалу свай, работающих на сжимающую нагрузку, рассчитывается по формуле:

,

где - коэффициент продольного изгиба, - коэффициент условий работы,  для свай сечением менее 0,3*0,3 м, -большего сечения; -коэффициент условия работы бетона,  для буровых и набивных свай при бетонировании насухо, и  при бетонировании под водой,  при бетонировании в глинистом растворе, в остальных случаях ; - расчетное сопротивление бетона осевому сжатию; А-площадь поперечного сечения сваи; -коэффициент условия работы арматуры, - расчетное сопротивление сжатию арматуры; - площадь сечения арматуры.

 

В дальнейших расчетах принимается наименьшее значение несущей способности.

 

b) Висячие сваи, погружаемые без выемки грунта (забивные, вдавливаемые и сваи-оболочки)

1-свая; 2-очень сильно-, сильно- и среднедеформируемые грунты (Е<50 МПа)

 

 

Несущую способность сваи определяют по формуле:

,

где  R - расчетное сопротивление грунта, принимаемое по таблице 7.2; u-нагруженный периметр поперечного ствола сваи; -расчетное сопротивление i-го слоя грунта на боковой поверхности сваи, принимаемое по табл. 7.3; - толщина i-го слоя грунта, соприкасающегося с боковой поверхности сваи;  и  – коэффициенты условий работы, учитывающие влияние способа погружения сваи на сопротивление грунта и принимаемое по таблице 7.4.

1-свая; 2-грунты.

 

Несущую способность сваи, работающей на выдергивающую нагрузку определяют по формуле:

,

где u-нагруженный периметр поперечного ствола сваи; -расчетное сопротивление i-го слоя грунта на боковой поверхности сваи, принимаемое по табл. 7.3; - толщина i-го слоя грунта, соприкасающегося с боковой поверхности сваи;  – коэффициент условия работы, учитывающий влияние способа погружения сваи на сопротивление грунта и принимаемое по таблице 7.4.; - коэффициент условия работы сваи в грунте (для свай, погружаемых в грунт на глубину менее 4 м  на глубину 4 м и более ).

 

c) Висячие набивные, буровые и сваи-оболочки, погружаемые с выемкой грунта

Несущую способность сваи, работающей на сжимающую нагрузку определяют по формуле:

,

где  – в случае опирания сваи на глинистые грунты с  и на лессовые грунты, в остальных случаях ; - для свай с камуфлетным уширением и буроинъекионных свай, изготавливаемых по технологии РИТ, - для свай с механическим уширением, бетонируемых насухо, - для свай с механическим уширением, бетонируемых подводным способом; R – расчетное сопротивление грунта, принимаемое:

¾ Для крупнообломочных грунтов с песчаным заполнителем и песков в основании буровой сваи и сваи-оболоки по формулам:

,

,

где , , , - безразмерные коэффициенты, принимаемые по таблице 7.7 в зависимости от расчетного значения угла внутреннего трения грунта основания; - расчетное значение удельного веса грунта, кН/м³, расположенных выше нижнего конца сваи (при водонасыщенных грунтах с учетом взвешивающего действия воды); - осредненное (по слоям) расчетное значение удельного веса грунта, кН/м³, расположенных выше нижнего конца сваи (при водонасыщенных грунтах с учетом взвешивающего действия воды); - диаметр, м, набивной и буровой свай, диаметр уширения (для сваи с уширением), сваи-оболочки или диаметр скважины для сваи-столба, омоноличенного в грунте цементно-песчаным раствором; - глубина заложения, м, нижнего конца сваи или ее уширения, отсчитываемая от природного рельефа или уровня планировки (при планировке срезкой), для опор мостов – от дна водоема после его общего размыва при расчетном паводке;

¾ Для глинистых грунтов в основании по таблице 7.8;

¾ Для набивных свай – по таблице 7.2;

 – коэффициент условий работы грунта по боковой поверхности сваи, принимаемый по таблице 7.6; - расчетное сопротивление i-го слоя грунта по боковой поверхности ствола сваи, принимаемое по таблице 7.3.

 

d) Учет отрицательного (негативного) трения грунта на боковой поверхности свай.

Основание, в котором расположены сваи, может испытывать деформации из-за загружения поверхности грунта нагрузкой (планировка территории подсыпкой, нагружение пола по грунту и т.д.), консолидации грунтов, просадки грунтов при замачивании.

 

В этом случае на боковой поверхности сваи возникают силы трения, направленные вниз, которые называют отрицательными. Вероятность возникновения отрицательных сил трения возрастает, если в пределах глубины погружения сваи имеется слой сильнодеформируемых грунтов.

1- песчаный грунт средней плотности; 2 – слой торфа; - осадка слоя торфа.

 

В этом случае несущая способность сваи определяется по формуле:

Расчетное сопротивление грунта  принимают по таблице 7.3 со знаком «минус», а для торфа, ила – минут 5 кПа.

 

 

Полевые методы определения несущей способности свай

 

a) Метод испытания свай статической нагрузкой

Схема испытания сваи вертикальной статической нагрузкой:

1- Испытываемая свая; 2- анкерные сваи; 3- измеритель осадки сваи (прогибомер); 4- домкрат; 5- упорная балка.

 

· Вдавливающая нагрузка F

К свае прикладывается ступенями ,

где - ожидаемая несущая способность сваи (определяется расчетным способом).

Каждая последующая ступень нагрузки прикладывается после условной стабилизации осадки сваи от предыдущей ступени.

 

Частное значение предельного сопротивления сваи  определяется по графикам 2х типов.

 

Для графиков типа I характерен перелом, после которого осадка возрастает непрерывно без увеличения нагрузки (при S  20 мм).

В этом случае за предельное сопротивление принимают нагрузку, на ступень ниже той, которая вызывает непрерывную осадку сваи.

Для графиков типа II характерно плавное очертание.

Предельным сопротивлением свои в этом случае считается такая нагрузка, под воздействием которой свая получит осадку:

,

где  – предельное значение средней осадки фундамента сооружения (см. таблицу Г1 СП 22.13330.2016);  - переходной коэффициент, в случаях, когда приращение осадки не превышает 0,1 мм за 1 час наблюдения для песчаных грунтов и за 2 часа для глинистых.

 

Если осадка, определенная по формуле , окажется более 40 мм, то за  следует принимать нагрузку, соответствующую S=40 мм.

Схема испытания свай горизонтальной нагрузкой:

1- Опытная свая, 2- гидравлический домкрат, 3- прогибомер; 4- упор.

 

 

Методика проведения испытаний подобна испытаниям свай вертикальной нагрузкой.

За частное значение предельного сопротивления  принимают нагрузку на одну ступень менее нагрузки, без увеличения которой перемещения сваи непрерывно возрастают (см график F-u)

 

b) Метод испытаний свай динамической нагрузкой.

Метод заключается в определении несущей способности забивных сваи по величине отказа.

Схема испытания свай ударной нагрузкой:

1- Молот, 2- свая, G- вес молота, Н-высота падения, S_a – отказ сваи, F_u – сила предельного сопротивления сваи; h – высота отскока.

Работа падающего молота равна:

,

где  – работа, затрачиваемая на преодоление сопротивления грунта;  - работа, затрачиваемая на преодоление упругих деформаций системы «молот-свая-грунт»;  - работа, затрачиваемая на превращение части энергии в тепловую, разрушение головы свай и т.д., что характеризуется коэффициентом .

 

Формулы для определения предельного сопротивления сваи:

Ƞ- коэффициент, принимаемый по таблице 7.11 в зависимости от материала сваи, кН/м²; А - площадь, ограниченная наружным контуром сплошного или полого поперечного сечения ствола сваи (независимо от наличия или отсутствия у сваи острия), м²; М - коэффициент, принимаемый при забивке свай молотами ударного действия равным единице, а при вибропогружении свай - по таблице 7.12 в зависимости от вида грунта под их нижними концами; E_d - расчетная энергия удара молота, кДж, принимаемая по таблице 7.13, или расчетная энергия вибропогружателей - по таблице 7.14; s_a - фактический остаточный отказ, равный значению погружения сваи от одного удара молота, а при применении вибропогружателей - от их работы в течение 1 мин, м; s_el - упругий отказ сваи (упругие перемещения грунта и сваи), определяемый с помощью отказомера, м; m₁ - масса молота или вибропогружателя, т; m₂ - масса сваи и наголовника, т; m₃ - масса подбабка (при вибропогружении свай m₃=0), т; m₄ - масса ударной части молота, т; ε - коэффициент восстановления удара; при забивке железобетонных свай молотами ударного действия с применением наголовника с деревянным вкладышем ε²=0,2, а при вибропогружателе ε²=0; Q - коэффициент, 1/кН, определяемый по формуле:

где n_p, n_f - коэффициенты перехода от динамического (включающего вязкое сопротивление грунта) к статическому сопротивлению грунта, принимаемые соответственно равными: для грунта под нижним концом сваи n_p = 0,00025 с·м/кН и для грунта на боковой поверхности сваи n_f = 0,025 с·м/кН; А_f - площадь боковой поверхности сваи, соприкасающейся с грунтом, м²; g - ускорение свободного падения, равное 9,81 м/с²; Н - фактическая высота падения ударной части молота, м; h - высота первого отскока ударной части дизель-молота, принимаемая согласно примечанию 2 к таблице 7.13, для других видов молотов h=0.

 

Испытания свай статической и динамической нагрузками следует производить, соблюдая требования ГОСТ 5696.

 

c) Определение несущей способности свай по результатам полевых испытаний.

Для определения несущей способности сваи проводят ряд испытаний свай в одинаковых грунтовых условиях статической или динамической нагрузкой. Несущая способность сваи определяется из выражения:

,

где  – коэффициент условий работы, в случае вдавливающих или горизонтальных нагрузок  – нормативное значение предельного сопротивления сваи;  – коэффициент надежности по грунту.

Если число испытаний свай n<6, то  принимают равным наименьшему предельному сопротивлению , а  Если n>6, то  и  определяют на основании статобратки частных значений предельных сопротивлений свай (ГОСТ 20522).

 

d) Метод статического зондирования

Статическое зондирование заключается во вдавливании в грунт стандартного зонда, состоящего из штанги с конусом на конце.

 

В отечественной практике для зондирования грунтов применяют, в основном, 2 типа зондов.

a) механический зонд для статического зондирования (тип I);

b) Электрический зонд (тип II);

1- Конус; 2- кожух; 3- штанга; 4- муфта трения.

 

Конструкция зонда I типа позволяет измерять величину лобового сопротивления q_s конуса, II типа – величину q_s и удельное сопротивление f по муфте трения.

Схемы установок для зондирования грунтов:

1- Штанга; 2- конус типа I; 3- конус типа II; 4- датчик для измерения лобового сопротивления грунта; 5- датчик для измерения удельного трения грунта f_s.

 

 

Предельное сопротивление грунта под нижним концом забивной сваи R_s в точке определяется по формуле:

где  – коэффициент перехода от g_s к , принимаемый по таблице 7.16 СП 24.13330; q_s – среднее значение сопротивления грунта под наконечником зонда, полученное на участке, расположенном в пределах одного диаметра d выше и четырех d ниже отметки острия сваи (d- диаметр или сторона сечения сваи).

Среднее значение предельного сопротивления грунта по боковой поверхности забивной сваи f определяется:

· При применении зондов I типа по формуле:

,

· При применении зондов II типа по формуле:

,

где  и  – коэффициенты, принимаемые по таблице 7.16; f_s – среднее значение сопротивления грунта на боковой поверхности штанги зонда в уровне нижнего конца сваи; f_si – среднее сопротивление i-го слоя грунта на муфте трения; h_i – толщина i-го слоя грунта.

 

Частное значение предельного сопротивления забивной сваи в точке зондирования F_u, определяют по формуле:

,

где h – глубина погружения сваи; u – периметр поперечного сечения ствола сваи.

 

Для буровой сваи, работающей на сжимающую нагрузку, несущую способность сваи в точке зондирования F_du допускается оценивать без использования данных о сопротивлении грунта. На муфте трения на основании расчета по формуле:

,

где R - расчетное сопротивление грунта под нижним концом сваи, кПа, принимаемое по таблице 7.17 в зависимости от среднего сопротивления конуса зонда q_s, кПа, на участке, расположенном в пределах одного диаметра выше и до двух диаметров ниже подошвы сваи; A - площадь подошвы сваи, м²;  - среднее значение расчетного сопротивления грунта на боковой поверхности сваи, кПа, на расчетном участке сваи, определяемое по данным зондирования в соответствии с таблицей 7.17;  - толщина i-го слоя грунта, которая должна приниматься не более 2 м;  - коэффициент работы, зависящий от технологии изготовления сваи и принимаемый:

а) при сваях, бетонируемых насухо, равным 1;

б) при бетонировании под водой, под глинистым раствором, а также при использовании обсадных инвентарных труб равным 0,7.

 

Несущую способность F_d, забивной висячей сваи, работающей на сжимающую нагрузку определяют по формуле:

где  - коэффициент условий работы сваи; в случае вдавливающих или горизонтальных нагрузок =1; в случае выдергивающих нагрузок принимают по 7.2.5; F_u,n – нормативное значение предельного сопротивления сваи, кН, определяемое в соответствии с 7.3.4-7.3.7, а также 7.3.9-7.3.11;  - коэффициент надежности по грунту, принимаемый по указаниям 7.3.4.

 

Несущую способность F_d, буровой висячей сваи определяют как среднее значение из частичных значений F_du для всех точек зондирования.

ЛК 14, 15