Расчет забивных свай по материалу: Пример 2.3. Определение несущей способности сваи по материалу

Содержание

Несущая способность сваи по материалу и грунту – методы определения, расчет для винтовых, забивных, буронабивных свай, способы улучшения

При возведении дома на участках с нестабильным грунтом чаще всего применяется свайный фундамент. При этом главным параметром, влияющим на его эксплуатационные характеристики, является несущая способность сваи. Разберем, что она собой представляет, от чего зависит, какие виды свай применяются в частном строительстве, как улучшить их прочность, какие методы для расчета этого показателя существуют, а также в чем заключаются особенности эксплуатации и несущих характеристик для наиболее популярных видов свайных опор.

Строительство дома из бревен на сваяхИсточник stroyfora.ru

Несущая способность – что это такое, факторы, влияющие на ее значение, виды свай

Несущая способность характеризует степень стойкости свайной опоры к деформациям под действием оказываемых на нее разносторонних нагрузок – без изменений в ее структуре и потери свойств. Характер и величина факторов воздействия складывается из двух основных составляющих:

Массы надземной части сооружения.
Характеристик грунта – структура, плотность, степень увлажненности.

Поэтому в зависимости от набора действующих факторов и их особенностей в каждом конкретном случае для основания дома подбирается определенное количество свайных элементов. При этом учитывается материал и конструкция применяемых опор. В частном домостроительстве наибольшее распространение получили следующие виды свай:

Забивные.
Винтовые.
Буронабивные.

Забивные железобетонные опоры монтируются в грунт путем забивки молотом, вибро-погружными установками или специальными вдавливающими устройствами без выемки породы. Винтовые металлические аналоги просто вкручиваются в почву. Буронабивные устанавливаются методом бетонирования предварительно подготовленной скважины.

Схема винтовых свай для фундамента домаИсточник k-dom74. ru

По характеру взаимодействия с грунтом сваи делятся на два типа:

Сваи-стойки, опирающиеся на твердые скальные породы. Основная нагрузка передается на пяту.
Висячие сваи – опираются всей площадью поверхности на сжимающее вокруг окружающие слои грунта.

Обратите внимание! Определение несущей способности сваи осуществляется по двум основным параметрам – по грунту и материалу. При этом для выбора конкретного тип свайного стержня учитывается прочность почвенного слоя, определяемая геодезическими исследованиями. Это прежде всего такие его характеристики, как – выдерживаемое им давление, влагонасыщенность, плотность.

Способы улучшения несущей способности

При расчете фундамента на прочность учитывается нагрузка от наземной части сооружения и вес свайных опор. Если при складывании всех составляющих и учете коэффициента прочности итоговая нагрузка на основание получается меньше расчетного, то строительство осуществляется по расчетному плану. В противном случае, увеличивается количество свайных элементов либо применяются следующие способы повышения несущей способности:

Инъектирование грунта.

Это наиболее распространенный и эффективный метод увеличения стойкости к нагрузкам для свай любого типа.

Схема расположения бетонных образований в грунте при инъектированииИсточник kommtex.ru

Применяется преимущественно в грунтах низкой плотности. На глубину около 1-2 метров в пространство между сваями, ниже минимальной точки их расположения, с помощью специального оборудования нагнетается цементно-песчаный раствор под постоянно растущим давлением.

В результате вокруг свай образуются упрочненные бетонные образования диаметром до 3-4 метров. При этом расчет инъекций ведется так, чтобы формируемые области примыкали друг ко другу по всему свайному периметру. Технически верная организация процедуры инъектирования повышает несущую способность грунта в 2 раза.

Увеличение диаметра опорной подошвы.

Другой способ увеличения несущей способности в неплотном грунте – увеличение площади опорной подошвы свайного элемента. Проще всего повысить стойкость к нагрузкам за счет усиления диаметра лопастей на винтовых сваях, монтируемых в почву путем завинчивания.

Усиление опорной подошвы сваиИсточник beton-zakaz.ru

Сложнее метод применяется к забивным и буронабивным аналогам. Для успешного его применения требуется обустройство камуфлетных свайных опор и предварительным бурением лидерных скважин. В нижней части такого тоннеля осуществляется взрыв. В результате образуется полость-расширение, заполняемое бетонным раствором, в которую впоследствии и погружается ж/б-свая или формируется буронабивная опора.

Методы вычисления несущих характеристик сваи

Для расчета несущих характеристик грунта и свайных опор применяются 4-ре основных способа:

Теоретический.
Динамический.
Статический.
Зондирование.

Разберем особенности каждого из них более подробно.

Теоретический

Расчет несущих характеристик сваи является предварительным и на практике всегда соотносится и выправляется в соответствии с параметрами грунта. Вычисления проводятся по следующей формуле:

Wd = Gc * (Gcr * H * A + P * ∑ Qcri * zi * si)

Расчетное сопротивление основных видов грунтаИсточник tildacdn.com

Расшифровка условных обозначений:

Gc – общий коэффициент условий работы;
Gcr – коэффициент сопротивления грунта под подошвой сваи;
H – противодействие грунта под опорной пятой сваи;
А – диаметр опорной подошвы;
P – периметр сечения сваи;
Qcri – коэффициент условий работы почвы по боковым стенкам свайного столба;
zi – сопротивление грунта по боковым стенкам;
si – протяженность боковых поверхностей.

На заметку! Для успешного монтажа буронабивных, забивных и винтовых свай, требуется также грамотный расчет несущей способности грунта, однако для распространенных типов почвы существуют специальные строительные таблицы с указанием данных параметров. Характеристики приводятся с учетом того, что заглубление выполняется более чем на 1,5 м.

Динамические испытания свайИсточник technovint.ru

4 способа расчетов свайного фундамента: как рассчитать сваи, столбы, ростверк – на онлайн калькуляторе и вручную

Динамический

Метод предполагает снятие замеров величины усадки со специального прибора – прогибомера – в период, когда свая уже забита и прошел контрольный период ее отдыха. Для испытания проводится порядка десятка ударов установкой-молотом. При этом во внимание берется зависимость между силой, прилагаемой с ударом, величиной просадки и несущей способностью конструкции. Для проведения подобных исследований могут применяться также эталонные свайные опоры.

Статический

Метод осуществляется, спустя 2-3 дня после забивки сваи, посредством давления, оказываемого домкратом ступенчатой конструкции. Контроль измеряемых параметров осуществляют прибором, аналогично используемым в предыдущем способе – прогибомером. Поэтому зачастую оба метода практикуют в комплексе, что только уточняет искомые параметры.

Измерение статической нагрузки прогибомеромИсточник stroneg59.ru

Зондирование

Способ применяется для измерения несущих характеристик свайного элемента в конкретном типе почвы. При этом конструкция оснащается специальными сенсорами, помощью которых снимаются показания сопротивления грунта с ее боковой поверхности и основания. Процедура погружения сваи осуществляется динамически молотом либо статически вибропогружным механизмом.

Особенности применения различных видов свай

Для обустройства фундамента частного дома на нестабильных грунтах, как правило, применяются следующие 3 разновидности свай:

Винтовые
Забивные
Буронабивные

Рассмотрим детально особенности эксплуатации и несущих характеристик в каждом случае.

Винтовые

Так как в основе конструкции винтовой сваи лежит стальная труба с лопастями в нижней части (диаметром 89, 108 и 130 мм), основной сферой применения ее являются сооружения с малой нагрузкой (дома из тонкого бруса, ячеистых бетонов или созданные по каркасной технологии), при этом на степень ее несущей способности влияние оказывают в первую очередь такие характеристики, как:

Диаметр основной трубы.
Протяженность заглубляемой в грунт части.
Диаметр лопастей.

Видео-пример статических испытаний сваи:

Важно! Даже самые крупногабаритные сваи винтового типа непригодны для фундамента под дом из тяжелых материалов. Например, для обустройства основания под стены из кирпича стандартной толщины на глиняной почве потребуется устанавливать их на расстоянии друг от друга не более, чем 0,3-0,5 м, что будет экономически и технически нецелесообразно.

Железобетонные забивные сваи: отличия от винтовых, + особенности выбора и использования

Забивные

Обладая предельной несущей способностью, забивные свайные опоры подходят под основание сооружения из самых тяжелых материалов – железобетона, камня, кирпича. Прочности данных свайных элементов вполне достаточно для возведения высоток. При этом длина заглубляемой конструкции может достигать более десятка метров. Однако в практике частного домостроительства они применяются редко.

Лишь по согласованности в соответствии со специально разработанным проектом некоторые компании могут выполнить установку свай такого типа под 2-3-этажную частную застройку – когда другие варианты недоступны. Главный недостаток забивных свай – необходимость использования неудобного и дорогого в применении спецоборудования.

Видео-обзор о расчете несущих характеристик забивных свай:

Буронабивные

В отличие от забивных и винтовых аналогов, буронабивные сваи изготавливаются непосредственно на месте строительства из материала с заданной несущей способностью под конкретную горизонтальную нагрузку в расчете на одну опору (весу дома и типу почвы) в соответствии с данными специальных производственных таблиц. При этом процедура монтажа выполняется по следующей технологии:

По разметке выполняется бурение вертикальной скважины заданной глубины и диаметра.
При необходимости повышения несущей характеристики нижняя часть тоннеля расширяется в форме полусферы или конуса – для повышения площади опоры свайного элемента.
В канал устанавливается полая опалубка в форме трубы подходящего диаметра.
Внутрь конструкции помещается объемный металлический каркас.
Далее полость заполняется бетонным раствором заданной марки прочности.

Обратите внимание! Главным преимуществом свайных опор буронабивного типа, помимо удобного монтажа, является характер передачи нагрузки от дома в почву. Распределение веса идет не только на подошвенное основание, но и на всю площадь боковых стенок.

Видео о том, как теоретически рассчитать несущую способность сваи:

Фундамент ТИСЭ: технология монтажа, преимущества и особенности конструкции

Коротко о главном

Несущая способность определяет стойкость сваи к деформации под действием веса здания и воздействия грунта без изменений структуры и функциональных характеристик. По типу конструкции, способу монтажа и несущей способности сваи подразделяются на забивные, винтовые и буронабивные. По характеру взаимодействия с грунтом они делятся на сваи-стойки и висячие.

Для увеличения несущей способности применяют два основных способа – инъектирование грунта бетонным раствором и расширение основания самой конструкции. Для определения несущей способности сваи применяют 4-ре метода:

Расчетный теоретический.
Динамический.
Статический.
Зондирование.

Забивные сваи применяются редко – чаще всего под застройку 2-3 этажных домов из тяжелых материалов, винтовые – под легкие конструкции, буронабивные – наиболее часто под все виды домов на нестабильных грунтах.

Моделирование работы свай-стоек

Общие положения

По виду работы сваи разделяются на сваи-стойки и висячие сваи (сваи трения).

К сваям-стойкам следует относить сваи всех видов, опирающиеся на скальные грунты. Также к ним можно отнести забивные сваи, у которых 80% несущей способности обеспечено сопротивлением грунта под нижним концом и 20% — трением грунта по боковой поверхности.

Расчёт свайного фундамента с применением свай-стоек

Определение несущей способности сваи-стойки

Расчётный метод определения несущей способности сваи-стойки приведён в п.7.2.1 СП 24.13330.2011.

Важно:

— для свай данного типа необходимо уделить особое внимание расчёту прочности сваи по материалу;

— расчёт несущей способности свай-стоек по грунту в ЛИРА-САПР не предусмотрен.

Моделирование работы сваи-стойки

Получить модель сваи в виде цепочки стержней с податливыми связями по длине можно с использованием КЭ57, но потребуется внести корректировки, поскольку будет рассчитан вариант висячей сваи.

Работа свай-стоек будет отличаться от свай трения тем, что под их концами будет залегать малосжимаемый грунт, который воспринимает на себя всю нагрузку, а по длине сваи будет залегать слабый грунт, который нагрузку не воспринимает. Чтобы смоделировать такие условия необходимо: вручную задать жесткости Rz=0 в КЭ57 по всей длине сваи, а на нижнем конце сваи следует установить либо связь по оси z, либо задать очень большую жёсткость Rz в КЭ57, например 1х10^6 т/м.

При этом горизонтальные жесткости Rx и Ry оставить как есть, т.к. они служат для задания граничных условий работы сваи в грунте по горизонтали (это производные от коэффициента С1 по боковой поверхности по приложению В, СП 24.13330.2011).

Обнуление Rz в КЭ57 по длине сваи

Задание большой жесткости Rz в КЭ57 под нижним концом сваи-стойки

Назначение связей Uz (на поворот вокруг оси сваи), в случае, если в голове сваи не моделируется АЖТ

Несущая способность забивной ЖБ сваи | Фундамент на забивных ЖБ сваях

При возведении свайного фундамента очень важно определить несущую способность сваи. Так, именно от этого показателя будет зависеть надежность и долговечность всей постройки. Несущие способности сваи – это максимально допустимая нагрузка на одну погруженную сваю без деформаций и разрушения. Разные типы свай имеют разную выдержку к нагрузкам, и это обязательно нужно учитывать.

Различают два основных типа несущей способности свай по типу почвы и по материалу, из которой она изготовлена.

Забивные железобетонные (ЖБ) сваи для фундамента

Какие допустимые нагрузки на сваи?

Строители при проектировке свайного основания пользуются четырьмя основными способами расчета несущей способности забивных ЖБ свай:

Теоретический метод. Он приблизительный и несколько раз еще потом корректируется в процессе работы.
Способ статистических нагрузок (считается наиболее точным). Выполняют его в полевых условиях. После забивки сваи на нее опускают определенный вес и проверяют, насколько она просела и не деформировалась ли.
Динамические нагрузки. Проводят метод в комплексе с предыдущим, только на столбы оказывается ударная нагрузка молотом, а потом также измеряют усадку и уровень деформаций.
Зондирование. Сваю снабжают специальным зондом, после определенных нагрузок этот прибор показывает сопротивление грунта и боковых поверхностей свайного столба.

Расчет нагрузок и несущей способности забивных свай

Как посчитать нагрузки по типу грунта?

Несущая способность сваи по грунту – это показатель, который указывает, какую нагрузку извне способна выдержать почва разного типа. Для определения этого числа сначала необходимо провести геодезические изыскания, методом отбора образцов из скважины.

Далее в лабораторных условиях при помощи специальных приборов определяют плотность почвы. Если у вас нет возможности провести геодезическую съемку, то приблизительно выяснить способности грунта можно самостоятельно, сделав скважину, определив тип грунта и по СНИПу выяснить сопротивление. Но лучше все это делать под присмотром специалистов.

Устройство забивных ЖБ свай для строительства дома на склоне

Что такое несущая способность забивной сваи?

Расчет несущей способности забивной ЖБ сваи ничем не отличается от описанных выше вариантов. Сегодня уже существуют даже специальные таблицы, где указаны все эти показатели в зависимости от длины и диаметра сваи.

Рассчитывают это число, как совокупность сопротивления под нижней частью сваи и ее боковых поверхностей.

Забивка бетонных свай в грунт на строительном участке

Поэтому, если вас интересует несущая способность железобетонной сваи, то вы теперь знаете, как ее рассчитать лично или же можете обратиться за помощью к нашим специалистам либо к соответствующей документации.

ИСТОЧНИК: https://сваи-фундамент.рф/company/articles/367/

Спасибо, за то, что уделили нам внимание!

Несущая способность одиночных свай и свайных фундаментов

Несущая способность одиночных свай зависит от прочности материала сваи и от прочности грунта основания. Поэтому расчет несущей способности одиночной сваи делают дважды: по прочности материала сваи и по прочности грунта основания. За расчетную несущую способность одиночной сваи (или, как говорят, расчетное сопротивление) принимают меньшую из определенных расчетами несущих способностей по грунту и материалу сваи.

Несущую способность одиночных свай по материалу определяют расчетом по первому предельному состоянию, как указано выше при описании различных конструкций свай. Для железобетонных свай в высоких ростверках дополнительно проводится расчет на образование трещин.

Величина несущей способности одиночной сваи по грунту зависит от механических свойств грунта и от метода устройства или погружения сваи. В практике проектирования и устройства свайных фундаментов используют три метода определения несущей способности одиночной сваи:
— теоретически-статический метод, основанный на применении таблиц и формул СНиП II-Б. 5-67;
— динамический метод, использующий результаты пробной забивки свай;
— метод пробных статических нагрузок, основанный на данных, полученных при нагружении свай статическими нагрузками.

Несущая способность свайного фундамента из свай-стоек равна сумме несущих способностей отдельных сваи. Однако при этом необходимо, чтобы мощность практически несжимаемого слоя грунта, на который оперты сваи-стойки, была достаточной. В противном случае может произойти продавливание свайного фундамента в подстилающий слабый грунт.

Для иллюстрации этого положения рассмотрим такой пример. Допустим, что в практически несжимаемый слой оперта свая-стойка сечением 30х30 см, которая передает давление Р-50 Т (рис. 2.1.). На глубине 2 м ниже острия сваи в грунте возникает

Рис. 2.1. Схемы передачи давления через плотный гравий на слабый грунт:
а — передача давления от одиночной сваи; б — передача давления от большого количества свай, забитых частаком

добавочное давление. Полагая угол распределения давления в грунте около 30°, получим, что это давление передается на площадь основания конуса радиусом r = 1,5 м, а величина добавочного давления будет равна

Полученная величина настолько мала, что на такой глубине может быть безопасно передана на любой грунт.

Допустим теперь, что свайный фундамент состоит из большого количества свай-стоек, забитых по квадратной сетке, с взаимным расстоянием между осями свай равным 1,0 м. В таком случае, не будет происходить рассеивания давлений и на глубине 2 м ниже свай будет действовать добавочное давление, равное
р = 50000 : 1002 = 5,0 кГ/см².

Величина этого давления настолько велика, что если на данном уровне будет залегать уже слабый грунт, то вполне возможно продавливание свайного фундамента и общая авария сооружения.

Отсюда следует вывод, что глубина разведки должна быть такой, чтобы можно было проверить давление в грунте на достаточно большой глубине ниже острия свай.

При устройстве свайных фундаментов из висячих свай несущая способность такого фундамента почти во всех случаях будет меньше суммы несущих способностей одиночных свай.

Уменьшение несущей способности свайного фундамента по сравнению с суммой несущих способностей отдельных висячих свай называют кустовым эффектом, который зависит от особенности работы фундамента из висячих свай.

Рассмотрим висячую сваю, погруженную в грунт и нагруженную силой Р. Возьмем точку М на поверхности сваи. Через частицу грунта, прилегающую к точке М, передается на сваю некоторая часть силы трения . По условию равновесия на эту частицу грунта будет передаваться некоторое давление от сваи . Сумма вертикальных давлений создает вокруг сваи напряженную зону, ограниченную конической поверхностью. В любой горизонтальной плоскости ниже острия сваи давление на грунт неравномерно и выражается эпюрой давлений, представленной на рис. 2.2.

Рис. 2.2. Напряженное состояние грунта под сваями в зависимости от расстояния между ними

По данным А. А. Луга, радиус круга, в котором возникают напряжения в грунте от нагрузки сваи, равен

(2.1)

где: l — глубина погружения сваи; d — диаметр (сторона сечения) сваи; — угол распределения напряжений в грунте, принимаемый в среднем около 30° к вертикали.

Если отдельные сваи, составляющие свайный фундамент, расположены достаточно далеко одна от другой, то эпюры давлений в грунте не пересекаются (см. рис. 2.2, а) и несущая способность каждой сваи используется полностью. Если же сваи расставлены достаточно часто, то эпюры давлений на грунт будут пересекаться (рис. 2.2, б, в). Такое пересечение эпюр до известной степени условно, потому что при частой расстановке свай силы трения вокруг каждой сваи возникнут неполностью.

Следовательно, при частом расположении сваи уменьшают свою несущую способность, и при проектировании свайных фундаментов с достаточно частым расположением свай необходимы дополнительные расчеты, учитывающие действие кустового эффекта.

Практически при расчете свайных фундаментов из висячих свай кустовой эффект не определяют, но ведут расчет свайного фундамента в целом по второму предельному состоянию (по деформациям) грунта основания.

расчет несущей способности забивных опор, цена

Многие строители сталкиваются с проблемами неустойчивых грунтов на участках строительства. Это представляет ряд трудностей при возведении фундамента. На выручку приходят висячие сваи, которые удерживаются в почве благодаря силам трения своих боковых поверхностей о грунт.

Сила трения сваи и ее длина компенсируют отсутствие опоры под сваей. Таким образом, даже на слабых и неустойчивых грунтах можно создать фундамент, опирающийся на висячие сваи. Существует разделение подобных свай на две основные категории — сваи висячие и сваи-стойки. Несмотря на внешнюю схожесть, принцип работы этих двух конструкций принципиально различен.

Свая-стойка

Основное отличие сваи-стойки от рассмотренной нами висячей сваи состоит в том, что она своим острием опирается на твердый грунт. Более того, свая может быть утоплена в твердый грунт на некоторую глубину.

Длина сваи-стойки может составлять более 20 м. Такие сваи не ведут к осадке здания, поэтому они массово используются в промышленном строительстве, для прокладки трубопроводов, а также в районах с неустойчивой сейсмической активностью.

Расчет висячей сваи

При расчете висячей сваи в учет принимается плотность материала, из которого она изготовлена, ее рабочая длина, а также характеристики грунта.

Длина свай зависит от следующих параметров:

Нагрузка. Чем больше проектная нагрузка здания, тем большей длиной должна обладать висячая свая.
Влияние состава грунта. На рыхлых, слабых и болотистых грунтах используются опоры большей длины.
Иногда возникает потребность применения висячих составных свай. Это может произойти в случае недостаточной длины готовых свай или чрезмерно подвижном грунте на участке.

Поскольку висячая свая имеет недостаточную опору о грунт, предпринимались попытки повышения эффективности свайного фундамента:

Увеличение длины свай. Это сопряжено с завышенными расходами материалов и с увеличением себестоимости основания. Сюда же добавляется использование крупногабаритной подъемной техники.
Использование свай, имеющих больший диаметр. Несущая способность висячей сваи, при этом, увеличивается. Это также приведет к перерасходу стройматериалов. Кроме того, широкую сваю гораздо труднее забить или вдавить в грунт.
Более частое размещение свай, называемое кустистостью. В некоторых конкретных случаях это оправдано, а в некоторых доказано совершенно обратное. Учитывайте, что количество используемых опор ведет к удорожанию строительных работ.
Расширение конца сваи, контактирующей с нижней частью грунта. За счет этого свая дополнительно опирается на грунт. Однако возникают неудобства по введению опоры в грунт. Висячие забивные сваитаким способом использовать не выйдет, ведь наличие острого наконечника обязательно при забивных работах.

Буронабивные висячие сваи на готовом фундаменте

Бывают ситуации, когда уже стоящий фундамент необходимо укрепить. Можно использовать технологию буронабивных висячих свай. Непосредственно в фундаменте или вплотную к нему, на расстояниях около 2 метров между собой, в грунте бурятся отверстия. Их глубина должна превышать глубину залегания основных свай (при наличии свайного фундамента) на 1-2,5 м. Внимание обращается на то, чтобы пробуренные отверстия находились в межсвайных промежутках или рядом со старыми сваями.

При наличии плитного фундамента бурение производится по всему периметру плиты, сквозь саму плиту. Поскольку фундаментная плита находится внизу цокольного этажа или в подвале, то все работы производятся именно там.

Затем производится уплотнение грунта под действием высокого давления. В подготовленные шахты закачивается бетонный раствор. Рекомендуется использовать бетононасос, так как он способен обеспечить необходимое давление бетонной смеси. Так производится укрепление готового фундамента любого типа.

Преимущества такого метода:

Без сложных и затратных земляных работ удается создать свайный фундамент буронабивного типа. Используется только бурильная установка и бетононасос.
Благодаря уплотненному под высоким давлением грунту значительно увеличивается сила трения между свайным телом и почвой. В отличие от обычной забивной сваи, это позволяет создать опору, которая будет удерживаться в грунте гораздо надежнее.
Подобная технология дает возможность укрепления уже готового фундамента в случае его разрушения или проседания.

Выполнить своими руками монтаж висячих свай такого типа очень сложно, тем более, если не иметь специальной техники. В этом состоит единственный минус такой технологии. Несмотря на это, арендовать подобную технику можно без проблем, ведь качественный фундамент очень важен для всего строения.

Проектирование свайных фундаментов — презентация онлайн

1. Лекция 7

Проектирование свайных
фундаментов
1м

2. Основные положения по расчету и проектированию свайных фундаментов

Свайные фундаменты рассчитываются в соответствии с
требованиями СНиП 2.02.03-85 по двум группам предельных
состояний:
а) по предельному состоянию первой группы (по несущей
способности): по прочности — сваи и ростверки, и по
устойчивости — основания свайных фундаментов;
б) по предельному состоянию второй группы (по деформациям) –
основания свайных фундаментов.
Расчет по несущей способности производится на усилия от
расчетных нагрузок. Этому расчету подлежат: по прочности все виды свай и ростверков; по устойчивости — основания,
подвергающиеся
регулярно действующим горизонтальным
нагрузкам, а также основания зданий и сооружений,
расположенных на откосах, и оснований свайных фундаментов
из свай-стоек.
Расчет по деформациям оснований свайных фундаментов из
висячих свай производится на усилия от нормативных нагрузок с
2
учетом нормативных характеристик грунтов.
Последовательность проектирования свайных
фундаментов включает в себя следующие этапы:
1)
Сбор
нагрузок
и
оценка
инженерногеологических условий площадки строительства.
2) Выбор глубины заложения подошвы ростверка.
3) Определение типа, конструкции и размеров
свай.
4) Определение несущей способности свай Fd.
Определяется исходя из двух условий:
а) прочности материала сваи;
б) прочности грунта, воспринимающего нагрузку от
сваи.
3

4. Определение несущей способности свай Fdm по материалу

Fdm c сb Rb Аb ca Rac Аa
где с – коэффициент условия работы сваи = 1; — коэффициент
продольного изгиба = 1;
ростверком.
Аa(Raс)
Аb(Rb)
Прочность ствола сваи должна быть обеспечена на всех этапах
выполнения работ:
— складирования;
— транспортировки;
— забивки.
на транспортно-складских операциях теряется до
10% свай
Прочность при забивке свай, прежде всего, обеспечивается
правильным выбором сваебойного оборудования:
Q 1,0…1,5 q
15 p Э 25 p
Где Q – вес ударной части молота; q – вес сваи;
Э – энергия удара; р – несущая способность сваи.
4
5
Определение несущей способности
висячей сваи по грунту расчетным методом
z1
I
h2 = 4,6 м
h2=2м
h3=2м
z
h4 =0.6м
II
f1
f2 z2
f3 z
3
h5 =2м
f4 z4
h5 =2м
f5
h3=6,2м h6 =2м
h7 =0.2м
h8 =1. 9м
h4 III
R
z5
f6 z6
f7 z7
f8 z8
n
Fd c cR RA U cf f i hi ,
i 1
где
с – коэффициент условий работы сваи в
грунте; сR, сf – коэффициенты условий
работы грунта соответственно под нижним
концом и по боковой поверхности сваи, зависят
от способа изготовления сваи;
А – площадь опирания сваи на грунт;
R – расчетное сопротивление грунта под
нижним концом сваи, зависит от типа грунта и
от глубины погружения нижнего конца сваи z;
U — периметр поперечного сечения сваи;
hi – толщина i-го слоя грунта,
принимается 2 м;
fi – расчетное сопротивление по боковой
поверхности сваи i-го слоя грунта, зависит от
типа грунта и средней глубины расположения
6
слоя.
Определение несущей способности
сваи — стойки по грунту расчетным методом
с
Fd RA
q
Где R – расчетное сопротивление грунта под
острием сваи;
А – площадь поперечного сечения сваи;
γc – коэффициент условия работы сваи;
q – коэффициент надежности.
5) Определение нагрузки, допускаемой на сваю (по
минимальному значению несущей способности сваи по грунту и
по материалу).
Pсв
Fd
k
где k – коэффициент надежности, зависящий от способа
определения несущей способности сваи.
Несущую способность сваи определяют следующими способами:
7
а) расчетным; б) экспериментальными
Несущая способность сваи, полученная расчетом, часто оказывается
ниже фактической, найденной по испытаниям. Данное обстоятельство
объясняется тем, что в расчетах используются осредненные табличные
значения величин fi , что является приближенным.
Для определения истинной (фактической) несущей способности сваи
рекомендуется проводить испытания свай непосредственно на площадке
строительства.
Испытания свай динамическим методом
1. Явления, происходящие в грунте при забивке сваи.
Р
Р
Р
3
1 – плотная оболочка
2 — зона уплотнения
3 – зона упругих деформаций
8
2
1

9.

Отказ при забивке свай. Понятие об истинном и ложном отказе.

Сухое
трение
Отжатие воды
Пленки воды
Глина
Миграциия воды
Величина погружения сваи при ударе (забивке)
носит название отказ.
При погружении свай через песчаные грунты
величина отказа с глубиной резко уменьшается и в
некоторых случаях может достигнуть нуля.
В данном случае под острием сваи образуется
переуплотненное ядро, а вдоль ствола сваи за счет
отжатия воды возникает «сухое» трение.
Отток воды от источника колебаний в песчаных
грунтах
связан
с
хорошей
фильтрующей
способностью
последних.
Свая
перестает
погружаться, отказ сваи становится равным нулю.
При забивке в глинистых грунтах величина
отказа (е) с глубиной или становится
постоянной, или увеличивается.
После отдыха в течение 3…6 недель (снятие
динамических воздействий) величина отказа
уменьшается. Это явление получило название
«засасывание сваи».
Отказ (е) сваи во время забивки получил название «ложный».
Отказ (е) сваи 9после отдыха – «истинный».
Получение истинного отказа сваи в глинистых
грунтах приводит к увеличению ее несущей
способности.
Насколько повышается несущая способность сваи после отдыха?
В супесях – в 1,1…1,2 раза
В суглинках – в 1,3…1,5 раз
Почти максимальная несущая способность при забивке
В глинах
Необходимо учитывать повышение несущей способности
– в 1,7…6 раз
Достоинства
Q
H
e
1. Простота
Q
2. Малая стоимость
h
Недостатки
1. Не точные результаты для
глинистых грунтов
10
6) Определение количества свай в ростверке
N vI
n
Рсв
7) Размещение свай в плане и конструирование
ростверка.
При размещении принятого количества свай (nсв) в плане
необходимо стремиться к минимальным размерам ростверка
А – площадь на
которую передает
нагрузку свая
3d
d
d
3d
11
8) Определение фактической нагрузки на сваю.
N
M
— при центральной нагрузке:
Ni
N vI N рI N qI
Эпюра
напряжений
под
ростверком
n
— при внецентренной нагрузке:
N
M
y2
1
0
Эпюра
напряжений
под
ростверком
Ni
yn
y1
2
n
i
yi
Сваи получают неравномерную нагрузку,
следовательно, возможна и неравномерная
осадка.
N vI N рI N qI
n
M xI ymax
n
2
y
i
i 1
M yI xmax
a1
a2
ai
n
2
x
i
i 1
an
ao
12
9) Проверка усилий, передаваемых на сваю.
N i Pсв
10) Проверка прочности ростверка.
Расчет выполняется по I группе предельных
состояний и заключается в проверке прочности
ростверка: на продавливание колонной; угловой сваей;
по поперечной силе в наклонных сечениях; на смятие
под торцом колонны; на изгиб плитной части
(выполняется в разделе ЖБК).
11) Расчет осадки свайного фундамента (расчет по
деформациям).
Расчет по деформациям производится методом
послойного элементарного суммирования для условного
фундамента.
13
NvI
А
MI
Б
ср
ср
4
dy
i hi
hi
Н.Г.С.Т.
— угол рассеивания напряжений
по длине ствола сваи.
Давление по
фундамента:
bу
zq
zp
Pусл
подошве
N vII N св N рост N гр
Аус
условного
R усл.фун .
c1 c 2
Rусл.фун.
M k z bу.ф. II M q d1 у.ф. II’ M q 1 d b II’ M cCII
k
АБВГ – условный
фундамент
угол
b ус ус Аус
В
Г
средневзвешенный
внутреннего трения
—
Необходимое соблюдение условия:
S Su
(Расчет по II предельному состоянию)
14

Расчет коэффициента сопротивления для LRFD забивных свай на основе эффектов установки

https://doi.org/10.1016/j.rinp.2018.09.042Get rights and content

Abstract

Эффекты установки, одна из большого числа неопределенностей в геотехнических техники, может значительно повысить несущую способность (предельное сопротивление) забивных свай после первоначальной установки, особенно для предельного сопротивления ствола. Основываясь на принципе расчета коэффициента нагрузки и сопротивления (LRFD) и теории надежности, эта статья включает в себя эффекты установки, чтобы предложить методологию для раздельного расчета коэффициентов сопротивления для предельного сопротивления основания и ствола для расчета на основе надежности (RBD) забивных свай.Предлагаемый подход может четко объяснить различные источники неопределенностей предельного сопротивления, в том числе от предельных сопротивлений основания и вала. Между тем, представлены обсуждения неопределенностей сопротивления и нагрузки и вероятностных характеристик эффектов установки, а также влияние четырех соответствующих параметров (коэффициент влияния установки, отношение постоянных и временных нагрузок ρ = L _D / L _L , целевой индекс надежности и отношение предельного базового сопротивления к нагрузке анализируются факторы.Параметрическое исследование показывает, что эффекты настройки и целевой показатель надежности существенно влияют на оптимальные коэффициенты предельного сопротивления основания и ствола для RBD забивных свай, а ρ = L _D / L _L оказывает ограниченное влияние на оптимальные предельные коэффициенты сопротивления основания и вала. Изменение ψ = R _ult,b /( L _D + L _L ) очевидно вызывает изменение оптимального коэффициента предельного сопротивления основания, хотя незначительно влияет на оптимальный коэффициент предельного сопротивления вала. .Следовательно, правильный выбор целевого индекса надежности и точные оценки эффектов настройки и ψ = R _ult,b /( L _D + L _L ) играют большую роль в Расчет коэффициента сопротивления для LRFD для забивных свай.

Ключевые слова

Забивная свая

Коэффициент сопротивления

Эффекты настройки

Надежность

Критерии LRFD

Рекомендуемые статьиСсылки на статьи (0)

Ссылки на статьи

Расчет бокового трения сваи с помощью многопараметрического статистического анализа

различные слои почвы в лёссовой области. В настоящее время испытание на статическую нагрузку является наиболее распространенным методом определения несущей способности свайного фундамента. Во время испытания к верхней части сваи прикладывается вертикальная нагрузка, записываются данные для каждого уровня нагрузки и строится кривая Q-S для получения предельной несущей способности одиночной сваи.На разных участках тела сваи устанавливаются датчики напряжения арматуры, после чего рассчитываются осевая сила и боковое трение сваи каждой секции. В нескольких исследованиях изучался расчет бокового трения сваи в различных слоях грунта с использованием метода многопараметрического статистического анализа. Получение точных результатов с помощью этого метода станет важным дополнением к расчету бокового трения сваи, а также будет способствовать развитию теоретического расчета бокового трения сваи.Поэтому, взяв в качестве примера проект Wuding Expressway в лёссовой области, сопротивление поперечному трению шести тестовых свай изучается с помощью испытаний на статическую нагрузку и многопараметрического статистического анализа. Метод многопараметрического статистического анализа сравнивается с результатами испытаний на статическую нагрузку, а погрешность контролируется в пределах 20%. Результаты показывают, что результаты расчетов многопараметрического статистического анализа в основном удовлетворяют техническим требованиям.

1. Введение

Лессовые отложения покрывают большую часть земного шара, составляя одну десятую часть суши во всем мире.Лесс распространен в Китае, с полными пластами и большой мощностью, занимая площадь около 630 000 км ² [1, 2]. Лесс представляет собой желтые илистые отложения, переносившиеся в основном ветром в четвертичный период. Он богат карбонатами, с большими пустотами, выраженными вертикальными трещинами и в целом низким уровнем грунтовых вод [3, 4]. В условиях непрерывного развития экономики Китая быстро развиваются автомобильные перевозки в лёссовых районах, увеличивается строительство крупных автомагистралей и мостов [5–10].

В настоящее время свайный фундамент является наиболее часто используемой формой фундамента в строительстве автомобильных мостов и представляет собой прочную и эффективную инфраструктуру [11–15]. В лёссовом районе провинции Шэньси буронабивные сваи получили широкое распространение благодаря отработанной технологии возведения и высокой несущей способности [16–21]. Большинство свай имеют длину 30–70 м и диаметр более 1 м. Также широко используются висячие сваи или торцевые висячие сваи. Для длинных свай сопротивление трению со стороны сваи составляет более 80 % несущей способности сваи, а для коротких свай сопротивление обычно составляет более 60 % [22-26].Поэтому расчет бокового сопротивления в лессовых районах имеет большое значение для строительства автодорожных мостов в таких районах Китая [27, 28].

В настоящее время метод испытаний на статическую нагрузку является одним из наиболее широко используемых методов определения бокового трения сваи [29–31]. Было проведено большое количество исследований в области испытаний на статическую нагрузку. Испытание двух свай из стальных труб толщиной 0,45 м статической нагрузкой для анализа закона распределения бокового трения сваи показало, что метод эффективного напряжения можно использовать для выражения сопротивления трению вокруг свай [32]. На основании испытания двух забивных свай статической нагрузкой была также предложена формула для расчета бокового трения сваи о связный грунт и переформованный грунт [33]. В результате испытаний свай большого диаметра и сверхдлинных свай на статическую нагрузку в районе мягкого грунта вокруг озера Дунтин было обнаружено, что сваи демонстрируют очевидные характеристики висячих свай, и была получена формула для расчета модели передачи поперечной нагрузки линейных упруго-полностью пластичных свай. представлены [34]. Проведены статические испытания буронабивных свай большого диаметра и сверхдлинных буронабивных свай в слабых грунтах для анализа закона передачи нагрузки и несущих характеристик этих свай, а также относительных перемещений свай и грунтов при достижении предельного значения бокового трения сваи о разные слои грунта. был представлен [35].В результате испытаний концевой сваи на статическую нагрузку был сделан вывод, что боковое трение сваи в определенной степени влияет на несущую способность концевой сваи, а несущая способность превышает расчетную несущую способность одиночной сваи [36]. Взаимосвязь между общим боковым сопротивлением свай и осадкой на концах свай при разных уровнях опирания была получена при испытании статической нагрузкой буронабивных свай, которое показало, что общее боковое сопротивление свай можно увеличить за счет увеличения прочность породы или грунта на концах свай [37].Также были проведены нагрузочные испытания сверхдлинных монолитных свай и получены кривые осевых усилий испытательных свай при различных уровнях нагрузки, а также зависимость между удельным трением и относительным перемещением сваи и грунта. В ходе этого эксперимента было показано, что единичное сопротивление трению при сжимающей нагрузке можно рассчитать, разделив разность двух непрерывных осевых сил на площадь тела сваи между тензорезисторами [38].

Метод многопараметрического статистического анализа собирает данные со многих тестовых свай и устанавливает взаимосвязь между боковым трением сваи, сцеплением и углом внутреннего трения слоя грунта [39, 40].Однако было проведено мало исследований по расчету бокового трения сваи методом многопараметрического статистического анализа. Поэтому, взяв в качестве примера шоссе Вудинг на Лёссовом плато, в этой статье проводятся испытания статической нагрузки на шести испытательных сваях и измеряется размер и распределение бокового трения сваи. Затем методом многопараметрического статистического анализа рассчитывается боковое трение сваи в различных слоях грунта. Наконец, два результата сравниваются. Получение разумного результата с использованием этого метода станет важным дополнением к расчету трения свай, а также будет способствовать развитию теоретического расчета трения свай.

2. Проектирование испытательного полигона

Скоростная автомагистраль Удин расположена в городах Яньань и Юлинь в провинции Шэньси, Китай (рис. 1). Он начинается с востока округа Уци, заканчивается в Шицзинцзы, к юго-востоку от округа Динбянь, и имеет длину примерно 922,17 км. Устои с обеих сторон расположены в подрайоне Лёсс Лянхэ, а топография устоя относительно невелика. Высота уровня земли составляет от 1629,60 м до 1644,59 м, а относительная разница высот составляет примерно 14. 99 м. Испытательный полигон, показанный на рисунке 1, расположен на отдельном перекрестке деревни Сункелан, города Янцзин и округа Динбянь. Рельеф полигона небольшой, поверхностные воды отсутствуют, грунтовые воды очень глубокие, грунтовые воды в процессе бурения отсутствуют. Слои полигона состоят из следующих слоев: (1) Лессовая почва (): почва коричнево-желтая, относительно однородная, содержит макропоры, червоточины, корневища растений, небольшое количество гравия и твердого пластика.(2) Старый лёсс (): почва коричнево-желтая и относительно несложная. В почве присутствует небольшое количество гиф, сопровождаемых червоточинами, точечными отверстиями, некоторыми моллюсками и твердым пластиком.

3. Содержание испытаний

3.1. Испытание в помещении

Лабораторные испытания грунтов в испытательной зоне в основном включали испытание на содержание влаги (рис. 2(а)), испытание на сжатие (рис. 2(б)) и испытание на прямой сдвиг (рис. 2(в)). ). Метод сушки использовался в тесте на содержание влаги в почве, а коэффициент пустотности почвы был получен в тесте на сжатие. Путем анализа данных испытаний на влагосодержание и сжатие были получены пластовые характеристики и основные физические свойства слоя грунта в районе испытаний, представленные в таблице 1. разделение слоев Глубина (м) Толщина слоя (м) Плотность (г/см ³ ) Содержание воды (%) Коэффициент пустотности Индекс жидкости

910 )

Лессовая почва () 0~6.5 1.8-6.5 1.68 16.3 0.883 0.37 0.35 0.35 60124
6.5~50 24~43.5 1.85 7.9 0.586 0.586 0.586 0,26 0,12
Когезия и угол внутреннего трения являются важными параметрами, используемыми в этой статье. Таким образом, испытанием на прямой сдвиг было испытано 34 группы образцов, в том числе восемь групп образцов лёссовых почв и 26 групп образцов старых лёссов. В тесте на прямой сдвиг верхний и нижний ящики выравнивали, вставляли фиксированные штифты, а пропускающие камни и фильтровальную бумагу помещали в нижние ящики. Лезвия кольцевого ножа с образцами располагались вверх, задняя часть ножа была направлена вниз, а горловина режущего ящика была выровнена. Затем помещали фильтровальную бумагу и верхние проницаемые камни, и образцы медленно вталкивали в коробку сдвига. После этого кольцевой нож был удален, и была добавлена накладка для передачи усилия.Затем были установлены скользящие стальные шарики вместе с коробкой сдвига и кольцом для измерения усилия. Прикладывали предварительную нагрузку 0,01, вращали маховик и обнуляли показания циферблата кольца измерения силы. После приложения вертикального давления фиксированный штифт немедленно вытягивали, включали секундомер и маховик вращали с постоянной скоростью 0,8 мм/мин (смещение при сдвиге составляло 0,2 мм за цикл вращения), так что образец срезался и разрушается в течение 3–5 мин. При каждом повороте маховика показания шкалы в измерительном кольце фиксировались один раз до разрушения образца грунта при сдвиге. Рассчитанная сплоченная сила и внутренний угол трения предоставляются в таблице 2.
Отдел почвенного слоя Количество образцов Количество образцов Соверная сила (KPA) Угол внутреннего трения (°)
максимум минимум в среднем максимум минимум минимум в среднем
Бессил-почва () 8 8.3 5 5.4 6.4 6.8 29.9 29.9 29.4
26 4310 11.8 30.59 39.9 18.6 25.8
3.
2. Испытание на статическую нагрузку
Для испытания на статическую нагрузку анкерные сваи и испытательные сваи были расположены в виде четырех анкерных свай, окружающих одну испытательную сваю.Расстояние между анкерной и испытательной сваями показано на рис. 3. На испытательной площадке были установлены шесть испытательных свай диаметром 1,5 м и длиной 25 м, а также анкерные сваи диаметром 1,5 м и длиной 30 м. Тело сваи было построено из бетона С30, а бетон С40 использовался для усиления части на расстоянии 1,5 м от вершины сваи. По данным предварительных полевых исследований, грунтовые воды на этом участке глубоко залегают, поверхностных вод нет. Таким образом, для бурения пробных свай и анкерных свай применялся метод сухого вращательного бурения.Проверив качество отверстия, каркас армокаркаса подняли и в сваю засыпали сваи. Весь процесс испытаний состоял из трех частей: установка и размещение испытательных элементов перед испытанием, строительство испытательных свай и анкерных свай, испытательная нагрузка и сбор данных. Конкретный процесс для каждого соответствующего компонента подробно описан ниже: (1) В соответствии с требованиями к испытаниям необходимо было измерить осевую силу и поперечное сопротивление сваи при различных нагрузках в процессе испытания.Поэтому перед сооружением анкерных свай и испытательных свай в сваю заделывали определенное количество арматурных тензодатчиков. Принимая во внимание целостность набора данных испытаний, вдоль основной арматуры в свае были выбраны семь секций для размещения тензорезисторов арматуры. Так как верхняя часть сваи при нагружении находилась в непосредственном контакте с домкратом, деформация была большой, поэтому первый слой тензометра располагали на 0,5 м ниже вершины сваи, а глубина заложения равнялась 3.5 м, 6,5 м, 11 м, 15,5 м, 20 м и 24,5 м по очереди (рис. 4), причем каждая секция соединена с тремя датчиками напряжения арматуры. Датчики напряжения в нижней части 24,5 м были расположены в конце испытательной сваи и использовались для измерения внутренней силы в нижней части сваи и сопротивления на конце сваи. Датчики напряжения арматуры в средней части измеряли внутреннюю силу сваи в каждом слое грунта и на границе слоя грунта. В прошлом датчики напряжения арматуры приваривались непосредственно последовательно к основной арматуре сваи.Однако высокие температуры, возникающие во время сварки, могут легко повредить датчик напряжения арматуры, что повлияет на результаты испытаний. Следовательно, при укладке стальных стержней следует избегать повреждения стальных стержней, чтобы не повредить датчики напряжения. В этом эксперименте арматура, соединяющая два конца датчика напряжения, была обработана, а затем цилиндрические гайки из высокопрочной углеродистой стали на двух концах датчика напряжения были соединены с арматурой для защиты датчика напряжения арматуры, и это было убедиться, что он может легко собрать соответствующие данные.(2) С развитием машин и оборудования буронабивные сваи вращательного бурения стали часто применяться при строительстве свайных фундаментов (висячих свай) в лёссовых районах. По сравнению с ручным бурением и ударным бурением роторное бурение имеет положительные характеристики, в том числе высокую производительность бурения, при средней скорости бурения 10 м/ч. Если уровень грунтовых вод в лёссовой зоне относительно низок, можно использовать сухое бурение, чтобы предотвратить потерю прочности лёссового слоя вокруг сваи или увеличение гравитации при контакте с водой.Вращательное бурение в лёссовых зонах не требует строительства защиты от бурового раствора, так как долото для вращательного бурения будет производить буровой раствор в процессе бурения, который будет поддерживать стабильность стенки скважины и выполнять защиту, образующую стенку скважины. По сравнению с ударным бурением вращательное бурение оказывает меньшее влияние на уплотнение почвы со стороны скважины. При вращательном бурении долото перемещается вперед и назад по дну скважины и грунту, что делает стенку скважины более шероховатой. Более высокая шероховатость почвы вокруг вращающейся выемочной сваи может лучше отражать взаимодействие между сваей и грунтом. Согласно китайским нормам [41], при бурении вращательным бурением всухую (рис. 5, а) толщина донных отложений висячих свай диаметром менее 1,5 мм должна быть менее 300 мм, а наклон сваи отверстий не должно быть менее 1%; диаметр не должен быть меньше проектного значения диаметра сваи; а глубина отверстия не должна быть меньше проектной. Таким образом, после проверки соответствия качества формовки отверстий стальной каркас каркаса был поднят (рис. 5(б)) и залит в сваи (рис. 5(в)).В процессе бурения отверстий вращательным бурением используется защитный ствол. Защитная бочка поднимается на 1,5 м над землей в процессе заливки бетоном каждой испытательной сваи. После завершения заливки бетоном защитную бочку каждой испытательной сваи не вытаскивают для последующего нагружения, чтобы предотвратить повреждение верхнего бетона от сжатия из-за большой нагрузки в процессе нагружения. (3) Испытание на статическую нагрузку было проведено. осуществляется с использованием реактивного устройства с анкерной сваей, как показано на рис. 6(а).Во-первых, восемь гидравлических домкратов (рис. 6(б)) были равномерно установлены на стальной подушке с достаточной прочностью и жесткостью, а затем были подняты главная и второстепенная балки (рис. 6(в)) соответственно со средней главной балки, расположенной на гидравлическом домкрате, насколько это возможно. При подъеме второстепенной балки необходимо было убедиться, что два конца второстепенной балки совпали с положением анкерной сваи. После того, как опорная балка была установлена на место, на стальной лист с магнитной рамой был установлен индикатор смещения (рис. 6(d)) и в режиме реального времени измерялась осадка вершины сваи.

Загрузка осуществлялась медленным методом. Для этого эксперимента одноступенчатое нагружение составляло 1000 кН, максимальная нагрузка – 12000 кН, а количество ступеней нагружения – 11. различных нагрузках и происходит многократно, осадку пробной сваи можно считать относительно стабильной. Когда свая находится в процессе испытания, нагружение может быть остановлено при выполнении одного из следующих условий [42]: общая осадка вершины сваи составляет более 40 мм и (2) когда максимальное значение нагрузки, требуемое конструкцией, достигнуто, осадка вершины сваи достигает относительно стабильного стандарта.
В этом исследовании разгрузочная нагрузка испытательной сваи была в два раза больше, чем градуированная нагрузка, когда процесс загрузки был завершен, и разгрузочная нагрузка продолжалась в течение одного часа на каждом этапе. При этом измеряли осадку в верхней части сваи и стержневой калибр. После завершения процесса разгрузки остаточная осадка измерялась в течение трех часов.
4. Анализ результатов испытания статической нагрузкой
4.1. Расчет осадки верхушки сваи
Несущая способность нескольких тестовых свай одного и того же дизайна полигона и одинакового размера варьировалась, и для проведения анализа результатов испытаний на статическую нагрузку бралось среднее значение [39, 40]. Для измерения осадки верхушки сваи при различных нагрузках в режиме реального времени были установлены четыре измерителя перемещений, а затем за осадку вершины сваи при различных нагрузках принималась средняя осадка вершины сваи.
Результаты расчетов представлены в таблице 3. Кривая Q-S построена путем расчета величины осадки верхушки сваи. Кривая Q-S является интуитивно понятным проявлением процесса нагружения при испытании сваи на статическую нагрузку, как показано на рисунке 7. Анализ рисунка 7 показывает, что осадка испытательной сваи резко увеличивается в процессе нагружения.Кривая Q-S показывает острую точку падения, которая может иллюстрировать предельную несущую способность сваи. Предельная несущая способность испытательной сваи составляет 9000 кН.
4
9
12 000
Загрузка нагрузки Загрузка (KN) Время загрузки (MIN) Расчетный (MIN) Расчетный (мм)
Время загрузки на этом уровне (мин) Мин) Расчет на этом уровне (мм) Накопленный расчет (мм)
1 120 120 0. 2050 0.2050
2 3000 120 240 0.5675
3 4000 4000 120 360123
0.3800 0.9475
4 5000 120 480 0.4375 0.4375 1.3850
5 6000 120 600 0.0700 1.4550
6 7000 150 750 0.8325
7 8 9 3
900 900 1.1550 3
3.4425
8 9 000 150 1050 3 39850 7.2275
9 10 000 14.7425 14.9700
10 10 11 000 120 1320 20. 7725 42.7425
42.7425
11
150 1470 30.1241 72.8666

4.2. Расчет осевой силы тела сваи
При расчете осевой силы тела сваи предполагается, что тело сваи имеет одинаковое поперечное сечение и тело сваи выполнено из линейно-упругого материала. При действии произвольной нагрузки первого порядка напряжение каждого сечения сваи можно получить, измеряя значение частоты тензометров в основной арматуре и вычисляя значение напряжения [27, 43, 44] с помощью соответствующую формулу.Тогда по соответствующей формуле можно получить величину деформации тела сваи на каждом сечении. Осевое усилие стального стержня на каждом сечении тела сваи можно определить по следующей формуле: где p _si — осевое усилие стальных стержней, K — калибровочный коэффициент, F _i – частота колебаний стальной колонны на участке i под нагрузкой, F ₀ – начальная частота колебаний стальной колонны, B – расчетное значение коррекции, которое составляет 0 в этой статье. Значения деформации соответствующих сечений задаются по следующей формуле: где ε _si — деформация стального стержня, а E _s — модуль упругости стального стержня, который в данном случае составляет 200 ГПа. контрольная работа. Кроме того, A _s — это площадь сечения стального стержня, равная 0,0004909 м ² . В процессе расчета, если принять деформации бетона и стальных стержней гармоничными, то осевое усилие сваи на сечении можно получить следующим образом: где Q _i – осевая сила тела сваи в сечении i и E _c – модуль упругости бетона.Поскольку класс прочности свайного бетона составляет C30, согласно китайскому стандарту [45], значение E _c в этом испытании составляет 30 ГПа, а A _c — площадь сечения бетона. С помощью приведенных выше формул (1)–(3) построена кривая осевого усилия тела сваи, представленная на рис. 8. Из рис. 8 видно, что в процессе передачи нагрузки от вершины сваи сопротивление вершины сваи очень мало и медленно увеличивается при нагрузках первых пяти ступеней, что указывает на то, что вертикальная нагрузка на вершину сваи в основном распределяется грунтом вокруг сваи, поэтому боковое сопротивление сваи начинает играть роль раньше, чем сопротивление вершины сваи.По мере увеличения нагрузки сопротивление кончика сваи значительно возрастает. Если нагрузка продолжает увеличиваться, кривая изменения верхней части сваи почти параллельна, указывая на то, что боковое трение сваи полностью задействовано. Как показано на Рисунке 8, когда испытательная свая нагружена до 9000 кН, сопротивление кончика сваи составляет 1708 кН, а коэффициент сопротивления конца сваи составляет 18,98%. Следовательно, свая относится к концевым висячим сваям [46].

4.3. Расчет бокового трения сваи
В ходе испытаний сопротивление боковому трению между двумя соседними секциями можно считать примерно равным изменению осевой силы тела сваи между секциями [27, 47–50]. Поэтому формула расчета сопротивления боковому трению сваи выглядит следующим образом: где U – периметр тела сваи, Q _{i −1} – значение осевой силы в сечении i − 1, Q _i — значение осевой силы в сечении i , а l _i — высота между верхней и нижней секциями. Кривая бокового трения сваи построена и представлена на рисунке 9.Как показано на рисунке 9, боковое трение сваи постепенно увеличивается в диапазоне от 0 м до 11 м, достигает пикового значения на высоте 11 м, а затем постепенно уменьшается. Это связано с тем, что в процессе передачи нагрузки по мере увеличения глубины сопротивление бокового трения сваи постепенно увеличивается и достигает предельного значения на отметке 11 м. И тогда нагрузка на вершину сваи начинает в основном приходиться на сопротивление вершины сваи, а сопротивление трения со стороны сваи постепенно уменьшается.

5. Многопараметрический статистический анализ
Методы статистического анализа включают два вида. Первый – это пробный алгоритм (метод интерполяции), в котором максимальное и минимальное значения, заданные исходным кодом, используются для пробного расчета, а значение бокового трения сваи корректируется по результатам пробного расчета. Существующий код в Китае [51] принимает этот пробный алгоритм для анализа [40, 52]. Второй используемый метод — статистический анализ методом наименьших квадратов, при котором в качестве числа неизвестных параметров принимается количество классифицированных слоев почвы со сходными геологическими характеристиками (возраст, толща и генезис).Поскольку общее боковое трение каждой испытательной сваи может быть выражено боковым трением каждого слоистого грунта, каждую испытательную сваю можно представить в виде уравнения. Когда количество испытательных свай равно количеству слоев, можно решить систему уравнений. Когда количество тестовых свай больше, чем количество слоев, можно использовать метод наименьших квадратов для упрощения системы уравнений, чтобы количество уравнений было таким же, как количество слоев, и можно было получить неизвестное значение, а затем подставить его . Боковое трение свай можно рассчитать по формуле (6) [40].
5.1. Основные уравнения
По распределению слоев грунта и общему сопротивлению каждой сваи, равному сумме боковых сопротивлений каждого слоистого грунта, можно определить уравнение бокового сопротивления каждой испытательной сваи [39, 40]: где Q _f – полное сопротивление трению стенки сваи, U – длина окружности сваи, q _si – единичное поверхностное сопротивление трению в грунтовом слое, l _i — длина сваи каждого слоя грунта, а м — номер слоя грунта.
В соответствии с зависимостью между силой сцепления, углом внутреннего трения индекса прочности на сдвиг и сопротивлением трению можно сформулировать следующее уравнение [40]: где a и b — эмпирические коэффициенты, основанные на существующих результатах [ 39, 40], a и b должны быть между 0 и 1. коэффициент бокового трения сваи в различных слоях грунта.
Подставим уравнение (6) в (5) и получим
Уравнение (7) можно упростить следующим образом [39, 40]: делится на м слоев. Если n > m , уравнение можно решить. Таким образом, из формулы (9) [39, 40] можно получить следующую формулу:
В данной работе для расчета поперечного трения свай применен принцип метода наименьших квадратов.Используя принцип метода наименьших квадратов, уравнения (10) могут быть оптимизированы в m стандартных уравнений (13) [39, 40]. Конкретный процесс оптимизации выглядит следующим образом: (1) Построить функцию ошибки (2) Чтобы минимизировать значение ошибки, make (3) Оптимизированные стандартные уравнения выглядят следующим образом:
Путем решения формул в (13) эмпирические коэффициенты различных слоев почвы F _i. Однако в формуле (13) остаются два неизвестных эмпирических коэффициента a и b .Согласно существующим результатам [39, 40], a и b находятся между 0 и 1. Следовательно, необходимо предположить, что существуют различные комбинации a и b для получения различных комбинаций F. _и . Среди значений F _i различных сочетаний в качестве оптимального решения для формулы (13) следует выбрать набор значений, поэтому стандартное отклонение σ формулы следует рассчитывать по следующей формуле [39, 40].Когда стандартное отклонение σ минимально, a и b являются наиболее подходящими значениями для получения оптимального решения F _i [39, 40]:
Статистический анализ
В соответствии с основным принципом многопараметрической статистики и данными испытаний свай, собранными выше, имеется шесть испытательных свай и два слоя грунта на стороне сваи. Тогда из формулы (10) можно составить шесть условных уравнений (15):
В этой системе шесть уравнений и два неизвестных параметра.Количество уравнений больше неизвестного числа, поэтому его можно решить методом наименьших квадратов. Используя принцип наименьших квадратов, уравнения в (15) можно оптимизировать до двух стандартных уравнений следующим образом:
Уравнения в (16) относятся к уравнениям F ₁ и F ₂ . F ₁ и F ₂ — эмпирические коэффициенты бокового трения сваи в различных слоях грунта. В процессе решения необходимо предположить разные комбинации a и b , чтобы получить разные F _i .Затем их стандартные отклонения можно рассчитать по формуле (14), а оптимальное решение F _i можно определить, взяв значения a и b , когда стандартное отклонение σ равно самый маленький. Изменяя комбинации a и b , приведенные выше методы расчета стандартного отклонения компилируются в программу MATLAB, и стандартное отклонение σ при различных комбинациях a и b получается, как показано на рис. Таблица 4.
9017
0,1 0,2 0.3 0,4 0.5 0,6 0,7 0.8 0.9
0.1 123.17 117.08 111.25 111.25 105.7 100.53 95.760 97.668 97.668 100.15 102.75
0,2 124,78 118,71 112,88 107,33 102,10 97,26 100,10 102,63 105,27
0,3 126,39 120,34 114,52 108.96 103.71 98.80 98.80 102.62 105.19 105.19 107.85
0.4 128. 01 121.9 116.18 110,62 105,33 100,38 105,22 107,82 110,50
0,5 129,62 123,64 117,85 112,29 106,98 101,99 107,89 110,51 113.20
0.6 131.25 125.30 125.30 119.53 113.97 108.66 108.66 103.63 110.64 113,26 115,95
0,7 132,87 126,26 121,22 115,67 110,35 105,29 113,43 116,06 118,74
0,8 134,50 128,62 122.90 117.38 112.07 112.07 106.99 116.99 116.91 118.91 121.57
0.9 136. 12 130.30 124.62 119.11 119.11 113.80 108.71 119,79 121.79 12444
Результаты показывают, что минимальное стандартное отклонение составляет Σ = 95,76, когда a = 0,1 и b = 0,6. Тогда, решая уравнения (16), можно получить F ₁ = 31,4 и F ₂ = 38,2.Расчетные параметры заменены формулой (6), в которой угол внутреннего трения и сцепление каждого слоя грунта усреднены [40], как показано в табл. 2. Например, расчетные значения бокового трения сваи на глубине сваи 6,5 м и при глубине сваи 24,5 м следующие: (1)Лёссовый грунт ():(2)Старый лёсс ():
Поскольку размеры шести тестовых свай одинаковы и они расположены в одном проекте, среднее значение бокового трения сваи различных слоев грунта при максимальном значении нагрузки 12 000 кН при испытании на статическую нагрузку принимается в качестве измеренного значения, и процесс расчета выглядит следующим образом: (1) Лессовый грунт (): (2) Старый лесс ( ):
Точно так же расчет сопротивления бокового трения сваи каждого слоя грунта также является средневзвешенным. Рассчитанные значения сравниваются с измеренными значениями различных слоев грунта при испытании на статическую нагрузку, и ошибка представлена в таблице 5. Согласно таблице 5 делается вывод, что ошибка между двумя методами находится в пределах 20%. При разумных параметрах результаты расчетов методом многопараметрического статистического анализа могут в значительной степени удовлетворить инженерным требованиям.
Почвенная классификация Толщина слоя (M) Измеренное значение (KPA) Расчетное значение (KPA) Ошибка (%)
Лессовый грунт () 6.5 54 54 53 1.85 1,85
18.59 91
При расчете фрикцион методом статистического анализа, без учета изменения показателей прочности на сдвиг по глубине сваи в одном и том же грунте, для расчета бокового трения сваи используется среднее их значение [40]. Результаты расчетов представлены на рисунке 10.Из рисунка 10 видно, что боковое трение сваи одного и того же слоя грунта мало меняется по глубине сваи, в то время как боковое трение разных слоев грунта явно меняется по глубине сваи. Таким образом, в многопараметрическом методе статистического анализа без учета изменения показателя прочности на сдвиг одного и того же слоя грунта по глубине сваи сопротивление боковому трению сваи одного и того же слоя грунта изменяется очень мало, в то время как показатель прочности на сдвиг разных грунтов слоев различно, и сопротивление боковому трению сваи различных слоев грунта явно меняется по глубине сваи.

7. Выводы
В этой статье были проведены испытания статической нагрузки на шести тестовых сваях, а также были измерены размер и распределение бокового трения сваи. Затем методом многопараметрического статистического анализа рассчитывали боковое трение сваи в различных слоях грунта. Основные результаты резюмируются следующим образом: (1) Результаты испытаний на статическую нагрузку показывают, что боковое сопротивление сваи и сопротивление конца сваи не полностью синхронизированы до максимума. В процессе передачи нагрузки вершины сваи сопротивление стороны сваи опережает сопротивление вершины сваи.По мере того, как нагрузка продолжает увеличиваться, сопротивление со стороны сваи проявляется полностью, сопротивление на конце сваи значительно увеличивается, а сопротивление трения со стороны сваи сначала увеличивается, а затем уменьшается сверху вниз. (2) Метод многопараметрического статистического анализа, основанный на сдвиге. Индекс прочности позволяет рассчитать боковое трение сваи о различных слоях грунта в лёссовых зонах. Если параметры являются разумными, ошибка между расчетным значением и измеренным значением метода испытания статической нагрузкой может контролироваться в пределах 20%.(3) В существующих китайских нормах [51] значение бокового трения сваи определяется типом сваи и индексом параметра грунта (коэффициентом пустотности и индексом жидкости). В данной работе рассчитано боковое трение сваи методом многопараметрического статистического анализа. Установлено, что боковое трение сваи связано не только с типом сваи и параметрами грунта, но и с показателем прочности на сдвиг.
Доступность данных
Данные, использованные для поддержки результатов этого исследования, можно получить у соответствующего автора по запросу.
Конфликт интересов
Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов в связи с публикацией данной статьи.
Благодарности
Это исследование финансировалось Национальной ключевой программой исследований и разработок Китая (№ 2018YFC0808606) и Проектом социального развития науки провинции Шэньси (№ 2018SF-378 и 2018SF-382).
Эмпирическое сопротивление ствола забивных свай, проникающих в слабую породу
Традиционные подходы
Основным фактором, определяющим решение пренебречь сопротивлением ствола забивных свай, проникающих в горную породу, является неопределенность в отношении степени повреждения горной породы, окружающей сваю, во время забивки .Томлинсон и Вудворд (2014) предполагают, что это происходит не только в результате анализа забивной сваи, но и из-за соседних свай, и ущерб может быть настолько большим, что сопротивление ствола устраняется. Процесс проникновения сваи ухудшает породу на неизвестную величину, что затрудняет оценку сопротивления ствола вокруг забивных свай (Флеминг и др., 2008 г.). В соответствии с рекомендациями по проектированию и сооружению свай (Tomlinson and Woodward 2014) характеристическое единичное сопротивление ствола определяется на основе размера зерен материнской породы, которая была повреждена в результате забивки.{\prime}\) — эффективное напряжение вскрышных пород; и $\delta_{{\text{f}}}$ — угол трения поверхности раздела между сваей и геологическим материалом. По наблюдению, неявное предположение в уравнении. 1 заключается в том, что $f_{{\text{s}}}$ неограниченно увеличивается с эффективным напряжением вскрыши. На практике это оказалось неверным, и в руководящих документах, таких как API RP 2A-WSD (API 2007), были указаны «предельные значения трения кожи». Следуя этому руководству и предполагая, что хрупкая порода разложилась до песка средней плотности, как описано выше, API RP 2A-WSD ограничит единичное сопротивление вала части сваи, проходящей через хрупкую породу, до 81 кПа.
Применение уравнения. 1 для проникновения забивных свай в горную породу требует некоторой оценки коэффициента горизонтального давления грунта $K_{{\text{s}}}$ и угла трения на границе раздела $\delta$. Несмотря на то, что было проведено много исследований по прогнозированию радиальных напряжений вокруг свай, забитых в грунт (например, Картер и др., 1986; Рэндольф и др., 1994), не было найдено таких исследований, которые помогли бы выбрать $K_{s}\ ) для забивных свай, проникающих в горную породу. Для грунтов Томлинсон и Вудворд (2014) отмечают, что на этот фактор влияют: (i) история напряжений месторождения, (ii) L / D (длина проникновения/диаметр сваи), (iii) жесткость и форма сваи, а также (iv) физические свойства ствола сваи.Влияние пунктов (ii)–(iv), вероятно, аналогично при попытке предсказать \(K_{s}$ для свай, забитых в скалу. Однако, когда забивные сваи проникают в горную породу, на величину $K_{s}$ будет влиять больше факторов, чем история напряжений (или текущее напряженное состояние) породы, такие как трещиноватость горного массива и характеристики этих суставы. Кроме того, существует вероятность возникновения в горных породах явлений выгиба. Поскольку забивание сваи в горную породу приводит к ограниченной зоне деструктурированной породы, эффективные напряжения, действующие на сваю, зависят от того, увеличивается ли в объеме деструктурированный материал или разрушается.В случае, когда этот материал разрушается, может возникнуть изгиб, что означает, что эффективные напряжения, действующие на сваю, могут быть низкими. Это особенно важно для увеличения h / D , где h — расстояние от вершины сваи до заданного почвенного горизонта, а D — диаметр сваи (Byrne et al. 2018).
Выбор угла трения на границе раздела является простым для применения уравнения. 1 к забивным сваям, проникающим в горную породу. Как обсуждалось выше, Томлинсон и Вудворд (2014) рекомендуют рассматривать дезинтегрированную породу как песок от рыхлого до средней плотности, и, следуя этому руководству, угол трения на границе раздела может быть принят как угол трения между песком и сталью, который Jardine et al. (1993) тщательно изучали.
В отличие от крупнозернистых песчанистых пород, считается, что мелкозернистые глинистые породы, такие как аргиллиты и алевролиты, разлагаются и ведут себя как глинистые почвы. Эти типы грунтов обычно анализируются с использованием метода полного напряжения или $\альфа$-метода, где сопротивление вала рассчитывается по уравнению. 2 (Берланд и др., 2012).
$$f_{{\text{s}}} = \alpha c$$
(2)
$${\rm{For}} \quad \psi \le 1.{\основной }\). Уравнение 2 представляет собой прямое применение эмпирического подхода, при котором необходимо сделать несколько допущений, и оно успешно применялось на некоторых участках, где забивные сваи проникали в горную породу (Томас и др., 2011 г.). Из уравнения 2 прочность на сдвиг в недренированном состоянии принимается как }} {2}}}\right.\kern-\nulldelimiterspace} \!\lower0.7ex\hbox{${2}$}}\). Расчетная ПСК традиционно выводится непосредственно из испытаний ПСК или корреляций с точечной нагрузкой ($I_{{s\left({50} \right)}}$) испытаний, а $\alpha$ принимается за функция $\psi$. Очевидным недостатком этого метода является то, что, хотя проектный профиль UCS обычно определяется с помощью лабораторных испытаний на неповрежденных образцах, разумно понимать, что истинное сопротивление вала будет больше зависеть от прочности горной массы. В некоторых случаях эта потенциальная проблема решалась путем изменения расчетного профиля UCS с учетом того, что разработка расчетных профилей прочности на основе лабораторных испытаний, для которых выбранные образцы имеют ранее существовавшие, но визуально не идентифицируемые дефекты, может давать профиль прочности ниже репрезентативного (Thomas и другие.2013). Например, в случае свай в Порт-Хедленде среднее значение UCS для зоны между 18 и 26 м ниже уровня земли (bgl) составляло примерно 0,55 МПа, но прочность, выбранная для расчета в этом диапазоне глубин, составляла 1,0 МПа, поскольку визуальный осмотр ядер показали более высокую прочность (Thomas et al. 2013). Ирвин и др. (2015) согласны с тем, что опора только на испытания UCS в слабой породе, вероятно, приведет к чрезмерно консервативной оценке прочности горного массива. К сожалению, в настоящее время нет поддающихся количественной оценке указаний относительно того, насколько должен быть изменен расчетный профиль UCS в соответствии с альтернативными тестами или методами.
В то время как методы полного напряжения обычно используются для глинистых пород, Terente et al. (2017) предложили метод эффективного напряжения для расчета несущей способности ствола забивных свай в слабой породе и сравнили модель с задокументированным примером морской конструкции кожуха, установленной в аргиллит (см. раздел 4.3). Цель состояла в том, чтобы подчеркнуть эффективность методов эффективного напряжения для проектирования свай в слабой породе по сравнению с традиционными методами полного напряжения. Несущая способность ствола трех свай-оболочек была проанализирована на основе записей о забивке свай, который показал, что грузоподъемность была намного выше, чем исходные проектные прогнозы, основанные на методе коэффициента сцепления.Предложенный подход к эффективному напряжению привел к более точному прогнозу измеренной пропускной способности ствола, хотя все еще с некоторым занижением прогноза, что может быть результатом недооценки UCS горного массива, как описано выше. Испытания на выдергивание не проводились, поэтому существует дополнительная степень неопределенности, связанная с обратным анализом емкости. Это исследование подчеркивает неопределенность, которая сохраняется при прогнозировании несущей способности ствола сваи в слабых породах.
Ирвин и др. (2015) предположили, что сваи, забитые в слабую породу, можно анализировать так же, как пробуренную скальную втулку.{\prime}\) должны учитывать используемые методы строительства, включая использование буровых растворов, использование инструмента для придания шероховатости после земляных работ и давление, при котором шахта была залита цементным раствором. Ни один из них не применим к забивным сваям, и этот фактор является чисто эмпирическим. Коэффициент $\varphi$ был соотнесен Хоббсом (1975) с отношением модуля упругости горной массы к модулю неповрежденной породы. Хотя вполне вероятно, что это соотношение повлияет на общее сопротивление ствола забивной сваи, для таких корреляций опубликовано недостаточно хорошо задокументированных испытаний под нагрузкой, и в настоящее время этот фактор следует принимать за единицу. {\prime}\) в уравнении. 3, что является константой.
Seidel и Haberfield (1995), цитируемые в Randolph (2019), отмечают, что единичное сопротивление ствола монолитных свай в скале в значительной степени зависит от механизма блокировки между сваей и окружающей ее породой. Они отмечают, что величина удельного сопротивления вала будет зависеть от высоты и шероховатости образовавшихся при бурении неровностей породы, которые максимальны в породах средней прочности. Выражение для расчета единичного сопротивления вала предлагается, как показано в уравнении.4:
$$f_{{\text{s}}} = \psi \sqrt {\frac{{{\text{UCS}}}}{2}P_{{{\text{атм}}}} } ,$$
(4)
, где P _атм — атмосферное давление (≈100 кПа). В отличие от уравнения 3, это выражение предполагает, что единичное сопротивление вала увеличивается как функция квадратного корня из UCS, и согласуется с данными, собранными Kulhawy и Phoon (1993). В упомянутом исследовании собраны данные нормализованного удельного сопротивления вала по отношению к нормализованной прочности на сдвиг для ряда геоматериалов, и можно отметить, что большинство данных, относящихся к горным породам, соответствуют линии тренда для ψ = 2, что уменьшает уравнение. от 4 до $f_{{\text{s}}} = 0,45\sqrt {{\text{UCS}}} .$
Однако для забивных свай следует отметить, что ожидается, что минералогия горных пород будет иметь большее влияние на единичное сопротивление вала, чем в случае монолитных свай (Randolph 2019). Карбонатные материалы имеют тенденцию разрушаться вокруг забиваемых свай, что приводит к низким значениям удельного сопротивления ствола. Этот эффект варьируется в зависимости от степени ожидаемого старения, например, ожидается, что мел восстановит пропускную способность шахты в пять или более раз (Buckley et al.2018). В некарбонатных материалах, таких как аргиллиты, могут быть достигнуты более высокие значения единичного сопротивления вала, поскольку такая же степень деструкции не ожидается.
Подходы, учитывающие усталость от трения
При забивке сваи в горную породу необходимо дробить и/или разрушать горную породу, чтобы вместить новый объем забиваемой сваи. При забивке образуются механические трещины, а обломки породы переориентируются и/или смещаются по мере проникновения сваи в поверхность породы. На то, как фрагменты разбитой породы переориентируются вдоль стенки сваи, будет влиять множество переменных, включая тип породы, диагенез или цементацию, степень выветривания, разрушаемость породы, расстояние и раскрытие трещин в породе, а также прочность на сжатие/растяжение породы. Другие параметры, включая пористость материала, также могут влиять на отклик. Именно из-за этой дезинтеграции Томлинсон и Вудворд (2014), среди прочего, рекомендовали использовать забивные методы, предназначенные для грунтов, для забивных свай, проникающих в горную породу.
Было обнаружено, что распределение напряжения сдвига (удельное сопротивление ствола) вдоль забивных свай заметно отличается от такового для буронабивных свай с каменными гнездами. Исследователи еще Весич (1970) заметили, что единичное сопротивление ствола вдоль забивных свай увеличивается с глубиной. Напротив, Уильямс и соавт. (1980) указали, что необходимы значительные смещения, чтобы мобилизовать единичное сопротивление ствола на дне пробуренных стволов в горной породе. Глос и Бриггс (1983) и Уильямс и др.(1980) оба представили данные испытаний под нагрузкой для буровых стволов с скальными гнездами в слабых породах, и эти два примера были сопоставлены с исследованиями забивных свай, проведенными Matsumoto et al. (1995) и Irvine et al. (2015) в таблице 1.
Таблица 1 Сравнение буровых и забивных свай в слабой породе
Каждое из тематических исследований в таблице 1 включает сваи, установленные в слабой породе. Чтобы провести сравнение, распределение напряжения сдвига ( τ ) (единичное сопротивление вала) из соответствующих исследований было нормализовано UCS породы ( σ _c) и представлено на рис.2. График τ / σ _c для каждой сваи построен против h / D . Для испытаний в Williams et al. (1980), Glos III и Briggs Jr (1983), а также Matsumoto et al. (1995), сопротивление вала измерялось непосредственно во время нагрузочных испытаний с использованием тензодатчиков. Данные Irvine et al. (2015) были измерены с помощью мониторинга забивания свай и проанализированы на основе записей о забивке. Профиль UCS и диаметр сваи (1,27 м) для этого случая получены из Terente et al.(2017).
Рис. 2
Сравнение сопротивления ствола для буровых стволов и забивных свай в слабых породах [данные изменены из Williams et al. (1980), Glos III и Briggs Jr (1983), Matsumoto et al. (1995) и Irvine et al. (2015)]. «Забивная» — трубчатая свая ударного действия; «Грубый» — пробуренный ствол, сооруженный в скале, боковым стенкам которого искусственно придана шероховатость с помощью инструмента для нарезки канавок или других мер для увеличения сопротивления ствола; «Гладкий» — пробуренный ствол, сооруженный в скале без использования инструмента для нарезки канавок или других мер, которые могут увеличить сопротивление ствола по сравнению с «шероховатыми» гнездами в скале
Хотя распределение напряжения сдвига или единичное сопротивление ствола во всех случаях, и интерпретация кривых не однозначна, можно сделать некоторые наблюдения. Для каждой кривой распределения напряжения сдвига в пробуренном стволе, представленной на рис. 2, самые высокие напряжения наблюдаются в верхней части скального гнезда. Это связано с тем, что в случае гладких гнезд сцепление бетона с камнем является основным фактором, влияющим на грузоподъемность сваи. Там, где смещения достаточны для разрушения таких соединений, можно ожидать резкого снижения сопротивления вала агрегата. Уильямс и др. (1980) представляют полный набор кривых для сваи M9 во время нагрузки (рис. 2). Представление кривых демонстрирует, что мобилизация пиковых напряжений сдвига или удельного сопротивления ствола сначала происходит в верхней части сваи.Пиковое напряжение сдвига затем перемещается на глубину приблизительно четыре диаметра сваи при максимальной нагрузке.
В отличие от буронабивных свай, единичное сопротивление ствола забивных свай (Matsumoto et al. 1995; Irvine et al. 2015; Terente et al. 2017) максимально на вершине сваи. Разница в мобилизации сопротивления ствола для разных типов свай зависит от метода строительства. Для забивных свай граница раздела свая-скальная порода подвергается сдвигу, когда свая вдавливается в скальную породу.Забиваемая свая испытывает пиковые напряжения сдвига (подвижное сопротивление ствола) на вершине сваи и остаточные напряжения сдвига вблизи вершины породы. Другими словами, деформации сдвига больше в верхней части гнезда скальной породы, чем на кончике сваи. Это явление известно как усталость от трения. Напротив, пробуренные шахты строятся путем помещения бетона и / или цементного раствора в раструб, вырытый на полную глубину. При нагрузке распределение напряжения сдвига или сопротивление вала подвижной единицы зависит от свойств напряжения и деформации бетона и поверхности раздела бетон-скальная порода.Из-за этого ожидается, что пиковые касательные напряжения будут наблюдаться вблизи вершины скального углубления. Значительное единичное сопротивление вала мобилизуется в более глубоких частях пробуренных стволов только после того, как полностью задействовано сопротивление вала в верхних частях пробуренного ствола.
Заметные различия в распределении напряжения сдвига (удельное сопротивление ствола), наблюдаемые между забивными и буровыми сваями, следует учитывать при оценке несущей способности сваи и при определении того, как эта несущая способность перемещается вдоль сваи.{\prime}}\) — увеличение радиального напряжения из-за расширения, а $\delta_{{\text{f}}}$ — угол трения поверхности раздела. Сопротивление ствола после установки должно включать ухудшение из-за фрикционной усталости, в результате чего сопротивление на заданном горизонте грунта уменьшается с увеличением проникновения сваи.
Для этой деградации было предложено несколько моделей. Альм и Хамре (2001) предложили экспоненциальную зависимость для снижения напряжения сдвига (сопротивления ствола) вдоль свай из песка и глины в контексте оценки сопротивления ствола, возникающего при забивке свай, что аналогично статической грузоподъемности, см. Prendergast et al. .{0,5},$$
(6с)
где $\tau_{{\text{f max}}}$ — пиковое напряжение сдвига (сопротивление вала), $\tau_{{{\text{res}}}}$ — остаточный сдвиг напряжение (сопротивление вала), k — коэффициент формы деградации, q _c — сопротивление вершины конуса (CPT), а h — расстояние от рассматриваемого слоя до вершины сваи. {\ prime} _ {{{ {\text{rd}}}}\) — изменение радиального напряжения в результате расширения, а P _ref = 100 кПа.{2}\) — коэффициент эффективной площади, где IFR = дополнительный коэффициент заполнения (мера закупоривания), а D _i — внутренний диаметр сваи. Модели в уравнениях. 7 и 8 напрямую учитывают усталость от трения через термин деградации.
Основы забивки свай, распространенные проблемы и решения
Гидравлический вибромолот
Посмотреть полную статью можно здесь.
Забивка свай является важной частью строительного процесса. Вертикальные колонны из различных материалов (дерево, бетон, сталь или их комбинация) вбиваются в нераскопанный грунт.Сваи представляют собой тип глубокого фундамента, который используется для удержания больших конструкций, часто мостов. В этой статье мы обсудим основы забивки свай, распространенные проблемы и возможные решения.
Ранняя забивка свай
Раньше забивка свай производилась вручную. Энергия, необходимая для забивания сваи, создавалась за счет веса тарана, падающего через гравитационное поле. В двадцатом веке большая движущая сила была достигнута за счет использования пневматических или паровых машин для ускорения движения тарана вниз.Многие современные сваебойные молоты приводятся в действие дизельными или гидравлическими системами.
Использование свай
Более мягкие почвы лучше всего подходят для забивки свай. Большая часть грузоподъемности создается за счет трения кожи. Чтобы выдерживать большие нагрузки, их группируют под фундаменты.
Фото: Junttan
Анатомия сваебойного копра
На высоком уровне система забивки свай состоит из четырех основных частей: свинца, подушки молота, шлема и подушки сваи. Каждая часть играет роль в передаче энергии свае, что, в свою очередь, влияет на производительность молота.Подробнее читайте в нашем глоссарии.
Свинец
Направляющая копра представляет собой опорную конструкцию, которая направляет сваю и молот. Они классифицируются по способу крепления к копру — подвесные, фиксированные или качающиеся. Поводки удерживают сваю и молот на одной линии.
Подушка для молотка
Подушка для молотка, обычно изготовленная из искусственных материалов, помещается между бойком и шлемом.
Шлем
Каска представляет собой временную стальную шапку, надеваемую поверх сваи и предназначенную для максимальной защиты головы во время вождения.
Ворсовая подушка
Ворсовая подушка обычно изготавливается из дерева. Его помещают между шлемом и ворсом.
Типы копров
Существует несколько типов копров, в том числе:
Вибромолот
Вибромолоты режут грунт, а не забивают сваи, используя технику вращения и систему противовеса. Они приводятся в действие гидравлическими двигателями. Кран или экскаватор поднимает молот.Гидравлические зажимы прикрепляют его к свае. Они забивают сваи быстрее и работают (сравнительно) тише.
Дизельный ударный молот
В этом отбойном молотке используется двухтактный дизельный двигатель. Баран поднимают, затем отпускают и позволяют ему свободно падать. Когда он попадает в кучу, энергия поднимает его обратно. Он будет продолжать работать до тех пор, пока не закончится топливо или пока он не будет остановлен вручную.
Пневматический/паровой молот двойного действия
Эти молотки увеличивают скорость удара за счет более короткого хода.Активное давление ускоряет плунжер во время хода вниз. Этот тип молота значительно увеличил скорость, с которой можно было забивать сваи.
Гидравлический ударный молот
В гидравлическом молоте используется внешний источник энергии для подъема молота до максимальной точки его хода. В гидравлическом молоте одностороннего действия свободно падающий поршень развивает фактическую энергию, вводимую в сваю, — почти такой же рабочий ход, как у отбойного молота или пневматического / парового молота одностороннего действия.
Конструкция свайного фундамента
Конструкция свайного фундамента сильно зависит от грунта, в который забиваются сваи. Другие факторы включают материал свай, ожидаемую нагрузку и ожидаемый уровень использования.
Имейте в виду, что забивание свай меняет поведение почвы вокруг них. Кроме того, почва, особенно на большой территории, может сильно различаться. Определить правильный дизайн сложно. Процесс планирования должен включать всестороннее и тщательное тестирование почвы.Тестирование и оценка должны продолжаться во время строительства.
Проблемы с забивкой свай и решения
Сложный аспект обращения с почвой представляет множество проблем, которые можно предвидеть. План снижения рисков проекта может учитывать вероятные проблемы, которые могут возникнуть. Решения могут быть включены в планирование на случай непредвиденных обстоятельств, что позволяет избежать перерасхода средств.
Проблемы со счетчиком ударов приводной сваи
Количество ударов рассчитывается заранее. Если количество ударов в поле отличается, скорее всего, есть проблема. Вот распространенные проблемы и решения, связанные с подсчетом ударов:
Увеличение количества ударов, необходимых для забивания сваи
Количество ударов, необходимое для забивания сваи на требуемую глубину, рассчитывается заранее. Он основан на почве и системе привода. Если для забивания сваи требуется намного больше ударов, чем планировалось, значит проблема в грунте и/или системе забивки.
Сначала убедитесь, что система привода соответствует типу сваи.(Что-то, что должно быть сделано до начала работы.) Если они совпадают, убедитесь, что работа системы привода соответствует рекомендациям производителя оборудования. Проблемы с приводной системой могут быть связаны с низкой эффективностью молота или слишком мягкой подушкой. Почва может иметь большую прочность, более высокий коэффициент демпфирования или более сильные землетрясения почвы, чем предполагалось при первоначальном тестировании.
Резкое изменение числа ударов опорных свай
Когда количество ударов для группы свай резко меняется или уменьшается, используйте бурение для проверки состояния грунта. Если над скальной породой нет признаков выветривания профиля, вероятно, повреждена пятка сваи. Осмотрите внутреннюю часть сваи на наличие повреждений носка сваи. Если вы не можете провести внутреннюю проверку, вам необходимо оценить проблему с помощью динамических измерений. Или вам, возможно, придется извлечь кучу.
Немного меньшее количество ударов
Есть две основные причины меньшего, чем ожидалось, количества ударов. Меньшее сопротивление грунта или лучшая производительность молота.Вам нужно будет провести повторное испытание в случае более низкого сопротивления грунта. Это требует установления коэффициента настройки и перехода на меньшую мощность. Оцените работу молотка и при необходимости внесите коррективы.
Значительно меньшее количество ударов
Если количество ударов намного ниже ожидаемого, проверьте отверстия в почве. Если нет признаков мягких слоев, свая может быть повреждена ниже уровня. Вы также должны оценить растягивающие напряжения вдоль сваи и сжимающие напряжения в носке. Другими причинами могут быть сросшийся ворс, препятствие или неравномерный контакт носка. Проверьте, нет ли повреждений пальцев ног.
Сваи забиваются глубже, чем предполагалось
Сваи, забиваемые в грунт намного глубже, чем первоначально предполагалось, могут быть связаны с более низким сопротивлением грунта, чем ожидалось. Или повышение производительности системы вождения. Испытание на повторный удар необходимо для определения изменений прочности грунта. Инженер-строитель определит, требуются ли изменения в системе забивки или глубине сваи.

Перемещение свай
Непредвиденное перемещение свай — еще один признак проблемы, которую необходимо решить до продолжения работ.
Боковое смещение в предыдущих забивных сваях
Если ранее установленные сваи сдвигаются вбок при забивке новых свай, вероятной причиной является смещение грунта. Однако причиной мог быть провал грунта на соседнем склоне. Решения включают изменение последовательности забивки свай или повторное забивание установленных свай.Вы также можете уменьшить движение грунта, предварительно забурив места для свай.
Сваи за пределами допуска выравнивания
Конструкция сваи учитывает определенный допуск на выравнивание. Частично это зависит от типа материала, из которого сделана свая. Если сваи выходят за пределы этого допуска, это, вероятно, связано с проблемами контроля выравнивания свай-молотов или состоянием грунта. Существует несколько способов регулировки контроля соосности молота и сваи. Например, можно использовать шаблон или свайный ворот.С помощью затвора свая направляет сваю в лидер. Возле поверхности также может быть препятствие. Удаление препятствия сместит почву и может выявить другие проблемы с почвой под ней. Инженер должен будет оценить почву и определить следующие шаги.
Свайные препятствия
Решение по устранению свайных препятствий зависит от глубины препятствия. Препятствие может выявить загрязненную почву.
Неглубокие свайные препятствия
Если вы обнаружите неглубокие препятствия в пределах трех футов от рабочего уровня, вы, вероятно, можете просто удалить их без значительного воздействия на окружающую почву.
Заграждения из глубоких свай
Раскопки часто не являются жизнеспособным решением, когда препятствия расположены за пределами трех футов или ниже уровня грунтовых вод. В этой ситуации можно использовать предварительное бурение мест расположения свай. Глубокие свайные препятствия могут потребовать от инженера разработки корректирующего проекта. Глубокие препятствия могут снизить расчетную несущую способность. В этом случае могут понадобиться дополнительные сваи.
Бетонные сваи
Бетонные сваи подвержены разного рода растрескиванию.Направление, расположение и серьезность трещин дают ключ к разгадке причины. Общие проблемы с бетонными сваями и их решения включают:
Частичные трещины – легкая забивка свай
Если легкая забивка сваи вызывает частичные горизонтальные трещины в бетонной свае, проверьте выравнивание сваи-молота. Другой возможной причиной является слишком высокое комбинированное натяжение и изгиб.
Полные горизонтальные трещины – легкая забивка свай
Если легкая забивка сваи приводит к образованию полных горизонтальных трещин в бетонной свае, расчетные растягивающие напряжения могут быть ошибочными.Если напряжения растяжения слишком велики, добавьте амортизацию или уменьшите длину хода молотка. Если слишком низкое, это может быть связано с плохой работой молота.
Полные горизонтальные трещины при жестком вождении
Полные горизонтальные трещины при жесткой забивке требуют расчета растягивающих напряжений по длине сваи. Если они высокие, вам может понадобиться более тяжелый таран. Если слишком низко, землетрясения, вероятно, сильнее, чем ожидалось.
Использование волоконно-оптических датчиков для мониторинга сваи позволяет измерять напряжения по всей длине сваи при забивке.Это обеспечивает большую точность по сравнению со стандартным мониторингом. Обратите внимание, что трещины, обнаруженные на ранней стадии, можно заделать эпоксидной смолой. В противном случае они могут оказаться в куче кучи.
Выкрашивание вблизи головы сваи
При наличии выкрашивания (выкрашивания или выкрашивания) вблизи оголовка сваи необходимо определить напряжение оголовка сваи для наблюдаемого числа ударов по сравнению с допустимыми напряжениями. Одной из причин повреждения у оголовка бетонной сваи является недостаточная амортизация сваи.Добавление ворсовой амортизации является решением для высоких нагрузок. Однако, если ваши расчеты указывают на низкий уровень стресса, есть несколько возможных причин. К ним относятся проблемы с производительностью молота и выравниванием, а также плохое качество сваи.
Фото предоставлено: Jacobs Demolition and Carting
Стальные и деревянные сваи
Существует несколько факторов, которые могут вызвать деформацию оголовка стальной сваи или расщепление или расщепление оголовка деревянной сваи. К ним относятся:
Неправильный размер или форма шлема
Недостаточная прочность стали
Неравномерный оголовок сваи
Неправильное бандажирование
Для защиты сваи можно использовать металлический наконечник или ботинок.Используйте их с обвязкой в верхней части стопки, чтобы предотвратить расщепление.
Если проблема не устранена, рассчитайте нагрузку на оголовок сваи. Уменьшите ход молотка для уменьшения количества ударов; увеличение для большого количества ударов. Однако вам может понадобиться выбрать другой молот — даже другой тип сваи.
Проблемы с молотком
Иногда причиной проблем является сваебойный молот. Одним из примеров является случай, когда рабочий ход дизель-молота составляет менее 90% расчетного хода.В этом случае причиной может быть трение плунжера. Если наблюдаемое количество ударов меньше рассчитанного, сопротивление грунта, вероятно, ниже, чем первоначально предполагалось. Если они похожи, используйте более низкое давление сгорания, чтобы выровнять ход молотка.
Проблемы с данными волнового анализа
При использовании программного обеспечения для анализа волн для прогнозирования поведения сваи вы можете столкнуться с проблемами данных. Если конкретный молоток, который вы используете, не указан в списке при вводе данных волнового анализа, используйте молоток того же типа.Он должен иметь аналогичный энергетический рейтинг и вес барана. Вам нужно будет изменить его данные, чтобы они соответствовали приложению. В некоторых случаях нет молотка, соответствующего пределам нагрузки и сопротивления при движении. Возможно, расчетные напряжения и количество ударов слишком велики. Один из вариантов — увеличить прочность материала или внести изменения в конструкцию. Выполните испытание на повторное включение или статическую нагрузку, чтобы подтвердить работоспособность.
Подведение итогов
Забивка свай звучит просто – забивайте столбы в землю. Но это сложный процесс, требующий тщательного тестирования и точного расчета. От этого зависит выбор правильного материала сваи и оборудования для почвы и грузоподъемности. Есть несколько проблем, которые могут возникнуть в этой области. Подготовка и планирование на случай непредвиденных обстоятельств являются ключом к поддержанию проекта по забивке свай в соответствии с планом и бюджетом.
Посмотреть полную статью можно здесь.
КАК РАСЧЕТ НЕСУЩУЮ ГРУЗОПОДЪЕМНОСТЬ СВАИ? (СТАТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ)
Предельная несущая способность сваи – это максимальная нагрузка, которую она может выдержать без разрушения или чрезмерной осадки грунта.
Несущая способность сваи зависит главным образом от трех факторов, указанных ниже:
Тип грунта, в который забивается свая
Способ установки свай
Размер сваи (поперечное сечение и длина сваи)
При расчете несущей способности свай для монолитных бетонных свай с использованием статического анализа необходимо использовать параметр прочности грунта на сдвиг и размер сваи.
Несущая способность сваи с использованием статического расчета
Свая передает нагрузку на грунт двумя способами.Во-первых, за счет сжатия наконечника, называемого «концевой подшипник » или «концевой подшипник »; во-вторых, сдвигом по поверхности, называемой « трением кожи ».
Несущая способность монолитных свай в связном грунте
Предельная несущая способность (Q _u ) сваи в связных грунтах определяется формулой, приведенной ниже, где первый член представляет торцевое сопротивление смятию (Q _b ), а второй член дает скин сопротивление трению (Q _с).

Где,
Q _u = Предельная грузоподъемность, кН
A _p = площадь поперечного сечения кончика сваи, м ²
N _c = Коэффициент несущей способности, может приниматься равным 9
α _i = коэффициент сцепления i-го слоя в зависимости от консистенции грунта. Это зависит от прочности недренированного грунта на сдвиг и может быть получено из рисунка, приведенного ниже.
Изменение альфа при сцеплении
c _i = Среднее сцепление для i-го слоя, кН/м ²
A _si = Площадь ствола сваи в i-м слое, м ²
Минимальный коэффициент безопасности 2,5 используется для получения безопасной несущей способности сваи (Q _safe ) из предельной несущей способности (Q _u ).
Q _сейф = Q _u /2,5
Несущая способность монолитных свай в несвязном грунте
Предельная несущая способность сваи «Q _u» состоит из двух частей.Одна часть связана с трением, называемым поверхностным трением , или трением вала , или боковым сдвигом , обозначаемым как «Q _s», а другая связана с концевым подшипником в основании или на конце носка сваи, «Q _б».
Приведенное ниже уравнение используется для расчета предельной несущей способности сваи.
Где,
А _р = площадь поперечного сечения основания сваи, м ²
D = диаметр ствола сваи, м
γ = эффективный удельный вес грунта на острие сваи, кН/м ³
N _γ = коэффициент несущей способности
N _q = коэффициент несущей способности
Φ = угол внутреннего трения на кончике сваи
P _D = Эффективное давление вскрыши на вершине сваи, кН/м ²
K _i = Коэффициент давления грунта, применимый к i-му слою
P _Di = Эффективное давление вскрыши для i-го слоя, в кН/м ²
δ _i = Угол трения стенки между сваей и грунтом для i-го слоя
A _si = Площадь ствола сваи в i-м слое, м ²
Первый член представляет собой выражение для концевой несущей способности сваи ( Q _b ), а второй член представляет собой выражение для способности поверхностного трения сваи ( Q _s ).
Минимальный коэффициент запаса прочности 2,5 используется для получения безопасной грузоподъемности сваи (Q _safe ) из предельной грузоподъемности (Q _u ).
Q _сейф = Q _u / 2,5
Важные примечания, которые следует помнить
Значение коэффициента несущей способности N _q получено из приведенного ниже рисунка.
Значение коэффициента несущей способности
Значение коэффициента несущей способности N _γ вычисляется с использованием приведенного ниже уравнения.
Для забивных свай в рыхлом или плотном песке с φ, изменяющимся от 30 ⁰ до 40 ⁰ , могут использоваться значения k _и в диапазоне от 1 до 1,5.
δ угол трения стенки можно принять равным углу трения грунта вокруг ствола сваи.
Максимальная эффективная вскрышная порода в основании сваи должна соответствовать критической глубине, которая может быть принята равной 15-кратному диаметру ствола сваи для φ ≤ 30 ⁰ и возрастающей до 20-кратной величины для φ ≥ 40 ⁰
Для свай, проходящих через связные слои и оканчивающихся в зернистом слое, в зернистый слой должно быть предусмотрено проникновение не менее чем в два раза больше диаметра ствола сваи.
No related posts.
Добавить комментарий Отменить ответ
Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *
Comment*
Name *
Email *

Рубрики
Бетон
Гидроизоляция
Обеспыливание
Пропитка
Разное
Своими руками
Смеси
Советы
Соотношение
© 2024 © Все права защищены.