Определение несущей способности сваи-стойки
В рамках данной статьи выполним определение несущей способности сваи-стойки.
Рассмотрим три вида свай:
- Свая прорезает пылевато-глинистые и песчаные грунты и опирается на полускальный грунт, нижняя граница которого не установлена и условно считается что мощность данного слоя не ограничена;
- Свая, аналогичная свае №1, но мощность полускального грунта ограничена и составляет 7 м (2 м вдоль ствола и 5 м под нижним концом сваи). Под полускальным грунтом залегает пылевато-глинистый грунт;
- Свая прорезает пылевато-глинистые и песчаные грунты, а также полускальный грунт. Нижний конец сваи опирается в пылевато-глинистый грунт;
Расчёт несущей способности производится в соотв. с СП 24.13330.2011 «Свайные фундаменты» с Изм. 1, 2, 3/СП 24.13330.2021.
1. Результаты инженерно-геологических изысканий
Напластование грунтов в геологической выработке показано на иллюстрации:
2. Высотные отметки
Отметка рельефа по скважине 1 = 100 м, отметка головы сваи = 100 м в абсолютных координатах модели грунта. Длину сваи принимаем = 10 м. Свая целиком прорезает ИГЭ №1, 2, 3, 4 и частично проходит ИГЭ №6 с заглублением в слой на 2 м. В скважинах 1, 7 нижний конец сваи упирается в слой ИГЭ №6, в скважине 2, свая целиком прорезает ИГЭ №6 и нижний конец упирается в ИГЭ №5
3. Геометрические размеры
h (глубина заложения нижнего конца сваи от рельефа) 10 м U (периметр) = 3.14159265*d = 3.14159265*0.6 = 1.88495559 м А (площадь) = (3.14159265*d2)/4 = (3.14159265*0.62)/4 = 0.28274334 м2;
4. Коэффициенты при расчётах
Для определения коэффициентов, принимаемых при расчёте несущей способности свай, зададим следующие параметры определения теоретической несущей способности:
Вид погружения свай 1, 2, 3: «Висячие набивные, буровые и сваи-оболочки, погружаемые и заполняемые бетоном (сваи трения);
Способ устройства сваи для определения расчётного сопротивления под нижним концом:
Свая 1 – сваи по п.6.4а* или набивные виброштампованные, устраиваемые в пробитых скважинах путём заполнения скважин жёсткой бетонной смесью;
Свая 2 – набивная и буровая свая с уширением и без уширения, свая-оболочка, погружаемая с полным удалением грунтового ядра;
Свая 3 – свая- оболочка, погружаемая с сохранением грунтового ядра на высоту 0.5 м;
Следует помнить, что в случае выбора способа погружения «набивная и буровая свая с уширением и без уширения, погружаемая с полным удалением грунтового ядра, расчётное сопротивление грунта под нижним концом сваи будет определяться по формуле (7.12) СП 24.13330.2011 (формула (7.14) СП 24.13330.2021), о чём программа оповещает в соответствующей всплывающей подсказке:
5. Определение несущей способности сваи-стойки
Требования норм по расчёту несущей способности свай-стоек
Определение несущей способности сваи выполняется по формуле (7.5а) СП 24.13330.2011 (формула (7.5) СП 24.13330.2021):
Fd=Fdb;
Несущую способность основания под нижним концом сваи Fdb следует определять, используя расчётное сопротивление грунта под нижним концом сваи по формуле (7.5) СП 24.13330.2011 (формула (7.6) СП 24.13330.2021):
Fdb=Yc*R*A;
где Yc = 1;
R - расчётное сопротивление под нижним концом сваи-стойки, кПа;
А - площадь опирания на грунт сваи, м2, принимаемая для свай сплошного сечения и полых свай с закрытым нижним концом равной площади поперечного сечения брутто, для свай полых круглого сечения с открытым нижним концом и свай-оболочек - равной площади поперечного сечения нетто при отсутствии заполнения их полости бетоном и равной площади поперечного сечения брутто при заполнении этой полости бетоном на высоту не менее трех ее диаметров.
Для набивных, буровых свай и свай-оболочек, заполняемых бетоном, опирающихся на невыветрелые скальные грунты (без слабых прослоек) при ld<0.5 м, R следует определять по формуле (7.6) СП 24.13330.2011 (формула (7.7) СП 24.13330.2021):
R=Rm=Rc,m,n/Yg;
где Rm - расчетное сопротивление массива скального грунта под нижним концом сваи-стойки, определяемое по Rc,m,n - нормативному значению предела прочности на одноосное сжатие массива скального грунта в водонасыщенном состоянии, кПа, определяемому, как правило, в полевых условиях;
Yg=1.4 - коэффициент надежности по грунту
В любом случае значение следует принимать не более 20000 кПа и не менее величины расчетного сопротивления под нижним концом сваи для крупнообломочных грунтов с песчаным заполнителем и с углом внутреннего трения Фi=32° согласно 7.2.7 СП 24.13330.2011 (п.7.2.11 СП 24.13330.2021):.Определение расчётного сопротивления скального грунта по п.7.2.1 СП 24.13330.2011/24.13330.2021
Расчётное сопротивление скального грунта определяется по формуле (7.7) СП 24.13330.2011 (формула (7.8) СП 24.13330.2021):
R=Rm*(1+0.4*ld/df);
Для расчёта R, следует определить величину Rm.
Определение расчётного сопротивления скального грунта по п.7.2.1 СП 24.13330.2011/24.13330.2021
Определение расчётного сопротивления скального грунта по п.7.2.7 СП 24.13330.2011 (п.7.2.11 СП 24.13330.2021)
Посчитаем удельный вес грунта по слоям:
Y(1)=17.652 кН/м3= – удельный вес ИГЭ1;
Y(2)=17.1616 кН/м3= – удельный вес ИГЭ2;
Ysb(2)=(Ys-1)/(1+e)=(21.143091-10)/(1+0.54)=7.23577338 кН/м3 – удельный вес ИГЭ2 с учётом взвешивающего действия воды
Ys(2)=Y*(1+e)/(1+W)=17.1616*(1+0.54)/(1+0.25)=21.143091 кН/м3 – удельный вес частиц грунта ИГЭ2;
Y(3)=17.8481 кН/м3= – удельный вес ИГЭ3;
Ysb(3)=(Ys-1)/(1+e)=(24.364073-10)/(1+0.72)=8.35120523 кН/м3 – удельный вес ИГЭ3 с учётом взвешивающего действия воды
Ys(3)=Y*(1+e)/(1+W)=17.8481*(1+0.72)/(1+0.26)=24.364073 кН/м3 – удельный вес частиц грунта ИГЭ3;
Y(4)=18.3384 кН/м3 – удельный вес ИГЭ4;
Y(6)=18.8288 кН/м3 – удельный вес ИГЭ6;
Расчётное сопротивление грунта по формуле (7.13) СП 24.13330.2011 (формула (7.15) СП 24.13330.2021), для сваи 1:
R = α4*(α1*Y'1*d + α2*α3*Y1*h)=
=0.255*(41.6*19.61*0.6+75.8*0.68164*14.2857*10)=2007.01464 кПа = 204.669 тс/м2
Расчётное сопротивление грунта по формуле (7.12) СП 24.13330.2011 (формула (7.14) СП 24.13330.2021), для сваи 2:
R = 0.75*α4*(α1*Y'1*d + α2*α3*Y1*h)=
=0.75*0.255*(41.6*19.61*0.6+75.8*0.68164*14.2857*10)=1505.3 кПа = 153.502 тс/м2
Осреднённое значение удельного веса грунта выше нижнего конца сваи
Y1=(Y(1)*2+Ysb(2)*2+Ysb(3)*3+Y(4)*2+Y(5)*2)/10=(17.652*2+7.23577338*2+8.35120523*2+18.3384*2+18.8288*2)/10=14.08123572 кН/м3;
Коэффициенты alfa_1, alfa_2, alfa_4:
|
|
|
α1 |
α2 |
α4 |
|
jn |
31 |
34.6 |
64 |
0.26 |
|
ji |
32 |
41.60000 |
75.80000 |
0.25500 |
|
jn+1 |
33 |
48.6 |
87.6 |
0.25 |
Коэффициент alfa_3:
|
|
|
(h/d)n |
(h/d)i |
(h/d)i+1 |
|
|
|
31 |
32 |
33 |
|
jn |
15 |
0.68 |
0.69500 |
0.71 |
|
ji |
16.67 |
0.66664 |
0.68164 |
0.69664 |
|
jn+1 |
17.5 |
0.66 |
|
0.69 |
h/d=10/0.6=16.67
Коэффициенты определены по таблице 7.7 СП 24.13330.2011/24.13330.2021, при значении угла внутреннего трения 32 градуса:
Расчетное сопротивление скального грунта под нижним концом
Расчетное сопротивление скального грунта R для набивных и буровых свай и свай-оболочек, заполняемых бетоном и заделанных в невыветрелый скальный грунт (без слабых прослоек) не менее чем на 0.5 м, определяется по формуле (7.7) СП 24.13330.2011 (формула (7.8) СП 24.13330.2021):
Для сваи 1
R=Rm*(1+0.4*ld/df)= 204.669*(1+0.4*2/0.6)=477.56 тс/м2;
где R=204.669 тс/м2 – принято наибольшее значение из определяемого по формуле (7.13) СП 24.13330.2011 (формула (7.15) СП 24.13330.2021) и из исходных данных в системе ГРУНТ;
Для сваи 2
R=Rm*(1+0.4*ld/df)= 153.502*(1+0.4*2/0.6)=358.17 тс/м2;
где R=154.431 тс/м2 – принято наибольшее значение из определяемого по формуле (7.12) СП 24.13330.2011 (формула (7.14) СП 24.13330.2021) и из исходных данных в системе ГРУНТ;
Определение несущей способности свай по формуле (7.5) СП 24.13330.2011 (формула (7.6) СП 24.13330.2021) Подставим значения R, A, Yc в формулу (7.5) СП 24.13330.2011 (формула (7.6) СП 24.13330.2021) и определим несущую способность для сваи 1 Fdb=Yc*R*A=1*477.56*0.28274334=135.02690945 тс. Для сваи 2 Fdb=Yc*R*A=1*358.17*0.28274334=101.27018209 тс.
Определение несущей способности свай по формуле (7.5) СП 24.13330.2011 (формула (7.6) СП 24.13330.2021)
Подставим значения R, A, Yc в формулу (7.5) СП 24.13330.2011 (формула (7.6) СП 24.13330.2021) и определим несущую способность для сваи 1
Fdb=Yc*R*A=1*477.56*0.28274334=135.02690945 тс.
Для сваи 2
Fdb=Yc*R*A=1*358.17*0.28274334=101.27018209 тс.
Определение расчётного сопротивления сваи прорезающей слой скального грунта насквозь
Для сваи №3 определение несущей способности выполним по приложению Б СП 24.13330.2011 (приложение Д СП 24.13330.2021).
Несущая способность Fd набивной, буровой сваи и сваи-оболочки, заполняемой бетоном, прорезающей толщу невыветрелых скальных грунтов, определяется с учетом расчетного сопротивления грунтов основания на ее боковой поверхности (рисунки Б.1, Б.2 СП 24.13330.2011, рисунки Д.1, Д.2 СП 24.13330.2021),
Fds – несущая способность сваи с учетом только сопротивления скальных грунтов на ее боковой поверхности определяется по формуле:
Fds = u * ΣRsi *Hi;
где u – наружный периметр поперечного сечения ствола сваи;
Rsi – расчетное сопротивление i-го слоя скального грунта на боковой поверхности сваи;
Hi – толщина i-го слоя скального грунта, соприкасающегося с боковой поверхностью сваи;
Rsi = 0.63*(Pa*Rci)^0.5;
где Pa = 100 кПа = 10.1972 тс/м2;
Rci – расчетное значение предела прочности на одноосное сжатие i-го слоя скального грунта в водонасыщенном состоянии, кПа.
Rsi=0.63*(10.1972*20)^0.5=8.99696 тс/м2;
Fds = u * ΣRsi *Hi=1.88496*8.99696*1.8=30.52604 тс;Сравнение с результатами расчёта в ЛИРА-САПР
Несущая способность свай, опирающихся на ИГЭ6 составляет:
Свая №1 Fd=135.02690945 тс;
Свая №2 Fd=101.27018209 тс;
Несущая способность сваи №3, прорезающей ИГЭ6, составляет Fd=30.52604;