БАЗА ЗНАНИЙ
Задать вопрос
 

Определение несущей способности сваи-стойки

В рамках данной статьи выполним определение несущей способности сваи-стойки.

Fd_сваи-стойки-1.png
Схема расположения фундамента в инженерно-геологическом разрезе

Рассмотрим три вида свай:

  1. 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;
  2. 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;
  3. 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:
Fd_сваи-стойки-2.png
Скважины 1, 2, 7 напластование грунтов
Расположение скважин 1, 7, 2, соответствует расположению свай 1, 2, 3. Характеристики грунта показаны на иллюстрации.
Fd_сваи-стойки-3.png
Характеристики грунтов основания

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
Fd_сваи-стойки-4.png
Инженерно-геологический разрез в системе ГРУНТ

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;
Fd_сваи-стойки-5.png
Исходные данные для вычисления жёсткостей свай
Число участков разбиения сваи принимается таким образом, чтобы длина участка между соседними конечными элементами КЭ57 составляла не более 0.25 м, в соответствии с требованиями п.В.6 СП 24.13330.2011 (Б.6 СП 24.13330.2021).

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:
Fd_сваи-стойки-6.png
Диалоговое окно «Параметры определения теоретической несущей способности свайного основания СП 24.13330.2011/2021

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

Rm=Rc=20 тс/м2 – из исходных данных в системе ГРУНТ;
Fd_сваи-стойки-3-1.png

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:
Fd_сваи-стойки-3-2.png

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:

Fd_сваи-стойки-7.png

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;
Fd_сваи-стойки-8.png
Мозаика несущей способности свай Fd