Расчёт несущей способности буровой сваи с уширением
Расчёт производится в соотв. с СП 24.13330.2021 «Свайные фундаменты».
Файл задачиВсего рассмотрим три расчётных ситуации, в которых свая будет погружаться в песчаные и глинистые грунты.
![Сваи_с_уширением_01.png Сваи_с_уширением_01.png](/upload/medialibrary/e97/4ixp00365dgs7tvbr2zza6vvlrhfggiv/Svai_s_ushireniem_01.png)
Конструкция и геометрические размеры сваи
Для всех расчётных ситуаций принимаем конструкцию свай – буровые с уширением, бетонируемые подводным способом с полным удалением грунтового ядра. Геометрические размеры:
h (глубина заложения нижнего конца сваи от рельефа) = 6.31+6 = 12.31 м.
U (периметр) = 3.14159265*d = 3.14159265*0.35 = 1.09956 м.
А (площадь) = 3.14159265*d^2/4 = 3.14159265*1^2/4= 0.7854 м2 – в месте уширения сваи.
Свая в песчаных грунтах
Напластование грунтов
![Сваи_с_уширением_02.png Сваи_с_уширением_02.png](/upload/medialibrary/c3e/dymfw0yksov0bphw1o1z7bnmuvf4z5j7/Svai_s_ushireniem_02.png)
Характеристики грунтов
Параметры грунтов представлены в таблице
![Сваи_с_уширением_03.png Сваи_с_уширением_03.png](/upload/medialibrary/0a5/ue805ua6bs41zn6ze610rfygt1rxlccg/Svai_s_ushireniem_03.png)
Вычислим удельный вес грунтов для определения расчётного сопротивления под нижним концом сваи:
Удельный вес ИГЭ1 во взвешенном состоянии
Ysb=(Ys-10)/(1+e)=(26.62151-10)/(1+0.493)=11.13296 кН/м3
Ys=γ*(1+e)/(1+W)=19.4*(1+0.493)/(1+0.088)=26.62151 кН/м3
Вес грунта в уровне острия сваи (основании сваи, ИГЭ №2) = Y’=21.5 кН/м3, осреднённый вес грунта по длине сваи:
(1.19 м в ИГЭ 2) = Y=21.0843 кН/м3.
(1.5 м в ИГЭ 1) = Y=11.13296 кН/м3.
(3.31 м в ИГЭ 2) = Y=21.0843 кН/м3.
Y=(1.19*21.0843+1.5*11.13296+3.31*21.0843)/6=18.59647 кН/м3
Высотные отметки
![Сваи_с_уширением_04.jpg Сваи_с_уширением_04.jpg](/upload/medialibrary/d61/37g906641n9lnnj48whxqyb9z5ywz18f/Svai_s_ushireniem_04.jpg)
Отметка рельефа по скважине 1 = 9.86 м, отметка головы сваи = 3.55 м в абсолютных координатах модели грунта. Длину сваи принимаем = 6 м,. свая целиком находится в ИГЭ №1.
Коэффициенты при расчётах
![Сваи_с_уширением_K.jpg Сваи_с_уширением_K.jpg](/upload/medialibrary/689/ckeos6yh0vfbw6myt9xlj6zngopztw5u/Svai_s_ushireniem_05.jpg)
Yc =1 – по п.7.2.10;
Yr,r = 0.3 (п.7.2.10 Yr,r - коэффициент условий работы грунта под нижним концом сваи; Yr,r = 1 во всех случаях, за исключением свай с камуфлетными уширениями и буроинъекционных сваи по перечислению е) 6.5, для которых этот коэффициент следует принимать равным 1.3, и свай с уширением, устраиваемых путём механического разбуривания грунта, бетонируемых насухо Yr,r=0.5 и бетонируемых подводным способом, для которых Yr,r = 0,9);
Yrf = 0.6 – по таблице 7.6, п.3. буровые, в том числе с уширением, бетонируемые: б) под водой или под глинистым раствором.
Определение несущей способности сваи
Для расчёта несущей способности сваи в ПК ЛИРА САПР введём следующие параметры:
![Сваи_с_уширением_06.png Сваи_с_уширением_06.png](/upload/medialibrary/e7b/chbcy3flhjs2sera8wjuiaffgokt7ce4/Svai_s_ushireniem_06.png)
Эти параметры одинаковы для всех расчётных ситуаций, рассмотренных в данной статье. Параметр Lv принимается равным 120, чтобы свая была разбита по длине на участки равные 5 см, это нужно для определения величины конуса неучёта трения о ствол сваи, если его требуется учитывать по требованиям норм. Данная величина шага разбивки принята исключительно в рамках эксперимента, в рабочих расчётах шаг разбивки следует принимать в соответствии с указаниями требований норм по проектированию и расчёту свайных фундаментов.
Расчётное сопротивление под нижним концом сваи принимается по п.7.2.11 СП 24.13330.2021 а) для песчаных грунтов в основании, по формуле (7.14).
R = 0,75*а4*(а1Y'1d + a2*a3*Y_1*h) = 0.75*0.256875*(34.6*11.132958473*1+64*0.70228*11.13296*12.31)= =1260.91436 кПа;
где a1=34.6, a2=64, a3=, a4 - безразмерные коэффициенты, принимаемые по таблице 7.7 в зависимости от расчетного значения угла внутреннего трения грунта основания;
γ'1 = 11.13296 кН/м3 - расчетное значение удельного веса грунта, кН/м3, в основании сваи (при водонасыщенных грунтах с учетом взвешивающего действия воды);
Y1 =11.13296 кН/м3 - осредненное (по слоям) расчетное значение удельного веса грунтов, кН/м3, расположенных выше нижнего конца сваи (при водонасыщенных грунтах с учетом взвешивающего действия воды);
d = 1 м- диаметр, м, набивной и буровой свай, диаметр уширения (для сваи с уширением), сваи-оболочки или диаметр скважины для сваи-столба, омоноличенного в грунте цементно-песчаным раствором;
h = 12.31 м - глубина заложения, м, нижнего конца сваи или ее уширения, отсчитываемая от природного рельефа или уровня планировки (при планировке срезкой), для опор мостов - от дна водоема после его общего размыва при расчетном паводке;
![Сваи_с_уширением_7-7.jpg Сваи_с_уширением_7-7.jpg](/upload/medialibrary/9dc/iyy1o05olhvj181a0qylqiok9kdl1ze2/Svai_s_ushireniem_07.jpg)
Расчётные сопротивления на боковой поверхности сваи принимаются по табл. 7.3 СП 24.13330.2021:
f1=42.81*1.3=55.65 кПа (глубина 6.81); п.3.табл 7.3 Значения расчётного сопротивления плотных песков на боковой поверхности сваи fi следует увеличивать на 30% по сравнению со значениями, приведёнными в таблице;
f2=43.81*1.3=56.95 кПа (глубина 7.81); п.3.табл 7.3 Значения расчётного сопротивления плотных песков на боковой поверхности сваи fi следует увеличивать на 30% по сравнению со значениями, приведёнными в таблице;
f3=44.81*1.3=58.25 кПа (глубина 8.81); п.3.табл 7.3 Значения расчётного сопротивления плотных песков на боковой поверхности сваи fi следует увеличивать на 30% по сравнению со значениями, приведёнными в таблице;
f4=45.81*1.3=59.55 кПа (глубина 9.81); п.3.табл 7.3 Значения расчётного сопротивления плотных песков на боковой поверхности сваи fi следует увеличивать на 30% по сравнению со значениями, приведёнными в таблице;
![Сваи_с_уширением_7-3-1.jpg Сваи_с_уширением_7-3-1.jpg](/upload/medialibrary/aea/xiscupwc97zvyrihdcaofelrge1xej45/Svai_s_ushireniem_7_3_1.jpg)
Учёт конуса уширения в расчёте сопротивления по боковой поверхности сваи выполняется по указаниям п.7.2.10, примечание 1:
Сопротивление песков на боковой поверхности сваи следует учитывать на участке, расположенном на 1.5d0 выше уширения, как это показано на рисунке 7.2. Сопротивление глинистых грунтов допускается учитывать по всей длине ствола.
![Сваи_с_уширением_09.png Сваи_с_уширением_09.png](/upload/medialibrary/be1/y4e32kz4xh96eiu71d2wkqi1zfl633h1/Svai_s_ushireniem_09.png)
![Сваи_с_уширением_10.jpg Сваи_с_уширением_10.jpg](/upload/medialibrary/852/lq8ym71pdnpt9l9epc379cn4uz2qj969/Svai_s_ushireniem_10.jpg)
Расчёт несущей способности сваи по формуле (7.13):
Fd=Yc*(Yr,r*R*A+u*Σ*Yr,f*fi*hi)=1*(0.3*1260.91436*0.7854+1.09956*0.6*(55.65*1+56.95*1+58.25*1+55.95*1))=446.725 кН
Сравнение результатов расчёта с ЛИРА САПР
Параметр |
Результаты ручного расчёта |
Результаты ЛИРА САПР с расчётом жёсткостей Rz по модели грунта |
Погрешность |
Несущая способность |
446.725 кН |
452.563 кН |
1.307 % |
Высота конуса неучёта трения по боковой поверхности |
2 м |
2 м (замер выполнен по количеству элементов с Rz=0) |
0.000 % |
![Сваи_с_уширением_11.png Сваи_с_уширением_11.png](/upload/medialibrary/c06/mz276046q2z6ln1aorvg8tbbsbbuoo8m/Svai_s_ushireniem_11.png)
Как видно, конус образуется только для рассматриваемой сваи, находящейся в песчаных грунтах. Определим высоту конуса по количеству элементов КЭ57 с Rz=0.
![Сваи_с_уширением_12.png Сваи_с_уширением_12.png](/upload/medialibrary/4c0/2bfmhx6kn4mkf57dz7yemnhqlllre1rr/Svai_s_ushireniem_12.png)
![Сваи_с_уширением_13.jpg Сваи_с_уширением_13.jpg](/upload/medialibrary/a5e/7ab4zk1b3dtqv9xmsm3nqso78tchqb0a/Svai_s_ushireniem_13.jpg)
Свая в песчаных и глинистых грунтах
Напластование грунтов
![Сваи_с_уширением_14.png Сваи_с_уширением_14.png](/upload/medialibrary/11d/zwze8aod61l2zeh22q4k2un41h1soqgc/Svai_s_ushireniem_14.png)
Характеристики грунтов
Параметры грунтов для расчёта несущей способности сваи приняты аналогично предыдущей задаче.
Высотные отметки
![Сваи_с_уширением_15.jpg Сваи_с_уширением_15.jpg](/upload/medialibrary/922/m0o8vx81i8c2d7zjkjo8dae4bl2apx96/Svai_s_ushireniem_15.jpg)
Отметка рельефа по скважине 1 = 9.86 м, отметка головы сваи = 3.55 м в абсолютных координатах модели грунта. Длину сваи принимаем = 6 м. Свая целиком находится в ИГЭ №1 и ИГЭ №2. На отметке 2.5-1 м свая насквозь проходит слой ИГЭ №1. Голова сваи находится в ИГЭ №2.
Коэффициенты при расчётах
![Сваи_с_уширением_K.jpg Сваи_с_уширением_K.jpg](/upload/medialibrary/689/ckeos6yh0vfbw6myt9xlj6zngopztw5u/Svai_s_ushireniem_05.jpg)
Yс - коэффициент условий работы сваи; в случае опирания ее на глинистые грунты со степенью влажности Sr < 0,85 и на лессовые грунты - γс = 0,8, в остальных случаях - γс = 1;
Степень влажности ИГЭ2
Sr=(W*Ys)/(e*Yw)=(0.128*2.68147)/(0.49*1)=0.7004656;
Ys=Y*(1+e)/(1+W)=2.03*(1+0.49)/(1+0.128)=2.68147 кН/м3;
Принимаем Yc=0.8;
Yr,r = 0.3 (п.7.2.10 Yr,r - коэффициент условий работы грунта под нижним концом сваи; Yr,r = 1 во всех случаях, за исключением свай с камуфлетными уширениями и буроинъекционных сваи по перечислению е) 6.5, для которых этот коэффициент следует принимать равным 1.3, и свай с уширением, устраиваемых путём механического разбуривания грунта, бетонируемых насухо Yr,r=0.5 и бетонируемых подводным способом, для которых Yr,r = 0,9);
Yrf = 0.6 – по таблице 7.6, п.3. буровые, в том числе с уширением, бетонируемые: б) под водой или под глинистым раствором.
Определение несущей способности сваи
Расчётное сопротивление под нижним концом сваи принимается по п.7.2.11 СП 24.13330.2021 б) для глинистых грунтов в основании - по таблице 7.8, R =1425.8 кПа;
![Сваи_с_уширением_7-8.jpg Сваи_с_уширением_7-8.jpg](/upload/medialibrary/a65/ltcw4qj2b1w388w7b0etwt1520rbt0kp/Svai_s_ushireniem_16.jpg)
Расчётные сопротивления на боковой поверхности сваи принимаются по табл. 7.3 СП 24.13330.2021:
f1=31.905 кПа (глубина 6.905);
f2=44.25*1.3=57.53 кПа (глубина 8.25); п.3.табл 2 Значения расчётного сопротивления плотных песков на боковой поверхности сваи следует увеличивать на 30% по сравнению со значениями, приведёнными в таблице;
f3=34 кПа (глубина 10);
f4=35.124 кПа (глубина 11.405);
f5=35.648 кПа (глубина 12.06 – в месте уширения);
Учёт конуса уширения в расчёте сопротивления по боковой поверхности сваи выполняется по указаниям п.7.2.10, примечание 1:
Сопротивление песков на боковой поверхности сваи следует учитывать на участке, расположенном на 1.5d0 выше уширения, как это показано на рисунке 7.2. Сопротивление глинистых грунтов допускается учитывать по всей длине ствола.
![Сваи_с_уширением_7-3-2.jpg Сваи_с_уширением_7-3-2.jpg](/upload/medialibrary/cb0/sxuds1ap8wh7fjbjzq4f3f64zt4mwhxr/Svai_s_ushireniem_7_3_2.jpg)
![Сваи_с_уширением_17.jpg Сваи_с_уширением_17.jpg](/upload/medialibrary/e0b/a2oa241f4pwl0fctr2spun52s75am0q8/Svai_s_ushireniem_17.jpg)
Расчёт несущей способности сваи по формуле (11):
Fd=Yc*(Yr,r*R*A+u*Σ*Yr,f*fi*hi)=0.8*(0.3*1425.8*0.7854+1.09956*0.6*(31.095*1.19+57.53*1.5+34*2+35.124*0.81+35.648*0.5))=394.146 кН
Сравнение результатов расчёта с ЛИРА САПР
Параметр |
Результаты ручного расчёта |
Результаты ЛИРА САПР с расчётом жёсткостей Rz по модели грунта |
Погрешность |
Несущая способность |
394.146 кН |
394.735 кН |
0.149% |
Высота конуса неучёта трения по боковой поверхности |
0 м |
0 м (конус не образуется) |
0.000 % |
![Сваи_с_уширением_18.png Сваи_с_уширением_18.png](/upload/medialibrary/3f8/6n4ivk3pdlihkbv471lrlbm8svuo52yk/Svai_s_ushireniem_18.png)
Выведем на экран мозаику Rz, чтобы определить наличие конусов неучёта сопротивления грунта по стволу сваи.
![Сваи_с_уширением_19.png Сваи_с_уширением_19.png](/upload/medialibrary/e0b/jeij8lold0ci4i7b68dq2ihp3fa53gda/Svai_s_ushireniem_19.png)
Как видно, конус образуется только для сваи, находящейся в песчаных грунтах. У рассматриваемой сваи конус не образуется.
Свая в глинистых грунтах
Напластование грунтов
![Сваи_с_уширением_20.png Сваи_с_уширением_20.png](/upload/medialibrary/fe3/ku2pbcb7xjadfv3odrj7vakfjp2t5ykv/Svai_s_ushireniem_20.png)
Характеристики грунтов
Параметры грунтов для расчёта несущей способности сваи приняты аналогично предыдущей задаче.
Высотные отметки
![Сваи_с_уширением_21.jpg Сваи_с_уширением_21.jpg](/upload/medialibrary/da1/j1gy2xazs8b4v47x0lnkav1i6m5weknj/Svai_s_ushireniem_21.jpg)
Отметка рельефа по скважине 1 = 9.86 м, отметка головы сваи = 3.55 м в абсолютных координатах модели грунта. Длину сваи принимаем = 6 м, свая целиком находится в ИГЭ №2.
Коэффициенты при расчётах
![Сваи_с_уширением_K.jpg Сваи_с_уширением_K.jpg](/upload/medialibrary/689/ckeos6yh0vfbw6myt9xlj6zngopztw5u/Svai_s_ushireniem_05.jpg)
Yс - коэффициент условий работы сваи; в случае опирания ее на глинистые грунты со степенью влажности Sr < 0,85 и на лессовые грунты - γс = 0,8, в остальных случаях - γс = 1;
Принимаем Yc=0.8;
Yr,r = 0.3 (п.7.2.10 Yr,r - коэффициент условий работы грунта под нижним концом сваи; Yr,r = 1 во всех случаях, за исключением свай с камуфлетными уширениями и буроинъекционных сваи по перечислению е) 6.5, для которых этот коэффициент следует принимать равным 1.3, и свай с уширением, устраиваемых путём механического разбуривания грунта, бетонируемых насухо Yr,r=0.5 и бетонируемых подводным способом, для которых Yr,r = 0,9);
Yrf = 0.6 – по таблице 7.6, п.3. буровые, в том числе с уширением, бетонируемые: б) под водой или под глинистым раствором.
Определение несущей способности сваи
Расчётное сопротивление под нижним концом сваи принимается по п.7.2.11 СП 24.13330.2021 б) для глинистых грунтов в основании - по таблице 7.8, R =1425.8 кПа;
![Сваи_с_уширением_7-8.jpg Сваи_с_уширением_7-8.jpg](/upload/medialibrary/a65/ltcw4qj2b1w388w7b0etwt1520rbt0kp/Svai_s_ushireniem_16.jpg)
Расчётные сопротивления на боковой поверхности сваи принимаются по табл. 7.3 СП 24.13330.2021
f1=32.31 кПа (глубина 7.31);
f2=33.655 кПа (глубина 9.31);
f3=34.848 кПа (глубина 11.06);
f4=35.648 кПа (глубина 12.06 – в месте уширения);
![Сваи_с_уширением_7-3-3.jpg Сваи_с_уширением_7-3-3.jpg](/upload/medialibrary/6da/4pgoq11si7ltu57id83gqc1cyb9l4uki/Svai_s_ushireniem_7_3_3.jpg)
![Сваи_с_уширением_24.jpg Сваи_с_уширением_24.jpg](/upload/medialibrary/d0c/uc7veou1typfcsaz4s9o9sexrrtkm6mk/Svai_s_ushireniem_24.jpg)
Расчёт несущей способности сваи по формуле (11):
Fd=Yc*(Yr,r*R*A+u*Σ*Yr,f*fi*hi)=0.8*(0.3*1425.8*0.7854+1.09956*0.6*(32.31*2+33.655*2+35.848*1.5+35.648*0.5))= 376.176 кН
Сравнение результатов расчёта с ЛИРА САПР
Параметр |
Результаты ручного расчёта |
Результаты ЛИРА САПР с расчётом жёсткостей Rz по модели грунта |
Погрешность |
Несущая способность |
376.176 кН |
375.388 кН |
0.209% |
Высота конуса неучёта трения по боковой поверхности |
0 м |
0 м (конус не образуется) |
0.000 % |
![Сваи_с_уширением_25.png Сваи_с_уширением_25.png](/upload/medialibrary/8fa/6h644alj5zme91r1e5cizuoz227ztmex/Svai_s_ushireniem_25.png)