Расчёт несущей способности буровой сваи с уширением

Теги: #ЛИРА-САПР #грунт #сваи #верификация

Расчёт производится в соотв. с СП 24.13330.2021 «Свайные фундаменты».

Всего рассмотрим три расчётных ситуации, в которых свая будет погружаться в песчаные и глинистые грунты.

Скриншот окна Системы ГРУНТ с изображением инженерно-геологического разреза с посадкой свай

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

Характеристики грунтов

Параметры грунтов представлены в таблице

Вычислим удельный вес грунтов для определения расчётного сопротивления под нижним концом сваи:

Удельный вес ИГЭ1 во взвешенном состоянии
Y_sb=(Y_s-10)/(1+e)=(26.62151-10)/(1+0.493)=11.13296 кН/м³
Y_s=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

Скриншот окна Системы ГРУНТ с изображением инженерно-геологического разреза с посадкой сваи

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

Скриншот окна Параметров определения теоретической несущей способности свайного основания СП 24.13330.2021

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:

Скриншот окна Параметров групп свайного поля

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;

Определение коэффициентов а1, а2, а3, а4 по таблице 7.7

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;

Определение расчётного сопротивления по боковой поверхности сваи №1 по таблице 7.3

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.

Схема к определению несущей способности сваи

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 %

Мозаика несущей способности сваи Fdu на сжатие без учета сейсмики

Как видно, конус образуется только для рассматриваемой сваи, находящейся в песчаных грунтах. Определим высоту конуса по количеству элементов КЭ57 с Rz=0.

Мозаика жёсткости Rz для свай

Схемы к определению высоты конуса в пределах которого сопротивление грунта по боковой поверхности не учитывается