Определение несущей способности буровой сваи с учётом сейсмики. Пример 5

Длина сваи 8 м. Грунты, окружающие сваю:

• песок средней плотности е=0.52;
• песок плотный е=0.68;

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

В рамках данной статьи рассмотрим определение несущей способности сваи в двух постановках: при отсутствии и наличии грунтовых вод.

Напластование грунтов

Напластование грунтов принимается одинаковым и в той и в другой постановках задачи.

Характеристики грунтов

Характеристики грунтов принимаются одинаковыми для первой и второй постановок задачи, но во второй постановке, в слоях ИГЭ2, ИГЭ3 будут присутствовать грунтовые воды.

Высотные отметки

Отметка рельефа по скважине 1 = 0 м, отметка головы сваи = -2 м в абсолютных координатах модели грунта.
Длину сваи принимаем = 8 м.
Свая находится в ИГЭ №2, ИГЭ№3.
На отметке - 10 м нижний конец сваи упирается в слой ИГЭ №3.

Инженерно-геологический разрез при отсутствии грунтовых вод

Инженерно-геологический разрез при наличии грунтовых вод

Геометрические размеры

h (глубина заложения нижнего конца сваи от рельефа) = 2+8 = 10 м.
U (периметр) = 3.14159265*d = 3.14159265*0.3 = 0.94248 м.
А (площадь) = 3.14159265*d^2/4 = 3.14159265*0.3^2/4 = 0.07069 м².

Коэффициенты при расчётах

γc = 1, для буровых свай, под нижними концами которых залегают песчаные грунты;
γrr = 1 (сваи буровые без уширения);
γrf = 0.6 (сваи по п6.5а, в песках, бетонирование под водой), γrf = 0.6 (сваи по п6.5а, в глинах);

Рассмотрено три случая сейсмичности района строительства – 7, 8, 9 баллов.

При отсутствии грунтовых вод

Сейсмичность 7 баллов:
Y_eq1=0.9 – для буровых свай во влажных плотных песках;
Y_eq2=0.85 – для буровых свай во влажных песках;

Сейсмичность 8 баллов:
Y_eq1=0.8 – для буровых свай во влажных плотных песках;
Y_eq2=0.75 – для буровых свай во влажных песках;

Сейсмичность 9 баллов:
Y_eq1=0.7 – для буровых свай во влажных плотных песках;
Y_eq2=0.65 – для буровых свай во влажных песках;

При наличии грунтовых вод

Сейсмичность 7 баллов:
Y_eq1=0.5 – для буровых свай в песках насыщенных водой;
Y_eq2=0.5 – для буровых свай в песках насыщенных водой;

Сейсмичность 8 баллов:
Y_eq1=0.4 – для буровых свай в песках насыщенных водой;
Y_eq2=0.4 – для буровых свай в песках насыщенных водой;

Сейсмичность 9 баллов:
Y_eq1=0.35 – для буровых свай в песках насыщенных водой;
Y_eq2=0.35 – для буровых свай в песках насыщенных водой;

Во всех случаях повторяемость землетрясения принимается равной 2.

Согласно п.12.6, сопротивление грунта fi на боковой поверхности сваи до расчётной глубины hd (12.7) следует принимать равным нулю. Для того, чтобы учесть данный параметр в ПК ЛИРА САПР, следует ввести нагрузки на голову сваи в специальном диалоговом окне.

Скриншот окна ЛИРА САПР с настройкой нагрузок на сваи для определения величины h

Определение несущей способности сваи без учёта сейсмики при отсутствии грунтовых вод

Fd=Yc*(Yrr*R*A+u*Σ*Yrf*fi*hi)=1*(1*2964.68018*0.07069+0.94248*(0.6*48*2+0.6*56*2+0.6*1.3*60*2+0.6*1.3*63.5*2))=508.77294 кН;

Расчётное сопротивление под нижним концом сваи определяется по формуле (7.14) СП 24.13330.2021 – R =2964.68018 кПа;

R=0.75*α4*(α1*Y'1*d+α2*α3*Y1*h)=0.75*0.24*(71.3*18.0246*0.3+127*0.7*18.09325*10)=2964.68018 кПа;

Y'1=(17.652*1+17.8481*5+18.3384*4)/(1+5+4)=18.0246 кН/м³;

Расчётные сопротивления на боковой поверхности сваи принимаются по табл. 7.3 СП 24.13330.2021:
f1=48 кПа, (ср.гл. слоя 3 м), Ycf1=0.6, h1=2 м;
f2=56 кПа, (ср.гл. слоя 5 м), Ycf2=0.6, h2=2 м;
f3=60 кПа, (ср.гл. слоя 7 м), Ycf3=0.6*1.3 (для плотных песков), h3=2 м;
f4=63.5 кПа, (ср.гл. слоя 9 м), Ycf4=0.6*1.3 (для плотных песков), h4=2 м;

Сравнение результатов расчёта с ЛИРА-САПР

Мозаика несущей способности сваи Fdu на сжатие без учета сейсмики при отсутствии грунтовых вод

Определение несущей способности сваи без учёта сейсмики при наличии грунтовых вод

Fd=Yc*(Yrr*R*A+u*Σ*Yrf*fi*hi)=1*(1*1432.77818*0.07069+0.94248*(0.6*48*2+0.6*56*2+0.6*60*1.3*2+0.6*63.5*1.3*2))=1*(101.28309+299.1997)=400.48279 кН;

Расчётное сопротивление под нижним концом сваи определяется по формуле (7.14) СП 24.13330.2021 – R =1432.77818 кПа;

R=0.75*α4*(α1*Y'1*d + α2*α3*Y1*h)=0.75*0.24*(71.3*9.83456043956044*0.3+127*0.7*8.71711755919174*10)=1432.77818 кПа;

Расчётные сопротивления по боковой поверхности сваи имеют такие же значения как и в постановке задачи при отсутствии грунтовых вод

Сравнение результатов расчёта с ЛИРА-САПР

Мозаика несущей способности сваи Fdu на сжатие без учета сейсмики при наличии грунтовых вод

Определение несущей способности сваи при сейсмических нагрузках, с учётом параметра hd при отсутствии грунтовых вод

Схема к определению несущей способности сваи с учётом параметра hd

Расчёт параметра hd выполняется по формуле (12.1).

Сейсмичность района 7 баллов

Коэффициент α_ε по формуле (Б.3):
α_ε=(K*bp/(E*I))^0.2=(5883.99*0.95/(11697.6))^0.2=0.8627;
К=600 тс/м4=5883.99 кН/м4 – для ИГЭ2;
b_p=1.5d+0.5 = 1.5*0.3+0.5=0.95 м;
ЕI=11697.6 кН*м²;

Сейсмичность района 8 баллов

Сейсмичность района 9 баллов

Сейсмичность района 7 баллов
Fd=Yc*(Yrr*R*A*Yeq1+u*Σ*Yrf*fi*hi*Yeq2)=1*(1*2040.39168*0.07069*0.9+0.94248*(0.6*0.85*49.78*1.288+0.6*0.85*56*2+0.6*1.3*0.85*60*2+0.6*1.3*0.85*63.5*2))=368.8063 кН;
R = 0.75*α4*(α1*Y'1*d + α2*α3*Y1*h)0.75*0.25*(48.6*18.0246*0.3+87.6*0.67*18.09325*10)=2040.39168 кПа – расчётное сопротивление грунта под нижним концом определяется с учётом понижения угла внутреннего трения при сейсмике;

Сейсмичность района 8 баллов
Fd=Yc*(Yrr*R*A*Yeq1+u*Σ*Yrf*fi*hi*Yeq2)=1*(1*1459.04728*0.07069*0.8+0.94248*(0.6*0.75*49.92*1.232+0.6*0.75*56*2+0.6*1.3*0.75*60*2+0.6*1.3*0.75*63.5*2))=292.28043 кН;
R=0.75*α4*(α1*Y'1*d+α2*α3*Y1*h)=0.75*0.26*(34.6*18.0246*0.3+64*0.63*18.09325*10)=1459.04728 кПа – расчётное сопротивление грунта под нижним концом определяется с учётом понижения угла внутреннего трения при сейсмике;

Сейсмичность района 9 баллов
Fd=Yc*(Yrr*R*A*Yeq1+u*Σ*Yrf*fi*hi*Yeq2)=1*(1*864.13436*0.07069*0.7+0.94248*(0.6*0.65*50.16*1.136+0.6*0.65*56*2+0.6*1.3*0.65*60*2+0.6*1.3*0.65*63.5*2))=222.89794 кН;
R=0.75*α4*(α1*Y'1*d+α2*α3*Y1*h)=0.75*0.28*(20.85*18.0246*0.3+39.15*0.565*18.09325*10)=864.13436 кПа – расчётное сопротивление грунта под нижним концом определяется с учётом понижения угла внутреннего трения при сейсмике.

Сравнение с результатами расчёта в ЛИРА-САПР

Мозаика несущей способности сваи Fd на сжатие с учетом сейсмики при отсутствии грунтовых вод

Мозаика расчетной глубины при отсутствии грунтовых вод

Определение несущей способности сваи при сейсмических нагрузках, с учётом параметра hd при наличии грунтовых вод

Схема к определению несущей способности сваи с учётом параметра hd

Расчёт параметра hd выполняется по формуле (12.1).

Сейсмичность района 7 баллов

Коэффициент α_ε по формуле (Б.3):
α_ε=(K*bp/(E*I))^0.2=(5883.99*0.95/(11697.6))^0.2=0.8627;
К=600 тс/м4=5883.99 кН/м4 – для ИГЭ2;
b_p=1.5d+0.5 = 1.5*0.3+0.5=0.95 м;
ЕI=11697.6 кН*м²;

Сейсмичность района 8 баллов

Сейсмичность района 9 баллов

Сейсмичность района 7 баллов
Fd=Yc*(Yrr*R*A*Yeq1+u*Σ*Yrf*fi*hi*Yeq2)=1*(1*986.1822*0.07069*0.5+0.94248*(0.6*0.5*52.18*0.328+0.6*0.5*56*2+0.6*1.3*0.5*60*2+0.6*1.3*0.5*63.5*2))=162.15221 кН;
R=0.75*α4*(α1*Y'1*d+α2*α3*Y1*h)=0.75*0.25*(48.6*9.83456043956044*0.3+87.6*0.67*8.71711755919174*10)= 986.1822 кПа – расчётное сопротивление грунта под нижним концом определяется с учётом понижения угла внутреннего трения при сейсмике;

Сейсмичность района 8 баллов
Fd=Yc*(Yrr*R*A*Yeq1+u*Σ*Yrf*fi*hi*Yeq2)=1*(1*705.2808*0.07069*0.4+0.94248*(0.6*0.4*52.505*0.198+0.6*0.4*56*2+0.6*1.3*0.4*60*2+0.6*1.3*0.4*63.5*2))=120.25918 кН;
R=0.75*α4*(α1*Y'1*d+α2*α3*Y1*h)=0.75*0.26*(34.6*9.83456043956044*0.3+64*0.63*8.71711755919174*10)= 705.2808 кПа – расчётное сопротивление грунта под нижним концом определяется с учётом понижения угла внутреннего трения при сейсмике;

Сейсмичность района 9 баллов
Fd=Yc*(Yrr*R*A*Yeq1+u*Σ*Yrf*fi*hi*Yeq2)=1*(1*417.8412*0.07069*0.35+0.94248*(0.6*0.35*56.028*1.973+0.6*1.3*0.35*60*2+0.6*1.3*0.35*63.5*2))=95.76919 кН;
R=0.75*α4*(α1*Y'1*d+α2*α3*Y1*h)=0.75*0.28*(20.85*9.83456043956044*0.3+39.15*0.565*8.71711755919174*10)= 417.8412 кПа – расчётное сопротивление грунта под нижним концом определяется с учётом понижения угла внутреннего трения при сейсмике.

Сравнение с результатами расчёта в ЛИРА-САПР

Мозаика несущей способности сваи Fd на сжатие с учетом сейсмики при наличии грунтовых вод

Мозаика расчетной глубины при наличии грунтовых вод