3 Термины и определения
Термины с соответствующими определениями, используемые в настоящем СП, приведены в приложении А.
Наименования грунтов оснований зданий и сооружений приняты в соответствии с ГОСТ 25100.
5 Требования к инженерно-геологическим изысканиям
5.3 При передаче на сваи выдергивающих, горизонтальных или знакопеременных нагрузок необходимость проведения опытных работ должна определяться в каждом конкретном случае, а объемы работ назначаться с учетом доминирующего воздействия.
5.4 Несущую способность свай по результатам полевых испытаний грунтов натурной и эталонной сваями и статическим зондированием следует определять в соответствии с подразделом 7.3.
7 Проектирование свайных фундаментов
7.1 Основные указания по расчету
7.1.1 Расчет свайных фундаментов и их оснований должен быть выполнен в соответствии с ГОСТ 27751 по предельным состояниям:
первой группы:
а) по прочности материала свай и свайных ростверков;
б) по несущей способности (предельному сопротивлению) грунта основания свай;
а) по осадкам оснований свай и свайных фундаментов от вертикальных нагрузок (см. подраздел 7.4);
б) по перемещениям свай совместно с грунтом оснований от действия горизонтальных нагрузок и моментов (см. приложение В);
в) по образованию или чрезмерному раскрытию трещин в элементах железобетонных конструкций свайных фундаментов.
7.1.3 Нагрузки и воздействия, учитываемые в расчетах свайных фундаментов, коэффициенты надежности по нагрузке, а также возможные сочетания нагрузок следует принимать в соответствии с требованиями СП 20.13330, СП 22.13330.
7.1.4 Расчет свай, свайных фундаментов и их оснований по несущей способности необходимо выполнять на основные и особые сочетания нагрузок, по деформациям — на основные сочетания.
7.1.5 Нагрузки, воздействия, их сочетания и коэффициенты надежности по нагрузке при расчете свайных фундаментов мостов и гидротехнических сооружений следует принимать согласно требованиям СП 35.13330; СП 40.13330; СП 38.13330 и СП 58.13330.
7.1.8 При расчете свай всех видов по прочности материала сваю допускается рассматривать как стержень, жестко защемленный в грунте в сечении, расположенном от подошвы ростверка на расстоянии , определяемом по формуле
а) в глинистых грунтах, если возможны бурение скважин и бетонирование их насухо без крепления стенок при положении уровня подземных вод в период строительства ниже пяты свай, 1,0;
б) в грунтах, бурение скважин и бетонирование в которых производят насухо с применением извлекаемых обсадных труб или полых шнеков, 0,9;
в) в грунтах, бурение скважин и бетонирование в которых осуществляют при наличии в них воды с применением извлекаемых обсадных труб или полых шнеков, 0,8;
7.1.11 Допускаемую нагрузку на сваю ( ) в составе фундамента или одиночную сваю следует определять исходя из условия:
2. Грунтовые условия на участке: инженерно-геологические изыскания, пробное завинчивание или экспресс-геология?
Важнейший этап, который обязательно должен предшествовать проектированию фундамента из винтовых свай – изучение грунтовых условий участка предполагаемого строительства.
- геолого-литологические исследования (ГЛИ);
- геотехнические исследования (ГТИ);
- измерение коррозионной агрессивности грунтов (КАГ).
Для уточнения правильности подбора параметров рекомендуется после выполнения расчета срока службы проверить остаточную толщину стенки ствола на соответствие проектным нагрузкам.
Текст научной работы на тему «Взаимодействие низкого ростверка со сваями»
ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ НИЗКОГО РОСТВЕРКА СО СВАЯМИ
В.В. Знаменский А.М. Рузаев И.Н. Полынков
При существующей практике проектирования свайных фундаментов по первой группе предельных состояний рассматриваются следующие возможные варианты механизма влияния работы низкого ростверка на несущую способность свайного фундамента.
2. Второй вариант — увеличение несущей способности свайного фундамента с низким ростверком происходит за счет передачи нагрузки ростверком на грунт, т.е. ростверк рассматривается как аналог фундамента на естественном основании.
3. Третий вариант основан на совместном рассмотрении работы плиты ростверка и свай в свайном фундаменте.
В данной работе приведены результаты анализа влияния низкого ростверка на работу свайного фундамента методом конечных элементов.
ЧИСЛЕННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ СВАЙНЫХ ФУНДАМЕНТОВ
Для выполнения задач настоящего исследования использовался геотехнический комплекс «PLAXIS 3D Foundation». Рассматривалась группа из 25-ти свай с низким ростверком (рис. 1).
Программой численных экспериментов (табл. 1) предусматривалось варьирование такими параметрами свайных фундаментов, как длина свай, осевое расстояние между сваями и жесткость низкого ростверка.
При проведении численного моделирования были использованы грунтовые условия опытной площадки, сложенной однородными суглинками тугопластичной консистенции значительной мощности по глубине [1], обладающими следующими физико-механическими характеристиками:
• удельный вес у=18 кН/м3;
• угол внутреннего трения ф=25°;
• удельное сцепление с=40 кПа;
• модуль деформации Е=22 МПа.
Число свай, п Расстояние между сваями, а Длина свай , Ь Сечение свай, й Низкий ростверк Тип основания
25свай 3ё; 4,5ё; бё; 7ё бм; 9м; 12м 35х35см Ростверк конечной жесткости Однородное основание
Абсолютно жесткий ростверк
Рис. 1. Группа из 25-ти свай с низким ростверком
Расстояние между сваями, а
Ростверк конечной жесткости
Абсолютно жесткий ростверк
Согласно М. И. Горбунову-Посадову гибкость плиты ростверка (без учета свай), определялась по формуле:
где Егр и Ер — модули деформации грунта основания и материала ростверка; Ь и к -длина и толщина плиты ростверка.
Ростверк при 1 Не можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
Данные, полученные по результатам численного моделирования (рис. 2), показали, что низкий ростверк способен воспринимать от 15% (при а=3й) до 45% (при а=7й) нагрузки от несущей способности фундамента.
Рис. 2. Графики зависимости Fp/Fф=f(a): а — длина свай L = 6м; б — длина свай L = 9м; в — длина свай L = 9м;
ностям свай все больше начинает зависеть от включения в работу ростверка.
1. Результаты численного моделирования согласуются с опытными данными отечественных и зарубежных исследований, опубликованных в печати:
— чем меньше длина свай, тем выше доля нагрузки, воспринимаемая ростверком;
— с увеличением длины свай и уменьшением осевого расстояния между ними доля нагрузки, воспринимаемая ростверком, снижается;
2. Полученные данные, позволяют говорить о возможности и целесообразности применения метода конечных элементов для дальнейшего исследования закономерностей взаимодействия групп свай с низким ростверком и грунтового основания.
1. Дорошкевич Н. М., Знаменский В. В., Чернов В. К., Юрко Ю. П. Экспериментальные исследования осадок кустов свай под действием вертикальной нагрузки. Красноярск, 1971 г.
2. СНиП 2.02.03-85. Свайные фундаменты. М., 1986 г.
3. СП 50-102-2003. Проектирование и устройство свайных фундаментов. М., 2004 г.
4. Горбунов-Посадов М.И., Маликова Т. А., Соломин В.И. Расчет конструкций на упругом основании. М., Стройиздат, 1984 г.
4 Общие положения
а) результатов инженерных изысканий для строительства;
б) сведений о сейсмичности района строительства;
в) данных, характеризующих назначение, конструктивные и технологические особенности сооружения и условия их эксплуатации;
г) действующих на фундаменты нагрузок;
д) условий существующей застройки и влияния на нее нового строительства;
е) экологических требований;
ж) технико-экономического сравнения возможных вариантов проектных решений;
и) геоподосновой или инженерной цифровой модели местности (ИЦММ) с отображением подземных и надземных сооружений и коммуникаций;
к) технических условий, выданных всеми уполномоченными заинтересованными организациями.
Примечание — Допустимо применение свай для снижения величины осадки фундаментов или для устройства армирования грунтов.
(Измененная редакция, Изм. N 1, 2, 3).
4.4 Работы по проектированию свайных фундаментов следует вести в соответствии с техническим заданием на проектирование и необходимыми исходными данными (4.1).
4.11 Защиту стальных свай от коррозии допустимо выполнять цинкованием или путем окраски их поверхности составами на основе эпоксидных смол, стойкими к истиранию.
(Введен дополнительно, Изм. N 1, 3).
6 Виды свай
6.1 По способу заглубления в грунт различают следующие виды свай:
в) набивные бетонные и железобетонные, устраиваемые в грунте путем укладки бетонной смеси в скважины, образованные в результате принудительного вытеснения — отжатия грунта;
г) буровые железобетонные, устраиваемые в грунте путем заполнения пробуренных скважин бетонной смесью или установки в них предварительно изготовленных железобетонных элементов;
6.3 Забивные и вдавливаемые железобетонные сваи размером поперечного сечения 0,8 м включительно и железобетонные сваи-оболочки следует подразделять:
б) по форме поперечного сечения — на сваи квадратные, прямоугольные, таврового и двутаврового сечений, квадратные с круглой полостью, полые круглого сечения;
в) по форме продольного сечения — на призматические, цилиндрические, с наклонными боковыми гранями (пирамидальные, трапецеидальные);
г) по конструктивным особенностям — на сваи цельные и составные (из отдельных секций);
6.4 Набивные сваи по способу устройства подразделяют на:
б) виброштампованные, устраиваемые в пробитых скважинах путем заполнения скважин жесткой бетонной смесью, уплотняемой виброштампом в виде трубы с заостренным нижним концом или закрепленным на ней вибропогружателем;
в) в выштампованном ложе, устраиваемые путем выштамповки в грунте скважин пирамидальной или конусной формы с последующим заполнением их бетонной смесью.
(Измененная редакция, Изм. N 1).
6.5 Буровые сваи по способу устройства подразделяют на:
б) буронабивные с применением технологии непрерывного полого шнека;
в) баретты — буровые сваи, изготавливаемые технологическим оборудованием типа плоский грейфер или гидрофреза;
г) буронабивные с камуфлетной пятой, устраиваемые путем бурения скважин с последующим образованием уширения взрывом (в том числе электрохимическим) и заполнением скважин бетонной смесью;
д) буроинъекционные диаметром 0,15-0,35 м, устраиваемые в пробуренных скважинах путем нагнетания (инъекции) в них мелкозернистой бетонной смеси, а также устраиваемые полым шнеком или с использованием не извлекаемых буровых штанг;
е) буроинъекционные диаметром 0,15-0,35 м, выполняемые с уплотнением окружающего грунта путем обработки скважины по разрядно-импульсной технологии (серией разрядов импульсов тока высокого напряжения — РИТ);
з) буроопускные сваи с камуфлетной пятой, отличающиеся от буронабивных свай с камуфлетной пятой (см. подпункт «г») тем, что после образования и заполнения камуфлетного уширения в скважину опускают железобетонную сваю.
(Измененная редакция, Изм. N 1).
6.5а (Введен дополнительно, Изм. N 1), (Исключен, Изм. N 3).
6.10 Марки бетона по морозостойкости и водонепроницаемости свай и свайных ростверков следует назначать, руководствуясь ГОСТ 19804.6, СП 63.13330, для мостов и гидротехнических сооружений — соответственно СП 35.13330 и СП 40.13330.
6.12, 6.13 (Введены дополнительно, Изм. N 1).
Оглавление диссертации кандидат технических наук Тишков, Евгений Владимирович
ГЛАВА 1. АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ВОПРОСА
1.1. Краткий обзор существующих способов усиления оснований и фундаментов
1.2. Анализ современных способов устройства свайных фундаментов
1.3. Экспериментальные и теоретические исследования совместной работы элементов фундаментов при их усилении и устройстве
1.4. Анализ исследований влияния низкого ростверка на работу свайного фундамента
1.5. Выводы по главе
ГЛАВА 2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ РАБОТЫ ЭЛЕМЕНТОВ КУСТОВЫХ СВАЙНЫХ ФУНДАМЕНТОВ ПРИ УСИЛЕНИИ В ГЛИНИСТЫХ ГРУНТАХ
2.1. Анализ инженерно-геологических условий Западной Сибири на примере города Омска
2.2. Разработка усовершенствованного способа усиления кустовых свайных фундаментов
2.3. Оценка параметров напряженно-деформированного состояния усиливаемого кустового свайного фундамента
2.4. Разработка аналитической методики оценки работы сваи при нагружении и разгрузке
2.5. Выводы по главе
ГЛАВА 3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ РАБОТЫ ЭЛЕМЕНТОВ УСИЛИВАЕМЫХ КУСТОВЫХ СВАЙНЫХ ФУНДАМЕНТОВ СОВМЕСТНО С ГЛИНИСТЫМИ ГРУНТАМИ
3.1. Исходные предпосылки
3.2. Методология проведения экспериментов. Инструментальное обеспечение
3.3. Результаты экспериментальной оценки работы свай при разгрузке. Сопоставление теоретических и экспериментальных данных
3.4. Натурные испытания грунтов штампом при различной скорости загружения основания
3.5. Выводы по главе
ГЛАВА 4. ПРАКТИЧЕСКОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ВЫПОЛНЕННЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ
4.1. Разработка инженерного метода расчета и проектирования усиления кустовых свайных фундаментов
4.2. Опыт внедрения результатов исследования в г. Омске
4.2.1. Усиление свайных фундаментов здания по улице Пушкина, 137
4.2.2. Усиление свайных фундаментов административного здания по улице 24 Северная, 125а
4.2.3. Усиление свайных фундаментов здания бассейна санатория
4.3. Оценка экономической эффективности разработанного способа усиления
4.4. Выводы по главе
ГЛАВА 5. ПОВЫШЕНИЕ НЕСУЩЕЙ СПОСОБНОСТИ СВАЙНЫХ ФУНДАМЕНТОВ В УСЛОВИЯХ НОВОГО СТРОИТЕЛЬСТВА
5.1. Совершенствование способа устройства свайных фундаментов
5.2. Теоретический анализ работы свайного фундамента совместно с ростверком на грунтовом основании
5.3. Экспериментальные исследования свайных кустовых фундаментов с демпфирующими вставками
5.3.1. Методология проведения экспериментов. Инструментальное и программное обеспечение
5.3.2. Лабораторные испытания демпфирующих вставок
5.3.3. Численное моделирование работы свайно-ростверкового фундамента. Сопоставление результатов теоретических и экспериментальных исследований
5.4. Алгоритм проектирования и расчета свайных фундаментов с демпфирующими вставками
5.5. Перспективы применения свайно-ростверковых фундаментов на примере г. Омска
5.6. Выводы по главе
ПРИЛОЖЕНИЕ 1. Патент на разработку автора «Конструкция усиления
ПРИЛОЖЕНИЕ 2. Справка о внедрении результатов научно-исследовательской работы при реконструкции здания по улице Пушкина,
ПРИЛОЖЕНИЕ 3. Справка о внедрении результатов научно-исследовательской работы при реконструкции здания по улице 24 Северная,
ПРИЛОЖЕНИЕ 4. Справка о внедрении результатов научно-исследовательской работы при разработке проекта реконструкции здания
санатория-профилактория в г. Омске
ПРИЛОЖЕНИЕ 5. Патент на разработку автора «Свайно-ростверковый фундамент с регулируемой работой ростверка на грунтовом основании». 176 ПРИЛОЖЕНИЕ 6. Справки о внедрении результатов исследований в учебный процесс
Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Совершенствование способа усиления кустовых свайных фундаментов зданий в глинистых грунтах»
с грунтом основания ввиду отсутствия методов их проектирования, которые позволяют передавать давление на грунт основания подошвой низкого ростверка в течение всего срока эксплуатации здания.
Объект исследований — конструктивно-технологическая система «низкий ростверк — куст свай — грунтовое основание».
Предмет исследований — оценка процессов, происходящих в системе «низкий ростверк — куст свай — грунтовое основание» при усилении свайных фундаментов в глинистых грунтах.
Цель работы — разработка способа повышения несущей способности кустовых свайных фундаментов для условий реконструкции зданий, обеспечивающего эффективность его применения в глинистых грунтах.
Для достижения цели поставлены следующие задачи исследований:
1.На основе анализа результатов экспериментально-теоретических исследований усовершенствовать способ усиления кустовых свайных фундаментов реконструируемых зданий и обосновать область его применения в глинистых грунтах на примере Омского региона.
3. Выполнить экспериментальные исследования работы элементов системы «низкий ростверк — куст свай — грунтовое основание».
4. Разработать инженерный метод расчета усиления кустовых свайных фундаментов в глинистых грунтах; осуществить внедрение результатов исследований при проектировании усиления кустовых свайных фундаментов в условиях реконструкции и восстановления зданий.
5. Предложить направления дальнейших исследований по совершенствованию конструктивных решений и методов расчета свайных фундаментов для нового строительства, обеспечивающих заданную несущую способность свай в глинистых грунтах.
Научная новизна диссертационной работы состоит в следующем:
2. Установлены закономерности работы разгружаемых кустовых свайных фундаментов в глинистых грунтах и разработан аналитический метод определения перемещений свай при разгрузке.
3. Разработан метод расчета усиления кустовых свайных фундаментов реконструируемых (восстанавливаемых) зданий, который базируется на использовании системы «низкий ростверк — куст свай — грунтовое основание» в глинистых грунтах.
Теоретическое значение работы заключается:
— в обосновании положения о повышении несущей способности кустового свайного фундамента в глинистых грунтах, учитывающего включение в работу дополнительно устраиваемой железобетонной плиты под подошвой существующего ростверка;
— в получении аналитических зависимостей, характеризующих работу усиливаемых кустовых свайных фундаментов в глинистых грунтах при нагружении и разгрузке;
— в обосновании использования конструктивно-технологических параметров при усилении кустовых свайных фундаментов в глинистых грунтах.
Практическое значение работы и ее использование:
2. Результаты исследований использованы:
• при разработке проектной документации и производстве работ по усилению кустовых свайных фундаментов в реконструируемых зданиях в г. Омске (ул. Пушкина, 137; ул. 24 Северная, 125а; санаторий-профилакторий «Рассвет»);
Применяемые методы исследований:
• теоретические в виде обобщения материалов инженерно-геологических изысканий на застраиваемых строительных площадках; численного моделирования работы свайного фундамента для условий нового строительства;
• экспериментальные в виде испытаний натурных свай статическими вдавливающими нагрузками при их нагружении и разгрузке, штамповых испытаний грунтов.
Основные научные положения, выносимые на защиту:
— способ усиления кустовых свайных фундаментов с регулируемой передачей давления на глинистое основание через дополнительную монолитную железобетонную плиту, устраиваемую под подошвой существующего ростверка;
— результаты натурных экспериментальных исследований работы свай при нагружении и разгрузке в глинистых грунтах;
— результаты экспериментальных исследований штампов при различной скорости нагружения в глинистых грунтах в натурных условиях;
— инженерный метод расчета усиления кустовых свайных фундаментов в глинистых грунтах для условий реконструкции и восстановления зданий;
— способ устройства свайных кустовых фундаментов с регулируемой передачей давления на глинистый грунт основания посредством демпфирующих вставок.
ГЛАВА 1. АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ВОПРОСА
1.1. Краткий обзор существующих способов усиления оснований и
основания посредством различного воздействия на грунты, либо изменение характеристик самого фундамента.
Ниже рассмотрены характерные особенности различных способов усиления грунтовых оснований.
сооружения; наличие динамических воздействий, которые могут негативно повлиять на окружающую застройку.
Несмотря на то, что данный способ применим для водонасыщенных глинистых грунтов, он не нашел широкого применения при реконструкции зданий и применяется в особых случаях. Основным недостатком технологии
замораживания при усилении является крайне высокая стоимость работ, а также потеря полученного эффекта в случае прекращения подачи хладогента.
Разработаны принципиально другие способы усиления, направленные непосредственно на изменение самой конструкции фундамента.
1) Уширение опорной части фундаментов устройством приливов из бетона и железобетонных обойм (рисунок 1.1).
— включение элементов усиления в совместную работу с фундаментом происходит только после некоторой осадки основания, которая может длиться в течение продолжительного периода времени, т.е. в первое время элементы усиления являются лишь балластом;
— при выглублении грунта боковой засыпки в период производства работ основание существенно ослабляется, появляются зоны разуплотненного грунта и возможность выпора грунта из-под подошвы фундамента с последующими непрогнозируемыми деформациями.
2) Усиление фундаментов свайно-рамной конструкцией (рисунок 1.2).
фундамент; 2 — сборная железобетонная свая; 3 — ригель; 4 — подкладка;
5 — стальные клинья; 6 — монолитная обвязка свай; 7 — бетон усиления
Существенным недостатками данного способа усиления являются:
— практическая невозможность погружения сборных железобетонных свай изнутри существующего здания;
— при включении в работу конструкции усиления произойдет осадка усиливающих свай, что повлечет за собой образование зазоров между конструкциями и нарушение совместной работы.
3) Отчасти перечисленные недостатки компенсируются при усилении фундаментов способом вдавливания сваями типа «Mera» (рисунок 1.3).
Рисунок 1.3. Усиление фундамента вдавливанием свай «Mera»: 1 — усиливаемый фундамент; 2 — распределительный элемент; 3 — домкрат; 4 — нижний элемент сваи; 5 — подпорка; 6 — головной элемент; 7 — рядовые элементы сваи
Основные преимущества технологий вдавливания заключаются в:
— возможности определения несущей способности свай и прогноза деформации фундаментов;
— уплотнении грунта основания при погружении свай;
— отсутствии динамических воздействий на грунт.
