- использованием чистых заполнителей;
- увеличением плотности бетона;
- увеличением марки бетона по водонепроницаемости;
- использованием умеренно сульфатостойких цементов (портландцемент и шлакопортландцемент по ГОСТ 10178-85 с содержанием в клинкере C3S - не более 65%, С3А не более 7%, C3A+C4AF не более 22% );
- использованием цементов с умеренной экзотермией;
- использованием сульфатостойких цементов по ГОСТ 22266-94;
- введением добавок в бетонные смеси, повышающих реологические свойства;
- введением в бетоны водоредуцирующих добавок и добавок, увеличивающих их стойкость к агрессивному воздействию среды;
- введением в бетон добавок-ингибиторов коррозии стали;
- увеличением плотности и снижением фильтрационных характеристик грунта, окружающего сваю, путем более тщательной РИО в зоне уровня грунтовых вод и выше на 2-3 м.
9. Не допускается применение
- портландцемента с содержанием С3А более 8%;
- глиноземистых цементов;
- цементов, заполнителей и добавок, если массовая доля щелочных оксидов (Na2O + К2О) в пересчете на Na2O (Na2O + 0,658K2O) превышает 0,6%;
- хлористых солей в качестве добавок в бетон.
10. Состав бетонной смеси для получения бетонов, стойких к агрессивному воздействию грунта и грунтовых вод, подбирается строительной лабораторией.
Приложение П.3
ПРИМЕРЫ РАСЧЕТА СВАЙ-РИТ
Пример № 1
1. Исходные данные
Строится здание первого уровня ответственности.
- диаметр сваи = 32 см
- площадь поперечного сечения сваи в оголовке = 804,2 см2
- расчетная нагрузка на сваю = 1550 кН
- ширина плитного ростверка = 26 м
- срезка грунта = 8 м
- грунты
от низа плиты до 3 м - суглинки тугопластичные IL = 0,43
от 3 до 5 м - пески средней крупности, рыхлые, влажные
от 5 до 6 м - суглинки мягкопластичные IL = 0,5
от 6 до 12 м - супеси текучие IL > 1
от 12 до 14 м - пески пылеватые средней плотности, водонасыщенные с прослоями текучепластичных суглинков
от 14 до 16 м - пески мелкие средней плотности, водонасыщенные с прослоями текучепластичных суглинков
от 16 до 24 м - пески средней крупности, плотные, водонасыщенные
от 24 до 35 м - пески пылеватые, плотные, водонасыщенные
Плотность песков определена по данным лабораторных исследований.
Грунты и грунтовые воды к бетону марки W4 по водонепроницаемости не агрессивны.
2. Материалы и условия работ:
Тяжелый бетон сваи В30: Rb = 17 МПа = 17000 кН/м2 (СП 50-101-2003 табл. 5.2);
Е = 32500 МПа = 32,5·106 кН/м2 (СП 50-101-2003 табл. 5.4).
??b2 - 0,9 - коэффициент условий работ, учитывающий длительность действия нагрузки;
??b3 = 0,9 - коэффициент, учитывающий бетонирование сваи в вертикальном положении;
??'bc = 0,8 - коэффициент, учитывающий способ бурения полым шнеком и бетонирование по мере извлечения шнека с подачей бетонной смеси через шнек.
Бетон сваи обеспечивает восприятие нагрузки
17000??0,9??0,9??0,8??0,08042 = 885,9 кН.
Арматура рабочая А500С:
Rsc = 435 МПа = 435000 кН/м2 (СП 52-101-2003 табл. 5.8);
Es = 2??105 МПа = 2??108 кН/м2 (СП 52-101-2003 п. 5.2.10).
Предварительно принимается длина сваи не менее
По данным инженерно-геологических изысканий до глубины 16 м залегают относительно слабые грунты, поэтому предварительная длина сваи-РИТ принимается 17 м, с учетом заглубления в ИГЭ - 7 на 1 м.
Предварительно принимаем продольную арматуру в верхней зоне сваи из расчета восприятия не менее 50% нагрузки, действующей на сваю 0,5??1550 = 775 кН (общая несущая способность ствола сваи 775+885,9 = 1660,9 > 1550 кН).
Принимаем 6 ??25 А500с на кольцах из трубы ??159.
As = 6??4,91 = 29,46 см2.
Глубина (длина) I1 сваи-РИТ от подошвы плитного ростверка, в котором защемлена свая путем замоноличивания оголовка и выпусков арматурного каркаса, до сечения, в котором свая считается жестко защемленной в грунте
Находим коэффициент деформации грунта
Для определения коэффициента пропорциональности К находим глубину I К
I К = 3,5 dc+ 1,5 = 3,5??0,32 + 1,5 = 2,62 м.
До этой глубины залегают суглинки тугопластичные мощностью 3 м с показателем текучести IL= 0,5.
По табл. 1 находим К = 4000 кH/м4.
Условная ширина сваи bp= l,5dc + 0,5 = 0,98 м.
Момент инерции поперечного сечения сваи
Коэффициент деформации грунта
Длина сваи от подошвы плитного ростверка, в котором она защемлена путем замоноличивания оголовка и выпусков арматурного каркаса, до сечения, в котором свая считается жестко защемленной в грунте
Расчетная длина сваи, жестко защемленной в плите и грунте
I 0 = 0,5·I1 = 1,33 м.
Максимальные напряжения в свае возникают на длине I1 = 2,66 м.
Проверим достаточность принятого армирования с учетом случайного эксцентриситета еа = 10 мм и возможного отклонения сваи от вертикали, допускаемого СНиП 3.02.01-87 (п. 11.6, табл. 18, строка 10 г) и ГОСТ Р 12.3.048-2002 - 1 см на 1 м. На длине I1 допустимое отключение составит 2,66 см.
Принимаем эксцентриситет 3,0 см.
е0 = 3 см > еа
В грунтах с К = 4000 кН/м4 под воздействием сжимающей нагрузки возможен прогиб сваи, который учитывается введением коэффициента ??
Коэффициент, учитывающий влияние прогиба сваи
Рабочая арматура диаметром 25 мм, установленная по периметру колец ??159 мм имеет радиус до центров
rs = 0,5(159 + 25 + 2) = 93 мм = 0,093 м,
где 2 мм - величина выступов на арматуре со стороны колец, отодвигающих продольную арматуру от продольной оси сваи.
Моменты инерции арматуры Is, размещенной по окружности с радиуса rs до центра тяжести стержней
Is = 998,15 см4 = 9,98·106 м4.
Момент инерции поперечного сечения сваи I = 5·10-4 м4.
Действующий момент
Neo?? = 1550·0,03·1,072 = 49,8 кНм.
Проверка условия
N??0,77RbA + 0,64RsAs,tot= 0,77·11020·0,08042 + 0,64·435000·0,002946 = 1502,6 < 1550 кН.
RB = ??b1??b2??bc = 0,9·0,9·0,8·17 = 11,02 МПа = 11020 кН/м2.
Условие N??0,77RbA + 0,64RsAs,tot - не выполнено, в этом случае относительную площадь сжатой зоны бетона ??cir определяем по формуле
??cir = 0,66.
При невыполнении условия N??0,77RbA + 0,64RsAs,tot, ?? = 0.
Момент внутренних сил
Принятое армирование свай-РИТ: 6 ??25 А500С обеспечивает восприятие момента внешних сил Neo?? = 49,8 кНм моментом внутренних сил М = 52,2 кНм.
Армирование принимается на длине Iаи = 2I1 + Iап, т.е. удвоенной длине до условного сечения, в котором свая считается жестко защемленной в грунте, с учетом длины анкеровки.
Iаи = 2I1 + 0,72 = 5,32 + 0,72 = 6,04 м.
Для обеспечения защемления сваи в плите следует предусмотреть анкеровку рабочей арматуры на величину
Rbt - расчетное сопротивление растяжению бетона плиты для бетона В30,
Rbt = 1,15 МПа = 1150 кН/м2 с учетом действия длительной нагрузки ??b1 = 0,9
Rbt= 1150??b1 = 1035 кН/м2;
us - периметр арматурного стержня ??25 мм, us = 7,85 см = 0,0785 м;
Ка - коэффициент переармирования узла стыка;
допускается , тогда
Длина стержней диаметром 25 мм в верхней секции каркаса с учетом анкеровки в плите должна быть не менее 6,76 м. Принимаем длину секции, равную длине прутков стандартной мерной арматуры = 11,7 м.
Армирование сваи-РИТ глубже 11,7 - 0,72 ?? 11 м может уменьшаться пропорционально усилиям, воспринимаемым грунтом на контакте с боковой поверхностью сваи-РИТ.
Бетон в сечении сваи на глубине 11 м воспринимает усилие
Nb = Rb·А = 11020·0,08042 = 886,2 кН
Сжимающая нагрузка, действующая в сечении на глубине Iz = 11м
Периметр сваи по диаметру скважин и = 1,00 м. По табл. 7.2 СП 50-102-2003 определяем fi
для суглинков с IL = 0,43
на глубине с Iz = 0 + 3 до Iz = 2 + 3 РИО не производится, принимается fср = 0 кПа
на глубине Iz = 3 + 3 fср = 28,5 кПа
На глубине от 3 до 5 м залегают пески средней крупности, рыхлые
на глубине Iz = 3 + 3 fi = 42 кПа
Iz = 5 + 3 fi = 44 кПа
fср = 43 кПа
На глубине от 5 до 6 м залегают суглинки мягкопластичные с IL = 0,5
на глубине Iz = 5 + 3 fi = 26 кПа
Iz = 6 + 3 fi = 26,5 кПа
fср =26,25кПа
На глубине от 6 до 11 м залегают супеси текучие с li > 1
на глубине Iz = 6 + 3 fi = 6 кПа
Iz = 8 + 3 fi = 6 кПа
fср = 6 кПа
на глубине Iz = 8 + 3 fi = 6 кПа
Iz =10 + 3 fi = 6 кПа
fср = 6 кПа
на глубине Iz = 10 + 3 fi = 6 кПа
Iz = 11 + 3 fi = 6 кПа
fср = 6 кПа
Nz = 1550 - 0,7·1,0·(0·2 + 28,5·1 + 43,0·2 + 26,25·1 + 6·2 + 6·2 + 6·1) ?? 1430,5 кН
Сжимающая нагрузка, которая должна восприниматься рабочей арматурой в сечении сваи с глубины, Iz = 11 м:
Принимаем в верхнем сечении до глубины 11 м 6 ??25 А500С, As = 29,46 см2, ниже 11 м - 6 ??18 А500С с As = 15,24 см2. С учетом принятой длины сваи 17 м и поставляемой арматурой длиной 11,7 м целесообразно для нижней секции арматурного каркаса принять длину, равную 11,7:2 = 5,85 м.
Стыковать арматуру внахлест но не менее 200 мм и не менее 15ds, в нашем случае – 15·25 = 375 мм. Таким образом, 5,85 - 0,375 = 5, 475 м, с глубины 11 + 5,475 = 16,475 м до конца сваи она не армируется.
Расчёт несущей способности сваи-РИТ по грунту
В соответствии с п. 14.10.2 настоящих рекомендаций несущую способность висячих свай-РИТ по грунту Fd, кН (тс), работающих на вертикальную нагрузку, следует определять по формуле 14.25:
Fd = ??кк??сrit (??сRRritАrit + ??cf ??uiritfihi),
где ??кк - коэффициент надежности свайного основания для здания первой категории ответственности, ??кк = 0,7;
??сrit - коэффициент условий работы сваи-РИТ, ??сrit = 1,0;
??сR - коэффициент условий работы грунта под нижним концом сваи-РИТ, ??сR = 1,3;
??cf - коэффициент условий работы грунта на боковой поверхности сваи-РИТ, ??cf = 1,3.
Для упрощения расчётов, uirit - принимаем равным периметру скважины uirit = 1,00 м.
Для наглядности вычислений ниже выделены инженерно-геологические элементы.
ИГЭ - 1/1 от 0 + 3 м до 2 + 3 м РИО не производится, принимается в запас несущей способности ficp = 0 кПа,
+ 3 м - учитывается срезка грунта, сваи изготавливаются со дна котлована глубиной больше 8 м (прим. к табл. 7.1 СП 50-102-2003 или к табл. 6.1 - 6.4 Приложения 6).
ИГЭ - 1/2 от 2 + 3 м до 3 + 3 м IL= 0,43, ficp = 28,5 кПа
Nige-l/2= 1·1·28,5·1,0 = 28,5 кН.
ИГЭ - 2 от 3 + 3 м до 5 + 3 м пески средней крупности, рыхлые (табл. 6.3 Приложения 6)
ficp = 43 кПа; hi = 2 м
Nige-2= 1·43·1,0·2 = 86 КН.
ИГЭ - 3 от 5 + 3 м до 6 + 3 м суглинок I = 0,5, ficp= 26,25 кПа, hi = 1 м
Nige-3= 1·26,25·1,0·1 = 26,3 кН.
ИГЭ -4/1 от 6 + 3 м до 8 + 3 м супеси IL > 1 за счет уплотнения грунта принимается IL = 1. ficp = 6 кПа, hi = 2 м
Nige-4/1 = 1·6·1,0·2 =12 кН.
ИГЭ - 4/2 от 8 + 3 м до 10 + 3 м супеси IL = 1, ficp = 6 кПа, hi = 2 м
Nige-4/2= 1·6·1,0·2 = 12 КН.
ИГЭ - 4/3 от 10 + 3 м до 12 + 3 м супеси IL = 1, ficp = 6 кПа, hi = 2 м,
Nige-4/3= 1·6·1,0·2 = 12кН.
ИГЭ - 5 от 12 + 3 м до 14 + 3 м пески пылеватые средней плотности ficp = 38,6 кПа, hi =2 м
Nige-5= 1·38,6·1,0·2 = 77,2 кН.
ИГЭ - 6 от 14 + 3 м до 16 + 3 м пески мелкие средней плотности fjcp = 54 кПа, hi = 2 м
Nige-6= 1·54·1,0·2 = 108 кН.
ИГЭ - 7 от 16 + 3 м до 17 + 3 м пески средней крупности, плотные fjcp = 78,3 кПа, hi = 1 м
Njge-7= 1·78,3·1,0·1·1,3 = 101,8 кН.
Коэффициент 1,3 - примечание 3 к табл. 7.2 СП 50-102-2003 или к табл. 6.3 приложения 6).
Накопленная на боковой поверхности несущая способность
Nf = 1,3(0 + 28,5 + 86 + 26,5 + 12 + 12 + 12 + 77,2 + 108 + 101,8) = 603,2 кН.
Несущая способность сваи-РИТ под нижним концом в плотном песке средней крупности R = 4800 кПа по табл. 7.1 СП 50-102-2003 на глубине 17 + 3 м.
Согласно примечанию 4 к табл. 7.1 значение R для плотных песков следует увеличить на 60%, но не более, чем до 20000 кПа
R = 4800·1,6 = 7680 кПа ?? 20000 кПа.
здесь 1,8 = kush по табл. 2.
NR = ??сR · Rrit · Аrit = 1,3 · 7680 · 0,26 = 2595,8 кН.
Общая несущая способность сваи РИТ по грунту Fd = 0,7·1,0·(2595,8 + 603,2) = 2239,3 кН. Допускаемая нагрузка на сваю по грунту
где ??k = 1,4 коэффициент надежности согласно СП 50-102-2003 (п. 7.1.11).
Окончательно принимается длина свай 17 м от поверхности дна котлована под нагрузку 1550 кН.
Испытательная нагрузка с учетом коэффициента надежности, принимаемого в соответствии с п. 14.1.10 для здания первого уровня ответственности ??k = 1,25, составит - 1937,5 ?? 1950 кН.
Пример № 2. Расчет несущей способности сваи-РИТ по грунту
1. Исходные данные:
Строится здание второго уровня ответственности.
- буровой диаметр сваи 25 см;
- отметка уровня природного рельефа 152,0 м;
- срезка грунта 2,0 м;
- отметка верха сваи (дно котлована) 150,0 м;
- отметка пяты сваи 135,0 м;
- длина сваи 15,0 м;
- геология:
1 ИГЭ. (от отм. 152,0 до 146,0 м) - насыпные грунты;
2 ИГЭ. (от отм. 146,0 до 143,5 м) - пески мелкие рыхлые влажные;
3 ИГЭ. (от отм. 143,5 до 141,0 м) - супеси пластичные IL = 0,4;
4 ИГЭ. (от отм. 141,0 до 138,0 м) - суглинки полутвердые IL = 0,15;
5 ИГЭ. (от отм. 138,0 до 137,5 м) - пески пылеватые средней плотности, насыщенные водой;
6 ИГЭ. (от отм. 137,5 до 136,6 м) - глины мягкопластичные IL = 0,55;
7 ИГЭ. (от отм. 136,6 до 131,0м) - пески мелкие средней плотности, насыщенные водой.
Плотность грунта определена по данным лабораторных исследований.
Необходимо определить несущую способность сваи-РИТ длиной 15 м по грунту.
2. Расчет:
Согласно п. 14.10.2 настоящих рекомендаций несущая способность висячих свай-РИТ по грунту Fd, кН (тс) на вертикальную нагрузку следует определять по формуле (14.25)
Fd = ??кк??с,rit (??сRRritАrit + ??cf ??uiritfihi),
Здесь
??кк = 0,85 - коэффициент надежности свай для здания второй категории ответственности;
??с,rit = 1,0 - коэффициент условия работы сваи в грунте;
??сR = 1,3 - коэффициент условий работы грунта под нижним концом сваи для всех типов грунтов, как для сваи с камуфлетным уширением в ее нижнем конце;
??cf = 1,3 - коэффициент условий работы грунта на боковой поверхности сваи, для всех грунтов, как для свай с камуфлетными уширениями по всему стволу сваи.
2.1. Определение несущей способности грунта под нижним концом сваи-РИТ
Расчетное сопротивление грунта под нижним концом сваи-РИТ определяется в соответствии с указаниями п. 14.10.2.
В конкретном случае ??h > dc, тогда Rrit принимается по табл. 7.1 СП-50-102-2003 или по табл. 1 СНиП 2.02.03-85. Длина сваи Isv = 15,0 м. Нижний конец сваи (отм. 135,00). Согласно примечаниям 1 к табл. 6.1 и 2 к табл. 7.1 (СП 50-102-2003), 2 к табл. 1 (СНиП 2.02.03-85) для расчета несущей способности при планировке территории срезкой до 3 м глубину расположения нижнего конца сваи и среднюю глубину расположения слоя грунта следует принимать от уровня природного рельефа: z = Isv + hsr = 15,0 + 2,0 = 17,0 м.
Для ИГЭ № 7 (кровля отм. 136,6, основание сваи отм. 135,0) выше основания сваи на 1,6 м и ниже более 2 м залегают пески мелкие средней плотности, насыщенные водой, при z = 17 м Rrit = 3020 кПа.