Технические рекомендации по проектированию и устройству свайных фундаментов, выполняемых с использованием разрядно-импульсной технологии для зданий повышенной этажности(сваи-рит)

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 I_L = 0,4;

4 ИГЭ. (от отм. 141,0 до 138,0 м) - суглинки полутвердые I_L = 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 I_L = 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 F_d, кН (тс) на вертикальную нагрузку следует определять по формуле (14.25)

F_d = _кк_с,rit (_сRR_ritА_rit + _cf u_iritf_ih_i),

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 > d_c, тогда R_rit принимается по табл. 7.1 СП-50-102-2003 или по табл. 1 СНиП 2.02.03-85. Длина сваи I_sv = 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 = I_sv + h_sr = 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 R_rit = 3020 кПа.

Площадь основания сваи-РИТ А_rit (м²), принимаемая равной площади поперечного сечения уширения, получаемого в результате обработки ее забоя по разрядно-импульсной технологии:

Согласно табл. 2, п. 14.10.3 и с учетом п. 14.10.5 k_ush = 2,1, D_ku = k_ush · d_c = 2,1·0,25 = 0,525 м, тогда A_rit = 0,25··0.525² = 0,216 м².

Несущая способность грунта под нижним концом сваи-РИТ:

_сR · R_rit · А_rit = 1,3·3020·0,216 = 848 кН = 84,8 т.

а. Определение несущей способности грунта на боковой поверхности сваи-РИТ:

Толщина ИГЭ № 1 (от дна котлована - отм. 150,0 до 146,0 м) h₁ = 4,0 м.

Насыпные грунты - не нормируются (сопротивление на боковой поверхности не учитывается).

Толщина ИГЭ № 2 (от отм. 146,0 до 143,5 м) h₂ = 2,5 м.

Расчетное сопротивление i-го слоя грунта на боковой поверхности сваи f_i кПа (т/м²) принимается по табл. П.6.3 и П.6.4 приложения 6.

Т.к. при определении расчетных сопротивлений грунтов на боковой поверхности свай f_i, пласты грунтов следует расчленять на однородные слои толщиной не более 2 м, разбиваем h₂ на h_2.1 = 2,0 м и h_2.2 - 0,5 м.

Средняя глубина расположения слоя h_2.1 грунта:

f_1.2= 31,3 кПа.

Для удобства все промежуточные выкладки приводятся в сводной таблице.

№ слоя

Наименование грунта

Высота слоя h_i, м

Разбивка h_i, м

Глубина z_i, м

Расчетное сопр. f_i, кПа

D_kui

d_c

D_kui

u_i.rit , м

_cf

_cf · u_i.rit · f_i · h_i

кН

т

1

насыпные грунты

4,0

-

-

-

-

-

-

-

-

2

пески мелкие рыхлые влажные

2,5

2,0

5,0

29,0

2,1

0,525

1,65

1,3

124,4

12,4

0,5

6,25

31,3

33,5

3,3

3

супеси пластичные I_L = 0,4

2,5

2,0

7,5

32,5

1,3

0,325

1,02

86,1

8,6

0,5

8,75

33,3

22,0

2,2

4

суглинки полутвердые I_L = 0,15

3,0

2,0

10,0

65,0

1,15

0,287

0,90

152,1

15,1

1,0

11,5

67,1

78,5

7,8

5

пески пылеватые средней плотности, насыщенные водой

0,5

0,5

12,25

35,8

1,9

0,475

1,49

26,6

2,6

6

глины мягкопластичные I_L = 0,55

0,9

0,9

12,95

23,4

1,3

0,325

1,02

21,5

2,1

7

пески мелкие средней плотности, насыщенные водой

1,6

1,6

14,2

50,2

2,4

0,6

1,88

151,0

15,1



695,7

69,5

2.2. Суммарная несущая способность грунта

F_d = _кк_с,rit (_сRR_ritА_rit + _cf u_iritf_ih_i) = 0,85·1,0·(848 + 695,7) = 1543,7 кН = 154,3 т.

2.3. Проектная расчетная нагрузка на сваю-РИТ по грунту

2.4 Испытательная нагрузка на сваю-РИТ при натурных испытаниях

F_isp = N·_к =110,2·1,20 = 1323 кН = 132,3 т.

Пример № 3. Расчет несущей способности сваи-РИТ по грунту

1. Исходные данные:

- проектируемое здание 1 категории ответственности.

- буровой диаметр сваи 30 см;

- отметка уровня природного рельефа 202,0 м;

- срезка грунта 10 м;

- отметка верха сваи (дно котлована) 192,0 м;

- отметка пяты сваи 169,5 м;

- длина сваи 22,5 м;

- геология (приведены данные по грунтам ниже дна котлована):

1 ИГЭ. (от отм. 192,0 до 189,7 м) - глины полутвердые I_L = 0,20;

2 ИГЭ. (от отм. 189,7 до 185,5 м) - суглинки тугопластичные I_L = 0,33;

3 ИГЭ. (от отм. 185,5 до 184,5 м) - пески мелкие рыхлые влажные;

4 ИГЭ. (от отм. 184,5 до 181,3 м) - глины тугопластичные I_L = 0,28;

5 ИГЭ. (от отм. 181,3 до 178,5 м) - суглинки мягкопластичные I_L = 0,55;

6 ИГЭ. (от отм. 178,5 до 175,5 м) - пески средней крупности средней плотности;

7 ИГЭ. (от отм. 175,5 до 174,3 м) - глины тугопластичные I_L = 0,28;

8 ИГЭ. (от отм. 174,3 до 171,5 м) - пески пылеватые плотные, влажные;

9 ИГЭ. (глубже отм. 171,5) - пески средней крупности плотные, насыщенные водой.

Плотность грунта определена по результатам лабораторных исследований.

Необходимо определить несущую способность сваи-РИТ по грунту.

2. Расчет:

Согласно п. 14.10.2 настоящего Регламента несущая способность висячих свай-РИТ по грунту F_d, кН (т), работающих на вертикальную нагрузку, следует определять по формуле (14.25)

F_d = _кк_с,rit (_сRR_ritА_rit + _cf u_iritf_ih_i),

Здесь:

_кк = 0,7 - коэффициент надежности свай для здания 1 категории ответственности;

_с,rit = 1,0 - коэффициент условия работы сваи в грунте;

_сR = 1,3 - коэффициент условий работы грунта под нижним концом сваи, 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 > d_cR_rit принимается по табл. 7.1 (СП-50-102-2003), по табл. 1 (СНиП 2.02.03-85) или табл. 6.1 приложения 6 настоящих Рекомендаций.

Нижний конец сваи расположен на глубине 22,5 м.

В расчетах несущей способности сваи при планировке территории срезкой от 3 до 10 м глубина расположения нижнего конца сваи принимается от условной отметки, расположенной соответственно на 3 м выше уровня срезки: z = I_sv + 3 = 25,5 м. Принимаем глубину расположения нижнего конца сваи 25 м (см. примечания к табл. 6.1 в приложении 6). Для ИГЭ № 9 (ниже отм. 171,5) - пески средней крупности плотные, насыщенные водой, R_rit = 5200 кПа. Значение R_rit = 5200 кПа следует увеличить на 60% за счет плотного сложения песка (СНиП 2.02.03-85 табл. 1 примечание 4) R_rit = 5200·1,6 = 8320 кПа.

Площадь основания сваи-РИТ A_rit (м²), принимаемая равной площади поперечного сечения уширения, получаемого в результате обработки ее забоя по РИТ:

D_ku = k_ush · d_c = 1,6·0,30 = 0,48 м,

где (табл. 2 настоящих Рекомендаций).

Тогда: A_rit = 0,25··0,48² = 0,181 м².

Несущая способность грунта под нижним концом сваи-РИТ:

_cRR_ritA_rit= 1,3·8320·0,181 = 1957,6 кН = 195,7 т.

2.2. Определение несущей способности грунта на боковой поверхности сваи-РИТ

Толщина ИГЭ № 1 (от дна котлована - отм. 192,0 до 189,7 м) h₁ = 2,3 м.

Расчетное сопротивление i-го слоя грунта на боковой поверхности сваи f_i кПа (т/м²) принимается по табл. П.6.3 и П.6.4 приложения 6.

При определении расчетных сопротивлений грунтов на боковой поверхности свай f_i пласты грунтов следует расчленять на однородные слои толщиной не более 2 м, поэтому разбиваем h₁ на h_1.1 = 2,0 м и h_1.2 = 0,3 м.

Средняя глубина расположения слоя h_1.1 грунта также принимается от условной отметки, расположенной на 3 м выше уровня срезки:

РИО на глубине 2 м от поверхности не производится, в запас несущей способности принимается f_1.1 = 0 кПа;

Ниже отметки 2 м учитываем на отдельных уровнях увеличение периметра поперечного сечения ствола сваи-РИТ u_i,rit. Тогда периметр поперечного сечения сваи-РИТ в зоне j-го камуфлетного уширения

Усредненное значение периметра сваи-РИТ для i-того слоя грунта с учетом бурового диаметра сваи d_c и количества уширений л, вычисляем по формуле (14.31). Учитывается расстояние между уровнями РИО для связных грунтов = 3d_c (гантелеобразная форма ствола сваи), а для несвязных грунтов не более 0,3 м (слияние зон уширений).

Для удобства все промежуточные выкладки приводятся в сводной таблице.

№ слоя

Наименование грунта

Высота слоя h_i,м

Разбивка h_ji, м

Глубина z_i, м

Расчетное сопр. f_i, кПа

u_j,rit, м

u_i.cp.,rit

_cf

кН

т

1

глины полутвердые I_L = 0,20

2,3

2,0

4,00

0

без РИО

1,0

0,94

1,3

0

0

0,3

5,15

56,3

1,10

1,04

1,04

1,3

22,8

2,2

2

суглинки тугопластичные I_L = 0,33

4,2

2,0

6,30

38,0

1,15

1,08

0,99

1,3

97,7

9,7

2,0

8,30

40,0

1,15

1,08

0,99

1,3

102,9

10,3

0,2

9,40

41,0

1,15

1,08

0,99

1,3

10,5

1,0

3

пески мелкие рыхлые влажные

1,0

1,0

10,00

34,0

1,80

1,70

1,70

1,3

75,1

7,5

4

глины тугопластичные I_L = 0,28

3,2

2,0

11,50

52,2

1,15

1,08

0,99

1,3

134,4

13,4

1,2

13,10

53,0

1,15

1,08

0,99

1,3

81,9

8,1

5

суглинки мягкопластичные I_L = 0,55

2,8

2,0

14,70

24,0

1,20

1,13

1,01

1,3

63,0

6,3

0,8

16,10

24,5

1,20

1,13

1,01

1,3

25,7

2,5

6

пески средней крупности средней плотности, водонасыщенные

3,0

2,0

17,50

75,5

1,80

1,70

1,70

1,3

333,7

33,3

1,0

19,00

77,6

1,80

1,70

1,70

1,3

171,4

17,1

7

глины тугопластичные I_L = 0,28

1,2

1,2

20,10

60,6

1,15

1,08

0,99

1,3

93,6

9,3

8

пески пылеватые плотные влажные (с учетом увеличения f_j на 30%)

2,8

2,0

21,70

54,6

1,30

1,22

1,22

1,3

173,1

17,3

0,8

23,10

55,8

1,30

1,22

1,22

1,3

70,8

7,0

9

пески средней крупности плотные влажные и насыщенные водой (с учетом увеличения f_j на 30%)

2,0

2,0

24,50

110,9

1,60

1,51

1,51

1,3

435,3

43,5



1891,9

189,1

2.3. Суммарная несущая способность сваи-РИТ по грунту