Страница 7: Методические рекомендации по проектированию и строительству свайных противооползневых конструкций на автомобильных дорогах (46152)

Бетон удовлетворяет требованиям ВСН 009-67 (п. 395) при γ = 0,1 л/мин. В противном случае под давлением испытывают отдельные участки скважины для выявления места расположения дефекта и последующей цементации, если это будет признано необходимым.

Приложение 5

Пример расчета удерживающей конструкции из буронабивных свай

Насыпь автомобильной дороги пересекает оползневый участок склона в его средней части. Для обеспечения устойчивости насыпи на основе технико-экономического сравнения вариантов противооползневых мероприятий принято решение об устройстве удерживающей конструкции из буронабивных свай диаметром 0,86 м. Требуется рассчитать свайную удерживающую конструкцию.

Исходные данные:

1) оползневые деформации склона носят характер скольжения делювиальных суглинков по кровле коренных пород, представленных зеленовато-желтыми пылеватыми глинами с углом внутреннего трения ??wн = 14, сцеплением Сwн = 1,66 кгс/см2, γwн = 2,02 г/см3;

2) оползневые накопления представлены тяжелым суглинком с влажностью Wест = 20,3 %, Wт = 32,75 %, Wр = 17,6 %; нормативное значение угла внутреннего трения wн = 9°, Сwн = 1,5 тс/м2, γwн = 2,02 т/м3;

3) устойчивость склона оценивается по методу Маслова-Берера;

4) величина оползневого давления Еоп в поперечном сечении оползня, где предусматривается установка свайной удерживающей конструкции, при заданной величине коэффициента запаса устойчивости склона (Кзап = 1,3) равна 18 тс/м;

5) мощность оползневого тела в месте установки свайной удерживающей конструкции h = 7,9 м.

Свайную удерживающую конструкцию рассчитывали в следующем порядке:

1) проверка на возможность переползания через свайную удерживающую конструкцию оползневого грунта в вертикальной плоскости;

2) определение расстояния между осями свай в ряду;

3) расчет глубины заложения свай в коренные породы;

4) проверка на возможность сдвига свайной удерживающей конструкции в сторону падения склона по плоскости, проходящей через нижние концы свай;

5) расчет прочности сечения свай на воздействие оползневого давления;

6) расчет плиты ростверка.

В примере расчета приведены только три пункта последовательности расчета, так как они являются наиболее важными при проектировании свайных удерживающих конструкций.

1. Проверка на возможность переползания через свайную удерживающую конструкцию оползневого грунта в вертикальной плоскости

Данную проверку производят в соответствии с п. 6.7 настоящих «Методических рекомендаций» по схеме рис. 1.

1) " = 60°;

 AD’’ = B’’D’’tgb’’ = 7,9∙1,732 = 13,7 м;

N = P∙cos (90° - b’’) = P∙cos (90° - 60°) = P∙cos 30°;

P = γwн∙F = 2,02∙54,1 = 109,3 т; N = Р∙cos 30° = 109,3∙0,866 = 94,6 т.

С = 94,6∙tg 9° + 1,5∙15,8 = 94,6∙0,1584 + 1,5∙15,8 = 38,7 т.

Пассивное давление Ео, действующее на плоскостях ВД, В’Д’ и В’’Д’’, определяют графически (рис. 2 - 4).

2)

AB = tg ∙BD = tg 4930’∙7,9 = 1,1708∙7,9 = 9,24 м;

Р = γwн∙F = 2,02∙36,5 = 73,7 т;

N = P∙cos (90° - 49°30’) = 73,7 cos 4030’ = 73,7∙0,7604 = 56,1 т;

С = 56,1∙0,1584 + 1,5∙12,2 = 8,87 + 18,3 = 27,17 т.

3)  = 30°;

AD’ = B’D’∙tg ’ = 7,9∙0,5 = 3,95 м;

Р = γwн∙F = 2,02∙15,6 = 31,5 т;

N = Р∙cos (90 - ’) = P∙cos 60° = 31,5∙0,5 = 15,75 т;

С = 15,75∙0,1584 + 1,5∙9,12 = 2,5 + 13,7 = 16,2 т.

По результатам расчетов величины Ео строят эпюру пассивного давления, действующего в плоскостях B’’D’’, В’ДD’, ВД (рис. 5).

Eo min = 122 тс; Еоп = 18 тс; Ео min > Еоп.

Рис. 1. Схема к проверке свайной удерживающей конструкции на возможность переползания через нее оползневого грунта в вертикальной плоскости

Графическое определение пассивного давления Ео, действующей на плоскости BD, B’D’, B’’D’’

Рис. 4.

Следовательно, переползание оползневого грунта через свайную конструкцию в вертикальной плоскости невозможно. Этот факт свидетельствует также о том, что оползневое давление смещающегося блока грунта будет полностью передаваться на свайную удерживающую конструкцию.

Рис. 5. Эпюра пассивного давления, действующего в плоскостях BD, B’D’, B’’D’’

2. Определение расстояния между сваями в ряду

Если допустить вязко-пластическое «обтекание» свай оползневым грунтом в горизонтальной плоскости, может произойти смещение оползневого массива и силы сцепления грунта в приконтактной зоне уменьшатся в результате разрушения в нем жестких структурных связей необратимого характера. Это приведет к некоторому снижению коэффициента запаса устойчивости склона и увеличению оползневого давления на удерживающую конструкцию. Кроме того, возможно развитие деформаций дорожной конструкции, расположенной на оползневом склоне, во времени (просадки дорожной одежды и смещение земляного полотна автомобильной дороги в плане). Поэтому при назначении расстояния между сваями в ряду и необходимого количества свай в удерживающей конструкции исходят из условия не допустить вязко-пластическое «обтекание» свайной конструкции оползневым грунтом.

Оползневое давление на одиночную сваю, при котором исключено вязко-пластическое «обтекание», определяют на основе формулы для удельного оползневого давления (30):

где D - диаметр сваи, D = 0,86 м;

jw и Cc - расчетные величины угла внутреннего трения и жесткого структурного сцепления соответственно, принятые равными их нормативным значениям (СНиП II-15-74, п. 11.2);

γw - объемная масса оползневого грунта, т/м3;

h - мощность оползневого тела, h =7,9 м; ??w = 9°;

Cc = 0,4∙Сw; Cw = 1,5 т/м2;

Cc = 0,4∙1,5 = 0,6 т/м2;

γw = 2,02 т/м3;

При расположении свай в шахматном порядке оползневое давление между ними распределяется равномерно. Необходимое количество свай определяют по формуле (25)

где В = 60 м - ширина оползневого участка;

Еоп = 18 т/м;

Расстояние между осями свай в ряду при расположении их:

в два ряда:

в три ряда:

в четыре ряда:

в пять рядов:

Так как расстояние между сваями в свету должно быть не менее 1 м, то окончательно принимают удерживающую конструкцию из пяти рядов свай, расположенных в шахматном порядке. Расстояние между осями рядов принимают равным

а = 3∙D = 3∙0,86 = 2,58 ≈ 2,6 м.

Геометрическая схема свайной удерживающей конструкции изображена на рис. 6.

Рис. 6. Геометрическая схема свайной удерживающей конструкции

3. Расчет глубины заложения свай в коренные породы

Расчет свайной удерживающей конструкции проводят по методике, изложенной в книге Н.М. Глотова и др. «Свайные фундаменты» (М., «Транспорт», 1975).

Исходные данные для расчета: диаметр сваи D = 0,86 м; марка бетона «250»; начальный модуль упругости бетона марки «250» Енач = 290000 кгс/см2 = 2,9∙106 тс/м2 (по СН 365-67).

Расчетные прочностные характеристики грунта заделки:

j = 0,8∙wн = 0,8∙14° = 1112’;

С = 0,2 Сwн = 0,2∙1,66 = 0,332 кгс/см2 = 3,32 тс/м2;

γw = 2,02 т/м3;

К = 600 тс/м4 - коэффициент пропорциональности грунта заделки (принят по табл. 8.1 упомянутой книги) для твердых глин и суглинков; меньшую из приведенных в таблице величин К принимают ввиду возможного нарушения прочности грунта заделки при бурении скважин);

h - мощность оползневой толщи, м;

 - расстояние от точки приложения равнодействующей оползневого давления до расчетной поверхности грунта заделки, м;

hз - глубина заделки сваи в коренные породы, м.

Расчетная схема сваи приведена на рис. 7.

Вычисляют расчетную ширину сваи вр (как для одиночной сваи):

вр = К∙Кф (D + 1);

К = 1; Кф = 0,9;

вр = 1∙0,9 (0,86 + 1) = 0,9∙1,86 = 1,67 м;

вр = 1,67 м.

Рис. 7. Расчетная схема сваи для определения несущей способности сваи при работе на горизонтальную нагрузку

Момент инерции поперечного сечения сваи

жесткость поперечного сечения сваи

EJ = 0,8 Енач∙J = 0,8∙2,9∙106∙2,69∙10-2 = 6,24∙104 тс∙м2.

Вычисляем величину:

С учетом вычисленной величины по табл. 8.4 упомянутой книги определяют коэффициент деформации сваи:

aс = 0,438 м-1;

 - приведенная глубина заделки сваи.

Задаются величиной  = 2,5 (в этом случае в пределах глубины заделки свая рассматривается как бесконечно жесткая):

Определяют единичные перемещения сваи от воздействия единичной поперечной силы и единичного изгибающего момента в уровне расчетной поверхности грунта заделки:

Сосн = К∙h3, не менее Сосн = 10К = 10∙600 = 6000 тс/м4.

Jосн = J = 0,0269 м4.

По табл. 8.5 упомянутой книги:

Горизонтальное смещение и угол поворота поперечного сечения сваи в уровне расчетной поверхности грунта определяют по формуле

yо = Н1∙δнн + М1∙δнм;

??о = Н1∙δмн + М1∙δмн;

Н1 = Н = Е; М1 = Н∙lo = Е∙lo;

yо = Е∙δнн + Е∙lo∙δнм;

??о = Е∙δмн + Е∙lo∙δмн.

Задаются величиной горизонтального смещения сваи в уровне расчетной поверхности грунта для определения несущей способности сваи при работе ее на горизонтальную нагрузку.

Принимают уо = 0,01 м, тогда Е определяют как

Есв = Е = 8,44 тс.

Сравнение величины qдоп∙η с величиной Е показывает, что величина оползневого давления на одиночную сваю, при которой исключена возможность вязко-пластического «обтекания» ее оползневым грунтом, не превышает несущей способности сваи:

qдоп∙η = 8 т < Е = 8,44 тс.

Для оценки надежности заделки сваи в коренные породы определяют величину напряжений, передаваемых боковой поверхностью сваи на грунт заделки, и сравнивают ее с величиной допускаемых напряжений:

ζ = 1,5 - 0,2 h = 1,5 - 0,2∙2,5 = 1;

Определяют допускаемое напряжение на той же глубине:

η1 = η2 = 1;

Заделка сваи в коренные грунты надежна.

После проверки на возможность сдвига свайной удерживающей конструкции в сторону падения склона по плоскости, проходящей через нижние концы свай, которую проводят аналогично оценке устойчивости незакрепленного склона, приступают к расчету прочности сечения сваи от воздействия оползневого давления.

Приложение 6

Пример определения сметной стоимости буронабивной сваи диаметром 860 мм

В качестве примера рассмотрено изготовление четырех буронабивных свай общей длиной 75 м.

Скважины пробурены станками ударно-канатного действия на строительной площадке в стесненных условиях на грунтах:

III группы - насыпные грунты - суглинки с включением щебня до 20 %;

IV группы - тяжелые пылеватые суглинки с включением щебня и обломков известняка до 40 %, слабонарушенные с притоком воды;

V группы - коренные породы, выветрелые с притоком воды, представленные аргиллитами с прослоями алевролитов;

VI группы - крепкие аргиллиты с прослоями алевролитов и песчаников;

VII группы - щебень, обломки и валуны размером до 400 - 500 мм с большим притоком грунтовых вод.

Скважины в грунтах III, IV и VII групп закреплены обсадными трубами диаметром 820??12 мм, которые в дальнейшем извлекают. Устойчивость грунта в скважинах в связи с нарушенностью и работой на оползне принята II группы.

Для бурения скважин предусмотрена доставка воды из расчета 3,3 т на 1 м3 скважины, заполненной бетоном. При бурении скважин выход шлама составляет до 4,3 т на 1 м3 бетона.

Расход арматурной стали подсчитан, исходя из армирования сваи 12-ю продольными стержнями диаметром 22 А-П.

Расход бетона марки «250» для бетонирования скважины, подсчитанный в соответствии с данными инженерно-геологической разведки о напластованиях грунтов, на 1 м скважины принят:

0,58 м3 - при заделке в коренные породы (V и VI групп);

0,64 м3 - при насыпных, оптимально увлажненных грунтах III группы;

0,70 м3 - при нарушенных, сильно увлажненных грунтах на глубине более 10 м (IV группы);

0,87 м3 - при крупнообломочных грунтах с обильным притоком воды (VII группы).

При изготовлении буронабивных свай используют гусеничный кран МКГ-25. Станки ударно-канатного бурения работают от передвижных электростанций. Укрупнительная сборка арматурных каркасов ведется на строительной площадке.

Для защиты свай от коррозии предусмотрено бетонирование в чехле из полиэтиленовой пленки, а торцы каркасов устанавливают на подушки из цементогрунта в забое скважины.

В смете предусмотрена очистка строительной площадки, срубка голов свай, учтено контрольное бурение ствола сваи.

Сметная стоимость свай (см. таблицу) определена для условий Крымской обл.:

стоимость 1 м сваи - 190 руб. 00 коп.;

стоимость 1 м3 бетона сваи - 279 руб. 43 коп.