(17)
где Kпр - коэффициент, учитывающий пространственный характер работы одиночной сваи;
φ' - эквивалентный угол внутреннего трения оползневого грунта, град;
λп - коэффициент пассивного давления;
δ - угол трения на контакте оползневого грунта с боковой поверхностью сваи, град;
δ ≤ 1/3φ'w;
ψп = 90° - εi + δ;
α = -(ωi - αi);
ωi - угол наклона поверхности оползневого блока (рис. 8), град;
αi - угол поверхности скольжения в пределах i-го оползневого блока (см. рис. 8), град;
εi - угол между вертикальной осью сваи и нормалью к поверхности скольжения i-го оползневого блока, в пределах которого расположено поддерживающее сооружение см. рис. 8), град; εi = -αi.
P0 - интенсивность равномерно распределенной нагрузки на поверхности оползневого блока, Па (см. рис. 8);
Pсвдоп η - пороговая сила сопротивления одиночной сваи, Н.
Рис. 8. Схема к определению коэффициента запаса Ka:
1 - границы оползневого блока; 2 - поверхность скольжения оползня; 3 - i-й оползневой блок, в пределах которого установлено противооползневое сооружение; 4 - ось верхового ряда свай
2.3.6. Величину пороговой силы сопротивления одиночной сваи (Н) определяют по выражениям:
(18)
(19)
где Rсв - радиус сечения сваи, м;
K0 - коэффициент; K0 = 0,7;
C'c - жесткое структурное сцепление, Па; определяют методом сдвига «плашка по плашке».
Для расчета принимают меньшее из значений , определенных по выражениям (18), (19).
2.3.7. В тех случаях, когда невозможно развитие оползневого процесса на участке склона выше бровки срыва закрепляемого оползня (при залегании в зоне оползневого массива и несмещаемых пород прослоек пластичных глинистых грунтов (φw = 0; Сc = 0; Σw ≠ 0), при стадийном закреплении оползней с помощью многоярусных свайных поддерживающих сооружений расстояния между сваями в рядах следует назначать при допущении развития деформаций ползучести в определенных пределах. В отмеченных случаях коэффициент запаса K'a при определении межосевого расстояния в рядах определяют по выражению
(20)
где - допускаемая величина силы сопротивления одиночной сваи по грунту оползневого массива в условиях обеспеченной прочности ствола сваи и устойчивости грунта, окружающего ее заделанную часть, Н;
(21)
(22)
Для дальнейших расчетов принимают меньшее из значений , полученных по формулам (21) - (22).
2.3.8. Межосевое расстояние, определенное по прочностным характеристикам грунта, aη (м) при допущении развития деформаций ползучести определяют по выражению
(23)
Предварительное назначение основных параметров геометрической схемы поддерживающего сооружения из условия обеспечения устойчивости грунта, окружающего заделанную часть сваи, и прочности ее ствола
2.3.9. Конструктивную схему свайного поддерживающего сооружения разрабатывают с учетом пп. 1.6 - 1.8.
2.3.10. Задаваясь диаметром сваи Dсв и количеством рядов свай np, определяют условную ширину сваи bp (м) по формулам:
bp = 0,9K1(Dсв + 1) при Dсв > 0,8 м;
bp = 0,9(1,5Dсв + 0,5) при Dсв ≤ 0,8 м. (24)
2.3.11. Определяют коэффициент K1:
(25)
где K2 - коэффициент, определяемый в зависимости от принятого количества рядов свай в поддерживающем сооружении np: один ряд - K2 = 1, два - K2 = 0,6, три - K2 = 0,5, четыре - K2 = 0,45.
2.3.12. В соответствии с инженерно-геологическими условиями и видом несмещаемых коренных пород назначают коэффициент пропорциональности Kп в соответствии с табл. 1.
2.3.13. Щели в пределах глубины hк = 3,5Dсв + 1,5 (м), отсчитываемой от расчетной поверхности скольжения оползня, расположен один слой грунта, то расчетное значение коэффициента пропорциональности Kп принимают равным значению, соответствующему этому грунту.
Таблица 1
|
Грунт, окружающий сваю, и его характеристика |
Коэффициент пропорциональности Kп, МН/м4, для свай |
|
|
|
забивных |
набивных, свай-оболочек, свай-столбов |
|
Глины и суглинки текучепластичные (0,75 < JL ≤ 1) |
0,65 - 2,5 |
0,5 - 2 |
|
Глины и суглинки мягкопластичные (0,5 < JL ≤ 0,75), супеси пластичные (0 ≤ JL ≤ 1), пески пылеватые (0,6 ≤ ε ≤ 0,8) |
2,5 - 5 |
2 - 4 |
|
Глины и суглинки тугопластичные и полутвердые (JL < 0), пески мелкие (0,6 ≤ ε ≤ 0,75), пески мелкие средней плотности (0,55 ≤ ε ≤ 0,7) |
5 - 8 |
4 - 60 |
|
Глины и суглинки твердые (JL < 0), пески крупные (0,55 ≤ ε ≤ 0,7) |
8 - 13 |
6 - 10 |
|
Пески гравелистые (0,55 ≤ ε ≤ 0,7), гравий и галька с песчаным заполнителем |
- |
10 - 20 |
|
Плотные суглинисто-щебенистые грунты с содержанием крупных включений более 40 % |
- |
50 - 100 |
|
Известняки, песчаники, аргиллиты, алевролиты |
- |
100 - 1000 |
|
Скальные породы (граниты, базальты, туфы) |
- |
1000 - 15000 |
Примечания: 1. Меньшие значения коэффициентов Kп соответствуют более высоким значениям показателя консистенции JL глинистых и коэффициента пористости ε песчаных грунтов, а большие значения Kп - соответственно более низким значениям JL и ε. Для грунтов с промежуточными значениями JL и ε коэффициент Kп определяют интерполяцией. Коэффициент Kп для плотных песков должен приниматься на 30 % выше табличных значений Kп для данного вида грунта.
2. Для скальных грунтов коэффициент пропорциональности Kп определяют в зависимости от степени выветрелости, т.е. меньшие значения Kп - для более выветрелых пород; большие - для невыветрелых.
2.3.14. Если в пределах глубины hк расположено два или три слоя грунта, то приведенную величину коэффициента пропорциональности Kп определяют соответственно по формулам:
два слоя:
(26)
три слоя:
(27)
где h1, h2, h3 - толщины соответственно первого (верхнего), второго и третьего слоев в пределах глубины hк, м;
Kп1, Kп2, Kп3 - коэффициенты пропорциональности для грунтов соответственно первого, второго и третьего слоев, принимаемые по табл. 1.
2.3.15. Коэффициент деформации αд (1/м) сваи в грунте, окружающем ее заделанную часть, вычисляют по формуле
(28)
где EJ - жесткость поперечного сечения сваи, кН · м2.
2.3.16. Последовательно задаются значениями приведенной глубины заложения свай ниже расчетной поверхности скольжения оползня: - и для каждой из них определяют абсолютное значение глубины Z (м), на которой подлежит проверке давление на грунт по боковой поверхности сваи:
Z = 0,85/αд. (29)
2.3.17. Для каждого значения приведенной глубины определяют значения коэффициента ξi по формуле
ξi = 1,5 - 0,2. (30)
При значение ξ4 равно 0,7.
2.3.18. Исходя из прямоугольного характера эпюры оползневого давления и равенства расчетного и допускаемого давления, передаваемого боковой поверхностью сваи на грунт, определяют расстояние между осями свай в рядах an.y i для каждого из значений :
(31)
где γк - удельный вес коренных пород, Н/м;
φк, Ск - расчетные значения соответственно угла внутреннего трения, определенного с учетом сейсмичности, град, и сцепления, Па;
hст - высота подпорной стенки, м;
hp - толщина плиты ростверка, м.
Формула (31) применима также и в тех случаях, когда в конструктивной схеме поддерживающего сооружения не предусматривается устройство подпорной стены на плите ростверка.
2.3.19. Из числа вариантов an.y i для дальнейшего расчета выбираются те, которые удовлетворяют условиям:
an.y i ≥ 3Dсв; an.y i < ap; an.y i/ap = max; (32)
ap < an.y i < aη.
2.3.20. Максимальный изгибающий момент Mmax (Н · м), действующий в сечении сваи, расположенном ниже расчетной поверхности скольжения оползня, определяют по формуле
Mmax = M1 + Q1Kз/αд, (33)
где M1, Q1 - изгибающий момент, Н · м, и горизонтальная сила, Н, в сечении сваи на уровне поверхности скольжения;
Kз - коэффициент, значения которого принимают в зависимости от заданной приведенной глубины заложения сваи в коренные породы: при = 2,6 Kз = 0,65; при = 3 Kз = 0,7; при ≥ 3,5 Kз = 0,75.
2.3.21. Изгибающий момент M1, действующий в сечении сваи на уровне расчетной поверхности скольжения, определяют по выражению
(34)
2.3.22. Горизонтальную силу Q1, действующую в сечении сваи на уровне расчетной поверхности скольжения оползня, определяют по выражению
(35)
2.3.23. По величине максимального момента Mmax производят расчет армирования сечения сваи, расположенного ниже расчетной поверхности оползня, в соответствии с требованиями СНиП 2.05.03-84.
Максимальный процент армирования сечения сваи μa не должен превышать при этом 3 %. Если же указанное условие не выполняется, то следует уменьшить расстояние an.y i и заново произвести расчет в соответствии с пп. 2.3.9 - 2.3.23.
2.3.24. После корректировки расстояния между осями свай в ряду an.y i по прочности сечения на действие изгибающего момента проверяют соблюдение условий (32).
2.3.25. Если условия (32) не выполняются при максимальном значении процента армирования μa = 3 %, то необходимо рассмотреть либо вариант закрепления оползня многоярусными нагорными поддерживающими сооружениями, либо вариант заанкеривания свай грунтовыми анкерами.
2.3.26. При заложении нижних концов свай в скальные и полускальные коренные породы расстояние между осями свай в рядах по условию устойчивости грунта коренных пород aскn.y i следует определять по выражению
(36)
где Rсж - нормативное временное сопротивление скального грунта одноосному сжатию, Па;
Δh = 0 - при заделке в магматические породы;
Δh = lск i/2 - при заделке в прочие скальные породы;
lск i - расчетная глубина заложения свай в скальные коренные породы (назначается последовательно не менее трех значений).
Из числа полученных значений расстояния между осями свай в ряду aскn.y i. Для дальнейшего расчета принимаются те, которые удовлетворяют условиям (32).
Расчет свайных поддерживающих сооружений на прочность и устойчивость
2.3.27. Расчет свайного поддерживающего сооружения производят с использованием прямоугольной системы координат XOZ начало которой принимают в точке О, лежащей на пересечении следа подошвы плиты ростверка и оси симметрии плиты. Ось X горизонтальна и направлена вправо; ось Z вертикальна и направлена вниз (рис. 9).
2.3.28. Положение каждой i-й сваи на плоской схеме определяют координатой xi ее головы и углом φi наклона оси сваи к вертикали (при наличии наклонных свай).
2.3.29. Все действующие на поддерживающее сооружение внешние нагрузки приводят к точке O и раскладывают на силы Hx и Pz, направленные соответственно вдоль осей X и Z, и момент M0 относительно точки O. Силы Hx и Pz положительны, если они совпадают с положительными направлениями осей X и Z, а момент M0 положителен, когда он действует по направлению часовой стрелки.
2.3.30. Свайные поддерживающие сооружения рассчитывают методом перемещений; за неизвестные перемещения принимают поступательные смещения a и c точки O по направлению осей X и Z соответственно и угол β поворота плиты вокруг этой точки. Положительные направления перемещений a, c и угла β совпадают с положительными направлениями усилий соответственно Hx, Pz и M0.
2.3.31. В общем случае несимметричной плоской схемы поддерживающего сооружения перемещения a, c и угла β определяют в результате решения системы канонических уравнений метода перемещений:
(37)
где m = 1 - для многорядных сооружений при расположении свай в шахматном порядке и расстоянии между осями свай в ряду an.y i ≤ 3Dсв, а также при рядовом расположении свай;
m = 2 - для многорядных сооружений при расположении свай в шахматном порядке и расстоянии между осями свай в ряду an.y i ≥ 4Dсв;
φ - угол наклона свай к вертикали;
Mq, Qq - соответственно изгибающий момент и поперечная сила, возникающие в верхнем поперечном сечении сваи (см. рис. 9) от действия оползневого давления Eоп.расч на основную систему метода перемещений.
Рис. 9. Схема к расчету поддерживающего сооружения:
а - плоская при рядовом расположении свай в плане; б - то же, при расположении в шахматном порядке; в - основная система метода перемещений
Изгибающий момент Mq и поперечная сила Qq положительны, когда голова верховой сваи в поддерживающем сооружении воздействует на плиту ростверка в направлениях соответственно против часовой стрелки и влево.
2.3.32. Принимая оползневое давление на сваи в поддерживающем сооружении меняющимся по линейному закону от значения q1 (на уровне подошвы плиты) до значения q2 (на уровне расчетной поверхности скольжения оползня), Mq и Qq определяют в результате решения системы уравнений:
(38)
где M1 и Q1 - неизвестные значения соответственно изгибающего момента и поперечной силы, возникающие в сечении сваи на уровне расчетной поверхности скольжения от действия оползневого давления Eоп.расч с ординатами эпюры q1 и q2 на основную систему метода перемещений (см. рис. 9,б).
При расчете Mq и Qq следует принимать q1 и q2 положительными, если они направлены вправо.
