Страница 5: Методические рекомендации по проектированию и строительству поддерживающих сооружений земляного полотна автомобильных дорог в оползневых районах на базе буронабивных свай и анкерных креплений (48304)

2.3.33. Численные значения ординаты эпюры оползневого давления q2 (Н) рассчитывают по выражению

                                                        (39)

Численное значение ординаты эпюры оползневого давления q1 устанавливают по линейной интерполяции.

2.3.34. Коэффициент деформации сваи αд рассчитывают по выражению

                                                               (40)

где bp  - условная ширина сваи, м (см. п. 2.3.10, формулу (24));

Еб - расчетный модуль упругости бетона сваи при сжатии и растяжении, Па; Еб =0,85Еб.н;

Еб.н - начальный модуль упругости бетона при сжатии и растяжении, принимаемый в соответствии со СНиП 2.05.03-84, Па;

J - момент инерции поперечного сечения сваи, м4;

2.3.35. При принятой величине приведенной глубины заложения сваи  (см. п. 2.3.16) и с учетом конкретных инженерно-геологических условий определяют единичные перемещения сечения сваи в уровне поверхности скольжения δнн (м/Н), δмн = δнм (1/Н), δмм (1/(Н · м)) от единичных усилий, приложенных в том же уровне, по выражениям:

                                                 (41)

где A0, B0, C0  - безразмерные коэффициенты, принимаемые по табл. 4(2) [1].

2.3.36. Горизонтальные смещения и угол поворота сваи (со свободным верхним концом) в уровне подошвы ростверка δ1 (м/Н), δ2 (1/(Н · м)), δ3 (1/Н) от единичной горизонтальной силы и единичного изгибающего момента, приложенных в том же уровне, рассчитывают по формулам:

                                         (42)

где l0   - длина участка сваи от подошвы плиты ростверка до поверхности скольжения, м.

2.3.37. Характеристики жесткости сваи ρ (Н/м), ρ1 (Н/м), ρ2(Н/м), ρ3 (Н), ρ4 (Н · м), представляющие собой силы и моменты, передаваемые от сваи на ростверк при его единичных перемещениях вдоль и поперек оси сваи, а также при его единичном повороте, определяют по формулам:

                                (43)

где EбFс  - жесткость поперечного сечения сваи при сжатии, Н;

lN   - длина сжатия сваи, м;

при опирании свай на скалу

lN = l0 + l;

при опирании свай на нескальный грунт

Fc  - площадь сечения сваи, м2;

l    - фактическая глубина заделки сваи в коренные породы, м;

Сп  - коэффициент постели грунта под подошвой сваи, Н/м3; принимается Сп ≥ 50Kп/Dсв;

Fп  - площадь подошвы сваи, определяемая по расчетному диаметру ствола, м2.

2.3.38. Коэффициенты канонических уравнений определяют по формулам:

raa = ρ0Σsin2φi + npρ2;

rac = rca = ρ0Σsinφicosφi;

raβ = rβa = ρ0Σxisinφicosφi - ρ3Σcosφi;

rcc = ρ0Σcos2φi + npρ2;                                                                                                          (44)

rcβ = rβc = ρ0Σxicos2φi + ρ2Σxi + ρ3Σsinφi;

rββ = ρ0Σx2icos2φi + ρ2Σx2i + 2ρ3Σsinφi + npρ4.

При этом сопротивление грунта, окружающего плиту фундамента, не учитывают как для случая верховых, так и низовых поддерживающих сооружений.

2.3.39. Продольную силу Ni (Н), поперечную силу Qi (Н) и изгибающий момент Mi (Н · м), действующие со стороны плиты на голову каждой сваи, определяют по формулам:

Ni = ρ1[asinφi + (c + xiβ)cosφi];

Qi = ρ2[acosφi - (c + xiβ)sinφi] - ρ3β + Qqm;                                                                       (45)

Mi = ρ4β - ρ3[acosφi - (c + xiβ)sinφi] + Mqm.

2.3.40. Внутренние усилия в поперечных сечениях сваи и давления, передаваемые их боковой поверхностью на грунт, окружающий заделанную часть свай, определяют как для вертикальных свай от усилий Ni, Qi и Mi, приложенных к их головам, так и от распределенного оползневого давления Eоп.расч. При этом расчет свай следует производить в соответствии с приложением к СНиП II-17-77 и [1].

2.3.41. Если в результате проведенного расчета окажется, что для какой-либо из свай в поддерживающем сооружении при принятых геометрических параметрах не выполняется условие устойчивости грунта, окружающего заделанную часть сваи, то расчет следует повторить, уменьшив величину межосевого расстояния an.y i при соблюдении условий (2.32).

2.3.42. По найденным значениям внутренних силовых факторов в сечениях свай производят расчет их прочности, армирования, а также расчеты по образованию и раскрытию трещин.

Расчет свайных поддерживающих сооружений, заанкеренных грунтовыми анкерами

2.3.43. Расчет свайных поддерживающих сооружений, заанкеренных грунтовыми анкерами в уровне низа плиты ростверка, проводят в той же последовательности, что и расчет обычных свайных поддерживающих сооружений. Отличие заключается в том, что при расчёте заанкеренных поддерживающих сооружений в плоскую расчетную схему вводят общее анкерное усилие Ωобщ, приложенное в уровне низа плиты ростверка, величиной которого предварительно задаются и с учетом которого определяется система внешних усилий на поддерживающее сооружение. Дальнейший расчет в этом случае состоит из определения параметров собственно грунтового анкера - длины заделки нижнего анкера, подбора и расчета сечения анкерной тяги.

Такую схему расчета следует применять при проектировании откосных свайных поддерживающих сооружений, когда плита ростверка является одновременно и фундаментом подпорной стены. Сущность заанкеривания в рассматриваемом случае сводится к снижению значений изгибающего момента и горизонтальной силы, действующих в уровне поверхности скольжения оползня на заделанную в коренные породы часть сваи.

2.3.44. Наиболее эффективны заанкеренные верховые свайные поддерживающие сооружения, особенно в тех случаях, когда верховой откос выемки располагается в пределах устойчивого (контрфорсного) грунтового блока.

2.3.45. Расчет верховых заанкеренных поддерживающих сооружений проводят в такой последовательности:

задаваясь диаметром сваи Dсв, модулем упругости бетона и глубиной заделки сваи в коренные породы, по формулам (38) определяют величину поперечной силы Qq (см. рис. 9) как для балки с одним защемленным и другим неподвижно опертым концом. При этом относительная глубина заделки сваи  не должна превышать 2,6;

задаваясь диаметром сваи Dсв и принимая обеспеченными устойчивость грунта, окружающего заделанную часть сваи, и прочность ее по материалу, по формуле (16) вычисляют максимальное расстояние между сваями в ряду ap как для однорядной конструкции;

по расстоянию ap определяют расчетное оползневое давление на одиночную сваю и ординаты ее в уровнях низа плиты ростверка q1 и расчетной поверхности скольжения q2 по формуле (39);

по величине поперечной силы Qq и угла наклона анкерных тяг к вертикали βт и рассчитывают общее анкерное усилие:

                                                (46)

где B - ширина оползня, м.

Далее устанавливают необходимое количество анкеров в поддерживающем сооружении и расстояние между ними по оси сооружения, свободную длину анкеров и потери предварительного напряжения, требуемое усилие предварительного натяжения анкера с учетом потерь, параметры нижней анкерной заделки, необходимую толщину плиты ростверка из условия на продавливание. Расчет заканчивают определением внутренних усилий в сечениях свай.

2.3.46. На основании полученного значения общего анкерного усилия Ωобщ и требований ВСН 98-74 назначают конструкцию анкерной тяги и расчетное усилие ее предварительного натяжения Ωр, которое не должно превышать расчетного сопротивления напрягаемой арматуры в стадии эксплуатации, установленного СНиП 2.05.03-84 и ВСН 71-70. При этом следует учитывать, что для заанкеривания свайных поддерживающих сооружений наиболее целесообразно использовать стержневую винтовую термоупрочненную сталь диаметром 36 мм (ТУ-14-2-686-86) или семипроволочные канаты К-7 (ГОСТ 13840-68) диаметром 15 мм (табл. 2).

2.3.47. Необходимое количество анкеров выбранного типа Na в заанкеренном поддерживающем сооружении определяют по формуле

Na = Ωобщ/Ωр.                                                               (47)

2.3.48. Для оценки потерь предварительного напряжения определяют свободную длину анкерной тяги la (м) по формуле

                                          (48)

Таблица 2

где l1 - свободная длина анкерной тяги в пределах плиты ростверка, м.

2.3.49. При назначенных величинах расчетного усилия предварительного натяжения анкерной тяги Ωр, диаметра сваи Dсв и глубины ее заделки в коренные породы l определяют требуемое усилие натяжения анкерной тяги Ωт с учетом горизонтального перемещения сваи Δг от горизонтальной составляющей Ωр [1], приходящейся на одиночную сваю, и деформативных свойств материала анкерной тяги по формуле

                                      (49)

где Ea    - модуль упругости арматуры, МПа;

Fa  - площадь сечения арматуры анкерной тяги, м2.

В соответствии с требованиями СНиП 2.05.03-84, ВСН 98-74 и с учетом требований СНиП 2.03.01-84 определяют суммарную величину потерь предварительного натяжения от релаксации напряжений в арматуре и деформации колодки крепления анкера к плите ростверка:

                                        (50)

где Ra||   - расчетное сопротивление арматуры растяжению, МПа.

2.3.50. Суммарную величину потерь при проектировании заанкеренных поддерживающих сооружений следует принимать не менее 100 МПа. При этом общее (с учетом потерь) предварительное усилие натяжения анкерной тяги не должно превышать предельного значения, установленного по СНиП 2.05.03-84 и ВСН 71-70 для стадии создания предварительного натяжения:

Ω'т = Ωт + Ω' ≤ 0,8Ra||Fa.                                              (51)

2.3.51. Расчет плиты ростверка заанкеренных поддерживающих сооружений должен включать ее проверку на продавливание от действия силы Ω'т, которая принимается равномерно распределенной по ограниченной площади, определяемой установленными ВСН 98-74 размерами колодки крепления, из условия

Ω'т ≤ fRpbсрh0                                                                                                           (52)

или в случае установки в плитах поперечной арматуры

Ω'т ≤ 1,4fRpbсрh0;                                                          (53)

Ω'т ≤ RaxFxр,                                                                  (54)

где f = 1  - коэффициент;

Rp - расчетное сопротивление бетона осевому растяжению, назначаемое по СНиП 2.03.01-84, МПа;

bср - среднеарифметическое параметров верхнего и нижнего оснований пирамиды, образующейся при продавливании в пределах рабочей высоты h0 сечения ростверка, м;

Rax - расчетное сопротивление поперечной арматуры растяжению при расчете сечений, наклоненных к продольной оси элемента, на действие поперечной силы, МПа;

Fxр - суммарная площадь поперечной арматуры, пересекающей боковые грани пирамиды продавливания, м.

Если условия (52) - (54) не выполняются, то следует снизить расчетную несущую способность анкеров, увеличив их общее количество в сооружении, произвести перерасчет усилия предварительного напряжения анкерной тяги или предусмотреть утолщение плиты ростверка в месте установки анкеров.

2.3.52. Расчет глубины заделки нижнего анкера Za в случае уширения нижней части скважины следует производить по условию

         (55)

где f1   - коэффициент, учитывающий неоднородность грунтов коренных пород f1 = 1,2;

R    - радиус уширения, м;

A1 - параметр;

Ск.у  - сцепление грунта в зоне под уширенной частью скважины, Па;

γср  - средний удельный вес грунта, Н/м3;

r   - радиус скважины, м;

ξ1 = tg2(45° - φк/2);

Z|| = Za - R/tg(45° - φк/2);

φ'к, С'к - соответственно угол трения, град, и сцепление, Па, на контакте грунта с поверхностью свайной части анкерной заделки.

2.3.53. Если закрепление нижнего анкера происходит лишь в результате трения грунта по поверхности свайной заделки, образованной при твердении цементно-песчаного раствора, залитого в скважину до поверхности скольжения оползня, глубину заделки Za следует рассчитывать по формуле

                                     (56)

где T, Q  - параметры квадратного уравнения связи глубины свайной заделки анкера с силами трения и сцепления по контакту заделка - коренные породы;

T = 2πr(γсрξ1tgφ'кHопcosβт + С'к);

Q = πrγсрξ1tgφк.

Если для закрепления нижнего анкера используют цементный раствор, нагнетаемый под давлением, значение r следует принимать равным среднему радиусу закрепления.

2.3.54. Внутренние усилия в сечениях свай в заанкеренных поддерживающих сооружениях определяют для стадии натяжения анкеров от внешнего анкерного усилия (горизонтальной составляющей), а для стадии эксплуатации - от оползневого давления.

2.3.55. Если при расчете прочности сваи в поддерживающем сооружении по материалу окажется, что изгибающий момент от внешних усилий в том или ином сечении превышает момент внутренних сил при максимальном проценте армирования сечения μa = 3 %, то необходимо при неизменном параметре b поддерживающего сооружения уменьшить параметр a, а затем произвести полный расчет сооружения с корректировкой глубины заделки свай в коренные породы.

Если полученная величина параметра a окажется меньше оговоренной в п. 2.3.19, то наиболее целесообразно в этом случае применить для армирования верховой сваи жесткую арматуру из профильной стали. При этом расчет прочности сечения верховой сваи следует производить в соответствии с требованиями Руководства [2].