Embed Size (px)
Citation preview
3
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
К ПРАКТИЧЕСКИМ ЗАНЯТИЯМ
ПО ОСНОВАНИЯМ И ФУНДАМЕНТАМ для студентов специальности
«Мосты и транспортные тоннели»
h
b0
b00'P'M y'
УМВ0.00
hw
Fx'
h1I слой
II слой
hф
Омск-2006
4
Федеральное агентство по образованию
Сибирская государственная автомобильно-дорожная академия (СибАДИ)
Кафедра инженерной геологии, оснований и фундаментов
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
К ПРАКТИЧЕСКИМ ЗАНЯТИЯМ
ПО ОСНОВАНИЯМ И ФУНДАМЕНТАМ
для студентов специальности «Мосты и транспортные тоннели»
Составитель М. Е. Кашицкая
Омск Издательство СибАДИ
2006
5
УДК 624.15 ББК 38.58 М 54
Рецензент канд. техн. наук, доцент В.А.Уткин
Работа одобрена научно-методическим советом специальности 270201
«Мосты и транспортные тоннели» в качестве методических указаний по специальности 270201 «Мосты и транспортные тоннели».
Методические указания к практическим занятиям по дисциплине
«Основания и фундаменты» для студентов специальности 270201«Мосты и траспортные тоннели»/ Сост. М.Е.Кашицкая. − Омск: Изд-во СибАДИ, 2006. – 42 с.
Предназначены для решения задач по проектированию мелкозаложенных фундаментов на естественном основании, определению несущей способности свай, расчёту шпунтового крепления котлованов, выбору оборудования для погружения забивных свай.
Табл. 25. Ил. 9. Библиогр.: 4 назв.
© Составитель М.Е. Кашицкая, 2006
6
Содержание
Введение…………………………………………………………………….......4
Задание №1. Расчет фундамента мелкого заложения под
промежуточную опору
моста.................……........................................................................5
Задание №2. Определение несущей способности буровой сваи
теоретическим
методом………………………………………………………..…… 15
Задание №3. Расчет свободно стоящего металлического шпунтового
крепления стен котлована………………………..………………………. 20
Задание №4. Выбор оборудования для погружения забивных
свай…………………………………………………………………………… 27
Библиографический список………………………………………………..…34 Приложение…………………………………………………………….……..35
7
Введение
Методические указания предназначены для выполнения практических работ по основаниям и фундаментам студентами специальности «Мосты и транспортные тоннели». Они составлены в соответствии с действующими нормативными документами. Цель данных указаний – научить студентов проектировать фундаменты мелкого заложения под мостовую опору, определять несущую способность набивных свай и подбирать оборудование для погружения в грунт забивных свай, рассчитывать шпунтовые ограждения котлованов. В указаниях изложены методики проведения расчетов и даны примеры их решения.
8
Задание №1. Расчет фундамента мелкого заложения
под промежуточную опору моста
Исходные данные Схемы фундаментов
h
b0
b00'P'M y'
УМВ0.00
hw
Fx'
h1I слой
II слой
hф
II слой
I слой
Fy'
M x'
P'a0
a
Рис. 1.1. Фундамент мелкого заложения на местности, покрытой водой
II слой
I слой h1
Fx' hГ
M y'
P' 0'b0
0b
hфh
ПГ0.0
hв
УГВ
a
a0
P'
M x'
Fy'
I слой
II слой
Рис.1.2. Фундамент мелкого заложения на местности, не покрытой водой
Фундамент под опору с размерами а0 и в0 в плане рассчитывается на
нагрузки вдоль и поперек оси моста (табл. 1.1). Грунтовые условия для проектирования фундамента на местности,
покрытой и не покрытой водой, приведены в табл. 1.2.
9
Таблица 1.1 Данные о размерах фундамента и нагрузка
Нагрузки вдоль оси моста Нагрузки поперек оси моста Размеры
опоры, м Постоянные Постоянные + временные Постоянные + временные
№ в
ариа
нта
а0 в0 Рп, кН 'упМ
кН∙м
'хпF ,
кН 'Р , кН
'уM ,
кН∙м
'xF ,
кН
'Р , кН
'xM ,
кН∙м
'уF ,
кН 1 8 3 8500 2050 150 13500 8500 500 13500 16000 1200 2 10 2,5 21600 5500 360 25000 10000 630 25000 12700 980 3 18 8 40200 15700 600 47000 23000 1100 47000 27000 1500 4 14 6 17800 3200 330 26000 7900 480 26000 11000 760 5 12 5 12000 3200 350 18400 7650 450 18400 12000 800 6 16,5 4,5 29000 8700 420 38200 10300 500 38200 20600 1200 7 11,8 3,6 20100 800 330 30500 9500 370 30500 19400 1500 8 22 5,5 33000 10100 640 50000 16000 800 50000 19600 2000 9 9 2,7 9200 4100 250 17000 1200 600 17000 19300 1400
10 20 5 35000 17000 700 42200 25000 900 42200 3000 1500
Требуется: определить проектные размеры фундамента, произвести конструирование и расчет тела фундамента. Методические указания
1. Выбор отметки обреза фундамента: а) на местности, покрытой водой, назначать на 0,5м ниже горизонта
самых низких вод; б) на местности, не покрытой водой, назначать на 10−15м ниже
отметки поверхности грунта. 2. Выбор глубины заложения фундамента:
а) подошву опирать на слой, обладающий более высокой несущей способностью (сравнить данные таблицы), с заглублением в него ≥0,1м;
б) в случае пучинистых грунтов глубину заложения фундамента принимать ≤ hпром + 0,25 м;
в) подошву фундамента заглублять ниже линии размыва на 2,5 м. 3. Высота фундамента hф определяется как разность отметок подошвы
и обреза фундамента. 4. Выбор положения центра подошвы. Центр подошвы определять согласно рис. 1.3 от действия
постоянных нагрузок и её формы.
Таблица 1.2 Данные о грунтовых условиях
Грунтовые условия основания I слой II слой
№ в
ариа
нта
Вы
сота
ме
жен
-но
й во
ды,
м
Глуб
ина
зало
же-
ния
грун
тово
й
воды
, м
Глуб
ина
пром
ер-з
ания
, м
Мощ
ност
ь сл
оя, м
Вид грунта s ,
т/м3 ,
т/м3
е JP JL Вид грунта s ,
т/м3 ,
т/м3
е JP JL
1 2,0 _ 1,5 3,5 Песок мелкий
2,62 1,70 0,65 _ _ Суглинок полутверд.
2,71 1,97 0,55 15 0,20
2 _ 1,2 0,8 2,7 Суглинок мягкоплас.
2,70 1,65 0,70 10 0,60 Суглинок тугопласт.
2,72 1,88 0,63 13 0,37
3 1,0 _ 2,0 4,0 Супесь пластичная
2,66 1,80 0,80 5 0,70 Глина полутвердая
2,75 2,00 0,47 20 0,15
4 1,5 _ 1,0 2,0 Песок пылеватый
2,60 1,75 0,64 _ _ Песок крупный
2,65 1,95 0,72 _ _
5 _ 2,0 1,8 3,0 Суглинок тугопласт.
2,71 1,72 0,75 15 0,30 Глина тугопласт.
2,74 1,93 0,60 22 0,40
6 1,7 _ 1,4 3,4 Супесь пластичная
2,65 1,68 0,69 3 0,40 Песок ср. крупности
2,66 1,85 0,75 _ _
7 2,5 _ 0,9 2,5 Песок мелкий
2,61 1,59 0,57 _ _ Песок крупный
2,64 1,79 0,65 _ _
8 _ 1,0 0,6 1,5 Суглинок мягкоплас.
2,69 1,78 0,62 9 0,55 Глина полутвердая
2,76 2,05 0,50 25 0,10
9 _ 1,5 1,7 3,0 Глина тугопласт.
2,74 1,82 0,55 18 0,35 Глина твердая 2,75 1,90 0,45 19 0,10
10 1,5 1,0 2,9 Суглинок тугопласт.
2,72 1,63 0,58 12 0,45 Песок ср. крупности
2,63 1,78 0,70 _ _
7
2
Рис. 1.3. Схема к определению положения центра подошвы фундамента
5. Приведение нагрузок к центру подошвы фундамента: а) вдоль оси моста
fPhFMMFF фxууxx ''' ; ; б) поперек оси моста
фуххуу hFMMFF ''' ; . 6. Определение размеров подошвы фундамента: а) определение минимальной ширины подошвы фундамента
4,02,0;220min yy CfCbb м; б) расчетное сопротивление грунта при minb
wф hhkbkRR 7,143217,1 210 ( кПа), где R0 – условное сопротивление грунта, кПа, принимаемое по табл. П.1, П.2 в зависимости от вида грунта и его физических характеристик; k1 и k2 – коэффициенты, принимаемые по табл. П.3 в зависимости от вида грунта; b = bmin – минимальная ширина подошвы фундамента, м (при b > 6м принимать b = 6м); ср – средний удельный вес грунта, кН/м3 ( в пределах глубины h принимать без учета взвешивающего действия воды)
21
2211hh
hhср
,
где h2 – глубина заделки фундамента во II слой, м; hw – глубина воды, м, учитываемая в основаниях фундаментов промежуточных опор мостов только для водонепроницаемых глин и суглинков (на местности, не покрытой водой, hw= hb= h-hг);
в) определение поперечного размера (длины) подошвы фундамента
.''
фп
хп
п
уп hPF
PM
f
hф
F'xп
M' yп
P 0'
0
b/2
п
f
b/2
3
bwфпc
y
hhRbMbР
а
//6/ 2'
,
где c – коэффициент условия работы, c =1; п – коэффициент надежности, п =1,4; ф – удельный вес материала фундамента и грунта на его уступах, ф =22,5 кН/м3; b=bmin.
г) проверка достаточности высоты фундамента при развитии фундамента поперек оси моста
,2
0' aaСу
условие фy hC '43,1 .
Если это условие не выполняется, то нужно увеличить b и вновь определить а, пока не удовлетворится условие (г). При этом b не должно превышать bmax из условия наибольшего допустимого развития ширины в продольном направлении
maxmin bbb , где fbhb ф 24,1 0max .
При изменении b необходимо вновь определять R, т.к. оно зависит от b. Если при bmax условие (г) не удовлетворяется, то необходимо
заглублять фундамент, т.е. увеличивать h. Окончательные размеры а и b принимаем кратными 0,3м. 7. Конструирование фундамента: а) определение размеров уступов вдоль оси моста: длина уступов
yлевx Cbfbl 225,0 0 , yправx Cbfbl 225,0 0 ;
высота уступов левxлевx lh 43,1 , правxправx lh 43,1 ;
б) определение размеров уступов поперек оси моста: длина уступов yу Cааl 25,0 0 ; высота уступов уу lh 43,1 ; в) конструирование фундамента.
4
b
а0lу Cy lу
hуhx прав
Cy
hу
lx правCyb0Cylx лев
x лев
а
Рис. 1.4. Схема конструирования фундамента
8.Определение веса фундамента и веса грунта на его уступах: а) вес фундамента
ффсф VG , где с – коэффициент условия работы, с =1,1; Vф – объем фундамента, м3;
ф – удельный вес материала фундамента, ф =24 кН/м3; б) вес грунта на уступах
ГГГ VG , где Г – удельный вес грунта на уступах, qГ (кН/м3); VГ – объем грунта на уступах.
9. Проверка напряжений под подошвой фундамента: а) вдоль оси моста
RWМ
АGGP
y
уГф
1 ,
y
уГф
WМ
АGGP
2 >0,
где А – площадь подошвы фундамента, А = а∙b; Wy – момент
сопротивления подошвы фундамента в направлении оси х, 6
2abWy .
Оценка степени недогруза фундамента
RR
Г)(100 1 % ;
б) поперек оси моста
RWМ
АGGP
х
хГф 2,11
,
5
х
хГф
WМ
АGGP
2 >0,
где Wх − момент сопротивления подошвы фундамента в направлении оси
у, Wх = 6
2ba .
10. Проверка устойчивости фундамента на сдвиг Гвфвпcy GGРF / ,
где фвG – вес фундамента с учетом взвешивающего действия воды,
wффффв VVG 9,0 ; ГвG – вес грунта на уступах с учетом
взвешивающего действия воды, взГГв VG 9,0 ; e
q wsвз
1)(
; –
коэффициент сдвига (трения) материала фундамента по грунту: глины: во влажном состоянии……...0,25 сухие…………………………0,30 суглинки и супеси………………0,30 пески……………………………..0,40 гравийные и галечные грунты….0,50
Пример
Исходные данные
Таблица 1.3 Данные о размерах фундамента и нагрузках
Нагрузки вдоль оси моста Нагрузки поперек оси моста Размеры
опоры, м Постоянные Постоянные +
временные Постоянные +
временные №
варианта
а0 в0 Рп, кН
'упМ ,
кН∙м
'хпF ,
кН
'Р , кН
'уM ,
кН∙м
'xF ,
кН
'Р , кН
'xM ,
кН∙м
'уF ,
кН
1 15,0 4,5
3100
0
1650
0
800
4010
0
2600
0
1800
4010
0
3100
0
1700
Таблица 1.4 Данные о грунтовых условиях
6
1. Отметка обреза фундамента. Так как местность покрыта водой (hw=1,0м), отметку обреза
назначаем ниже УМВ на 0,5 м. 2. Отметка подошвы фундамента:
а) h=h1+0,1=2,0+0,1=2,1м (т.к. более прочным является II слой); б) h=hпром +0,25=1+0,25=1,25м; в) h=2,5м – из условия размыва. Отметку подошвы выбираем по наибольшей глубине h=2,5м – 3,5м.
3. Высота фундамента hф=3,5-0,5=3,0 м. 4. Положение центра подошвы
61,0331000
8003100016500
f м.
5. Нагрузки в центре подошвы фундамента: а) вдоль оси моста
1800xF кН; 693961,0401003180026000 уM кН∙м; б) поперек оси моста
1700уF кН; 361003170031000 хM кН∙м. 6. Размеры подошвы фундамента: а) минимальная ширина подошвы
32,661,023,025,4min b м; б) расчетное сопротивление грунта для песка средней крупности
R0=245 кПа ( табл.П.2 ), k1=0,1м-1, k2=3,0м-1 (табл. П.3);
Грунтовые условия основания
I слой II слой
№ в
ариа
нта
Вы
сота
ме
жен
ной
воды
, hw,
м Гл
убин
а за
лож
ения
гру
нтов
ой в
оды
hГ,
м
Мощ
ност
ь I с
лоя,
м
вид
грун
та
s , т/м3
,
т/м3 е JP JL
вид
грун
та
s ,т/м3
,
т/м3 е JP JL
Глуб
ина
пром
ерза
ния
h про
м, м
1 1,0 0 2,0
супе
сь
2,7 2,0 0,7 6 0,55 П
есок
ср
едне
зерн
исты
й 2,65 2,1 0,6 – – 1
7
32 hk ср =0, т.к. h < 3м; 14,7 hw=0, т.к. грунт является водопроницаемым,
43,596232,61,012457,1 R кПа; в) длина подошвы фундамента
205,25,224,1/43,596132,6/6939632,6/40100 2
а м;
0 вw h , т.к. грунт водопроницаемый, г) проверка достаточности высоты фундамента
5,22
0,1520'
уС м,
575,35,243,1 > фh =3м. Условие не выполняется. Увеличиваем размер b. b=6,9м. Пересчитываем расчетное сопротивление грунта:
585,62029,61,012457,1 R кПа. Пересчитываем длину подошвы фундамента:
1828,175,25,224,1/585,6201
9,6/693969,6/40100 2
а м,
5,12
1518'
уС м,
145,25,143,1 < фh =3м. Условие выполняется. Принимаем b=6,9 м; а=18,0 м. 7. Конструирование фундамента: а) размеры уступов вдоль оси моста
51,13,025,461,029,65,0 левxl м; 29,03,025,461,029,65,0 правxl м;
16,251,143,1 левxh м, 415,029,043,1 правxh м. Принимаем: левxl =1,5м; правxl =0,3м; левxh =2,25м; правxh =0,45м; б) размеры уступов поперек оси моста
2,13,0215185,0 уl м; 72,12,143,1 уh м. Принимаем: уl =1,2м; уh =1,8м. в) конструирование фундамента
8
4,51,5 0,3 0,30,3
1,5 0,45 3,
0
6,9
0,61
0,31,2
1,8
15,0/2
18,0/2
Рис.1.5. Окончательная конструкция фундамента 8. Определение веса фундамента и веса грунта на его уступах:
а) вес фундамента Vф=0,45∙6,9∙18+(1,5-0,45)∙(6,9-0,3)∙18+(18-1,5)∙(4,5+2∙0,3)∙18+
+(3-1,8)∙(4,5+2∙0,3)(15+2∙0,3)=303,642м3
15,801624642,3031,1 фG кН; б) вес грунта на уступах
VГ =6,9∙18∙3-303,642=68,958 м 3 ;
1353958,680,281,9 ГG кН. 9. Проверка напряжений под подошвой фундамента: а) вдоль оси моста
А =18 ∙6,9=124,2 м2; 83,1426
9,618 2
yW м 3 ;
585,62088,44683,142
69392,124
135315,8016401001
R кПа;
72,34958,483,3982 кПа>0; б) поперек оси моста
А =124,2 м2; 6,3726189,6 2
yW м 3 ;
7,7442,119,4956,372
361002,124
135315,8016401001
R кПа.
4,30189,963,3982 >0 . Проверяем степень недогруза
%30%100585,620
88,446585,620
Г
9
1007,744
19,4957,744
Г %=35 % .
10. Проверка устойчивости фундамента на сдвиг 94,357981,9642,30324642,3039,0 фвG кН;
12,106,01
)165,2(81,9
вз кН/м 3 ;
07,62812,10958,689,0 ГвG кН; 42,126594,007,6289,3579401004,1/1 кН;
yF =1700кН<12659,42 кН.
Условие устойчивости выполняется. Задание № 2. Определение несущей способности буровой сваи
теоретическим методом
Исходные данные
Свайный фундамент с высоким ростверком возводится на местности покрытой водой (рис. 2.1). а) б)
Рис. 2.1. Схема к определению несущей способности сваи: а) – грунтовая колонка; б) – ОПР – отметка подошвы ростверка; 1 – уровень общего размыва; 2 − уровень местного размыва; 3 − отметка кровли
второго слоя; lc – длина сваи; dc – диаметр ствола сваи Данные о размерах сваи и высотных отметках приведены в табл. 2.1, в табл. 2.2 – характеристики грунтов основания
10
Таблица 2.1 Данные о размерах свай и высотных отметках
№ вари- Высотные отметки Размеры сваи, м анта ОПР 1 2 3 lс dс
1 4,0 5,0 6,5 17,0 21,0 1,0 2 3,0 5,0 7,0 12,5 18,0 1,5 3 2,5 2,8 3,3 18,3 27,0 1,7 4 3,5 4,0 6,0 20,0 22,5 2,0 5 4,0 4,9 5,5 15,5 25,0 1,5 6 4,5 5,6 6,2 14,7 15,5 1,0 7 3,6 4,2 5,0 21,5 25,0 2,0 8 2,8 3,5 4,0 10,8 16,5 1,7 9 4,2 4,5 5,1 13,6 19,0 1,5
10 3,2 3,7 4,6 20,6 30,0 2,0
Таблица 2.2
Варианты грунтовых условий
Грунты основания I слой II слой
№ в
ариа
нта
Вид грунта
JL ц, град
гI , кН/м3
Вид грунта
JL ц, град
гI , кН/м3
1 Песок пылеватый _ 28 8,9 Суглинок полутв. 0,15 _ 19,2
2 Супесь пластич. 0,55 _ 10,3 Глина тугопласт. 0,30 _ 10,1
3 Песок мелкий _ 29 11,5 Песок ср. круп-ности _ 33 10,9
4 Песок средней крупности _ 32 9,7 Суглинок
тугопластичный 0,20 _ 11,5
5 Суглинок мягкопластичный 0,45 _ 10,0 Суглинок твердый -0,1 _ 18,7
6 Песок пылеватый _ 25 11,0 Супесь пластич. 0,20 _ 9,8
7 Глина тугопластичная 0,30 _ 10,5 Глина полутвердая 0,10 _ 20,0
8 Супесь пластич. 0,60 _ 9,5 Песок крупный _ 35 11,9
9 Глина мягкопластичная 0,60 _ 10,6 Суглинок
тугопластичный 0,40 _ 10,5
10 Песок мелкий _ 33 9,2 Песок крупный _ 37 11,0
Требуется: определить несущую способность висячей буровой сваи по грунту основания теоретическим методом в соответствии со СНиП 2.02.03 – 85. «Свайные фундаменты». Методические указания
11
Несущая способность Fd , кН, буровой сваи определяется по формуле
Fd = гc( гcR∙∙R∙A + U У гcf fi hi), ( 2.1) где гc – коэффициент условий работы сваи, гc = 1; гcR – коэффициент условий работы грунта под нижним концом сваи, гcR = 1; R – расчетное сопротивление грунта под нижним концом сваи, кПа, принимаемое для пылевато-глинистых грунтов по табл. П.4 и по формуле (2.2) для песчаных грунтов; А – площадь опирания сваи, м2; U – периметр поперечного сечения ствола сваи, м; гcf – коэффициент условий работы грунта на боковой поверхности сваи, принимаемый по табл. П.6; fi – расчетное сопротивление i-го слоя грунта на боковой поверхности ствола сваи, кПа, принимаемое по табл. П.5; hi – толщина i- го слоя грунта, соприкасающегося с боковой поверхностью грунта, м. Глубину погружения нижнего конца сваи и среднюю глубину расположения слоя грунта ( табл. 2.1 и 2.2 ) в водоеме следует принимать от уровня дна после общего размыва. Расчетное сопротивление R грунта под нижним концом сваи для песчаных грунтов
R = 0,75б4 ( б1 гI′ d + б2 б3 гI h ), ( 2.2 )
где б1 ,б2 , б3 , б4 – безразмерные коэффициенты, принимаемые по табл. П.7 в зависимости от расчетного значения угла внутреннего трения; гI
′ − расчетное значение удельного веса грунта, кН/м3, в основании сваи ( при водонасыщенных грунтах с учетом взвешивающего действия воды); гI – осредненное ( по слоям ) расчетное значение удельного веса грунтов, кН/м3, расположенных выше нижнего конца сваи ( при водонасыщенных грунтах с учетом взвешивающего действия воды ); d – диаметр буровой сваи, м, d= dс; h – глубина заложения нижнего конца сваи, отсчитываемая от дна водоема после общего размыва, м. На элементарные слои толщиной hi ≤ 2 м разбивают грунт боковой поверхности сваи от уровня местного размыва до нижнего конца сваи.
Пример Исходные данные Размеры сваи: lс = 20 м; dс = 1,7 м.
Грунты: І слой – супесь JL = 0,5; гI1 = 10,5 кН/м3.
12
ІІ слой – песок средней крупности ц = 330; гI2 = 11,2 кН/м3. Рис. 2.2. Схема расположения сваи в грунте
1. Отметка нижнего конца сваи -3,5 + ( -20 ) = -23,5.
2. Глубина заложения нижнего конца сваи h = | -23,5 – ( -4,5 )| = 19 м.
3. Осредненный удельный вес грунта. Осредненный удельный вес определяем в пределах от УМР до нижнего конца сваи
срI = ( 10,5 · 11 + 11,2 · 8 )/ 19 = 10,79 кН/м3.
4. Коэффициенты б по табл. П.7. Для грунтов с ц = 330 : б1 = 48,6 , б2 = 87,6
при 7,1
19dh 11,2 3 = 0,74; при dc = 1,7 4 = 0,236.
5. Расчетное сопротивление грунта под нижним концом сваи R = 0,75·0,236 ( 48,6 · 10,79 · 1,7 + 87,6 · 0,74 · 11,2 · 19 ) = 2599,43 кПа.
6. Расчетное сопротивление грунта по боковой поверхности сваи (табл. 2.3). Разбиваем боковую поверхность сваи от отметки -6,0 до -23,5 на элементарные слои.
13
Рис.2.3. Схема к определению несущей способности сваи
Таблица 2.3
Промежуточный расчёт несущей способности сваи по боковой поверхности
Наименование слоя грунта
hi di fi гcf гcf fi hi
1 2 3 4 5 6
2,0 2,5 18,5 0,6 22,2
2,0 4,5 23 0,6 27,6
Супесь JL = 0,5 2,0 6,5 25,25 0,6 30,3
2,0 8,5 26,25 0,6 31,5
1,5 10,25 27,05 0,6 24,35
2,0 12,0 67,8 0,6 81,36
Песок средней 2,0 14,0 70,6 0,6 87,72
крупности 2,0 16,0 73,4 0,6 88,08
2,0 18,0 76,2 0,6 91,44
У гс f f ihi=484,55кН/м
7. Несущая способность сваи по грунту. А = рd2 / 4 = 3,14 · 1,72 / 4 = 2,27 м 2 ; U = рd = 3,14 · 1,7 = 5,338 м; Fd = 1 ( 1 · 2599,43 · 2,27 + 5,338 · 484,55 ) = 8487,23 кН.
14
Задание № 3. Расчет свободно стоящего металлического шпунтового крепления стен котлована
Исходные данные
Котлован глубиной Hк расположен на местности, не покрытой водой. Высота грунтовой воды над уровнем дна котлована hw (табл. 3.1).Выше дна котлована залегают несвязные грунты, ниже дна – связные, являющиеся водоупором (табл.3.2). На поверхности действует распределенная нагрузка q (табл.3.1). Схема котлована и грунтовая колонка показаны на рис. 3.1.
Таблица 3.1
Данные о глубине котлована, высоте воды и действующей нагрузке
№ варианта 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Глубина котлована Нк
, м 3,0 5,0 4,0 2,8 4,8 3,5 4,5 5,2 2,5 5,5
Высота воды hw, м 1,5 3,0 2,0 1,6 2,8 2,5 3,5 2,7 1,0 4,0 Нагрузка q, кПа 8 10 14 12 10 15 16 12 11 13
Таблица 3.2 Варианты характеристик грунта
Физико-механические показатели грунта I слой II слой
№ варианта 1I ,
кН/м3 1I ,
град 1I
вз , кН/м3
'1I
град 2I ,
кН/м3 2I ,
град 2IC ,
кПа
1 18,0 30 10,5 24 20,3 12 35 2 17,5 28 11,2 20 19,5 15 27 3 16,9 32 9,8 26 19,8 20 18 4 18,2 25 12,0 19 18,7 18 25 5 17,0 29 9,5 25 20,0 23 25 6 16,7 31 10,6 27 19,2 25 20 7 18,3 34 10,3 28 18,9 19 30 8 17,7 33 11,5 29 19,4 10 36 9 16,5 26 10,7 18 20,5 14 29 10 17,2 36 10,0 30 18,5 22 19
а) б)
15
Нк
h
hw
УГВ
q
вз
.
/
Рис. 3.1. Схема котлована (а) и грунтовая колонка (б)
Требуется: определить сечение шпунта и глубину его забивки ниже
дна котлована.
Методические указания
Для расчета шпунтового ограждения необходимо определить давление грунта с наружной и внутренней сторон ограждения. Давление грунта, обусловленное его внутренним трением: активное давление aвa pp ; пассивное давление пвп pp . Вертикальное давление на данном уровне рв определяется суммированием давлений от собственного веса вышележащих слоев грунта и давления воды
ww
п
iiiIв hhp
1.
Коэффициенты активного и пассивного давлений грунта вычисляются по формулам
)2
45(0
02 Ia tg
;
16
)2
45(0
02 Iп tg
.
Для связных грунтов активное давление снижается на величину IIaIac cp tg/)1( ,
а пассивное сопротивление грунта повышается на величину IпIпc cp tg/)1( .
В однородном связном грунте при Рас>Рац ограждение в пределах ho не испытывает давление грунта.
Величина h0=( Рас – Рац)/(гI ла). Наибольшее значение давления воды вычисляется как
www hр , где w – удельный вес воды, 9,81 кН/м3; hw – разность уровней воды вне и внутри ограждения. При наличии в основании связного водонепроницаемого грунта расчет шпунта выполняют по двум расчетным схемам: I схема – ниже кровли связного грунта с наружной стороны ограждения учитывается активное давление грунта и не учитывается давление воды. Давление воды на кровле водоупора принимают равным
'wwh ( '
wh – высота воды над водоупором); II схема – ниже кровли водоупора с наружной стороны ограждения учитывается давление воды в пределах глубины образования зазора hп = (0,5…0,6) h, активное давление грунта водоупора не учитывается. После определения давлений строят их эпюры. Минимальную глубину h забивки шпунта (считая от дна котлована) по условию обеспечения устойчивости стенки против опрокидывания определяют исходя из равенства
na MmM 0 , где Ма – момент всех активных (опрокидывающих) сил; Мп – момент пассивных (удерживающих) сил; m0 – коэффициент условий работы, m0 = 0,8. Из двух значений h, установленных по обеим схемам, принимают наибольшее. Полную глубину погружения шпунта принимают на 20 % больше минимальной h'=1,2h. Расчет шпунта на прочность производят на максимальный изгибающий момент в стенке Mmax в сечении с Qz=0. Профиль стального шпунта, обеспечивающий прочность ограждения, подбирают по моменту сопротивления 1м стенки в плане (табл. П.8)
yRMW /max ,
17
где Ry – расчетное сопротивление стали, Ry=205 мПа.
Пример
Исходные данные
1. Расчет коэффициентов активного и пассивного давлений грунта:
Нк=4 м
h
H=2,5 мW
УГВ
q=10 кПа
=18,5кН/м
=32
=10,5кН/м
=30
=20 кН/м
=16
=15 кПа
Рис. 3.2. Схема котлована и грунтовая колонка
31,02
3245tg0
021
a ;
33,02
3045tg0
021
/
a ;
57,02
1645tg0
022
а ;
76,12
1645tg0
022
п .
2. Определение давления грунта на шпунтовую стенку: активное давление:
1) на уровне поверхности грунта 1,331,01011 agp (кПа);
2) на уровне поверхности грунтовой воды с учетом характеристик грунта I слоя в сухом состоянии
18
7,1131,0)5,24(5,1810)( 112 аwкI hHgp (кПа); 3) на уровне поверхности грунтовой воды с учетом характеристик
грунта I слоя в водонасыщенном состоянии 46,1233,05,15,1810)( 1
/13 аwкI hHgp (кПа);
4) на уровне дна котлована с учетом характеристик грунта I слоя
; кПа12,2133,05,25,105,15,1810
)( 1/
114
аwвзIwкI hhHgp
5) на уровне дна котлована с учетом характеристик грунта II слоя //5
/55 ррp ;
составляющая за счет внутреннего трения
; кПа48,3657,05,25,105,15,1810
)( 211/5
аwвзIwкI hhHgp
составляющая за счет сцепления ; кПа49,2216tg/)57,01(15tg/1 222
//5 IаIСp
; кПа99,1349,2248,365 p 6) на глубине h ниже дна котлована
;кПа)4,1199,1357,02099,132256 hhhрp аI пассивное давление:
1) на уровне дна котлована ; кПа76,3916tg/)176,1(15tg/1 2227 IаIСp
2) на глубине h ниже дна котлована hhhрp ПI 2,3576,3976,12076,392278 (кПа).
3. Определение давления воды на шпунтовую стенку: 1) на уровне дна котлована
кПа;53,245,281,91 www hp 2) на глубине hП ниже дна котлована примем hП =0,5h.
. кПа)(91,453,245,081,953,2481,912 hhhрp Пww 4. Построение эпюр давлений на шпунтовую стенку.
19
5. Определение глубины забивки шпунта ниже дна котлована.
Сумма моментов всех сил относительно точки поворота О: 0 nао mMММ , mо=0,8.
I схема:
20
,03
2,355,08,0
276,398,0
35,25,253,245,0
34,115,0
299,13
35,25,246,1212,215,0
25,25,246,12
5,235,15,11,37,115,05,2
25,15,11,3
hhh
hhhhhh
hhhh
hhМо
м.78,4,097,10774,8391,879,2 23
hhhh
II схема:
,03
2,355,08,02
76,398,0
325,091,45,0
435,053,24
35,25,253,245,0
35,25,246,1212,215,0
25,25,246,12
5,235,15,11,37,115,05,2
25,15,11,3
hhhhh
hhhhhh
hh
hhМ о
м.48,4,097,10774,83704,6872,3 23
hhhh
Полную глубину погружения шпунта определяем по схеме I, т.к. h(I) >h(II). h/=1,2∙h=1,2∙4,78=5,74 м .
6. Определение положения опасного сечения в шпунтовой стенке. Qz=0. Положение опасного сечения определяем по I схеме Qz= 3,1∙1,5+0,5(11,7-3,1)1,5+12,46∙2,5+0,5(21,12-12,46)2,5+0,5∙24,53∙2,5+ +13,99z+0,5∙11,4z∙z–0,8∙39,76∙z–0,8∙0,5∙35,2z2=0, 8,38z2+17,818z–83,7375=0, z=2,27м. 7. Расчет максимального изгибающего момента в шпунтовой стенке. Ммах = –2,79∙2,273–8,91∙2,272+83,74∙2,27+107,97=219,513 кН. 8. Определение момента сопротивления 1м шпунтовой стенки.
21
36
см8,1070205000
10513,219
xW .
По табл. П.8 принимаем шпунт зетовый ШД–5 с моментом сопротивления Wx=1256 см.3
Задание № 4. Выбор оборудования для погружения забивных свай
Забивка свай молотом
Исходные данные
Свая сплошного сечения массой mc и стороной сечения dc погружается в глинистые грунты трубчатым дизель-молотом (табл.4.1). Там же приведены значения несущей способности сваи Fd, расчетной вертикальной нагрузки на сваю N и контрольного остаточного отказа Sa. Масса наголовника для всех свай принята mc = 0,5 т.
Требуется: подобрать марку молота, необходимого для погружения сваи до проектной отметки. Методические указания
Подбор молота для забивки свай осуществляется по четырем условиям (приложение 5 СНиП 3.02.01 - 87). Условие первое. Энергия удара молота Еh, кДж, необходимая для достижения проектной расчетной вертикальной нагрузки на сваю N, кН, должна быть не менее
Еh ≥ 0,045 N . (4.1) При забивке наклонных свай Еh определяют с учетом повышающего
коэффициента, значения которого принимают равными 1,1; 1,15 и 1,25; для свай с наклонами − соответственно 5:1; 4:1 и 3:1. Условие второе. Выбираемый тип молота должен удовлетворять условию
dEmmm
K 321 , (4.2)
где К – коэффициент применимости молота, принимаемый по табл. П.10; m1, m2, m3 – соответственно масса молота, сваи с наголовником и подбабка (если он применяется), т; Еd – расчетная (паспортная) энергия удара молота, кДж (см. табл. П. 9).
Таблица 4.1
22
Данные о погружаемой свае, действующих нагрузках и контрольном отказе
№ варианта dc, м mc, т Fd, кН N, кН Sa, м 1 0,3 3,4 1750 983 0,0008 2 0,35 7,7 2800 1530 0,0011 3 0,40 6,4 1200 750 0,0009 4 0,3 4,5 2500 1390 0,0010 5 0,35 3,1 1260 790 0,0007 6 0,4 10,0 3270 1750 0,0006 7 0,3 2,7 1500 830 0,001 8 0,35 4,3 1000 670 0,0012 9 0,4 6,0 2340 1290 0,0008
10 0,3 3,8 1950 1160 0,0007 11 0,35 4,9 2180 1260 0,0011 12 0,4 8,0 3000 1680 0,0008 13 0,3 4,1 1430 790 0,0009 14 0,35 5,2 1850 1100 0,0010 15 0,4 7,2 2390 1380 0,0015 16 0,3 5,6 2520 1570 0,0008 17 0,35 6,7 1710 1000 0,0012 18 0,4 4,0 1350 810 0,0007 19 0,35 6,1 2900 1670 0,0010 20 0,4 4,8 2180 1300 0,0011
Условие третье. Для избежания применения подмыва или бурения лидерных скважин значение необходимой энергии удара молота, обеспечивающей погружение свай до проектной отметки без дополнительных мероприятий, следует определять по формуле
Еh ≥
4
2
mm
nBt
hF ii , (4.3)
где Fi – несущая способность сваи в пределах i-го слоя грунта, кН. Для последнего слоя несущую способность принимают как за счет сил
трения по боковой поверхности сваи, так и по сопротивлению грунта под ее подошвой;
hi – толщина i-го слоя грунта, м; B – число ударов молота, уд./мин, для трубчатых молотов всех типов (табл. П.9) можно принять B = 42 уд./мин; t – чистое время, затраченное на погружение сваи.
По СНиП 3.02.01 - 87 произведение B∙t, т.е. общее число ударов, необходимое для погружения сваи, рекомендуется принимать не более 500. При этом t = 500 : 42 = 12 мин. Практически это справедливо для маломощных свай сечением до 400 x 400 мм. Для более мощных свай, например диаметром 800 мм, чистое время забивки будет в несколько раз больше. В первом приближении его можно принять до 30 мин; n – параметр, принимаемый 5,5 для трубчатых и 4,5 для штанговых дизель - молотов; т4 – масса ударной части молота, т.
23
Условие четвертое. В зависимости от расчетной энергии удара Еd выбранного молота и несущей способности сваи Fd значение контрольного остаточного отказа Sa от одного удара при последнем (контрольном) залоге в 10 ударов при добивке железобетонных и стальных свай длиной не более 25 м должно удовлетворять условию
Sa ≤
321
321 2.0mmm
mmmAFF
AE
dd
d
, (4.4)
где з – коэффициент материала сваи, принимаемый для железобетонных свай с наголовником, равным 1500 кН/м2; деревянных – 1000 кН/м2; стальных – 5000 кН/м2; А – площадь поперечного сечения сваи, м2, ограниченная наружным контуром независимо от наличия или отсутствия у сваи полости и остриг.
Удовлетворяющий всем четырем условиям принятый тип молота и высота падения его ударной части должны быть дополнительно проверены на максимальные сжимающиеся напряжения, появляющиеся в свае при ее забивке.
Пример
Исходные данные
Свая сплошного сечения квадратная: масса сваи mc = 10,0 т; размер стороны сечения dc = 0,4 м; масса наголовника mН = 0,5 т; несущая способность сваи Fd = 2500 кН; расчетная вертикальная нагрузка на сваю N = 1350 кН; контрольный остаточный отказ сваи Sa = 0,001 м. 1. По условию первому определяем требуемую энергию удара молота
Eh = 0,045, N = 0,045 · 1350 = 60,75 кДж. По табл. П.9 выбираем молот С-1047А с энергией удара Еd 61,8 кДж.
2. По условию второму проверяем выбранный молот: масса молота m1 = 5,8 т; масса сваи с наголовником m2 = 10+0,5=10,5 т; масса подбабка m3 = 0.
26,08,61
5,108,5321
dEmmm
.
По табл. П.10 определяем коэффициент применимости молота K : K = 0,6 т/кДж – для трубчатых дизель-молотов при материале сваи – железобетон.
24
0,6 > 0,26. Условие выполняется.
3. По условию третьему устанавливаем необходимость примене-
ния подмыва или бурения лидерных скважин: при погружении сваи до проектной отметки ∑Fi hi = Fd; общее число ударов B ∙ t = 500; параметр для трубчатых дизель-молотов n = 5,5; масса ударной части молота m4 = 2,5 т.
5,485,25,105,5
5002500
4
2
mm
nBt
hF ii кДж,
60,75 кДж > 48,5 кДж. Условие выполняется, дополнительные мероприятия для погружения сваи не требуется.
4. По условию четвертому проверяем отказ сваи: коэффициент материала сваи з = 1500 кН/м2, площадь поперечного сечения сваи A = 0,4 х 0,4 = 0,16 м2.
321321 2.0
mmmmmm
AFFAE
ddd
=
= 00105,05,108,5
5,102,08,516,0150025002500
8,6116,01500
м,
Sa = 0,001 м. 0,001 м < 0,00105 м. Условие выполняется:
Принимаем трубчатый дизель-молот С-1047А.
Вибропогружение свай
Исходные данные
Сваю-оболочку диаметром d и длиной l (см. табл.4.2) необходимо погрузить в нескальный грунт (табл.4.3). Масса сваи с наголовником mc, несущая способность сваи по грунту Fd приведены в табл. 4.2 и 4.3. В табл. 4.3 также приведен вид грунта основания.
Таблица 4.2 Данные о размере и массе сваи
№ варианта 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Диаметр сваи d,
м 1,2 3,0 1,2 1,6 1,6 1,2 1,2 3,0 1,6 3,0
Длина сваи l, м 25 16 14 24 28 12 18 30 20 20
25
Масса сваи mc, тс 26 43 15 33 39 12 18 81 28 54
Требуется: подобрать тип вибропогружателя для погружения свай в нескальный грунт. Таблица 4.3
Данные о несущей способности сваи и грунтах основания
№ варианта 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Несущая способность
сваи F d ,кН 55
00
3500
4000
2700
3800
3000
4500
5000
2900
3100
Вид грунта
Пес
ок м
елки
й пл
отны
й
Суг
лино
к ту
гопл
асти
чны
й J L
=0,4
Пес
ок с
редн
ей к
рупн
ости
пл
отны
й
Пес
ок м
елки
й ры
хлый
Глин
а ту
гопл
асти
чная
J=
0,3
Суг
лино
к мя
гкоп
ласт
ичны
й J L
=0,7
Пес
ок с
редн
ей к
рупн
ости
пл
отны
й
Пес
ок к
рупн
ый, с
редн
ей
плот
ност
и, в
лаж
ный
Глин
а мя
гкоп
ласт
ична
я
J L=0
,6
Пес
ок п
ыле
ваты
й ры
хлый
Методические указания
Рекомендуемые вибропогружатели. Вибропогружатель ВРП-15/60 предназначен для погружения
призматических ж/б свай сечением до 0,4х0,4 м и круглых ж/б и стальных свай d от 0,4 до 0,63 м. При погружении стальных труб с открытым концом их d может быть до 1,2 м.
Вибропогружатель средней мощности ВРП-30/132 предназначен для погружения ж/б свай d от 0,4 до 0,8 м и стальных труб с открытым концом и выемкой грунта из полости d до 1,42 м.
Вибропогружатель большой мощности ВРП-70/200 предназначен для погружения ж/б и стальных свай.
Вибропогружатель ВПМ-170. Предназначен для погружения железобетонных свай-оболочек диаметром 1,2–1,6 м на глубину до 30 м. Для погружения стальных и железобетонных свай-оболочек диаметром до 3 м могут быть применены два спаренных ВПМ-170, работающих синхронно на одном наголовнике. ВПМ-170 также широко применяется для погружения тяжелого железобетонного шпунта при строительстве причальных и берегоукрепительных стен. Вибропогружатель ВУ-1,6 предназначен для погружения железобетонных свай-оболочек диаметром 1,6 м и стальных труб диаметром до 2 м массой до 50 т на глубину до 25 м
26
в нескальные грунты с одновременной разработкой грунта в полостях оболочек и выдачей его через центральное отверстие диаметром 1,4 м в корпусе вибропогружателя. Это преимущество ВУ-1,6 использовано в конструкции вибропогружателя нового поколения – ВП-52Б, предназначенного для погружения железобетонных и стальных свай-оболочек диаметром в диапазоне от 1,5 до 3 м.
При выборе типа вибропогружателя необходимо руководствоваться следующей методикой.
Предварительно тип сваи назначают в соответствии с вышеизложенными рекомендациями.
Значение необходимой вынуждающей силы вибропогружателя Ph, кН, определяют по формуле
S
kh K
ggNP 218,2
,
где Ph ≥ 1,3 (g1 + g2 ) – при погружении с извлечением грунта из полости сваи-оболочек;
Ph ≥ 2,5 (g1 + g2 ) – при погружении полых свай без извлечения грунта. По принятой необходимой вынуждающей силе следует выбрать тот
вибропогружатель наименьшей мощности, у которого статический момент массы дебалансов Km (или промежуточное значение Km для вибропогружателя с регулируемыми параметрами) удовлетворяет условию
Km ≥ ( m1 + m2 ) Ah . При использовании спаренных вибропогружателей их момент
дебалансов и собственные массы суммируют, где Ph – необходимая вынуждающая сила вибропогружателя, кН;
гk – коэффициент надежности по грунту, принимаемый равным 1,4 или по п.3.10 СНиП 2.02.03 – 85; g1 – вес вибропогружателя, кН; g2 – вес сваи с наголовником, кН; KS – коэффициент снижения бокового сопротивления грунта во время вибропогружения, принимаемый по табл. П.12, П.13; Km – статический момент массы дебалансов, т · см, принимаемый по табл. 7; m1 – масса вибропогружателя, т; m2 – масса сваи с наголовником, т; Ah – необходимая амплитуда колебаний при отсутствии сопротив- лений грунта, см, принимаемый по табл. П.14; Fd – расчетная несущая способность сваи по грунту, кН (Fd = гk N ).
Пример
Исходные данные
27
Сваю-оболочку диаметром d = 1,2 м и длиной l = 20 м необходимо погрузить в пески мелкие, средней плотности, влажные. Несущая способность сваи по грунту Fd = 2500 кН. Свая погружается с извлечением грунта из полости.
Для сваи данных размеров предварительно назначаем вибропогружатель ВРП – 70/20 массой.
1. Определяем вес сваи и вибропогружателя:
g1 = m1 · g = 14 · 9,81 = 137,34 кН; g2 = m2 · g = 14 · 9,81 = 137,34 кН;
где m1 – масса вибропогружателя ( табл. П.11), m2 – масса сваи с наголовником.
2. Определяем значение необходимой вынуждающей силы вибропогружателя:
59,2522,6
2,19634,1378,225008,2 21
S
Kh K
ggNP
кН,
где гK N = Fd – несущая способность сваи; KS – коэффициент снижения бокового сопротивления грунта (табл. П.12; для глинистых грунтов табл. П.13); Ph – вынуждающая сила. Так как свая погружается с извлечением грунта
Ph = 1,3 ( g1 + g2 ) = 1,3 ( 137,34 + 196,2 ) = 433,6 кН, 433,6 кН > 252,59 кН, условие выполняется.
3. Проверяем статический момент массы дебалансов Km:
Km ≥ ( m1 + m2 ) An, где Km = 700 кг · м = 70 т · см ( табл. П.11 ), An – необходимая амплитуда колебаний ( табл.П.14 );
( m1 + m2 ) An = ( 14 + 20 ) · 1,0 = 34 т · см, 70 т · см > 34 т · см,
условие выполняется. Окончательно принимаем вибропогружатель ВРП – 70/20.
28
Библиографический список
1. Костерин Э.В. Основания и фундаменты. − М.: Высшая школа, 1990. 2. СНиП 2.05.03-84*. «Мосты и трубы». 3. СНиП 2.02.03-85. Свайные фундаменты.
4. СНиП 3.02.01-87. «Земляные сооружения, основания и фундаменты».
29
ПРИЛОЖЕНИЕ
Таблица П.1 Условное сопротивление R 0 глинистых (непросадочных) грунтов основания
(извлечение из табл.1 прил. 24 СНиП 2.05.03-84)
Примечания:1. Для промежуточных значений J p и e условное сопротивление R 0 определяется по
интерполяции. 2. При значениях числа пластичности J p в пределах 5-10 и 15-20 следует принимать средние значения
R 0 , приведённые в прил.3 соответственно для супесей, суглинков и глин.
Таблица П.2 Условное сопротивление R 0 песчаных грунтов
(извлечение из табл.2 прил.24 СНиП 2.05.03-84)
Таблица П.3
Условное сопротивление R0 глинистых грунтов, кПа, в зависимости от показателя текучести IL
Грунты Коэффициент порис-
тости е
0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,5 343 294 245 196 147 98 _ Супеси при Ip≤ 5 0,7 294 245 196 147 98 — — 0,5 392 343 294 245 196 147 98 0,7 343 294 245 196 147 98 – Суглинки при
10≤ Ip ≤15 1,0 294 245 196 147 98 – – 0,5 588 441 343 294 245 196 147 0,6 490 343 294 245 196 147 98 0,8 392 294 245 196 147 98 – Глины при Ip ≤ 20
1,1 294 245 196 147 98 – –
Песчаные грунты и их влажности Условное сопротивление
R0 грунтов средней плотности, кПа
Гравелистые и крупные независимо от их влажности 343
Средней крупности: маловлажные 294
влажные и насыщенные водой 245 Мелкие:
маловлажные 196 влажные и насыщенные водой 147
Пылеватые: маловлажные 196 влажные 147 насыщенные водой 98
30
Коэффициенты К1 , м 1 и К 2 , м 1 (извлечение из табл. 4 прил. 24 СНиП 2.05.03-84)
Таблица П.4
Расчётные сопротивления R под нижним концом сваи (извлечение из табл.7 СНиП 2.02.03-85)
Примечания: 1. В числителе приведены данные для песчаных грунтов, в знаменателе – для
глинистых. 2. Для плотных песков значения увеличивают в 1,6 раза, а при определении степени плотности статическим зондированием – в 2 раза, но не более чем до 20 000 кПа.
Таблица П.5
Грунт Коэффициенты k1, м-1 k2
Гравий, галька, песок гравелистый, крупный и средней крупности Песок мелкий Песок пылеватый, супесь Суглинок и глина твердые и полутвердые То же, тугопластичные и мягкопластичные
0,1
0,08 0,06 0,04 0,02
3,0
2,5 2,0 2,0 1,5
Расчетные сопротивления под нижним концом забивной сваи R, кПа
песчаных грунтов средней плотности гравели-
стых крупных – средней крупности мелких пылева-
тых –
глинистых грунтов при показателе текучести IL, равном
Глубина погружения
нижнего конца сваи, м
0 0,1 0.2 0,3 0,4 0,5 0,6
4 5 7
10
15
20
25 30 35
8 300
8 800
9 700
10 500
11 700
12 600
13 400 14 200 15 000
6 800 5 100 7 000 6 200 7 300 6 900 7 700 7 300 8 200 7 500 8 500
9 000 9 500
10 000
3 800
4 000
4 300
5 000
5 600
6 200
6 800 7 400 8 000
3 200 2 500 3 400 2 800 3 700 3 300 4 000 3 500 4 400 4 000 4 800 4 500 5 200 5 600 6 000
2 100 1 600 2 200 2 000 2 400 2 200 2 600 2 400 2 900
3 200
3 500 3 800 4 100
1 250
1 300
1 400
1 500
1 650
1 800
1 950 2 100 2 250
700
800
850
900
1 000
1 100
1 200 1 300 1 400
31
Расчётные сопротивления f на боковой поверхности сваи (извлечение из табл.2 СНиП 2.02.03-85).
Примечание. Для плотных песков значения f увеличиваются на 30 %.
Таблица П.6
Коэффициенты условий работы грунта (извлечение из табл.5 СНиП 2.02.03-85)
Окончание табл. П.6
Расчетное сопротивление по боковой поверхности свай и столбов f, кПа
песчаных грунтов средней плотности крупных и
средней крупности
мелких пыле-ватых — — — — — —
глинистых грунтов при показателе текучести IL, равном
Средняя глубина
расположения слоя
грунта, м
0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0
1 35 23 15 12 8 4 4 3 2 2 42 30 21 17 12 7 5 4 4 3 48 35 25 20 14 8 7 6 5 4 53 38 27 22 16 9 8 7 5 5 56 40 29 24 17 10 8 7 6 6 58 42 31 25 18 10 8 7 6 8 62 44 33 26 19 10 8 7 6 10 65 46 34 27 19 10 8 7 6 15 72 51 38 28 20 11 8 7 6 20 79 56 41 30 20 12 8 7 6 25 86 61 44 32 20 12 8 7 6 30 93 66 47 34 21 12 9 8 7 35 100 70 50 36 22 13 9 8 7
Коэффициент условий работы сваи γcf Сваи и способы их устройства в песках
в супесях
в суглинках
в глинах
1 2 3 4 5 1. Набивные по п.2.5а при забивке инвентарной трубы с наконечником 2. Набивные виброштампованные 3. Буровые, в том числе с уширением, бетонируемые: а) при отсутствии воды в скважине (сухим способом), а также при использовании обсадных инвентарных труб б) под водой или под глинистым раствором в) жесткими бетонными смесями, укладываемыми с помощью глубинной вибрации (сухим способом)
0,8
0,9
0,7
0,6 0,8
0,8
0,9
0,7
0,6 0,8
0,8
0,9
0,7
0,6 0,8
0,7
0,9
0,6
0,6 0,7
32
Таблица П.7
Коэффициенты α1 , α 2 , α3 , α 4 ( извлечение из табл. 6 СНиП 2.02.03-85)
Примечание. Для промежуточных значений φI, h/d и d значения коэффициентов α1, α2, α3 , α4 определяются интерполяцией.
Таблица П.8
1 2 3 4 5 4. Буронабивные, полые круглые,
устраиваемые при отсутствии воды с помощью вибросердечника
5. Сваи-оболочки, погружаемые вибрированием с выемкой грунта 6.Сваи-столбы 7.Буроинъекционные, изготовляемые под защитой обсадных труб или бетонитового раствора с опрессовкой давлением 200─400 кПа (2─4 атм)
0,8
1,0
0,7
0,9
0,8
0,9
0,7
0,8
0,8
0,7
0,7
0,8
0,7
0,6
0,6
0,8
Коэффициенты Расчетные значения угла внутреннего трения грунта φ1, град 23 25 27 29 31 33 35 37 39
α1 α2
9,5 18,6
12,6 24,8
17,3 32,8
24,4 45,5
34,6 64,0
48,6 87,6
71,3 127,0
108,0 185,0
163,0 260,0
α3 при dh
,
равном, м: 4,0 5,0 7,5
10,0 12,5 15,0 17,5 20,0 22,5
25,0 и более
0,78 0,75 0,68 0,62 0,58 0,55 0,51 0,49 0,46 0,44
0,79 0,76 0,70 0,65 0,61 0,58 0,55 0,53 0,51 0,49
0,80 0,77 0,71 0,67 0,68 0,61 0,58 0,57 0,55 0,54
0,82 0,79 0,74 0,70 0,67 0,65 0,62 0,61 0,60 0,59
0,84 0,81 0,76 0,73 0,70 0,68 0,66 0,65 0,64 0,63
0,85 0,82 0,78 0,75 0,73 0,71 0,69 0,68 0,67 0,67
0,85 0,83 0,80 0,77 0,75 0,73 0,72 0,72 0,71 0,70
0,85 0,84 0,82 0,79 0,78 0,75 0,75 0,75 0,74 0,74
0,87 0,85 0,84 0,81 0,80 0,79 0,78 0,78 0,77 0,77
α4 при d, равном, м: 0,8 и менее 4,0
0,34 0,25
0,31 0,24
0,29 0,23
0,27 0,22
0,26 0,21
0,25 0,20
0,24 0,19
0,23 0,18
0,22 0,17
33
Технические характеристики стального шпунта
Профиль шпунта
Условное обозначение
профиля
Площадь поперечного сечения, см 2
Масса 1 м, кг
Момент инерции
сечения, см 4
Момент сопротивления сечения, см 3
Плоский ШП-1 20582
16064
961332
5,188
73
ШП-2
19539
15030
48280
13628
Корытный ШК-1 16064
12550
2992730
402114
ШК-2
18574
14558
104202243
843260
Типа Ларсен Л-4 236
3,94
18574
390004660
2200405
Л-5
3036,127
238100
509436243
2962461
Л-5У
78,28989,144
5,2277,113
7643710160
3555624
Панели шпунтовые
сварные пшс
375,7−688,6 250,5−459,1
295−541 197−360
96500−66600 64300−44400
__________ 3215−11100
Примечание. В числителе приведены характеристики одной шпунтины, в знаменателе ─ 1 п. м шпунтовой стенки при учете совместной работы шпунтовых свай на изгиб.
Таблица П.9 Технические характеристики трубчатых дизель-молотов отечественного производства
Показатели Марки выпускаемых молотов 1 2 3 4 5 6 7
С воздушным охлаждением*
УР-1250 УРБ-1250
С-859А УР-2-1800 УРБ-1800
С-949Б С-954Б С-974Б -
С водяным охлаждением** Масса ударной части, т Масса молота, т Наибольшая потенциальная энергия удара Е, кДж (кгс·м), при вертикальном положении молота
С-995А (СА-75А) 1,25 2,7 36,8 (3750)
С-996А (СП-76А) 1,8 3,9 53 (5400)
С-1047А (СП-77А) 2,5 5,8 73,5 (7500)
С-1048А (СП-78А) 3,5 7,8 103 (10500)
С-54-1 (СП-79А) 5,0 9,55 147 (15000)
СП-84 7,5 16,0 243 (24750)
Окончание табл. П.9
1 2 3 4 5 6 7
34
Расчетная энергия удара Еd, кДж (кгс·м) Высота молота, м Полный ход ударной части, м Число ударов в мин** Ширина направляющих под копер, мм Рекомендуемая масса забиваемых свай, т***
30,4 (3100) 4,4 3,0 43 ─ 55 360 1,5 ─ 4
44,1 (4500) 4,4 3,0 43 – 55 360 2 ─5
61,8 (6300) 5,2 3,2 43 – 55 360 / 625 3 ─7
86,3 (8800) 5,5 3,2 43 – 55 625 4 ─10
123,5 (12600) 5,5 3,2 42 625 5 ─ 15
184,3 (18800) 6,2 3,8 42 625 8 ─22
. * Молоты с воздушным охлаждением выпускают предприятия корпорации «Трансстрой», молоты с водяным охлаждением – Стерлитамакский завод Минтяжмаша СССР. ** Молоты УРБ – быстроходные, с числом ударов до 65 в мин. *** Наибольшие значения массы забиваемых свай относятся к случаям применения подмыва или бурения лидерных скважин.
Таблица П.10 Значения коэффициента применимости молота К
Коэффициент K, кДж, при материале свай: Тип молота
Железобетон Сталь Дерево Трубчатый дизель-молот и паровоздушный двойного действия Штанговый дизель-молот и паровоздушный одиночного действия Простой подвесной
6 5 3
5,5
4
2,5
5
3,5 2
Примечание. При погружении свай любого типа с подмывом, а также свай из стальных труб с открытым нижним концом указанные значения коэффициентов увеличиваются в 1,5 раза
35
Таблица П.11 Техническая характеристика вибропогружателей отечественного производства
Вибропогружатели с регулируемыми параметрами Вибропогружатели с постоянными параметрами
Показатели
ВРП 15/60
ВРП 30/132
ВРП 70/200
ВП-52В ВУ-1,6 ВПМ-170
Статический момент массы дебалансов, кг·м 0-150 0-300 230-700 520 345,6 700
Частота вращения дебалансов, об/мин 0-460 0-520 0-500 250-520 300-498 475-550
Рабочая частота вращения, мин 1 230-460 260-520 240-510 250-500 300-498 475-550
Вынуждающая сила максимальная, кН 348 895 2000 1480 350-960 1250-1700
Эквивалентная расчетная энергия удара вибропогружателя, кДж
150
386
826
610
152-417
543-739
Мощность основного э/двигателя при ПВ-100%, кВт 60
132
200
2x132
2х90
200
Тип регулятора напряжения РНТТ- 160-330
РНТТ- 250-330
РНТТ- 600-330
_
_ -
Мощность э/двигателя для регулирования статического момента, кВт
0,56
1,7
1,5
_
_
-
Масса вибропогружателя без наголовника и пульта управления,т
5,08
7,25
14
13,25
12
15,6
Габариты,мм: высота длина ширина
2044 1245 1114
2245 1440 1440
3250 1700 1346
1880 3200 2850
1910 3350 2620
3400 1860 1260
Тип гидравлического наголовника НГ-0,6 НГ-0,8 НГ-1,6 НГ-3 НГ-1,6 НГ-1,6 Давление в гидросистеме наголовника, МПа 10 10 10 10 10 10
41
42
Таблица П.12
Значения коэффициента снижения бокового сопротивления песчаного грунта
Состояние грунтов Типы песчаных грунтов Плотные Средней
плотности, влажности
Водонасыщен-ные Рыхлые влажные
Гравелистые 2,2 2,6 2,6 2,9 Крупные 2,7 3,2 3,8 3,5 Средней крупности
4,1 4,9 6,4 5,4
Мелкие 4,7 5,6 8,4 6,2 Пылеватые 5,7 6,2 9,3 6,8
Таблица П.13
Значения коэффициента снижения бокового сопротивления глинистых грунтов
Показатель текучести
глинистых грунтов JL
0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8
Коэффициент KS 1,3 1,4 1,5 1,7 2,0 2,5 3,0 3,3 3,5
Таблица П.14
Значения амплитуд колебаний Ah, см Глубина, м Характеристика грунтов по трудности вибропогружения
свайного элемента до 20 свыше 20 Водонасыщенные пески и супеси, илы, мягко- и текучепластичные, пылевато-глинистые грунты при JL
0,7 0,9
Влажные пески, супеси, тугопластичные, пылевато-глинистые грунты при JL>0,3
1,0 1,2
Полутвердые и твердые, пылевато-глинистые грунты, гравелистые маловлажные пески
1,4 1,6
43
Учебное издание
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К ПРАКТИЧЕСКИМ ЗАНЯТИЯМ
ПО ОСНОВАНИЯМ И ФУНДАМЕНТАМ
для студентов специальности
«Мосты и транспортные тоннели»
Составитель Мария Евгеньевна Кашицкая
Редактор Н.И. Косенкова
Дизайн, компьютерный набор, графическое оформление выполнила
Е.А.Широватова, А.В. Цибизова
Лицензия ИД № 00064 от 16.08.99 Подписано к печати 12.06
Формат 60х90 1/16. Бумага писчая. Гарнитура Times New Roman. Оперативный способ печати. Усл.п. л. 2,75, уч-изд.л. 2,75.
Тираж 75 экз. Заказ Цена договорная.
Издательство СибАДИ 644099, г. Омск, ул. П. Некрасова,10
Отпечатано в ПЦ издательства СибАДИ 644099, г. Омск, ул. П. Некрасова, 10
