Приложение В (рекомендуемое). Примеры расчётов свай винтовых конусно-спиральных (СВКС)

Приложение В
(рекомендуемое)

Примеры расчётов свай винтовых конусно-спиральных (СВКС)

В.1 По несущей способности

В.1.1 Исходные данные:

Грунт: суглинок полутвердый;

- модуль деформации - 27 МПа;

- удельное сцепление - 28 кПа;

- угол внутреннего трения - 32 град.;

для расчетов оснований по несущей способности:

- удельное сцепление - 19 кПа;

- угол внутреннего трения - 24 град.

В.1.2 Параметры винтовой сваи:

Винтовая свая - СВКС.

Марка сваи - FM24/FB 76x(3,5)х2500;

Ствол: диаметр ствола d = 76 мм; толщина стенки трубы - 3,5 мм;

Длина сваи L - 2,5 м;

Глубина погружения сваи в грунт - 2,5 м.

Нагрузки, действующие на сваю:

- продольная сила: N = 15 кН;

- поперечная сила: H = 5 кН;

- изгибающий момент: M = 2 .

В.1.3 Расчет по несущей способности грунта основания свай

Сваю по несущей способности грунта основания следует рассчитывать в соответствии с методикой п. 5.2 по условию:

Расчетное значение нагрузки на сваю (продольное усилие) составляет N = 15,0 кН.

Определяется расчетным методом значение несущей способности .

Несущую способность винтовых свай СВКС определяем по формуле:

,

где - коэффициент условий работы сваи в грунте, принимаемый равным 1;

A - площадь поперечного сечения ствола сваи, брутто, ; A = 0,00453 .

u - периметр поперечного сечения ствола сваи, м; u = 0,24 м.

- расчетное сопротивление i-го слоя грунта основания на боковой поверхности сваи, кПа, принимаемое по таблице 5.3 (с учетом пункта 2 - разбиваем длину сваи на слои по 2 метра) - f = 40 кПа на глубине 1,75 м, м.

ГАРАНТ:

По-видимому, в тексте предыдущего абзаца допущена опечатка. Имеется в виду "таблица 3"

- толщина i-го слоя грунта, соприкасающегося с боковой поверхностью сваи, м.

- коэффициент условий работы грунта под нижним концом сваи, принимаемый равным 0,8;

- коэффициент условий работы грунта на боковой поверхности сваи, принимаемый равным 1,1 при погружении сваи с поверхности грунта в ненарушенный грунтовый массив;

R - расчетное сопротивление грунта под нижним концом сваи, кПа, определяемое по формуле:

где , - безразмерные коэффициенты, принимаемые по таблице 5.2 в зависимости от расчетного угла внутреннего трения грунта , основания сваи, для град , ;

ГАРАНТ:

По-видимому, в тексте предыдущего абзаца допущена опечатка. Имеется в виду "таблица 2"

- расчетное значение удельного сцепления грунта основания сваи, кПа, кПа;

- осредненное расчетное значение удельного веса грунтов, , залегающих выше нижнего конца сваи, ;

- глубина погружения сваи, м.

кПа

кН

Расчетная нагрузка на сваю составит:

кН

15,0 кН < 20,5 кН - устойчивость обеспечена.

Коэффициент условий работы ;

Коэффициент надежности по назначению (ответственности) сооружения (для 2-го уровня ответственности);

Коэффициент надежности по грунту .

В.2 По устойчивости

В.2.1 Исходные данные:

Грунт: суглинок полутвердый (показатель текучести );

- удельное сцепление - 28 кПа;

- угол внутреннего трения - 32 град.;

для расчетов оснований по несущей способности:

- удельное сцепление - 19 кПа;

- угол внутреннего трения - 24 град.;

В.2.2 Параметры винтовой сваи:

Винтовая свая - СВКС.

Марка сваи - FM24/FB 76x(3,5)х2500.

Ствол: диаметр ствола d = 76 мм; толщина стенки трубы - 3,5 мм;

Длина сваи L = 2,5 м.

Глубина погружения сваи в грунт - 2,5 м.

Нагрузки, действующие на сваю:

- продольная сила: N = 15 кН;

- поперечная сила: H = 5 кН;

- изгибающий момент: M = 2 .

В.2.3 Расчет устойчивости грунта основания свай

Расчет устойчивости основания, окружающего сваю, производится на основании п. 5.3 настоящих рекомендаций по формуле:

,

где - расчетное давление на грунт, кПа , боковой поверхности сваи на глубине z, м, отсчитываемой при высоком ростверке от поверхности грунта, а при низком ростверке - от его подошвы:

а) при - на двух глубинах, соответствующих z = L / 3 и z = L;

б) при - на глубине , где определяется по формуле п. 5.3.6;

- расчетный удельный (объемный) вес грунта ненарушенной структуры, , определяемый в водонасыщенных грунтах с учетом взвешивания в воде;

, - расчетные значения соответственно угла внутреннего трения грунта, град., и удельного сцепления грунта, кПа;

- коэффициент, принимаемый для винтовых свай ;

- коэффициент, равный единице, кроме случаев расчета фундаментов распорных сооружений, для которых ;

- коэффициент, учитывающий долю постоянной нагрузки в суммарной нагрузке, определяемый по формуле:

,

где - момент от внешних постоянных нагрузок в сечении фундамента на уровне нижних концов свай, ;

- то же, от внешних временных расчетных нагрузок, ;

- коэффициент, принимаемый , за исключением случаев расчета:

а) особо ответственных сооружений, для которых при принимается и при принимается ; при промежуточных значениях значение определяется интерполяцией;

б) фундаментов с однорядным расположением свай на внецентренно приложенную вертикальную сжимающую нагрузку, для которых следует принимать независимо от значения .

,

где K - коэффициент пропорциональности, ;

E - модуль упругости материала свай, кПа ;

I - момент инерции поперечного сечения сваи, ;

- условная ширина сваи, м, принимаемая равной: для свай с диаметром стволов 0,8 м и более , а для остальных размеров сечений свай , м;

d - наружный диаметр сечения сваи в плоскости, перпендикулярной действию нагрузки, м.

- коэффициент пропорциональности для суглинка полутвердого с коэффициентом текучести .

МПа - модуль деформации стали.

Момент инерции поперечного сечения сваи:

Условная ширина сваи:

Коэффициент деформации:

Значение больше 2,5, поэтому расчетное давление боковой поверхности сваи на грунт определяется на глубине .

;

Коэффициент, учитывающий долю постоянных нагрузок, принимаем в качестве примера равным , так как в сечении сваи не возникает момента от постоянных нагрузок.

Расчетное давление , кПа, на грунт по контакту с боковой поверхностью сваи, возникающее на глубине z следует определять по формуле:

,

где К - коэффициент пропорциональности, ;

, E, I - то же, что и в п. 5.3;

- приведенная глубина, определяемая по формуле (ссылка) в зависимости от значения действительной глубины , для которой определяют значения давления ;

и - расчетные значения соответственно поперечной силы, кН, и изгибающего момента, , в рассматриваемом сечении сваи, принимаемые равными и ;

и - горизонтальное перемещение, м, и угол поворота поперечного сечения сваи, рад, в уровне поверхности грунта при высоком ростверке, а при низком ростверке - в уровне его подошвы;

, , , - коэффициенты, значения которых принимают по таблице Д.3 СП 50-102-2003.

Горизонтальное перемещение , м, и угол поворота , рад, следует определять по формулам:

,

,

где - горизонтальное перемещение сечения, м/кН, от силы (рисунок В.1 а);

- горизонтальное перемещение сечения, , от момента (рисунок В.1 б);

- угол поворота сечения, 1/кН, от силы ;

- угол поворота сечения, , от момента .

Перемещения , и вычисляют по формулам:

,

,

,

где , , - безразмерные коэффициенты, принимаемые по таблице Д.2 СП 50-102-2003 в зависимости от приведенной глубины заложения свай в грунте . При значении глубины , соответствующей промежуточному значению, указанному в таблице Д.2, его следует округлить до ближайшего табличного значения.

м - длина участка сваи от подошвы ростверка до поверхности грунта;

кН;

.

Значение безразмерных коэффициентов по таблице Д.2 СП 50-102-2003 при при опирании сваи на дисперсный грунт:

, ,

Значение безразмерных коэффициентов по таблице Д.3 СП 50-102-2003 при значении приведенной глубины расположения сечения сваи :

, , ,

Вывод: расчетное давление не превышает предельно допустимое. Устойчивость основания обеспечена.

В.3 Сравнительный расчет в программном комплексе

Расчетная схема в программных комплексах может использоваться для определения деформаций сечений сваи (перемещения , мм, и угла поворота, , рад) и расчетного давления , кПа, на грунт по контакту с боковой поверхностью сваи. Расчетная схема сваи может быть, как обособленной, так и в составе общей задачи с надфундаментными конструкциями.

Расчетная схема винтовой сваи представляет собой совокупность стрежневых конечных элементов длиной не более 250 мм с жесткостью соответствующей фактическому сечению. Грунт, окружающий сваю, рассматривается как линейно-деформируемая среда, характеризующаяся коэффициентом постели , , возрастающим с глубиной, и условной шириной сечения сваи , м. В случае действия моментов и поперечных сил в двух плоскостях, рассматривается пространственная расчетная схема, в которой коэффициенты постели задаются в двух плоскостях.

Расчетное значение коэффициента постели , , для каждого стержневого элемента расчетной схемы, взаимодействующим с грунтом основания при отсутствии опытных данных допускается определять по формуле:

,

где K - коэффициент пропорциональности, , принимаемый в зависимости от вида грунта, окружающего сваю, по таблице Д.1 СП 50-102-2003;

z - глубина расположения сечения сваи в грунте, м, для которой определяют коэффициент постели, по отношению к поверхности грунта при высоком ростверке или к подошве ростверка при низком ростверке. Глубина z принимается для середины рассматриваемого элемента расчетной схемы (таблица В.1).

Условная ширина сечения сваи , м, принимается: для свай с диаметром стволов 0,8 м и более , а для остальных размеров сечений свай , м.

Для сваи FM24/FB .

Таблица В.1 - Расчет коэффициентов постели

Толщина слоя, м	z, м	K,	,
0,25	0,125	6000	750
	0,375		2250
	0,625		3750
	0,875		5250
	1,125		6750
	1,375		8250
	1,625		9750
	1,875		11250
	2,125		12750
	2,375		14250

В результате расчета в ПК "ЛИРА-САПР" получена эпюра отпора грунта, мозаики перемещений и углов поворота точек сваи (рисунки В.2-В.5).

Расчетное давление боковой поверхности сваи на грунт:

Сравнение результатов, полученных согласно методики СП 50-102-2003, и результатов в ПК "ЛИРА-САПР" представлено в таблице В.2

Таблица В.2

Показатель	Значение по методике СП 50-102-2003	Значение в ПК "ЛИРА-САПР"	Отклонение, %
Расчетное давление , кПа	36,64	27,69	24,4%
Горизонтальное перемещение, мм	21	-20	4,8%
Угол поворота сечения сваи, рад	0,034	0,033	2,9%

Вывод: сравнивая полученные расчетные значения давления боковой поверхности грунта, горизонтальных перемещений и углов поворота точек сваи можно отметить достаточно высокую сходимость.

В.4 Расчет горизонтального перемещения и угла поворота (в уровне "головы" сваи)

Исходные данные см. из В.2.

Расчетные значения горизонтального перемещения сваи в уровне подошвы ростверка , м, и угол ее поворота , рад следует определять по формулам:

,

,

где H и M - расчетные значения поперечной силы, кН, и изгибающего момента, кНм, действующие на голову сваи;

- длина участка сваи, м, равная расстоянию от подошвы ростверка до поверхности грунта под ростверком;

E и I - модуль деформации материала сваи, МПа и момент инерции поперечного сечения, ;

и - горизонтальное перемещение, м, и угол поворота поперечного сечения сваи, рад, в уровне поверхности грунта при высоком ростверке, а при низком ростверке - в уровне его подошвы.

Горизонтальное перемещение , м, и угол поворота , рад, следует определять по формулам:

,

,

где - горизонтальное перемещение сечения, м/кН, от силы (рисунок В.6 а);

- горизонтальное перемещение сечения, , от момента (рисунок В.6 б);

- угол поворота сечения, 1/кН, от силы ;

- угол поворота сечения, , от момента .

Перемещения , и вычисляют по формулам:

,

,

,

где , , - безразмерные коэффициенты, принимаемые по таблице Д.2 СП 50-102-2003 в зависимости от приведенной глубины заложения свай в грунте . При значении глубины , соответствующей промежуточному значению, указанному в таблице Д.2, его следует округлить до ближайшего табличного значения.

- длина участка сваи от подошвы ростверка до поверхности грунта.

.

.

Значение безразмерных коэффициентов по таблице Д.2 СП 50-102-2003 при при опирании сваи на дисперсный грунт:

, ,

Получившееся значение горизонтального перемещения мм, угла поворота рад.

Сравнительный расчет в программном комплексе см. приложение В.3.