Ростверк - элемент свайного фундамента, объединяющий сваи для обеспечения их совместной работы.
Типы ростверков:
· низкий (располагают ниже поверхности грунта, ниже сезонного промерзания),
· повышенный (не заглубляется в грунт, а располагается практически на дневной поверхности.),
· высокий (располагают выше поверхности грунта).
По способу передачи нагрузки сваи классифицируются:
· сваи стойки (передают нагрузку на практически несжимаемый грунт Е ≥ 50 МПа);
· висячие сваи (сваи трения) (нагрузка на окружающий грунт передается как за счет сопротивления грунта под нижним концом, так и за счет сил трения по боковой поверхности).
По способу изготовления:
· сваи, погружаемые в грунт;
· сваи, изготавливаемые в грунте.
10. Сваи, погружаемые в грунт. Классификация свай по форме поперечного и продольного сечения. Методы погружения свай.
a) По материалу:
· железобетонные;
· деревянные;
· металлические;
· грунтоцементные;
· грунтовые;
· известковые.
b) По форме поперечного сечения
c) По форме продольного сечения
d) По виду армирования:
· с напрягаемой арматурой;
· с поперечным армированием;
· без поперечного армирования.
Методы погружения свай:
· Забивкой молотами (дизель молот, паровоздушный молот)(при наличии прослоек плотного грунта, торфов и заторфованных грунтов).
· Погружение вибраторами и вибромолотами (водонасыщенные песчаные грунты).
· Путем вдавливания (глинистые грунты мягкопластичной консистенции).
· Ввинчивание сваи (если свая работает навыдергивание)
11. Сваи, изготавливаемые в грунте. Методы бурения скважин, методы крепления стенок скважин, методы уплотнения забоя скважин.
Буронабивные сваи подразделяются По способу образования скважины:
· ¾буро-вращательным;
· ¾вибрационно-погружным;
· ¾буро-раздвижным (скважина образуется путем вращения полых шнеков или шнеков конического типа, глубина до 14 м, ᴓ 0,5 м, в слабых грунтах).
Способы буро-вращательного метода образования скважин:
· - шнековое бурение: ᴓ 0,2-1,2 м в устойчивых глинистых и песчаных грунтах глубиной до 14 м.
· - ударно-канатное;
· - роторное бурение с промывкой: ᴓ 0,1-0,5 м в грунтах осадочного происхождения, производится долотами (шарошками) с подачей в забой бурового раствора.
По способу крепления стенок скважины :
· без крепления стенок скважины;
· под защитой глинистого раствора или воды;
· с обсадкой скважины неизвлекаемыми трубами;
· под защитой извлекаемых обсадных труб;
· с обсадкой скважины трубами в пределах неустойчивой части грунта с последующим их извлечением.
По способу упрочнения грунта в уровне пяты
· без упрочнения грунта;
· с уплотнением грунта механическим способом (вытрамбовкой, выштамповкой, опрессовкой);
· с инъекцией в грунт вяжущих растворов (цементного молока и т.п.).
12. Последовательность устройства буронабивных свай. Устройство буронабивных свай с уширением. Вибропогружная технология и технология полого шнека при устройстве свай.
С уширением:
Вибропогружной метод: скважина образуется путем погружения пуансона (конический с закрытым нижним концом). Глубина до 6 м, ᴓ 0,8 м, в слабых грунтах
Бурораздвижной метод: скважина образуется путем вращения полых шнеков или шнеков конического типа. Глубина до 14 м диаметр 0,5 м. В слабых грунтах.
13. Методы определения несущей способности одиночной сваи. Определения несущей способности свай, защемленных в грунте, расчетным (табличным) методом.
Несущая способность свай определяется:
· По материалу (определяется предельная нагрузка, при которой происходит разрушение конструкции сваи по материалу)
· По грунту (по несущей способности грунтов) (определяется предельная нагрузка, при которой грунт вокруг сваи теряет устойчивость и перемещения сваи становятся недопустимыми).
Определение несущей способности сваи по материалу производится в зависимости от:
· Материала свай;
· Направления действия нагрузки
Расчет свайных фундаментов по несущей способности грунтов производится из условия:
Ni - расчетная внешняя нагрузка, передаваемая на отдельную сваю (при наиболее невыгодных сочетаниях усилий, с учетом собственного веса ростверка и свай);
gf -коэффициент надежности по нагрузке (принимаемый равным: 0,87 при расчете основания свай по несущей способности и 1,0 при расчете по деформациям);
Fdi,— расчетная несущая способность грунта основания;
gk — коэффициент надежности метода испытаний (от 1.2 до 1.75).
Несущая способность сваи по грунту устанавливается:
· расчетными методами с использованием опытных данных о прочностных свойствах грунтов в зависимости от их типа и физического состояния (табличный метод);
· по данным испытания грунтов динамическим или статическим зондированием;
· по результатам динамического испытания натурных свай в процессе их погружения;
· по результатам испытания грунтов сваей статической нагрузкой .
Несущая способность сваи, защемленной в грунте:
Основной принцип: несущая способность сваи Fdi определяется как сумма сопротивления грунта под нижнем концом сваи Fq и трения по ее боковой поверхности Fs
Особенности определения расчетного сопротивления грунта R (зависит от):
· от типа грунта;
· его физического состояния;
· глубины погружения нижнего конца сваи Zr;
Особенности определения расчетного сопротивления грунта по боковой поверхности Rf (зависит от):
· от типа грунта;
· его физического состояния;
· средней глубины расположения слоя грунта прорезаемого сваей Zi;
14. Определение несущей способности сваи по данным статического и динамического зондирования грунтов.
Зондирование грунтов (пенетрация)– косвенный метод определения прочностных свойств грунтов по величине усилия погружения (статической нагрузкой, забивкой грузом, вибропогружением) стандартного конуса в грунт.
В ходе исследований определяются:
при статическом зондировании:
· удельное сопротивление грунта под нижним концом зонда qs
· удельное сопротивление грунта по боковой поверхности qf
при динамическом зондировании:
· удельное сопротивление грунта под конусом зонда qd
Основная зависимость при определении частного значения несущей способности сваи в точке зондирования:
Rs — среднее значение предельного сопротивления грунта под нижним концом сваи по данным зондирования, МПа;
А — площадь поперечного сечения забивной сваи, м2;
Rfs— среднее значение предельного сопротивления грунта на боковой поверхности сваи по данным зондирования в рассматриваемой точке, МПа:
h — глубина погружения сваи в грунт, м;
U — периметр поперечного сечения ствола сваи, м
β1i — коэф перехода от (qs) к (Rs) для i-го слоя грунта в пределах участка (z);
qsi— среднее значение удельного сопротивления i-го слоя грунта под наконечником зонда на участке (z), МПа;
zi— толщина i-го слоя грунта в пределах участка (z), м;
z — участок, расположенный в пределах одного диаметра или меньшей стороны сечения сваи выше и четырех диаметров или четырех меньших сторон сечений сваи ниже отметки острия проектируемой сваи, м.
Несущую способность сваипо результатам статического зондирования (Fd), кН, следует определять по формуле
Fu — частное значение предельного сопротивления сваи в точке статического зондирования, кН,
n — количество точек статического зондирования, шт.;
γg — коэффициент надежности (безопасности) по грунту, устанавливаемый в зависимости от изменчивости полученных частных значений предельного сопротивления сваи в точках статического зондирования (Fu) и числа точек при значении доверительной вероятности α = 0,95
15. Определение несущей способности свай динамическим методом и по данным испытания статической нагрузкой.
Динамический метод
В этом случае несущая способность грунта Fd определяется по величине отказа свай
Отказ сваи – величина погружения сваи за один удар молота или за одну минуту при вибропогружении
Энергия погружения сваиE=G*h
G- энергия удара (вибропогружения);
A – площадь поперечного сечения сваи;
mc – масса сваи, наголовника, подбабка;
η – коэффициент принимаемый в зависимости от материала сваи;
ε – коэффициент восстановления удара молота.
Статические испытания
Условия испытаний статистической нагрузкой
· Испытания грунтов проводят после “отдыха” забивных свай (3 суток) или после набора 80% прочности бетоном буронабивных свай.
· Нагружение свай производят ступенями равными 1/10 от расчетной нагрузки.
· Каждая ступень нагрузки выдерживается до наступления условной стабилизации осадки сваи
Нагрузку при испытании доводят до величины:
· прикоторой осадка сваи достигает величины 40 мм;
· не менее полуторного значения расчетной несущей способности сваи;
· не более расчетной несущей способности сваи по материалу
Несущая способность одиночной сваи (Fd), кН, по результатам полевых испытаний грунтов определяется по формуле
gc— коэффициент условий работы (от 0,8 до 1,0);
gg— коэффициент надежности по грунту;
Fu,n — частное значение нормативного предельного сопротивления основания сваи, кН
За частное значение предельного сопротивления сваи (Fu) принимается величина нагрузки при которой испытываемая свая получит осадку (S), мм меньшую или равную величине:
S =0,2∙Su,mt
где Su,mt– предельная средняя осадка фундамента здания
16. Определение количества свай в ростверке. Конструирование ростверка. Проверка несущей способности наиболее нагруженной сваи в ростверке.
Количество свай в ростверке отдельно стоящего фундамента под колонны определяется по формуле:
– расчетная нагрузка на уровне подошвы ростверка
– коэффициент надежности принимаемый .
При проектировании окончательных размеров ростверка необходимо выполнение следующих конструктивных требований:
· сваи равномерно распределяются по длине и ширине ростверка. Рекомендуется симметричное расположение свай для отдельно стоящих фундаментов, одно-, двухрядное расположение свай для ленточных фундаментов;
· расстояние между осями свай принимается не менее 3d и не более 6d (где d − сторона поперечного сечения сваи);
· размеры ростверка в плане принимаются кратными 300мм;
· расстояние от наружной грани сваи до грани ростверка принимается не менее 100мм;
· размеры ростверка в плане рекомендуется назначать на 150-200 мм больше размеров вышележащих фундаментных конструкций (для столбчатых фундаментов это размеры стакана под колонну);
· высота ростверка принимается по расчету на продавливание но не менее 400мм;
Для фундаментов с внецентренным загружением должно выполняться условие:
17. Определение границ условного фундамента. Определение осадки свайных фундаментов методом послойного суммирования.
Рассмотрим условный фундамент глубиной заложения равной глубине погружения нижнего конца сваи и размерами в плане ограничиваемыми наклонными, выходящими от наружных граней свайного куста под углом к вертикали , угол представляет собой осредненное расчетное значение угла внутреннего трения грунта, определяемое по формуле:
Расчётное сопротивление грунта основания R определяем по формуле:
–осредненное расчетное значение удельного веса грунтов, залегающих ниже подошвы фундамента на глубине , кН/м;
–осредненное расчетное значение удельного веса грунтов, залегающих выше подошвы фундамента, кН/м;
Полная нагрузка на основание условного фундамента будет равна:
– вес конструкции фундамента и ростверка, кН;
– вес свай, кН;
–вес грунта в объёме условного фундамента, кН.
Выполняем проверку давления под подошвой условного фундамента:
Осадка определяется по формуле:
–коэффициент эквивалентного слоя, принимаемый в зависимости от типа грунта, размеров и формы подошвы условного фундамента;
– относительный коэффициент сжимаемости;
– дополнительное давление на уровне подошвы условного фундамента:
Относительный коэффициент сжимаемости:
– коэффициент бокового расширения грунта.
18. Оболочки, столбы набивные. Траншейные стены, возводимые способом "Стена в грунте". Конструктивные особенности, область применения, технология погружения.
Столбы набивные
Конструкции из монолитного бетона или жб, укладываемого с уплотнением в предварительно изготовленную скважину ᴓ более 1,2 м, глубиной более 10 м.
Область применения: уникальные высотные и подземные сооружения, ограждающие конструкции, фундаменты под тяжелое оборудование в грунтах с наличием крупных твердых включений, ограниченно пригодных для строительства; вертикальные нагрузки от сооружения превышают 5 МН на опору
Оболочки
· Открытые сверху и снизу полые конструкции ᴓ от 1.2 до 3м глубиной более 10 м;
· Жб конструкции, изготавливаемые в заводских условиях методом центрифугирования;
· Погружаемые под собственным весом вибрационным методом.
Область применения:
· Уникальные высотные сооружения со значительными вертикальными (более 10МН) и горизонтальными (более 0.5МН) нагрузками;
· При строительстве гидротехнических сооружений, опор мостов на мощных толщах слабых водонасыщенных грунтов.
Конструктивные особенности оболочек
· Диаметр от 1.2 до 3м;
· Толщина стенок оболочки 100-150мм
· Оболочки изготавливаются из секций длиной до 6м
· Соединение секций производят на болтах или при помощи сварки
Погружение оболочек
· Производится при помощи вибраторов направленного действия;
· Оболочки погружают в водонасыщенные песчаные грунты или в глинистые грунты текучепластичной или текучей консистенции
Щелевые фундаменты (шлицевые) и стены в грунте
· Конструкция, устраиваемая из армированного бетона в разработанных траншеях любой конфигурации глубиной до 6 м (до 100м) призматические конструкции, шириной от 100 до 1000 мм, в т.ч. взаимно пересекающихся, концентрических и т.д.
Применение: Опоры для сооружений с большими комбинированными нагрузками, противофильтрационные завесы, стены подземных сооружений и т.д.
Технология изготовления
· Без применения глинистого раствора – в устойчивых неводонасыщенных грунтах глубиной до 6м
· С применением глинистого раствора – в водонасыщенных, неустойчивых грунтах глубиной до 100м
Опускные колодцы. Конструктивные особенности, область применения, технология погружения. Конструктивные методы преодоления сил трения при погружении опускных колодцев. Расчет и проектирование опускных колодцев.
Опускные колодцы:
· Открытые сверху и снизу полые фундаменты диаметром более 3 м и глубиной более 10 м
· преимущественно бетонные и железобетонные монолитные или сборно-монолитные конструкции
· погружаемые методом опускания под воздействием собственного веса с одновременным удалением грунта из-под конструкции
· с использованием, в случае необходимости, подмыва и вибраторов или задавливающих устройств.
Технология опускания колодца:
· Диаметром 3м при помощи экскаватора грейферного типа.
Конструктивные методы преодоления сил трения:
· Устройство выступа в ножевой части колодца;
· Заполнение полости между колодцем и грунтом глинистым раствором;
· Увеличение веса колодца (массивные стены)
· Принудительноезадавливание или при помощи вибрации.
Способы разработки грунта:
· Механический (экскаваторы, грейферы)
· Гидромеханический.
Кессоны - разновидность опускного колодца, погружение которого производится ниже уровня грунтовых вод. При этом в рабочей камере создается избыточное давления.
Конструкции колодцев рассчитываются на нагрузки, возникающие как в процессе строительства так и в процессе монтажа.
При монтаже колодца его элементы рассчитываются:
· На нагрузку со стороны грунта (активное давление на стенки колодца)
· На реактивное грунта в ножевой части;
· На действие собственного веса при возможном зависании колодца.