- 13863 Просмотра
- Обсудить
УЧЕТ НЕГАТИВНОГО (ОТРИЦАТЕЛЬНОГО) ТРЕНИЯ ГРУНТА
НА БОКОВОЙ ПОВЕРХНОСТИ ВИСЯЧИХ СВАЙ
НА БОКОВОЙ ПОВЕРХНОСТИ ВИСЯЧИХ СВАЙ
5.14. Силами негативного (отрицательного) трения называются силы, возникающие на боковой поверхности сваи при осадке околосвайного грунта и направленные вертикально вниз. К п. 5.14. Процесс возникновения негативного трения характеризуется тем, что осадка грунта около сваи и соответственно скорость его осадки значительно превышают осадку сваи и ее скорость протекания от действующей нагрузки. В этом случае грунт около свай как бы нависает на них, а дополнительная нагрузка прибавляется к внешней нагрузке, приложенной к сваям. Это явление, как правило, происходит в случае прорезания сваями сильносжимаемых грунтов большой мощности при наличии пригрузки грунта вокруг них. Осадка околосвайного грунта может быть вызвана: намывом или подсыпкой грунта, выполняемыми при повышении территории строительства или при ее инженерной подготовке, когда сильносжимаемые грунты залегают на поверхности; загрузкой поверхности грунта или пола, основанного на грунте, значительной полезной нагрузкой. Этот случай особенно опасен, если пригружение произведено во время эксплуатации сооружения; увеличением собственного веса грунта при искусственном или естественном понижении уровня грунтовых вод на площадке; естественной консолидацией грунтовой толщи; уплотнением грунтов под динамической нагрузкой; возведением рядом с сооружением на сваях сооружения на фундаментах мелкого заложения. Силы отрицательного трения действуют на боковой поверхности сваи в пределах участка ее длины, где скорость осадки околосвайного грунта Vгр превышает скорость осадки свайного фундамента Vф, т. е. Vгp > Vф. Осадка полностью водонасыщенных мелких песков и супесей, илов, заторфованных грунтов и торфов, происходящая под действием сплошной равномерно распределенной нагрузки территории, см. может быть определена на основе теории фильтрационной консолидации по формуле , (20) где ; (21) z-координата глубины рассматриваемой точки от подошвы слоя, см; h-толщина сжимаемого слоя, расположенного между фильтрующим слоем и недренированным скальным основанием, или 2h между фильтрующими слоями, см; ао-коэффициент относительной сжимаемости, см2/кгс; q-интенсивность внешней равномерно распределенной нагрузки, кгс/см2; t-время, с; сv-коэффициент консолидации, см2/с: ; (22) eср-средний коэффициент пористости; ув-объемный вес воды, кгс/см3; а-коэффициент сжимаемости, см2/кгс; kф ¾ коэффициент фильтрации, см/с, определяемый при изысканиях, или принимаемый равным для приближенных расчетов из табл. 12. Таблица 12 N п.п. Грунт Коэффициент фильтрации, см/с 1 Песок пылеватый (0,6-6) 10-3 2 « мелкозернистый (1,2-3) 10-2 3 « среднезернистый (2,5-6)10-2 4 « крупнозернистый (4 ¾ 8,5)10-2 5 Супесь (0,1 ¾ 1,2)10-3 6 Суглинок (0,5-0,05)10-3 7 Глина Менее 1 × 10-6 8 Торф малоразложившийся (1-5) 10-3 9 Торф среднеразложившийся (0,2-1,2)10-3 0 Торф сильноразложившийся (0,12-0,18) 10-4 , где eн-начальный коэффициент пористости. Пример 19. Определить зону действия сил отрицательного трения, действующих на свайный фундамент сооружения, возводимого через 0,5 года после намыва территории, при завершении строительства в течение 1 года или 1,5 лет. Сваи длиной 18 м забиты с поверхности намываемого грунта. Величина предельных деформаций сооружения Sm=8 см, причем к окончанию строительства осадка сооружения ожидается равной 0,4Sпр=4 см, а скорость осадки сооружения принята равномерной, т. е. при завершении строительства в течение 1 года она составит vф=4 см/год, а в течение 1,5 лет-2,7 см/год. Геологические условия площадки и характеристики грунтовых напластований представлены в табл. 13. Таблица 13 № слоя Наименование грунта Относительная отметка, м Толщина слоя, м Объемный вес, гс/см3 Коэффициент пористости Коэффициент сжимаемости, cм2/кгс Коэффициент относительной сжима Коэффициент фильтрации Кф, см/с Коэффициент консолидации, кровли подошвы емости, см2/кгс см2/С 1 Намывной песок средней крупности, средней плотности 0 -5 5 2 0,62 - - - - 2 Ил супесчаный —5 —8 3 1,75 0,95 0,035 0,017 5×10-5 2,85 3 Песок средней крупности, средней плотности —8 -9,5 1,5 2,03 0,54 0,008 0,005 5×10-2 ¾ 4 Глина мягкопластичная заторфованная -9,5 -15,5 6 1,57 1,55 0,15 0,06 8×10-8 1,36×10-8 5 Песок средней крупности, средней плотности —15,5 —28 12,5 2,03 0,54 0,008 0,005 5×10-2 ¾ Сваи заглублены на 2 м в слой № 5. Песчаные грунты для определения зоны действия сил отрицательного трения принимаем несжимаемыми. Для супесчаного ила (слой № 2): М=3,16 × 10-4t (1/с), при t=0,5 года=1,58 × 107 с. М=5 × 103, а е-М » 0, т. е. осадка слоя № 2 практически стабилизируется до начала строительства. Расчет скорости осадок мягкопластичной заторфованной глины (слой № 4) в различных временных интервалах, выполненный по вышеприведенным формулам, сведен в табл. 14. Таблица 14 Показатели Время от начала намыва, лет 0,5 1 1,5 2 М 0,59 l,17 1,76 2,34 е-м 0,554 0,31 0,172 0,096 Осадка грунта, Vр, см, при z=600 20 27 31 33,1 z=400 12 17,3 20,2 21,2 z=200 7 9,7 10,7 11,3 Скорость осадки грунта, Vp см/год, при: - z=600 40 14 8,0 4,2 z=400 24 10,6 5,8 2 z=200 15,8 3,6 2 1,2 Осадка слоя № 4 обусловливает зону развития сил отрицательного трения, которая в соответствии с условием vгр > vф и данными табл. 14 при строительстве сроком 1 год распространяется до отм.-12,5 м, так как через год после начала строительства при z=300 см для слоя № 4, т. е. на отм.-12,5 м, vгр=3,9 см/год, а по условию vф=4 см/год. При завершении строительства в 1,5 года эта зона распространяется до отм.-10,8 м. 5.15. Если в пределах длины погруженной части сваи залегают напластования торфа толщиной более 30 см и возможна планировка территории подсыпкой или иная ее загрузка, эквивалентная подсыпке, то расчетное сопротивление грунта f, расположенного выше подошвы наинизшего (в пределах длины погруженной части сваи) слоя торфа, принимается: а) при подсыпках высотой менее 2 м для грунтовой подсыпки и слоев торфа-равным нулю, а для минеральных ненасыпных грунтов природного сложения-положительным значениям по табл. 2 (2); б) при подсыпках высотой от 2 до 5 м для грунтов, включая подсыпку,-равным 0,4 от значений, указанных в табл. 2(2), взятых со знаком минус, а для торфа-минус 0,5 тс/м2 (негативное трение); в) при подсыпках высотой более 5 м для грунтов, включая подсыпку,-равным значениям, указанным в табл. 2(2), взятым со знаком минус, а для торфа-минус 0,5 тс/м2 (негативное трение). В случае, когда консолидация грунта от подсыпки или пригрузки территории к моменту возведения надземной части зданий или сооружений (включая свайный ростверк) завершилась или возможная величина осадки грунта, окружающего сваи, после указанного момента в результате остаточной консолидации не будет превышать половины предельно допускаемой величины осадки для проектируемого здания или сооружения, то сопротивление грунта на боковой поверхности сваи или сваи-оболочки допускается принимать положительным вне зависимости от наличия или отсутствия прослоек торфа. Для прослоек торфа величину f следует принимать равной 0,5 тс/м2. Если известны коэффициенты консолидации и модули деформации торфов, залегающих в пределах длины погруженной части сваи, и возможно определение величины осадки основания от воздействия пригрузки территории для каждого слоя грунта, то при определении несущей способности сваи или сваи-оболочки допускается учитывать силы сопротивления грунта с отрицательным знаком (негативное трение) не от уровня подошвы нижнего слоя торфа, а начиная от верхнего уровня слоя грунта, величина дополнительной осадки которого от пригрузки территории (определенной, начиная с момента времени передачи на сваю расчетной нагрузки) составляет половину предельно допускаемой величины осадки для проектируемого здания или сооружения. К п. 5.15. При определении зоны действия силы отрицательного трения исходят из того, что, как правило, максимальная скорость осадки околосвайного грунта развивается в предпостроечный и строительный периоды, когда действие силы отрицательного трения на сваи и их осадка под действием этих сил незначительно влияют на последующую эксплуатацию фундаментов. Кроме того, определенная осадка допускается нормами. Исходя из изложенного, в расчете учитывают действие сил отрицательного трения, расположенных только выше плоскости, проходящей через слой грунта, для которого выполняется условие Sгр-S¢гр=Sпр-Sф.стр, (23) где Sгp-стабилизированная осадка слоя грунта, определяемая по указаниям главы СНиП II-15-74 или по формуле (20) при t=¥; S¢гp-осадка слоя околосвайного грунта, происшедшая к моменту окончания строительства здания или сооружения, определяемая по формуле (20); Sпp-величина предельных деформаций оснований, принимаемая по табл. 18 СНиП II-15-74; Sф.стр-осадка свайного фундамента, происшедшая к моменту окончания строительства здания или сооружения. Для зданий и сооружений, передающих нагрузки на фундамент в основном от собственного веса конструкции, допускается принимать Sф.стр=0,5Sпр. При действии сил отрицательного трения расчет свай и свайных фундаментов производят по второму предельному состоянию (по деформациям) по формуле (16) СНиП 11-15-74. Для одиночных свай это условие считается выполненным, если где N-расчетная нагрузка, тc, на одну сваю, определяемая при проектировании зданий или сооружений; kн-коэффициент надежности, принимаемый равным kн=1,4; Ф-расчетная несущая способность, тс, грунта основания сваи, расположенного ниже действия силы отрицательного трения, определяемые по формулам СНиП II-17-77 или по результатам полевых испытаний; Ротр-расчетное значение силы отрицательного трения, действующей на боковой поверхности свай, те, определяемое по формуле (24) или по результатам полевых исследований; Ротр=mouSkpjfojlj, (24) где mo-коэффициент условий работы сваи в оседающем грунте, учитывающий уплотнение околосвайного грунта при забивке свай, принимаемый для песчаных грунтов 1,1, а для глинистых 1; u-периметр поперечного сечения сваи, м; kpj-коэффициент реализации, учитывающий уменьшение сил отрицательного трения с уменьшением разности осадок j-го слоя околосвайного грунта и сваи, принимаемый: для висячих свай kpj=1, а для свай-стоек kpj=1 при Sгpj ³ So и при Sгрj < So; Sгрj-осадка j-го слоя грунта, см, после забивки сваи; So-осадка грунта относительно сваи, при которой полностью реализуются силы отрицательного трения, принимаемая 5 см; foj-расчетное сопротивление, j-го слоя оседающего грунта на боковой поверхности сваи, т/м2, определяемое по табл. 2(2) СНиП II-17-77; lj-толщина j-го слоя грунта, м, соприкасающегося с боковой поверхностью сваи и расположенного в пределах части длины сваи от уровня планировки до уровня нейтральной точки. При расчете фундаментов, состоящих из нескольких свай, подвергающихся действию сил отрицательного трения, в число расчетных нагрузок, действующих на условный фундамент, включается величина расчетного значения сил отрицательного трения, действующих на куст свай: (25) где U-периметр куста, м, по наружным граням свай, расположенных в крайних рядах; kpj, lj, foj-обозначения те же, что и в формуле (24). Силы отрицательного трения, действующие на сваи внутри куста, не могут превосходить веса грунта, расположенного внутри куста, который при расчете свайных фундаментов (в соответствии с п. 7.1 СНиП II-17-77) включается в собственный вес условного фундамента. Поэтому их учитывают только по периметру куста. Пример 20. По данным примера 19 определить расчетную нагрузку свайных фундаментов, состоящих из 9 свай (3 ´ 3) с шагом 1,2 м. Сваи сечением 35 ´ 35 см, длиной 18 м. Острие сваи на отм.-17,5 м. Решение. В примере 19 зона действия силы отрицательного трения при строительстве в течение 1 года распространяется до отм.-12,5 м, а при строительстве в течение 1,5 лет-до отм.-10,8 м. Таким образом, расчетные силы сопротивления в соответствии с формулой [7(7)] и табл. 1(1) и 2(2) СНиП. 11-17-77 составляет соответственно: Фt=f=1[1 × 436 × 0,1225 + 0,35 × 4 (1 × 2 × 3 + + 1 × 7,4 × 2)]9=743 тс; Фt=1,5=l[1 × 436 × 0,1225 + 0,35 × 4(l × 2 × 4,7 + 1 7,4 × 2)] 9=783 тc. По формуле (23) определим зону учитываемых в расчете сил отрицательного трения. Стабилизированная осадка слоя № 4- Sгр=aoqh¢=0,06 × 1 × 600=36 см: для t=1 год S¢гр=31 см; » t=1,5 года S¢гр=33,1 » » t =1год Sгр-S¢гр=5 см > Sпр-Sф.стр=8-4=4 см; » t =1,5 года Sгр-S¢гр=2,9 см < 4 см. Таким образом, при строительстве продолжительностью 1,5 года силы отрицательного трения могут в расчете не учитываться, так как условие (23) выполняется на кровле сильносжимаемого слоя, т. е. тс. Интерполируя данные табл. 14 для продолжительности строительства в 1 год, определяем, что зона учитываемых в расчете сил отрицательного трения распространяется выше отм.-11,5 м, так как осадка грунта на этой отметке составляет S¢гр=20,2 см, a Sгр=24 см, Sгр-S¢гр=24-20,2=3,8 см < 4 см; U=(l,2 × 2 + 0,35)4=11 м; kpj=1. Из табл. 2(2) СНиП II-17-77 для слоя № 1: foj1=4,5 тс/м2; foj2=0,5 тс/м2; foj3=5,8 тс/м2; foj4=1,9 тс/м2; Рк.oтp=11 × 1(54,5 + 3 × 0,5 + 1,5 × 5,8 + 2 × 1,9)=402 тс; тс. Таким образом, в рассмотренных примерах зона действия силы отрицательного трения при завершении строительства в 1 год распространяется до отм.-12,5 м, а зона учитываемых в расчете сил отрицательного трения-до отм.-11,5 м. При завершении строительства в 1,5 года зона действия силы отрицательного трения распространяется до отм.-10,8м, но в расчете их можно не учитывать, так как они не могут вызвать недопустимую осадку фундамента. Этим объясняется и существенная разница в расчетной нагрузке на свайный фундамент-626 тс при строительстве в течении 1,5 лет и всего 208 тс при строительстве в течение 1 года.
Теги
Похожие материалы
Никто не решился оставить свой комментарий.
Будь-те первым, поделитесь мнением с остальными.
Будь-те первым, поделитесь мнением с остальными.