Буроинъекционные сваи имеют несколько технологий исполнения в зависимости от грунтовых условий, несущего грунта, а также необходимости увеличения несущей способности на боковой поверхности или в основании сваи.
В данной статье описывается расчёт сваи вида ГЕО с учётом сейсмики, а также проводится сравнение несущей способности в основании у данного вида сваи с обыкновенной буроиньекционной сваей. Целью данной публикации является ознакомить читателя с особенностями расчёта данного вида сваи, а также аналитически рассчитать примерную величину превосходства несущей способности в основании данного вида сваи по сравнению с обыкновенной буроинъекционной сваей.
Сваи ГЕО изготавливаются по особой технологии. Сначала производится бурение скважины заданного диаметра и глубины, затем – заполнение скважины мелкозернистым бетоном через став полых шнеков буровой установки. Данный способ инъекции гарантирует заполнение всего объёма скважины бетоном и отсутствие в забое выбуренного грунта. Далее устанавливается арматурный каркас с инъектором. Установка арматурного каркаса выполняется после окончания первичных инъекционных работ. Затем производится вторичная инъекция опорного горизонта, что и обеспечивает повышенную несущую способность сваи в основании.
Необходимо также следить за процессом изготовления свай по нескольким ключевым пунктам, таким как:
- качественное заполнение скважины бетоном, доливка бетона по мере оседания в скважине;
- плотность мелкозернистого бетона
- прочность бетона (производить отбор образцов в виде четырёх кубиков со стороной 10 см). В соответствии с п. 15.3.38 [4] отбор образцов для контроля его прочности должен производиться один раз в сутки.
Произведённый ниже расчёт был выполнен для объекта, расположенного в г. Туапсе, Краснодарский край с учётом сейсмичности на строительном участке равной 8 баллам. Свая L=10000 мм, Ø250 мм.
Геологический разрез представлен слоями ИГЭ-1, ИГЭ-2 и ИГЭ-3.
ИГЭ-1-насыпной слой, толщина – 2000 мм.
ИГЭ-2-песчаный слой, пески средней крупности, средней плотности, влажные, толщина - 2500 мм и 5000 мм соответственно расположению в геологическом разрезе, коэффициент пористости e=0,63.
ИГЭ-3 – глинистый слой, толщина 2500 мм коэффициент пористости e=1,07, среднее значение плотных частиц ps=2,74 г/см3, плотность скелета грунта pd=1,30 г/см3, IL=0,58.
Опорным слоем является ИГЭ-2.
Свая проходит слои ИГЭ-2, ИГЭ-3 и ИГЭ-2 соответственно. Глубина котлована – 2000 мм. Максимальный уровень грунтовых вод – 200 мм от поверхности земли.
Несущая способность сваи с учётом сейсмики рассчитывается с помощью введения в формулу несущей способности сваи без учета сейсмики (ф. 11, СНиП 2.02.03-85) понижающих коэффициентов, указанных в СНиП, а также с помощью уменьшения расчётной глубины. Для начала выведем расчётную глубину hd, до которой не учитывается сопротивление грунта по боковой поверхности сваи. Примем её по формуле максимальной расчётной глубины:
hd≤3/aε
( п.11.4, [1])
aε =5√Kbp/γcEI –
- коэффициент деформации, 1/м (см.формула11, приложение Д, [1] ).
где K =1596 - коэффициент пропорциональности, тс/м4, принимаемый в зависимости от вида грунта, окружающего сваю (табл. 1, прил. 1, [1] );
Е =21,5x103(219х103)– модуль деформации материала сваи, МПа (кгс/см2) (принятый по таблице начальных модулей упругости бетона по [3]).
I=πd4/64– момент инерции поперечного сечения сваи, м4
I=3,14x0,254/64=0,00019
bp=1,5d+0,5 – условная ширина сваи, м.
bp=1,5x0,25+0,5=0,875
aε =5√1596x0,875/1х219х104x0,00019=5√1396,5/416,1=3,35
hd=3/ 3,35=0,9 м
Для данных грунтовых условий, руководствуясь [1], принимаем значение γeq2, приведенное под чертой в Таблице 18, [1]
|
fi |
Пони жающий коэффициент γeq2 |
fi с учётом понижающего коэффициента, fi х γeq2 |
hср |
|
f1=51,5 |
0,75 |
38,60 |
hср2=3,70
|
|
f2=19,15 |
0,7 |
13,65 |
hср3=5,75
|
|
f3=64,25 |
0,75 |
48,18 |
hср4=9,50
|
Принимаем значение γeq1, приведенное в Таблице 18, [1] над чертой, т.к. особенности сваи типа ГЕО предполагают работу основания сваи таким-же, как и забивной сваи.
γeq1=0,9
С помощью вышеизложенных данных, найдём несущую способность сваи с учётом сейсмики:
Fd(с у.с.)=γc (γeq1RA+u∑ γeq2fihi)
По обыкновению, сопротивление под острием буровых сваи рассчитывается по формуле 12, [1], но т.к. свая выполнена по технологии ГЕО, то несущая способность под основанием сравнима с забивными сваями. В связи с этим стоит принимать сопротивление под острием по таблице 2, [1]. В данном случае:
R=4160,0 кПа
Feq=1(4160х0,05х0,9+0,785(0,75((38,6x1,6)+(13,65х2,5))+0,7(48,18х5))))=187,2+(36,6+20,1+132,4) кН=376,3 кН
Дополнительно: для сравнения рассчитаем несущую способность в основании обыкновенной буровой сваи по приведённой в СНиПе формуле 12:
R=0,75α4 (α1γ’1d+α2 α3 γ1h)
α1, α2, α3, α4 – безразмерные коэффициенты, принимаемые по таблице 6 СНиП 2.02.03-85.
α1 – 71,3
α2 – 127,0
α3 – 0,7
α4 – 0,24
γ’1=(γd- γw)/(1+e) - расчётное значение удельного веса грунта в основании сваи.
γ’1=(27-17)/(1+0,63)=17/1,63=10,4
γ1=[∑hi(γd- γwi)/(1+e)]/hсваи - осреднённое по слоям расчётное значение удельного веса грунта, расположенного выше конца свай.
γ1=(1,6((27-10)/(1+0,63))+2,5((27-10)/(1+0,58))+5((27-10)/(1+0,63)))/10=(16,64+26,9+63,9)/10=10,74
Rобычн.б.и.св.с уч.сейсм.=0,75x0,24(71,3x10,74x0,25+127x0,7x12,275x12)=0,18(191,4+13095)=2391,5
Rгео с у.с.=Rх γeq1=4160х0,9=3744
Отношение R, принятого по таблице к R, рассчитанного по формуле:
3744/2391,5=1,56
Вывод: свая ГЕО имеет нестандартный метод расчёта на несущую способность, что очевидно из выше предоставленного материала в силу своих технологических особенностей и вытекающих из этого результатов увеличения несущей способности. Обращаясь к расчётам и к сравнению, можно отметить, что свая ГЕО имеет несущую способность в основании в полтора раза больше, чем обыкновенная буроиньекционная свая. Данный тип сваи особо актуален в грунтовых условиях, когда опорный грунт не является достаточно прочным, но при этом необходимо передать на сваю нагрузку, превышающую несущую способность обыкновенной буроиньекционной сваи. Также отличительная особенность сваи ГЕО является
Литература:
[1] СНиП 2.02.03-85 – Свайные фундаменты, НИИОСП им. Н.М. Герсеванова, Москва, 1985 г.
[2] Рекомендации по применению буроинъекционных свай, НИИОСП им. Н.М. Герсеванова, Москва, 2008 г.
[3] СНиП 2.03.01-84* - Бетонные и железобетонные конструкции, Госстрой, СССР, 1989 г.
[4] СП 50-102-2003 – Проектирование и устройство свайных фундаментов, Госстрой России, Москва, 2004
