книги / Расчет осадок ленточных свайных фундаментов
..pdfРАСЧЕТ ОСАДОК ЛЕНТОЧНЫХ СВАЙНЫХ ФУНДАМЕНТОВ
ИЗДАТЕЛЬСТВО ЛИТЕРАТУРЫ ПО СТРОИТЕЛЬСТВУ
М о с к в а — 1972
Книга посвящена вопросам осадок ленточных свай ных фундаментов с расположением свай в один, два и три ряда. Излагаются результаты специальных опытов по исследованию работы ленточных свайных фундамен тов, приведены данные об изменении порового давления в глинистых грунтах вокруг свай, о распределении сил трения по боковой поверхности и сопротивлении острия при работе свай в составе фундаментов, о деформации грунта активной зоны. На основании аналитического решения излагаются методы расчета осадок ленточных свайных фундаментов и определения напряжений под этими фундаментами. Для практического пользования составлены с помощью ЭЦВМ таблицы и номограммы перемещений от единичных сил в зависимости от вели чины коэффициента бокового расширения грунта, глуби ны активной зоны и приведенной ширины фундамента. Дана методика прогноза осадок -свай и свайных фунда ментов во времени. Рассмотрены результаты многолет них наблюдений за действительными осадками зданий, возведенных на свайных фундаментах.
Книга предназначена для инженерно-технических работников и проектировщиков.
Таблиц — 13, иллюстраций — 48, библиография — 70 наименований.
3-2-6
55 -72
Свайные фундаменты нашли широкое применение в жилищ ном и промышленном строительстве. В настоящее время они применяются во многих городах Советского Союза, что объясняется целым .рядом преимуществ свайных фундаментов по сравнению с фундаментами на естественном основании: индуст риализация работ нулевого цикла, сокращение объема земляных работ, снижение расхода бетона, снижение стоимости фундамен тов, уменьшение неравномерности осадок зданий. Дальнейшее совершенствование свайных фундаментов и снижение их стоимо сти возможны лишь на основе более полного учета действитель ной работы свай в составе фундаментов, разработки новых мето дов расчета и проектирования по предельным состояниям. Основ ным является расчет осадок. Однако методы расчета .осадок раз личных свайных фундаментов разработаны еще недостаточно. По назначению, условиям работы и характеру передачи нагруз ки сваями на грунт свайные фундаменты можно разделить на следующие группы: одиночные сваи, кусты свай и ленточные свайные фундаменты с 'расположением свай в один, два и три ряда.
Осадки одиночных свай до недавнего времени определяли по графикам «осадки—нагрузки», полученным в результате статиче ских испытаний. В последнее время появились работы А. А. Лу га [49, 50], X. Р. Хакимова [64], посвященные определению оса док одиночных свай и основанные на результатах обобщения большого количества данных статических испытаний свай в раз личных грунтовых условиях. В. Н. Голубков [26, 28] установил зависимости осадки от нагрузки на основании эксперименталь ных исследований и анализа работы свай.
Р. Хефели и X. Вечера [69], используя результаты испытания моделей, получили эмпирическую зависимость для определения осадки одиночных свай. А. Кезди [71], используя безразмерные параметры, предложенные О. Грилло [74], получил линии влия ния напряжений от сил трения по боковой поверхности и сопро тивления острия для случая единичной нагрузки. При помощи линий влияния напряжений можно найти осадки сваи, вызван ные силами трения и сопротивлением острия. Аналогичный под ход к определению осадок свай использован Г М. Петренко [59].
Работы Е. П. Сивцовой [62], P. С. Шеляпина [66], Л. Б. Огра-
новича [57] и др. основаны |
на применении формулы Р. Миндли- |
||||
иа [54] для вертикальной |
компоненты перемещения |
от силы, |
|||
приложенной внутри полупространства. |
|
одиночных |
|||
Более строгое решение для определения осадок |
|||||
свай с учетом проскальзывания и |
уплотнения |
грунта |
дано |
||
М. И. Горбуновым-Посадовым [30]. |
Сравнение |
расчетных |
оса |
док одиночных свай, определенных различными методами, с действительными осадками показало, что существующие методы определения осадок дают значительный разброс [6]. Это объяс няется тем, что некоторые аналитические методы основаны на большом количестве допущений, характер передачи нагрузки по боковой поверхности и в плоскости острия и физико-механиче ские показатели грунтов принимаются условными, без соответст вующего экспериментального и аналитического обоснования.
Несмотря на многолетний опыт применения кустов свай, ме тоды расчета их осадок стали разрабатываться недавно. В 30-х годах применяли метод ВИОС*. Затем условный метод расчета осадок кустов свай был предложен К. Е. Егоровым [39] на осно вании разработанного им метода расчета прямоугольных фун даментов на естественном основании. Метод заключается в том, что свайный фундамент рассматривается как массивный и место приложения расчетного давления на грунт под подош вой фундамента принято в зависимости от отношения длины свай к ширине фундамента. Когда отношение длины свай к ши рине фундамента меньше или равно единице, местом приложе ния расчетного давления принимается поверхность у острия свай фундамента. Если отношение длины свай к ширине фун дамента больше единицы, то местом приложения давления при
нимается поверхность на глубине, |
равной ширине фундамента. |
|
В дальнейшем метод К. Е. Егорова был |
развит в работах |
|
А. А. Луга [51], В. Н. Голубкова |
[27, 28] |
и включен в нормы |
проектирования свайных фундаментов. В зарубежной практике кусты свай тоже рассматривают как условный массивный фун дамент [81 и др.].
Расчету осадок кустов свай с учетом глубины приложения напрузки посвящены работы H. М. Дорошкевич [37], Е. П. Сив цовой [61]. В последние годы разработаны методы расчета оса док кустов свай с учетом взаимовлияния свай в составе фунда ментов (В. А. Барвашов, 1967, 1968) и метод ограниченной сжи маемой толщи (Б. И. Далматов и А. В. Пилягин, 1968).
Следует отметить, что при разработке методов расчета оса док свайных фундаментов в основном получили развитие мето ды расчета осадок одиночных свай и кустов и недостаточно раз рабатывались методы расчета осадок ленточных свайных фунда
* Бывш. Всесоюзный институт оснований сооружений.
ментов при расположении свай в один, два и три ряда. Однако эти свайные фундаменты широко применяются в жилищном и промышленном строительстве.
Для более полного изучения осадок ленточных свайных фун даментов были проведены комплексные исследования, которые предусматривали:
1) экспериментальные исследования осадок свайных фунда ментов при расположении свай в один, два и три ряда и харак тера работы свай в составе этих фундаментов;
2)разработку методов расчета осадок ленточных свайных фундаментов;
3)определение напряжений под ленточными свайными фун даментами;
4)наблюдения за действительными осадками зданий, возве денных на ленточных свайных фундаментах, от начала строи тельства до стабилизации осадок.
Работа проводилась на кафедре механики грунтов, основа ний и фундаментов МИСИ им. В. В. Куйбышева под руководст вом чл.-корр. АН СССР, проф. Н. А. Цытовича и доц. H. М. Дорошкевич в 1962—1965 гг. и в Пермском политехническом инсти туте в 1962—1970 гг.
Результаты исследований были доложены и обсуждены на
XXIII (1964 г.), XXIV (1965 г.) и XXVII (1969 г.) научно-тех нических конференциях МИСИ им. В. В. Куйбышева; первом (Уфа, 1963 г.) и втором (Москва, 1966 г.) Всесоюзных совещани ях-семинарах по обмену опытом проектирования и возведения свайных фундаментов; Всесоюзной юбилейной IV межвузовской конференции по вопросам совершенствования крупнопанельного
строительства |
(Днепропетровск, 1967 |
г.); |
XXVII |
научно-техни |
ческой конференции ЛИСИ (1969 г.), |
VII |
(1967), VIII (1968), |
||
IX (1969) и X |
(1970 г.) научно-технических конференциях Перм |
|||
ского политехнического института. |
|
|
и пожелания |
|
Сделанные |
на этих конференциях замечания |
|||
учтены автором при подготовке данной работы. |
|
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ХАРАКТЕРА РАБОТЫ И ОСАДОК ЛЕНТОЧНЫХ СВАЙНЫХ ФУНДАМЕНТОВ
1. ЗАДАЧИ ЭКСПЕРИМЕНТОВ, ОПЫТНЫЕ ПЛОЩАДКИ
Несмотря на широкое применение свайных фундаментов, еще недостаточно изучены многочисленные факторы, влияющие на несущую способность и осадку свай при их работе в составе различных свайных фундаментов и в различных грунтовых ус ловиях. Это объясняется тем, что обычно проводят испытания одиночных свай, которые не могут дать полной картины действи тельной работы фундаментов. Испытания в натуре свайных фундаментов с числом свай более трех слишком трудоемки, тре буют значительных средств, много времени и технически трудно осуществимы. В последние годы проведен целый ряд испытаний кустов свай и исследованы различные факторы, влияющие на ра боту фундаментов. Наиболее подробные данные о действитель ной работе свай в составе кустов приведены в работах В. Н. Го
лубкова |
[27, 28], А. А. Луга [51], Б. И. Далматова |
и А. В. Пи- |
ляпгаа |
[36], H. М. Дорошкевич и Б. А. Сальникова |
[38], автора |
данной работы и др. |
работы свай |
|
В Японии [73] были проведены исследования |
длиной 5,55 м в составе куста из девяти свай. Эти исследования позволили выявить влияние погружения свай на свойства окру жающего мягкопластичного глинистого грунта, изменение пороиого давления в грунтовой воде, распределение напряжений вдоль свай, деформации грунта в межсвайном пространстве.
С целью исследования действительной работы свай в составе ленточных свайных фундаментов автором были проведены по левые испытания в глинистых грунтах одиночных свай, свайштампов, тензосвай, свайных фундаментов при расположении свай в один и два ряда с расстоянием между сваями 3 и (сваи сечением 25X25 и 30X30 см, длиной 5—8 м), ленточного фун дамента на естественном основании.
«
Планы трех основных экспериментальных площадок А, Б, В приведены на рис. 1. Кроме того, были проведены опыты с ма ломасштабными ленточными свайными фундаментами в лесчаных грунтах в лаборатории и в глинистых грунтах в полевых условиях (сваи диаметром 30 мм, длиной 350, 650, 1000 мм).
Программой экспериментов было предусмотрено:
1) исследование изменения давлений в скелете грунта и поровой воде, тиксотропное упрочнение глинистых грунтов вокруг свай после их погружения и изменение несущей способности свай во времени;
2) исследование осадок ленточных свайных фундаментов
вразличных грунтовых условиях;
3)определение напряжений под ростверками и их роль в не сущей способности;
4)исследование раопределения сил трения по боковой поверх ности и сопротивления острия свай при их работе в составе свайных фундаментов, распределения нагрузки между сваями;
5)определение зон деформации грунта и распределения на пряжений в активной зоне свайных фундаментов.
Одним из основных условий при всестороннем изучении ха рактера работы свайных фундаментов является выбор площадок с однородными грунтами значительной мощности, что позволяет обобщить результаты исследований и избежать неправильных выводов. Специальные экспериментальные площадки А и В представлены четвертичными суглинками и глинами мягкопла стичной консистенции мощностью 12 м. Ниже залегают водонасыщенные пески, гравийно-галечниковые отложения, подсти лаемые коренными породами.
Результаты лабораторных исследований образцов глини стых грунтов, отобранных с интервалами через 1 м на глубину до 12 м, приведены в табл. 1.
С целью исследования работы свай и свайных фундаментов в водонасыщенных глинистых грунтах мягкопластичной конси стенции экспериментальные сваи были приняты длиной 5—8 м.
Гидрогеологические исследования показали, что на весь пе риод экспериментов уровень грунтовых вод находился на 0,15 м ниже поверхности площадки, что позволило проводить опыты в одинаковых условиях.
Площадка Б сложена слоем суглинков различной консистен ции. С поверхности до глубины 5,5—7 м залегают аллювиально делювиальные суглинки, консистенция которых изменяется от полутвердой до тугопластичной, а на глубине 4—5 м суглинки находятся в текучепластичном и текучем состоянии. Под слоем аллювиально-делювиальных суглинков расположены моренные суглинки тугопластичной консистенции с редким включением гравия, мощность слоя в среднем около 7 м. С глубины 13—14 м
залегают галечники с включением глины. Под нижними концами свай на данной площадке залегает суглинок тугопластичной консистенции. Грунтовые воды находятся на глубине 2,2—3 м от поверхности.
Основные физико-механические характеристики грунтов при ведены в табл. 2.
В лаборатории опыты проводились в грунтовом лотке .разме ром в плане 1,4—2 м и высотой 2 м. Основанием служил одно-
У150 f ISOУ150 У 150^ 150^ 150 ° 15о\ 150 J
At п$ Щ
□ |
Рис. |
1. |
Планы экспериментальных |
|||||||
Рт *6 |
площадок |
А, |
Б, |
В |
и вертикаль |
|||||
î,v; |
ные |
продольные |
разрезы / —/ |
и |
||||||
г |
// —II. ТС — тензосваи |
диаметром |
||||||||
30 см, |
длиной |
б м; СШ — свая- |
||||||||
я й , |
штамп сечением |
25X25 |
см, |
дли. |
||||||
|
ной 6 м; |
Ci, 2,з — одиночные сваи |
||||||||
TiJ |
сечением |
25X25 |
см, |
длиной |
5— |
|||||
6,5 м; Ш — штамп сечением |
70Х |
|||||||||
Х70 |
см; |
|
Л , 2 — ряды |
свай |
с |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
>■ |
родный пылеватый песок, полученный в .результате просеивания на наборе сит. В лоток песок укладывали слоями по 10 см, за тем уплотняли. Плотность песка контролировали по величине объемного веса грунта. Рабочее значение объемного веса было принято 1,75—1,8 г/м3. В связи с тем что в процессе эксперимен тов грунт уплотняется и изменяется влажность, после каждой серии опытов грунт из лотка извлекали, затем вновь укладыва ли, уплотняли до необходимого объемного веса и одновременно увлажняли до первоначального значения (16—-17%). Это поз волило провести все опыты в грунте одинаковой плотности и влажности и тем самым получить более достоверные результаты.
ïï’ïï
|
85 |
150 |
|
|
|
|
|
|
180 |
180 |
150 |
185 |
W |
|
|
|
|
|
|
2200 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
шагом |
3d, |
|
сваи |
сечением |
25X25 |
сл, |
длиной |
6,5 м\ |
|
Рг-4 — ряды* |
||||
свай с |
шагом 3d и 6d, длина |
свай 5 |
м\ |
Я5|в — элементы ленточных свайных |
||||||||||
фундаментов с шагом свай 3d и 6d, сваи |
сечением 25X25 см, длиной 5 м\. |
|||||||||||||
Ф — фундамент |
на |
естественном основании |
размером |
<в |
плане |
|
80X400 см-,. |
|||||||
Ki, 2 — кусты из четырех овай |
с шагом 3d и 6d, длина свай 5 м\ |
|
Р7 -9 — эле |
|||||||||||
менты |
ленточных овай фундаментов |
при |
расположении свай в два ряда, |
|||||||||||
сваи сечением 25X25 см, длиной 5 м, шаг свай 3d и 6d; |
A i — анкерные сваи |
сечением 25X25 см, длиной 6,5 м; Ао — сваи сечением 30X30 см, длиной 9 м; 1—Î ! —номера мессдоз общего давления; tfiie — мессдозы норового давле ния; Mi- 9 — глубинные марки
о
в м
Г ул иб ан
1
2
3
4
5
6
7
8
9
1 0
И
1 2
|
|
Физико-механические показатели |
грунтов экспериментальных площадок А и В |
|
Т а б л и ц а |
1 |
||||||||||
еъбОм н ы й в е с |
|
унвлогУт р е н н е г о вяинерт град |
Структурнаяв к г с /с мМодульде |
|
||||||||||||
в т /м 3 |
еъбОм н ы й в е с лексе т а |
евтсетсЕн н а я сонжалвт ь в % |
тледерпе к у итсеч |
пледерпл а с итсончит |
лполсич а с итсончит |
етазакоПл ь к о н ицнетсиси В |
ьнепетС в о д о н а - яннещыс |
циффэоКи е н т п о итсотсир |
|
циффэоКи е н т у п яинентол в г/к*см |
ыньледУе с и л ы инелпецся в *кгс/см |
2 |
||||
|
й ы н ь л е д У с е в |
|
|
П л а с т и ч н о с т ь |
|
|
|
|
|
|
|
|
ь т с о н ч о р п |
|
и и ц а м р о ф |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
К о э ф ф и ц и е н т |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ф и л ь т р а ц и и в |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
с м / сек |
|
|
|
|
|
|
1 , 8 2 |
2 , 7 0 |
1 , 3 7 |
3 3 |
4 2 |
2 1 |
2 1 |
0 , 5 6 |
0 , 9 3 |
0 , 9 6 |
2 1 0 - 6 |
0 , 0 5 2 |
0 , 2 3 |
1 4 |
0 , 1 |
6 5 |
|
1 , 8 9 |
2 , 7 0 |
1 , 4 3 |
3 2 |
3 9 |
2 1 |
1 8 |
0 , 6 1 |
0 , 9 7 |
0 , 8 9 |
1 , 5 - 1 0 6 |
0 , 0 4 1 |
0 , 1 7 |
1 8 |
0 , 1 |
6 5 |
|
1 , 9 2 |
2 , 7 1 |
1 , 4 7 |
3 1 , 2 |
3 6 |
2 0 |
1 6 |
0 , 6 4 |
0 , 9 9 |
0 , 8 5 |
5 • 1 0 — 6 |
0 , 0 3 5 |
— |
— |
0 , 1 2 |
6 0 |
|
1 , 9 5 |
2 , 7 2 |
1 , 5 0 |
3 0 , 2 |
3 5 |
1 9 |
1 6 |
0 , 7 |
1 |
0 , 8 2 |
3 , 7 - 1 0 — 6 |
0 , 0 1 9 |
0 , 2 |
1 7 |
0 , 1 2 |
6 0 |
|
1 , 9 6 |
2 , 7 2 |
1 , 5 0 |
3 1 |
3 7 |
2 1 |
1 6 |
0 , 6 7 |
1 |
0 , 8 2 |
М О - 6 |
— |
0 , 1 8 |
— |
0 , 1 1 |
6 5 |
|
1 , 9 8 |
2 , 7 0 |
1 , 5 1 |
3 1 |
4 2 |
2 3 |
1 9 |
0 , 6 8 |
1 |
0 , 7 9 |
2 , М О - 8 |
0 , 0 3 6 |
— |
1 8 |
0 , 1 2 |
6 5 |
|
1 , 9 3 |
2 , 7 1 |
1 , 4 3 |
3 3 , 9 |
4 2 |
2 3 |
1 9 |
0 , 6 3 |
1 |
0 , 9 |
— |
— |
0 , 1 9 |
— |
0 , 1 3 |
6 5 |
|
1 , 8 8 |
2 , 7 0 |
1 , 4 1 |
3 3 , 4 |
4 2 |
2 4 |
1 8 |
0 , 5 2 |
1 |
0 , 9 2 |
2 , 3 ' 1 С Г 8 |
0 , 0 2 5 |
— |
— |
0 , 1 3 |
7 0 |
|
1 , 9 0 |
2 , 7 2 |
1 , 4 4 |
3 2 |
4 0 |
2 2 |
1 8 |
0 , 5 6 |
0 , 9 8 |
0 , 8 9 |
— |
— |
0 , 2 1 |
— |
0 , 1 4 |
7 0 |
|
1 , 8 9 |
2 , 7 1 |
1 , 4 5 |
3 0 |
4 4 |
2 3 |
1 9 |
0 , 5 8 |
0 , 9 6 |
0 , 8 5 |
1 , 8 5 - 1 0 ~ 7 |
0 , 0 1 9 |
0 , 2 3 |
1 6 |
0 , 1 4 |
7 5 |
|
1 , 9 0 |
2 , 7 0 |
1 , 4 6 |
3 0 |
3 8 |
2 0 |
1 8 |
0 , 5 6 |
0 , 9 6 |
0 , 8 5 |
1 , 9 3 - 1 0 ~ 7 |
— |
— |
— |
0 , 1 5 |
8 0 |
|
1 , 9 2 |
2 , 7 0 |
1 , 5 2 |
2 7 , 3 |
3 4 |
1 8 |
1 6 |
0 , 5 8 |
0 , 9 7 |
0 , 7 9 |
1 , 6 - 1 0 — 6 |
0 , 0 1 9 |
0 , 1 7 |
— |
0 , 1 5 |
8 5 |