Расчет нагрузки на сваю калькулятор: Калькулятор расчета нагрузки на свайный или столбчатый фундамент

онлайн калькулятор, какое количество свай нужно, необходимая несущая способностьи подробный монтаж

Фундамент выполняет важную и ответственную функцию, не допускающую никаких сомнений в возможностях или надежности основания.

В этом отношении свайные опорные конструкции позволяют получить полноценный вариант решения проблемы без опасности просадок или деформаций, которые возможны у традиционных видов фундамента.

Особенно ярко эта способность проявляется в сложных условиях, на слабонесущих или обводненных грунтах, торфяниках.

Если традиционные основания базируются на верхних, неустойчивых слоях грунта, то сваи опираются на плотные горизонты, расположенные на значительном расстоянии от поверхности.

Единственной задачей, встающей перед проектировщиком, является грамотный и корректный расчет опорной конструкции.

Содержание статьи

• 1 Какие параметры нужно рассчитать для правильного выбора свайного фундамента
• 2 Расчет с помощью онлайн-калькулятора
• 3 Как найти нагрузку на основание
• 4 От каких факторов зависит шаг?
• 5 Пример вычисления необходимого количества опор
• 6 Пример расчета буронабивной основы
• 7 Основные схемы размещения
• 8 Как правильно рассчитать шаг
• 9 Оптимальное расстояние
• 10 Пример нахождения размеров ростверка
• 11 Полезное видео
• 12 Заключение

Какие параметры нужно рассчитать для правильного выбора свайного фундамента

Параметры, необходимые для обоснованного выбора свайного фундамента, можно разделить на две группы:

• Измеряемые.
• Расчетные.

К измеряемым могут быть причислены все свойства грунта на данном участке:

• Состав слоев.
• Уровень залегания грунтовых вод.
• Особенности гидрогеологии, возможность сезонного подтопления, подъемы и понижения водоносных горизонтов.
• Глубина залегания и состав плотных слоев.

К расчетным параметрам относятся:

• Величина нагрузки на основание.
• Несущая способность опоры.
• Схема расположения стволов.
• Параметры свай и ростверка.

Указаны только самые общие параметры, в ходе создания проекта нередко приходится рассчитывать большое количество дополнительных позиций.

ВАЖНО!

Расчет фундамента — ответственная и очень сложная задача. Ее решение можно поручить только грамотному и опытному специалисту, имеющему соответствующую профессиональную подготовку и квалификацию

. Кроме того, заказ на выполнение расчета должен быть оформлен официальным порядком, чтобы проектировщик нес полную ответственность за результат своих действий. Проект, составленный неформальным порядком, может стать приговором как самой постройке, так и людям, проживающим в ней.

Расчет с помощью онлайн-калькулятора

Тип грунта определяется по результатам бурения пробной скважины. Она имеет глубину до появления контакта с плотными слоями, или до момента погружения на достаточную глубину для установки висячих свай.

Некоторую информацию можно получить в местном геологоразведочном управлении, но она будет усредненной и не сможет дать максимально полные данные о качестве и параметрах грунта на данном участке.

Участок способен иметь специфические инженерно-геологические условия, не свойственные данному региону в целом, поэтому всегда следует производить специализированный геологический анализ.

Глубина промерзания грунта — табличное значение, которое находят в приложениях СНиП.

Существует специальная карта, на которой все регионы России разделены на специальные зоны, обладающие соответствующей глубиной промерзания.

Тем не менее, в действующем ныне СП 22.13330.2011 «Основания зданий и сооружений» имеется методика специализированного расчета глубины промерзания, производимого по теплотехническим показателям грунта и самого здания.

Как найти нагрузку на основание

Нагрузка на фундамент определяется как суммарный вес постройки и всех дополнительных элементов:

• Стены дома.
• Перекрытия.
• Стропильная система и кровля.
• Наружная обшивка, утеплитель.
• Эксплуатационная нагрузка (вес мебели, бытовой техники, прочего имущества).
• Вес людей и животных.
• Снеговая и ветровая нагрузка.

Производится последовательный подсчет всех слагаемых, после чего вычисляется общая сумма. Затем необходимо увеличить ее на величину коэффициента прочности.

Необходимо решить, возможны ли какие-либо дополнительные пристройки или дополнения, увеличивающие вес дома и изменяющие величину нагрузки на основание. Если подобные изменения входят в планы, лучше сразу заложить их в несущую способность фундамента, чтобы упростить себе задачу в будущем.

От каких факторов зависит шаг?

Минимальным расстоянием между двумя соседними винтовыми сваями является двойной диаметр лопасти.

Максимум ограничивается несущей способностью опор и жесткостью ростверка, испытывающего нагрузку от веса дома.

Каждый пролет между опорами можно рассматривать как балку, жестко закрепленную с двух концов.

Тогда величину нагрузки необходимо рассчитать таким образом, чтобы балка не была деформирована или разрушена, а прогиб в центральной точке не превышал допустимых значений.

На практике обычно поступают проще — на основании многочисленных расчетов и эксплуатационных наблюдений выведено максимальное расстояние между соседними сваями, равное 3 (иногда — 3,5) м.

Эту величину считают критической, если по несущей способности опор получаются пролеты больше 3 м, то добавляют 1 или несколько свай для уменьшения шага.

Пример вычисления необходимого количества опор

Для простоты примем общий вес дома со всеми нагрузками равным 30 т. Это приблизительно соответствует весу одноэтажного брусового дома 6 : 4 м, расположенного в средней полосе со снеговой нагрузкой до 180 кг/м2.

Определяется несущая способность одной сваи. Площадь опоры (лопасти) при диаметре 0,3 м составит 0,7 м2. (700 см2). Несущая способность грунта обычно принимается равной среднему арифметическому от значений всех слоев, встречающихся на участке. Допустим, она выражается в 3-4 кг/см2. Тогда каждая свая сможет нести 2,1-2,8 т.

Получается, что для дома в 30 т надо использовать 11-15 свай. Помня о необходимости иметь запас прочности, принимаем максимальное значение. Схему размещения можно принять как свайное поле из 3 рядов по 5 свай в каждом.

Глубину погружения и, соответственно, длину свай принимаем равной глубине залегания плотных грунтовых слоев.

Она определяется практически, методом пробного погружения сваи или бурением скважины.

Пример расчета буронабивной основы

Прежде всего следует вычислить несущую способность одной сваи. Для примера возьмем наиболее распространенный вариант — диаметр скважины 30 см, несущая способность грунта составляет 4 кг/см2. По таблицам СНиП определяем, что несущая способность на песках средней плотности составит около 2,5 т.

Затем производится подсчет общего веса дома. Он делается по обычной методике, но к нему понадобится прибавить вес ростверка, для чего следует вычислить объем ленты и умножить его на удельный вес бетона.

После этого нагрузку на сваи делят на несущую способность единицы и округляют до большего целого значения. Это — количество буронабивных свай, необходимое для дома заданного веса, выстроенного в заданных условиях.

Даже состав грунта редко соответствует лабораторным показателям из-за различных примесей, включений или прочих напластований, изменяющих все параметры.

Поэтому в любом случае надо делать запас прочности, превышающий обычные коэффициенты, заложенные в формулы. Рекомендуется увеличивать его на 10-15%.

ОБРАТИТЕ ВНИМАНИЕ!

Необходимо помнить, что все расчеты производятся по формулам, не учитывающим реальной обстановки на участке.

Основные схемы размещения

Существует несколько разновидностей схем расположения свай:

• Свайное поле.
• Свайный куст.
• Свайная полоса.

Свайное поле представляет собой участок с равномерно распределенными по всей площади опорами.

Используется для жилых или вспомогательных построек, обладающих подходящим весом, этажностью и материалом для использования винтовых свай. Свайные кусты применяются для создания опорной конструкции под точечные объекты — вышки электропередач или мобильной связи, колонны, трубы котельных и т.п.

Свайные полосы служат фундаментом для линейных сооружений — ограждений, заборов, набережных и т.п.

При проектировании схемы расстановки опор учитывается конфигурация, геометрические и функциональные особенности всех элементов сооружения. Нередко используются смешанные, или комбинированные схемы расположения свай, когда совместно со свайным полем наблюдаются участки с кустами и полосами.

Необходимо учитывать, что минимальное расстояние между соседними сваями не должно превышать 2 диаметра, а между соседними рядами — 3 диаметра режущих лопастей. Это важно, так как при погружении грунт теряет свою плотность, на восстановление которой уходит большое количество времени.

Как правильно рассчитать шаг

Расчет шага производится в зависимости от схемы размещения свай и от конфигурации постройки.

Если известно общее количество, опоры расставляются по выбранной схеме — сначала по углам, затем заполняются наиболее нагруженные линии, расположенные под несущими стенами, после чего расставляют оставшиеся сваи по площади комнат для поддержки лаг перекрытий.

Задаче проектировщика является обеспечение максимальной жесткости ростверка, установка опор в точках максимальных нагрузок и равномерное распределение веса дома между остальными стволами.

Для построек обычного типа распределение свай проблемы не вызывает, намного сложнее расстановка опор на сооружениях сложной конфигурации с неравномерным распределением массы элементов.

В таких ситуациях сначала размещают кусты свай под наиболее нагруженными точками, после чего размещают остальные опоры.

ВАЖНО!

В любом случае, необходимо соблюдать минимальные расстояния между соседними опорами, чтобы не снизить удельное сопротивление грунта. В противном случае несущая способность фундамента в данных точках окажется значительно ниже расчетной, что приведет к деформациям или разрушению ростверка и стен постройки.

Оптимальное расстояние

Оптимальное расстояние между сваями — это абстрактное понятие, не имеющее реального числового выражения.

Некоторые источники приводят вполне конкретные значения, но они вызывают больше сомнений, чем полезной информации.

Прежде всего, необходимо учесть нагрузку на каждую опору, которая должна быть меньше предельно допустимых величин.

Кроме этого, необходимо обеспечить такую длину пролетов между сваями, чтобы балки ростверка сохраняли неподвижность и не прогибались.

В этом отношении оптимальное расстояние определяется материалом и размерами ростверка, величиной нагрузки и прочими факторами воздействия.

Поэтому общего оптимального значения расстояния между сваями нет и не может быть. Это величина расчетная, зависит от многих факторов и в каждом конкретном случае имеет собственное значение.

Пример нахождения размеров ростверка

Рассмотрим порядок расчета железобетонного ростверка. Ширина ленты должна быть равна толщине стен.

Если стены дома в 1,5 кирпича, то ширина стен составит 38 см. Такой же будет и ширина ростверка.

Высота ленты при такой ширине должна составить 50 см — это обеспечит необходимую жесткость на прогиб.

Арматурный каркас Будет состоять из двух горизонтальных решеток по 2 стержня 12 мм.

Общий объем бетона, необходимого для отливки, составит 0,5 · 0,38 · 30 м (общая длина ростверка) = 5,7 м3.

Учитывая возможность непроизводительных потерь, лучше заказывать 6 м3 готового бетона марки М200 и выше, или изготовить его самостоятельно прямо на площадке.

Полезное видео

В данном разделе вы сможете ознакомиться с пособием по расчету свайно-ростверкового, плитно-свайного, а также свайно-ленточного фундамента:

Заключение

Большинство пользователей не производит расчет фундамента, так как это слишком сложная и ответственная задача.

Чаще всего для этого привлекают опытных специалистов.

Как минимум, используются онлайн-калькуляторы, позволяющие получить нужные данные быстро и совершенно бесплатно.

Кроме того, такие ресурсы позволяют найти необходимое количество всех материалов и нередко даже рассчитывают их стоимость для монтажа.

Следует учитывать, что всецело полагаться на качество подсчета при помощи неизвестного алгоритма опасно, надо хотя бы продублировать расчет на другом, подобном ресурсе.

В целом, самостоятельный расчет можно производить только для вспомогательных или хозяйственных построек, чтобы не слишком рисковать своим имуществом, здоровьем и жизнью людей.

Онлайн калькулятор расчета нагрузки на винтовую сваю

Расчет допустимой нагрузки на винтовую сваю

Типоразмер сваи * ВыбратьСВС-57СВС-76СВС-89СВС-108СВС-133

Тип преобладающего грунта на предполагаемой глубине расположения винтовой части свай * ВыбратьПесок крупной или средней фракцииПесок мелкой фракцииПесок пылевидной фракцииСуглинок или супесь твердыеСуглинок или супесь тугопластичныеСуглинок или супесь мягкопластичныеГлина полутвердого состоянияГлина тугопластичнаяГлина мягкопластичнаяЛёсс

Качество грунтов определено ВыбратьПроведением профессиональных геологических изысканийУстановкой эталонной сваиНа основе лично проведенных изысканий

Допустимые нагрузки на винтовые сваи

Как определить несущую способность винтовой сваи, т. е. какой максимум нагрузки смогут выдержать опоры?

На этот показатель влияют две составляющие:

• Геометрические особенности непосредственно сваи;
• Характеристики почвы, на которой будет располагаться сооружение.

И если с первым пунктом все довольно просто, то с определением особенностей грунта часто возникают проблемы, так как порой справиться с этой задачей может только опытный специалист.

Общая формула

Формула, по которой определяется допустимая нагрузка на винтовую сваю, выглядит довольно просто:

W=Q/k, где:

W – искомая величина, то есть максимальная нагрузка, которую может выдержать основание здания;

Q – среднее значение, полученное исходя из особенностей грунта и параметров самой сваи;

k – коэффициент, позволяющий рассчитать эксплуатационный запас допустимых нагрузок, то есть всю ту массу, которая будет давить на основание уже после заселения жильцов (сами люди, мебель). Эту величину еще называют коэффициентом надежности.

Вычисление среднего показателя нагрузки на сваю

Первая величина, необходимая для получения значения допустимой нагрузки так же рассчитывается по простой формуле:

Q=SxRo, где

S – площадь лопасти сваи, то есть поперечного сечения опоры здания в вертикальном разрезе;

Ro – табличная величина, обозначающая уровень сопротивления грунта на глубине, в которую закопано основание здания.

Чтобы определить показатель пластичности глины, не нужно какое-то специальное оборудование. Для этого достаточно взять небольшой комок грунта в руку и с силой сжать его, придав новую форму. Уровень пластичности зависит от того, будет ли полученная фигура статична или же быстро рассыплется.

Фракции песка можно легко определить с помощью простой линейки. Значения, указанные в таблице, обозначают диаметр одной крупинки. Лесс на практике встречается крайне редко, и еще реже используется для строительства домов, так как обладает очень низкой несущей способностью.

Когда средний показатель нагрузки на сваю определен, переходят к следующему этапу расчета формулы, то есть поиск коэффициента надежности.

Определение коэффициента

Многолетняя практика строительства показала, что в зависимости от различных внешних факторов, показатель надежности колеблется в пределах от 1,2 до 1,7. Такое решение позволяет учесть не только добавочную эксплуатационную нагрузку, но и огрехи при определении характеристик грунта.

Существует несколько способов определить структуру земли, на которой строится дом.

Профессиональный анализ

Это лучшее решение, поскольку гарантирует получение наиболее точного результата. С этой целью в разных точках участка пробуриваются скважины для взятия образцов почвы. Лабораторные исследования позволяют точно определить структуру почвы и наличие протекающих подземных вод. При использовании профессионального анализа применяют коэффициент надежности 1,2, так как погрешность в этом случае минимальна.

Однако такой способ обычно используется при масштабном строительстве, а не при возведении частного дома, так как влечет за собой ощутимые финансовые затраты.

Анализ по эталонной скважине

Оптимальный вариант для частного строительства – вкручивание пробной сваи аналогичной тем, что будут использоваться при возведении фундамента. Когда она проходит уровень промерзания грунта, специалисты анализируют крутящий момент, который прикладывают к опоре для дальнейшего вкручивания. На основании этого делаются выводы о плотности слоев почвы и их составе.

Хотя для такого анализа придется привлекать профессиональных специалистов, заказчику он обойдется значительно дешевле, чем профессиональный, а его достоверность позволяет увеличить коэффициент надежности всего на 0,05, то есть при подобном подходе он составит 1,25.

Самостоятельный анализ

Определение слоев проводится самостоятельно по имеющимся выкопанным колодцам, погребам или буровым отверстиям. Однако такая методика не рекомендуется, так как часто влечет за собой получение ошибочных результатов, значительно понижающим надежность всего здания. Чтобы компенсировать погрешности при самостоятельном анализе, коэффициент берут максимальный, то есть 1,7.

Интересно, что такое решение часто приводит к необходимости увеличения общего числа свай, что финансово бывает дороже, чем оплата услуг специалиста для анализа по эталонной скважине. Прежде чем принимать решение, необходимо хорошо подумать, на что лучше потратить деньги – дополнительные опоры или квалифицированную информацию об особенностях грунта.

Расчет свайного фундамента. Калькулятор онлайн

Содержание

• Виды фундаментов с ростверком
• Что собой представляют винтовые сваи
• Рассчитываем расстояние между сваями и глубину их установки
• Как закладывать фундамент на основе расчётов
• Примеры расчётов
  • Пример один
  • Пример два
  • Пример три
• Итоги

Расчёт свайного фундамента — это очень важный этап создания проекта будущего дома. Если допустить хотя бы малейшую ошибку срок эксплуатации строения уменьшится на двадцать лет в лучшем случае. При наименее благоприятных обстоятельствах катастрофа может произойти ещё при строительстве.

Если на территории застройки присутствуют неустойчивые грунты, на которых присутствует повышенная влажность, или же какие-либо сложные рельефы, то в таком случае единственно оптимальным выходом будет грамотный расчет свайного фундамента. Основным преимуществом данной конструкции является предельно высокая надежность закрепления даже в относительно слабых грунтах благодаря тому, что опоры погружаются на достаточно большую глубину. Такие конструкции отличаются гораздо большей надежностью и долговечностью, а для их реализации требуется не такое большое количество бетона, но при этом вы должны понимать, что процесс их расчета и возведения является достаточно трудоемким.

Причин для проведения расчёта свайного фундамента можно найти более чем достаточно. Во-первых, правильно смоделированная конструкция обладает большой устойчивостью. Во-вторых, вбивание свай обходится значительно дешевле, нежели, возведение ленточной или плиточной конструкции. В-третьих, при малой несущей способности грунта — свайный фундамент единственно возможный вариант.

Если участок обладает малой несущей способностью, то сделав правильный расчёт, свайного фундамента вам не придётся рыть глубоких траншей, чтобы сделать надёжное основание. Для этого используются винтовые сваи. Но формулы расчёта при использовании таких материалов значительно усложняются.

Виды фундаментов с ростверком

Ростверк представляет собой верхнюю часть фундамента, с помощью которой объединяются в одно целое оголовки свай, и именно ростверк представляет собой опору для будущего здания. Объединение ростверка и свай осуществляется при помощи специализированной сварки или же путем стандартной заливки бетоном.

По способу монтажа ростверки могут подразделяться на несколько категорий:

• Ленточные – объединяются только соседние сваи;
• Плиточные – связывается каждый отдельный оголовок.

По типу материалов:

• Из бетона с арматурой. Под несущие стены осуществляется монтаж свай, а на глубину и ширину ростверка прорываются траншеи небольшой глубины;
• Подвесной бетонный. Является аналогичным предыдущему варианту, однако особенностью такого фундамента является то, что бетонная лента не соприкасается с грунтом, а устройство компенсационного зазора при этом предоставляет возможность предотвратить разрыв опор при возникновении значительного колебания грунта;
• Железобетонные. Изготовление такого фундамента предусматривает использование двутавра или же широкого металлического швеллера, при этом под несущие стены монтируется швеллер 30, в то время как остальные опоры связываются при помощи швеллера 15-20;
• Из дерева. Крайне редкий вариант, который в последнее время практически не используется;
• Комбинированный. Здесь используются не только металлические несущие элементы, но и бетон.

Что собой представляют винтовые сваи

Чтобы провести правильный расчёт свайного фундамента необходимо как можно больше узнать об основном материале. Это позволит максимально точно составить проект, основываясь на характеристиках свайных конструктов, а также их свойствах.

Все сваи сверху объединяются ростверком. Его можно сделать как из деревянных, так и из металлических балок. Также можно взять сплошную железобетонную плиту. Но это сильно прибавит веса основной конструкции.

Свайные конструкты для расчёта фундамента можно изготовить как самостоятельно, так и заказать на заводе. При изготовлении непосредственно на месте строительства их основание лучше всего делать плоским.

Чтобы сделать правильный расчёт свайного фундамента знать только площадь конструкции недостаточно. Необходимо учитывать силу трения, что возникает между боковой поверхностью стержня и землёй.

Раньше винтовые сваи часто применяли военные инженеры при постройке фортификационных сооружений. Это было связано с тем, что они позволяют конструкции выдерживать повышенные нагрузки в экстремальных условиях.

Внимание! Свайные конструкты до сих пор незаменимы при создании мостов и переправ.

Основная часть сваи — это ствол. Его диаметр от 80 до 130 мм. Конец в форме острого конуса. На него приваривается лопасть. Это позволяет максимально быстро и эффективно вворачивать свайные конструкты в грунт.

Некоторые сваи идут без оголовка. В таком случае в конце ствола есть отверстие. В него заводится рычаг, который позволяет вращать сваю с нужной скоростью. Эта особенность даёт возможность при необходимости удлинить ствол. Данная опция крайне необходима, когда работы проводятся на нестабильных грунтах.

К преимуществам свайных конструктов можно причислить:

1. Безопасную технологию установки, которая позволяет в кратчайшие сроки возвести фундамент дома.
2. Возможность использования на любых грунтах. Единственным исключением являются скальные породы.
3. Когда сваи вворачиваются, не образуется ударная нагрузка. Благодаря этой особенности свайные фундаменты можно строить даже в местах плотной застройки, не опасаясь за сохранность ближайших домов.
4. Как только будут установлены винтовые элементы, сразу же можно монтировать ростверки. Конечно же, эта особенность учитывается в расчётах.
5. Расчёт свайного фундамента можно делать как для холмистой местности, так и для неровных участков.
6. Монтаж осуществляется практически в любых погодных условиях. Неважно сколько градусов за окном. Это никак не повлияет на качество фундамента.
7. Возможность перепланировки. Ни один другой вид фундамента не даёт столько простора для изменений конструкции, как свайный. При необходимости стальной болт можно выкрутить и ввинтить в другое место.

Зная преимущества и особенности свайного фундамента можно провести максимально точные расчёты, усчитав все особенности конструкции.

Рассчитываем расстояние между сваями и глубину их установки

Расчет свайно-винтового фундамента с ростверком включает в себя большое количество моментов, но в первую очередь определяется глубина заложения свай, которая зависит от вида и сложности грунта. В первую очередь, нужно определить нормативную глубину промерзания грунта в вашем регионе проживания, после чего отмерить ниже 20-25 см – это и будет глубина заложения свай.

После того как будут проведены изыскательские работы, нужно будет определить уровень расположения грунтовых вод, а также возможность его колебания в разные сезоны и качественную характеристику грунта на участке. Лучше всего, если проектированием свайного фундамента, а также его обустройством будет заниматься квалифицированный специалист.

Осуществляя расчет количества винтовых свай для фундамента в каждом отдельном случае, следует брать в расчет следующие характеристики:

• Насколько прочный используется материал и ростверк;
• Какая присутствует несущая способность у грунта, учитывая также уплотнение в процессе установки опоры;
• Если присутствуют значительные перепады рельефа, то в таком случае определяется и учитывается также несущая способность основания опоры;
• Насколько будут усаживаться сваи под воздействием вертикальной нагрузки;
• Какой вес имеет строение с внутренним содержанием;
• Какие присутствуют сезонные, динамические и ветровые нагрузки.

Помимо этого, в обязательном порядке нужно учитывать осадку свайного фундамента. Свайный фундамент должен делаться в соответствии с рабочим планом, поэтому лучше всего, если его созданием будет заниматься профессиональный архитектор.

Важно! Расчет, а также последующее проектирование свайного фундамента осуществляется только после того, как будут закончены все изыскательские работы на территории, которые проводит квалифицированный специалист.

Данные для вычислительных формул в данном случае будут выбираться в зависимости от качества почвы и ее типа. Стоит отметить, что расчет свайного фундамента по усадке и деформации обуславливает необходимость в максимально возможной точности выходных показателей.

Как закладывать фундамент на основе расчётов

Чтобы построить правильные расчёты необходимо на месте строительства провести геодезические изыскания. В первую очередь нужно под слабыми грунтами определить глубину залегания слоя, который сможет выдержать вес постройки.

Важно! Необходимо делать расчёт таким образом, чтобы свайные конструкты углублялись в несущий слой не менее чем на половину метра.

Чтобы узнать на какую глубину нужно вкручивать сваи, проводится предварительное бурение. Это позволяет определить, где залегают грунтовые воды. Также нужно учитывать, насколько земля промерзает в зимний период.

Весь процесс строительства условно делится на такие этапы:

1. Вначале делается разметка и выравнивание. Определяются места, где будут установлены основные сваи. После этого можно монтировать второстепенные элементы. Расстояние между ними должно быть в диапазоне от двух до трёх метров. Стальные болты должны быть под всеми стенами дома.
2. Завинчивание начинается с угловых свай. В верхнее отверстие стального болта пропускается лом. Чтобы удлинить рычаг на лом надеваются металлические трубы. При вкручивании отклонение от вертикали не может превысить два градуса. Угол наклона в процессе работы контролируется посредством магнитного уровня.
3. Расчёт свайного фундамента на угловых сваях делается с помощью шлангового уровня. Потом наносятся метки. Они определяют горизонтальную плоскость и нижнюю кромку ростверка.
4. Вворачиваются оставшиеся сваи.
5. Глубина вворачивания должна быть такой, чтобы от верха до земли было 20 см.
6. Ненесущая поверхность обрезается по обозначенным уровням.
7. Замешивается цементный раствор. Одна часть цемента к четырём частям песка. Им заполняются сваи.

Правильно проведённые расчёты на уровне планирования свайного фундамента позволяют сделать прочное и надёжное строение.

Примеры расчётов

Расчёт прочности одного элемента позволяет определить, сколько, в общем, понадобится свай для фундамента. В качестве константы возьмём расстояние между столбами в два метра. Мало того, согласно современным архитектурным веяниям опоры должны иметь общий ростверк.

Пример один

Диаметр одного металлического болта 30 сантиметров. Расчётная масса здания сто тонн. В формуле расчёта свайного фундамента особую роль играет несущая способность грунта. Возьмём чаще всего встречающийся показатель в четыре килограмма на сантиметр квадратный.

Важно! Нагрузка не должна превышать несущую способность грунта.

Показатель силы, которая будет действовать на каждую сваю в фундаменте обозначается как Fсв. Расчёт параметра проходит по следующей формуле:

(πd2/4)*R

Уточним значения всех переменных:

• π — неизменная величина, бесконечное число, которое для простоты математических исчислений принято обозначать как 3,14.
• d — диаметр металлического болта (30 см).
• R — радиус

Сведём всё в одну формулу:

Fсв=(πd2/4)·R =707,7·4=2826 кг.

Именно такой вес, в данном грунте сможет выдержать одна свая фундамента. Исходя из этих данных — продолжим расчёт.

Общий вес здания ровно 100 тонн. Эта цифра была взята для простоты исчислений. Перед тем как провести дальнейший расчёт свайного фундамента необходимо привести показатели к одной метрической системе. Переведём тонны в килограммы и получим значение N (количество опор).

N= 100000/2826=35,4.

Конечно же, тридцать пять с половиной опор никто монтировать не будет. Поэтому округляем в большую сторону. Выходит, для того чтобы построить дом массой в сто тонн на грунтах с несущей способностью в 4 кг/м² нужно не менее 36 опор.

Пример два

Чтобы понять алгоритм расчёта свайного фундамента закрепим материал и немного изменим базовые показатели. Расширим основание до 50 сантиметров. Это позволит увеличить практичность всей конструкции. Остальные показатели оставим без изменений.

Fсв=1962,5·4=7850 кг

Проведём расчёт свайного фундамента и получим 13 опор. Как видите, расширение основания позволяет значительно сэкономить на количестве свай, добившись хороших показателей устойчивости конструкции.

Пример три

Расчет свайного фундамента, пример которого вы увидите далее, может использоваться как для легких дачных домов, таки для массивных коттеджей, просто в первом случае используются стандартные винтовые сваи, в то время как при постройке коттеджей нужно будет использовать массивные буронабивные сваи, которые могут выдерживать достаточно серьезные нагрузки.

Для упрощения в примере расчет свайного фундамента осуществляется по винтовым опорам. Стоит отметить, что для таких свай небольшого размера в процессе проведения расчетов не берется в учет бокового трения, которое определяется при возведении тяжелых зданий, которые оказывают на сваи значительное воздействие.

В данном случае будет рассматриваться детальный расчет общего количества свай, а также шага их установки для одноэтажного дома, размер которого составляет 7х7 м:

• Изначально определяется общая масса расходных материалов. Предположим, что общий вес крыши, бруса и облицовки будет составлять 27526 кг с учетом снеговой нагрузки;
• Размер полезной нагрузки составляет 7х7х150=7350;
• Величина снеговой нагрузки составляет 7х7х180=8820;
• Таким образом, приблизительная масса нагрузки на фундамент будет составлять 27526+7350+8820=43696 кг;
• Теперь полученный вес нужно будет умножить на коэффициент надежности 43696х1.1=48065.6 кг;
• Допустим, предусматривается установка винтовых опор, размер которых составляет 86х250х2500. Для того чтобы рассчитать их количество, нужно будет полученную сумму общей нагрузки распределить на ту нагрузку, которая прилагается на каждую сваю. 48065.6/2000=24.03, округляем полученное количество до 24, и получаем точное число нужного нам количества свай;
• Для того чтобы установить 24 опоры, нужно будет использовать шаг установки 1.2 метра. Для формирования половых лаг нужно будет использовать еще две дополнительные сваи, которые уже будут располагаться непосредственно внутри дома.

Таким образом, по вышеприведенной технологи вы сможете рассчитать нужное вам количество свай для любого дома вне зависимости от его особенностей.

На видео ниже вы сможете посмотреть, как осуществляется расчет свайного фундамента специалистами:

Итоги

Свайный фундамент — это экономичный и быстрый способ создания базы для постройки. Он позволяет работать при любых погодных условиях, а также даёт возможность возводить строения даже на самых проблемных грунтах.

Расчёт свайного фундамента позволяет заранее определить, сколько необходимо свай для дома определённой массы. При помощи формул, описанных в статье, расчёты можно проводить быстро и точно.

• Строим дом из пеноблоков своими руками
• Плавающий фундамент
• Опалубка для фундамента своими руками
• Фундамент под печь в баню

правила определения, размещение свай и калькулятор

При планировании строительства различных малоэтажных конструкций на винтовых сваях обязательно проведение расчётов предполагаемых нагрузок с учётом влияющих на них факторов. К одной из них относится выдёргивающая сила, которая, в зависимости от важности объекта и его массивности, может дополнительно потребовать проведения полевых испытаний. В результате проводится анализ и сравнивается расчётная нагрузка на сваю с полученными данными, а затем выбирается подходящая свайная конструкция.

Допустимая нагрузка на винтовую сваю. Расчет винтового фундамента.

Расчет винтового фундамента — ответственный этап проектирования. Если при его выполнении допустить ошибку, то можно не правильно задать шаг свай или их сечение. Ошибки приводят к снижению надежности опор под знание и возникновению вероятности сильной усадки или крена строения, вследствие которых образуются трещины и повреждения основных строительных конструкций здания. Одним из самых важных характеристик свайновинтового фундамента (как и любого другого) является его несущая способность.

Расчёт выдёргивающей нагрузки

Формула для вычисления выдёргивающей нагрузки F на фундамент имеет следующий вид:

где γf – коэффициент, характеризующий надёжность несущей конструкции, который в данном случае берётся равным 0,9;

Gn – значение веса конструкции фундамента;

γс – коэффициент условий работы, который принимается равным 1;

Fu,a – предельное сопротивление винтовых свай на выдёргивание;

γn – коэффициент надёжности сваи.

Выдёргивающее сопротивление зависит только от величины бокового трения.

Винтовые опоры диаметром 108 мм
На основе расчётов выдёргивающей нагрузки определают диаметр винтовых свай, которые потребуются для создания надёжного основания.

Если нагрузки на выдёргивание имеют значительную величину, то применяют буронабивные сваи с выполнением уширения пятки либо винтовые с диаметром более 108 мм. Наиболее устойчивыми к выдёргивающим силам являются буронабивные конструкции.

Однако их применение невозможно на грунтах с непробиваемыми пластами. Поэтому проектировщику приходится принимать достаточно сложное решение по возникшим технических проблемам.

Основным преимуществом применения винтовых свай диаметром 108 мм является возможность передачи выдёргивающих нагрузок в грунт. Дом построенный на их основе будет иметь более выгодную конструкцию, чем при использовании буронабивных опор, по параметру веса, надёжности и распределения нагрузки.

Допустимая нагрузка на винтовую сваю зависит от следующих факторов:

1. диаметр трубы и лопастей;
2. прочность грунта основания;
3. длина сваи.

При выполнении простейших расчетов для частного дома потребуется знать только прочностные характеристики основания и площадь лепестковой подошвы (лопасти).

Расчет нагрузки на винтовую сваю выполняется по следующей формуле: N = F/γk .

• N — несущая способность винтовой сваи (сколько она способна выдержать),
• F — значение несущей способности (неоптимизированное),
• γк — коэффициент надежности по нагрузке, принимаемый в зависимости от количества опор для здания и способа выполнения геологических изысканий.

Коэффициент γk назначается равным следующим значениям:

1,2 при проведении точных геологических испытаний грунта основания, путем выполнения зондирования и лабораторных исследований. Выполнить это самостоятельно невозможно. Способ не подходит для частного домостроения из-за высокой стоимости, которая сильно увеличит бюджет строительства.

• 1,25 при проведении испытаний с помощью сваиэталона. Хотя этот способ проще, чем предыдущий, определить, сколько сможет выдержать грунт, способен только человек, имеющий знания в области геологии.
• При самостоятельных исследованиях почвы и использовании табличных показателей прочности коэффициент принимается в зависимости от количества опор. Если несущая способность определяется для винтовой сваи с низким ростверком, то значение составит 1,41,75 при количестве опорных элементов в пределах 520 штук.

Чтобы найти F, потребуется выполнить вычисления по следующей формуле: F = S*Rо .

• S — площадь лопасти, которая вычисляется по формуле для круга (S = πR² = (πD²)/4). Исходные данные приводятся производителем винтовой сваи.

После того, как определено, сколько составляет площадь лепестковой подошвы винтовой сваи, нужно выяснить прочностные характеристики грунта основания (в формуле буква Rо). Для этого потребуется выполнить как минимум простейшие геологические изыскания с помощью ручного бурения или отрывки шурфов. Грунт можно изучить визуально и на ощупь, рекомендуется выполнять определение с применением ГОСТ «Грунты. Классификация».

ГОСТ «Грунты. Классификация».

Зная сколько способен выдержать грунт на один квадратный сантиметр и площадь опорной части винтовой сваи можно найти предварительное значение несущей способности F (без учета коэффициента по надежности). Значение подставляют в первую формулу и находят окончательную максимально допустимую нагрузку на один элемент фундамента. Более подробно определить, сколько сможет выдержать свая можно по формуле 7.15 пункта 7.2.10 СП «Проектирование и устройство свайных фундаментов». Здесь учитываются все моменты, которые способны повлиять на несущую способность, а именно:

1. условия работы;
2. характеристики грунта;
3. глубина залегания лопасти (прибавляется боковое трение);
4. диаметр лопасти;
5. характер работы сваи (на выдергивание или на сжатие).

Выполнить расчет достаточно сложно, потребуется найти множество коэффициентов и характеристик грунта (здесь учитывается не только несущая способность, но и угол внутреннего трения, удельное сцепление, удельный вес и др.). Для упрощения работы можно воспользоваться таблицами, которые приводятся для наиболее распространенных диаметров свай (чаще всего для частного домостроения используют 89 мм, 108 мм, 133 мм).

Для свай диаметром 89 и 108 мм можно привести следующую таблицу:

Расчет свай на фундамент

Несущая способность элементов диаметром 89 достаточна для того, чтобы использовать их в качестве фундаментов под одноэтажные дома из легких материалов (каркасные, бревенчатые, брусовые). При возведении двухэтажных строений лучше вместо 89 диаметра выбрать 108 или больший. Если опирать на такие свайные фундаменты кирпичные и бетонные здания, при расчете получится очень большой диаметр элементов и частое их расположение (зависит от характеристик грунта), да и не в каждой компании найдется специалист способный рассчитать массивное здание на винтовых сваях. Выгоднее использовать другие типы фундаментов.

Пример упрощенного расчета

Исходные данные для расчета фундамента под двухэтажный брусовой дом с размерами в плане 6 на 6 метров:

1. грунты на участке — глина;
2. диаметр используемых свай — 133 мм, диаметр лопасти — 350 мм;
3. масса дома, полученная в результате сбора нагрузок от стен, перегородок, перекрытий, полезного и снегового нагружения — 59 тонн.
4. периметр наружных стен — 24 м, внутренних несущих стен нет.

Как определить коэффициент условий работы сваи

Чтобы определить γс, необходимо воспользоваться следующей формулой:

где γ1 может принимать значения 0,8, 1,0 или 1,2 при расстояниях между осями опор под дом равными 1,5, 2,5 и 5 м соответственно;

γ2 принимается равным 1,0 при нормальных режимах монтажа свай, либо 1,2 — при аварийном и монтажном режиме работы;

γ3 может принимать следующие значения:

• 1,0 – при промежуточном прямом распределении устройств;
• 0,8 – для промежуточных угловых, свайных, свайно-угловых, концевых распределениях порталов устройств;
• 0,7 – для специальных порталов устройств.

γ4 может быть равным 1,0 при использовании грибовидных оснований и анкерных плит с защемлёнными стойками в грунте, либо 1,15 для анкерных плит с шарнирными опорами на основание.

Определение несущей способности сваи

Несущая способность по грунту на вдавливание (кН) забивных висячих свай сплошного поперечного сечения определяют по формуле [3] (см. рис.3.2):

(3.1)

где – коэффициент условий работы сваи в грунтах, принимаемый = 1; – расчетное сопротивление грунта под нижним концом сваи, определяемое по табл.П.7.1(Приложение 7),кПа; – площадь поперечного сечения сваи, м 2 ; – периметр поперечного сечения сваи, м; – расчетное сопротивление того слоя грунта по боковой поверхности сваи, определяемое по табл.П.7.2, кПа; – толщина того слоя грунта, м; – число слоев; – коэффициенты условий работы грунта соответственно под нижним концом и на боковой поверхности сваи. Для применяемых в курсовой работе забивных свай сплошного сечения .

Суммирование в формуле (3. 1) распространяется на все пройденные сваей слои грунта (с учетом размыва).

В пояснительной записке к курсовой работе расчет несущей способности сваи должен сопровождаться расчетной схемой, подобно изображенной на рис. 3.2 с указанием наименований грунтов и всех необходимых размеров и отметок. При подсчете сопротивлений геологические слои основания пройденные сваей разбивают на однородные расчетные слои толщиной не превышающей 2 м. Подсчет сил трения по боковой поверхности сваи сводится в таблицу по указанной на рис. 3.2 форме:

Расчет несущей способности сваи

Номер слоя основания

Наименование грунта

Номер расчетного слоя

м

, м

, кПа

, кПа × м

Рис. 3.2. Схема и таблица к расчету несущей способности свай по грунту

фундамента с высоким – а, и низким – б, ростверками

Несущую способность сваи на выдергивание из грунта (кН) определяют по формуле:

, (3.1)

где обозначения те же что и формуле (3. 1), но = 0,8.

Кроме несущих способностей сваи на вдавливание в грунт и выдергивание из грунта следует установить расчетную нагрузку на сваю из условия прочности ее ствола на растяжение, принимаемую по данным табл. Е.1 приложения Е.

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:

Лучшие изречения:
Для студента самое главное не сдать экзамен, а вовремя вспомнить про него.
10169 – | 7568 – или читать все.

93.79.246.243 © studopedia.ru Не является автором материалов, которые размещены. Но предоставляет возможность бесплатного использования. Есть нарушение авторского права? Напишите нам | Обратная связь.

Отключите adBlock! и обновите страницу (F5)

очень нужно

Критерий необходимости учёта выдёргивающей нагрузки

Согласно СП 22.13330.2011, критерием для учёта выдёргивающей нагрузки является выполнение следующего условия:

где Fn – нормативная выдергивающая сила;

Gn – нормативный вес свайного основания;

β – угол действия выдёргивающей силы относительно вертикали;

γс – коэффициент, определяющий условия работы сваи;

R“0 – расчётная величина сопротивления грунта обратной засыпки;

A0 – величина площади проекции верхней части свайного основания на плоскость, которая перпендикулярна направлению действия выдёргивающей силы.

Выдергивающая нагрузка может быть не учтена только в том случае, когда она по направлению действия совпадает с осевой линией винтовой сваи.

Отделы

Бухгалтерия

Бухгалтерия обладает всеми необходимыми сведениями о поступлении платежей от Клиентов за услуги, предоставляемые компанией ГлавФундамент (продажа винтовых свай, строительство фундаментов на винтовых сваях, экспресс-геология, проектирование фундаментов на винтовых сваях, гражданских и промышленных объектов). Каждый Клиент имеет возможность в оперативном порядке получить сведения о поступлении его платежа на счет организации. В задачи отдела также входит выставление счетов и закрывающих отчетный период документов.

Васильев Денис Александрович

Особенности проведения испытаний винтовых свай

Испытания винтовых опор
Винтовые сваи 108 мм под дом испытывают статическими нагрузками с применением следующих методов:

• Ступенчатой нагрузкой с выжиданием стационарного состояния по вертикальным смещениям на каждой из величин нагружения.
• Непрерывно увеличивающейся нагрузкой.
• Знакопеременным или пульсирующим нагружением.

При ввинчивании винтовой сваи в грунт регистрируются следующие параметры: число оборотов, длительность заглубления, осевая пригрузка и крутящий момент. Периодичность записи данных в журнал определяется величиной погружения сваи на каждые полметра.

Пригрузка вдоль оси определяется плотностью грунта и его структурой. Численно она определяется путём деления теоретического числа оборотов сваи к реальному. Если соотношение имеет значение менее 1, то пригрузка повышается, а при большем — снижается. Оптимальным вариантом, который говорит о правильности настройки испытательной установки, считается равенство полученного значения единице.

Посмотрите видео, как проводятся испытания винтовых опор.

Как не ошибиться при отсутствии опыта

С группой грунта

Свайный фундамент — удачный выбор для глинистых грунтов

Основой в расчете и определении целесообразности возведения свайного, как, впрочем, и любого другого основания, считается выявление вида грунта.

Грунты условно можно разделить на несколько групп:

• Каменистый (скалистый) грунт сам по себе может представлять надежное основание для строительства дома, потому свайный фундамент на нем возводить нет никакого смысла;
• На песчаных грунтах (также как и на «хрящеватых» — смеси песка, гравия, глины) также нет особой необходимости в установке свай — на них лучше всего устраивать мелкозаглубленные ленточные фундаменты, естественно, ниже глубины промерзания;

• На суглинках и супесях, равномерно сложенных, вполне можно построить дом и на ленточном фундаменте;
• Торфяники позволяют возводить лишь легкие строения на плитном основании. Посмотрите видео, как не ошибиться с типом фундамента.

С количеством свай

Чтобы пользоваться достаточно сложными вычислениями, описанными выше, разработаны простые правила подбора количества свай в соответствии с распределением опорных точек по периметру строения:

• Под каркасно-щитовыми и деревянными домами интервал между сваями не должен превышать 3 м;
• Для легкобетонных конструкций расстояние между заглубленными опорами следует принимать не более 2м.

Наиболее простым и понятным является следующий пример.

На листе бумаги в масштабе рисуется план дома. По углам и пересечениям стен намечаются точки, в которых сваи следует устанавливать прежде всего. Далее, применяются описанные чуть выше правила расстановки опор в зависимости от материала, из которого возводится постройка. Посмотрите видео, как рассчитать количество свай.

Из каких бы материалов ни строился бы дом, каких бы размеров и конструктивных особенностей он ни имел — расчет свайного основания в качестве несущей конструкции всего строения можно назвать главнейшим нюансом успешного строительства.

Калькулятор фундамента из винтовых свай, онлайн расчет цены

Калькулятор фундамента из винтовых свай – онлайн расчет – простой способ сориентироваться в ценах на продукцию/на работы по строительству.

Калькулятор фундамента под ключ

Самое главное достоинство онлайн калькулятора в том, что он позволяет выполнить все расчеты самим без помощи специалиста. Сама схема тоже довольно проста.

На большей части страниц нашего сайта в правом верхнем углу есть кнопка «Калькулятор фундамента». Нажав на нее, Вы переходите на отдельную страницу, на которой размещены поля, обязательные для заполнения. От Вас потребуется указать тип строения (дом, баня, забор, пирс), материал стен (для дома это дерево, каркас или кирпич, для забора – профлист, сетка-рабица), этажность, размер постройки. Эти данные необходимы для определения нагрузок от сооружения.

Для удобства все поля снабжены выпадающими вкладками, в которых указаны самые частые варианты. Это значительно сокращает время заполнения.

Калькулятор фундамента от компании «ГлавФундамент» также включает два дополнительных поля – грунтовые условия и коррозионная активность грунта. При их заполнении у Вас, вероятно, могут возникнуть вопросы, так как почти все организаций на рынке не запрашивают эту информацию для расчета цены свай/строительно-монтажных работ. Почему мы сделали их обязательными?

Параметры свай, их количество, расстановка в фундаменте могут назначаться только на основании информации о нагрузках от строения и о грунтах. Если оба эти фактора не будут учтены, возникнет риск просадки (при мощности слоя плотного грунта под сваей менее 1 метра или сезонном намокании некоторых типов грунтов, снижающем их несущую способность) или выпучивания (при действии касательных сил морозного пучения) фундамента. Вы также не сможете быть уверены, что срок службы конструкции будет таким, как требует ГОСТ 27751-2014 «Межгосударственный стандарт. Надежность строительных конструкций и оснований. Основные положения».

Эффективная работа двухлопастных винтовых свай возможна только при рассчитанном, исходя из данных о грунтах, расстоянии между лопастями. То же касается шага лопастей, угла их наклона (больше информации в статье «Особенности расчета двухлопастных винтовых свай»).

Для включения в работу сваи околосвайного массива грунта ненарушенной структуры должна подбираться рациональная конфигурация лопасти, соответствующая типу грунта (подробнее в статье «Ключевые принципы подбора параметров лопастей»).

Толщина металла и марка стали – это тоже переменные, зависящие от степени коррозионной активности грунтов. Если среда сильноагрессивная, а свая выполнена из стали марки Ст3 с толщиной стенки 4 мм и менее, не стоит рассчитывать, что она прослужит более 15-20 лет.

Таким образом, данные о грунтовых условиях площадки строительства столь же необходимы при проектировании, как данные о нагрузках. Если Вы не обладаете необходимой информацией, специалисты компании «ГлавФундамент» проведут необходимые исследования – геолого-литологические изыскания, а также измерения коррозионной активности грунтов (подробнее об услугах в статье «Экспресс-геология (геолого-литологические изыскания) и измерения коррозионной активности грунтов»).

Онлайн калькулятор, разработанный нашей компанией, подходит только для объектов малоэтажного строительства. Фундаменты промышленных и крупных гражданских объектов (трубопроводы, стенды, мачты, вышки, ЛЭП) рассчитываются в системах автоматизированного проектирования (САПР) после проведения полноценных инженерно-геологических изысканий. Для подтверждения полученных результатов организуются контрольные испытания грунтов при действии вдавливающих, выдергивающих и горизонтальных нагрузок. Это связано с предъявлением повышенных требований к уровню безопасности этих объектов.

Если Вам нужно рассчитать промышленную или крупную гражданскую постройку, перейдите по ссылке и заполните заявку в проектный отдел нашей компании, указав необходимые данные. Если потребуется дополнительная информация, мы Вам перезвоним.

Расчет количества, подбор конструкций и расстановка свай

При определении количества и сочетаний свай в программе «Калькулятор фундамента» учитываются требования нормативных документов, действующих в РФ, а также нормы проектирования, разработанные нашими специалистами по результатам исследований и испытаний, как собственных, так и выполненных зарубежными специалистами.

На фундаментную конструкцию практически любого сооружения (дом, баня) воздействуют сразу несколько типов нагрузок (под ответственными узлами сооружения, под несущими и ненесущими стенами, под лагами пола). Каждый тип нагрузок требует применения конструкции сваи с определенной несущей способностью. Поэтому предложенное решение будет включать не один, а сразу несколько их видов.

Но есть моменты, которые сложно учесть при онлайн расчете. Это, например, характеристики провисания ростверка (расчетная величина). Есть мнение, что во избежание провисания ростверка достаточно придерживаться обобщенных значений допустимых нагрузок. Это некорректно. Пролет между сваями определяется для каждого объекта, с учетом нагрузок на обвязочный материал от каждой стены.

В этой связи расчет, выполненный в калькуляторе фундамента, можно рассматривать только как предварительный. Он помогает Вам сформировать общее представление о цене, но это не решение, гарантирующее безопасность здания.

Калькулятор расчета винтового фундамента

При создании калькулятора расчета винтового фундамента мы ставила перед собой задачу разработать программу, которая будет удобна и одновременно полезна.

Во-первых, мы можете сравнить цены. Плюс – для этого не нужно открывать множество вкладок, вся необходимая информация есть на нашем сайте. Сервис рассчитывает цену сразу в трех категориях («Эконом», «Стандарт», «Премиум»). В итоговую цифру также войдет стоимость строительно-монтажных работ (для этого достаточно поставить галочку в поле «С учетом работ»).

Во-вторых, мы добавили в калькулятор справочную информацию, которая дает понять, чем мы руководствуемся, предлагая Вам именно это решение.

К примеру, ограждения и пирсы принято относить к легким сооружениям, из-за чего часто под них рекомендуют однолопастные сваи. Это кажется правильным, ведь небольшие нагрузки от объектов не требуют строительства конструкции с большой несущей способностью. Но такой подход совершенно не учитывает воздействие на сваи значительных выдергивающих и горизонтальных нагрузок.

Заборы из дерева или профлиста характеризуются большой парусностью. Пирсы и причалы подвержены воздействию течения, схода льда. Возникающее усилие будет постоянно пытаться вырвать сваю из земли. А такой тип воздействия наименее предпочтителен для конструкций с одной лопастью.

Чтобы избежать возможных последствий Вы будете вынуждены выполнить бетонирование основания колонны или обвязку швеллером или профтрубой. Введение же дополнительной лопасти решит эту проблему даже без дополнительного усиления конструкции.

Калькулятор фундамента под дом. Расчет цены

Калькулятор фундамента – удобный инструмент, чтобы предварительно спланировать фундаментную конструкцию под дом, баню или любой другой объект малоэтажного строительства. Он также незаменим, когда Вам нужен примерный расчет цены для понимания возможных расходов.

Но мы не рекомендуем опираться исключительно на данные программы. Все-таки сервис – это только набор алгоритмов, который не может в полной мере учесть особенности объекта и участка, не может заменить опыт инженера-конструктора. А если учесть, что проектный отдел компании «Главфундамент» выполняет расчет бесплатно и за 24 часа, то выбор станет очевиден.

Свайный фундамент, расчет количества свай

Одной из основных задач, возникающих во время проектирования строительства будущего здания, является расчет нагрузки основной конструкции на фундамент. От полученных результатов зависит выбор типа фундамента и его конфигурация. Эта статья посвящена особенностям свайного фундамента дома и его преимуществам. Будут рассмотрены условия, при которых свайная конструкция наиболее предпочтительна, а также продемонстрированы примеры того, как рассчитать количество свай с учетом потенциальных нагрузок на фундамент и характеристик грунта.

Что такое свайный фундамент и из чего он состоит

Основой для этого типа фундамента служат полые стальные сваи, равномерно распределяемые по периметру будущих несущих стен дома. Внешняя поверхность покрывается защитным антикоррозионным слоем на основе цинка или полимерного материала, а внутренняя поверхность защищается бетоном, заливаемой в установленную сваю. Верхняя часть свай для фундамента соединяется посредством сварки с оголовком, который в свою очередь будет поддерживать ростверк – конструкцию, объединяющую отдельные сваи в единую основу. Чаще всего для изготовления ростверка используется бетон, стальные швеллеры и двутавры, реже – деревянный брус.

В отличие от ленточного или монолитного фундамента, также нагруженного по всему периметру здания, для монтажа не потребуется значительный объем земляных работ. Фундамент на сваях рекомендуется использовать в следующих случаях:

• Грунты, находящиеся под стройплощадкой, характеризуются неустойчивостью, высокой влажностью, усадкой под воздействием сезонных факторов;
• Застройка проводится на территории со сложным рельефом, на котором крайне сложно или невозможно установить обычные фундаменты;
• Климатические условия в местности, а также уровень грунтовых вод, согласно действующим правилам СНиП, вынуждают сооружать массивный бетонный фундамент, требующий значительных денежных вложений;
• При сооружении каркасного здания, как правило, используется именно свайный фундамент.

Виды свай для фундамента

Различают две основные категории, отличающиеся по способу противодействия осадкам свайных фундаментов: стоечные и висячие. Устойчивость висячей сваи обеспечивается за счет силы трения между внешней поверхностью и окружающим ее после погружения грунтом. Стоечные оснащены упором возле своих оснований, который удерживает конструкцию, основываясь на плотных слоях грунта под ним. А также упором служат лопасти винтовых свай, дополнительно трамбующие грунт во время монтажа.

Разделение свай по способу строительства:

• Забивной тип

По названию понятно, что данные сваи забиваются в грунт с помощью специальных механизмов (строительные пневмомолоты). Их особенностью является тот факт, что при забивании сила, воздействующая на нее, берется из расчета свайного фундамента. Таким образом, она погружается до глубины, на которой находится довольно прочный слой грунта, способный выдержать расчетную массу дома. Данный тип считается очень устойчивым, при забивании грунт вокруг нее и под ней дополнительно уплотняется. Монтаж забивных свай практически не используется при строительстве небольших домиков и частных коттеджей, так как требует применения сложной спецтехники.

• Винтовые

Изделия состоят из стальной трубы и приваренных в нижней части лопастей либо это цельнолитая конструкция (что предпочтительнее в плане долговечности). Лопасти способствуют проникновению в грунт при ее закручивании, а после установки они удерживают на себе нагрузку на свайный фундамент и не дают ей проворачиваться. В верхней части изделия находятся специальные отверстия, с помощью которых свая ввинчивается в землю. При этом этот процесс вполне можно осуществить вручную, контролируя вертикальное положение во время работы. Внутренний объем заполняется бетоном для увеличения массы и защиты от коррозии.

• Буронабивные

Порядок установки буронабивных свай не предусматривает использование готовых металлоконструкций. Роль сваи в данном случае выполняет бетон, залитый в предварительно пробуренную скважину. Если грунт недостаточно плотный также потребуется опалубка. Этот способ достаточно прост в применении и подходит для индивидуального строительства. Единственный нюанс: расчетная нагрузка на сваю может оказаться слишком высокой для избранного в качестве основания слоя грунта.

В дальнейших примерах статьи, иллюстрирующих как точно рассчитать свайный фундамент, будут использоваться параметры предельной нагрузки винтовых свай. В следующей таблице вкратце перечислим наиболее распространенные марки данных изделий.

Таблица 1

Калькулятор веса постройки и винтовых свай

• Горячее цинкование погружением (DIN EN ISO 1461, бывший DIN 50976)

Подлежащие цинкованию винтовые сваи после окончательной подготовки опускают в расплавленный цинк (прибл. 450°C). В результате химических реакций образуются различные прочно соединённые со стальной основой сплавы. Эти сплавы отделяются от слоя «чистого» цинка. В зависимости от скорости реакции, состава стали, продолжительности пребывания в ванне, процесса охлаждения и т. д. происходит «поднятие» образовавшегося сплава на поверхность.

Внешний вид поверхности варьируется от светлого глянцевого до тёмно-серого матового, и при этом толщина цинкового слоя и его стойкость к коррозии остаются неизменными. В дальнейшем небольшая коррозия может иметь место во влажной среде, прежде всего на свеже оцинкованных поверхностях, в виде отложений карбоната гидроксида цинка (так называемая «белая ржавчина»). Однако она не оказывает никакого негативного воздействия на антикоррозионное покрытие. Поверхности срезов следует обработать цинковой краской (G4 Каталога). Согласно DIN EN ISO 1461 средняя толщина покрытия составляет не менее: 45 мкм для материалов толщиной менее 1,5 мм 55 мкм для материалов толщиной от 1,5 мм до 3 мм 70 мкм для материалов толщиной от 3 до 6 мм.

Повреждение цинкового покрытия в процессе резки, сверления отверстий и т. п. не приводит в дальнейшем к коррозии, поскольку граничащий с местом повреждения цинк под воздействием кислорода воздуха и влаги растворяется и образует на непокрытых поверхностях среза коричневатый слой гидроксида цинка. Хаотичное перемещение ионов цинка защищает оголившиеся поверхности слоем шириной 2,0 мм.

• Сталь углеродистая ISO630

Настоящий стандарт распространяется на углеродистую сталь обыкновенного качества, предназначенную для изготовления проката горячекатаного: сортового, фасонного, толстолистового, тонколистового, широкополосного и холоднокатаного тонколистового, а также винтовых свай, слитков, блюмов, слябов, сутунки, заготовок катаной и непрерывнолитой, труб, поковок и штамповок, ленты, проволоки, метизов и др.

Fe360 А : Категория качества : А В С / Толщина проката, мм : До 16 Св. 16 . Массовая доля элементов (не более, %) : Углерода 0,20 0,18 0,20 0,17 0,17 / Фосфора : 0,060 0,050 0,050 0,045 0,040 / Серы : 0,050 0,050 0,050 0,045 0,040 / Азота : 0,009 0,009 0,009 / Степень раскисления : Е CF / Массовая доля Марганца не более 1,60 %, Кремния не более 0,55 %.

Подробно о свайном фундаменте с ростверком

С одной стороны, ростверк выполняет функцию связного элемента для отдельных свай, с другой – это основа для остальной конструкции здания. Ростверк и сваи условного фундамента объединяются попарно (ленточный тип связки) либо объединяются все оголовки (плиточный тип). Ростверк для дома может изготавливаться из таких материалов:

• Армированный бетон. Бетонная лента укладывается на оголовки свай, расположенные на уровне земли. Во время проектирования также указываются места прокладывания неглубоких траншей, проходящих вглубь ростверка.
• Бетонный ростверк подвесного типа. Аналогичный способ, при котором между грунтом и ростверком оставляется зазор. Этот промежуток позволяет компенсировать возможные колебания грунта (в рамках нормы).
• Ростверк из железобетона. Основой служит двутавр и швеллер (для монтажа под несущие стены СНиП рекомендует) швеллер 30.
• Деревянные брусья. В последнее время практически не применяются.

Как рассчитать количество свай для фундамента

Правильный расчет количества используемых свай нуждается в предварительной геодезической разведке. Прежде всего, необходимо рассчитать уровень промерзания грунта в зимний период, учитывая, что данный показатель отличается в разных регионах. Для прочной установки сваи ее нижний конец должен находиться ниже этого уровня.

А также необходимо выяснить степень плотности слоев грунта. Чем выше плотность, тем меньшую глубину сваи следует закладывать на этапе проектирования. К примеру, для полускальных и крупноблочных пород она будет минимальной (но не меньше 0,5 метра), а для песчаных и глинистых грунтов придется углубляться по максимуму.

Чтобы посчитать количество и тип используемых свай необходимо учитывать множество параметров. Для упрощения задачи можно использовать специальный онлайн калькулятор, но для общего понимания процесса лучше пройтись по всем этапам расчета самостоятельно.

1. Вычисление потенциальной предельной нагрузки на сваи

Перед началом расчета количества свай для фундамента следует выяснить несущую способность отдельной сваи. Общий вид формулы выглядит следующим образом:

В этом случае W является искомой фактической несущей силой, Q – расчетное значение несущей силы, рассчитанное для отдельной сваи по материалу, размерам и характеристикам грунта; k – дополнительный «коэффициент надежности», расширяющий эксплуатационный запас фундамента.

2. Вычисление расчетной нагрузки на сваи

Далее нам необходимо найти параметр Q, без которого расчет свайного фундамента невозможен. Расчетная нагрузка определяется по формуле:

Где S равно площади поперечного сечения лопастей сваи, а Ro – это показатель грунтового сопротивления на глубине размещения лопастей. Сопротивление грунта можно брать из готовой таблицы:

Таблица 2

Что касается «коэффициента надежности» условного фундамента, его величина может варьироваться в пределах 1,2-1,7. Логично, что чем меньше коэффициент, тем ниже себестоимость фундамента на этапе проектирования, поскольку для достижения заданного значения несущей силы не потребуется использования большого количества свай. Чтобы уменьшить коэффициент следует провести качественный и достоверный анализ грунта на стройплощадке, привлекая специалистов.

А также для данных целей используется методика ввинчивания эталонной скважины. Ее применение зачастую требуется для расчета осадка свайных фундаментов на промышленных стройплощадках и при строительстве многоквартирных зданий, как того требует СНиП. Но при желании эталонная скважина может буриться и при индивидуальном строительстве.

3. Расчет нагрузки от конструкции здания

На завершающем этапе проектирования свайного фундамента проводится расчет количества свай. Для этого потребуется просуммировать все элементы конструкции здания: от капитальных стен и перекрытий, до стропильной системы и кровли. Провести точное вычисление всех компонентов довольно сложно, поэтому рекомендуем воспользоваться одним из специализированных калькуляторов. И также в калькулятор расчета вносятся эксплуатационные нагрузки, включающие предметы интерьера, мебель, бытовую технику и даже проживающих в доме людей.

4. Подсчет требуемого количества свай

Перед тем как рассчитать количество задействованных свай нам нужно получить на предыдущих этапах две величины: совокупную массу здания (M) и несущую способность сваи (W) умноженную на «коэффициент надежности». Значение несущей способности можно взять из Таблицы 1. Итак, если масса равна 58 тонн, а скорректированная несущая способность сваи СВС-108 равна 3,9 тонн, то:

Как показал пример расчета, для дома весом в 58 тонн потребуется 15 свай марки СВС-180. Следует отметить, что это значение приблизительно и не учитывает правила точного распределения свай согласно СНиП:

• Первые должны быть установлены в точках пересечения несущих конструкций;
• Остальные монтируются равномерно между обозначенными углами;
• Минимальное расстояние между отдельными сваями 3 метра;

Как правило, в процессе проектирования выясняется, что для соблюдения вышеперечисленных правил потребуется немного больше свай, чем показали расчеты.

5. Глубина установки свай и расстояние между ними

Базовое значение глубины установки сваи рассчитывается исходя из глубины промерзания грунта в конкретно регионе, плюс 25 сантиметров. И также перед тем как рассчитать свайный фундамент, необходимо выяснить:

• Уровень прочности сваи по материалу и конструкции;
• Несущую способность грунта;
• Провести расчет осадки свайного фундамента, со временем возникающей под нагрузкой здания;
• Дополнительные параметры (температурный режим в течение года, объем осадков, нагрузки от ветра и др.).

Расчет свайного фундамента

Выяснить, сколько именно нужно винтовых свай для фундамента, можно только после суммирования будущих нагрузок. Ниже приведено подробное руководство. Но следует знать, что учитывать надо не только основные строительные конструкции, но и отделочные материалы. Значительным весом обладают дверные и оконные блоки, инженерные коммуникации. Надо добавить вес мебели, крупной бытовой техники, котельного и другого оборудования.

Итоговый результат зависит от типа покрытия кровли, дополнительного оборудования

Калькулятор расчета суммарной нагрузки, оказываемой на свайно-винтовой фундамент

Далее приведены примечания к программе расчета:

• Площадь перегородок и внешних стен можно подсчитать лично. Для этого используют имеющиеся чертежи. Более точными получатся данные, если вычесть площадь дверных и оконных блоков. Если этого не делать, прочность фундамента будет создана с запасом. На этом этапе в соответствующей графе калькулятора выбирают основной материал строительных конструкций.
• Сведения о площади этажей пригодятся для расчета массы перекрытий. Здесь также указывают материал с учетом армирования, других важных деталей из открывающегося в соответствующем пункте списка. Следует вычесть пустые участки для монтажа лестничных маршей.
• Далее выбирают тип кровельного покрытия. Если нет определенного варианта, отмечают материалы, близкие по весу. Так, например, покрытие рубероидом будет примерно равно по весу мягкой битумной кровле при одинаковом количестве слоев. Вес стропильной системы добавляется программой автоматически с учетом сделанного выбора.
• В холодную пору года значительный вес способна создать снеговая нагрузка. Для точности необходимо отметить угол наклона скатов по отношению к горизонтали.

Карта осадков, определяющая вес снегового покрова

• Указанные на рисунке данные (нагрузки в кг на м. кв.) заносить в калькулятор не надо. Достаточно указать зону, в которой будет построен объект недвижимости.
• Масса ростверка из дерева незначительна, поэтому ее учитываю при расчетах, увеличивая размеры соответствующих стен. Если для обвязки свайного фундамента применяют металлический швеллер, иные тяжелые материалы, требуется отдельное вычисление.

После проверки данных нажимают виртуальную клавишу подтверждения. Расчет выполняется быстро, без дополнительного вмешательства со стороны пользователя. Чтобы узнать, хватит ли прочности опор, полученное значение делят на несущую способность единичной детали (НС), которая вычислена заранее.

Допустим, что для каркасного дома получилось количество свай, равное 17. Это еще не итоговый результат. С помощью чертежа с контуром здания и стенами выполняют распределение опорных точек. Их устанавливают в местах сопряжения ограждающих конструкций, в углах. На прямых отрезках строительных конструкций устанавливают сваи с шагом не более 300 см.

Если расчет сделать с запасом, не понадобится усиление буроинъекционными технологиями «слабого» фундамента

Приведенный выше расчет используют для проектирования капитальных строений. Небольшие пристройки, заборы и другие легкие сооружения можно возводить на менее прочных основаниях. Но надо помнить, что понадобятся отдельные опоры под тяжелое технологическое оборудование. Аналогичное дополнительное укрепление устанавливают под колонну, удерживающую большой вес, другие ответственные элементы силового каркаса.

При сложном рельефе местности и на крутых склонах перепад высот может быть слишком большой. В некоторых случаях понадобятся сваи разной длины. Их ввинчивают так, чтобы остался запас от расчетной высоты от 30 до 60 см. Излишки помечают с применением нивелира, обрезают по одному уровню. Далее закрепляют оголовки, устанавливают ростверк в соответствии с выбранным вариантом.

Загородный дом на винтовых сваях

Watch this video on YouTube

Калькулятор свай (трубчатый анкер и фундамент)

Рис. 1. Сопротивление при установке сваи

Сваи б/у; в качестве анкеров, чтобы поднять конструкции над землей или предотвратить движение (оседание) фундаментов конструкций. Они могут быть из твердого бетона или трубчатой ​​стали в зависимости от применения.

Бетонные сваи обычно выдерживают очень большие вертикальные сжимающие нагрузки и устанавливаются/изготавливаются путем рытья ямы в земле, в которую опускают предварительно изготовленную сваю и затем закапывают или в которую заливается незатвердевший бетон. Эти сваи не учитываются калькулятором свай CalQlata.

Полые трубчатые стальные сваи, которые являются предметом калькулятора свай CalQlata, обычно используются в качестве анкеров или для предотвращения смещения в фундаментах небольших и средних конструкций в подозрительных грунтовых условиях на суше или на морском дне.

Почва

До 450 миллионов лет назад поверхность земли была каменистой; земли нигде не было. С тех пор почва накопилась на большей части ее поверхности из разложившихся растительных и животных остатков и эродированных пород. Почвы сильно различаются по составу и характеру в зависимости от множества переменных, таких как; состава, температуры и содержания воды.

Источники свойств почвы сильно различаются не потому, что они неверны, а просто потому, что все они разные. Поэтому всегда полезно проверить почву в месте закладки с помощью штифта небольшого диаметра, проникающего на глубину, подходящую для желаемого уровня достоверности. Это относительно недорогой и надежный метод подготовки сваи к размеру перед установкой. К штифту можно применить те же методы расчета, что и к свае.

Указанная несущая способность грунта действительна только при определенных условиях; глубина, пустоты, вовлеченная вода, частицы породы (камни), состав, температура и т. д. — все это способствует изменению прочности в очень малых объемах. Более того, несущая способность обычно зависит от величины и направления нагрузки, т. е. она значительно снижается при растяжении или сжатии вблизи поверхности.

Поскольку прочность грунта увеличивается с глубиной, CalQlata консервативно предполагает, что боковое давление грунта на стенку сваи равно давлению на глубине, умноженному на коэффициент Пуассона грунта (в отличие от его угла сдвига, который также может различаются по глубине).

Сопротивление сжимающей силе в основании или на конце сваи (рис. 1), которая создает дополнительное проникновение (δd), обычно должно быть равно комбинированному напряжению в грунте на глубине. Однако, поскольку условия на острие сваи изменчивы и в значительной степени неизвестны⁽¹⁾ во время установки, калькулятор свай консервативно использует только несущую способность при расчете ударопрочности оголовка сваи.

Установка свай

Рис. 2. Момент смещения сваи

На рис. 1 показаны силы сопротивления стандартной стальной трубчатой ​​сваи во время установки.

Сваи обычно забивают в землю, опуская на них тяжелый груз с определенной высоты. Сила удара создается за счет потенциальной энергии массы. Если молот падает в плотную среду, такую ​​как вода, его эффективная масса (mₑ) должна использоваться при расчете энергии удара (см. 9).0029 Входные данные ниже).

Сопротивление трению⁽²⁾ между грунтом и внутренней и внешней вертикальными поверхностями сваи увеличивается с глубиной. Пошаговое заглубление достигается за счет преодоления несущего напряжения в грунте по площади поверхности вершины стенки сваи. Сила, генерируемая энергией удара, которая изменяется при каждом постепенном изменении проникновения в грунт, должна быть достаточной для преодоления обеих этих нагрузок.

По мере увеличения глубины сваи большая часть силы удара теряется при преодолении повышенного сопротивления трения, уменьшая силу, доступную для проникновения. Таким образом, дополнительное проникновение уменьшается с глубиной установки, что увеличивает усилие на сваю при каждом ударе.

Маловероятно, что грунт будет иметь одинаковую несущую способность, сопротивление сдвигу, коэффициент трения и коэффициент Пуассона вплоть до установленной глубины, поэтому маловероятно, что каждое воздействие вызовет ожидаемое проникновение на соответствующей глубине.

Хотя разумно продолжать укладку до тех пор, пока сила удара (F) не станет достаточной для ваших нужд (Ŵ < F < W̌), было бы целесообразно обеспечить, чтобы конечное значение (F) превышало (Ŵ+W̌)/ 2
Сила (F) для каждого удара указана в калькуляторе свай.

Прочность сваи

Стенка сваи должна быть способна выдерживать монтажные и эксплуатационные нагрузки, а для определения целостности сваи в зависимости от конкретных условий проектирования требуются отдельные расчеты. Однако наиболее вероятной причиной разрушения сваи является разрушение стены во время установки.

Разрушение или обрушение стенки сваи происходит из-за чрезмерного мембранного напряжения из-за несоосности молота и сваи (рис. 2), достаточно консервативную оценку которой можно получить, используя следующую формулу плоской пластины: σỵ = 6,M/t

Существует множество формул для определения прочности сваи при сжатии, некоторые из них включают классические или сложные формулы, все из которых можно надежно предсказать с помощью расчета потери устойчивости столбца Эйлера-Ренкина, в котором вы добавляете модуль Юнга материала сваи к модулю упругости сваи. грунт (Eᵖ+Eˢ) при создании составной жесткости (EI) для колонны.

Расчетная мощность сваи

Рис. 3. Боковая емкость

Сопротивление весу достигается за счет комбинации сопротивления трению и несущей способности почвы. Горизонтальным нагрузкам должно противодействовать боковое сжатие грунта, которое зависит от глубины, состава и плотности. Растягивающим нагрузкам от анкеров противостоит масса сваи плюс грунтовая пробка, если она остается внутри, и любое остаточное трение между грунтом и стенкой сваи.

Как и во всех теоретических интерпретациях практических задач, в конечном результате присутствует определенная степень оценки.

Например:

Горизонтальная сила : Сопротивление горизонтальным нагрузкам создает пару моментов (M) на высоте «hᴹ» (рис. 3), величина которой обусловлена ​​комбинацией несущей способности грунта и давления на глубине. . Несущая способность при горизонтальной нагрузке не такая, как при сжатии из-за подъема к поверхности, более того, давление создает большее сопротивление горизонтальным силам, чем несущая способность на значительных глубинах (т. е. когда плотность x глубина > несущей способности). Поэтому CalQlata проигнорировала влияние несущей способности для горизонтальных нагрузок в калькуляторе свай и приняла боковое сопротивление, основанное на давлении x глубина⁽⁴⁾. Вам нужно будет убедиться, что ваша свая не сплющивается чуть ниже поверхности почвы в результате горизонтальной силы.

Усилие сжатия : Если свая не забита в подстилающую породу, ее несущая способность (рис. 4; W) будет зависеть от сопротивления трения и несущей способности грунта, которые могут соответствовать или не соответствовать поверхностным условиям. В этом случае вы можете определить несущую способность установленной сваи на основе конечной силы удара. Однако было бы разумно применить соответствующий запас прочности для учета потенциальной ползучести. Эмпирическое правило CalQlata состоит в том, чтобы принять полную несущую способность и ⅔ сопротивления трения (R̂ᵛ). Калькулятор свай предоставляет как теоретические (W̌), так и эмпирические значения (Ŵ) в своих выходных данных.

Суммарная сила : Когда на сваи действуют комбинированные вертикальные и горизонтальные нагрузки (рис. 5; W), сопротивление трения от вертикальной составляющей уменьшается, если горизонтальной составляющей достаточно для преодоления напряжения в грунте. Если грунт и свая теряют контакт более чем на 50 % площади внешней поверхности, сопротивлением трения следует пренебречь. Сопротивление вертикальному восхождению будет зависеть только от веса (сваи и грунтовой пробки, если они сохранены), а сопротивление сжатию будет связано только с напряжением смятия (σ) на кончике сваи.

Предупреждение

Хотя сопротивление трению в свае может быть включено в несущую способность сваи, следует позаботиться о том, чтобы в течение ее расчетного срока службы учитывалось следующее:
1) Определенная ползучесть может возникать с течением времени из-за неоднородностей грунта из-за изменения слоев и вибрационных нагрузок
2) Осадка может привести к заползанию сваи в малопрочный слой
3) Подземные воды снижают сопротивление трению и прочность на смятие
4) Скала, частично поддерживающая сваю, может со временем вызвать наклон
5) Деформация стенки сваи при установке может привести к обрушению в процессе эксплуатации
Все вышеперечисленное может быть выполнено с помощью соответствующих испытаний грунта на глубину, превышающую предполагаемую глубину сваи.

Рис. 4. Осевая нагрузка

Калькулятор свай – Техническая помощь

Единицы

Вы можете использовать любые единицы измерения, но вы должны быть последовательны.
Входное значение ускорения свободного падения (g) используется только для преобразования энергии удара в массовую силу.

Установка

Калькулятор свай прикладывает горизонтальное давление (которое линейно зависит от глубины) к внутренней и внешней стенке сваи из-за коэффициента Пуассона грунта. Сопротивление постепенному проникновению рассчитывается с использованием только напряжения смятия (σ) грунта, напряжение сдвига (τ) используется для расчета угла сдвига для горизонтальной силы (F̌ʰ).

Расчетная грузоподъемность

Калькулятор свай предоставляет множество расчетных нагрузок, только минимальные значения которых (R̂ᵛ, F̂ᵛ, Ŵ) можно использовать с высокой степенью достоверности и без проверочных испытаний. Если вы хотите полагаться на более высокие расчетные мощности, чем указанные, рекомендуется провести подходящие тесты на нагрузку, зависящие от времени.

Переменные слои

Если вы не хотите выполнять подробные расчеты для каждого переменного слоя (рис. 6), вы можете консервативно предположить, что ваша свая имеет такую ​​же глубину, как сумма толщин высокопрочных слоев, игнорируя влияние малопрочные слои вообще. Это также более точный подход, чем предположение о средних свойствах почвы на фактической глубине.

Ввод данных

Рис. 5. Объединенные силы

D = максимальная требуемая глубина сваи
Øᵢ = внутренний диаметр сваи
Øₒ = внешний диаметр сваи
ρᵐ = средней плотности⁽³⁾
ρʰ = плотность молотка⁽³⁾
ρᵖ = плотность ворса
ρˢ = плотность грунта
m = масса молотка⁽³⁾
hᵈ = высота падения
σ = напряжение несущей способности грунта
τ = напряжение сдвига грунта
μᵢ = коэффициент трения при установке⁽²⁾
μₒ = коэффициент трения при работе⁽²⁾
ν = коэффициент Пуассона (почва)

Выходные данные

мₑ = эффективная масса молотка⁽³⁾
E = энергия удара
A = площадь поперечного сечения стенки сваи (вершина)
Ď = общая максимальная глубина (d + δd после последнего попадания)
n = количество попаданий (для достижения Ď)
R̂ᵛ = минимальное вертикальное сопротивление трения при установке⁽⁵⁾ (из-за μᵢ)
Řᵛ = максимальное вертикальное сопротивление трению после осадки⁽⁵⁾ (из-за μₒ)
F̌ʰ = максимальная горизонтальная сила (на поверхности почвы)
F̂ᵛ = минимальная сила подъема сваи (только масса сваи)
F̌ᵛ = максимальная подъемная сила сваи (включая массу пробки и Øᵛ)
Ŵ = минимальная грузоподъемность (от; ⅔μₒ + σ)
W̌ = максимальная грузоподъемность (от; μₒ + σ)
hᴹ = высота от кончика сваи до точки опоры
r₁ = плечо момента над точкой опоры (только для информации)
r₂ = плечо момента ниже точки опоры (только для информации)
M₁ = момент над точкой опоры⁽⁶⁾ (только для информации)
M₂ = момент ниже точки опоры⁽⁶⁾ (только для информации)

Рис. 6. Переменные слои почвы

Результаты последовательности попаданий:
№ = ударный номер
δd = глубина удара
d = общая глубина после удара
F = сила удара

См. Свойства материала ниже для некоторых репрезентативных свойств материала.

Свойства материала

Среда установки: Если ваша свая устанавливается с помощью молота, опускаемого под воду, вы должны ввести среднюю плотность (ρᵐ) для воды, в противном случае вы должны ввести значение для воздуха или установить это значение равным нулю.

Материал молотка: Плотность материала молотка (ρʰ) уменьшается на плотность среды при расчете (ρᵐ) для расчета энергии удара (E). Поэтому важно, чтобы обе плотности были репрезентативными.

Материал сваи: Плотность материала сваи используется только в расчетах силы, необходимой для выдергивания сваи из земли (Fᵛ)

Материал почвы: Свойства почвы должны основываться на результатах испытаний на месте, если это вообще возможно. Это можно установить, вставив штифт в землю на месте сваи, а затем задним числом установив свойства грунта с помощью калькулятора свай и изменив свойства грунта (σ, μᵢ и μₒ), убедившись, что:
а) ретроспективные расчеты отражают фактические условия во время установки;
b) Нагрузки по добыче измеряются по крайней мере через 30 дней после оседания. В качестве альтернативы для целей оценки могут использоваться следующие данные:

Плотность	Вещество	кг/м³	фунтов/дюйм³
номер	воздух	1,256	4.54Е-5
	вода	1000	0,0361
	морская вода	1023	0,037
№	сталь	7850	0,2836
	бетон	2400	0,0867
	гранитный камень	2750	0,09935
№	сталь	7850	0,2836
	алюминий	2685	0,097
	титан (HT)	4456	0,161
	нержавеющая сталь 316	7941	0,2869
	глина сухая	1590	0,0574
	глина-средняя	1625	0,0587
	мокрая глина	1750	0,0632
	суглинок	1275	0,0461
	илово-сухой	1920	120
	илово-влажный	2163	135
	песок сухой	1600	0,0578
	песочно-мокрый	1900	0,0686

Стресс	Вещество	кг/м²	фунтов/кв. дюйм	ν
σˢ	глинистая плотная	от 35 до 55	от 0,05 до 0,08	0,45
	глина-средняя	от 20 до 35	от 0,03 до 0,05	0,35
	глина рыхлая	от 10 до 20	от 0,014 до 0,03	0,3
	суглинок	от 7,5 до 15	от 0,01 до 0,02	0,3
	пылеватый	от 4,5 до 7,5	от 0,0064 до 0,01	0,35
	ил рыхлый	от 1 до 4,5	от 0,001 до 0,0064	0,3
	песок сухой	от 10 до 30	от 0,014 до 0,04	0,4
	песочно-мокрый	от 5 до 10	от 0,007 до 0,014	0,3
τˢ	глинистая плотная	от 29,4 до 46,2	от 0,0418 до 0,0656
	глина-средняя	от 11,5 до 20,2	от 0,0164 до 0,0287
	глина рыхлая	от 3,6 до 7,3	от 0,0052 до 0,0104
	суглинок	от 4,3 до 8,7	от 0,0062 до 0,0123
	пылеватый	от 0,8 до 1,3	от 0,0011 до 0,0019
	ил рыхлый	от 0,1 до 0,4	от 0,0001 до 0,0006
	песок сухой	от 8,4 до 25,2	от 0,0119 до 0,0358
	песочно-мокрый	от 2,9 до 5,8	от 0,0041 до 0,0082

Вещество	мкᵢ	мкₒ
глинистая плотная	0,225	0,45
глина-средняя	0,2 ​​	0,4
глина рыхлая	0,15	0,3
суглинок	0,175	0,35
пылеватый	0,15	0,3
ил рыхлый	0,125	0,25
песок сухой	0,1	0,2 ​​
песочно-мокрый	0,175	0,35

Применимость

Калькулятор свай применим только к трубчатым сваям, заглубленным в грунт

Точность

Точность расчетов в калькуляторе свай зависит от введенной информации. Выходные данные в значительной степени основаны на линейном изменении давления с глубиной и постоянной плотности грунта на этой глубине. В этом случае ожидается, что результаты будут в пределах ±10% от фактических значений.

Если почва изменчива по глубине сваи, следует использовать средние значения свойств почвы, и в этом случае; ожидается, что результаты будут в пределах ±20% от фактических значений.

Крайне маловероятно, что какой-либо расчет сваи даст значительно большую точность, чем ожидалось выше.

Примечания

1. Ударная вибрация, смещение грунта и переменные условия с глубиной — все это изменяет торцевую нагрузку сваи во время установки неконтролируемым образом
2. Сопротивление трению при монтаже меньше, чем при эксплуатации из-за осадки (через ≈30 дней). CalQlata рекомендует, чтобы, если не известны точные значения, коэффициент трения для связных грунтов во время установки был вдвое меньше, чем при эксплуатации, который обычно составляет ≈0,35. Для несвязных грунтов оба значения следует принимать одинаковыми при ≈0,15
3. Энергия удара использует эффективную массу молотка mₑ = m.(ρʰ-ρᵐ)/ρʰ
4. Боковая нагрузка на стенки сваи рассчитывается по формуле ν.d.ρˢ
5. Включая внутренние и внешние вертикальные стенки сваи
6. Эта информация предоставляется для проверки: M₁ должно быть идентично M₂, если расчет правильный

Дополнительная литература

Дополнительную литературу по этому вопросу можно найти в справочных публикациях ^{(8, 9, 51 и 52)}

КАК РАСЧЕТ НЕСУЩУЮ ГРУЗОПОДЪЕМНОСТЬ СВАИ? (СТАТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ)

Сурьяканта | 9 марта 2015 г. | Геотехника, Как | 10 комментариев

Предельная несущая способность сваи – это максимальная нагрузка, которую она может выдержать без разрушения или чрезмерной осадки грунта.

Несущая способность сваи зависит главным образом от 3 факторов, указанных ниже:

1. Тип грунта, в который забивается свая
2. Способ установки свай
3. Размер сваи (поперечное сечение и длина сваи)

При расчете несущей способности свай для монолитных бетонных свай с использованием статического анализа необходимо использовать параметр прочности грунта на сдвиг и размер сваи.

Свая передает нагрузку на грунт двумя способами. Во-первых, за счет сжатия наконечника, называемого «концевой подшипник » или «концевой подшипник »; во-вторых, сдвигом по поверхности, обозначенной как « кожное трение ».

Несущая способность монолитных свай в связном грунте

Предельная несущая способность (Q _u ) сваи в связном грунте определяется по приведенной ниже формуле, где первый член представляет конец сопротивление смятию (Q _b ), а второй член дает сопротивление поверхностному трению (Q _s ).

 

 

 

Где,

Q _u  = Предельная грузоподъемность, кН

A _p  = Площадь поперечного сечения вершины сваи, м α _i  = Коэффициент сцепления для i-го слоя в зависимости от консистенции грунта. Это зависит от прочности недренированного грунта на сдвиг и может быть получено из рисунка, приведенного ниже.

Изменение альфа в зависимости от сцепления

c _i  = Среднее сцепление для i-го слоя, в кН/м ²

A _si = площадь поверхности ствола сваи в i-м слое, м от предельной грузоподъемности (Q _u ).

Q _safe  = Q _u /2,5

Несущая способность монолитных свай в несвязном грунте

Предельная несущая способность сваи, “Q _u ”, части. Одна часть возникает из-за трения, называемой поверхностное трение или трение вала или боковой сдвиг , обозначаемый как «Q _s », а другой связан с концевым подшипником в основании или на конце носка сваи, «Q _b ».

Приведенное ниже уравнение используется для расчета предельной несущей способности сваи.

Где,

A _p = площадь поперечного сечения основания сваи, м ²

D = диаметр ствола сваи, м

γ = эффективный удельный вес грунта на острие сваи, кН /м ³

N _γ = коэффициент несущей способности

N _q  = коэффициент несущей способности

Φ = угол внутреннего трения острие сваи /м ²

K _i  = Коэффициент давления грунта, применимый для i-го слоя

P _Di  = Эффективное давление вскрышных пород для i-го слоя, в кН/м ²

iδ 4 Угол трения стенки сваи о грунт для i-го слоя

A _si = Площадь поверхности ствола сваи в i-м слое, м выражение для поверхностного трения сваи ( Q _s ).

Минимальный коэффициент запаса прочности 2,5 используется для получения безопасной грузоподъемности сваи (Q _{, безопасный} ) из предельной грузоподъемности (Q _u ).

Q _сейф   = Q _u / 2,5

Важные примечания

• Значение коэффициента несущей способности получено из рисунка 5 q 90.

Значение коэффициента несущей способности

• Значение коэффициента несущей способности N _γ вычисляется с использованием приведенного ниже уравнения.

• Для забивных свай в рыхлом или плотном песке с φ в пределах 30 9от 0618 0 до 40 ⁰ , k _i могут использоваться значения в диапазоне от 1 до 1,5.
• δ угол трения стенки можно принять равным углу трения грунта вокруг ствола сваи.
• Максимальная эффективная вскрыша в основании сваи должна соответствовать критической глубине, которую можно принять равной 15-кратному диаметру ствола сваи для φ ≤ 30 ⁰ и увеличить до 20-кратного значения для φ ≥ 40 ⁰
• Для свай, проходящих через связные слои и оканчивающихся в зернистом слое, глубина проникновения в зернистый слой должна быть не менее чем в два раза больше диаметра ствола сваи.

Теги:Фундамент, Свайный фундамент, Несущая способность свай

Об авторе

Сурьяканта

Инженер-геотехник-материаловед. Вы можете связать меня в Google +. Чтобы узнать обо мне больше, просто посетите страницу AboutMe

.

Copyright © 2022 CivilBlog.Org.

Тема MyThemeShop.

Калькулятор мощности сваи | Рассчитать мощность сваи

✖Сопротивление ствола — это нагрузка, которой сопротивляется ствол сваи.ⓘ Сопротивление ствола [Q su ]		Atomic Unit of ForceAttonewtonCentinewtonDecanewtonDecinewtonDyneExanewtonFemtonewtonGiganewtonGram-ForceGrave-ForceHectonewtonJoule per CentimeterJoule per MeterKilogram-ForceKilonewtonKilopondKilopound-ForceKip-ForceMeganewtonMicronewtonMilligrave-ForceMillinewtonNanonewtonNewtonOunce-ForcePetanewtonPiconewtonPondPound Foot per Second²PoundalPound-ForceStheneTeranewtonTon-Force (Long)Ton-Force (Metric)Ton-Force (Короткий) Йоттаньютон	+10% -10%
✖Toe Resistance is the load resisted by the toe of a pile. ⓘ Toe Resistance [Q bu ]		Atomic Unit of ForceAttonewtonCentinewtonDecanewtonDecinewtonDyneExanewtonFemtonewtonGiganewtonGram-ForceGrave -ForceГектоньютонДжоуль на сантиметрДжоуль на метрКилограмм-силаКилоньютонКилопондКилофунт-ForceKip-ForceМеганьютонМикроньютонMilligrave-ForceMillinewtonNanonewtonNewtonOunce-ForcePetanewtonPiconewtonPondPound Foot per Second²PoundalPound-ForceStheneTeranewtonTont-Force (NewtaShort)Ton-Force (Long)Ttricon-Force0003	+10% -10%

✖Грузоподъемность сваи – это максимальная нагрузка, которую она может нести без разрушения или чрезмерной осадки грунта.ⓘ Грузоподъемность сваи [Q u ]

Atomic Unit of ForceAttonewtonCentinewtonDecanewtonDecinewtonDyneExanewtonFemtonewtonGiganewtonGram-ForceGrave-ForceHectonewtonJoule per CentimeterJoule per MeterKilogram-ForceKilonewtonKilopondKilopound-ForceKip-ForceMeganewtonMicronewtonMilligrave-ForceMillinewtonNanonewtonNewtonOunce-ForcePetanewtonPiconewtonPondPound Foot per Second²PoundalPound-ForceStheneTeranewtonTon-Force (Long)Ton-Force (Metric)Ton-Force (Short)Yottanewton

⎘ Копировать

👎

Формула

Перезагрузить

👍

Решение по емкости свай

ШАГ 0: Сводка предварительного расчета

ШАГ 1: Преобразование входных данных в базовые единицы

Сопротивление вала: 10 килоньютон –> 10000 ньютон (проверьте преобразование здесь)
Сопротивление схождения: 10 килоньютон –> 10000 ньютон ( Проверьте преобразование здесь)

ШАГ 2: Оцените формулу

ШАГ 3: Преобразуйте результат в единицу измерения

20000 Ньютон –> 20 Килоньютон (Проверьте преобразование здесь)

< 5 Калькуляторы осевой несущей способности одиночных свай

Формула емкости сваи

Вместимость сваи = сопротивление вала + сопротивление схождения
Q _и = Q _и + Q _бу

Что такое емкость сваи?

Грузоподъемность сваи – это максимальная нагрузка, которую свая может выдержать без разрушения или чрезмерной осадки грунта. Несущая способность сваи зависит в основном от 3 факторов, указанных ниже: Тип грунта, в который заложена свая, Способ установки сваи, Размер сваи (поперечное сечение и длина сваи).

Как рассчитать мощность сваи?

Калькулятор мощности сваи использует Мощность сваи = Сопротивление вала + Сопротивление подошве для расчета мощности сваи. Формула мощности сваи определяется как сумма сопротивления вала и сопротивления подошвы. Грузоподъемность сваи – это максимальная нагрузка, которую свая может выдержать без разрушения. Вместимость сваи обозначается символом Q _u .

Как рассчитать грузоподъемность сваи с помощью этого онлайн-калькулятора? Чтобы использовать этот онлайн-калькулятор для расчета мощности сваи, введите сопротивление вала 9.0978 (Q _su ) и Сопротивление схождения (Q _bu ) и нажмите кнопку расчета. Вот как можно объяснить расчет емкости сваи с заданными входными значениями -> 20 = 10000+10000 .

Часто задаваемые вопросы

Что такое мощность сваи?

Формула грузоподъемности сваи определяется как сумма сопротивления вала и сопротивления носка. Грузоподъемность сваи — это максимальная нагрузка, которую свая может нести без разрушения, и обозначается как 9.0978 Q _u = Q _su +Q _bu или Объем сваи = Сопротивление вала + Сопротивление схождения . Сопротивление вала — это нагрузка, которой сопротивляется ствол сваи, а сопротивление подошве — это нагрузка, которой сопротивляется носок сваи.

Как рассчитать мощность сваи?

Формула грузоподъемности сваи определяется как сумма сопротивления вала и сопротивления носка. Несущая способность сваи — это максимальная нагрузка, которую свая может нести без разрушения, рассчитывается с использованием Вместимость сваи = Сопротивление вала + Сопротивление схождения . Чтобы рассчитать грузоподъемность сваи, вам необходимо сопротивление вала (Q _su ) и сопротивление схождения (Q _bu ) . С помощью нашего инструмента вам нужно ввести соответствующее значение сопротивления вала и сопротивления схождения и нажать кнопку расчета. Вы также можете выбрать единицы измерения (если есть) для ввода (ов) и вывода.

Доля

Скопировано!

Процедуры оценки объема бурта, биомассы и выбросов

Процедуры оценки объема бурта, биомассы и выбросов  (Вернуться к справке)

Калькулятор биомассы и выбросов для свайного топлива реализует методы расчета Харди (1996), реализованные в ПОТРЕБЛЕНИИ 3.0, для оценки объема, биомассы и выбросов для свай, сооруженных машинным способом, и Райт и др. (2010) для свай ручной сборки. Шаги, необходимые для оценки выбросов от сжигания свай, различаются для машинных и ручных свай и представлены отдельно в следующих разделах.

Топливо для машин (адаптировано из Hardy (1996) и Руководства пользователя CONSUME 3.0)

ПОТРЕБЛЕНИЕ 3. 0 использует модель, разработанную Харди (1996 г.) для оценки запасов топливной биомассы, а также для расчета потребления и выбросов от сжигания отвалов. В отличие от других видов топлива, расход кочей не зависит напрямую от размера частиц топлива. Для оценки выбросов от сваи машинной конструкции или свай той же формы, размера и состава требуется шесть шагов. Продукт каждого шага актуален сам по себе и является обязательным параметром для завершения следующего шага. Определить:

• Общий объем брутто штабеля
• Чистый объем древесной биомассы
• Плотность или средневзвешенная плотность древесины
• Расходная (сухая) масса древесины
• Процент потребляемой массы
• Масса произведенных выбросов

Объем, биомасса, потребление и выбросы для нескольких свай одинаковой формы, размера и типа рассчитываются как количество для одной сваи, умноженное на количество свай.

1. Общий общий объем сваи
Объем сваи зависит от ее формы. Сваи подразделяются на одну из семи основных форм, как показано на рисунке 1.

Рисунок 1 . Геометрические формы свай и необходимые размеры. Рисунок 4 из Wright et al. (2010).

Объем каждой формы рассчитывается с использованием различных значений длины, высоты и/или ширины. Формулы для каждой формы приведены в таблице 1.

Таблица 1. Формулы объема геометрических фигур.

Код формы †	Геометрическая форма	Формула объема
1	Полусфера	В = (2 × ∏ × H 3 )/3
2	Параболоид	В = ( ∏ × В × Ш 2 )/8
3	Полуцилиндр	В = ( ∏ × В × Ш × Д)/4
4	Полуусеченный конус	V = { ∏ × L × [H 1 2 + H 2 2 + (H 1 × H 2 )]}/6 или V = { ∏ × L × [W 1 2 + W 2 2 + (W 1 × Ш 2 )]}/24
5	Полуусеченный конус с закругленными концами	V = ∏ × { L × [W 1 2 + W 2 2 + (W 1 × W 2 )] + W 1 3 + W 2 3 }/24
6	Полуэллипсоид	В = ( ∏ × В × Ш × Д)/6
7	Сплошной нестандартной формы	V = [(L 1 + L 2 )( W 1 + W 2 )(H 1 + H 2 )]/8
† Коды, используемые в формате файла пакетной обработки

Регулировка объема сваи – Некоторые сваи могут содержать значительный процент грунта внутри сваи или насыпи под сваей. Уменьшите общий объем сваи, используя оценку процентной доли сваи, занятой грунтом (формула 1).

(1) Скорректированный объем сваи (футы ³ или м ³ ) = Общий объем сваи (футы ³ или м ³ ) × (100 – % грунта)

2. Чистый объем древесной биомассы

Воздух составляет большую часть общего объема сваи. Отношение объема древесины к общему объему штабеля является коэффициентом упаковки. Из разрушающих измерений 17 свай Hardy (1996) обнаружил, что коэффициент заполнения колеблется от 0,06 до 0,26. Consume использует следующие три коэффициента упаковки по умолчанию:

• Сваи с преобладанием длиннохвостой сосны и/или широколиственной лиственной подстилки. Средний диаметр крупных древесных топлив <10 дюймов (25 см). Коэффициент упаковки = 0,1.
• Сваи с преобладанием короткохвойных пород. Средний диаметр крупных древесных топлив <10 дюймов (25 см). Коэффициент упаковки = 0,2.
• Сильно уплотненные, чистые сваи с большими бревнами (диаметром > 10 дюймов (25 см)), особенно сооруженные с помощью крана или погрузчика. Коэффициент упаковки = 0,25.

Чистый объем древесины представляет собой общий объем штабеля, умноженный на соответствующий коэффициент упаковки (Формула 2).

(2) Чистый объем древесины (футы ³ или м ³ ) = Общий объем штабеля (футы ³ или м ³ ) × Коэффициент упаковки (пропорция).

3. Плотность или средневзвешенная плотность древесины

Плотность древесины в сухом состоянии используется для расчета массы древесины для загрузки топлива, расхода топлива и производства дыма. Если штабель состоит из более чем одной породы, калькулятор определит средневзвешенную плотность сухой древесины в печи для штабелированного материала, который будет использоваться для расчета расходуемой массы древесины на четвертом этапе. В случае кучи или куч из смешанных пород выберите два наиболее распространенных вида в зависимости от состава кучи (куч) и отметьте долю каждого вида в куче (кучах).

Доступные плотности древесины древесных пород перечислены в Приложении. Плотность древесины рассчитывается на основе значений удельного веса, найденных Майлзом и Смитом (2009 г.), которые были взяты из Справочника по древесине (USFS 1999 г.) с учетом веса в сухом виде и объема древесины при содержании влаги 12% (формула 3).

(3a) Плотность древесины (фунт/фут ³ ) = 62,4 × удельный вес × (1 + 12/100) (формула 3–6b в USFS 1999)

(3b) Плотность древесины (кг/м ³ ) = 1000 × удельный вес × (1 + 12/100) (формула 3–6a в USFS 1999)

4. Расходуемая (сухая) масса древесины

Потребляемая масса древесины в штабеле представляет собой чистый объем древесины, умноженный на плотность древесины или средневзвешенную плотность древесины (формула 3).

(3) Масса древесины (фунты или кг) = чистый объем древесины (футы ³ или м ³ ) × плотность древесины (фунты/футы ³ или кг/м ³ )

Умножьте потребляемую массу древесины в фунтах или килограммах на 2000 или 1000 соответственно, чтобы определить массу в тоннах или мегаграммах.

5. Процент потребляемой массы

Количество древесной массы, потребляемой при сжигании свай, обычно составляет от 75 до 95 процентов (Hardy 1996). В нескольких западных штатах есть программы отчетности по управлению дымом, которые рекомендуют значения 85 или 90 процентов. CONSUME 3.0 предполагает, что процент потребляемой массы составляет 90 процентов. Для определения наиболее подходящего значения процентного расхода необходимо использовать опыт и экспертные знания.

6. Масса произведенных выбросов

Масса выбросов, образующихся в результате пожара, рассчитывается путем умножения массы израсходованного топлива на соответствующий коэффициент выбросов для интересующего выброса. Коэффициенты выбросов различаются в зависимости от эффективности сгорания огня. Более чистые отвалы горят более эффективно, чем грязные, и производят меньше продуктов неполного сгорания, из которых твердые частицы являются основным видом выбросов. Экспертное заключение, а также политика агентства должны учитываться при оценке чистоты отвала или отвалов и применении соответствующей эффективности сгорания.

Скорость выделения дыма также зависит от фазы горения пихты. В расчете на сухую массу израсходованного топлива на более эффективной пламенной стадии горения образуется меньше дыма, чем на менее эффективной стадии тления и остаточного сгорания. Следовательно, потребление топлива анализируется по стадиям сгорания, чтобы получить наилучшие оценки общих выбросов.

Коэффициенты выбросов от пламени, тления и остаточного горения, использованные для расчета общих выбросов, перечислены в таблицах 3 и 4. Эти коэффициенты выбросов взвешены в соответствии с количеством топлива, потребляемого на каждой фазе сгорания (формула 4). ПОТРЕБЛЕНИЕ 3.0 предполагает, что 70 % потребления приходится на фазу горения пламени, 15 % — на фазу тления и 15 % — на фазу тления. Общие выбросы представляют собой просто сумму выбросов при горении, тлении и остаточном сгорании.

(4) Выбросы (фунты или кг) = Коэффициент выбросов (фунты/тонну или кг/Мг) × (Потребляемое топливо (тонны или Мг) × Фаза сгорания (доля))

Умножьте общие выбросы в фунтах или килограммах на 2000 или 1000 соответственно, чтобы определить общие выбросы в тоннах или мегаграммах.

Таблица 3. Коэффициенты выбросов твердых частиц (PM, PM ₁₀ , PM _2,5 ) для различных уровней эффективности сгорания согласно Hardy (1996). Чистые топки горят с большей эффективностью сгорания.

	Коэффициент выбросов в зависимости от качества сваи (фунты выбросов/тонну израсходованного топлива)			Коэффициент выбросов в зависимости от качества сваи (кг выбросов/Мг израсходованного топлива)
Загрязнитель	Чистый	Грязный	Очень грязный	Чистый	Грязный	Очень грязный
Вечер	21,9	27,0	36,0	10,9	13,5	18,0
ПМ 10	15,5	20,0	28,0	7,7	10,0	14,0
ПМ 2,5	13,5	17,0	23,6	6,7	8,5	11,8

Таблица 4. Коэффициенты выбросов для диоксида углерода (CO ₂ ), монооксида углерода (CO), метана (CH ₄ ) и неметановых углеводородов (NMHC) для различных фаз сгорания. Коэффициенты выбросов взяты из Руководства пользователя CONSUME 3.0.

	Коэффициент выбросов по фазам сгорания (фунты выбросов/тонну израсходованного топлива)			Коэффициент выбросов по фазам сгорания (кг выбросов/Мг израсходованного топлива)
Загрязнитель	Пылающий	Тлеющий	Остаток	Пылающий	Тлеющий	Остаток
СО	52,66	130,37	130,37	26,33	65,19	65,19
СО 2 *	3429. 24	3089,88	3089,88	1714,62	1544,94	1544,94
СН 4	3,28	11.03	11.03	1,64	5,52	5,52
НМХК	3,56	6,78	6,78	1,78	3,39	3,39

* В расчет выбросов CO ₂ в апреле 2010 г. внесена поправка.
Было обнаружено, что коэффициенты выбросов, использованные ранее в разделе «Потребление», отличаются в 0,5 раза.

Рекомендации и указания

Наибольшие ошибки, ожидаемые при использовании этих указаний, возникнут в процессе определения общего объема (объемов) штабеля. Семь стилизованных форм ворса не дают исчерпывающего выбора геометрических форм косой черты ворса. Эти семь представлены потому, что они отражают общие формы, наблюдаемые автором [Hardy 1996] и других специалистов, а также потому, что их объемы относительно легко вычисляются по формулам. Когда размеры сваи соблюдены, необходимо учитывать неровности поверхности сваи. Попробуйте мысленно «сгладить» выступы, гребни, и переходит в среднюю гладкую поверхность. Длинные бревна и столбы, выступающие за номинальную поверхность сваи, могут быть учтены. путем соответствующего увеличения размеров сваи. Если внутри сваи унесено значительное количество грунта или насыпанный под ним, объем грунта должен быть оценен и вычтен из общего объема сваи.

Коэффициенты заполнения, представленные в этих рекомендациях, представляют собой эмпирические полевые данные разрушающего отбора проб из 17 свай. Несмотря на то, что существуют рекомендации по определению надлежащего коэффициента упаковки для конкретных свай, агентство или административный подразделение может указать коэффициенты упаковки для приложений, находящихся в его юрисдикции.

Возможен непрерывный диапазон коэффициентов выбросов для ТЧ, ТЧ ₁₀ и ТЧ _2,5 . Значения, указанные для сваи с разным уровнем загрязнения грунта взвешены из восьми полевые испытания полевых испытаний выбросов от сжигания куч древесного мусора. Результаты многих других связанных тестов были использованы для разработки взаимосвязи для прогнозирование коэффициентов выбросов с использованием эффективности сгорания. Значения для PM 10 не были получены из фактического поля. наблюдения – только ТЧ _2,5 и ТЧ были измерены в полевых испытаниях, на основе которых были подготовлены эти данные. Коэффициенты выбросов PM ₁₀ были оценены с использованием ограниченных знаний о распределении частиц по размерам.

Топливо из ручных свай (адаптировано из Wright et al. (2010))

Отношения, разработанные Wright et al. (2010) используются для оценки биомассы ручной кучи, а также для расчета потребления и выбросы от сжигания свай. В отличие от других категорий топлива, расход кочей не зависит напрямую от размера частиц топлива. Для оценки выбросов от сваи ручной работы или свай той же формы, размера и состава требуется пять шагов. Определить:

• Геометрический объем сваи
• Скорректированный объем стопки
• Расходная (сухая) масса древесины
• Процент потребляемой массы
• Масса произведенных выбросов

Объем, биомасса, потребление и выбросы для нескольких отвалов одинаковой формы, размера и типа рассчитываются как количество для одной сваи, умноженной на количество свай.

1. Геометрический объем сваи

Объем кучи зависит от ее формы. Сваи подразделяются на одну из семи обобщенных форм, как показано на рисунке 1. Райт и др. (2010) обнаружили, что ручные сваи имеют преимущественно параболоидную и эллипсоидную форму. Объем каждой формы рассчитывается с использованием различной длины, высоты и/или ширины. Уравнения для каждой формы приведены в таблице 1.

2. Скорректированный объем штабеля

Геометрический объем корректируется, чтобы отразить то, что Райт и др. (2010) назвали истинным объемом (формула 5 или 6), в зависимости от расчетного геометрического объема.

Если геометрический объем меньше 1 м ³ или 35,3 фута ³ :

(5a) Скорректированный объем сваи (м ³ ) = e ^0,2106 × Геометрический объем (м ³ )

(5b) Скорректированный объем сваи (футы ³ ) = 35,3 × e ^0,2106 × (Геометрический объем (футы ³ )/35,3)

Если геометрический объем больше или равен 1 м ³ или 35,3 фута ³ :

(6a) Скорректированный объем сваи (м ³ ) = e ^{(0,2106 + 0,7691 × ln(Геометрический объем (м 3 ))}

(6b) Скорректированный объем сваи ( ^{футов 3} ) = 35,3 × e ^{(0,2106 + 0,7691 × ln (геометрический объем ( футов 3 )/35,3))}

3. Расходуемая (сухая) масса древесины

Масса сложенного вручную топлива определяется с использованием регрессионных соотношений, описанных в Wright et al. (2010). Ручные сваи с преобладанием хвойных пород, как правило, тяжелее для заданного объема сваи, чем ручные сваи с преобладанием кустарника/лиственных пород; связь между объемом и массой моделируется отдельными уравнениями (формула 7 или 8).

Если ручная свая состоит из хвойного материала:

(7a) Масса древесины (кг) = e ^{(4,4281 + 0,8028 × ln(Скорректированный объем (м 3 )))}

(7b) Масса древесины (фунты) = 2,2 × e ^{(4,4281 + 0,8028 × ln (скорректированный объем (фут 3 )/35,3))}

Если ручная свая состоит из кустарника и твердой древесины:

(8a) Масса древесины (кг) = e ^{(3,0393 + 1,3129 × ln(Скорректированный объем (м 3 ))}

(8b) Масса древесины (фунты) = 2,2 × e ^{(3,0393 + 1,3129 × ln (скорректированный объем (фут 3 )/35,3))}

Умножьте потребляемую массу древесины в фунтах или килограммах на 2000 или 1000 соответственно, чтобы определить массу в тоннах или мегаграммах.

4. Процент потребляемой массы

Харди (1996) обнаружил, что количество древесной массы, потребляемой при машинном сжигании свай, колеблется от 75 до 95 процентов. Предполагается, что расход ручных свай аналогичен расходу машинных свай. В нескольких западных штатах программы отчетности по управлению дымом, которые рекомендуют значения 85 или 90 процентов. ПОТРЕБЛЕНИЕ 3.0 предполагает процент потребляемой массы составляет 90 процентов. Опыт и экспертные знания должны использоваться для определения наиболее соответствующее значение для процентного потребления.

5. Масса произведенных выбросов

Как и в случае машинных свай, масса выбросов, образующихся при сжигании ручных свай, рассчитывается путем умножения массы топлива, потребляемого соответствующим коэффициентом выбросов для интересующего выброса. Коэффициенты выбросов различаются в зависимости от сжигания эффективность огня. Более чистые кучи сгорают более эффективно, чем грязные, и производят меньше продуктов неполного сжигания. сгорания, из которых твердые частицы являются основным видом выбросов. В силу того, как они построены, ручные сваи содержат очень мало загрязнений почвы, если таковые вообще имеются, и считаются чистыми для целей выбора надлежащий коэффициент выбросов из таблицы 3.

Скорость образования дыма также зависит от стадии горения пожара. Меньше дыма производится на сухую массу топлива, расходуемого на более эффективной факельной стадии горения, чем на менее эффективной стадии тления и остаточной стадии. Следовательно, потребление топлива анализируется по стадиям сгорания, чтобы получить наилучшие оценки общих выбросов.

Коэффициенты выбросов пламени, тления и остаточного горения, использованные для расчета общих выбросов, перечислены в таблицах 3 и 4. Эти коэффициенты выбросов взвешены в соответствии с количеством топлива, израсходованного на каждой фазе сгорания (формула 4). Умножить на сумму выбросы в фунтах или килограммах на 2000 или 1000 год соответственно для определения общего объема выбросов в тоннах или мегаграммах.

 

Цитированная литература

Руководство пользователя CONSUME 3.0. без даты. Сиэтл, Вашингтон: Министерство сельского хозяйства США, Лесная служба, Тихоокеанская северо-западная исследовательская станция. 234 стр. https://www.fs.fed.us/pnw/fera/research/smoke/consume/consume30_users_guide.pdf (10 декабря 2010 г.).

Харди, К.К. 1996. Руководящие указания по оценке объема, биомассы и дымообразования для свалки. Ген. тех. Респ. PNW-GTR-364. Портленд, Орегон: Министерство сельского хозяйства США, Лесная служба, Тихоокеанская северо-западная исследовательская станция. 17 р.

миль, PD; Смит, У.Б. 2009. Удельный вес и другие свойства древесины и коры на 156 виды деревьев, произрастающие в Северной Америке. Рез. Обратите внимание на НРС-38. Ньютаун-сквер, Пенсильвания: Министерство сельского хозяйства США, Лесная служба, Северная научная станция. 35 р.

Министерство сельского хозяйства США, Лесная служба [USFS]. 1999. Справочник по дереву – древесина как инженерный материал. Ген. тех. Респ. FPL-GTR-113. Мэдисон, Висконсин: Лаборатория лесных товаров. 463 стр.

Райт, К.С.; Балог, К.С.; Келли, Дж.В. 2010. Оценка объема, биомассы и потенциала выбросы горючего, сложенного вручную. Ген. тех. Респ. PNW-GTR-805. Портленд, Орегон: Министерство сельского хозяйства США, Лесная служба, Тихоокеанская северо-западная исследовательская станция. 23 р.

 

Приложение Таблица А.1. Плотность и удельный вес древесины перечислены в алфавитном порядке по общепринятым названиям.

Обычное имя	Научное название	Удельный вес †	Плотность (фунт/фут 3 )	Плотность (г/см 3 )
айлант	Айлант высокогорный	0,53	37,0	0,59
Аляскинский желтый кедр	Chamaecyparis nootkatensis	0,44	30,8	0,49
можжевельник из кожи аллигатора	Можжевельник раскидистый	0,51	35,6	0,57
Липа американская	Липа американская	0,37	25,9	0,41
Бук американский	Фагус крупнолистный	0,64	44,7	0,72
Американский каштан	Кастанея зубчатая	0,43	30,1	0,48
Вяз американский	Ульмус американский	0,50	34,9	0,56
Падуб американский	Илекс непрозрачный	0,57	39,8	0,64
Американский хмельник	Острия Виргиния	0,70	48,9	0,78
Американский граб (железное дерево)	Carpinus caroliniana	0,70	48,9	0,78
Платан американский	Platanus occidentalis	0,49	34,2	0,55
яблоко	Malus spp.	0,67	46,8	0,75
Белый атлантический кедр	Chamaecyparis thyoides	0,32	22,4	0,36
Австралийская сосна	Казуарина равнолистная	0,88	61,5	0,99
лысый кипарис	Taxodium distichum	0,46	32,1	0,52
бальзамическая пихта	Абиес бальзамический	0,35	24,5	0,39
тополь бальзамический	Тополь бальзамический	0,34	23,8	0,38
Клен крупнолистный	Клен крупнолистный	0,48	33,5	0,54
осина большезубая	Populus grandidentata	0,39	27,3	0,44
Епископская сосна	Pinus muricata	0,49	34,2	0,55
гикори горький	Carya cordiformis	0,66	46,1	0,74
ясень черный	Fraxinus nigra	0,49	34,2	0,55
черешня	Чернослив серотиновый	0,50	34,9	0,56
черный тополь	Тополь трихокарпа	0,35	24,5	0,39
белая акация	Робиния псевдоакация	0,69	48,2	0,77
черный клен	Черный клен	0,57	39,8	0,64
дуб черный	Quercus velutina	0,61	42,6	0,68
ель черная	Picea mariana	0,46	32,1	0,52
черный орех	Juglans nigra	0,55	38,4	0,62
ива черная	Salix nigra	0,39	27,3	0,44
черная резинка	Нисса лесная	0,50	34,9	0,56
пепельно-голубой	Fraxinus quadrangulata	0,58	40,5	0,65
голубая камедь	Эвкалипт шаровидный	0,80	55,9	0,90
боксёрдер	Клен черный	0,46	32,1	0,52
дуб дубовый	Quercus macrocarpa	0,64	44,7	0,72
орех	Juglans cinerea	0,38	26,6	0,43
Калифорнийский черный дуб	Quercus kelloggii	0,55	38,4	0,62
Калифорнийский лавр	Umbellularia californica	0,55	38,4	0,62
Калифорнийский белый дуб	Quercus lobata	0,58	40,5	0,65
дуб каньон живой	Quercus chrysolepis	0,74	51,7	0,83
вяз кедровый	Ulmus crassifolia	0,64	44,7	0,72
Дуб вишневый	Пагода Quercus	0,69	48,2	0,77
Дуб каштановый	Quercus Prinus	0,66	46,1	0,74
красное дерево	Секвойя вечнозеленая	0,38	26,6	0,43
каркас обыкновенный	Западная Селтис	0,53	37,0	0,59
огуречное дерево	Магнолия остроконечная	0,48	33,5	0,54
Пихта Дугласа	Псевдоцуга мензиесии	0,48	33,5	0,54
тополь восточный	Тополь дельтовидный	0,40	28,0	0,45
болиголов восточный	Цуга канадская	0,40	28,0	0,45
восточный красный кедр	Можжевельник виргинский	0,47	32,8	0,53
сосна белая восточная	Сосна стробусная	0,35	24,5	0,39
Ель Энгельмана	Picea engelmannii	0,35	24,5	0,39
цветущий кизил	Корнус Флорида	0,73	51,0	0,82
Тополь Фремонта	Populus fremontii	0,45	31,4	0,50
Дуб гамбель	Quercus gambelii	0,63	44,0	0,71
гигантская секвойя	Секвойядендрон гигантский	0,38	26,6	0,43
золотая булавка	Chrysolepis chrysophylla	0,46	32,1	0,52
большая пихта	Abies grandis	0,37	25,9	0,41
береза ​​серая	Береза ​​народнолистная	0,51	35,6	0,57
сосна серая	Pinus sabiniana	0,43	30,1	0,48
зеленый ясень	Фраксинус пенсильванский	0,56	39,1	0,63
гамбо лимбо	Бурсера Симаруба	0,35	24,5	0,39
мед мескитовый	Прозопис железистый	0,82	57,3	0,92
гледичия	Гледичия триакантос	0,65	45,4	0,73
ладан кедровый	Calocedrus decurrens	0,37	25,9	0,41
сосна	Сосна банковская	0,43	30,1	0,48
Сосна Джеффри	Сосна Джеффри	0,42	29,4	0,47
Кофейное дерево Кентукки	Гимноклад двудомный	0,60	41,9	0,67
сосна шишковидная	Сосна оттянутая	0,42	29,4	0,47
коа	Акация коа	0,55	38,4	0,62
лавровый дуб	Дуб лавроволистный	0,63	44,0	0,71
сосна передняя	Pinus flexilis	0,42	29,4	0,47
живой дуб	Quercus virginiana	0,88	61,5	0,99
сосна обыкновенная	Pinus taeda	0,51	35,6	0,57
сосна	Pinus contorta	0,41	28,7	0,46
сосна длиннолистная	Сосна болотная	0,59	41,2	0,66
красное дерево	Swietenia mahagoni	0,60	41,9	0,67
орех гикори	Карья томонтоса	0,72	50,3	0,81
Сосна монтерейская	Pinus radiata	0,53	37,0	0,59
болиголов горный	Цуга мертенсиана	0,45	31,4	0,50
горная магнолия	Магнолия Фразери	0,44	30,8	0,49
пихта благородная	Abies procera	0,39	27,3	0,44
катальпа северная	Катальпа особая	0,41	28,7	0,46
Дуб красный северный	Дуб красный	0,63	44,0	0,71
белый кедр северный	Туя западная	0,31	21,7	0,35
мускатный орех гикори	Carya myristiciformis	0,60	41,9	0,67
Ясень Орегон	Fraxinus latifolia	0,55	38,4	0,62
Орегонский белый дуб	Quercus garryana	0,72	50,3	0,81
темно-оранжевый	Maclura pomifera	0,85	59,4	0,95
чаша из дуба	Quercus lyrata	0,63	44,0	0,71
Кизил тихоокеанский	Cornus occidentalis	0,62	43,3	0,69
Пасифик Мадрон	Земляничное дерево мензиеса	0,65	45,4	0,73
Пихта тихоокеанская	Abies amabilis	0,43	30,1	0,48
Тис тихоокеанский	Taxus brevifolia	0,67	46,8	0,75
бумажная береза ​​	Betula papyrifera	0,55	38,4	0,62
кора бумажная	Мелалеука пятицветная	0,72	50,3	0,81
орех пекан	Carya illinoensis	0,66	46,1	0,74
хурма	Диоспирос виргинский	0,74	51,7	0,83
орех гикори	Carya glabra	0,75	52,4	0,84
дуб	Дуб болотный	0,63	44,0	0,71
сосна	Pinus edulis	0,57	39,8	0,64
смола сосновая	Сосна жесткая	0,52	36,3	0,58
сосна прудовая	Pinus serotina	0,56	39,1	0,63
сосна желтая	Сосна желтая	0,40	28,0	0,45
Кедр Порт-Орфорд	Chamaecyparis lawsoniana	0,43	30,1	0,48
Столб дубовый	Quercus stellata	0,67	46,8	0,75
зола тыквенная	Фраксинус глубокий	0,52	36,3	0,58
осина дрожащая	Тополь тремулоидный	0,38	26,6	0,43
ольха красная	Алнус красный	0,41	28,7	0,46
пихта красная	Пихта великолепная	0,38	26,6	0,43
красные мангровые заросли	Ризофора мангл	0,96	67,1	1,08
красный клен	Красный клён	0,54	37,7	0,60
красная сосна	Сосна смолистая	0,46	32,1	0,52
красная ель	Picea rubens	0,40	28,0	0,45
красный бад	Церцис канадский	0,58	40,5	0,65
береза ​​речная	Береза ​​черная	0,56	39,1	0,63
Вяз скалистый	Ulmus thomasii	0,63	44,0	0,71
песчаная сосна	Pinus clausa	0,48	33,5	0,54
сассафрас	Сассафрас альбидум	0,46	32,1	0,52
алый дуб	Quercus coccinea	0,67	46,8	0,75
алый дуб	Quercus coccinea	0,67	46,8	0,75
ирги	Amelanchier spp.	0,79	55,2	0,88
гикори лохматый	Карья овата	0,72	50,3	0,81
кора гикори	Carya laciniosa	0,69	48,2	0,77
сосна коротколистная	Pinus echinata	0,51	35,6	0,57
клен серебристый	Клён сахарный	0,47	32,8	0,53
Сильвербелл	Halesia spp.	0,45	31,4	0,50
Ель ситхинская	Picea sitchensis	0,36	25,2	0,40
сосна	Pinus elliottii	0,59	41,2	0,66
скользкий вяз	Ulmus fulva	0,53	37,0	0,59
кислица	Oxydendrum arboreum	0,55	38,4	0,62
южная магнолия	Магнолия крупноцветковая	0,50	34,9	0,56
южный красный кедр	Можжевельник виргинский	0,44	30,8	0,49
Дуб красный южный	Quercus falcata	0,59	41,2	0,66
ель сосна	Сосна голая	0,44	30,8	0,49
полосатый клен	Клен пенсильванский	0,46	32,1	0,52
пихта субальпийская	Abies lasiocarpa	0,32	22,4	0,36
сахарный клен	Клён сахарный	0,63	44,0	0,71
сахарная сосна	Pinus lambertiana	0,36	25,2	0,40
Дуб болотный каштановый	Quercus michauxii	0,67	46,8	0,75
Дуб болотный белый	Дуб двухцветный	0,72	50,3	0,81
береза ​​душистая	Betula lenta	0,65	45,4	0,73
лавровая магнолия	Магнолия виргинская	0,46	32,1	0,52
сладкая жевательная резинка	Ликвидамбар стирацифлюа	0,52	36,3	0,58
Сосна столовая горная	Pinus pungens	0,52	36,3	0,58
тамарак	Ларикс Ларицина	0,53	37,0	0,59
таноак	Литокарпус густоцветковый	0,62	43,3	0,69
Можжевельник Юта	Можжевельник остеосперма	0,72	50,3	0,81
Сосна Вирджиния	Сосна виргинская	0,48	33,5	0,54
гикори водяной	Carya aquatica	0,62	43,3	0,69
дуб водяной	Дуб черный	0,63	44,0	0,71
Тупело для воды	Нисса водная	0,50	34,9	0,56
болиголов западный	Цуга гетерофилла	0,45	31,4	0,50
лиственница западная	Лиственница западная	0,52	36,3	0,58
западный красный кедр	Туя складчатая	0,32	22,4	0,36
сосна западная белая	Pinus monticola	0,38	26,6	0,43
ясень белый	Фраксинус американский	0,60	41,9	0,67
белая пихта	Abies concolor	0,39	27,3	0,44
белый дуб	Дуб белый	0,68	47,5	0,76
ель белая	Picea glauca	0,40	28,0	0,45
ива дуб	Quercus phellos	0,69	48,2	0,77
вяз крылатый	Ulmus alata	0,66	46,1	0,74
желтая береза ​​	Betula alleghaniensis	0,62	43,3	0,69
желтый конский каштан	Эскулюс желтый	0,36	25,2	0,40
тополь желтый	Лириодендрон тюльпановый	0,42	29,4	0,47
† Содержание влаги 12 % по объему

Таблица А. 2. Плотность и удельный вес древесины перечислены в алфавитном порядке по научному названию.

Общее название	Научное название	Удельный вес †	Плотность (фунт/фут3)	Плотность (г/см3)
Пихта тихоокеанская	Abies amabilis	0,43	30,1	0,48
бальзамическая пихта	Абиес бальзамический	0,35	24,5	0,39
белая пихта	Abies concolor	0,39	27,3	0,44
пихта	Abies grandis	0,37	25,9	0,41
пихта субальпийская	Abies lasiocarpa	0,32	22,4	0,36
пихта красная	Пихта великолепная	0,38	26,6	0,43
пихта благородная	Abies procera	0,39	27,3	0,44
коа**	Акация коа	0,55	38,4	0,62
Клен крупнолистный	Клен крупнолистный	0,48	33,5	0,54
боксёрдер	Клен черный	0,46	32,1	0,52
черный клен	Черный клен	0,57	39,8	0,64
полосатый клен	Клен пенсильванский	0,46	32,1	0,52
красный клен	Красный клён	0,54	37,7	0,60
клен серебристый	Клён сахарный	0,47	32,8	0,53
сахарный клен	Клён сахарный	0,63	44,0	0,71
желтый конский каштан	Эскулюс желтый	0,36	25,2	0,40
айлант	Айлант высокогорный	0,53	37,0	0,59
ольха красная	Алнус красный	0,41	28,7	0,46
ирги	Amelanchier spp.	0,79	55,2	0,88
Пасифик Мадрон	земляничное дерево мензиес	0,65	45,4	0,73
желтая береза ​​	Betula alleghaniensis	0,62	43,3	0,69
береза ​​душистая	Betula lenta	0,65	45,4	0,73
береза ​​речная	Береза ​​черная	0,56	39,1	0,63
бумажная береза ​​	Betula papyrifera	0,55	38,4	0,62
береза ​​серая	Betula populifolia	0,51	35,6	0,57
гамбо лимбо	Бурсера Симаруба	0,35	24,5	0,39
ладан кедровый	Calocedrus decurrens	0,37	25,9	0,41
Американский граб (железное дерево)	Carpinus caroliniana	0,70	48,9	0,78
гикори водяной	Carya aquatica	0,62	43,3	0,69
гикори горький	Carya cordiformis	0,66	46,1	0,74
орех гикори	Carya glabra	0,75	52,4	0,84
орех пекан	Carya illinoensis	0,66	46,1	0,74
кора гикори	Carya laciniosa	0,69	48,2	0,77
мускатный орех гикори	Carya myristiciformis	0,60	41,9	0,67
гикори лохматый	Карья овата	0,72	50,3	0,81
орех гикори	Карья томонтоса	0,72	50,3	0,81
Американский каштан	Кастанея зубчатая	0,43	30,1	0,48
Австралийская сосна	Казуарина равнолистная	0,88	61,5	0,99
катальпа северная	Катальпа особая	0,41	28,7	0,46
каркас обыкновенный	Западная Селтис	0,53	37,0	0,59
красный бад	Церцис канадский	0,58	40,5	0,65
Кедр Порт-Орфорд	Chamaecyparis lawsoniana	0,43	30,1	0,48
Аляскинский желтый кедр	Chamaecyparis nootkatensis	0,44	30,8	0,49
Белый атлантический кедр	Chamaecyparis thyoides	0,32	22,4	0,36
золотая булавка	Chrysolepis chrysophylla	0,46	32,1	0,52
кизил цветущий	Корнус Флорида	0,73	51,0	0,82
Кизил тихоокеанский	Cornus occidentalis	0,62	43,3	0,69
хурма	Диоспирос виргинский	0,74	51,7	0,83
голубая камедь	Эвкалипт шаровидный	0,80	55,9	0,90
Бук американский	Фагус крупнолистный	0,64	44,7	0,72
ясень белый	Фраксинус американский	0,60	41,9	0,67
Ясень Орегон	Fraxinus latifolia	0,55	38,4	0,62
ясень черный	Fraxinus nigra	0,49	34,2	0,55
зеленый ясень	Фраксинус пенсильванский	0,56	39,1	0,63
зола тыквенная	Фраксинус глубокий	0,52	36,3	0,58
пепельно-голубой	Fraxinus quadrangulata	0,58	40,5	0,65
гледичия	Гледичия триакантос	0,65	45,4	0,73
Кофейное дерево Кентукки	Гимноклад двудомный	0,60	41,9	0,67
Сильвербелл	Halesia spp.	0,45	31,4	0,50
Падуб американский	Илекс непрозрачный	0,57	39,8	0,64
орех	Juglans cinerea	0,38	26,6	0,43
черный орех	Juglans nigra	0,55	38,4	0,62
можжевельник из кожи аллигатора	Можжевельник раскидистый	0,51	35,6	0,57
Можжевельник Юта	Можжевельник остеосперма	0,72	50,3	0,81
восточный красный кедр	Можжевельник виргинский	0,47	32,8	0,53
южный красный кедр	Можжевельник виргинский	0,44	30,8	0,49
тамарак	Лиственница ларичина	0,53	37,0	0,59
лиственница западная	Лиственница западная	0,52	36,3	0,58
сладкая жевательная резинка	Ликвидамбар стирацифлюа	0,52	36,3	0,58
тополь желтый	Лириодендрон тюльпановый	0,42	29,4	0,47
таноак	Литокарпус густоцветковый	0,62	43,3	0,69
оранжевый	Maclura pomifera	0,85	59,4	0,95
огуречное дерево	Магнолия остроконечная	0,48	33,5	0,54
горная магнолия	Магнолия фразери	0,44	30,8	0,49
южная магнолия	Магнолия крупноцветковая	0,50	34,9	0,56
лавровая магнолия	Магнолия виргинская	0,46	32,1	0,52
яблоко	Malus spp.	0,67	46,8	0,75
кора бумажная	Мелалеука пятицветная	0,72	50,3	0,81
Тупело для воды	Нисса водная	0,50	34,9	0,56
черная резинка	Нисса лесная	0,50	34,9	0,56
Американский хмельник	Острия виргинская	0,70	48,9	0,78
кислое дерево	Oxydendrum arboreum	0,55	38,4	0,62
Ель Энгельмана	Picea engelmannii	0,35	24,5	0,39
ель белая	Picea glauca	0,40	28,0	0,45
ель черная	Picea mariana	0,46	32,1	0,52
красная ель	Picea rubens	0,40	28,0	0,45
Ель ситхинская	Picea sitchensis	0,36	25,2	0,40
сосна шишковидная	Сосна оттянутая	0,42	29,4	0,47
сосна	Сосна банковская	0,43	30,1	0,48
песчаная сосна	Pinus clausa	0,48	33,5	0,54
сосна	Pinus contorta	0,41	28,7	0,46
сосна коротколистная	Pinus echinata	0,51	35,6	0,57
сосна	Pinus edulis	0,57	39,8	0,64
сосна косая	Pinus elliottii	0,59	41,2	0,66
сосна передняя	Pinus flexilis	0,42	29,4	0,47
ель сосна	Сосна голая	0,44	30,8	0,49
Сосна Джеффри	Сосна Джеффри	0,42	29,4	0,47
сахарная сосна	Pinus lambertiana	0,36	25,2	0,40
сосна западная белая	Pinus monticola	0,38	26,6	0,43
Епископская сосна	Pinus muricata	0,49	34,2	0,55
сосна длиннолистная	Сосна болотная	0,59	41,2	0,66
сосна желтая	Сосна желтая	0,40	28,0	0,45
Сосна столовая горная	Pinus pungens	0,52	36,3	0,58
Сосна монтерейская	Pinus radiata	0,53	37,0	0,59
красная сосна	Сосна смолистая	0,46	32,1	0,52
смола сосновая	Сосна жесткая	0,52	36,3	0,58
сосна серая	Pinus sabiniana	0,43	30,1	0,48
сосна прудовая	Pinus serotina	0,56	39,1	0,63
сосна белая восточная	Сосна стробусная	0,35	24,5	0,39
сосна обыкновенная	Pinus taeda	0,51	35,6	0,57
Сосна Вирджиния	Сосна виргинская	0,48	33,5	0,54
Платан американский	Platanus occidentalis	0,49	34,2	0,55
Тополь бальзамический	Тополь бальзамический	0,34	23,8	0,38
тополь восточный	Тополь дельтовидный	0,40	28,0	0,45
Тополь Фремонт	Populus fremontii	0,45	31,4	0,50
осина большезубая	Populus grandidentata	0,39	27,3	0,44
осина дрожащая	Тополь тремулоидный	0,38	26,6	0,43
черный тополь	Тополь трихокарпа	0,35	24,5	0,39
мед мескитовый	Прозопис железистый	0,82	57,3	0,92
черная вишня	Чернослив серотиновый	0,50	34,9	0,56
Пихта Дугласа	Псевдоцуга мензиесии	0,48	33,5	0,54
белый дуб	Дуб белый	0,68	47,5	0,76
Дуб болотный белый	Дуб двухцветный	0,72	50,3	0,81
дуб каньон живой	Quercus chrysolepis	0,74	51,7	0,83
алый дуб	Quercus coccinea	0,67	46,8	0,75
алый дуб	Quercus coccinea	0,67	46,8	0,75
Дуб красный южный	Quercus falcata	0,59	41,2	0,66
Дуб гамбель	Quercus gambelii	0,63	44,0	0,71
Орегонский белый дуб	Quercus garryana	0,72	50,3	0,81
Калифорнийский черный дуб	Quercus kelloggii	0,55	38,4	0,62
лавровый дуб	Дуб лавроволистный	0,63	44,0	0,71
Калифорнийский белый дуб	Quercus lobata	0,58	40,5	0,65
чашка дубовая	Quercus lyrata	0,63	44,0	0,71
дуб дубовый	Quercus macrocarpa	0,64	44,7	0,72
Дуб болотный каштановый	Quercus michauxii	0,67	46,8	0,75
дуб водяной	Дуб черный	0,63	44,0	0,71
Дуб вишневый	Пагода Quercus	0,69	48,2	0,77
дуб штифт	Дуб болотный	0,63	44,0	0,71
ива дуб	Quercus phellos	0,69	48,2	0,77
Дуб каштановый	Quercus Prinus	0,66	46,1	0,74
дуб красный северный	Дуб красный	0,63	44,0	0,71
Столб дубовый	Quercus stellata	0,67	46,8	0,75
дуб черный	Quercus velutina	0,61	42,6	0,68
живой дуб	Quercus virginiana	0,88	61,5	0,99
красные мангровые заросли	Ризофора мангл	0,96	67,1	1,08
белая акация	Робиния псевдоакация	0,69	48,2	0,77
ива черная	Salix nigra	0,39	27,3	0,44
сассафрас	Сассафрас альбидум	0,46	32,1	0,52
красное дерево	Секвойя вечнозеленая	0,38	26,6	0,43
гигантская секвойя	Секвойядендрон гигантский	0,38	26,6	0,43
красное дерево	Swietenia mahagoni	0,60	41,9	0,67
лысый кипарис	Taxodium distichum	0,46	32,1	0,52
Тис тихоокеанский	Taxus brevifolia	0,67	46,8	0,75
белый кедр северный	Туя западная	0,31	21,7	0,35
западный красный кедр	Туя складчатая	0,32	22,4	0,36
Липа американская	Липа американская	0,37	25,9	0,41
болиголов восточный	Цуга канадская	0,40	28,0	0,45
болиголов западный	Цуга гетерофилла	0,45	31,4	0,50
болиголов горный	Цуга мертенсиана	0,45	31,4	0,50
вяз крылатый	Ulmus alata	0,66	46,1	0,74
Вяз американский	Ульмус американский	0,50	34,9	0,56
вяз кедровый	Ulmus crassifolia	0,64	44,7	0,72
скользкий вяз	Ulmus fulva	0,53	37,0	0,59
вяз скалистый	Ulmus thomasii	0,63	44,0	0,71
Калифорнийский лавр	Umbellularia californica	0,55	38,4	0,62
† Содержание влаги 12% по объему

Метод расчета несущей способности свайно-песчаных составных фундаментов в перегнойном слое грунта с учетом консолидации

Метод расчета несущей способности свайно-песчаных составных фундаментов в перегнойном слое грунта с учетом консолидации

Скачать PDF

Скачать PDF

• Артикул
• Открытый доступ
• Опубликовано: 20 августа 2021 г.

• Юнтао Чжан ¹ ,
• Юйцин Лю ¹ ,
• Хуйву Луо ² ,
• Пейшуай Чен ² ,
• Дэцзе Ли ² ,
• Энлонг Лю ³ и
• …
• Бенлян Ян 2

   

  Научные отчеты том 11 , Артикул: 16962 (2021) Процитировать эту статью

  • 2031 Доступ

  • Сведения о показателях

  Предметы

  • Гражданское строительство
  • Инженерное дело

  Аннотация

  В инженерной практике измеренная несущая способность свайно-песчаного композитного фундамента в перегнойном слое грунта значительно превышает расчетное значение. На основе конструкции песчаной сваи и процесса приложения нагрузки предложен метод расчета несущей способности фундамента по действующим напряжениям. Расширение диаметра полости в конструкции песчаной сваи было упрощено до плоской задачи, а теория расширения полости использовалась для определения выражения скорости смещения и увеличения горизонтального напряжения. На основании кривой e–p и расчета степени консолидации были получены зависимости между горизонтальным и вертикальным эффективным напряжением и коэффициентом пустотности. По тесной связи между несущей способностью основания в перегнойном слое грунта и влажностью установлено выражение, описывающее связи между несущей способностью основания, действующими напряжениями, коэффициентом пустотности и влажностью. Для проекта временной инженерной обработки фундамента, который требует высокой несущей способности, но допускает большую деформацию фундамента, при проектировании композитных фундаментов из песчаных свай используются эти отношения, чтобы учесть эффект консолидации илистого грунта, тем самым снижая коэффициент замещения и снижая стоимость строительства. Стоимость.

  Введение

  Большие кессоны широко применяются в фундаментах опор мостов и анкерных фундаментах, поскольку они могут обеспечить надежную несущую способность и устойчивость ¹ . Так как большой кессон имеет большую статическую нагрузку, вероятно повреждение или быстрое проседание необработанного поверхностного фундамента под собственной нагрузкой кессона. Поэтому первоначальный фундамент необходимо обработать, чтобы обеспечить ровную конструкцию кессона. Согласно технологии строительства кессона, армирующий материал фундамента необходимо выкапывать постепенно по мере опускания кессона, поэтому предпочтительной схемой является композитный фундамент из песчаных свай.

  Мост через реку Янцзы в Уфэншане является частью проекта по контролю железнодорожного пересечения реки Янцзы в Ляньчжэне (см. рис. 1). Его северная опора большого кессонного фундамента представляет собой крупнейший в мире наземный открытый кессон длиной 100 м и шириной 70 м. Перед началом проседания фундамента кессона Северного Анкориджа было проведено испытание плитной нагрузкой, результаты которого показывают, что измеренная несущая способность намного превышает расчетное значение. Чрезмерно сильная несущая способность фундамента не только приводит к растрате ресурсов, но и препятствует опусканию кессона, что приводит к выкапыванию большей грунтовой опоры для увеличения большого коэффициента опускания кессона, увеличивая риск растрескивания кессона как опорный пролет становится больше. Обработка фундамента северного кессона Анкориджа моста через реку Янцзы в Вуфэншане спроектирована в соответствии с требованиями постоянных работ. Однако несущая способность фундамента слишком высока, чтобы предотвратить проседание открытого кессона, что приводит к тому, что напряжение конструкции большого кессона превышает допустимое значение. Композитные фундаменты из песчаных свай используются уже давно, и в этой области было проведено множество глубоких исследований. На несущую способность композитного фундамента из песчаных свай влияют два основных фактора: конструкция песчаных свай и нагрузка на вскрышные породы. Во-первых, сооружение свай из песка приводит к увеличению несущей способности грунтового основания между сваями. Баттерфилд ² впервые предложил использовать расширение цилиндрической полости в условиях плоской деформации для решения проблемы заглубления сваи. Vesic ³ обобщил решение проблемы расширения сферических полостей и цилиндрических полостей, а также расширил теорию расширения полостей на сжимаемый грунт, чтобы получить расчетное уравнение предельной несущей способности грунта. Randolph ⁴ применил теорию расширения полости и анализ конечных элементов для анализа напряжения, создаваемого сваями в глине, и последующего уплотнения. Ю и Хоулсби ⁵ использовал метод конечных элементов и теорию расширения полости для анализа нагрузки расширяющегося грунта. Collins ⁶ использовал модель критического состояния для получения аналитического решения большой деформации для расширения недренированной цилиндрической и сферической полости. В соответствии с теорией расширения полости и траекторией деформации Чжоу ⁷ предложил метод расчета смещения грунта вокруг некруглых свай в глине. Во-вторых, нагрузка сверху уплотняет грунт, увеличивая несущую способность фундамента. При обработке мягкого грунтового основания методом дренажной консолидации Barron ⁸ и Richart ⁹ применили два допущения, т. е. свободную деформацию и равную деформацию, для определения степени консолидации слоя почвы радиального дренажа, полагая, что, когда отношение расстояния между дренажами больше пяти, средняя степень консолидации фундамента, полученные двумя вышеуказанными методами расчета, оказались очень близкими. Onoue ¹⁰ рассмотрел аналитическое решение по консолидации песчаных скважин с намазыванием. Олсон ¹¹ и Леха ¹² предложены аналитические решения по консолидации песчаных скважин в условиях переменной нагрузки. Существует уникальная взаимосвязь между эффективным напряжением и коэффициентом пустотности насыщенной мягкой глины, и она не зависит от условий дренирования ¹³ . Несущая способность фундамента связана с сцеплением c , углом внутреннего трения ϕ и равномерной нагрузкой q , действующей с обеих сторон фундамента ¹⁴ , но изменение сцепления и внутреннего Угол трения, вызванный увеличением эффективного напряжения, еще предстоит проверить.

  Рисунок 1

  Гора Уфэн Северный кессон якорной стоянки моста через реку Янцзы.

  Изображение полного размера

  Текущие исследования показывают, что строительство свай из песка и предварительное нагружение свай могут увеличить несущую способность фундамента. В инженерных приложениях осадка фундамента, как правило, является ключевым показателем того, могут ли конструкция и несущая способность легко удовлетворить потребности. Таким образом, повышение несущей способности фундамента мало влияет на схему обработки фундамента. Однако для крупных кессонных сооружений обработка фундамента является временной работой, а несущая способность является ключевым показателем, поэтому осадке фундамента, как правило, уделяется мало внимания. Строительство кессона в процессе заводского изготовления занимает относительно много времени, что представляет собой процесс поэтапного приложения нагрузки. Фундамент производит большую деформацию консолидации из-за дополнительной нагрузки и дренажного канала в песчаной куче. В результате измеренная несущая способность композитного фундамента из песчаных свай значительно превышает расчетное значение. В этом исследовании систематически изучались процесс строительства и предварительной загрузки песчаных свай. Кроме того, для оптимизации конструкции было сформулировано выражение, описывающее взаимосвязь между несущей способностью фундамента, действующим напряжением, коэффициентом пустотности и содержанием воды.

  Повышение напряжения в фундаменте, вызванное сооружением песчаных свай

  Трубная обшивка часто применяется при сооружении песчаных свай, т. е. метод нижнего разгрузки. При сооружении песчаной насыпи в кожухе трубы делается полость, нижняя часть кожуха закрывается, а полость расширяется в перегнойном слое грунта за счет механического статического давления и вибрации. Затем, когда обсадная колонна поднимается, клапан на дне обсадной трубы автоматически открывается, и полость заполняется песком, образуя кучу песка. Этот процесс может быть упрощен до расширения полости. В данном исследовании эта теория использовалась для расчета увеличения несущей способности фундамента в перегнойном слое грунта, вызванного строительством песчаных свай.

  Теория расширения полости и основные допущения

  Предполагалось, что готовая куча песка имеет идеальную цилиндрическую форму, и ее размер полностью соответствует проектным требованиям. Процесс строительства песчаной сваи был выполнен, как показано на рис. 2.

  Рисунок 2

  Модель расширения полости.

  Увеличить

  При анализе теории расширения полости ³ исходили из следующих предположений: 1) грунтовый массив является идеальным, однородным и изотропным упругопластическим телом; (2) малая полость расширяется в бесконечной массе грунта; 3) критерий урожайности почвы – критерий урожайности Мора–Кулона; (4) давление грунта на стенку полости до расширения статично; и (5) песчаная куча состоит из чистого песка без силы сцепления, и деформация текучести не учитывается.

  Основные уравнения

  Радиальное напряжение грунта вокруг сваи обозначалось \(\sigma_{r}\), окружное напряжение обозначалось \(\sigma_{\theta }\), а конструкция песчаной сваи процесс упростился до задачи об осевой симметрии плоской деформации. Полярные координаты использовались без учета начального поля напряжений, и дифференциальное уравнение равновесия было получено следующим образом:

  $$\frac{{d\sigma_{r} }}{dr} + \frac{{\sigma_{r } – \sigma_{\theta} }}{r} = 0.$$

  (1)

  Геометрическое уравнение: функция напряжения \(\psi\) считалась только функцией радиальной координаты r :

  $$\psi = L\ln r,$$

  (3)

  где \(r\) — радиальная координата, а L — постоянная границы.

  На стадии пластической деформации параметры выбраны как консолидированные недренированные параметры, использовался критерий текучести Мора-Кулона: 9{2} }}{E}\frac{p}{r} = \frac{(1 + v)}{E}r\sigma_{r} ,$$

  (8)

  , где \(r\ ) — радиальная координата, \(u_{r}\) — радиальное смещение, \(R_{i}\) — начальный радиус полости, \(p\) — начальное радиальное напряжение, E — модуль упругости, а \(v\) — коэффициент Пуассона. {{\frac{2\sin \varphi}}{{1 + \sin \varphi }}}} – Cctg\varphi .$$

  (9)

  Удовлетворяя уравнениям. (4) и (6) при общих граничных условиях упругости и пластичности было получено следующее уравнение:

  $$\sigma_{p} = \sigma_{r} = C\cos \varphi .$$

  ( 10)

  На границе между зоной упругости и зоной пластичности смещение общего расширения зоны пластичности получено на основании уравнения (8):

  $$u_{p} = \frac{(1 + v)}{E}R_{p} \sigma_{p} .$$

  (11)

  9{2} \до 0\), а общее смещение границы зоны пластичности относительно невелико.

  В приведенном выше расчете исходное поле напряжений не учитывалось. Для илистого грунта напряжение увеличивается, \(\sigma_{p} = C\cos \varphi\), из-за чего грунт очень мало переходит в пластическое состояние. Чтобы удовлетворить условию легкого перехода грунта в пластическое состояние, диапазон влияния зоны пластичности должен быть большим, чтобы общее смещение границы зоны пластичности можно было считать относительно небольшим и упростить следующим образом: \(u_{p}^ {2} \до 0\). Было получено следующее уравнение: 9{{\frac{2\sin \varphi }{{1 + \sin \varphi }}}} – ctg\varphi } \right].$$

  (19)

  Увеличение дополнительного напряжения, вызванного сооружением песчаной сваи

  Когда кучи песка расположены в форме равностороннего треугольника, длина стороны которого равна \(s\), происходит взаимодействие между кучами песка, где \(d_{e}\) – диапазон влияния одиночной кучи песка , а \(r_{e}\) — радиус влияния. Это видно из уравнения (19) радиальное напряжение уменьшается с увеличением 9{{\frac{\sin \varphi }{{1 + \sin \varphi }}}} – ctg\varphi } \right].$$

  (23)

  Увеличение эффективного напряжения в фазе нагрузки

  Открытые кессонные фундаменты часто используются в крупномасштабном строительстве фундаментов мостов. Поскольку кессон является временным проектом в процессе сборки и проходки, допускается большая осадка кессона или регулируемый наклон. При этом возведение кессона в процессе заводского изготовления занимает относительно много времени, а дополнительное напряжение постепенно преобразуется в эффективное напряжение, поэтому нельзя не учитывать повышение несущей способности фундамента.

  Расчет глубины воздействия

  Распределение дополнительного напряжения фундамента может быть выражено контурной линией. При добавочном напряжении \(\sigma_{z} = 0,1p\) влияние добавочного напряжения пренебрежимо мало, тогда как при полосовой нагрузке линия изолинии добавочного напряжения проходит ниже центра приблизительно ¹⁷ при \( г \приблизительно 6В\). Следовательно, глубина полосовой нагрузки равна \(H = 6B\).

  Расчет степени уплотнения 9{\prime}_{z\infty}\)(\(p\)) обозначает эффективное напряжение во время полной консолидации.

  $$p = \frac{{\sigma_{1} + \sigma_{2} + \sigma_{3} }}{3}.$$

  (30)

  Грунт изотропный, и уравнение расчета статического давления грунта:

  $$\sigma_{1} = \gamma H + \sum {\Delta p_{z} } .$$

  (31)

  $$p_{0} = \sigma_{2} = \sigma_{3} = K_{0} \gamma H + \sigma_{eq} ,$$

  (32)

  , где H – глубина залегания, K ₀ – коэффициент статического давления грунта, \(p_{z}\) – дополнительное напряжение, \(\gamma\) – статическая нагрузка грунта .

  Когда нагрузка не прикладывалась или приложенная нагрузка не преобразовывалась в действующее напряжение, было получено следующее уравнение:

  $$\sigma_{eq} = 0.$$

  (34)

  $$p = \frac{{(1 + 2K_{0} )\gamma H}}{3}.$$

  (35)

  После завершения строительства песчаной сваи общее напряжение с приложенной дополнительной нагрузкой может быть выражено следующим образом:

  $$p = \frac{{(1 + 2K_{0} )\gamma H + \ sum {\Delta p_{z}} + 2\sigma_{eq}}}{3}.$$

  (36)

  Зависимость между действующим напряжением и несущей способностью фундамента

  Зависимость между эффективным напряжением и водосодержанием

  Уровень грунтовых вод в прибрежной зоне был относительно высоким, и толща долгое время находилась ниже устойчивой линии воды. Таким образом, можно было предположить, что страт насыщен, т. е. \(S_{r} = 1\), и было получено следующее уравнение:{\prime}\) представляет среднее эффективное напряжение, U обозначает степень консолидации, а \(p\) обозначает среднее общее напряжение.

  Зависимость между несущей способностью фундамента и водосодержанием

  Зависимость между несущей способностью основания из мягкого грунта и водосодержанием дана ¹⁸ (таблица 1).

  Таблица 1 Базовая несущая способность основания из мягкого грунта.

  Полноразмерная таблица

  Данные в приведенной выше таблице представлены графически, как показано на рисунке ниже (рис. 3). 9{2} – 4,3w + 221,$$

  (40)

  Среднее эффективное увеличение напряжения может быть получено исходя из внешней нагрузки, размера насыпи песка и глубины залегания слоя грунта, а также, тем самым можно добиться изменения коэффициента пустотности и содержания воды. Поскольку содержание воды в фундаменте из мягкого грунта хорошо коррелирует с несущей способностью фундамента, увеличение несущей способности фундамента может быть получено на основе содержания воды, что является основой для расчетного расчета композита песчаной сваи. Фонд.

  Инженерный пример

  Метод расчета, предложенный в этом исследовании, был применен к южному анкерному основанию моста через устье реки Вэньчжоу Оуцзян, который представляет собой самый толстый в мире слой перегнойного грунта сверхбольшого наземного кессона. Фундамент кессона применялся к южному анкеру, размеры кессона в плоскости 70 × 63 м, общая высота кессона 67,5 м, стандартная толщина стены 2,0 м, перегородка толщиной 1,2 м и высотой 8 м. высотой, общая перегородка была высотой 6,1 м, и было установлено тридцать прямоугольных колодцев размером 10,84 × 10 м. Кессон располагался в глубоком перегнойном слое грунта средней мощностью 36 м и локальной мощностью 40 м.

  Геология и гидрогеология

  В таблице 2 представлены упрощение и параметры почвенного слоя. Что касается илистой глины в поверхностном слое (номер ② ₁ ), если давление предварительного уплотнения больше, чем сила тяжести грунта, то глинистую глину следует рассматривать как слегка переуплотненную почву, а уклон кривая сжатия \(k{ = }0,064\) может быть непосредственно использована в расчетах, поэтому среднее эффективное давление предварительного уплотнения равно P _c  = 85,6 кПа. Если средняя эффективная стрессовая нагрузка меньше среднего эффективного давления предварительного уплотнения, следует использовать наклон \(\каппа\). Когда средняя эффективная стрессовая нагрузка больше, чем среднее эффективное давление предварительного уплотнения, следует использовать наклон \(\лямбда\).

  Таблица 2 Физико-механические свойства грунта кессона.

  Полноразмерный стол

  Механические параметры слоя грунта приведены в таблице 3.

  Таблица 3 Физические параметры слоя грунта.

  Полноразмерная таблица

  Расчет коэффициента замещения песчаной насыпи

  Для упрощения процесса расчета предполагалось, что избыточное поровое давление, вызванное дополнительной нагрузкой, полностью рассеялось. Увеличение дополнительного напряжения, возникающего при строительстве песчаной сваи, неотделимо от коэффициента замещения песчаной сваи. Коэффициент замещения может быть задан заранее и подставлен в уравнение. (23), и можно получить коэффициент замещения. Если ошибка между заданным коэффициентом замещения и расчетным коэффициентом замещения составляет менее 5%, расчетный коэффициент замещения является приемлемым коэффициентом замещения. В этом исследовании коэффициент замещения принимался равным м  = 0,36.

  Зависимости между нагрузками, приложенными к фундаменту, и временем показаны на рис. 4, 5, 6 и 7.

  Рисунок 4

  Процесс загрузки кессона в секциях 1–3.

  Увеличить

  Рис. 5

  Процесс загрузки кессона в секциях 4–5.

  Увеличить

  Рис. 6

  Процесс загрузки кессона в секциях 6–7.

  Полноразмерное изображение

  Рисунок 7

  Процесс загрузки кессона Секции 8–10.

  Изображение в полный размер

  В таблице 4 представлены результаты расчетов.

  Таблица 4 Изменение содержания воды после сброса порового давления.

  Полноразмерная таблица

  Несущая способность фундамента рассчитывалась по содержанию воды (Таблица 5).

  Таблица 5 Расчет коэффициента замещения.

  Полноразмерный стол

  Несущая способность песчаной сваи выражается следующим образом ¹⁹ :

  $$k = \frac{{20.8C_{u} }}{K},$$

  (41)

  , где C _u 9096, а K – коэффициент безопасности, который рекомендуется принимать равным 1,05.

  Уравнение расчета несущей способности композитного фундамента ²⁰ выглядит следующим образом:

  $$m = \frac{{f_{spk} – f_{sk} }}{{f_{pk} – f_{ sk} }}.$$

  (42)

  Затем был получен коэффициент замещения песчаной насыпи, результаты расчета приведены в табл. 5.

  Рассчитанное отношение напряжений сваи к грунту составило от 2,8 до 3,6, что соответствует схеме, согласно которой отношение напряжений связного грунта должно быть от 2 до 4, а прочность ненарушенного грунта высокая и значение большое ²⁰ .

  Расчет песчаной насыпи и проверка степени уплотнения

  Расчет песчаной насыпи

  Норма замены песчаных свай была установлена ​​равной м  = 0,36, а песчаные сваи располагались в форме правильного треугольника. Диаметр каждой кучи песка составлял 0,6 м, а расстояние между кучами песка – 0,9 м.5 м. Несущая способность фундамента, рассчитанная по формуле (42), показано в таблице 6.

  Таблица 6 Собственное значение несущей способности после обработки фундамента.

  Полноразмерная таблица

  Проверка степени консолидации

  По завершении строительства песчаной насыпи дополнительное напряжение постепенно преобразовывалось в эффективное, а поровое давление постепенно исчезало. Степень консолидации рассчитывали в пределах диапазона глубины воздействия дополнительного напряжения. Результаты показывают, что все дополнительные напряжения были преобразованы в эффективные напряжения до того, как кессон начал опускаться, а степень консолидации достигла 100%.

  Испытание на месте

  Испытание на месте было проведено в произвольно выбранной контрольной точке на инженерной площадке, и песчаная куча была построена в соответствии с коэффициентом замещения м  = 0,36. Учитывая, что испытание плитной нагрузкой может отражать только несущую способность мелкозаглубленного фундамента, натурное испытание может только проверить изменение несущей способности фундамента после действия секций 1-3 кессона. Поэтому к композитному фундаменту была приложена нагрузка 180 кПа, а несущая способность композитного фундамента была проверена после того, как поровое давление грунта между сваями композитного фундамента полностью рассеялось (см. рис. 8, 9).).

  Рисунок 8

  Предварительная загрузка на месте.

  Изображение в полный размер

  Рис. 9

  Испытание плиты под нагрузкой на месте.

  Изображение в полный размер

  Нагрузочная плита имела диаметр 1000 мм, и испытание было прекращено ¹⁶ после того, как она была нагружена до 60 мм. Собственное значение несущей способности фундамента определялось по величине относительной деформации ¹⁹ . Для слоев грунта с высокой сжимаемостью максимальное значение относительной деформации не превышало 0,015, то есть при величине осадки 15 мм соответствующая нагрузка составила 205 кПа, что больше расчетного значения 172,5 кПа (см. 10). Это показывает, что приведенный выше метод расчета не только рационально использует улучшение несущей способности фундамента, вызванное уплотнением, но также имеет большой коэффициент безопасности, который может служить ориентиром для аналогичных проектов.

  Рисунок 10

  p – s Кривая композитного фундамента.

  Изображение полного размера

  Выводы

  В этом исследовании были изучены причины, по которым несущая способность композитного фундамента из песчаных свай намного превышает расчетное значение. На основе теории расширения полостей, теории кривых e – p и эмпирических данных предложен возможный метод расчета несущей способности фундамента. Этот метод может оптимизировать конструкцию композитных фундаментов из песчаных свай.

  Ниже перечислены основные материалы этого исследования:

  1. 1.

     Расширение диаметра полости в конструкции песчаных свай было упрощено до плоской задачи, теория расширения полости использовалась для упрощения расчета увеличения горизонтального напряжения грунта между сваями, вызванного уплотнением песчаных свай, и выражений установлены изменение скорости смещения и горизонтального напряжения.

  2. 2.

     Принимая во внимание увеличение вертикального эффективного напряжения, вызванное уплотнением ила, кривая e-p использовалась для установления зависимости между увеличением горизонтального и вертикального эффективного напряжения и коэффициентом пустотности.

  3. 3.

     На основании тесной связи между несущей способностью фундамента в перегнойном слое грунта и обводненностью установлена ​​реакция несущей способности фундамента на увеличение действующих напряжений, увеличение коэффициента пустотности, увеличение обводненности . По этой зависимости было определено, что увеличение действующего напряжения вызывает увеличение несущей способности фундамента.

  Для проектов с длительным предварительным нагружением или послойным нагружением, при условии, что допускается большая деформация фундамента, можно в полной мере учитывать повышенную несущую способность фундамента, вызванную уплотнением песчаных свай и предварительным нагружением, для снижения коэффициента замещения и снижения стоимости строительства.

  Ссылки

  1. Келли, Р. Б., Хоулсби, Г. Т. и Бирн, Б. В. Сравнение полевых и лабораторных испытаний кессонных фундаментов из песка и глины. Geotechnique 56 (9), 617–626 (2006).

     Артикул Google ученый

  2. Баттерфилд, Р. и Банерджи, П. К. Применение электроосмоса в почве. Часть 2, Отчет об исследованиях в области гражданского строительства, № 31, Департамент гражданского строительства, Сауткамптонский университет, Великобритания, 705–709 (1968).

  3. Весич А. С. Расширение полостей в бесконечном грунтовом массиве. J. Soil Mech. 98 (3), 265–289(1972).

     Google ученый

  4. Рэндольф, М. Ф., Картер, Дж. П. и Рот, С. П. Забивные сваи в глине, последствия установки и последующего укрепления. Geotechnique 29 (4), 361–393 (1979).

     Артикул Google ученый

  5. Ю, Х. С. и Хоулсби, Г. Т. Расширение конечной полости в дилатантных грунтах: анализ нагрузки. Геотехника 41 (2), 173–183 (1991).

     Артикул Google ученый

  6. Коллинз, И. Ф. и Ю, Х. С. Расширение недренированных полостей в грунтах в критическом состоянии. Междунар. Дж. Нумер. Анальный. Методы геомех. 20 (7), 489–516 (1996).

     Артикул Google ученый

  7. Чжоу Х. и др. Новый аналитический подход для прогнозирования смещения грунта, вызванного проникновением нецилиндрической сваи в недренированный грунт, путем сочетания использования методов расширения полости и пути деформации. Междунар. Дж. Нумер. Анальный. Методы геомех. 42 , 1270–1305 (2018).

     Артикул Google ученый

  8. Бэррон, Р. А. Укрепление мелкозернистых почв дренажными колодцами. Пер. ASCE 113 , 718–754 (1948).

     Google ученый

  9. Richart, F. E. Обзор теорий дренажа песка. ASCE Proc. Почвенный мех. Найденный. 83 (3), 1301 (1957).

     Google ученый

  10. “>

      Onoue, A. Консолидация вертикальными дренами с учетом сопротивления скважины и размазывания в консолидацию. Почва найдена. 28 (4), 165–174 (1988).

      Артикул Google ученый

  11. Олсон, Р. Э. Консолидация при нагрузке, зависящей от времени. Дж. Геотех. англ. Отд. проц. ASCE 103 , 55–60 (1977).

      Артикул Google ученый

  12. Леха, К. Р., Кришнасвами, Н. Р. и Басак, П. Уплотнение глины за счет дренажа песка под нагрузкой, зависящей от времени. J. Geoenviron-Mental Eng. 124 (1), 91–94 (1998).

      Артикул Google ученый

  13. Yu, HS Пластичность и геотехника (Springer, 2006).

      МАТЕМАТИКА Google ученый

  14. Мейерхоф, Г. Г. Предельная несущая способность оснований на песчаном слое, перекрывающем глину. Кан. Геотех. J. 11 , 223–229 (1974).

      Артикул Google ученый

  15. Мэй, Г. и др. Анализ консолидации поперечно-анизотропного однородного упругого грунта с использованием численного метода конечных слоев. Междунар. Дж. Нумер. Анальный. Методы геомех. 28 (2), 111–129 (2004).

      Артикул Google ученый

  16. Китайская академия строительных исследований. JGJ79-2012 Технический кодекс по обработке грунта зданий (China Architecture and Building Press, 2011).

      Google ученый

  17. Дас Б.М. Основы геотехнических свойств грунтов 8-е изд. (CengageLearning, 2012).

      Google ученый

  18. “>

      CCCC Highway Consultants Co., Ltd. JTG D63–2007 Кодекс проектирования наземного основания и фундамента автодорожных мостов и водопропускных труб (China Communications Press, 2007).

      Google ученый

  19. Министр жилищного строительства и городского и сельского развития Китайской Народной Республики. GB/T 50783–2012 Технический кодекс для композитного фундамента (China Planning Press, Пекин, 2012 г.).

      Google ученый

  20. Гонг, X. Справочник по обработке фундамента (China Architecture and Building Press, 2008).

      Google ученый

  Скачать ссылки

  Благодарности

  Мы хотели бы поблагодарить анонимных рецензентов за их тщательный просмотр, вклад и критику, которые привели к улучшению статьи.

  Финансирование

  Это исследование финансировалось Национальным фондом естественных наук Китая (NSFC) (грант № 417).

  Информация об авторе

  Авторы и организации

  1. Школа гражданского строительства, Университет Тунцзи, Шанхай, 200092, Китай

     Yongtao Zhang & Yuqing Liu

  2. CC. 430040, Китай

     Хуйву Луо , Пейшуай Чен , Децзе Ли и Бенлян Ян

  3. Колледж водных ресурсов и гидроэнергетики, Государственная ключевая лаборатория гидравлики и инженерии Маунтин -Ривер, Университет Сычуань, Ченгду, 610065, Китай

     Enlong Liu

  Авторы

  1. yongta. также можете искать этого автора в PubMed Google Scholar

  2. Yuqing Liu

     Просмотр публикаций автора

     Вы также можете искать этого автора в PubMed Google Академия

  3. Хуйу Луо

     Посмотреть публикации автора

     Вы также можете искать этого автора в PubMed Google Scholar

  4. Пейшуай Чен

     Посмотреть публикации автора

     Вы также можете искать этого автора в PubMed Google Scholar

  5. Dejie Li

     Просмотр публикаций автора

     Вы также можете искать этого автора в PubMed Google Scholar

  6. Enlong Liu

     Просмотр публикаций автора

     Вы также можете искать этого автора в PubMed Google Scholar

  7. Benliang Yang

     Просмотр публикаций автора

     Вы также можете искать этого автора в PubMed Google Scholar

  Contributions

  YZ: руководитель тестирования, составляющий рукопись, вывод формулы, план эксперимента. Ю.Л.: теоретическое руководство диссертацией, натурная проверка. Х.Л.: вывод формулы, написание – подготовка исходного проекта. ПК: вывод формулы, подготовка проекта написания теста на месте. Д.Л.: предоставить тестовую площадку. Э.Л.: проверка вывода формулы. BY: ссылка, рецензирование и редактирование.

  Автор, ответственный за переписку

  Юнтао Чжан.

  Заявление об этике

  Конкурирующие интересы

  Авторы не заявляют об отсутствии конкурирующих интересов.

  Дополнительная информация

  Примечание издателя

  Springer Nature остается нейтральной в отношении юрисдикционных претензий в опубликованных картах и ​​институциональной принадлежности.

  Права и разрешения

  Открытый доступ Эта статья находится под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 International License, которая разрешает использование, совместное использование, адаптацию, распространение и воспроизведение на любом носителе или в любом формате при условии, что вы укажете соответствующую ссылку на оригинальный автор(ы) и источник, предоставьте ссылку на лицензию Creative Commons и укажите, были ли внесены изменения. Изображения или другие сторонние материалы в этой статье включены в лицензию Creative Commons на статью, если иное не указано в кредитной строке материала. Если материал не включен в лицензию Creative Commons статьи, а ваше предполагаемое использование не разрешено законом или выходит за рамки разрешенного использования, вам необходимо получить разрешение непосредственно от правообладателя. Чтобы просмотреть копию этой лицензии, посетите http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/.

  Перепечатка и разрешения

  Об этой статье

  Комментарии

  Отправляя комментарий, вы соглашаетесь соблюдать наши Условия и правила сообщества. Если вы обнаружите что-то оскорбительное или не соответствующее нашим условиям или правилам, отметьте это как неприемлемое.

  Скачать PDF

  Оценка предельной несущей способности висячих свай

  Машиностроение
  Vol.4 No.11 (2012), ID статьи:24580,4 страницы DOI:10. 4236/rus.2012.411100

  Оценка предельной несущей способности висячих свай

  Wael N. Abd Elsamee

  Инженерный факультет, Синай University, El Arish, Egypt

  Электронная почта: [email protected]

  Поступила в редакцию 14 июля 2012 г.; пересмотрено 20 августа 2012 г.; принят 4 сентября 2012 г.

  Ключевые слова: Почва; Вместимость сваи; буронабивная свая; Висячая свая; Свайная нагрузка

  АННОТАЦИЯ

  Точное прогнозирование максимальной несущей способности буронабивных свай является сложной задачей, поскольку нагрузка является функцией большого количества факторов. Эти факторы включают в себя метод бурения, метод бетонирования, качество бетона, квалификацию строителей, состояние грунта и геометрию сваи. Для определения эксплуатационных характеристик и оценки несущей способности свай проводятся испытания свай на месте. Из-за практических и временных ограничений невозможно загрузить сваю до разрушения. В этом исследовании данные полевых испытаний свай анализируются для оценки предельной нагрузки на висячие сваи. Анализ основан на результатах испытаний трех свай под нагрузкой. Испытания проводятся на площадке проекта «Культурно-развлекательный комплекс» в Порт-Саиде, Египет. На буронабивных сваях 9диаметром 00 мм и длиной 50 м. Геотехнические изыскания на площадке проводятся до максимальной глубины 60 м. Предельная грузоподъемность свай определяется в соответствии с различными методами, включая Египетский свод правил (2005 г.), Тангенс-тангенс, Хансен (1963 г.), Чин (1970 г.), Ахмед и Пиз (1997 г.) и Декур (1999 г.). Был сделан вывод, что около 8 % предельной нагрузки приходится на опору в основании сваи и что до 92 % нагрузки приходится на трение вдоль ствола. На основе сравнения прогнозов емкости свай по разным методикам даются рекомендации. Предлагается новый метод расчета предельной несущей способности сваи по данным испытаний сваи под нагрузкой. Предельная нагрузка буронабивных свай, рассчитанная с помощью предлагаемого метода, представляется надежной и хорошо сравнимой с различными доступными методами.

  1. Введение

  Свайный фундамент является важным звеном в передаче нагрузки конструкции на несущую поверхность, расположенную на некоторой глубине ниже поверхности земли. При проектировании свай учитываются различные параметры, такие как характер основания, глубина залегания грунтовых вод, глубина несущего слоя, а также тип и уровень нагрузки, которую необходимо поддерживать. Для определения эксплуатационных характеристик и оценки несущей способности сваи проводятся испытания на нагрузку на месте.

  Простой метод расчета статического сопротивления ствола сваи, забитой в глину, представлен Мирзой (1997) [1]. Метод основан на корреляциях, полученных для морских глин, между индексными свойствами и прочностью. Описано применение метода к полдюжине высококачественных полномасштабных испытаний свай под нагрузкой. За исключением коротких свай в глинах от очень жестких до твердых, прогнозы хорошо согласуются с измерениями полевых испытаний. Представленная корреляция позволяет оценить остаточное поверхностное трение и указывает на важность индекса текучести глины при расчете статической емкости.

  Dewaikar и Pallavi (2000) представили анализ данных полевых испытаний свай под нагрузкой для оценки предельной нагрузки на сваи. Анализ основан на сорока результатах испытаний свай под нагрузкой, собранных на различных инфраструктурных и строительных площадках в районе Мумбаи в Индии. Собранные данные анализируются с использованием различных графических и полуэмпирических методов, доступных в литературе [2].

  Nabil (2001) изучал поведение групп буронабивных свай в сцементированных песках с помощью программы полевых испытаний на площадке в Южной Сурре, Кувейт. Программа состояла из испытаний на осевую нагрузку одинарных буронабивных свай на растяжение и сжатие. Были испытаны две группы свай, каждая из которых состояла из пяти свай. Расстояние между сваями в группах составляло два и три диаметра сваи. Расчетный КПД группы свай составил 1,22 и 1,9.3 для шага свай в два и три диаметра сваи соответственно. Поскольку осадка обычно определяет расчет групп свай в песке, по результатам испытаний был определен групповой коэффициент, определяемый как отношение осадки группы к осадке одиночной сваи при сопоставимых нагрузках в диапазоне упругости [3].

  Абдельрахман и др. (2003) предположили, что испытания осевой нагрузки одиночной сваи могут дать обоснование расчетной нагрузки сваи. Нормы проектирования фундаментов глубокого заложения устанавливают критерии приемки свай, испытываемых на сжатие, исходя из установленных пределов осадки свай при определенных уровнях нагрузки. Исследователи изучили различные методы, используемые для интерпретации результатов испытаний свай под нагрузкой. Были испытаны 64 шнековые шнековые сваи с использованием метода испытаний на выдерживаемую нагрузку, и результаты были проанализированы с использованием различных методов интерпретации [4].

  Wehnert and Vermeer (2004) проанализировали результаты испытаний на нагрузку короткой буронабивной сваи большого диаметра в Германии. Представлены результаты для полного сопротивления, а также для сопротивления основания и вала. Свая считается линейно-упругой. Используются различные конститутивные модели недр, такие как упруго-пластическая, Мора-Кулба [5].

  Новый подход к проектированию буронабивных свай большого диаметра, опирающихся на несвязные грунты, был предложен Radwan et al. (2007) [6]. Подход основан на результатах, полученных в результате анализа конечных элементов, выполненного с использованием данных из тридцати примеров буронабивных свай большого диаметра, собранных на нескольких строительных проектах. С учетом критерия осадки оцениваются как торцевая опора узла, так и сопротивление поверхностному трению. В численной модели используется определяющая модель Мора-Кулона. В конце концов, проводится статистическое исследование для оценки улучшения, точности и надежности дизайна с использованием нового подхода по сравнению с прогнозом Египетского кодекса (2005 г.) [7].

  Акбар и др. (2008) представили опыт, полученный в результате четырех испытаний свай под нагрузкой на площадке в Северо-Западной пограничной провинции Пакистана. Геотехнические изыскания на площадке проводятся до максимальной глубины 60 м. Почва на участке преимущественно твердая глина в пределах исследованной глубины с тонкими слоями гравия и валунов ниже глубины 40 м. Осевым нагрузкам подвергались четыре сваи диаметром от 660 мм до 760 мм и длиной от 20 до 47,5 м. Используя результаты испытаний сваи под нагрузкой, выполняются обратные расчеты для оценки соответствующих значений параметров конструкции сваи [8].

  Вероятностная модель в качестве дополнительной математической основы для традиционного детерминистского подхода к количественной оценке выбора коэффициента запаса прочности для каждого члена уравнения нагрузки висячих свай в глине представлена ​​Al Jairry (2009) [9].

  Исходя из вышеизложенного, разница в оценках нагрузки доступных методов слишком велика. Таким образом, необходимо провести дополнительное исследование несущей способности висячих свай. Тем не менее, целью данного исследования является предоставление результатов испытаний сваи и разработка формулы для более точного прогнозирования несущей способности сваи.

  2. Исследование почвы

  В Порт-Саиде в Египте не проводилось много исследований почвы. Исследуемый объект является проектом Культурно-рекреационного комплекса, расположенного в городе Порт-Саид. Проект построен на площади примерно 50 × 70 м. Проведено комплексное геотехническое исследование. Следствие включало семь буров. Общий вид сайта показан на рисунке 1.

  Рисунок 1. Общий вид сайта.

  Стратификация почвы

  Почвенный профиль исследуемого участка представлен на рис. 2. По разрезу видно, что встречаются следующие почвенные расслоения:

  1) От отметки 0,00 до –10,00 м известняковые породы и с битыми раковинами.

  2) От отметки –10,00 до –17,00 м глинисто-пылеватый мягкий с прослоем песка.

  3) От отметки –17,00 до –49,00 м глина мягкая пылевато-глинистая с примесью песка.

  4) От отметки –49,00 до –52,00 м известняковые ситисанд.

  5) От отметки –52,00 до –60,00 м глинисто-алевритовая твердая с прослоями известково-алевритово-песчаных.

  Уровень грунтовых вод находится на высоте 0,70 метра от поверхности земли.

  3. Прогноз несущей способности сваи с использованием египетского кода

  Во время геотехнических исследований проводятся различные полевые и лабораторные испытания для оценки подземных условий и параметров конструкции сваи на проектной площадке. Емкости кодовой стопки рассчитываются с использованием положений египетского кодекса (2005 г.) [7]. Диаметр сваи принят равным 900 мм, а длина сваи – 50 м. В таблицах 1-3 приведены характеристики грунта, а также расчетное сопротивление сваи (трение вала и торцевая опора). На рис. 3 показан расчетный предел прочности сваи. Исходя из данных рисунка, предельная емкость сваи, Q _ульта получается как 4622,81 кН/м ² . Применяя запас прочности, Ф.С. 2, допустимая расчетная мощность сваи, Q _все составляет 2311,41 кН/м ² . Допустимая несущая способность сваи, принятая для проекта, принята равной 2300 кН/м ² .

  4. Испытания свай под нагрузкой

  Проводятся три испытания под нагрузкой буронабивных свай диаметром 900 мм и длиной 50 м. Одна из свай является нерабочей сваей-испытанием №1, а две – рабочими сваями-испытателями №2 и №3. Испытательная нерабочая свая № 1 нагружается в два раза больше рабочей нагрузки 230 тонн, а рабочие сваи для испытаний № 2 и № 3 нагружаются в 1,5 раза больше рабочей нагрузки.

  Рис. 2. Почвенный профиль исследуемого участка.

  Таблица 1. Расчет поверхностного трения для использования при расчете сваи в соответствии с египетским кодексом [7].

  Таблица 2. Расчетное сопротивление торцевой несущей способности для использования в расчете в соответствии с египетскими нормами [7].

  Таблица 3. Суммарная нагрузка на сваи, используемая при расчете согласно египетским нормам [7].

  Рисунок 3. Показывает зависимость между расчетной грузоподъемностью и осадкой буронабивной сваи в соответствии с египетскими нормами.

  4.1. Реакционная система

  Реакционная система для испытательных свай представляла собой испытательную головку, закрепленную двенадцатью грунтовыми анкерами, распределенными вокруг сваи, как показано на испытательной установке на рис. 4.

  4.2. Нагрузка на сваю

  Нагрузка прикладывалась с помощью трех гидравлических домкратов, установленных между головкой сваи и закрепленной испытательной головкой, как показано на рисунках 4 и 5. Увеличение циклов нагрузки принято для испытательных свай в соответствии с египетскими нормами.

  4.3. Тестовые измерения

  1) Измерение нагрузки Нагрузку измеряли калиброванными тензодатчиками с цифровым считывающим устройством. Тензодатчики были установлены поверх сферических опорных плит, расположенных над гидравлическими домкратами. Кроме того, прикладываемая нагрузка проверялась путем регистрации приложенного гидравлического давления с помощью манометра, установленного на насосной установке.

  2) Измерение осадки оголовка сваи Осадка оголовка сваи измеряется с помощью трех циферблатных индикаторов с точностью 0,01 мм.

  4.4. Результаты испытаний

  1) Общее наблюдение во время испытаний а) Осадка сваи не достигла 10% от ее номинального диаметра.

  b) Испытательные сваи не показали никаких признаков геотехнического разрушения. Это означает, что испытательные сваи не продолжали оседать или опускаться без увеличения приложенной нагрузки.

  c) Ни одна из секций испытательных свай не вышла из строя.

  Соотношение нагрузки и осадки для испытаний сваи под нагрузкой показано на рисунке 6.

  Рисунок 4. Схема испытания.

  Рис. 5. Схема загрузки сваи.

  d) Осадка напора записана в Таблице 4. Отмечено, что признаков погружения не обнаружено.

  5. Предельная несущая способность свай

  Предельная несущая способность свай определяется по результатам испытаний под нагрузкой с использованием различных подходов.

  5.1. Тангенциально-тангенциальный метод

  Применяя тангенциально-тангенциальный метод, строится график между нагрузкой, деленной на площадь поперечного сечения сваи, и осадкой в ​​полулогарифмическом масштабе, как показано на рис. 7 для испытания рабочей нагрузки сваи № 2 [7].

  5.2. Метод Хансена (1963 г.)

  Применение метода Хансена квадратный корень из каждого значения осадки из данных полевых испытаний под нагрузкой, разделенный на соответствующее значение нагрузки, отображается в зависимости от осадки, как показано на рисунке 8 для испытания рабочей нагрузки сваи №3. Расчет предельной нагрузки по методу Хансена дается по формуле [10]:

  (1)

  где:

  Q _u = предельная грузоподъемность.

  C ₁ = наклон наиболее подходящей прямой.

  C ₂ = Y-точка пересечения прямой.

  5.3. Метод Чина (1970)

  Применяя метод Чина, строится график между осадкой, деленной на соответствующую нагрузку, и осадкой, как показано на рисунке 9 для нерабочей тестовой сваи №1. Обратный наклон прямой линии дает предельную нагрузку, предложенную Чином [11].

  Рис. 6. Соотношение нагрузки и осадки для испытания на нагрузку нерабочей сваи №1.

  Таблица 4. Учет расчетного поселения.

  Рис. 7. Предельная грузоподъемность сваи по касательной-тангенциальному методу для испытания рабочей сваи на нагрузку №2.

  Рис. 8. Предельная грузоподъемность сваи по методу Хансена для испытания сваи на рабочую нагрузку №3.

  Рис. 9. Предельная грузоподъемность по методу Чина для нерабочей тестовой сваи №1.

  5.4. Ahmad and Pise (1997)

  Ahmad and Pise (1997) предложили понижающий коэффициент к экстраполированному Чином значению предельной мощности. На графике зависимости осадки/нагрузки от осадки было замечено, что обычно через эти точки можно провести две прямые линии. Как показано на рис. 10, для нерабочей испытательной сваи № 1 отношение осадки ΔS (осадка между точкой пересечения двух прямых и осадкой, соответствующей конечной испытательной нагрузке) к S (общая осадка) принимается за уменьшение фактор (RF) для этого набора тестовых данных [12]. Однако понижающий коэффициент (RF) определяется следующим образом:

  (2)

  где:

  RF = Понижающий коэффициент.

  Q _mod = Изменено значение предельной мощности подбородка.

  Q _ch = Чин значение предельной емкости.

  5.5. Экстраполяция Декура (1999)

  Применение экстраполяции Декура путем деления каждой нагрузки на соответствующую осадку и построения графика полученных значений в зависимости от приложенной нагрузки. Линейная регрессия по видимой линии (последние три точки) определяет линию. Декур определил предельную нагрузку как пересечение этой линии с осью нагрузки, как показано на Рисунке 11 для рабочей тестовой сваи №3 [13].

  6. Предлагаемый метод определения предельной несущей способности сваи по результатам испытания под нагрузкой

  Зависимость нагрузки от осадки сваи экстраполируется с использованием эмпирического метода. Оценка предельной нагрузки состоит из двух этапов, как указано ниже:

  1) Построение кривой осадки нагрузки по данным полевых испытаний под нагрузкой, как показано на рисунках 12-14.

  2) Предельная несущая способность сваи определяется по эмпирической формуле:

  (3)

  где:

  Q _u = предельная несущая способность (кН).

  м = наклон прямой линии тренда.

  y = y-точка пересечения прямой (как значение без знака).

  7. Сравнение различных методов определения предельной несущей способности свай

  Расчет предельной несущей способности свай и соответствующих коэффициентов запаса прочности с использованием вышеупомянутых методов сведен в таблицу 5.

  Предельные нагрузки, полученные различными методами результаты испытаний сваи под нагрузкой показаны на рис. 15.

  8. Нагрузка, воспринимаемая концевым подшипником и трением вдоль вала

  Из таблицы 6 были взяты значения предельной несущей способности сваи для оценки процента трения и несущей способности конца из рисунка 3. На основании вышеизложенного было установлено что процент нагрузки, переносимой трением вдоль ствола сваи и концевой опоры, показан в следующей таблице 6.

  Рис. 11. Предельная грузоподъемность по методу экстраполяции Декура для рабочей тестовой сваи №3.

  Рис. 12. Предельная грузоподъемность сваи по предложенному методу для нерабочей тестовой сваи №1.

  9. Выводы

  На основе программы испытаний и проведенного сравнительного исследования были сделаны следующие выводы:

  1) Процент нагрузки от трения, воспринимаемой валом, составляет приблизительно концевой подшипник составляет от 15% до 10%.

  2) Метод Хансена (1963) дает более высокие значения предельной несущей способности сваи, чем другие методы.

  3) Представлен новый предложенный метод расчета предельной несущей способности сваи по результатам испытаний сваи под нагрузкой.

  4) Предлагаемый метод определения предельной несущей способности висячих свай дает результаты, хорошо согласующиеся с аналитическими прогнозами.

  5) Предлагаемый метод удобен в применении, проще, быстрее, надежнее, не дает максимальных и минимальных чисел по сравнению с некоторыми другими.

  Рис. 13. Предельная грузоподъемность сваи предложенным методом отработки пробной сваи №2.

  Рисунок 14. Свая предельной грузоподъемности с использованием предлагаемого метода для отработки тестовой сваи №3.

  Таблица 5. Предельная нагрузка и коэффициент запаса (F.S.) сваи при использовании различных методов.

  Рис. 15. Сравнение предельных нагрузок на сваи разными методами.

  Таблица 6. Процент предельной нагрузки, воспринимаемой концевым подшипником и трением.

  10. Благодарности

  Автор хотел бы поблагодарить Fetih Construction Company и Pauer-Egypt Company за их неоценимую помощь.

  ССЫЛКИ

  1. Мирза У. А. А., «Трение корки сваи в глинах», Международный журнал морской и полярной инженерии, Vol. 7, № 1, 1997, стр. 538-540.
  2. Д. М. Девайкар и М. Дж. Паллави, «Анализ данных испытаний свай под нагрузкой», Журнал Юго-Восточного азиатского геотехнического общества, Vol. 6, № 4, 2000, стр. 27-39.
  3. Ф. И. Набиль, «Испытания на осевую нагрузку буронабивных свай и групп свай в сцементированных песках», Журнал геотехнической и геоэкологической инженерии, Vol. 127, № 9, 2001, стр. 766-733. doi:10.1061/(ASCE)1090-0241(2001)127:9(766)
  4. Г. Э. Абдельрахман, Э. М. Шаарави и К. С. Абузаид, «Интерпретация результатов испытаний на осевую нагрузку сваи для шнековых свай непрерывного действия», Новые технологии в области проектирования конструкций , Материалы 9-й Арабской конференции по проектированию конструкций, Абу-Даби, 29ноябрь — 1 декабря 2003 г. , стр. 791–802.
  5. М. Венерт и П. А. Вермеер, «Численный анализ испытаний буронабивных свай под нагрузкой», Материалы Девятого международного симпозиума «Численные модели в геомеханике», Оттава, 25-27 августа 2004 г., стр. 1-6.
  6. А. М. Радван, А. Х. Абдель-Рахман, М. Раби и М. Ф. Авад-Аллах, «Новый предлагаемый подход к проектированию буронабивных свай большого диаметра на основе анализа конечных элементов», Двенадцатый международный коллоквиум по структурному и геотехническому проектированию (12-я ICSGE), 10–12 декабря 2007 г., Каир, стр. 340–357.
  7. Египетский кодекс, «Механика грунта и фундамент», Организация, Каир, 2005 г.
  8. А. Акбар, С. Хилджи, С. Б. Хан, М. С. Куреши и М. Саттар, «Трение вала буронабивных свай в твердой глине», Пакистан Журнал инженерии и прикладных наук, Vol. 3, 2008 г., стр. 54-60.
  9. HH Al Jairry, «Точное уравнение вероятности для фрикционных свай в глине», Иракский журнал гражданского строительства, Vol. 6, № 1, 2009, стр.