Несущая способность

Компания предельная несущая способность (q_f) — значение напряжения смятия, которое вызывает внезапную катастрофическую осадку фундамента (из-за разрушения при сдвиге).

Компания допустимая несущая способность (q_a) – максимальное напряжение смятия, которое может быть приложено к фундаменту, чтобы оно было защищено от нестабильности из-за разрушения при сдвиге. и максимально допустимая осадка не превышена. Допустимая несущая способность обычно рассчитывается по предельной несущей способности с использованием коэффициента запаса прочности (F_s).

При копании фундамента напряжение на уровне фундамента снимается за счет удаления веса грунта. чистое давление подшипника (q_n) – увеличение нагрузки на почву.
q_n = д – д_o
q_o = г D
где D — глубина заложения, g — удельный вес вынутого грунта.

Механизмы разрушения и вывод уравнений

• Относительно недеформированный клин грунта под фундаментом образует активную зону Ренкина с углами (45° + f’/2).
• Клин выталкивает почву наружу, в результате чего образуются пассивные зоны Ренкина с углами (45º – f ‘/2).
• Переходные зоны имеют форму бревенчатых спиральных вееров.

Это уравнение основано на невесомой почве. Следовательно, если грунт несвязный (c=0), несущая способность зависит от надбавки q_o. Для фундамента, заложенного на глубине D ниже поверхности, надбавка q_o = гД. Обычно для мелкозаглубленного фундамента (D

радиус вентилятора r = r .exp[ q .tan f ‘].
q — угол веера в радианах (от 0 до p/2).
f’ – угол трения грунта
r_o = B/[2 cos(45+ f ‘/2)]

Решения с верхней и нижней границей

Предельную грузоподъемность фундамента можно оценить, предположив механизм разрушения, а затем применив к этому механизму законы статики. Поскольку механизмы, рассматриваемые в решение с верхней границей постепенно уточняются, расчетная разрушающая нагрузка уменьшается.

Чем больше областей стресса рассматривается в решение нижней границы, расчетная разрушающая нагрузка увеличивается.

Следовательно, путем постепенного уточнения верхней и нижней границ решений можно приблизиться к точному решению. Например, механизм Терзаги дает точное решение для ленточного фундамента.

Полукруглый механизм скольжения

Механизм скольжения по дуге окружности

Несущая способность мелкозаглубленных фундаментов

Для того, чтобы получить осушенная загрузка, расчеты по действующим напряжениям; f ´ > 0 и N _c, N_q и N g все > 0.
Для того, чтобы получить недренированная загрузка, расчеты по суммарным напряжениям; прочность на сдвиг в недренированном состоянии (s_u); Н_q = 1.0 и N г = 0

c = кажущееся пересечение сплоченности
q_o = г . D (т.е. плотность x глубина)
D = глубина заложения
B = ширина фундамента
г = удельный вес удаленной почвы.

Уравнение несущей способности (без дренажа)

Уравнение несущей способности (осушенный)

Это уравнение применимо только для неглубоких фундаментов, несущих вертикальную неэксцентрическую нагрузку.
Для прямоугольных и круглых фундаментов вводятся коэффициенты формы.

Другие факторы могут быть использованы для учета глубины, наклона нагрузки, эксцентриситета нагрузки, наклона основания и грунта. Глубина имеет значение только в том случае, если она превышает ширину.

Коэффициенты несущей способности

Факторы формы

Факторы глубины

Фактор безопасности

Коэффициент безопасности следует применять только к увеличению напряжения, т. е. к чистому опорному давлению q._n. Вычисление q_a из q_f удовлетворяет только критерию безопасности от разрушения при сдвиге. Однако значение F_s 2.5–3.0 является достаточно высоким, чтобы эмпирически ограничить расчет. Именно по этой причине коэффициенты безопасности, используемые при проектировании фундаментов, выше, чем в других областях геотехнического проектирования. (Для склонов коэффициент безопасности обычно составляет 1.3–1.4).

Опыт показал, что осадка типичного фундамента на мягкой глине вполне приемлема, если используется коэффициент 2.5. Осадки на жесткой глине могут быть довольно большими, даже несмотря на то, что предельная несущая способность относительно высока, поэтому может быть уместно использовать коэффициент, близкий к 3.0.

Предполагаемые значения подшипников

Предполагаемые значения подшипников для Keuper Marl

Несущая способность свай

Для свай большого диаметра осадка может быть большой, поэтому обычно используют коэффициент запаса 2-2.5 по рабочей нагрузке. Свая, нагруженная в осевом направлении, будет нести нагрузку: частично за счет касательных напряжений ( t _s), создаваемых вдоль ствола сваи и частично нормальными напряжениями (q_b) генерируется на базе. Предельная мощность Q_f сваи равна базовой грузоподъемности Q_b плюс пропускная способность вала Q_s, Q_f = Q_b + Q_s = A_b , Q_b + С (А_s , T _s) где_b площадь основания и A_s – площадь поверхности ствола в слое грунта.

Полная мощность вала мобилизуется при гораздо меньших смещениях, чем те, которые связаны с полным сопротивлением основания. Это важно при определении реакции на осадку сваи. Одинаковая общая несущая способность может быть достигнута при различных комбинациях диаметра и длины сваи. Однако можно показать, что длинная тонкая свая более эффективна, чем короткая короткая свая. Более длинные сваи создают большую часть своей полной мощности за счет поверхностного трения, поэтому их полную мощность можно мобилизовать при гораздо более низких осадках.

Пропорции несущей способности, вносимые поверхностным трением и торцевой опорой, зависят не только от геометрии сваи. Важными факторами являются тип конструкции и последовательность слоев грунта.

Забивные сваи в несвязном грунте

В несвязных грунтах поверхностное трение низкое, потому что вокруг сваи образуется «оболочка» с низким коэффициентом трения. Конические сваи решают эту проблему, так как грунт повторно уплотняется при каждом ударе, и этот зазор не может образоваться.

Емкость сваи можно рассчитать, используя свойства грунта, полученные из стандартные тесты на проникновение or испытания на проникновение конуса. Затем предельную нагрузку необходимо разделить на коэффициент безопасности, чтобы получить рабочую нагрузку. Этот коэффициент безопасности зависит от максимально допустимой осадки, которая, в свою очередь, зависит как от диаметра сваи, так и от сжимаемости грунта. Например, коэффициент безопасности 2.5 обычно гарантирует, что свая диаметром менее 600 мм в несвязном грунте не осядет более чем на 15 мм.

Хотя метод установки сваи оказывает значительное влияние на разрушающую нагрузку, не существует надежных методов расчета для количественной оценки какого-либо воздействия. Таким образом, решение остается на усмотрение инженера.

Максимальная вместимость сваи

Значения К_s и d может быть связано с углом внутреннего трения (f ´) с помощью следующей таблицы по Бромсу.

Следует отметить, что, как и в большинстве случаев при проектировании свай, это эмпирическая взаимосвязь. Также из эмпирических методов видно, что Q_s и Q_b оба достигают пиковых значений где-то на глубине от 10 до 20 диаметров.

Обычно предполагается, что поверхностное трение никогда не превышает 110 кН/м², а сопротивление основания не превышает 11000 кН/м².

Стандартный тест на проникновение

Schmertmann (1975) сопоставил значения N, полученные в результате испытаний SPT, с эффективным напряжением вскрыши, как показано на рисунке.
Эффективное напряжение вскрышных пород = вес материала над основанием скважины – вес воды.
например, глубина почвы = 5 м, глубина воды = 4 м, удельный вес почвы = 20 кН/м³, с ‘_v = 5 м x 20 кН/м³ – 4 м x 9.81 кН/м³ » 60 кН/м²

После оценки значения f ´ можно определить коэффициенты несущей способности и использовать их обычным способом.

Мейерхоф (1976) установил корреляции между базовым сопротивлением и сопротивлением трению и N-ценности. Рекомендуется, чтобы N-значения сначала нормируются по отношению к эффективному напряжению вскрышных пород:

L = встроенная длина
d = диаметр вала
N_{средний} = среднее значение вдоль вала

Испытание на проникновение конуса

q_b = среднее сопротивление конуса, рассчитанное на глубине, равной трем диаметрам сваи выше и одному диаметру сваи ниже уровня основания сваи.

Сопротивление вала
Поверхностное трение также можно рассчитать из теста на проникновение конуса по значениям локального бокового трения или по значению сопротивления конуса с использованием эмпирического соотношения:
На заданной глубине q_s = С_p, Q_c
где S_p = коэффициент, зависящий от типа сваи

Буронабивные сваи в несвязном грунте

Забивные сваи в связном грунте

У свай, забиваемых в крепкие глины, происходит незначительное уплотнение, грунт растрескивается и вздымается. Боковая вибрация вала от каждого удара молота образует увеличенное отверстие, которое затем может заполниться грунтовыми водами или выдавленными поровыми водами. Это, а также «размягчение при деформации», которое происходит из-за больших деформаций в глине по мере продвижения сваи, приводит к значительному снижению поверхностного трения по сравнению с прочностью на сдвиг в ненарушенном состоянии (s_u) из глины. Для учета этого в проектных расчетах вводится коэффициент сцепления a . Значения a могут быть найдены из ранее зарегистрированных эмпирических данных. Рекомендуется максимальное значение (для жестких глин) 0.45.

Предельная несущая способность Q_f забивной сваи в связном грунте можно рассчитать по формуле:
Q_f = Q_b + Q_s

где член поверхностного трения представляет собой сумму сопротивлений слоев
Q_s = S ( a .s_u(среднее) .A_s)

N_c = 9.0 для глин и пылеватых глин.

Буронабивные сваи в связном грунте

Приведение в действие полной несущей способности свай большого диаметра требует гораздо больших перемещений, чем требуется для мобилизации полного поверхностного трения, и поэтому могут потребоваться коэффициенты безопасности от 2.5 до 3.0, чтобы избежать чрезмерной осадки при рабочей нагрузке.

Несущая способность свай в слоистых грунтах

Базовое сопротивление в носке сваи равно
q_p = д₂ + (q₁ -q₂)Ч/10В но £ кв₁

где B — диаметр сваи, H — толщина между основанием сваи и вершиной более слабого слоя, q₂ – предельное базовое сопротивление в слабом слое, q₁ – предельное базовое сопротивление в сильном слое.

Воздействие грунтовых вод

Влияние на несущую способность
В связных грунтах проницаемость настолько низка, что любое движение воды происходит очень медленно. Они не испытывают снижения несущей способности в присутствии грунтовых вод.
В зернистых почвах важно положение уровня грунтовых вод. Эффективные напряжения в насыщенных песках могут быть на 50% ниже, чем в сухих песках; это влияет как на торцевую опору, так и на способность сваи к поверхностному трению.

Влияние на строительство
При установке бетонной монолитной сваи дно скважины находится ниже уровня грунтовых вод, а в скважине есть вода, используется «треми».

Когда его нижний конец опускается на дно скважины, тремми заполняется бетоном, а затем медленно поднимается, позволяя бетону течь со дна. Поскольку тремола поднимается во время бетонирования, она должна находиться ниже поверхности бетона в свае. Перед тем, как треми будет снят полностью, необходимо залить достаточное количество бетона, чтобы вытеснить всю свободную воду и водянистый цемент. Если буровая установка не используется и на дне скважины находится более нескольких сантиметров воды, внутри сваи может произойти расслоение бетона, что приведет к значительному снижению производительности.

Проблема также может возникнуть, когда бурение происходит через глину. Исследования на месте могут показать, что свая должна заканчиваться слоем глины. Однако из-за естественных колебаний уровней пласта существует риск проникновения бурения в нижележащие пласты. В отличие от глины нижележащие пласты могут быть проницаемыми и, вероятно, будут находиться под значительным напором воды. «Вскрытие» таких водоносных горизонтов может стать причиной трудностей при строительстве.

Воздействие на сваи в эксплуатации
Наличие грунтовых вод может привести к коррозии или порче ткани сваи.
В случае стальные сваи, смесь воды и воздуха в почве создает условия, при которых может происходить окислительная коррозия стали; присутствие обычно встречающихся солей в подземных водах может ускорить процесс.
В случае бетонные сваи, присутствие солей, таких как сульфаты или хлориды, может привести к коррозии арматуры с возможным последующим разрывом бетона. Следовательно, для арматуры должно быть обеспечено соответствующее покрытие, или само арматура должна быть каким-то образом защищена. Сульфатное воздействие на цементные соединения в бетоне может привести к расширению и последующему растрескиванию. Проблемы с коррозией сводятся к минимуму, если бетон имеет высокое соотношение цемент/заполнитель и хорошо уплотняется во время укладки.