МИНИСТЕРСТВО СТРОИТЕЛЬСТВА ПРЕДПРИЯТИЙ НЕФТЯНОЙ И ГАЗОВОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ

ВСЕСОЮЗНЫЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ПО СТРОИТЕЛЬСТВУ МАГИСТРАЛЬНЫХ ТРУБОПРОВОДОВ

ВНИИСТ

РУКОВОДСТВО

ПО РАСЧЕТУ ЦЕНТРАЛЬНО НАГРУЖЕННЫХ СВАЙ В ВЕЧНОМЕРЗЛЫХ ГРУНТАХ

Р 162-74

ЦНТИ ВНИИСТ*

Москва 1975

Уде 624.139(083.75)

Руководство по расчесу центрально нагруженных свай в вечномерзлых грунтах, разработанное во ВНИИСТе лабораторией трубопроводов, сооружаемых в особых условиях (канд.тахн.наук В.В. Спиридоновым и них. Р.В. Хафизовым), освещает вопросы, относящиеся в расчету одиночных центрально нагруженных свай в вечномерзлых грунтах по предельный состояниям.

Руководство равработано в раавитие глав СНиП П-Б.6-66 "Основания и фундаменты зданий и сооружений на вечномерзлых грунтах. Нормы проектирования '¹ и дополнительно включает расчет центрально нагруженных свай по второму предельному состоянию (по деформациям).

Рис.2. Графики зависимости коэффициентов сдвига глинистых иерадых грунтов от влажности и температуры

*t(fiZC/criS) Kt(m/cMJ)

Рис.З. Графики зависимости коэффициентов сдвига песчаных мерзлых грунтов от влажности и температуры

I по допустимой осадке Л найти значение нормативной нагрузи*. величину 6_пл , входящую в формулу (15), определяют графически как точку пересечения графиков функций 4>j и ф£

7* ⁼ a^6₂EF (7_Н + /е”_л );    (К)

⁽¹⁷⁾

^ГАе'= ^к**    -    л _ _l ZZ5ZZT    •

^ *H_t(e-ej '    °г а_г У EF

^кн_г^,=кн^+к$~е* >

k_DF_QN* + HQ-z^^EF[t+ffg (Е ~ Е/м J.7    /

h„E„a_! + aA^CF[^,*^aJ^e-е_т)]°’’' ‘ 1_г - /г₂ ’

7.j 1^Е_г[/*й_г(е-Е_пл)]’ ] ^ ^ Ц{§8₂[и(ЦЕ‘Е_пл}]

'-iff*)    ' Ъ(Ш

_ «г -/У*    _    I-il$^ei[i+ii2(e-e_Mj]    '_2.

^г    ’    ^2    /il'f4,)

² ■    ^ (М)

4(h)

V

2.И.Находя* величину расчетной нагрузки

Р][=П_пР“    (18)

Иэ значений, определенных по формулах (I) и (18), наименьшее принимают за допустимую расчетную нагрузку, которую можно приложить к свае.

Расчет свай, погружённых в двухслойный грунт

2.15.    Согласно табл.5 СНиП П-Б.6-66 и л.1.11 настоящего Руководства строят кривую изменения предельных сопротивлений сдвигу вдоль ствола сваи для каждого грунтового сдоя.

2.16.    Подбирают значения ф , п. степенной функции

Рис.5. Эпюры распределения температур, сопротивлений грунта сдвигу и коэффициентов сдвига для сваи в двухслойном мерзлом грунте: а-расчетная схема; б-эпюра распределения температуры в мерзлом грунте; в-эшора распределения нормативных значении сопротивления мерзлого грунта сдвигу; г-зпюра изменения коэффициентов сдвига вдоль сваи 18

для первого слоя в значения ; Т1_г ; Т_н функции    ²

(20)

для второго грунтового слоя таких образов, чтобы обеспечить максииальное приближение графиков этих функций (рис.5) к кривым изменениям предельных сопротивлений сдвигу в пределах каждого слоя.

W(t)

2.17. Значения коэффициентов кк_н ',(к_Н) ^+кдМ^кн_г⁺к_9г)

и величину допустимой осадки принимают согласно пп.2.5-2.7 настоящего Руководства.

2.18.    Определяют координаты первой точки графика "осадка-нагруака” (рис.б):

руководство по расчету централь-:

ВНИИСТ :но нагруженных свай в вечномере-: Р 162-74 ___:_дых    грунтах_ :_

I. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

1.1.    Настоящее Руководство распространяется на проектирование центрально нагруженных одиночных свай прямоугольного , круглого и кольцевого сечений в вечномерзлых однослойных и двухслойных грунтах.

1.2.    Расчеты свайных фундаментов следует вести в соответствии с требованиями глав СНиП П-А.10-62 "Строительные конструкции и основания. Основные положения проектирования”,

СНиВ П-А.П-62 "Нагрузки и воздействия. Нормы проектирования”, СНиП П-Б.6-66 "Основания и фундаменты гданий я сооружений на вечномерзлых грунтах. Нормы проектирования”, СНиП П-Е.1-62 "Основания зданий и сооружений. Нормы проектирования",

СНиП П-Б.5-66 "Свайные фундаменты. Нормы проектирования” и настоящим Руководством.

1.3.    При использовании сыпучемерзлых песчаных грунтов, которые не изменяют своих механических свойств и не дают осадок при изменении отрицательной температуры на положительную, следует руководствоваться требованиями глав СНиП П-Б.1-62 и СНиП П-Б.5-66.

1.4.    При температуре вечномерзлого грунта на уровне подо-■вы сваи выие -0,5°С или допущении оттаивания вечномерзлых грунтов расчет свай выполняют без учета мерзлого состояния грунтов по нормам для талых грунтов.

1.5.    При выборе расчетной схемы работы одиночной сваи в мерзлом грунте и назначении величины нормативных сопротивлений грунта необходимо учитывать способ погружения сваи в вечномерзлый грунт.

1.6.    При расчете свай грунт ниже верхнего уровня вечной мерзлоты следует считать однослойным в случаях,когда:

Внесено лабораторией :Утверждено директором : Разработано трубопроводов,сооружа-:    ВНИИСТа    :    впервые

емых в особых усдовиях:17 сентября 1974 г. :_

свая погружена в пробуренную или протаянную скважину, диаметр которой превышает наибольший размер поперечного сечения сваи;

свая забита в предварительно пробуренную в однородном грунте скважину, диаметр которой меньше наименьшего размера поперечного сечения сваи;

свая забита в однородный грунт.

1*7. Грунт ниже верхнего уровня вечной мерзлоты следует считать двухслойным, если забивная или бурозабивная свая прорезает два грунтовых слоя,различных по физическим и механическим свойствам*

1*8. Сваи считают одиночными, если расстояния между их осями не меньше следующих величин:

для свай, погруженных в предварительно пробуренные скважины,- d +0,5 м;

для свай, погруженных с прогаиванием грунта-5rf; для забивных и бурозабивных свай - 3 d, где d - наибольший размер поперечного сечения сваи*

1.9.    Нормативную глубину сезонного оттаивания грунта следует принимать равной наибольшей из ежегодных максимальных глубин сезонного оттаивания грунта по данным наблюдений (не менее 10 лет) за фактическим оттаиванием грунтов на осушенной площадке ^очищаемой весной от снега, без растительного и торфяного покровов.

Если нет данных многолетних наблюдений, нормативную глубину сезонного оттаивания грунта разрешается определять путем теплотехнического расчета по формуле (42) приложения 2 СНиП П-Б.6-66.

1.10.    Максимальные расчетные температуры мерзлого грунта, примыкающего к свае, принимают по данным инженерно-геологических исследований и с учетом изменения температурного режима грунта основания в процессе эксплуатации здания или сооружения. Если данных инженерно-геологических исследований не имеется,

то максимальную температуру вечномерзлого грунта необходимо определять по формуле (10) СНиП П-Б.6-66.

1.11.    Расчет центрально нагруженных одиночных свай по предельным состояниям выполняют для максимальной расчетной температуры мерзлого грунта в соответствии с главами СНиП П-А.10-62

4

"Строительные конструкции и основания. Основные положения проектирования". В мои расчете следует учитывать принятый принцип использования вечномерзлых грунтов оснований и их температурный режим*

1.12.    Расчет оснований и свайных фундаментов следует выполнять:

1)    по первому предельному состоянии (по несуией способности):

по прочности - основания, сложенные вечномерзлыми грунтами в соответствии с СНИЛ П-Б.6-66 и настоянии Руководством (пп. 2.1 н 2.23) и скальными грунтами в соответствии с требованиями глав СНяП П-Б.1-62 н СНиП Д-Б.5-67, а также сваи со -гласно требованиям норм проектирования конструкций И8 соответствующих материалов (бетонных, железобетонных, стальных, деревянных и др.);

по устойчивости - сван на действие сил пучения в соответствии со СНиП П-Б.б-бб.

2)    по второму предельному состоянию (по деформациям): основания, своженные пластнчномерзлыми, твердомерзлымн грунтами (в соответствии с пп. 2.1 н 2.23 настоящего Руководства), не-скаявными оттаявшими или оттаивающими в процессе эксплуатации сооружений грунтами и сваи;

3)    по третьему предельному состоянию (трещиностойкости):

по образованию или раскрытию трещин - железобетонные сваи

н их элементы в случаях,когда это требуется нормами проектирования. (Этот случай в настоящей работе не рассмотрен).

1.13.    Нагрузки, действующие на основания и фундаменты,

и сочетание нагрузок определяют в соответствия с требованиями глав СНиП П-А.10-62 "Строительные конструкции н основания. Основные положения проектирования", СНиП П-А.П-62 "Нагрузки я воздействия. Нормы проектирования", пп. 5.2 н 5.3 главы СНиП П-Б.1-62² "Основания зданий и сооружений. Нормы проектирования".

1.14.    Расчет свай и их оснований по деформациям выполняют на основное сочетание нормативных нагрузок, а расчет по несущей способности - на основное и дополнительное или особое сочетание расчетных нагрузок.

5

2. РАСЧЕТ ПО ПРЕДЕЛЬНЫМ СОСТОЯНИЯМ

Условные обозначения

наименьший размер поперечного сечения нижнего торца сваи;

С - сцепление грунта, расположенного ниже подошвы сваи;

Е - нодуль упругости материала сваи;

E_i- нодуль общей деформации грунта, расположенного ни-" же подошвы сваи;

F - площадь поперечного сечения сваи;

Е₀ - площадь поперечного сечения подошвы сваи;

F- площадь поверхности сдвига ^ -го слоя ввчноиерэло-7i го грунта;

/ - параметры степенной функции формулы (2), отражающей “ закономерность распределения предельных сопротивлений грунта сдвигу;

п ! _я- параметры степенных функций формул (19), (20), от-*^fTV^,Lz решающих закономерность распределения предельных

сопротивлений первого и второго слоев грунта сдвигу;

соответственно толщины первого и второго слоев двух-^{у 2} елейного грунта;

- коэффициенты однородности грунта основания, прнни-¹    2    маемые согласно указаниям п. 5.6. СНиП П-Б.6-Б6;

к_и - коэффициент сдвига для однослойного мерзлого грун-^н та в плоскости Z =0;

1+1 - коэффициент сдвига для однослойного мерзлого грун-^и £ та в уровне подошвы сваи;

i_g - коэффициент постели;

I - длина части сваи, вмороженной в вечномерзлый грунт;

£д_С- толщина деятельного слоя вечномерзлого грунта;

С_н - длина надэемно! части сваи;

т. .тп- коэффициенты условий работы грунта основания, при-^{1    1}    нимаемые согласно указаниям п.5.6 СНиП П-Б.6-66;

п - количество слоев вечномерзлого грунта, на которое ^с разделяется толща основания в пределах поверхности смерзания сваи с грунтом;

п - коэффициент перегрузки, величину которого назнача-^я ют согласно СНиП If-A.li-62;

Р - осевая нагрузка на сваю;

р^р- расчетная нагрузка на сваю в наиболее невыгодной ¹ комбинации (определяют при расчете свай по I пре-р дельному состоянию);

/L- расчетная нагрузка на сваю, определяемая при расче-U те по П предельному состоянию;

Р - нормативная нагрузка на сваю, определяемая при расчете по П предельному состоянию;

p ^H

*    -    нормативное    сопротивление    нервного грунта нормаль

ному давлению под нижним концом сваи, определяемое согласно указаниям п.5.7 СНип П-Б.6-66 или согласно РСН 30-67;

и ^н

^кСп^ят нормативное сопротивление мерзлых грунтов сдвигу У i по_ч боковой поверхности смерзания для середины

6 -го слоя мерзлого грунта, определяемое согласно п.5.7 СНиЯ П-Б.6-66 иди согласно РСН 30-67;

<г

° - периметр поперечного сечения сваи;

W_H>W_n ~ соответственно сжатие надземной части сваи и уча-У стка, расположенного в деятельном слое вечномерзлого грунта;

% / > !^}Рп о - координаты характерных точек графика "осадка-р ₀    нагрузка" для свай в однослойных грунгах_эсо-

^пР$^{} н}*Р)М_п0 v/₀i*ответствующих различным стадиям развития воя ^ сдвигов в мерзлом грунте вдоль боковой поверх-

пр.2(0) iw_np3(o)_} ности сваи и под нижним торцом;

Z - текущая ордината, отсчитываемая от верхнего уровня вечномерзлого грунта до нижней поверхности первого (верхнего) слоя;

текущая ордината, отсчитываемая от нижней поверх-^L    ности    первого    сдоя    до    нижней поверхности второго

слоя;

Y - коэффициент уменьшения несущей способности сваи,

^J значения которого принимают согласно данным табл.1 приложения I;

h,/* - коэффициенты уменьшения несущей способности соот-⁰ ветственно дх.я первого и второго слоев двухслойного грунта, значения которых принимают по табл.1, приложения I;

Y_n. - объемная масса грунта и -го слоя, примыкающего к к свае;

— bit- осредненное значение объемной массы грунта,примы-л ^ кающего к боковой поверхности сваи;

^{с y}a - осадка сечения сваи, расположенного на уровне верхнего слоя вечномерзлого грунта;

& - абсолютное значение температуры мерзлого грунта,°С;

Ж - коэффициент зависящий от формы подошвы сваи(табл.3 приложения I);

- коэффициент, зависящий от форда поперечного сече-“ няя подошвы свая:

для прямоугольной формы при отношении сторон а*/£^;

V ^;

для круглой формы поперечного сечения с диаметром

0,89^*; ^ = 0,45;

коэффициент относительной поперечной деформации грунта (коэффициент Пуассона), значения которого выбирают согласно табл. 2 приложения I;

порядок функций Бесселя;

предельное сопротивление сдвигу однослойного мерзлого грунта в плоскости 2 * 0 (см.п.2.4);

предельное сопротивление сдвигу первого и второго сдоев мерзлого двуслойного грунта в плоскостях Z _/ = 0; 2_г = 0;

угол внутреннего трения грунта, расположенного ниже подовик сваи;

несущая способность основания при расчетном температурном режиме грунтов.

РАСЧЕТ ПО ПЕРВОМУ ПРЕДЕЛЬНОМУ СОСТОЯНИЮ

2.1. Расчет центрально нагруженных свай по первому пре -дельному состоянию выполняют при максимальной температуре грунта по формуле:

где Ф⁼    (V

Примечание. Если сваи прорезают талый грунт, а также если слой сезонного промерзания - оттаивания сложен песчаными и хрупнообломочными грунтами, допускается учитывать сопротивление трению этих грунтов по боковой поверхности сваи. Нормативное сопротивление талых грунтов по боковой поверхности сваи принимают согласно указаниям глав СНиП П-Б.5-67 "Свайные фундаменты. Нормы проектирования" в зависимости от способа погружения сваи.

2.2. Если температура вечномерзлого грунта на глубине 10 м ниже -2°С, несущую способность основания следует определять согласно указаниям пп.5.9-5.10 СНиП П-Б.6-66.

8

РАСЧЕТ ПО ВТОРОМУ ПРЕДЕЛЬНОМУ СОСТОЯНИЮ

Расчет свай, погруженных в однослойный грунт

2.3» Согласно табл.5 СНиП П-Б.6-66, РСН 30-67 и п.1.11 настоящего Руководства строим кривую изменения предельных сопротивлений сдвигу вдоль ствола слан.

Рис Л. Эпюры распределения температур.значений нормальных сопротивлений грунта сдвигу и коэффициентов сдвига для сваи в однородном мерзлом грунте: а-расчетная схема; б-эпюра распределения температуры в мерзлом грунте; в-эпюра распределения нормативных значений сопротивления мерзлого грунта сдвигу; г-эпюра изменения коэффициентов сдвига вдоль сваи

2Л. По методу наименьших квадратов подбираем значения параметров ф , п Yi ^СС_Н степенной функции

^(г)

таким образом, чтобы обеспечить максимальное приближение графика этой функции (рис.1) к кривой изменения предельных сопротивлений грунта сдвигу.

2*5. Опытным путем (см.приложение 2) или по графикам, при-веденным на рис.2,3, определяем значения коэффициентов сдвига при 5 -о и Z = i ; 1_нч(К_и*К^).    _у