МИНИСТЕРСТВО СТРОИТЕЛЬСТВА ПРЕДПРИЯТИЙ НЕФТЯНОЙ И ГАЗОВОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ

Всесоюзный научно-исследовательский институт по строительству магистральных трубопроводов

-ВНИИСТ-

& РЕКОМЕНДАЦИИ

ПО УСТРОЙСТВУ И МЕТОДИКЕ РАСЧЕТА АНКЕРНЫХ СВАЙ

В УСЛОВИЯХ РАСПРОСТРАНЕНИЯ ВЕЧНОМЕРЗЛЫХ ГРУНТОВ

Р 480-82

москна 1983

В Рекомендациях рассмотрены ноше технические решения, эффективные конструкции свай, способы их погрукення и технология устройства свайных фуцда -ментов в условиях распространения вечномерзлых грунтов.

Рекомендации предназначены для специалистов, занимающихся проектированием и строительством трубопроводов в районах распространения вечномерзлых

ГДУНТ01.

Рекомендации разработаны ль основании научных, теоретических и эксперикенть.заых исследования, проведенных под руководством канд.техн.наук н.н.Спири -донова (дгЫАСт), канд.техн.на^-к а.П.Черняка и инженеров .о.Н.Лчелина и и.А.чирявка (БрествкиЯ инженерно-строительный институт)

самечания и предложении направлять по адресу: хиЗи^е, Москва, Окружной проезд, 19, нацист, лабо-ра~0|иь трубопроводов, сооружаемых в особых уело -винх.

Всесоюзный научно-исследовательский институт по строительству магистральных трубопроводов (ВНИИСТ),

Рис.С. Устройство буроопускных свай с заостренным нижним торцом:

1-бурение скважины; 2-опускание сваи в скважину; 3-раскрытие лопастей в грунте; 4-заливка

грунтового раствора

м

ы

бурение скважин большего диаметра (диаметр скважины должен быть на 2-3 см больше диаметра лопастей в нераскрытом состоянии), установку в них сьай, раскрытие забивкой лопастей в грунте, заполнение пазух скважин грунтовым раствором (см. рис.5). Этот способ эффективно применять в пластично-мерзлых и твердомерзлых грунтах, включая грунты, содержащие крупнообломочные включения.

3*4. Первый способ догружения анкерных свай с заостренным нижним торцом в вечномерзлые грунты осуществляют в соответствии с п.3.3 настоящих Рекомендаций (см.рис.6). Способ эф|ективен ^в условиях распространения вечномерзлых грунтов с температурами ниже -I-I,5°С.

второй способ погружения анкерных свай с заостренным нижним торцом предусматривает бурение скважин малого диаметра (диаметр скважины меньше диаметра лопастей в нераскрытом состоянии), забивку в них свай и инвентарной трубы для раскрытия лопастей в грунте (см рис.7).

Рис*9. Устройство опускных свай с заостренным нижним торцом: I-оттаивание грунта; 2-опускание сваи в оттаявший грунт; 3-раскрытие лопастей

Величины диаметров скважин указаны в пп.3.7 и 3.8 настоящих Рекомендаций. Этот способ рекомендуют применять при наличии пластично-мерзлых грунтов с температурами от -0,5 до -1,5°С при условии отсутствия в них крупнообломочных включений.

Третий способ погружения анкерных свай с заостренным нижним торцом включает забивку свай в вечномерзлые грунты и инвентарной трубы для раскрытия лопастей в грунте (см.рис.8). Данный способ целесообразно применять при нали -чш пластично-мерзлых, болотистых грунтов с температурами выше -0,5°С, не содержащих крупнообломочных включении.

Четвертым способом погружения анкерных свай с заостренным нижним торцом предусматривают погружение свай в пре два -рительно оттаянные скважины с доследущим раскрытием в них лопастей с забивкой инвентарной трубы (рис.9).диаметр зоны оттаивания должен приниматься согласно п.3.9 настоящих Рекомендаций. dsoT способ рационально применять в твердоыерзлых глинистых грунтах,ыелкихм пылеватых песках, содержащих крупнообдо-мочные включения не более 15$, при средней температуре грунтов по длине сваи -1,5°С и ниже.

3.5.    Для ведения работ по погружению анкерных свай всеми способами необходимо иметь следу шее оборудование:

буровой станок с набором Сурового инструмента или установи для ларооттаиваяия грунта;

кран с набором монтажных приспособлений; сваебойную установку, оборудованную копром с молотом; специализированный автотранспорт для перевозки грунто -вого раствора.

3.6.    Бурение скважин производят станками ударно-канатного или вращательного бурения, приспособленными для бурения мерзлых грунтов.

Установку бурового станка над устьем скважины и бурение осуществляют при следующих условиях:

машина должна быть установлена горизонтально, что достигается планировкой мест стояще: или установкой ее на аутригеры, гидравлические опоры или подкладки;

ось бурового инструмента должна совпадать с проектной осью скважины.

15

3*7. Диаметр скважины для установки буроопускных свай назначается на 2-3 см больше диаметра лопастей в нераскрытом состоянии*

3*8. Диаметр лидерной скважины для установки бурозабивных свай назначается на 1-2 см меньше диаметра лопастей в нераскрытом состоянии*

3*9. Диаметр зоны оттаивания должен быть не более двух диаметров стволов сваи, но не менее диаметра лопастей в не -раскрытом состоянии.

3*10* Перед установкой анкерных свай с плоским нижним торцом в скважины и забивкой свай с заостренной нижней частью в лидерные скважины или грунт лепестки каждой пары лопастей свай скрепляют между собой не менее чем в трех точках по окружности точечной электросваркой.

3,11. Установку свай в скважины или в оттаянный грунт производят краном под действием собственной массы. Б предварительно оттаянный грунт сваи погружают эимой и весной не позднее I сут после окончания оттайки, летом - не позднее 2сут и осенью - не позднее 4 сут. В песчаные грунты сваи необходимо погружать вслед за оттаиванием.

3.12* Погружение бурозабивннх и забивных свай в вечномерзлые грунты осуществляют сваебойной установкой, оборудованной копром с молотом в соответствии с требованиями п.3.18 СНиП П-18-76 "Основания и фундаменты на вечномерзлых грунтах" 131.

3.13.    Раскрытие лопастей в грунте при всех способах погружения анкерных свай в вечномерзлые грунты производят забивкой люлотом сваебойной установки инвентарной трубы.

3.14.    Для сохранения грунтов оснований в мерзлом состоянии и соблвдения их расчетного теплового режима полость анкерных свай можно заполнить газообразным или «идким хдадояо-сителем, например фреоном или керосином, согласно пп.3.11, 3.14 СНиП П-18-76 [4].

16

4* ОСНОВНЫЕ УКАЗАНИЯ ПО РАСЧЕТУ

4.1.    Расчет оснований и свайных фундаментов в вечномерз

лых грунтах на силовые воздействия в соответствии с главой СНиП П-18-76 следует производить по двум предельным состоя -нияы:    по    несущей способности и деформациям.

При расчете по предельным состояниям несущую способность основания и его ожидаемые деформации должны устанавливать с учетом их температурного режима, продолжительности действия нагрузок и реологических свойств грунтов.

4.2.    При использовании вечномерзлых грунтов по I-му способу (СНиП П-18-76, п.3.2) расчет оснований производят:

по несущей способности для твердомерзлых грунтов;

по несущей способности и деформациям - для пластично-мерзлых и сильнодьдистых грунтов, а также подземных льдов.

4.3.    Нагрузки и воздействия на основания, передаваемые фундаментами, устанавливают в соответствии с пд.3.6-3.9 СНиП П-15-74.

4.4.    Во всех расчетах оснований должны использоваться расчетные значения характеристик грунта, определяемые в соответствии с п.4.5 СНиП П-18-76 "Свайные фундаменты" [4j.

4.5_Э Основания и фундаменты по несущей способности рассчитывают по формуле

где N - расчетная нагрузка на основание в наиболее невы:огней комбинации;

Ф - несущая способность основа-.ля для данного направления нагрузки N ;

К_н - коэффициент надежности, определяемый в соопе ;'. т-вл/ с л.4.о СНиП П-18-76.

4.С. Основания по деформациям рассчитывают, исходя из

(2)

определяемая рас

четом;

$пр- предельная допустимая величина деформации осно -ванля, принимаемая по пп.3.63-3.69 СНиП П-15-74.

17

5.1.    В настоящем разделе даны указания по расчету анкерных свай в вечномерзлых грунтах (расчет свай по грунту оснований) .

5.2.    Расчет анкерных свай выполняют с учетом совместной работы сваи и окружающего ее грунта, обусловленной предельно длительными значениям! сопротивления сдвигу грунта по боко -вой поверхности и сопротивления сжатию грунта под или над лопастью (или лопастями в многолопаетной свае) в зависимости от направления нагрузки.

5.3.    Расчет несущей способности анкерных свай в вечномерзлых грунтах на стадии проектного задания выполняют в соответствии с пп.5.5, 5.6 настоящих Рекомендаций; на стадии разработки рабочих чертежей расчет корректируют по результатам полевых статических испытаний в соответствии с п.5.16 настоящих Рекомендаций.

Величина несущей способности, определенная указанными способами, должна удовлетворять условию (I).

5.4.    При расчете оснований центрально-нагруженных анкерных свай по несущей способности (I) значения величин N

и Ф следует принимать равйши Nj и Ф_д или Ф_6ыдг где Nj - расчетная вертикальная нагрузка на основание,включая вертикальную нагрузку от массы сваи;

$86    ^несУ^Е1ая способность основания, определяемая в за

висимости от направления действия нагрувки и конструкции анкерных свай в соответствии с пп.5.5 и 5.6 настоящих Рекомендаций.

5.5.    Несущую способность анкерных многолопастных свай на вдавливание Ф$д (рис. 10) определяют по форцуле, кге

ⁿi    ^р'^!    Z+7    _л

+    J.    И)

где /77 - коэффициент уежвий работа грунтового основания, принимаемый согласно п.4.9 СНйП П-16-76;

Рис.10. Расчетная схема мкоголопастнои анкерной сваи, работающей на вдавливание:

а-б - возможные варианты расчетной схемы части много лопает -ной анкерной сваи; 1-поверхность земли; 2-сезонноыерзлый

слой грунта

19

flj - число слоев вечномерзлого грунта, на которое разделяется толща основания в пределах поверхности смерзания части сваи, расположенной между первой (верхней) лопастью и верхней границей вечномерзлого грунта;

1    - номер слоя в пределах расчетной толщи грунта;

р расчетное сопротивление мерзлых грунтов сдвигу по

I    '

боковой поверхности смерзания для середины г -го слоя вечномерзлого грунта, определяемое согласно п.4.8 и йрил.6 СНиП П-18-76, кгс/см , к¹под~ расчетное давление на мерзлый грунт под р -й (нижней) лопастью сваи, определяемое согласно п.4.8 и прил.6 СНиП П-18-76, кгс/см²; f’cM 1“ площадь поверхности смерзания i -го слоя грунта с боковой поверхностью сваи, определяемая согласно п.5.8 настоящих Рекомендаций, см²;

F_q - площадь рабочей поверхности р -й (нижней) допасти ^Р при вдавливании, определяемая согласно п*5.10 настоящих Рекомендаций, см²; р - число лопастей анкерной сваи, пронумерованных сверху

ВНИЗ |

2    - номер лопасти анкерной сваи;

> ф )^FW- несущая способность основания части анкерной сваи ¹ при вдавливании, расположенной между z -й и(2*/)-й лопастями, определяемая по одной из формул, даадей минимальное значение, кро;

(*^С,Х'~    (4)

Рекомендации по устройству и методике Р 480-82 расчета анкерных свай в условиях рас- ^_prmwp пространения вечномерзлых грунтов ^ш

I. ОБЩЕ ПОЛОЖЕНИЯ

1.1.    Настоящие Рекомендации распространяются на проектирование и устройство фундаментов из анкерных свай для трубопроводов, башен РРЛ связи, ЛЭП и др., строящихся в районах распространения вечномерзлых грунтовое условием сохранения их мерзлого состояния как в период строительства сооружений,так и в период заданного срока эксплуатации.

1.2.    Рекомендации могут быть использованы при проектировании и расчете фундаментов из анкерных буроопускных, опускных, бурозабивных и забивных свай.

1.3.    Рекомендации разработаны на основе эффективных кон

структивных решений анкерных свай [1,2] в развитие главы СНиП П-18-76 "Основания и фундаменты на вечномерзлых грунтах. Нормы проектирования" и в дополнение "Указаний по технологии погружения и методике расчета винтовых свай в условиях распространения вечномерзлых грунтов" jCT. .I-43r73- (м,    О    НТК

Шннефтегазстрой ВНИИСТа, 1973) и "Рекомендаций по устройству и методике расчета анкерных свай в условиях распространения вечномерзлых грунтов" Р 407-80 СМ.. ВЯЖ7Г, 1981).

1.4.    При проектировании фундаментов из анкерных свай следует руководствоваться требованиями, изложенными:

в СНиП Д-6-74 "Нагрузки и воздействия";

в СНиП П-15-74 "Основания зданий и сооружений. Нормы проектирования";

в СНиП П-17-77 "Свайные фундаменты. Нормы проектирования";

в СНиП Ш-9-74 "Основания и фундаменты. Правила производства и приемки работ".

зания и сопротивление мерзлого грунта нормальному да-₂,( влению под Ъ -й лопастью, кгс;

№dbid)i~ ^несУ^щая способность основания пасти анкерной сваи при вдавливании, расположенной между Ъ -й и ( Ъ +1)-й лопастями, учитывающая сопротивление внутреннему сдвигу мерзлых грунтов, кгс;

R/wdz~ Р^{асчетиое} давление на мерзлый грунт под 2-й лопастью сваи, кгс/см¹;

^cdi ~ расчетное сопротивление сдвигу мерзлого грунта пс грунту для середины i -го слоя вечномерзлого грунта, определяемое согласно прил.6 СНиП П-18-76,кгс/см¹;

F_z - площадь рабочей поверхности Z -й лопасти при вдавливании, определяемая согласно п.5.II настоящих Рекомендаций, см¹;

F_cgi~ площадь поверхности внутреннего сдвига i -го слоя мерзлого грунта, определяемая по и.5.9 Рекомендаций,

м+r ^см^^;

П_г - чрсло слоев вечномерзлого грунта, на которое разделяется толща основания в пределах между 2 -й и (2 +1)-й лопастями.

5.6. Несущую способность основания анкерных много лопастных свай при выдергивании $выд (рис .11) определяют по одной из двух формул, дающей минимальное значение, кгс:

гН^Св

^фбы а ~ ^т

или

гр    _г    ?    г-i    7

*8ыд-Щ Z R_cdi F_cgi + £ (Ф_6б1д)_г J ,    (?)

где R_Hagi - расчетное давление на мерэлый грунт над первой (верхней) лопастью;

Fj - площадь рабочей поверхности первой (верхней) лопасти при выдергивании, определяют по п.5.12 Рекомендаций;

21

1*5. При проектировании фундаментов ив анкерных свай, кроме настоящих Рекомендаций и нормативных документов, перечисленных в пп.1.3-1.4, надлежит руководствоваться действующими нормативными документами по проектированию соответствующих конструкций.

1.6. Проект фундамента ив анкерных свай разрабатывают на основе инженерно-геологических, гидрогеологических и мерзлотно-грунтовых изысканий с учетом местного опыта строительства, а также полевых испытаний свай.

1.7. Полевые кспвтаяиж свай в вечномерзлых грунтах следует проводить в соответствии с требованиями СНиП П-17-77.

1.8.    При проектировании и устройстве фундаментов ив анкерных свай следует предусматривать мероприятии по устранению вовможаооти появления жедоцустишх деформаций оснований и фундомятов в aajpox страммльства и вкспдуатации сооружений соглаоао пи .3.1, З.П-З.16 ОВД П-18-7Б.

1.9.    Проммдщво рйбот по погружению свай осуществляют с учетом срабомМ к ыяавервай иодготавже территории и к адряяе "цг—гг* среда а яоогиатоиии с требованиями СНиП Ш8-7Б, пк.З.ЯВ-3.31.

1.Ю. Контроль яа вввшмвяни настощжх Рекомендаций в аврвох отромтельства я вжопдуятацяи осумвствляот существую -лщ» мервлотнне станция или станции, организованные 8аха8Чииом объекта в соответствии в требованиями СНиП П-18-76, п.1.5. ^{1 2 3}

Рис. I. Одно лопастная анкерная свая с плоским нижним тор:о!ч:

a-до раскрытия лопастей; б-после раскрытия лопастей; 1-сьая; ^-лопасти; 3-инвеятарная труба

2.4. Ствол анкерных свай выполняют полым или

сплошным, круглого поперечного сечения с плоским Сем. рис.1, 2) или заостренным (см.рис.3, 4) нижним торцом. На наружной боковой поверхности заостренной части стзо-ла могут быть приварены под углом Р =7-15° к образующей ствола треугольные упоры. Оптимальный угол заострения ствола сваи о( должен быть в пределах от 40 до 45?

2.5 Халдая    гара    ло

пастей анкерных свай в рабочем пояснении ^меет звездообразное в плане очертание и состоит /з кольцевых частей и треугольных дешорпи-рушихся лепестков. По периметру кольцевой части равномерно расположены основания леиесткот, а оптимальное их число составляет 4-8 штук.

Рис.2. .Многолопастная анкерная свая с плоским нижним торцом:

1-свая; 2-лопасти: 3-иявентар-ная труба; 4-распорная втулка

Лепестки в каждой паре лопастей анкерных свай с плоским ник-:1им торцом устанавливают на стволе острием друг против друга (см.рис.1, 2) с точечной проваркой мест их контакта. Лепестки в каждой паре лопастей заостренных анкерных свай располагают на стволе способом "гребень в паз” (см.рис.3, 4).

2.6.    Инвентарную трубу :.:ояно изготовлять цельной аж составной из нескольких коротких отрезков.

2.7.    Лопасти у многолопастных анкерных свай на участке, погружаемом в вечномерзлый грунт, располагают равномерно с шагом, определяемым по расчету.

2.6. Ствол сваи рассчитывают на осевые нагрузки, соответствуйте усилиям, воспринимаемым сваей.

2.9. Размеры лопастей ликерных свай конструируются следующий образом:

6

5

Рис.З* Одно лопастная анкерная свая с заостренным нижним тор-*

цок:

a-до раскрытая лопастей; б-после раскрытая допастей; 1-свая; 2-дюпаоти; 3-инвентарная труба

7

внутренний и наружный диаметры кольцевой части лопастей в зависимости от диаметра ствола d_c. d.~{105-lj)d_c; d_HH!,!5-1,3)d_c, ширина основания лепестков по окружности кольцевой части в зависимости от числа лепестков п в полости:

Рис.4. Многолопастная анкерная свая с заостренным нижним торцом:

& “ /7 2й(1_к ! длина лепестков в зависимости от ширины основания б:

h -(1-2)6)

толщина лепестков

&-(Q05-0,J)d_a.

2.10. Диаметр лопастей анкерных свай с плоским нижним торцом в нерабочем положении (см.рис Л,а) должен составлять:

1-свая; 2-лопасти; 3-инвен-тарная труба; 4-распорная труба

п н

B“-d_KHo,5-v)h

Диаметр скважины Л_с должен быть назначен на 2-3 см больше диаметра лопастей    в нерабочем положении (см.рис.I,а) и меньше диамет

ра лопастей свай П_л в рабочем положении (см.рис.1,6, 2).

2.11.    Внутренний и наружный диаметры инвентарной трубы и распорных втулок должны быть равны соответственно внутреннему

d_Q и наружно^ d_K диаметрам кольцевой части лопастей.

2.12.    Для облегчения внедрения лопастей б вечномерзлый грунт их кромки необходимо заострить под углом 45°.

2.13.    Верхний торец ствола полых анкерных свай может быть закрыт герметичной крышкой для обеспечения возможности использования конструкций в качестве термосвай.

2.14.    Лопасти анкерных свай и сварные соединения должны быть рассчитаны на давление грунта, возникающее в процессе работы сваи под нагрузкой.

8

2.15.    Ствол, лопасти и инвентарная труба свай должны иметь правильные геометрические формы.

2.16.    Стальные элементы анкерных свай должны быть защищены антикоррозионным покрытием. Оно монет быть цинковым, из резинобитумной мастики или выполнено на основе синтетических смол.

2.17.    Деревянные элементы анкерных свай должны быть пропитаны антисептическими составами.

2.18.    Глубину погружения анкерных свай в мерзлый грунт, которая зависит от мерзлотно-грунтовых условий строительства, определяют расчетом, а в отдельных случаях принимают конструктивно.

3. ТЕХНОЛОГИЯ ПРОИЗВОДСТВА РАБОТ ПО ПОГРЗГ^ВНЛЮ АНКЕРНЫХ СВАЙ В ВЕЧНОМЕРЗЛЫЙ ГРУНТ

3.1. Технологию погружения анкерных свай в вечномерзлые грунты определяют проектом в зависимости от принятого принципа строительства и мерзлотно-грунтовых условий строительной площадки, конструктивного решения, применяемого оборудования и с учетом местного опыта строительства.

3.2. Технологические схемы установки анкерных свай в вечномерзлые грунты представлены на рис.5,6,7,8,9.

Погружение анкерных свай с плоским нижним торцом в вечномерзлые грунты производится одним способом - установкой в предварительно пробуренные скважины (см.рис.5).

Погружение анкерных свай с заостренным нижним торцом может осуществляться следующими способами:

1)    установкой в предварительно пробуренные скважины - буропропускные сваи (см.рис.6);

2)    забивкой в предварительно пробуренные лидерные скважины - бурозабивные сваи (см.рис.7);

3)    забивкой в слабые грунты - забивные сваи (см.рис.8);

4)    установкой з предварительно оттаявший грунт - опускные сваи (см.рис.9).

3.3. Погружение анкерных свай с плоским нижним торцом в вечномерзлые грунты производят способом, предусматривающим

9

г

Рис.5. Устройство буроопускных свай с заоотрешшм лижним торцом: 1-бурение скважины; ^-опускание сваи в скважину; 3-раскрытие лопастей в грунте; 4-заливка грунтового раствора

1

ШШСТРУКГИВШЕ ОСОБЕННОСТИ МШАНЫХ СВАЙ

2

2.1.    Конструкции анкерных свай представлены на рис.1,2,3,

3

Анкерные сваи состоят ив ствола, одной или нескольких нар раскрывающихся лопастей и инвентарной трубы, вваимодействую-щей с лопастями.

2.2.    Анкерные сваи изготавливают ив стали. Материалом для ствола могут служить деревянные, железобетонные или металлические стержни.

2.3.    Анкерные сван могут выполняться однолопастными (см. рве.1,3) и многолопастными (см.рис.2, 4). Между лопастями много лопастных анкерных свай следует устанавливать на стволе распорные втулки, наготовленные ив отрезков трубы.

4