МИНИСТЕРСТВО МОРСКОГО ФЛОТА

МЕТОДИКА РАСЧЕТА ПРЕДВАРИТЕЛЬНО НАПРЯЖЕННЫХ СВАЙ И СВАЙ-ОБОЛОЧЕК НА ДИНАМИЧЕСКИЕ УСИЛИЯ ПРИ ИХ ПОГРУЖЕНИИ

РТМ 31.3017—78

Срок введения в действие с / января 1986 г.

МОСКВА ЦРИА «МОРФЛОТ» 1980

Методика расчета предварительно напряженных свай и свай-оболочек на динамические усилия при их погружении. РТМ

31.3017—78. М., ЦРИА «Морфлоту 1980, 44 с.

ИСПОЛНИТЕЛИ:

Ленинградский филиал «Ленморннипроект» Государственного проектно-изыскательского и научно-исследовательского института морского транспорта (Союзморниипроект)

канд. техн. наук, ст. иауч. сотр. А. А. Долинский

Одесский институт инженеров морского флота

канд. техн. наук, доцент Ю. И. Васильевский

СОГЛАСОВАН:

Управлением развития капитального строительства портов и СРЗ ММФ (УРиКС)

главный инженер М. Г. Тетенко

Государственным проектно-изыскательским и научно-исследовательским институтом морского транспорта (Союзморниипроект)

главный инженер А. А. Ларин УТВЕРЖДЕН:

20 декабря 1978 г. и введен в действие директивным письмом НТУ ММФ от 22 декабря 1978 гч НТУ-3-49/1770.

PT/W 31.3017—78. Стр. 11

5.9.    Максимальная скорость движения острия сван и_Пых » упругой фазе деформации грунта определяется по формуле

_т—:_{| v_ae-i'.    (18)

V*

5.10.    Скорость v* определяется по формуле

где F — площадь опираиня на грунт сваи;

R"—нормативное сопротивление грунта под нижним концом сваи, принимаемое в соответствии с требованиями главы СНиП П-17—77 по проектированию свайных фундаментов;

(19)

f*l — нормативное сопротивление /-го слоя грунта основании па боковой поверхности, принимаемое в соответствии с требованиями главы СНиП 11-17—77;

//—толщина /то слоя грунта, соприкасающегося с боковой поверхностью сваи; и — периметр поперечного сечения сваи; k' — коэффициент снижения бокового сопротивления при погружении сваи; принимается равным 0,05—0,06 при непрерывном процессе забивки и 1,00 прн возобновлении забивки после длительного перерыва.

В = ^^гР^а

£с.«гр

5.11. Коэффициент р вычисляется по формулам: при известных динамических характеристиках грунта (па уровне острия сван) —

(20)

характеристиках грун-(21)

°гр Тг| «Тс.

при отсутствии данных о динамических та —

₀    1425    2.2S

«Тс.

■ Тгр »

где

£*_Гр—динамический модуль упругости грунта, тс/м²; а_гр — скорость распространения звука в грунте, м/с;

Yrp —объемный вес водонасыщенного грунта, тс/м³;

Yc — объемный вес материала сваи, тс/м³.

5.12. Коэффициенты || и |₂ определяются но формулам:

«I^е-

(22)

где k\— коэффициент вязкости грунта в упругой фазе движения , сваи, тс с/м, определяемый по формуле

(23)

*, = /(/?«F+ \k'uZfUi),

где /— коэффициент, принимаемый по графику (рис. 2), с/м; ki— коэффициент вязкости грунта в пластической фазе движения сваи, определяемый по формуле

(24)

ko —    »

н

12

1.0

0.0

0.6

Ц4

02

о

где Я_Р— коэффициент пассивного сопротивления грунта. о)

		—
ТраВелистый			Крупный.		Средней тжт		Мелкий		7ш Оогш	Песок
Q-2.1			2.2-2.0		2.2-2.0		2.1-19		№	Овъстый Secfoj/rr

0.1 0.2 0.0 0.4 С 5 0.6 0.7 0.8 0.9 Копсистен- т_Л ПОАутВер- Ооя ту со пластичная мятплас- точная Текучая характерис тика 2.2-2.0 V19 2.7-1,9 2.0-I.0 Объемный Вес fa г/

Рис. 2. График для выбора коэффициента /: а — песчаные грунты; б — глинистые грунты

5.13. Расчет свай на динамические растягивающие усилия производится только в случае отражения от грунта волны растяжения, т. е. при p+£i< 1.

(25)

Место проявления х_р и максимальная величина динамических растягивающих усилий М_р._я определяются в зависимости от длины ударной волны L и скорости смещения острия сваи: короткие волны (L^2l):

Ху = 1 — ъпЬ

0HV

cr V О 5 ж ■»>

PTM 31.3017—78. Стр. 13

при v_mut < г;*

(26)

= "T+TTlf * "Т ^Е^^е '^г <2' ~ V;

при г^юах >V*

л'м=1-й^fcf(«--j)«-■(“-v; (г?)

длинные волны (L>2/):

*р*7Л*;    (28)

при ‘W.n.x < V*

N_v._t    «■    V    -    •,«    **,];    (29)

При

(30)

= ? ^ [; (- - ^JLi^ir^L Э - *■«- Ч

где    х₉—расстояние от головы сваи до сечения с макси

мальными динамическими растягивающими усилиями;

2х

L= -g _л$-длина исходной ударной волны;

„ __ х—arc tg В .__arc tg В

II    #    »    la*    »

2 _ £_ ___

^ai =-g-^s*ⁿ-5-^ V; 8=/t-i*

Примечание. При JV_pд <0 растягивающие усилия в свае отсутствуют.

5.14 Коэффициенты yi, у₂, си определяются по графикам (рис. 3 и 4) в зависимости от обобщенной характеристики системы «молот—прокладка—свая» ф в соответствии с указаниями п. 5.6.

6. УСЛОВИЯ ПРОЧНОСТИ И ТРЕЩИНОСТОЙКОСТИ ПРЕДВАРИТЕЛЬНО НАПРЯЖЕННЫХ СВАЙ-ОБОЛОЧЕК, ПОГРУЖАЕМЫХ ВИБРИРОВАНИЕМ

6.1. Расчет по прочности сечений свай-оболочек, нормальных к продольной оси элемента, должен производиться из условий: для сжатого бетона —

л, п_с № < m_tR„_fF₆ — Об.к F_t + m_t nR„_v F_t;

PTM 31.3017—78. Стр. 15

для растянутой арматуры —

k_nti_cN1 < /п_ш /?_а F_H.    (32)

где iV?» Nр — расчетные значения сжимающей и растягивающей нагрузок, определяемые в соответствии с п. 7.1; m_6t trig— коэффициенты условий работы бетона и арматуры, определяемые в соответствии с требованиями главы СНнП Л-56—77; з<*.м» о_и — соответственно сжимающее напряжение в бетоне и растягивающее напряжение в напряженной арматуре к моменту погружения свай-оболочек, определяемые в соответствии с нп. 3.4 и 3.5.

6.2.    Расчет по прочности сечении свай-оболочек, параллельных продольной оси элемента, должен производиться из условия

к_н п_х (30(,_пах) ^    (33)

где ее (max)—действующее в стенке оболочки на уровне верха грунтовой пробки тангенциальное растягивающее напряжение, определяемое по формуле

о_гг

°0(mnx) =    7^Р»    (34)

где R, г — наружный и внутренний радиусы сваи-оболочки;

qр— расчетное значение давления воды в полости сваи-оболочки, определяемое в соответствии с п. 7.3.

6.3.    Расчет по образованию продольных трещин в свае-оболочке от действия гидродинамического пульсирующего давления в полости производится только для синхронного режима погружения, определяемого по п. 7.2 в соответствии с требованиями глявы СНиП 11-21—75 из условия

О(тах) ^ /?рН*    (35)

В случае, если анализ, проведенный в соответствии с п. 7.2, покажет возможность возникновения резонансного пли внброудар-ного    режимов,    погружение свай-оболочек    следует    осуществлять

без воды    в    полости, о    чем должно быть дано    указание в    проекте.

7. ОПРЕДЕЛЕНИЕ УСИЛИЙ И НАПРЯЖЕНИЙ В СВАЯХ-ОБОЛОЧКАХ,

ВОЗНИКАЮЩИХ ПРИ ИХ ВИБРОПОГРУЖЕНИИ

7.1. Расчетные значения сжимающей и растягивающей нагрузок определяются по формулам:

/V? - n,N-    (36)

А'р =- 0.5,V!’,    (37)

где N — максимальное значение вынуждающей силы вибратора, принимаемое в соответствии с приложением 6 (справочное) к РТМ (указывается также в прилагаемой к вибратору документации);

Яд — коэффициент перегрузки, принимаемый для синхронного режима погружения 2,0, а для виброударного и резонансного — соответственно 2,5 и 3,5.

7.2. Характеристики режимов погружения определяются из условий:

резонансного —

^,,,=<B° ⁼ V^r-    (зв)

где ш — вынужденная круговая частота дебалансов вибратора, принимаемая в соответствии с приложением 6 (справочное) к РТМ (указывается также в прилагаемой к вибратору документации);

«о— собственная круговая частота системы «вибратор с наголовником — свая-оболочка с грунтом и водой в полости»; т — масса этой же системы;

k_s—коэффициент квазиупругой силы, определяемый по формуле

_1_

U    ,    И+«!?)'    ,    "R

1,2Е₆ h' (1 + Л(Д| ⁺ 2,4£₆ F (1 + лц) + c,F

где Iо и / — соответственно свободная и погруженная длины сваи-оболочки;

и r—отношение действующего на уровне низа сван-обо-лочкн сжимающего усилия к действующему в ней полному усилию, принимаемое (при отсутствии опытных данных) равным: 0,75 при погружении через пески разной крупности и плотности (за исключением пылеватых) и 1,00 при погружении через илы, суглинки, пластичные супеси, глины и пылеватые пески; с,— коэффициент постели грунта, определяемый по формуле

с_г — к_г1.

где к_х— коэффициент пропорциональности, принимаемый в зависимости от вида грунта, расположенного под нижним концом сваи-оболочки, по табл, приложения 7 (справочное) к РТМ; виброударного —

~Y

УДК 624.155:624 012.36.001.2

РУКОВОДЯЩИЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ МАТЕРИАЛ

Методика расчета предварительно напряженных свай и свай-оболочек на динамические усилия при их погружении

Директивным письмом НТУ ММФ от 22 декабря 1978 г. JS НТУ-3-49/1770 срок введения установлен с 1 января 1980 г.

Настоящий РТМ устанавливает требования к расчету предварительно напряженных сван и сван-оболочек на воздействие динамических усилий, возникающих при погружении свай забивкой и свай-оболочек вибрированием, и содержит указания, направленные на обеспечение их трещнностопкости и прочности.

РТМ распространяется па проектирование и строительство оснований портовых гидротехнических сооружений из предварительно напряженных свай и сван-оболочек, изготавливаемых из гидротехнического бетона со стержневой арматурой.

I. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

1.1.    Предварительное напряжение в сваях и сваях-оболочках необходимо применять в целях повышения динамической прочности, трещиностойкости и долговечности бетона, а также снижения материалоемкости и стоимости конструкций.

1.2.    Для свай, погружаемых в грунт забивкой, и <?вай-оболочек, погружаемых вибрированием, следует принимать проектную марку бетона по прочности на сжатие нс менее М400, а когда эксплуатационные качества свай н свай-оболочск определяются работой растянутой зоны бетона, следует назначать проектную марку на растяжение, величина которой должна быть не. менее Р25.

1.3.    Сваи-оболочки и сваи должны изготавливаться в соответствии с типовыми проектами серий 3.504-5, 3.504-G, 3.504-10, а бетон — удовлетворять требованиям ГОСТ 4795—G8.

1.4.    Прочность бетона сван н свай-оболочек к моменту погружения должна быть нс меисс проектной.

2. ОСНОВНЫЕ РАСЧЕТНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ

2.1. Предварительно напряженные сваи и сваи-оболочки должны удовлетворять требованиям расчета по несущей способности

(Предельные состояния первой группы) и по пригодности к нормальной эксплуатации (предельные состояния второй группы).

2.2.    Расчет по предельным состояниям свай и свай-оболочек должен производиться в соответствии с требованиями главы СНиП П-56—77 по проектированию бетонных и железобетонных конструкций гидротехнических сооружений.

2.3.    При расчете свай и свай-оболочек на усилия, возникающие при их подъеме, транспортировании и монтаже, нагрузку от собственного веса элемента следует вводить в расчет с коэффициентом динамичности, равным 1,3, при этом коэффициент перегрузки к собственному весу принимается равным единице.

При надлежащем обосновании коэффициент динамичности может приниматься до 1,5 включительно.

2.4.    В расчетах свай и свай-оболочек необходимо учитывать коэффициенты надежности /г„ и сочетания нагрузок п<> значения которых следует принимать в соответствии с требованиями главы СНиП 11-50—74 по проектированию речных гидротехнических сооружений.

2.5.    Напряжении в бетоне и арматуре свай и свай-оболочек следует вычислять как для упругого тела от действия внешних сил и усилия предварительного обжатия N₀.

2.6.    Динамические усилия, возникающие при погружении свай и свай-оболочек, нс должны превышать величин, при которых создаются условия для образования в бетоне продольных или поперечных трещин или происходит разрушение бетона от сжимающих, а разрыв продольной арматуры от растягивающих усилий.

2.7.    Сваи-оболочки, погружаемые вибрированием, следует проверять расчетом на выносливость в соответствии с требованиями главы СНиП 11-56—77. ¹

PTM 31.3017—78. Стр. 5

главы СНиП 11-21—75 по проектированию бетонных и железобетонных конструкции;

/_а — длина натягиваемого стержня (расстояние между наружными гранями упоров формы плп стенда), мм.

3.3 .При расчете предварительно напряженных сваи и сван-оболочек следует учитывать потери предварительного напряжения арматуры, проявляющиеся в период изготовления элементов (первые потерн) и в период их хранения н эксплуатации (вторые потери).

Величину потерь предварительного напряжения при натяжении арматуры на упоры следует определять в соответствии с главой СНиП 11-21—75.

3.4.    Напряжение, действующее в напряженной арматуре к моменту погружения сван плп сван-оболочек, определяют по формуле

-о-.    <¹

где ft — коэффициент армирования, равный отношению площадей поперечного сечения напряженной арматуры F,, и бетона F _б;

п—коэффициент приведения, равный отношению модулей упругости арматуры Е_ш и бетона Ев, определяемых по таблицам главы СНиП 11-50—77;

До₀—потери предварительного напряжения арматуры, определяемые в соответствии с требованиями главы СНиП 11-21—75.

3.5.    Сжимающее напряжение в бетоне аб..< к моменту погружения определяют по формуле

О,.,-Л>„).    (4)

3.6.    Сжимающие напряжения в бетоне в стадии предварительного обжатия не должны превышать величин (в долях от передаточной прочности бетона /?о). указанных в главе СНиП 11-21—75, а для свай, погружаемых в грунт забивкой, степень обжатия бетона нс должна превышать 0,4.

4. УСЛОВИЯ ТРЕЩИНОСТОЙКОСТИ И ПРОЧНОСТИ ПРЕДВАРИТЕЛЬНО НАПРЯЖЕННЫХ ПРИЗМАТИЧЕСКИХ СВАЙ, ПОГРУЖАЕМЫХ ЗАБИВКОЙ

4.1. Сжимающие динамические напряжения в бетоне забивных свай не должны превышать величин, определяемых условиями:

продольной трещиностойкости —

Aj,i /t_£ <*с.А ^ /Л_си /Я_Гр ^лр ®6.Hi

прочности по сжатому бетону —

Мс°с.ж < mR„_v — о₆._в,    (6)

где    Ос.а    — сжимающие динамические напряжения в бетоне

головной части сваи; определяются в соответствии с п. 5.1;

о£._д — сжимающие динамические напряжения в бетоне средней и нижней частей сваи; определяются в соответствии с п. 5.8;

/?щ, /?|"_Р—соответственно расчетное и нормативное значения призменной прочности бетона, принимаемые в соответствии с требованиями главы СМиП 11-56—77;

Об.н—сжимающее напряжение (эффективное обжатие), определяемое по формуле (4);

/Нсв—коэффициент условий работы сваи по продольной трещиностойкости; принимается в соответствии с указаниями п. 4.2;

т_|р— коэффициент условий погружения, учитывающий характер и количество циклов динамического загружения бетона; принимается в соответствии с указаниями п. 4.3; ж— коэффициент условий работы по прочности бетона при сжатии, принимаемый равным 1,5.

4.2.    Коэффициент т_сн в зависимости от условий работы свай принимается равным:

для особо суровых условий (северные и дальневосточные моря) — 1,10;

для суровых условий (северо-западная часть Черного моря. Азовское, Каспийское и Аральское моря) — 1,15;

для умеренных условий (Черное и Балтийское моря) — 1,20;

для благоприятных условий (пресная вода, отсутствие приливно-отливных колебаний, умеренные температурные условия) — 1,25.

4.3.    Коэффициент m_TV в зависимости от плотности грунтов принимается равным:

для слабых грунтов — 0,90;

для грунтов средней плотности — 0,85;

для плотных грунтов — 0,80.

4.4.    Максимальное продольное динамическое растягивающее усилие в свае нс должно превышать величины, определяемой условиями:

образования поперечных трещин —

Л_н л_с А^р.д — Л^₀ ^ (/Лев    4" Зл/**_а) /?рц;

PTM 31.3017—78. Стр. 7

разрыва продольной арматуры —

k_Hn_cN_v д < (Я. F, 4- R_a.»F_H),    (8)

где N|,._ж — максимальное продольное динамическое растягивающее усилие, определяемое в соответствии с п. 5.13;

N₀ — равнодействующая сил обжатия;

Г_б — площадь поперечного сечения бетона;

/?рп—расчетное сопротивление бетона при растяжении для второй группы предельных состояний;

Г_а — площадь поперечного сечения продольной исиапри-гаемой арматуры;

F„ — площадь поперечного сечения продольной напрягаемой арматуры;

Rat Rа.н—расчетные сопротивления соответственно нснапря-гасмой я напрягаемой арматуры;

/?,„ Лс— соответственно коэффициенты надежности и сочетания нагрузок, принимаемые согласно требованиям главы СНиП 11-50—74; тсв — коэффициент условия работы по поперечной трс-щиностойкостп, равный 1,95 при отсутствии растягивающих напряжений в свае в период эксплуатации и 1,80 в случае, если растягивающие напряжения в бетоне сваи имеются.

5. ОПРЕДЕЛЕНИЕ НАПРЯЖЕНИЙ И УСИЛИЙ В ПРИЗМАТИЧЕСКИХ СВАЯХ, ВОЗНИКАЮЩИХ ПРИ ИХ ЗАБИВКЕ

5.1. Величина максимальных динамических сжимающих напряжений в бетоне при проверке па продольную трещипостон-кость Ос.г принимается равной

°С.Д —    “    ^б.д*    (9)

где £₆д — динамический модуль упругости бетона, принимаемый в соответствии с указаниями п. 5.2; и ₀. — расчетная скорость соударения молота со сваей, определяемая в соответствии с п. 5.3; а—скорость распространения упругой волны (звука) в материале сваи, определяемая в соответствии с и. 5.4;

Аг• и — коэффициент внеиситрениостн удара; принимается в соответствии с указаниями п. 5.5;

* а—коэффициент, зависящий от обобщенной характеристики системы «молот—прокладка—свая»; определяется в соответствии с указаниями п. 5.6.

5.2.    Динамический модуль упругости бетона принимается на 20% выше начального модуля упругости бетона при статическом загружении.

5.3.    Расчетная скорость соударения молота со сваей определяется с учетом влияния веса наголовника и тормозящих движение сил трения для молота свободного падения

(Ю)

где И — высота подъема молота;

g — ускорение свободного падения;

Q — вес ударной части молота;

Q„— вес наголовника;

k_v—коэффициент снижения скорости удара за счет сил, тормозящих движение молота. Значение его принимается по опытным данным. При отсутствии опытных данных коэффициент допускается вычислять по формуле

(И)

k„ = V k_y + cos <р — Л, sin ? — 1,

где (р — угол наклона сваи к вертикали; k\ — коэффициент, принимаемый равным:

для паровоздушных молотов простого действия — 0,7; для молотов двойного действия и дизель-молотов — 0,9; Л₂— коэффициент, принимаемый равным:

для паровоздушных молотов простого действия — 0,3; для молотов двойного действия и дизель-молотов — 0,1.

5.4. Скорость распространения упругой волны в железобетонной свае определяется по формуле

(12)

где у_Св — объемный «вес железобетона сван.

5.5.    При использовании обычных Н-образных наголовников коэффициент внецентренности удара следует принимать равным 1,25, а при использовании сферических (центрирующих) наголовников — 1,10.

5.6.    Коэффициент а определяется по графику (рис. 1) в зависимости от обобщенной характеристики системы «молот—прокладка—свая» ф

(13)

•> = 4^8,

PTM 31.3017—78. Стр. 9

где q — вес 1 м длины сваи; б—толщина прокладки;

т| — отношение динамических модулей упругости материалов сваи Есв и прокладки £_п*.

£« = (1 Н яр.) Ебл>    (14)

5.7. Динамический модуль упругости материала прокладки принимается в соответствии с ожидаемым уровнем динамических сжимающих напряжений:

~    °с.д»    (15)

где а?.д—ожидаемый уровень динамических сжимающих напря-,    жений    в    бетоне    головной    части    сваи;

— коэффициент пропорциональности, принимаемый по таблице.

Стр. 10. PTIW 31.3017-78

Коэффициент пропорциональности к_а для железобетонных свай

Материал прокладки Коэффициент пропорциональности к„ при количестве ударов 25 2020- 4000 Техническая теплостойкая резина (иласиша) 4,7—5,2 4,7—5.2 (ГОСТ 7338-77) Войлок технический грубошерстный (ГОСТ 6,4 14,0 6418-67) Асбест шнуровой (ГОСТ 1779-72) 9,6-10.0 10,0-10,0 Пеньковый бельный канат (ГОСТ 483-75) 10,0-10.5 14,4-16,7 Сухая древесина (при деформации поперек волокон) Мешковина 4,8-12,4 17,0-52,0 8.0 12,0-15.7

Примечание. Ожидаемый уровень динамических напряжений при выборе безопасного режима погружения принимается равным допустимой величине динамических сжимающих напряжений, определяемых по формуле (Э) п. 4.1 РТМ.

5.8. Проверка на прочность при сжатии производится только при условии, когда р+£|>1.

Величина максимальных динамических сжимающих напряжений в бетоне о_с^с.«. определяется по формулам: при t;_mix < v*

О'сл

при v_mtx>v*

2l4 + c,t

i+Ж,

0,9з_с.,<г'';

’с.д

(16)

(17)

где / — длина сваи;

X — коэффициент, характеризующий потери энергии ударной волны при прохождении вдоль сваи (1/м), принимаемый равным 0,01;

max— максимальная скорость движения острия сван в упругой фазе деформации грунта; определяется в соответствии с п. 5.9;

и* — скорость перехода из упругой фазы движения острия сван в пластическую; определяется в соответствии с п. 5.10;

Р —отношение акустических сопротивлении грунта к материала сваи; определяется в соответствии с п. 5.11; ъ2 — относительные величины коэффициентов вязкости грунта в упругой и пластической фазе движения сваи; определяются г соответствии с п. 5.12.

1

ОПРЕДЕЛЕНИЕ НАПРЯЖЕНИИ В АРМАТУРЕ И БЕТОНЕ В ПРОЦЕССЕ ИЗГОТОВЛЕНИЯ СВАЙ И СВАЙ-ОБОЛОЧЕК

3.1. Предельную величину предварительного напряжения <х<» в арматуре следует назначать с учетом допустимых отклонений величины предварительного напряжения таким образом, чтобы выполнялось условие

0,30/?; о„ < 0,95/?.".    (1)

3.2. Величина напряжения о* в напрягаемой арматуре, контролируемая по окончании натяжения на упоры, определяется по формуле