Стадии прокалывания анкерных свай

Процесс прокола происходит по трем стадиям. В начальной стадии под действием нагрузки грунт уплотняется, сдвигается и начинает течь. Во второй происходит деформация грунта в поперечном направлении. Третьей стадией является сам прокол продвижение сваи в грунт.
Величину общего напорного усилия находят по формуле

,                               (3.9)

где     — лобовое усилие прокола, кг;
 — сила трения по боковой стенке;
 — удельное сопротивление грунта уплотнению, кг/см² (табл.18);
 — радиус скважины, м;
 — первоначальная пористость грунта;
 — вес 1 м сваи, м
 — длина сваи,м;
 — коэффициент трения (см. рис. 14).

Образование цилиндрической выработки происходит путем последовательного вытеснения элементарных объемов грунта. Принимают шаровой объем V с радиусом R.

Радиальные напряжения находят по формуле

  ,                                              (3.10)

 где     — давление, приложенное к поверхности уплотняемого грунта;
 — радиус зоны уплотнения грунта, м;
 — радиус рассматриваемой точки, м.

При этом соответствующая радиальная деформация составит

                                     ,                              (3.11)

 откуда

.

 Работа расширения объема V внутри грунтового массива

               .                     (3.12)

 Нижний предел ; . Следовательно,
                            .                       (3.13)

 Участок цилиндрической выработки длиной В; объем его равен шаровому объему, т. е.

  .                                        (3.14)

 Потребная мощность механизма

 ,                                  (3.15)

 где Т — время, необходимое для лродавливания.

Рационально применять метод вибропрокалывания, разработанный ВНИИГС. В установке УВП-1 воздействующая сила равна 7,1 т; в установке УВП-2 — 32 т. Могут быть использованы вибромолоты С-402 и С-467. Затраты труда на 1 м прокола составляют: при гидродомкратах 2—4, при вибропроколе 0,5—1 чел.-день. Задавливание производят после устройства подготовки под днище, используя ее поверхность для установки приспособлений для прокола. Целесообразно принимать длину задавливания сваи, равной 1,15—2,3 м, т. е. длине одного-двух ходов домкрата. Сваи и домкрат устанавливают в кондуктор, который крепится к закладным болтам в стене. Кондуктор переставляется краном. В колодцах небольших диаметров в качестве опоры для домкратов может быть использована противоположная поверхность стены колодца.

Горизонтальные сваи включаются в работу только после того, как гидростатическая сила всплытия превысит собственный вес сооружения. Обычно это происходит в кратковременные периоды максимального подъема уровня грунтовых вод. Условия работы на поперечную силу горизонтальных свай, задавливаемых через стены колодца, благоприятнее забиваемых с поверхности грунта. На глубине днища реактивное сопротивление грунта свае значительно выше, чем на поверхности земли.

Расчет свай производят: по первому предельному состоянию — по несущей способности и по второму — по деформации грунта.

Расчетное сопротивление сваи  по несущей способности определяют по расчетному сопротивлению грунтов основания (3.16) или изгибаемого железобетонного элемента (3.17), (3.18).

Принимая меньшее из двух значений, по грунту

                         ,                                      (3.16)

 где     — коэффициент однородности грунта, равный 0,7;
 — коэффициент условий работы, равный 0,3;
 — нормативное сопротивление грунта, которое находят по табл.19;
 — поверхность опирання сваи.
Железобетонное сечение рассчитывают с учетом трещиностойкости. Ширина раскрытия трещин не должна превышать 0,2 мм. Короткая свая рассчитывается как абсолютно жесткая консоль. По поперечной силе

.                                          (3.17)

 Значения  для свай из бетона марки 300 с арматурой класса А-ІІ принимают по табл. 20.

По изгибающему моменту

.                                           (3.18)

 

Значения  по изгибу приведены в табл. 20. Принята длина сваи =1,15 м.

Расчет по деформации может быть произведен по известному дифференциальному уравнению консоли, лежащей на упругом основании модели Винклера, т. е.

,                                (3.19)

 где     — жесткость сваи, кг/см²;

 —вертикальное перемещение оси сваи, см;

 —погонная реакция со стороны основания.

Согласно гипотезе Винклера, зависимость между нагрузкой на поверхность упругой опоры и его осадкой может быть выражена как

                                    ,                                            (3.20)

 где с — коэффициент постели, кг/см².
Уравнение (3.19) действительно лишь в пределах линейной деформируемости поверхности опирания; постоянный коэффициент с соответствует силе, которая необходима для подъема единицы длины поверхности опирания на 1 см. Пренебрегая весьма малой разностью между перемещениями нейтральной оси и крайних волокон сваи, принимают  как подъем поверхности опирания и ординату упругой линии оси сваи и, обозначая

,

запишем (3.19)

                                          .                             (3.21)

 Общим интегралом уравнения будет

 ,

 где     — произвольные постоянные коэффициенты;
 — корни характеристического уравнения;
 — величины, соответствующие дифференциальным уравнениям (3.20), (3.21).
Решение дифференциального уравнения (3.21) можно представить в виде

                                      (3.22)

 где С₁, С₂, С₃, С₄ — постоянные, выражаемые через постоянные А₁, А₂, А₃, А₄.
Произвольные постоянные С₁, С₂, С₃, С₄ связываем с начальными параметрами  (соответственно прогиб, угол наклона, изгибающий момент и поперечная сила). Подставляя выражение (3.22) для  и выражения ее производных значение аргумента х = 0, получим следующие уравнения:

;;

;

.

 Отсюда находим значения произвольных постоянных

;

при

;

;

.

Введем обозначения гиперболо-тригонометрических функций:

;

;

;

.

Тогда

;

;
          ;           (3.23),

где    Q₀ — внешние сосредоточенные силы;

M₀ — внешние моменты.

Считая короткую консоль абсолютно жесткой балкой по отношению к грунту, значения гиперболо-тригонометрических функций Ах, Вх, Сх и Dx для всех значений Кх будут представлять весьма малую величину, близкую к нулю. Так как величина Кх достигает наибольшего значения при максимальном , то за критерий абсолютной жесткости балки можно принять величину  Чем меньше эта величина отличается от нуля, тем ближе к действительности будут и результаты расчета, выполненного по приближенной схеме, в которой принимается, что Кх= 0 независимо от х.
Подставляя в уравнение (3.21) значение К=0 получим (для изгибающего момента)

.

Заметим, что при

 и ;

коэффициенты , входящие в уравнение Мх, при  обращаются в неопределенность вида .

Раскрывая неопределенность, имеем

.

При дифференцировании легко убедиться, что

.

Поэтому

.

Аналогично найдем

Коэффициенты  и  обращаются в нуль; уравнение (3.23) принимает вид

                                         (3.24)

                (3.25)

при

Анализ формулы (3.25) показывает, что сваи длиной до 2,3 м, сечением 20x30 и 30X40 см в грунтах, наиболее часто встречающихся в практике, имеют смещение  см.

Примеры
Параметры колодца приняты те же, что и в примерах 2 расчетов на погружение и всплытие. Расчеты производим для периода, когда забетонировано днище, колодец еще не пригружен, а уровень грунтовых вод поднялся до отметки  м.

Проверяем колодец на всплытие

Таким образом, конструкция не обладает достаточной устойчивостью против всплытия. Требуется дополнительная пригрузка

 т.

1. Заанкеривание производим вертикальными сваями. Определяем глубину сваи

 м.

Принимаем минимальную глубину  м.

Несущая способность на выдергивание сваи сечением 35Х35 см

 т.

Расчетное количество свай

 шт.

2. Заанкеривание осуществляется горизонтальными сваями. Сваи сечением 30X40, длиной 115 см, арматура .

По прочности железобетонного сечения (см. табл. 20)

 т.

По грунту

 т.

Расчетное количество свай

 шт.

Величину напорного усилия для прокалывания определяем по формуле (3.9)

 т.

Следовательно, домкрат нужно применять грузоподъемностью 20 т.

Устойчивость колодцев. Опускные колодцы, расположенные на косогоре, рассчитывают на устойчивость сооружения по схеме плоского сдвига по формуле

                               (3.26)

где Е₁ и Е₂ — активное давление грунта (по Кулону) с нагорной и низинной сторонами колодца.