Определение выдергивающего усилия для демонтажа труб ограждающей конструкции котлована_
Чунюк Дмитрий Юрьевич
заведующий кафедрой механики грунтов и геотехники, Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет (НИУ МГСУ), KafedraMGG@mgsu.ru
Потапова Юлия Алексеевна
студент кафедры механики грунтов и геотехники, Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет (НИУ МГСУ)
Куричев Сергей Юрьевич
студент кафедры механики грунтов и геотехники, Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет (НИУ МГСУ)
Худоян Максим Заилович
студент кафедры механики грунтов и геотехники, Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет (НИУ МГСУ)
Свая - погруженная в грунт или изготовленная в грунте наклонная конструкция, предназначенная для передачи нагрузки на основание. Согласно СП 24. 13330.2011 «Свайные фундаменты», расчет свайных фундаментов должен проводиться с построением математических моделей, описывающих механическое поведение свайных фундаментов для первого или второго предельного состояния. Для определения выдергивающего усилия будет приведен расчет в аналитическом или численном виде. Данные расчеты проведены для определения выдергивающего усилия при демонтаже ограждающей конструкции котлованов в случае предусмотренного по проекту.
Ключевые слова: свая, свайный фундамент, ограждение котлована, трубошпунт
Введение. Основным документом по определению усилия выдергивания труб ограждения будет СНиП 2.02.03-85 «Свайные фундаменты» в актуализированной версии СП 24.13330.2021. Следует рассматривать раздел 7.2.17 «Стальные трубчатые сваи». В расчете принимаются только усилия (несущая способность) по боковой поверхности свай, но основные предпосылки следует рассматривать в разделе: «Висячие набивные, буровые и сваи-оболочки, погружаемые с выемкой грунта и заполняемые бетоном (сваи трения)». Несущую способность Рб, кН, набивной и буровой свай с уширением и без уширения, а также сваи-оболочки, погружаемой с выемкой грунта и заполняемой бетоном, работающих на сжимающую нагрузку, следует определять по формуле:
Рб = Yc(YR,RRA + YRf и1№/), (1) где ус =1- коэффициент условий работы сваи; Первое слагаемое отвечает за работу грунта под нижним концом сваи. Мы его не рассматриваем. Значит остается: Рб = уя/ и 1 №/
где и - периметр поперечного сечения ствола сваи, м;
YR,f - коэффициент условий работы грунта на боковой поверхности сваи, зависящий от способа образования скважины и условий бетонирования и принимаемый по таблице 7.6 СП 24;
// - расчетное сопротивление /-го слоя грунта на боковой поверхности ствола сваи, кПа, принимаемое по таблице 7.3 СП 24;
Ь - толщина ьго слоя грунта, соприкасающегося с боковой поверхностью сваи, м.
Далее, обратимся к прямой ссылке по расчету свай из металлических труб.
При определении несущей способности стальной трубчатой сваи коэффициент условий работы грунта на боковой поверхности сваи YR,f, учитывающий вид грунта в слоях, принимается равным: 0,52 — для песчаных слоев грунта; 0,43 — для глинистых слоев грунта; 0,47 — для супесчаных слоев грунта.
Рассмотрим вариант ограждения котлована в случае максимальных заглублений.
Перед непосредственными расчетами следует обратить внимание на типичные проблемы, встречающиеся на практике при изготовлении ограждений котлованов.
Цель расчета: определить расчетное выдергивающие усилие на сваю.
Объект: «Жилой дом с инженерными сетями и благоустройством территории, расположенный в городе Москве.
Элемент для расчета: Труба 0325х8 L=12100мм
Случай Т-1 для труб 0325х8 L=12100мм
ы
lipyfa N 1...50. 231..М
М (rpróiiHSU
М (труби N S5...97Í
шого стыка
178.00 верх труб
Ч!
176.00
верх труб
165.90
НИЗ труб
т
175.00 верх труб
4
053С
труб
, 0530
. 0325
¡65.90
НИЗ труб
Рис. 1. Сечения с максимальными длинами труб ограждения
Ч77.52...179.40
сущ. нов-тъ земли
П I I I I I |1н I I I
=------4
РАЗРЕЗ 1-1
17Ш верх труб
t325z8..M30i8 мм
176.00 ось РС
IIIIII
jlLI-LUJ-U-LI__
верх фувд. плиты
ч'Шт
ПШи Г Г i i i' i 'i i I I i Г'Г f Г11 V i i
170.46
дво кот л.
ограждение из труб / 0325x8 мм, шаг ~900 мм
165.90 виз труб
ПО СЕЧЕНИЮ 1-1
1710 1781 1771 1761 17ЗД 1741 17Ж 1721 17Ц 1701 16ЗД 1681 1671 16ЗД 1651 1641 16М 1621 1610 та
1591 1581
СКВ 1 - 07, ТШО
178.00 м верх ограждения из труб 0325x8 мм, шаг ~900 мм
Послелователшеп
1. Устройство огра;
2. Разработка хоти
3. Устройство расп<
^ ^_и V Разработка грув'
5. Бетонирование $ оставлением тех.
И. После пабопа бе
Рис.2. Поперечный разрез 1-1 в наиболее нагруженном участке ограждения котлована для труб 0325х8
и = п* 0,325 = 1,02 м- периметр поперечного сечения ствола сваи.
YR,f = 0,45 коэффициент условий работы грунта на боковой поверхности сваи. Согласно 7.2.20 примем среднюю величину между глинистыми и супесчаными грунтами.
Согласно схеме, труба находится в пределах 0,6 м слоя ИГЭ 2 - Суглинки полутвердые с коэффициентом пористости е =0,729, плотностью грунта р=1,96г/см3, числом пластичности 1р =0,106 и показателем текучести L =0,18.
Среднее расчетное й - сопротивление ^го слоя грунта на боковой поверхности ствола сваи, кПа, принимаемое по таблице 7.3 на глубине Гц = 2 м равно й =42кПа.
Рис.3. Инженерно-геологический разрез 1-1 для рассматриваемого участка ограждения котлована для труб 0325х8
Отметим, что согласно СНиПу, если толщина слоя превышает 2 метра, то его следует разбить на несколько участков, с толщиной слоя не более 2м.
На следующем участке в hi = 5,8 м труба находится в ИГЭ 3 - Суглинки полутвердые с коэффициентом пористости e =0,594, плотностью грунта р=2,06г/см3, числом пластичности Ip =0,131 и показателем текучести Il =0,07.
Разобьем этот слой на три участка длиной 1,8 м два по 2м. В этом случае на 1-м участке fi = 48 кПа (средина слоя находится ~ на глубине 3м)
2-м участке fi = 56 кПа (средина слоя находится ~ на глубине 5м)
3-м участке fi = 58 кПа (средина слоя находится ~ на глубине 6м)
На следующем участке в hi = 2 м труба находится в ИГЭ 4а - Суглинки полутвердые с коэффициентом пористости e =0,428, плотностью грунта р=2,18/см3, числом пластичности Ip =0,108 и показателем текучести IL =0,09.
Среднее расчетное fi - на глубине h = 8 м равно fi =62кПа;
На следующем участке в hi = 3,8 м труба находится в ИГЭ 4 - Суглинки полутвердые с коэффициентом пористости e =0,495, плотностью грунта р=2,12/см3, числом пластичности Ip =0,060 и показателем текучести Il =0,13.
Разобьем этот слой на два участка длиной по 1,9 м.
О *
О X
о 3
S *
и
с т •и о
S
т
ф
а т
о т
а
8)
В этом случае на 1-м участке fi = 63,5 кПа (средина слоя находится ~ на глубине 9м). 2-м участке fi = 65 кПа (средина слоя находится ~ на глубине 10м).
Резюмируем. (предварительно переведем кПа в Т/м2)
Fd = VR,f u I fihi = 0,45*1,02 (4,2 * 0,6м + 4,8*1,8 + 5,6*2,0 + 5,8*2,0 +6,2*2,0
+ 6,35*1,9 + 6,5*1,9) =32,5 Т Fd - это теоретическая несущая способность сваи по трению. А в практических расчетах учитывают расчетную нагрузку на сваю N < Fd /1,4 (2)
Следовательно, в нашем случае расчетная нагрузка выдергивания трубы ограждения 0325х8 длиной L=12,^
N= 32,5/1,4 = 23,2 Тонны
Как мы отвечали выше, в реальности это усилие извлечения трубы может быть существенно больше. Поэтому разумно увеличить это усилие в 1,5 раза и в итоге принять нагрузку выдергивания трубы как
N = 23,2*1,5= 35 Тонн
В программном комплексе Plaxis 3D коэффициент ^Mstage контролирует процедуру «Развитие нагрузки - Предельный уровень» и моделирует поэтапное строительство. За несущую способность сваи на выдергивание принималось значение £Mstage*1000, при котором происходит «срыв» сваи. На графике «нагрузка - перемещение» это представлено точкой, после которой происходит рост деформаций без увеличения нагрузки. Для оценки фактической величины приложенной нагрузки можно воспользоваться достигнутым значением коэффициента ^Mstage: /applied = f0 +
S^stage *(/defined _/o)
где - /applied - фактически приложенная нагрузка;
f0 - нагрузка в начале фазы расчета;
/defined - заданная конфигурация нагрузок (1000
кН).
Следовательно при f0 = 0, fapplied = £Mstage *
/defined = £Mstage * 1000.
Результаты расчета в программном комплексе Plaxis 3D:
- при моделировании сваи элементом Embedded beam - 305кН (31,1 т);
График «осадка - перемещение»
- при моделировании сваи объемными элементами - 321 кН (32,7 т).
со
N
(О
OI
График «осадка - перемещение»
J-e -1®—•
/
г/
/
/
Вывод
В данной статье был рассмотрен объект расположенный в городе Москве. Принято ограждение котлована из труб 0325х8 длиной Ь=12,1м
Были проведены расчеты на выдергивание по СП и численным методом. В результате расчета по СП была получена расчетная нагрузка выдергивания трубы ограждения 0325х8 длиной Ь=12,1м равная 23,2 тонны. В реальности это усилие извлечения трубы может быть существенно больше, поэтому было увеличено усилие в 1,5 раза и в итоге нагрузка выдергивания трубы получилась равной 35 тонн.
При расчете в программном комплексе Plaxis 3D при моделировании сваи элементом Embedded beam нагрузка выдергивания трубы ограждения составила - 305кН (31,1 т); при моделировании сваи объемными элементами - 321 кН (32,7 т).
Сравнив полученные результаты становится понятно, что значения при расчете по СП и в программном комплексе разнятся. В программном комплексе Plaxis 3D результаты расчета получаются более приближенными к реальным значениям получаемых на площадке строительства.
Литература
1. СП 24. 13330.2011 «Свайные фундаменты»
2. Чунюк Д.Ю., Чан Ван Хунг, Сельвиян С.М. Особенности работы и преимущества свай с ушире-нием вдоль тела по сравнению со стандартной бу-ронабивной сваей круглого сечения. "Жилищное строительство" №12, 2022
3. Чунюк Д.Ю., Чан Ван Хунг, Сельвиян С.М. Особенности работы и преимущества свай с ушире-нием вдоль тела по сравнению со стандартной бу-ронабивной сваей круглого сечения. Жилищное строительство №12, 2022
4. Зерцалов М.Г., Знаменский В.В., Хохлов И.Н. Об, «Об особенностях расчета несущей способности буронабивных свай в скальных массивах при действии вертикальной нагрузки,» Вестник ПНИПУ. Строительство и архитектура, p. №1, 2018.
5. Леонтьев, Алексей, Андрей Валентинович Мальцев, and Вениамин Иванович Исаев., « "Разработка эффективного способа повышения несущей способности буронабивной сваи,» Традиции и инновации в строительстве и архитектуре. Строительство. , pp. 206-210., 2016.
Determination of the pull-out force for dismantling pipes of the pit envelope
Chunyuk D.Yu., Potapova Yu.A., Kurichev S.Yu., Khudoyan M.Z.
National Research Moscow State University of Civil Engineering (NRU MGSU) Pile - an inclined structure sunk into the ground or made in the ground, designed to transfer the load to the foundation. According to SP 24. 13330.2011 "Pile foundations", the calculation of pile foundations should be carried out with the construction of mathematical models that describe the mechanical behavior of pile foundations for the first or second limit state. To determine the pulling force, a calculation will be given in an analytical or numerical form. These calculations were carried out to determine the pulling force during the dismantling of the enclosing structure of the pits in the case provided for by the project. Keywords: pile, pile foundation, pit fencing, pipe sheet pile References
1. SP 24. 13330.2011 "Pile foundations"
2. Chunyuk D.Yu., Chan Van Hung, Selvian S.M. Features of work and
advantages of piles with widening along the body in comparison with a standard bored pile of round section. "Housing construction" №12, 2022
3. Chunyuk D.Yu., Chan Van Hung, Selvian S.M. Features of work and
advantages of piles with widening along the body in comparison with a standard bored pile of round section. Housing construction №12, 2022
4. Zertsalov M.G., Znamensky V.V., Khokhlov I.N. About, "On the features of
calculating the bearing capacity of bored piles in rock masses under the action of a vertical load," Bulletin of PNRPU. Building and Architecture, p. No. 1, 2018.
5. Leontiev, Alexey, Andrey Valentinovich Maltsev, and Veniamin Ivanovich
Isaev., "Development of an effective way to increase the bearing capacity of a bored pile," Traditions and innovations in construction and architecture. Construction., pp. 206-210., 2016.
<■>
x о
X
о s
а
с н ■о о
S
т
л
Г
о т го а