Расчет осадки фундамента методом послойного суммирования в excel
Обновлено: 21.11.2024
Несущая способность сваи определяется как нагрузка при смещении носка сваи на 10%B. Сопротивление конуса, используемое в формуле, представляет собой среднее значение сопротивления конуса в пределах 4B ниже и 8B выше носка сваи с использованием правила минимального пути.
Связанные термины:
Скачать в формате PDF
Об этой странице
Геотехнические данные и конструкция свай
6.6.3.9 Изменения осевой нагрузки в глине со временем
Емкость сваи, рассчитанная по предыдущему уравнению, не учитывает влияние времени на емкость сваи. Обратите внимание, что на старой платформе, построенной 40 лет назад и более, если вы просмотрите расчет, вы обнаружите, что ее коэффициент безопасности не соответствует предложенному API, и окружающая среда с течением времени обязательно повлияет на грузоподъемность сваи. Нормальное явление после долгого времени будет хорошее сцепление между сваей и окружающим грунтом, и это дополнительное сцепление не учитывается в расчетах. Поэтому были проведены исследования, чтобы определить поведение осевой емкости в глинистом грунте во времени. Clarke (1993) и Bogard and Matlock (1990) провели полевые исследования, в ходе которых было показано, что время, необходимое забивным сваям для достижения максимальной грузоподъемности в связном грунте, может быть относительно большим, вплоть до 2–3 лет.< /p>
Стоит отметить, что скорость прироста силы самая высокая сразу после вождения, а скорость снижается в процессе рассеяния. Следовательно, значительное увеличение прочности может произойти за относительно короткое время.
Во время забивки сваи в нормально или слабо переуплотненную глину грунт, окружающий сваю, значительно нарушается, изменяется напряженное состояние и могут создаваться большие избыточные поровые давления. После установки эти избыточные поровые давления начинают рассеиваться, а это означает, что масса грунта вокруг свай начинает уплотняться, поэтому емкость свай со временем увеличивается. Этот процесс обычно называется настройка. Скорость рассеивания избыточного порового давления зависит от коэффициента радиальной консолидации, радиуса сваи, характеристик пробки и слоистости грунта.
В наиболее распространенном случае, когда забивные трубчатые сваи, поддерживающие конструкцию, испытывают расчетные нагрузки, приложенные к сваям вскоре после установки, при расчете свай следует учитывать характеристики консолидации во времени. Отмечая, что при традиционной установке стационарных морских конструкций время между установкой свай и полной нагрузкой платформы составляет от 1 до 3 месяцев. В некоторых случаях ввод в эксплуатацию и запуск происходят раньше; в этом случае такая информация должна быть передана в инженерный отдел, так как ожидаемое увеличение мощности со временем является важной переменной проекта, которая может повлиять на безопасность системы фундамента на ранних этапах процесса консолидации.
Взаимосвязь между поровым давлением и данными испытаний под нагрузкой в разное время после забивки свай выражается эмпирической корреляцией: степенью консолидации, степенью закупоривания и способностью ствола сваи передавать сдвиг. Результаты испытаний стальных свай с закрытым концом в сильно переуплотненной глине не показывают значительного изменения несущей способности с течением времени. Это противоречит результатам испытаний закрытых стальных свай диаметром 0,273 м (10,75 дюйма) в переуплотненной глине Бомонта, где была обнаружена значительная и быстрая установка за 4 дня, поэтому емкость сваи в конце установки никогда полностью не восстанавливалась. /p>
Поэтому очень важно подчеркнуть, что осевая нагрузка сваи с течением времени находится в стадии исследований и разработок, и нет твердой формулы или уравнения, которым можно было бы следовать. Основное внимание уделяется исследованиям, проведенным в отношении конкретных местоположений, и зависит от предыдущей истории этого места.
Геотехнические данные и конструкция сваи
Мохамед Абдалла Эль-Риди, доктор философии. , в Оффшорных конструкциях (второе издание), 2020 г.
Время влияет на изменение осевой способности глинистой почвы
Емкость сваи, рассчитанная по предыдущему уравнению, не учитывает влияние старения во времени на мощность сваи, учитывая, что на старой платформе, построенной 40 лет назад и более, если проанализировать расчет, можно обнаружить, что это не соответствует коэффициенту безопасности API, в дополнение к условиям окружающей среды влияние времени обязательно влияет на грузоподъемность сваи, так как при нормальных явлениях со временем свая работает с окружающим грунтом как единое целое, поэтому в расчете не учитывается дополнительное сцепление. расчет. Поэтому недавно было проведено исследование, чтобы определить поведение осевой емкости в глинистой почве во времени.
Кларк (1993 г.) и Богард и Мэтлок (1990 г.) провели полевые исследования, в ходе которых было показано, что время, необходимое забивным сваям для достижения максимальной грузоподъемности в связном грунте, может быть относительно большим — до 2–3 лет. .
Стоит отметить, что в течение короткого периода времени после установки происходит значительное увеличение прочности, и это происходит из-за быстрого набора прочности после непосредственного вождения, и эта скорость снижается в процессе рассеивания.
При забивке свай в переуплотненных глинах от нормальных до легких происходит существенное нарушение окружающего сваю грунта, изменение напряженного состояния, что также создает большой избыток порового давления. После установки свай эти избыточные поровые давления начинают рассеиваться, что означает, что окружающий грунт вокруг свай начинает уплотняться, и, исходя из этого, емкость сваи со временем увеличивается в глинистом грунте. Этот процесс называется «настройка». Скорость рассеивания избыточного порового давления зависит от коэффициента радиальной консолидации, диаметра сваи и слоистости грунта.
В наиболее распространенном случае, когда забивные трубчатые сваи, поддерживающие конструкцию, испытывают расчетные нагрузки, приложенные к сваям вскоре после установки, при расчете свай следует учитывать характеристики времени консолидации. В традиционных стационарных морских сооружениях время между установкой сваи и полной загрузкой платформы находится в пределах 1-3 месяцев, но в некоторых случаях ввод в эксплуатацию и запуск происходят раньше, и в этом случае эта информация должна быть передана инженерному бюро, так как ожидаемое увеличение мощности со временем является важным параметром конструкции, который может повлиять на безопасность системы фундамента на ранних этапах процесса консолидации.
Поведение сваи при значительных осевых нагрузках в высокопластичных нормально сцементированных глинах изучалось с помощью большого количества модельных испытаний сваи и некоторых полномасштабных испытаний сваи под нагрузкой.
В результате этого исследования диссипации порового давления с данными испытаний под нагрузкой в разное время после забивки сваи были получены эмпирические корреляции между степенью консолидации, условиями закупоривания и способностью ствола сваи к сдвигу. Это исследование показало, что результаты испытаний стальных свай с закрытым концом в сильно переуплотненной глине указывают на отсутствие значительного изменения несущей способности с течением времени. Это противоречит результатам испытаний на закрытых стальных сваях диаметром 0,273 м (10,75 дюймов) в переуплотненной глине, где была обнаружена значительная и быстрая установка за 4 дня, поэтому емкость сваи в конце установки никогда полностью не восстанавливалась.
Поэтому очень важно подчеркнуть, что осевая нагрузка сваи с течением времени находится в стадии исследований и разработок, и нет твердой формулы или уравнения, которым можно было бы следовать, но следует сосредоточиться на исследованиях, которые проводятся для конкретных местоположение сайта, а также зависит от предыдущей истории местоположения.
Геотехнические данные и конструкция свай
Мохамед А. Эль-Риди, доктор философии. , в Оффшорных структурах , 2012 г.
Время влияет на изменения осевой нагрузки в глинистой почве
Емкость сваи, рассчитанная по предыдущему уравнению, не учитывает влияние времени на мощность сваи, например, на старых платформах, построенных 40 или более лет назад. Недавно было проведено исследование, чтобы определить поведение осевой емкости в глинистой почве во времени.
Кларк (1993) и Богард и др. (1990) провели полевые исследования, в ходе которых было показано, что время, необходимое забивным сваям для достижения максимальной грузоподъемности в связном грунте, может быть относительно продолжительным, вплоть до 2–3 лет.
Стоит отметить, что скорость прироста силы самая высокая сразу после вождения, а скорость снижается в процессе рассеяния. Таким образом, значительное увеличение прочности может произойти за относительно короткое время.
Во время забивки свай в нормально или слабо переуплотненных глинах грунт, окружающий сваю, значительно нарушается, изменяется напряженное состояние и могут создаваться большие избыточные поровые давления. После установки избыточное поровое давление начинает рассеиваться, а это означает, что окружающий грунт вокруг свай начинает уплотняться, поэтому емкость сваи со временем увеличивается. Этот процесс обычно называется настройкой. Скорость рассеивания избыточного порового давления зависит от коэффициента радиальной консолидации, радиуса сваи, характеристик пробки и слоистости грунта.
В наиболее распространенном случае, когда забивные трубчатые сваи, поддерживающие конструкцию, испытывают расчетные нагрузки, приложенные к сваям вскоре после установки, при расчете свай следует учитывать характеристики консолидации во времени. Обратите внимание, что при традиционном монтаже стационарной морской конструкции время между установкой свай и полной загрузкой платформы составляет 1–3 месяца, но если ввод в эксплуатацию и запуск происходят раньше, эта информация должна быть передана в инженерный офис, как ожидается. увеличение емкости со временем является важной переменной конструкции, которая может повлиять на безопасность системы фундамента на ранних этапах процесса консолидации.
Поведение свай, подвергающихся значительным осевым нагрузкам в высокопластичных, нормально затвердевших глинах, изучалось с помощью большого количества модельных испытаний свай и некоторых натурных испытаний свай под нагрузкой.
На основе изучения потери порового давления и данных испытаний под нагрузкой в разное время после забивки свай были получены эмпирические корреляции между степенью консолидации, степенью закупоривания и способностью ствола сваи передавать сдвиг. Это исследование показало, что нет значительного изменения несущей способности закрытых стальных свай со временем в сильно переуплотненной глине. Это противоречит результатам испытаний закрытых стальных свай диаметром 0,273 м (10,75 дюйма) в переуплотненной глине Бомонта, где была обнаружена значительная и быстрая установка за 4 дня, поэтому емкость сваи в конце установки никогда не восстанавливалась полностью.
Поэтому очень важно подчеркнуть, что осевая нагрузка сваи с течением времени находится в стадии исследований и разработок, и нет твердой формулы или уравнения, которым можно было бы следовать. Основное внимание должно быть уделено исследованиям, проведенным в конкретном месте, а также в предыдущей истории этого места.
Методы расчета, применяемые при анализе баз данных
4.2 Процедуры
Расчет емкости сваи в Microsoft Excel состоял из 10 основных шагов.
Введите основную информацию, такую как местоположение участка, уровень грунтовых вод, длину сваи, диаметр, тип, тип нагрузки, измеренную мощность сваи и кривую нагрузка-смещение.
Извлечение интерпретированных данных CPT qc с интервалами 0,1–0,2 м, в зависимости от длины сваи.
Интерпретация слоистости почвы на основе каротажных журналов скважин и профиля CPT.
Назначьте удельный вес для каждого слоя. Значение по умолчанию γ = 19 кН/м 3 применяется, если удельный вес не определен.
Назначьте углы сдвига интерфейса δf для ICP-05 и UWA-05. Для метода API применяются значения β и предельные значения τ на основе таблицы 2.2. Для рыхлого песка углы Kf и δf и пределы τ указанные в API (2000).
Интерполировать CPT qc и γ по интервалам глубины 0,1 м или 0,2 м.
Учитывайте поровое давление воды в слоях почвы ниже уровня грунтовых вод и рассчитайте эффективное свободное поле на каждой глубине.
Оцените номинальную относительную плотность Dr на основе значения CPT qc в соответствии с требованиями API-00. , ICP-05 и NGI-05 различного назначения. В API-2014 Dr используется для определения состояния песка и выбора подходящих параметров для расчетов. В ICP-05 Dr используется для оценки состояния конца сваи, заглушенного или незаглушенного. В NGI-05 для расчета параметра в таблице 2.6 используется Dr.
Усреднить значения qc, используемые в методах CPT. Для ICP-05 и Fugro-05 qc,avg – это среднее значение qc по ± 1,5 D на уровне наконечника. UWA-05 использует голландский метод усреднения, в то время как NGI-05 использует qc, записанный на конце, чтобы найти Dr как указано NGI.
Рассчитать вал (Qs), основание (Qb) и общее количество (Qобщая) емкость свай для этих семи методов. Вслед за Schneider et al. (2008) единичные сопротивления вала в любых тонких слоях глины были приняты равными qt/35 для простоты и согласованности, в которых qt — торцевое сопротивление CPT с поправкой на поровое давление для пьезоконусов.
где Qa – допустимая несущая способность (в кН/м 2 или фунт/фут 2 ), Qu – это предельная несущая способность (в кН/м 2 или фунт/фут 2 ), а FS – коэффициент запаса прочности. Предельная несущая способность Qu – это теоретический предел несущей способности.
Подобно тому, как наклоняется Пизанская башня из-за деформации почвы, инженеры используют эти расчеты при определении веса зданий и домов. По мере того, как инженеры и исследователи закладывают фундамент, они должны убедиться, что их проекты идеально подходят для почвы, которая его поддерживает. Несущая способность является одним из методов измерения этой прочности.Исследователи могут рассчитать несущую способность почвы, определив предел контактного давления между почвой и размещенным на ней материалом.
Эти расчеты и измерения выполняются для проектов, включающих фундаменты мостов, подпорные стены, дамбы и трубопроводы, проходящие под землей. Они опираются на физику грунта, изучая характер различий, вызванных поровым давлением воды материала, лежащего в основе фундамента, и межзерновым эффективным напряжением между самими частицами грунта. Они также зависят от гидромеханики пространств между частицами почвы. Это объясняет растрескивание, просачивание и сопротивление сдвигу самого грунта.
В следующих разделах более подробно рассматриваются эти расчеты и их использование.
Формула несущей способности грунта
Неглубокие фундаменты включают ленточные, квадратные и круглые фундаменты. Глубина обычно составляет 3 метра, что позволяет получить более дешевые, осуществимые и легко переносимые результаты.
Теория предельной несущей способности Terzaghi гласит, что вы можете рассчитать предельную несущую способность неглубоких сплошных фундаментов Qu с помощью
где c — сцепление грунта (в кН/м 2 или фунт/фут 2 ), г — эффективная удельная масса грунта (в кН/м 3 или фунт/фут 3 ), D – глубина фундамента (в м или футах), а B – ширина фундамента (в м или футах).< /p>
Для неглубоких квадратных фундаментов уравнение Qu с
и, для неглубоких круглых фундаментов, уравнение
В некоторых вариантах буква g заменяется на γ.
Другие переменные зависят от других вычислений. Nq
для всех остальных значений ф' Ng равно:
Kpg получается путем построения графика величин и определения того, какое значение Kpg учитывает наблюдаемые тенденции. Некоторые используют Ng = 2(Nq+1)tanф'/(1+.4sin4ф') в качестве приближения без необходимости вычисления Kpg.
Могут быть ситуации, в которых грунт имеет признаки локального разрушения при сдвиге. Это означает, что прочность грунта не может быть достаточной для фундамента, потому что сопротивление между частицами в материале недостаточно велико. В этих ситуациях предельная несущая способность квадратного фундамента составляет Qu = 0,867c Nc + g DNq + 0,4 g BNg , is непрерывного основания Qu = 2/3c Nc + g D Nq + 0,5 g B Ng и круглого основания Qu = .867c Nc + g DN q + 0,3 г BNg.
Методы определения несущей способности грунта
К фундаментам глубокого заложения относятся опорные фундаменты и кессоны. Уравнение для расчета предельной несущей способности этого типа грунта: Qu = Qp + Qf где Qu – предельная несущая способность (в кН/м 2 или фунт/фут 2 ), Qp< /sub> – теоретическая несущая способность конца фундамента (в кН/м 2 или фунт/фут 2 ) и Qf - теоретическая несущая способность из-за трения вала между валом и почвой. Это дает вам другую формулу несущей способности почвы
Вы можете рассчитать теоретическую допустимую нагрузку на торцевой подшипник (наконечник) фундамента Qp как Qp = A< sub>pqp, где Qp – теоретическая несущая способность концевого подшипника. (в кН/м 2 или фунт/фут 2 ) и Ap – эффективная площадь наконечника (в м 2 или футах 2 ).
Теоретическая единица несущей способности несвязных илистых грунтов qp составляет qDNq и, для связных грунтов, 9c, (в кН/м 2 или фунт/фут 2 ). Dc – критическая глубина свай в рыхлом иле или песке (в метрах или футах). Это должно быть 10B для рыхлых илов и песков, 15B для илов и песков средней плотности и 20B для очень плотных илов и пески.
Для способности трения обшивки (вала) свайного фундамента теоретическая несущая способность Qf составляет Afqf для одного однородного слоя почвы и pSqfL для более чем одного слоя почвы. В этих уравнениях Af – эффективная площадь поверхности ствола сваи, qf kstan(d), теоретическая единица сопротивления трения для несвязных грунтов (в кН/м 2 или фунт/фут), в которой k – это боковое давление грунта, s – эффективное давление на вскрышные породы, d – угол внешнего трения (в градусах). S – это сумма различных слоев почвы (т. е.a1 + a2 + . + an).
Для илов эта теоретическая емкость составляет cA + kstan(d) , где cA – адгезия. Он равен c, сцепления грунта для шероховатого бетона, ржавой стали и гофрированного металла. Для гладкого бетона значение составляет от .8c до c, а для чистой стали – от .5c до .9c. p – периметр поперечного сечения сваи (в м или футах). L – эффективная длина сваи (в метрах или футах).
Для связных грунтов qf = aSu, где a – адгезия коэффициент, измеряемый как 1–.1(Suc) 2 для Suc менее 48 кН/м 2 , где Suc = 2c – прочность на сжатие без ограничений (в кН/м 2 или фунт/фут 2 ). Для Suc, превышающего это значение, a = [0,9 + 0,3(Suc - 1)]/S uc.
Что такое фактор безопасности?
Коэффициент безопасности варьируется от 1 до 5 для различных целей. Этот фактор может учитывать величину ущерба, относительное изменение шансов провала проекта, сами данные о грунте, конструкцию допусков и точность расчетных методов анализа.
Для случаев разрушения при сдвиге коэффициент безопасности варьируется от 1,2 до 2,5. Для плотин и насыпей коэффициент запаса колеблется от 1,2 до 1,6. Для подпорных стен - от 1,5 до 2,0, для шпунтовых - от 1,2 до 1,6, для раскосных котлованов - от 1,2 до 1,5, для распорных фундаментов - от 2 до 3, для матовых - от 1,7 до 2,5. В отличие от этого, в случаях сбоя просачивания, когда материалы просачиваются через небольшие отверстия в трубах или других материалах, коэффициент безопасности составляет от 1,5 до 2,5 для подъема и от 3 до 5 для трубопровода.
Инженеры также используют эмпирические правила для коэффициента безопасности: 1,5 для подпорных стен, перевернутых с гранулированной обратной засыпкой, 2,0 для связной обратной засыпки, 1,5 для стен с активным давлением грунта и 2,0 для стен с пассивным давлением грунта. Эти факторы безопасности помогают инженерам избежать сбоев при сдвиге и просачивании, а также того, что грунт может двигаться из-за несущих на нем подшипников.
Практические расчеты несущей способности
Вооружившись результатами испытаний, инженеры рассчитывают, какую нагрузку может безопасно выдержать грунт. Начиная с веса, необходимого для сдвига грунта, они добавляют коэффициент безопасности, чтобы конструкция никогда не прикладывала достаточный вес для деформации грунта. Они могут регулировать площадь основания и глубину фундамента, чтобы оставаться в пределах этого значения. Кроме того, они могут уплотнять грунт, чтобы повысить его прочность, например, с помощью катка для уплотнения рыхлого наполнителя дорожного полотна.
Методы определения несущей способности грунта включают максимальное давление, которое фундамент может оказать на грунт так, чтобы приемлемый коэффициент запаса прочности при сдвиге был ниже фундамента, а допустимая общая и дифференциальная осадки были соблюдены.
Предельная несущая способность – это минимальное давление, которое может привести к разрушению опорного грунта при сдвиге непосредственно под фундаментом и рядом с ним. Они учитывают прочность на сдвиг, плотность, проницаемость, внутреннее трение и другие факторы при строительстве конструкций на грунте.
Инженеры используют эти методы определения несущей способности грунта по своему усмотрению при выполнении многих из этих измерений и расчетов. Эффективная длина требует от инженера выбора, где начинать и где заканчивать измерения. В качестве одного из методов инженер может использовать глубину сваи и вычесть любые нарушенные поверхностные грунты или смеси грунтов. Инженер также может измерить ее как длину сегмента сваи в одном слое грунта, который состоит из многих слоев.
Что вызывает стресс в почве?
Инженерам необходимо рассматривать почвы как смеси отдельных частиц, которые перемещаются относительно друг друга. Эти единицы грунта можно изучить, чтобы понять физику этих движений при определении веса, силы и других величин в отношении зданий и проектов, которые инженеры строят на их основе.
Разрушение при сдвиге может быть вызвано нагрузками на почву, которые заставляют частицы сопротивляться друг другу и рассеиваться таким образом, что это наносит ущерб зданию. По этой причине инженеры должны быть осторожны при выборе конструкций и грунтов с соответствующей прочностью на сдвиг.
Круг Мора позволяет визуализировать касательные напряжения на плоскостях, имеющих отношение к строительным проектам. Круг напряжений Мора используется при геологических исследованиях грунтов. Он заключается в использовании образцов грунтов цилиндрической формы, при которых на слои грунтов действуют радиальные и осевые напряжения, рассчитанные с помощью плоскостей. Затем исследователи используют эти расчеты для определения несущей способности грунтов в фундаментах.
Классификация почв по составу
Исследователи в области физики и техники могут классифицировать почвы, пески и гравий по их размеру и химическому составу. Инженеры измеряют удельную площадь поверхности этих компонентов как отношение площади поверхности частиц к массе частиц, что является одним из методов их классификации.
Кварц является наиболее распространенным компонентом ила и песка, а также слюдой и полевым шпатом. Глинистые минералы, такие как монтмориллонит, иллит и каолинит, образуют листы или структуры, которые имеют пластинчатую форму с большой площадью поверхности. Эти минералы имеют удельную поверхность от 10 до 1000 квадратных метров на грамм твердого вещества.
Эта большая площадь поверхности обеспечивает химическое, электромагнитное и ван-дер-ваальсово взаимодействие. Эти минералы могут быть очень чувствительны к количеству жидкости, которая может проходить через их поры. Инженеры и геофизики могут определять типы глин, присутствующих в различных проектах, чтобы рассчитать влияние этих сил и учесть их в своих уравнениях.
Почвы с высокоактивными глинами могут быть очень неустойчивыми, поскольку они очень чувствительны к жидкости. Они набухают в присутствии воды и сжимаются в ее отсутствии. Эти силы могут вызвать трещины в физическом фундаменте зданий. С другой стороны, с материалами, представляющими собой низкоактивные глины, образующиеся при более стабильной активности, гораздо легче работать.
Читайте также: