ПР 4 Свайные работы. Методические указания к практической работе Расчет параметров организации и производства свайных работ
 Скачать 164 Kb.
|
|
Министерство образования и науки РФ ФГБОУ ВПО «БРЯНСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ ИНЖЕНЕРНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ АКАДЕМИЯ» Кафедра «Строительное производство»МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯк практической работе «Расчет параметров организации и производства свайных работ» по дисциплинам направления подготовки 270100 «Строительство» Брянск – 2012 Министерство образования и науки РФ ФГБОУ ВПО «БРЯНСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ ИНЖЕНЕРНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ АКАДЕМИЯ» Кафедра «Строительное производство»Утверждено Научно- методическим Советом БГИТА Протокол №________ «_____» ____________ «______» МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯк практической работе «Расчет параметров организации и производства свайных работ» по дисциплинам направления подготовки 270100 «Строительство» Брянск – 2012 Составитель: Новиков В.А., доцент кафедры «Строительное производство» БГИТА Рецензент: доцент к.т.н. Рубцов А.В. кафедры «Строительные конструкции» БГИТА Рекомендованы учебно-методической комиссией строительного факультета, протокол №___ от ___________. Содержание
Введение Свайные фундаменты во многих случаях строительства зданий и сооружений с учетом затрат на строительство, а тем более с учетом последующих эксплуатационных затрат обладают наименьшей себестоимостью по сравнению с другими типами фундаментов. /В слабых грунтах замена ленточных бетонных фундаментов на свайные сокращает объем земляных работ на 70-85%, сокращает расход бетона на 25-40%/. В настоящее время устройство свайных фундаментов относится к высокоме-ханизированным индустриальным строительным работам. Удельный вес свайных фундаментов составляет около 27% от общего объема фундаментов /по видам строительства: до 40% в промышленном, до 50-70% в жилищном/. Наиболее массовыми по применению /88-90%/ являются забивные сваи, хотя экономически целесообразным является возрастание /очевидно с уменьшением объема традиционных забивных полнотелых квадратных свай в 1,5-2 раза/ удельного веса прогрессивных видов свай: предварительно-напряженных, пирамидальных, свай-колонн, составных, набивных, свай с переменным сечением по длине, безростверковых свайных фундаментов, тавровых и пирамидальных свай с консолями для зданий и сооружений с распорными нагрузками, свай с развернутым поперечным сечением, полых квадратных и круглых. На стадии проектирования производства свайных работ решаются задачи: расчеты объемов, сроков и стоимости работ, вида и количества сваебойных машин, определение технологической структуры процесса устройства свайного фундамента, параметров технологического и конструктивного контроля обеспечения заданных /проектных/ свойств фундамента, например, его несущей способности, технико-технологических параметров работы машин /производительность, энергия удара и др./, обоснование технологической схемы /последовательности и направлений/ устройства свай по полю. 2 Цель занятия Целью занятия является ознакомление с методиками решения ряда задач проектирования работ по устройству свайных фундаментов: расчету сваебойного молота, технически обеспечивающему забивку проектных свай, расчету глубины погружения свай, обеспечивающей их проектную несущую способность. 3 Расчет сваебойного молота 3.1 Теоретическая часть Расчет варианта молота и в целом варианта сваебойного оборудования для производства работ, как и расчет многих задач о “ресурсах” выполняется за несколько этапов. На первом /экспертном/ этапе оцениваются возможности подрядчика по применению различных марок оборудования, соответствие технических характеристик /параметров/ и технологических свойств сваебойных машин параметрам и конструкции свай, грунтовым и климатическим условиям, возможностям реализовать рациональную схему забивки свайного поля, ряд других условий. Далее оцениваются технические возможности применения вариантов сваебойных машин, производится их сравнительный экономический анализ с расчетом наиболее эффективной машины /или комплекта машин/. В дальнейшем, зная объемы работ, требуемые сроки производства работ рассчитывают требуемое количество машин, разрабатывают технологическую схему их работы на поле; определяют значения контролирующих параметров. Для забивки свай и шунта применяют: копры /на рельсовым, гусеничном и автомобильном ходу, на базе тракторов, экскаваторов, автомобилей/, сменное копровое оборудование к базовым машинам-кранам, экскаваторам и тракторам /включает копровую стрелу и рабочий орган-молот/, вибропогружатели. Рабочий орган в составе перечисленных машин и оборудования - молот. Применяют ряд типов молотов. Механические /подвесные/ - железобетонная или механическая болванка, ударное действие которой создается за счет энергии свободного ее падения на голову сваи пол действием силы тяжести /применяют редко – при отсутствии других молотов и малых редких объемах работ/. Паровоздушные: простого действия /пар или сжатый воздух от дополнительных машин-компрессоров используется для подъема ударной части молота, падение ее происходит под действием собственного веса/ и двойного действия. Наиболее распространены молоты простого действия /МПВП-3000, МПВП-4250, МПВП-6500/ МПВП-800 – с ручным управлением паровоздухораспределительным устройством – посредством каната; СССМ-570, С-276, СССМ-680 – с полуавтоматическим управлением – выхлоп пара, воздуха происходит автоматически, впуск – вручную; С-811А, С-812А – с автоматическим управлением/. Дизельные молоты: штанговые и трубчатые – ударное действие на сваю создается взрывом топливной горючей смеси. /Штанговые молоты с воздушным охлаждением СП-60 /ДМ-240/, СП-65 /С-330Б/, трубчатые с воздушным охлаждением С-859А, С-949А, С-954А, С-977А, трубчатые с водяным охлаждением С-995А /СП-40А/, С-996А /СП-42А/, С –1047А /СП-47А/, С-1048А /СП-48А/, СП-54-1/. Гидравлические молоты простого и двойного действия /аналогично паровоздушным молотам, рабочей жидкостью является гидравлическое масло/. Вибромолоты. Зарубежные молоты /с гидропневматическим приводом, с гидромеханическим приводом/. Технические характеристики молотов приведены в приложении I. Молот для забивки свай рассчитывают по методике, изложенной в СНиП 3.02.01.-87 “Земляные сооружения, основания и фундаменты”. Методика основана на известных зависимостях между минимальной массой молота и массой свай, массой молота и несущей способностью сваи. а/ Определяется необходимая для погружения сваи минимальная энергия удара молота: Еh = 0,045 N, кДж / 1 / где N – расчетная нагрузка, передаваемая на сваю кН. /1 кгс. м = 9,807 Дж ≈10 Дж = 10 -2 кДж/. б/ Определяется расчетная энергия молота Еd для типов молотов: подвесных и паровоздушных одиночного действия – Еd = Ст Н, кДж / 2 / трубчатых дизель молотов – Еd = 0,9 Ст Н, кДж / 3 / штанговых дизель молотов – Еd = 0,4 Ст Н, кДж / 4 / паровоздушных двойного действия – согласно паспортным данным. где Ст – вес ударной части паровоздушного или дизель-молотов, или вес подвесного молота, кН. Н – фактическая высота падения ударной части молота м. /При выборе молотов принимается на стадии окончания забивки свай для трубчатых дизель-молотов Н=2,8м; для штанговых при массе ударной части 1250, 1800 и 2500 кг соответственно 1,7; 2 и 2,2 м для паровоздушных – табл.1, прил.А. в/ Проверяют условие: Еd ≥ Еh / 5 / г/ Тип молота, удовлетворяющий условию /5/ проверяют на 5условие: m1 + m2 + m3 К = ——————— ≤ KT ; т/кДж, / 6 / Ed где m1 – полная масса молота, т; m2 – масса сваи с наголовником, т; m3 – масса надбавка, т /для деревянных свай/, К – коэффициент соотношения масс тел и энергии для их перемещения или коэффициент применимости молота, Кт – то же по таблице СНиП. При расчете варианта молота для забивки наклонных свай энергию удара молота Еh следует определять умножением на коэффициент К1, значение которого 11; 115; 1,25; 1,4 принимают соответственно для свай с наклоном 5:1; 4:1; 3:1; 2:1. Значение коэффициента Кт в выражении /6/ принимается в зависимости от типа молота, материала свай по таблице 1. /СНиП 3.02.01-87/. Таблица 1 – Значение коэффициента Кт т/кДж
Примечание: При забивке стального шунта, свай любого типа с подмывом, свай и стальных труб с открытым нижним концом указанное значение /К/ увеличивают в 1,5 раза. Если условию /6/ удовлетворяет ряд молотов, то наиболее приемлемым для производства работ считают тот, для которого расчетное значение /К/ наиболее близко к табличному /табл. 1 /. 3.2 Пример расчета Условие: Рассчитать марку молота для забивки железобетонных свай в суглинок средней плотности. Длина свай 6 м, масса с наголовником 1500 кг. Расчетная нагрузка на сваю N = 400 кН. Решение: 3.2.1 Минимально-необходимая энергия удара Еh = 0,045 * 400 = 18 кДж Из справочников по свайным работам /например, Свайные работы /М.И. Стородинов., А.И. Егоров., Е.М. Губанов и др./ Под ред. М.И. Стородинова – 2-е изд. – М.: Стройиздат, 1988-223с подбираем варианты молотов: СССМ-570 с энергией Е одного удара согласно технической характеристике 27 кДж /паровоздушный одиночного действия/, С-232 с энергией Е удара 18 кДж /паровоздушный молот двойного действия/, С-995А с наибольшей энергией Е удара 22 кДж /трубчатый дизель-молот/. 3.2.2 Расчетная энергия удара выбранных молотов: Молот СССМ-570 Еd = Ст* Н = 18 * 1,5 = 28 кДж ≥ Еh = 18 кДж Молот С-232 Еd = Е = 18 кДж = Еh = 18 кДж Молот С-995А Еd = 0,9 Ст Н = 0,9* 12,5* 2,8 = 31,5 кДж > Eh = 18 кДж Таким образом, все молоты удовлетворяют условию / 5 /. 3.2.3 Проверка по условию / 6 /: Молот СССМ-570 К = (2,7 + 1,5)/ 27 = 0,16 Кт = 0,5 Молот С-232 К = (4,65 + 1,5)/ 18 = 0,34 Кт = 0,6 Молот С-995А К = (2,9 + 1,5)/ 31,5 = 0,14 Кт = 0,6 Все молоты также удовлетворяют условию / 6 /, однако у молота С-232 значение /К/ наиболее близко к табличному /Кт/. Обобщенная экспертная оценка результатов расчета позволяет в качестве наиболее рационального принять молот С-232. 4 Расчет контрольного “отказа” при забивки сваи 4.1 Теоретическая часть Основным требованием к качеству погружения сваи является достижение ею проектной несущей способности. Для установления несущей способности сваи в процессе производства работ применяют динамический метод испытания, основанный на корреляционной зависимости сопротивления сваи и отказа. Отказ – величина погружения сваи от одного удара, или среднее арифметическое от серии ударов – залога, например, 10 ударов – для подвесных молотов и молотов одиночного действия /для молотов двойного действия и вибропогружателей принимают число ударов или работу оборудования в течении 2 мин./. Фактический отказ, зафиксированный в процессе контролируемого погружения сваи /испытания/, сравнивается с расчетным /проектным/. Отказ замеряется в конце погружения сваи с точностью до 1 мм не менее чем от трех последовательных залогов. В зависимости от требований проекта при длине сваи до 25 м /СНиП 3.02.01.-87/ динамическим испытаниям в процессе работ подвергаются 5-20 свай в характерных точках свайного поля. До начала погружения сваи размечают для контроля глубины погружения, начиная от нижнего конца. Первые риски наносят через 1 м, потом через 0,5 м, в верхней части – через 0,1 м. Против рисок записывают длину сваи от нижнего конца. В процессе погружения сваи в грунт растет ее несущая способность и величина погружения сваи с каждым ударом установившейся мощности уменьшается. Забивку заканчивают после достижения среднего отказа от трех последовательных залогов, не превышающего расчетного. В процессе динамических испытаний свай ведутся журналы, в которых отражаются все параметры контролируемой забивки свай, в т. ч. глубина и длительность /чистая/ погружения свай, число ударов молота. Свая, не давшая расчетного /проектного/ отказа, подвергается контрольной добивке после “отдыха” и засасывания ее в грунт в течение 6 суток – для глинистых и разнородных грунтов, 10 суток – для водонасыщенных мелких и пылеватых грунтов. Сваи давшие “ложный” отказ, не допогруженные на 10-15 % длины, подвергают обследованию с целью устранения причин, затрудняющих забивку. В случае, если отказ при контрольной добивке превысит расчетный, проектная организация должна провести уточнение проектного решения свайного фундамента и провести статические испытания свай /ГОСТ 5686-78/. В качестве контролируемого параметра вместо проектного значения отказа может быть принята проектная отметка /глубина/ погружения сваи /устанавливается проектом – для слабых грунтов с несущей способностью сваи не более 200 кН/. Контрольный расчетный отказ Sa определяют по формуле: η A Ed m1 + E2 (m2 + m3) Sa = ——————— * ————————— = (м) / 7 / Fd (Fd + η A) m1 + m2 + m3 где η – коэффициент, в зависимости от материала свай /табл. 2 СНиП 3.02.01-87/, кН/м2, 1500 – для железобетонных свай с наголовником, 1000 – для деревянных свай без подобабка, 800 – для свай деревянных с подобабком; Fd – несущая способность сваи по проекту, кН; A – площадь, ограниченная наружным контуром поперечного сечения сваи, м2; E2 – коэффициент восстановления удара /для молотов ударного действия и свай железобетонных и деревянных, свай- оболочек/, равен 0,2. Несущая способность сваи Fл может быть определена через расчетную нагрузку N, передаваемую на сваю: Fd = k N , кН где k – коэффициент надежности /1,4 СНиП 2.02.03-85, п.3.9/. Отказ, определенный по формуле /7/ должен превышать 0,002 м, если это условие не выполняется, то делается дополнительный уточненный расчет отказа по СНиП 3.02.01- 87 /приложение 4/ и анализируются дополнительные мероприятия по применению подмыва, лидерных скважин и др. /п.11.2 СНиП 3.02.01-87/. 4.2 Пример расчета Условие: Фундаменты здания запроектированы свайные. Сечение свай 25х25 см, длина 5 м, несущая способность сваи 200 кН. Определить контрольный отказ свай при их забивке трубчатым дизель-молотом воздушного охлаждения С-859 А. Масса наголовника 50 кг. Расчет: Используя выражение /7/ величина отказа:  0,06 м > 0,002 м, следовательно расчет удовлетворительный, где: А = 0,25* 0,25 = 0,0625 м2, – площадь по наружному контуру поперечного сечения сваи; Fd = 0,9 * 18 * 2,8 = 45,36 кДж – расчетная энергия удара молота. Технические характеристики молота – по табл. 2 приложения 1. m2 = m2′ + m2′′ = 0,25 * 0,25 * 5 * 2,5 т/м3 + 0,05 = 0,83 т, где: m2′ – масса сваи; 2,5 т/м3 – объемная масса железобетона; m2′′ = 0,05 т – масса наголовника. Литература
Приложение АОсновные технические характеристики молотовТаблица 1 – Паровоздушные молоты
Таблица 2 – Дизель-молоты
Примечание: дизель-молоты с подвижными штангами /СП-60/ отличаютсямалой массой, предназначены для забивки легких деревянных свай /длиной до 8 м/ Приложение Б Бланк оформления отчёта Группа___________________ Студент __________________ Практическая работа № «Расчет параметров организации и производства свайных работ» Исходные данные: Марка сваи ______________________________________ Длина сваи ______________________________________ м Сечение сваи ____________________________________ м Масса сваи ______________________________________ т Масса наголовника _______________________________ кг Расчетная нагрузка _______________________________ кН Несущая способность _____________________________ кН Задача № 1 Выбрать тип молота для забивки свай Решение: 1.1 Необходимую минимальную энергию удара Еh, кДж, определяемую по формуле:  ;где N – расчетная нагрузка, передаваемая на сваю, по проекту (заданию), кН. Еh = = кДж ---------------------------------- Из справочников по свайным работам подбираем 3 типа молотов согласно их технических характеристик с энергией одного удара не менее полученного по расчету. Значения необходимой минимальной энергии удара __________кДж. а)_____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ б)_____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ в)_____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ 1.2 Определяем расчетную энергию удара выбранных молотов по формулам приведенным в табл.3 прилож.5 СНиП 3.02.01-87 стр.115 а) б) в) По расчетной энергии удара удовлетворяют требованиям условия (1) СНиП 3.02.01-87 стр.112 Еd  Еh молоты: а) б) в) 1.3 Проверяем соответствие принятых для дальнейшего расчета молотов по условию (2) СНиП 3.02.01.-87 стр112.  ;где К – коэффициент применяемости молота, значения которого приведены в табл.1 СНиП 3.02.01.-87 стр.112  – масса молота, т;  – масса сваи и наголовника, т; – масса подбабка, (для деревянных свай) т.а) Табличное значение К= б) Табличное значение К= в) Табличное значение К= Молоты ______________ ______________ _____________ удовлетворяют данному условию, однако у молота __________________ значение К наиболее близкое к табличному. Обобщенная экспертная оценка результатов расчета позволяет в ка- честве наиболее рационального принять молот ___________________ Задача № 2 Определить значение контрольного остаточного отказа sa, м, при забивке сваи. Решение: 2.1 Контрольный расчетный отказ sa, м, в зависимости от энергии удара Еd выбранного молота, определяем по формуле (4) СНиП 3.02.01.-87 стр.114.  где  - коэффициент, принимаемый по таблице 2 СНиП 3.02.01-87 стр.115 в зависимости от материала сваи, кН/м2;А – площадь, ограниченная наружным контуром сплошного или полого поперечного сечения ствола сваи, м2; Fd – несущая способность сваи по проекту (заданию), кН, а также может быть определенна через расчетную нагрузку N, передаваемую на сваю   - коэффициент надежности принимаемый по СНиП 2.02.03-85 п.3.10 и равен 1,4 – коэффициент восстановления удара, принимаемый при забивке ж/б свай и свай – оболочек молотами ударного действия с применением наголовника с деревянным вкладышем  = 0,2 ; – масса молота, т; – масса сваи и наголовника, т; – масса подбабка, т. = kH = мЕсли значение остаточного отказа  < 0,002 м, то следует предусмотреть применение для погружения свай молота с большей энергией удара, при которой остаточный отказ будет > 0,002 м.Вывод: В конце погружения свай молотом расчетное значение отказа свай должно быть равно ______________________ м.Василий Алексеевич Новиков Методические указанияк практической работе «Расчет параметров организации и производства свайных работ» по дисциплинам направления подготовки 270100 «Строительство» Формат 60х84 1/16 Объём 1,3 п.л. Брянская государственная инженерно-технологическая академия Брянск, Станке Димитрова, 3 Редакционно-издательский отдел Подразделение оперативной печати | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||