РАСЧЕТ СВАЙНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ ОПОР

E.1 Рекомендации настоящего раздела содержат методику расчета свайных элементов опор мостов на действие сжимающей и поперечной сил и изгибающего момента, отражающую особенности взаимодействия элементов с вечномерзлыми и немерзлыми грунтами.

Е.2 В расчете свайных элементов (свай, свай-оболочек, свай-столбов) опор (за исключением расчета осадки от постоянных нагрузок) за расчетную поверхность грунта принимают:

- для элементов промежуточных опор - естественную поверхность грунта, а при срезке грунта или возможности размыва - поверхность грунта соответственно после срезки или местного размыва при расчетном расходе;

- для элементов устоев - естественную поверхность грунта, а при наличии ранее отсыпанной или намытой насыпи, сквозь которую они были погружены, - ее поверхность;

- для элементов устоев - естественную поверхность грунта, а при наличии насыпи или насыпи, возведенной намывом, - ее поверхность.

В случае очень слабого верхнего слоя грунта (илы, текучие или текучепластичные глины, суглинки или супеси) за расчетную поверхность грунта у устоя принимается подошва этого слоя.

При расчете свайных элементов (за исключением расчета осадки от постоянных нагрузок) немерзлые (в том числе оттаявшие), а также и пластичномерзлые грунты, окружающие элементы рассматриваются условно как упругая линейно-деформируемая среда, характеризуемая коэффициентом постели, нарастающим пропорционально глубине.

Коэффициент постели С_z, кН/м³ (тс/м³), грунта по боковой поверхности элемента определяют по формуле

C_z = kz, (E.1)

где k -коэффициент пропорциональности, характеризующий изменение с глубиной коэффициента постели грунта, окружающего элемент, кН/м⁴ (тс/м⁴);

z - глубина расположения сечения сваи, для которой определяется коэффициент постели, м, по отношению к расчетной поверхности грунта, при высоком ростверке или к подошве низкого ростверка.

Значение коэффициента постели С_п, кН/м³ (тс/м³), нескального грунта под подошвой элемента, погружаемого любым способом (кроме забивного или бурозабивного), принимается равным

, (Е.2)

но не менее

, (Е.2)

где k_п- коэффициент пропорциональности, характеризующий изменение с глубиной коэффициента постели грунта, расположенного под подошвой элемента, кН/м⁴ (тс/м⁴);

d₁ - глубина расположения подошвы элемента по отношению к расчетной поверхности грунта, м;

b_п - размер подошвы элемента, принимаемый равным при наличии уширения в нижней части наибольшему поперечному размеру уширения, а при отсутствии уширения - толщине (диаметру) элемента, м.

Е.3 Значения коэффициентов пропорциональности k и k_п для немерзлых и пластичномерзлых грунтов принимают по таблице Е.1 в зависимости соответственно от вида грунта окружающего элементы, или от вида грунта, расположенного под их подошвой.

Таблица Е.1 - Значения коэффициентов пропорциональности k и k_п

Меньшие значении коэффициентов k и k_п в таблице Е.1 соответствуют наибольшим значениям показателя текучести I_L глинистых грунтов к коэффициентам пористости е песчаных грунтов, указанным в скобках после наименования грунта, а большие значения k и k_п -соответственно более низким значениям I_L и е. Для грунтов, имеющих промежуточные значения I_L и е, значения коэффициентов k и k_п принимают по интерполяции Если степень текучести глинистых грунтов характеризуют не численно, а по наименованию, и пески считают как средней плотности, то коэффициенты k и k_п принимают равными средним арифметическим из указанных в таблице Е.1 пределов соответствующих значений для данного вида грунта.

Коэффициенты k и k_п для плотных песков принимают на 20 % выше, чем наибольшие табличные значения для данного вида грунта.

Е.4 При наличии в пределах глубины погружения элемента нескольких слоев немерзлого или пластичномерзлого грунта допускается при определении сопротивления грунта по боковой поверхности элемента пользоваться одним приведенным значением коэффициента k. Если в пределах глубины погружения d_k, м, отсчитываемой от расчетной поверхности грунта, расположен один слой грунта, то приведенное значение k принимают равным значению, соответствующему этому грунту.

Здесь d_k = 3,5b + 1,5, (E4)

где b - толщина (диаметр) свайного элемента, м.

Если в пределах глубины d_k расположено два слоя грунта, то приведенное значение k надлежит определять по формуле

, (Е.5)

а если три слоя, то по формуле

, (Е.6)

где d_I - толщина I-го (верхнего) слоя грунта, м;

d_II и d_III -толщины II-го и III-гo слоев грунта (в пределах d_k), м;

k_I, k_II и k_III - значения коэффициентов пропорциональности k для грунтов I, II и III слоев.

Е.5 В расчете принимают, что давления от боковой поверхности элемента на немерзлый или пластичномерзлый грунт передаются по плоской грани шириной b_р (расчетной ширине элемента), давления от нижнего конца элемента - по плоской подошве с размером, равным толщине (диаметру) поперечного сечения элемента, а при наличии уширения в нижней его части - наибольшему диаметру уширения.

Расчетную ширину b_р, м, принимают

а) для свай

b_р = к_ф(1,5b + 0,5), (Е.7)

б) для свай-столбов

b_р = (b + 1)к, (Е.8)

где b - толщина (диаметр) элемента, м,

к_ф - коэффициент, при круглой форме поперечного сечения элемента к_ф = 0,9, а при квадратной к_ф = 1;

к - коэффициент, принимаемый

, (Е.9)

при к£1.

Здесь к₁ - коэффициент, зависящий от количества элементов п_p в одной вертикальной плоскости действия нагрузки;

а_р - среднее расстояние в свету (на уровне расчетной поверхности грунта) между элементами, расположенными в рассматриваемой плоскости, м.

Значения к₁ принимают равными 1; 0,6; 0,5 при п_p соответственно 1; 2; 3.

Если в разных вертикальных плоскостях, параллельных плоскости действия нагрузки (разных рядах), расположено разное количество столбов, коэффициент к принимают одинаковым для всех столбов и равным меньшему из значений, полученных для разных рядов. При расположении столбов в шахматном порядке и при расстояниях между осями соседних рядов, параллельных плоскости действия нагрузки, меньших (b + 1), м, значение к устанавливают как для приведенного ряда, полученного проектированием столбов на плоскость действия нагрузки (рисунок Е.1).

Рисунок E.1 - Схема к определению коэффициента к при шахматном расположении столбов:

1 - плоскость действия нагрузки; 2 - приведенный ряд; 3 - план расположения столбов или свай

E.6 При немерзлых грунтах основания или мерзлых грунтах, используемых по принципу II (за исключением случаев, когда элементы, погруженные через толщу померзлого грунта, заделаны в используемый по принципу I грунт), следует принимать глубину заложения d_д, м, элемента в грунте, считая от расчетной поверхности грунта.

В расчете допускается не учитывать сопротивление грунта основания повороту и поперечному смещению подошвы элемента.

Е.7 Если нижние концы элементов заделаны в грунты основания, используемые по принципу I, глубину заложения d, м, элементов в немерзлом или пластичномерзлом грунте, считая от расчетной поверхности грунта, следует принимать:

d = d′ + Dd, (Е.10)

где d′ - глубина, считая от расчетной поверхности грунта, расположения верхней границы вечной мерзлоты (ВГВМ)*, м;

Dd - дополнительная глубина, определяемая соответственно по п. Е.8, м.

________________

*Здесь и далее верхняя граница вечной мерзлоты (ВГВМ) принимается в уровне расчетной глубины сезонного оттаивания.

Элементы в сечении на глубине d рассматриваются жестко защемленными против продольного и поперечного смещения и поворота.

Е.8 При использовании грунтов основания по принципу I дополнительную глубину Dd (см. п. Е.7) определяют по формуле

Dd = Dd_t + к_рb, (Е.11)

где Dd_t - толщина слоя пластичномерзлого грунта, равная расстоянию от ВГВМ до наивысшей отметки, ниже которой грунт при расчетной (максимальной) температуре находится в твердомерзлом состоянии, м;

к_р - безразмерный коэффициент;

b - толщина (диаметр) элемента, м.

Значения Dd_t и к_р определяют в соответствии с мерзлотно-грунтовыми условиями участка с использованием графика (рисунок Е.2) изменения расчетных температур t_max по глубине 2 м, отсчитываемой от ВГВМ, и таблицы Е.2, в которой для грунтов со степенью заполнения пор льдом и незамерзающей водой S_r£0,8 и с засоленностью, не превышающей 0,1 % для песков и 0,25 % для глин, приведены значения температуры t, при которых грунты переходят в твердомерзлое состояние.

Рисунок Е.2 - График изменения расчетных температур t_max по z_м (для случая расположения плиты фундамента над расчетной поверхностью грунта):

ВМГ - кровля вечномерзлых грунтов; УЖЗ - уровень жесткой заделки

Если в неоднородной вечномерзлой толще расчетные температуры верхних слоев грунта выше, а нижних слоев ниже, чем значения температур, приведенных для этих грунтов в таблице Е.2, то Dd_t определяют как расстояние от ВГВМ до кровли первого по глубине слоя, расчетная температура в котором ниже табличного значения t для грунта этого слоя (см. рисунок Е.2, левый). При этом принимают в зависимости от разности Dt абсолютных значений расчетной температуры на уровне кровли слоя грунта, удовлетворяющего указанному условию, и температуры, приведенной в таблице Е.2 для грунта этого слоя:

K_р = 1 при Dt<0,2 °С;

K_р = 0,5 при 0,2£Dt£0,5 °С;

K_р = 0 при Dt³0,5 °С.

В остальных случаях значение Dd_t определяют по графику t_max = f(z_м)как глубину z_м, на которой расчетная температура равна табличному значению температуры t для данного вида грунта (см. рисунок Е.2, правый). При этом следует принимать К_р = 1.

Таблица Е.2 - Значение температуры t

Приложение Ж

(обязательное)