ĆWICZENIA PROJEKTOWE Z MECHANIKI GRUNTÓW

I FUNDAMENTOWANIA

projekt nr 2

temat:

Zaprojektować ławę na palach pod ścianę

murowaną grubości 58 cm.

AKADEMIA TECHNICZNO-ROLNICZA

w BYDGOSZCZY

wykonał:

Sebastian Bednarski

Wydział Budownictwa

K.B.I., grupa B

SPIS TREŚCI

1. Dane do projektu.

1. Dane do projektu.

2. Uzasadnienie posadowienia na palach.

Na wybór rodzaju posadowienia projektowanego budynku wpłynęły następujące czynniki:

• projektowany budynek jest halą przemysłową (budynek o dużej powierzchni, o konstrukcji ramy żelbetowej statycznie niewyznaczalnej)

• dla zadanych warunków gruntowych warstwy gruntu uznane za nośne rozpoczynają się dopiero od głębokości 4,80 m, powyżej tego poziomu znajdują się grunty słabe (Pd luźny, Pπ luźny, Pg o miąższości 0,50 m jest dobrym gruntem, ale jednak może osiąść pod wpływem odkształceń niżej leżącej warstwy Pπ).

• zastosowanie posadowienia na palach spowoduje polepszenie właściwości podłoża gruntowego, tzn: grunty luźne zostaną częściowo zagęszczone.

• możliwości techniczno - ekonomiczne inwestora i wykonawcy

3. Opis wybranych technologii posadowienia na palach.

1. Pale prefabrykowane żelbetowe

Beton B-20, zbrojenie pali pełnych - pręty podłużne w ilości 4 do 8 sztuk 0 ∅16÷26 mm, strzemiona ∅6÷8 mm. Strzemiona rozstawione co 20 cm, przy ostrzu na długości 1/5 długości pala, strzemiona zagęszczone co 5 cm.

Wymiary od 25 x 25 cm do 45 x 45 cm. Udźwig 300÷600 kN. Są stosowane pod większe budowle przy większej ilości pali i gdy sąsiednie budowle nie są wrażliwe na wstrząsy podczas wbijania.

1. Zalety:

• łatwość w wykonaniu,

• zbrojenie nie jest zdeformowane umieszczone centrycznie i zabezpieczone otuliną przed korozją,

1. formowanie odbywa się w warunkach sprzyjających uzyskaniu betonu o wymaganej wytrzymałości, jakość betonu można łatwo skontrolować,

• nie ma niebezpieczeństwa wypłukania niestwardniałego cementu przez wodę gruntową,

• małe niebezpieczeństwo przerwania trzonu pala w czasie posadowienia w gruncie,

• można je wbijać ponownie, gdy zostaną uniesione z gruntem wypieranym w skutek zagłębiania w nim grupy pali,

• po wbiciu można je od razu obciążyć,

• beton i grunt wokół pali s zagęszczone w czasie wbijania,

• możliwość stosowania niezależnie od temperatury.

1. Wady:

• długi okres wykonywania (4 tygodnie od wykonania, 2 tygodnie - dojrzewanie betonu),

• duży ciężar,

• do wbijania potrzebny jest ciężki sprzęt,

• uciążliwe jest dostosowanie pali prefabrykowanych do zmian warunków gruntowych w miejscu wbijania (obcinanie jest żmudne, przedłużanie pracochłonne, długotrwałe, kosztowne),

• wbijanie wywołuje wstrząsy, które mogą być szkodliwe dla położonych w pobliżu budowli.

1. Pale Wolfsholza

Stalowa rura obsadowa zapuszczana w ziemię sposobem wiertniczym i wyciągana podczas formowania pala. Beton klasy minimalnej B-15 zbrojony prętami podłużnymi 6 ∅16-20cm.Strzemiona∅ 6 co 15-20 cm . Wymiary D=34-45 cm, rzadko 50 lub60 cm . Nośność pali N_t= 400-600 kN.

1. Zalety:

• możliwość wykonywania do głębokości większej niż 20 m. ,

• łatwość zorganizowania robót w miejscach trudnodostępnych ,

• wykonawstwo nieuciążliwe dla otoczenia , brak wstrząsów ,

1. Wady:

• bardzo niski stopień mechanizacji ,

• trudności wykonywania w gruntach piaszczystych ,

• niebezpieczeństwo przerwania trzonu pala ,

• nie występuje zagęszczenie gruntu ,

• w gruntach nawodnionych może wystąpić częściowe rozluźnienie gruntu.

1. Pale Franki - stalowa rura obsadowa wyciągana podczas formowania pala , wykonana jest z blachy o grubości 20÷30 mm. Beton B 15 , B 20. Zbrojenie 6÷8 sztuk prętów podłużnych ∅ 16÷ 20 mm i uzwojenie ∅ 6 mm o skoku 15 cm . Średnica wewnętrzna rury obsadowej

∅ 38÷ 46 cm. Nośność 600÷1000 kN. Średnice nominalne 35, 40 i 50 cm, długości 8,5 lub 12 m. , przy przedłużaniu 18 m. . Pale Franki można stosować jako kotwiące. Największe pochylenie pala wynosi 4:1 (14^o).Stosowane pod ciężkie budowle, gdy wstrząsy wywołane wykonywaniem pali nie będą szkodliwie oddziaływać na sąsiednie budowle i urządzenia mechaniczne.

1. Zalety:

• duża nośność,

• małe osiadanie pojedynczych pali pod obciążeniem,

• zmechanizowane, szybkie wykonawstwo, w ciągu zmiany roboczej formuje się do 30÷35 m. pali, a w korzystnych warunkach do 60 m.,

• łatwość dostosowania długości pala do rzeczywiście potrzebnej głębokości wbicia,

• możliwość zwiększania nośności podstawy i pobocznicy,

• znaczna odporność betonu na działanie czynników agresywnych,

• beton i grunt wokół pala są dobrze zagęszczone, co bardzo ogranicza infiltrację wody,

• zbrojenie i objęty nim rdzeń pala chronione są grubą otuliną

1. Wady:

• ograniczona przydatność w gruntach silnie spoistych,

• przy podstawowej technice formowania wstrząsy szkodliwe dla sąsiednich budowli i uciążliwe dla ludzi,

• ograniczona głębokość posadowienia pali : do 12 m.,

• długotrwały montaż kafara (wyjątek - kafar na podwoziu samochodowym),

• duże wymiary kafara - ogranicza to możliwość wykonania pali w miejscach trudno dostępnych,

• możliwość przerwania trzonu pala wskutek dopuszczenia do nadmiernego obniżenia korka betonowego w rurze obsadowej i dostania się do niej wody lub gruntu,

1. Metoda palowania Franki.

Rozróżnia się metody Franki:

• podstawową,

• specjalne,

Charakterystycznymi elementami urządzenia do wykonywania pala metodą podstawową są:

• inwentarzowa rura obsadowa o średnicy 356,406 lub 508 mm ze ścianką o grubości 20÷28 mm, długości 8,5 lub 12 m.,

• młot wolnospadowy - wysokość młota 3-4 m., ciężar 2,5÷5,0 T, młot ma kształt cylindryczny i zaokrągloną część dolną; w czasie formowania trzonu pala młot porusza się wewnątrz kosza zbrojeniowego,

• liny dwóch zbloczy do wyciągania rury,

• ,,sztukówka''- rura przedłużająca rurę obsadową stosowana, gdy wymagane zagłębienie pala w grunt przekracza największą długość rury.

1. Technologia pali Franki:

Pale Franki są to pale wykonywane z zagęszczaniem gruntu, bez usuwania go z rury obsaowej przed betonowaniem. Pale te należy wykonywać w rurze obsadowej, którą wprowadza się w grunt przez pobijanie korka betonowego znajdującego się u spodu rury lub znacznie rzadziej przez rozmiękczenie gruntu pod rurą.

Proces formowania pala powinien przebiegać następująco:

• na powierzchni gruntu w miejscu, gdzie ma być wykonany pal, należy ustawić pionowo rurę przy kafarze specjalnego typu i wyskalować linę, na linie ubijaka należy wykonać trwały znak kontrolny na wysokości poziomu górnej krawędzi rury obsadowej w pozycji, w której ubijak zawieszony na linie jest opuszczony do spodu rury, znak ten powinien być widoczny i wykonany np. przez oplecenie liny wiązadełkowym pomalowanym na biało,

• na dno rury należy wsypać suchą mieszankę betonową o maksymalnej zawartości wody 100 dm³/m³ w takiej ilości, aby utworzył się korek wysokości 80-100 cm,

• do rury wprowadza się ubijak o ciężarze 20-40 kN i ubija beton; w miarę ubijania zwiększa się siła tarcia betonu o stalową rurę i przekracza wartości siły tarcia zewnętrznego rury o grunt, następuje zagłębianie się rury razem z betonowym korkiem,

• skomprymowanie betonu i częściowe wbijanie go z rury musi być stale uzupełniane przez dosypywanie świeżej mieszanki betonowej w takiej ilości aby korek zawsze sięgał poniżej dolnej krawędzi rury, przynajmniej na 40 cm.; w ten sposób postępując należy doprowadzić rurę do projektowanego poziomu zagłębienia,

• po osiągnięciu przez spód rury potrzebnego poziomu zagłębienia należy na kołnierzu rury zamocować liny tak aby jej dalsze zagłębianie w grunt zostało uniemożliwione i rozpoczyna się formowanie stopy pala przez wybijanie betonu z rury; w miarę wybijania betonu należy stale dosypywać następne porcje suchej mieszanki do rury i uważać aby beton zawsze sięgał około 40 cm powyżej dolnego końca rury; jest to konieczne, aby nie tworzyła się przerwa między betonem a dolnym końcem rury, która umożliwiłaby napływ wody gruntowej i nawodnionego gruntu do wnętrza rury; w przypadku napływu wody lub nawodnionego gruntu lub nawodnionego gruntu do wnętrza rury w dowolnej fazie formowania pala należy go uznać za przerwany i zaprzestać jego dalszego betonowania; przerwanego pala nie należy wliczać do grupy pali nośnych, więc nie może być on obciążony,

• stopę pala należy dopóty, dopóki grunt zagęszcza się pod wpływem wbijanego w podłoże betonu; z chwilą kiedy grunt przestaje zagęszczać się, występuje zjawisko odskakiwania ubijaka od betonu na dwie rury i rura wydaje charakterystyczny dźwięk; po stwierdzeniu za pomocą pomiarów, że istotnie ubijak uderza w beton stale na tym poziomie należy przystąpić do formowania samego pala,

• po sformowaniu podstawy pala należy do rury włożyć zbrojenie zespawane w postaci gotowego szkieletu i oczyszczone z rdzy i zanieczyszczeń; średnica ubijaka powinna być tak dobrana, aby ubijak mógł swobodnie zmieścić się między pionowymi prętami zbrojenia,

• po ustawieniu zbrojenia w rurze należy wsypać do rury mieszankę betonową w takiej ilości, aby słup jej w rurze miał wysokość 60-80 cm i mocno ubijać stopniowo podnosząc rurę tak, aby nie wytworzyła się przerwa między betonem a dolną krawędzią rury; pomiarów położenia końca rury względem położenia spodu ubijaka należy dokonywać za pomocą znaków na linach podnoszących rurę oraz na linie do której jest podwieszony ubijak,

• podczas betonowania pala liczba uderzeń ubijaka w jednej serii powinna wynosić 5 uderzeń, przy czym maksymalne podciągnięcie rury przy betonowaniu trzonu ni powinno być większe niż 30 cm, przy wsypanej do rury mieszance betonowej na wysokość 60 - 80 cm,

• trzon pala powinien być zabetonowany około 15 cm niż projektowana rzędna głowicy,

• po zakończeniu betonowania otwór w gruncie znajdujący się ponad głowicą pala należy zalać wodą i zasypać piaskiem w celu należytego zabezpieczenia procesu dojrzewania (twardnienia) betonu.

1. Dobór rodzaju pala - technologii jego wykonania.

Na decyzję dotyczącą wyboru rodzaju pala zadecydowały przede wszystkim warunki gruntowe.

Najkorzystniejszą warstwą do oparcia podstawy pala jest warstwa Pr o J_D=0,53 (średnio zagęszczony). Posadowienie płycej pociąga za sobą niespełnienie warunków stanu granicznego nośności.

Ze względu na występowanie w przekroju w większości gruntów niespoistych (luźnych i zagęszczonych) zdecydowano się na wybór technologii pozwalającej na zagęszczenie gruntu i zwiększenie jego nośności - pala Franki.

Wbijanie pali powoduje szkodliwe wstrząsy oraz uciążliwy hałas. Jednakże przyjęto założenie, że w pobliżu projektowanej ławy nie znajdują się urządzenia ani budowle narażone na ich wpływ.

Przy wyborze rodzaju pala z góry zrezygnowano ze stosowania pali Wolfsholza. O tej decyzji zadecydowały trudności wykonania pali w gruntach niespoistych, nie występowanie zagęszczenia gruntu oraz istniejąca możliwość częściowego rozluźnienia gruntu.

Zrezygnowano również ze stosowania pali prefabrykowanych żelbetowych. Zastosowano pale Franki, gdyż w danych warunkach gruntowych są one najbardziej odpowiednie. Rozwiązanie takie jest korzystne ze względu na:

• obecność w pobliżu miejsca budowy firm wykonujących tego typu prace,

• zmechanizowane, szybkie wykonawstwo (w ciągu zmiany roboczej formowane będzie 30÷35 m. pali).

4. Obliczenie fundamentu na palach.

Przyjęto pale Franki o średnicy D=0,356m. Posadowienie ławy na głębokości D_min= 0,5 m., wymiary oczepu i rozstaw pali jak na rysunku. Liczba pali 26, długość pali 9,3 m

a = 1,50 m ; b = 1,30 m ; a' = 0,60 m ; b' = 0,55 m

min a , b ≥ 3,5 D = 3,5 * 0,356 = 1,246 → 1,30 m ≥ 1,246 m

min a' , b' ≥ max (0,5 m ; 1,5 D = 1,5 * 0,356 = 0,534 m ) = 0,534 → 0,55 m ≥ 0,534 m




1. Ciężar ławy i gruntu.




2. Całkowity ciężar przypadający na pale.




3. Obciążenie przypadające na jeden pal (bez ciężaru pala).




4. Określenie obliczeniowej nośności pojedynczego pala (odosobnionego).




1. Pole Przekroju poprzecznego pala i podstawy.




-poszerzenie podstawy pala Franki dla podstawy formowanej w gruncie niespoistym




-dla podstawy formowanej w gruncie spoistym




2. Pole pobocznicy pala zagłębionego w gruncie




(Pd): dla H = 0,5 ÷ 2,5 m. h₁ = 2,0 m.

A_S1 = π⋅0,356⋅2,0 = 2,237 m²

(Pg): dla H = 2,5 ÷ 3,0 m. h₂ = 0,5 m.

A_S2 = π⋅0,356⋅0,5 = 0,559 m²

(Pπ): dla H = 3,0÷4,80 m. h₃ = 1,8 m.

A_S3 = π⋅0,356⋅1,8 = 2,013 m²

(Ps): dla H = 4,80÷5,50 m. h_4' = 0,7 m.

A_S4 = π⋅0,356⋅0,7 = 0,783 m²

(Pr): dla H = 5,0÷9,80 m. h₅ = 4,30 m.

A_S5 = π⋅0,356⋅4,30 = 4,809 m²

3. Zestawienie wielkości pomocniczych.





(Pd): J_D=0,19 γ_m.=0,86




(Pg): J_L=0,10 γ_m.=0,92 ⇒ przyjęto γ_m.=0,9




(Pπ): J_D=0,17 γ_m.=0,92 ⇒ przyjęto γ_m.=0,9




(Ps): J_D=0,58 γ_m.=0,94 ⇒ przyjęto γ_m.=0,9




(Pr): J_D=0,53 γ_m.=0,89




5. Tabela Nr1.

			Cechy gruntu		wsp. tech.
Lp.	H	hi	war. grunt.	ID/IL	Sp	Ss	q^( r )	t^( r )	Ap	Asi	αi	tgαi
-	m	m	-	1/1	1	1	kPa	kPa	m^2	m^2	^o	1
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13
	0,5			0,19
1		2,0	Pd		-	1,0	-	-10	0,175	2,237	5	0,087
	2,5		ln	-
				-
2		0,5	Pg		1,1	1,0	1557	-41,58	0,175	0,559	4	0,070
	3,0		tpl	0,10
				0,17
3		1,8	Pπ		-	1,0	-	-10	0,175	2,013	5	0,087
	4,8		ln	-
				0,58
4		0,7	Ps		1,8	1,6	2894,56	60,17	0,175	0,783	6	0,105
	5,5		szg	-
				0,53
5		4,3	Pr		1,8	1,6	2672,62	55,97	0,175	4,809	6	0,105
	9,8		szg	-

P_d - występuje tarcie negatywne, ponieważ dla tego gruntu stopień zagęszczenia wynosi I_D = 0,19 < 0,20

P_π - występuje tarcie negatywne, ponieważ dla tego gruntu stopień zagęszczenia wynosi I_D = 0,17 < 0,20

P_g - występuje tarcie negatywne, ponieważ ta warstwa może osiąść pod wpływem odkształceń niżej

leżącej warstwy ln P_π

1. Obliczenie oporu pobocznicy pala.




(Pd):




(Pg):




(Pπ):




Wartość obciążenia pochodzącego od tarcia negatywnego nie może być większa od ciężaru osiadających warstw w obrębie grupy pali.

Pd


Pg


Pπ


g = 10


12 * a + D = 12 * 1,50 * 0,356 = 18,356 m

b + D = 1,30 = 0,356 = 1,656 m

Q = 18,356 * 1,656(1,76 * 10 * 2,0 + 2,37 * 10 * 0,5 + 1,76 * 10 * 1,80) = 2393,2 MN

Wartość obciążenia pochodzącego od tarcia negatywnego

N_S1 + N_S2 + N_S3 = - 22,37 - 23,24 - 20,13 = - 65,74 kN

[N_S1 + N_S2 + N_S3] = 65,74 kN ≤ 92,05 kN

(Ps): H=0,0÷0,7 m.,





N_S4 = 0,783 * 1,6 * 4,21 = 5,27 kN

(Pr): H=0,7÷5,0m.,





N_S5 = 4,809 * 1,6 * 31,90 =245,45 kN

2. Obliczenia oporu podstawy pala.




Podstawa pala na gruncie niespoistym szg (Pn) na głębokości 9.80 m

(od poziomu terenu , 5,0 m od stropu Ps)




3. Obliczenie nośności pala.




m.= 0,9 m⋅N_t = 0,9⋅913,15 = 821,835kN

4. Obciążenie ciężarem pala.

L = 9,3 m.

N_br = 0,100 * 25,0 * 9,3 * 1,1 = 25,58 kN

N_1r = N_1r'+ N_br = 516,92 + 25,58 = 542,5 kN

6. Sprawdzenie I stanu granicznego.




Pal przenosi obciążenie, spełnia I stan graniczny nośności.

7. Obliczenie nośności pala pracującego w grupie.

• promień podstawy strefy naprężeń




Ponieważ wartość
(1,85) znajduje się dokładnie w środku pomiędzy 2,0 a 1,70 przyjęto m₁ bardziej niekorzystne tj. m₁ = 0,95




Warunek I SG dla grupy pali jest spełniony

11

---