Autor: Bartosz Haładuda B4
FUNDAMENTY
GŁĘBOKIE
Wykonał:
Bartosz Haładuda B4
Rok akademicki 2008/09
Autor: Bartosz Haładuda B4
Podstawę wykonania projektu stanową:
- projekt wydany przez Instytut Inżynierii Lądowej, Zakład Geotechniki i Geologii Inżynierskiej
Politechniki Poznańskiej;
- Polska Norma o numerze PN-83/B-024832.
W ćwiczeniu należy zaprojektować fundamenty posadowione głęboko.
1.
Zestawienie parametrów geotechnicznych podłoża.
Wartości charakterystyczne:
z
h
rodzaj gr.
I
D
v
I
L
stan wilg.
ρ
(n)
ߛ
()
v ߛ′
()
[m]
[m]
[-]
[-]
[-]
[t/m
3
]
[kN/m
3
]
0,0
6,4
6,4
P
g
klasyf.:
C
0,80
-
2,07
20,7
6,4
8,2
1,8
P
g
klasyf.:
B
0,70
-
2,08
20,8
8,2
≥10,0
≥
1,8
Ż
0,90
w
1,97
19,7
III)
II)
I)
Autor: Bartosz Haładuda B4
Wartości obliczeniowe:
h
rodzaj
gr.
I
D
v
I
L
S
r
ρ
(r)
ߛ
()
v ߛ′
()
[m]
[-]
[-]
[-]
[t/m
3
]
[kN/m
3
]
mnożnik
0,9
0,9
6,4
P
g
klasyf.:
C
0,8
-
1,86
18,63
1,8
P
g
klasyf.:
B
0,7
-
1,87
18,72
≥
1,8
Ż
0,9
w
1,77
17,73
2.
Opis warunków gruntowo-wodnych.
- pierwsza warstwa to piasek gliniasty o stopniu plastyczności I
L
równym 0,8 klasy geotechnicznej „C”
(stan gruntu: miękkoplastyczny); miąższość warstwy: 6,4m;
- druga warstwa to piasek gliniasty o stopniu plastyczności I
L
równym 0,7 klasy geotechnicznej „B”
(stan gruntu: miękkoplastyczny); strop warstwy: 6,4m; miąższość warstwy: 1,8m;
- trzecia warstwa to żwir o stopniu zagęszczenia I
D
równym 0,9 (stan gruntu: zagęszczony); stan
wilgotnościowy – wilgotny; strop warstwy: 8,2m; miąższość warstwy: powyżej 1,8m.
Występowania wody gruntowej nie stwierdzono.
3.
Wybór technologii z uzasadnieniem.
Zastosowano technologię pali wbijanych typu Franki. Metoda ta jest bardzo korzystna jeśli chodzi o
czas tworzenia każdego pala, jest nieskomplikowana, pale posiadają bardzo dużą nośność i niewielkie
osiadanie (powierzchnia pali jest chropowata), łatwe dostosowanie długości pala, w zależności od
wymaganej głębokości posadowienia.
I)
II)
III)
Autor: Bartosz Haładuda B4
I STAN GRANICZNY
4.
Obliczenie udźwigu i strefy aktywnej pojedynczego pala.
Nośność pala wciskanego oblicza się ze wzoru:
ܰ
௧
= ܰ
+ ܰ
௦
gdzie
ܰ
- nośność od parcia gruntu, obliczana ze wzoru:
ܰ
= ܵ
∙ ݍ
()
∙ ܣ
gdzie
ܵ
- współczynnik technologiczny, zależny od typu pala i sposobu jego wprowadzenia
w grunt, a także od stopnia zagęszczenia/plastyczności gruntu, w którym znajduje się
dolny koniec pala; odczytywany z Tablicy 4. normy;
ݍ
()
- obliczeniowa wartość wytrzymałości gruntu pod podstawą pala, wyznaczona
zgodnie z Tablicą 1. normy;
ܣ
- pole podstawy pala (uwzględniając poszerzenie od rury spustowej – dla pali
Franki).
ܰ
௦
- nośność od tarcia pala o grunt, na pobocznicy, obliczana ze wzoru:
ܰ
௦
= ܵ
௦
∙ ݐ
()
∙ ܣ
௦
gdzie
ܵ
௦
- współczynnik technologiczny, zależny od typu pala i sposobu jego wprowadzenia
w grunt, a także od stopnia zagęszczenia/plastyczności gruntów, przez warstwy
których przechodzi pal; odczytywany z Tablicy 4. normy;
ݐ
()
- obliczeniowa wartość wytrzymałości gruntu wzdłuż pobocznicy pala, w obrębie
warstwy i-tej, wyznaczona zgodnie z Tablicą 2. normy;
ܣ
௦
- pole powierzchni bocznej pala w warstwie i-tej.
Rysunek poglądowy – strona 1.
4.1.
Podstawowe parametry pala.
Przyjęta długość pala:
ࡴ =
Przyjęta średnica pala:
ࡰ = ,
Materiał tworzący pal:
۰܍ܜܗܖ + ܢ܊ܚܗܒ܍ܖܑ܍
ߛ
()
= 24,0
݇ܰ
݉
ଷ
ߛ
()
= ߛ
∙ ߛ
()
ߛ
= 1,1
ߛ
()
= 1,1 ∙ 24,0
ࢽ
࢈
(࢘)
= ,
ࡺ
Autor: Bartosz Haładuda B4
Pole podstawy:
ܣ
= ߨ ∙ ൬
ܦ
2൰
ଶ
ܣ
= ߨ ∙ ൬
40ܿ݉
2 ൰
ଶ
= , ࢉ
≅ ,
Obwód podstawy:
ܱ = 2ߨ ∙
ܦ
2
ܱ = 2ߨ ∙
40ܿ݉
2
ࡻ = , ࢉ ≅ ,
Objętość pala:
ܸ
= ܣ
∙ ܮ
ܸ
= 0,126 ∙ 10
ࢂ
= ,
4.2.
Opór graniczny podstawy pala.
Wartość wytrzymałości gruntu pod podstawą pala: dla głębokości krytycznej
ℎ
= 10݉, wg Tablicy 1.
z normy, biorąc pod uwagę wiersz dla żwiru i interpolując wartości odpowiadające stanom
zagęszczenia, by otrzymać
ݍ
(ூ
ವ
ୀ,ଽ)
.
()
(ࡵ
ࡰ
ୀ,ૢ)
= ૢ, ૢૠࡼࢇ
Autor: Bartosz Haładuda B4
Wartość obliczeniowa:
ݍ
()
= ݍ
()
∙ ߛ
ߛ
= 0,9
ݍ
()
= 6946,97 ∙ 0,9
(࢘)
= , ૠࡼࢇ
Zatem:
ܰ
= ܵ
∙ ݍ
()
∙ ܣ
ܵ
= 1,3 (dla gruntu niespoistego o ID=0,9 (>0,67) i pala wciskanego typu Franki);
ܣ
≔ 1,75 ∙ ܣ
→ jako poszerzenie pala Franki, którego podstawa formowana jest w gruncie
niespoistym.
ܰ
= 1,3 ∙ 6252,27݇ܲܽ ∙ 1,75 ∙ 0,126݉
ଶ
ࡺ
= ૠૢ, ࡺ
4.3.
Opór pobocznicy pala.
Wartość wytrzymałości gruntu na pobocznicy pala: do głębokości
ℎ
௧
= 5݉ wartość jest zmienna
(rośnie liniowo), a potem głębiej jest stała. Posługiwać się należy Tablicą 2. z normy, gdy trzeba,
interpolując wartości odpowiadające stanom zagęszczenia/plastyczności.
a)
I-warstwa:
- dla
ℎ
௧
= 5݉ opór na pobocznicy wynosi:
ݐ = 10,6݇ܲܽ
- dla wartości t
1
, znajdującej się w połowie tej warstwy (z = 3,2m <5m):
ݐ
ଵ
=
ݐ
ℎ
௧
∙ ݖ
ݐ
ଵ
=
10,6
5 ∙ 3,2
࢚
= , ૠૡࡼࢇ
Wartość obliczeniowa:
ݐ
ଵ
()
= ݐ
ଵ
∙ ߛ
ߛ
= 0,9
ݐ
ଵ
()
= 6,784 ∙ 0,9
࢚
(࢘)
= , ࡼࢇ
Pole powierzchni bocznej pala:
ܣ
௦
భ
= ܱ ∙ ℎ
ܣ
௦
భ
= 1,256݉ ∙ 6,4݉
࢙
= ૡ,
Współczynnik technologiczny:
ࡿ
࢙
= ,
! I
L
wynosi 0,8, a w Tablicy 4. z normy podano
ܵ
௦
భ
dla I
L
maksymalnie 0,75 – przyjęto więc
ܵ
௦
భ
jak dla
I
L
=0,75 !
Autor: Bartosz Haładuda B4
Zatem:
ܰ
௦
భ
= ܵ
௦
భ
∙ ݐ
ଵ
()
∙ ܣ
௦
భ
ܰ
௦
భ
= 1,0 ∙ 6,11݇ܲܽ ∙ 8,04݉
ଶ
∎ ࡺ
࢙
= ૢ, ࡺ
b)
II-warstwa:
- dla
ℎ
௧
= 5݉ opór na pobocznicy wynosi:
ݐ = 17,4݇ܲܽ
- dla wartości t
2
, znajdującej się w połowie tej warstwy (z = 7,3m >5m):
ݐ
ଶ
= ݐ
࢚
= ૠ, ࡼࢇ
Wartość obliczeniowa:
ݐ
ଶ
()
= ݐ
ଶ
∙ ߛ
ߛ
= 0,9
ݐ
ଶ
()
= 17,4 ∙ 0,9
࢚
(࢘)
= , ࡼࢇ
Pole powierzchni bocznej pala:
ܣ
௦
మ
= ܱ ∙ ℎ
ܣ
௦
మ
= 1,256݉ ∙ 1,8݉
࢙
= ,
Współczynnik technologiczny:
ࡿ
࢙
= ,
Zatem:
ܰ
௦
మ
= ܵ
௦
మ
∙ ݐ
ଶ
()
∙ ܣ
௦
మ
ܰ
௦
మ
= 1,0 ∙ 15,66݇ܲܽ ∙ 2,26݉
ଶ
∎ ࡺ
࢙
= , ૢࡺ
c)
III-warstwa:
- dla
ℎ
௧
= 5݉ opór na pobocznicy wynosi:
ݐ = 148,33݇ܲܽ
- dla wartości t
3
, znajdującej się w połowie tej warstwy (z = 9,9m >5m):
ݐ
ଷ
= ݐ
࢚
= ૡ, ࡼࢇ
Wartość obliczeniowa:
Autor: Bartosz Haładuda B4
ݐ
ଷ
()
= ݐ
ଷ
∙ ߛ
ߛ
= 0,9
ݐ
ଷ
()
= 148,33 ∙ 0,9
࢚
(࢘)
= , ࡼࢇ
Pole powierzchni bocznej pala:
ܣ
௦
య
= ܱ ∙ ℎ
ܣ
௦
య
= 1,256݉ ∙ 1,8݉
࢙
= ,
Współczynnik technologiczny:
ࡿ
࢙
= ,
Zatem:
ܰ
௦
య
= ܵ
௦
య
∙ ݐ
ଷ
()
∙ ܣ
௦
య
ܰ
௦
య
= 1,1 ∙ 133,50݇ܲܽ ∙ 2,26݉
ଷ
∎ ࡺ
࢙
= , ૡૡࡺ
Całkowity opór na pobocznicę:
ܰ
௦
= ܰ
௦
భ
+ ܰ
௦
మ
+ ܰ
௦
య
ܰ
௦
= 49,12 + 35,39 + 331,88
ࡺ
࢙
= , ૢࡺ
Całkowita nośność jednego pala:
ܰ
௧
= ܰ
+ ܰ
௦
ܰ
= 1792,21݇ܰ ܰ
௦
= 416,39݇ܰ
ܰ
௧
= 1792,21 + 416,39
ࡺ
࢚
= ૡ, ࡺ
4.4.
Strefa aktywna pala.
Pal wciskany: strefą aktywną pala nazywamy strefy naprężeń powstałych dokoła każdego pala –
wyznaczone są przez powierzchnię kołowego stożka ściętego w każdej warstwie z osobna
(jednorodnej geotechnicznie). Podstawa leży w poziomie dolnym warstwy gruntu.
ܴ =
ܦ
2 + ℎ
∙ ݐ݃ߙ
gdzie
ߙ
- kąt, odczytany z Tablicy 7. z normy, zależny od stanu gruntu i spoistości. Jest to kąt
między osią pala a tworzącą stożka strefy naprężeń.
ܴ =
ܦ
2 + ℎ
ଵ
∙ ݐ݃ߙ
ଵ
+ ℎ
ଶ
∙ ݐ݃ߙ
ଶ
+ ℎ
ଷ
∙ ݐ݃ߙ
ଷ
ܴ =
0,4݉
2 + 6,4 ∙ ݐ݃1° + 1,8 ∙ ݐ݃1° + 1,8 ∙ ݐ݃7°
ࡾ = ,
Autor: Bartosz Haładuda B4
5.
Określenie potrzebnej ilości pali i sposobu ich rozmieszczenia.
5.1.
Potrzebna ilość pali.
Pale powinny unieść swój ciężar
ܳ
oraz zadane obciążenie N, które dalej będzie przedstawiane jako
1,1 ∙ ܳ
:
ܳ
≤ ݉ ∙ ݊ ∙ ቀܰ
௧
− ܸ
∙ ߛ
()
ቁ
gdzie m – współczynnik korekcyjny;
n – ilość pali.
1,1 ∙ ܳ
݉ ∙ ቀܰ
௧
− ܸ
∙ ߛ
()
ቁ
≤ ݊
1,1 ∙ 10300݇ܰ
0,9 ∙ ቀ2208,6݇ܰ − 1,26݉
ଷ
∙ 26,4 ݇ܰ
݉
ଷ
ቁ
≤ ݊
, ૠૢ ≤
۾ܚܢܡܒęܜ܉ ܑܔܗść ܘ܉ܔܑ: =
Autor: Bartosz Haładuda B4
5.2.
Projekt oczepu i rozmieszczenie pali.
5.2.1.
Wymiarowanie oczepu.
Wymiar h:
൜ℎ ∈ ۃ0,7; 1,4ۄ [݉]
ℎ > 0,5ܴ
ܴ = 0,56݉
ℎ > 0,5ℎ > 0,5 ∙ 0,56݉
ࢎ > 0,28
۾ܚܢܡܒܕܝܒę: ࢎ =
Wymiar s:
ݏ > 0,5ܦ + ۃ0,15; 0,3ۄ [݉]
ܦ = 0,4݉
ݏ > 0,5 ∙ 0,4 + 0,3
࢙ > 0,5
۾ܚܢܡܒܕܝܒę: ࢙ =
Wymiar r:
ݎ
௫
= 8ܦ
ݎ
௫
= 8 ∙ 0,4݉
࢘
ࢇ࢞
= ,
ݎ
= ۃ4; 5ۄ ∙ ܦ
ݎ
= ۃ4; 5ۄ ∙ 0,4݉
࢘
= ۃ, ; ۄ []
۾ܚܢܡܒܕܝܒę: ࢘ = ,
Autor: Bartosz Haładuda B4
5.2.2.
Rozmieszczenie pali.
Na podstawie projektu oczepu pali w liczbie n=6 rozmieszczono następująco:
5.3.
Sprawdzenie rozstawu.
ܹ
௫
=
ܤ ∙ ܮ
ଶ
6
ܹ
௫
=
4,5 ∙ 7
ଶ
6
ࢃ
࢞
= , ૠ
ݍ
௫
=
1,1 ∙ ܳ
ܤ ∙ ܮ +
1,1 ∙ ܯ
ܹ
௫
ݍ
௫
=
1,1 ∙ 10300݇ܰ
4,5݉ ∙ 7݉ +
1,1 ∙ 520݇ܰ݉
36,75݉
ଷ
ࢇ࢞
= ૠ,
ࡺ
Autor: Bartosz Haładuda B4
ݍ
=
1,1 ∙ ܳ
ܤ ∙ ܮ −
1,1 ∙ ܯ
ܹ
௫
ݍ
=
10300݇ܰ
4,5݉ ∙ 7݉ −
1,1 ∙ 520݇ܰ݉
36,75݉
ଷ
= ,
ࡺ
Rozstaw równomierny, gdy:
ݍ
௫
ݍ
≤ 1,2
375,25 ݇ܰ
݉
ଶ
344,12 ݇ܰ
݉
ଶ
= 1,09 ≤ 1,2
Z powyższego wynika, że dobrze przyjęto rozstaw.
Autor: Bartosz Haładuda B4
II STAN GRANICZNY
6.
Naprężenia pierwotne i dodatkowe.
6.1.
Naprężenia pierwotne.
ߪ
௭,ఊ
= ߪ
+ ߩ ∙ ݃ ∙ ℎ
gdzie
ߪ
- naprężenia od wyżej leżącego gruntu (nie wliczając nowo obliczanego paska o miąższości
h);
ߩ – gęstość objętościowa paska gruntu.
g=10m/s
2
z
σ
0
h
ρ v ρ’
σ
z,γ
[m]
[kPa]
[m]
[g/m
3
]
[kPa]
0
0
0
0
0
6,4
0
6,4
2,07
132,48
8,2
132,48
1,8
2,08
169,92
10
169,92
1,8
1,97
205,38
Wykres naprężeń pierwotnych przedstawiono na Rysunku 1.
6.2.
Naprężenia od obciążenia zewnętrznego i naprężenia dodatkowe.
ߪ
=
ܰ + ܳ
∙ ߛ
()
+ ݊ ∙ ܳ
ܤ′ ∙ ܮ′
gdzie B’, L’ – wymiary fundamentu zastępczego (bez zwieńczenia oczepu (wymiary są takie, by
krawędzie fundamentu zastępczego, patrząc z góry, były stycznymi do okręgów zasięgów
stref naprężeń wokół pala, na głębokości końców pali);
ܳ
- ciężar oczepu (zbrojenie i wykonanie – materiały te same, jak dla pai);
ܳ
- ciężar pala.
ߪ
=
ܰ + ܤ ∙ ܮ ∙ ℎ ∙ ߛ
()
+ ݊ ∙ ܸ
∙ ߛ
()
(ܤ − 2ݏ + 2ܴ) ∙ (ܮ − 2ݏ + 2ܴ)
ߛ
()
= 24,0
ே
య
ߪ
=
10300 + 4,5 ∙ 7 ∙ 1 ∙ 24 + 6 ∙ 1,26 ∙ 24
(4,5 − 2 ∙ 1 + 2 ∙ 0,56) ∙ (7 − 2 ∙ 1 + 2 ∙ 0,56)
࣌
= ૠ, ࡼࢇ
Naprężenia dodatkowe:
ߪ
௭ௗ
= ߟ
௦
∙ ߪ
Autor: Bartosz Haładuda B4
6.3.
Tabela naprężeń występujących poniżej poziomu posadowienia.
Korzystamy z normy PN-81/B-03020, z Rysunku Z2-13.
Dany odczytujemy w oparciu o wykres:
ܮ′
ܤ′ =
(ܮ − 2ݏ + 2ܴ)
(ܤ − 2ݏ + 2ܴ) =
(7 − 2 ∙ 1 + 2 ∙ 0,56)
(4,5 − 2 ∙ 1 + 2 ∙ 0,56) = , ૢ
۾ܚܢܡܒܕܝܒę:
ࡸ′
′ = ,
Poziom posadowienia to głębokość z=0.
z
z/B'
η
s
ߪ
௭,ఊ
n. pierw.
ߪ
௭ௗ
n. dod.
30% ∙ ߪ
௭,ఊ
[m]
[-]
[-]
[kPa]
[kPa]
[kPa]
0
0,00
1
205,38
507,23
61,61
0,3
0,08
0,88
211,29
446,36
63,39
0,6
0,17
0,84
217,20
426,07
65,16
0,9
0,25
0,76
223,11
385,49
66,93
1,2
0,33
0,72
229,02
365,21
68,71
1,5
0,41
0,63
234,93
319,55
70,48
1,8
0,50
0,58
240,84
294,19
72,25
2,1
0,58
0,53
246,75
268,83
74,03
2,4
0,66
0,48
252,66
243,47
75,80
2,7
0,75
0,43
258,57
218,11
77,57
3
0,83
0,4
264,48
202,89
79,34
3,3
0,91
0,37
270,39
187,68
81,12
3,6
0,99
0,33
276,30
167,39
82,89
3,9
1,08
0,3
282,21
152,17
84,66
4,2
1,16
0,29
288,12
147,10
86,44
4,5
1,24
0,27
294,03
136,95
88,21
4,8
1,33
0,25
299,94
126,81
89,98
5,1
1,41
0,22
305,85
111,59
91,76
5,4
1,49
0,2
311,76
101,45
93,53
5,7
1,57
0,19
317,67
96,37
95,30
Obliczanie osiadań wykonuje się do momentu, aż naprężenia dodatkowe będą mniej więcej równe
30% naprężeń pierwotnych – w tym przypadku ostatnią głębokością oznaczania będzie z=5,7m – jest
to tzw. dno bryły ściśliwej.
Wszystkie naprężenia zebrane na Rysunku 2.
Autor: Bartosz Haładuda B4
6.4.
Obliczanie osiadań poszczególnych segmentów bryły ściśliwej.
Objętość pod poziomem posadowienia do dna bryły ściśliwej dzieli się na segmenty i dla środka
każdego z nich oblicza się osiadanie.
Dzielę bryłę na 10 segmentów, każdy o grubości h=57cm.
Bryła ściśliwa – Rysunek 3.
Edometryczny moduł ściśliwości pierwotnej M
0
odczytano z Rysunku 6. (dla Ż o I
D
=0,9).
Osiadania liczy się ze wzoru:
ݏ
=
ߪ
௭ௗ,
ܯ
,
∙ ℎ
Lp
Mo
h
z
z/B'
η
s
ߪ
௭ௗ
n. dod.
s
i
[-]
[kPa]
[m]
[m]
[-]
[-]
[kPa]
[m]
1
244000
0,57
0,285
0,08
0,88
446,3624 0,001043
2
244000
0,57
0,855
0,24
0,77
390,5671 0,000912
3
244000
0,57
1,425
0,39
0,64
324,6272 0,000758
4
244000
0,57
1,995
0,55
0,55
278,9765 0,000652
5
244000
0,57
2,565
0,71
0,46
233,3258 0,000545
6
244000
0,57
3,135
0,87
0,38
192,7474 0,00045
7
244000
0,57
3,705
1,02
0,33
167,3859 0,000391
8
244000
0,57
4,275
1,18
0,27
136,9521 0,00032
9
244000
0,57
4,845
1,34
0,24
121,7352 0,000284
10
244000
0,57
5,415
1,50
0,2
101,446 0,000237
SUMA: 0,005593
Osiadania fundamentu palowego:
࢙ = , ૢ ≈ , ࢉ
Wg Tablicy 4. normy PN-81/B-02030 najmniejsze dopuszczalne przemieszczenie wynosi 5cm (dla hali
przemysłowej). Ponieważ w projekcie nie ma sprecyzowanego przeznaczenia fundamentów,
osiadanie projektowe porównano z dopuszczalnym osiadaniem hali przemysłowej:
ݏ < ݏ
௫
, ࢉ < 5ࢉ → ࡻ. ࡷ.
Wobec powyższego można stwierdzić, że fundamenty głębokie zostały dobrze zaprojektowane.
Autor: Bartosz Haładuda B4
7.
Opis technologii robot fundamentowych.
1.
Wbicie rury obsadowej i korka z suchego betonu na zadaną głębokość za pomocą bijaka.
2.
Zablokowanie rury tuż nad powierzchnią blokami betonowymi.
3.
Wbicie korka z dna rury głębiej tak, aby wydostał się z rury i stanowił podstawę dla pala i
zbrojenia.
4.
Wstawienie zbrojenia.
5.
Stopniowe zalewanie wnętrza rury obsadowej betonem B20 oraz stopniowe jego ubijanie za
pomocą bijaka, przy jednoczesnym podnoszeniu rury obsadowej.
6.
Wyciągnięcie rury obsadowej.
7.
Wykonanie reszty pali w powyższy sposób.
8.
Wykonanie oczepu za pomocą deskowania – formując basen i zalewając go betonem B20 do
zadanej grubości oczepu.
8.
Rysunek konstrukcyjny fundamentu.