background image

 

1

Fundamenty Specjalne - projekt fundamentu płytowo-palowego - część 2 

Nośność pali – metoda 

α

α

α

α

 i 

β

β

β

β

, z dostosowaniem do EC7 

(dr hab. inż. Adam Krasiński) 

Nośność pala jest sumą nośności pobocznicy i podstawy pala: 

b

i

si

b

s

c

R

R

R

R

R

+

=

+

=

 

gdzie:  R

s

 – nośność  pobocznicy  pala,  która  jest  sumą  nośności  wszystkich  odcinków  obliczenio-

wych wzdłuż pobocznicy pala 

si

R

 

R

b

 – nośność podstawy pala. 

Zgodnie z EC7 wyróżnia się: 

 nośność obliczoną pala 

     

cal

b

cal

s

cal

c

R

R

R

,

;

;

+

=

   -  jest to nośność otrzymana z obliczeń daną metodą i dla danego profilu 

geotechnicznego 

 - nośność charakterystyczną pala 

     

k

b

k

s

k

c

R

R

R

,

;

;

+

=

   -  jest to nośność skorygowana przez współczynniki 

ξ

3

 i 

ξ

4

 zależne od liczby 

przebadanych  i  przeliczonych  profili  geotechnicznych.  Dodatkowo  można  jeszcze  uwzględnić 

współczynnik modelu 

γ

Rd

     

=

4

min

,

3

,

;

)

(

;

)

(

min

1

ξ

ξ

γ

cal

s

mean

cal

s

Rd

k

s

R

R

R

;    

=

4

min

,

3

,

;

)

(

;

)

(

min

1

ξ

ξ

γ

cal

b

mean

cal

b

Rd

k

b

R

R

R

 

(R

s;cal

)

mean

,  (R

s;cal

)

min

 - odpowiednio  średnia  i  minimalna  nośność  pobocznicy  pala  z  wartości 

obliczonych dla n profili geotechnicznych, 

(R

b;cal

)

mean

,  (R

b;cal

)

min

 - odpowiednio  średnia  i  minimalna  nośność  podstawy  pala  z  wartości 

obliczonych dla n profili geotechnicznych, 

 

W  przypadku  gdy  pale  zwieńczone  są  sztywnym  oczepem,  współczynniki 

ξ

3

  i 

ξ

4

  można 

zmniejszyć, dzieląc przez 1,1, przy czym 

ξ

4

 nie może być mniejsze niż 1,0. 

nośność projektową pala 

     

b

k

b

s

k

s

d

c

R

R

R

γ

γ

;

;

;

+

=

   -  jest to nośność przyjmowana w projekcie przy sprawdzaniu warunku stanu 

granicznego nośności. 

Zgodnie  z  aktualnym  zaleceniem  PKN  należy  stosować  podejście  obliczeniowe  2  (lub  2*), 

w którym współczynniki częściowe przyjmują wartości 

γ

s

 = 

γ

b

 = 1,1. 

Warunek nośności: 

Q

v;d

 ≤ R

c;d

 

background image

 

2

Metoda 

α

α

α

α - nośność krótkoterminowa pala 

Korzystając z tej metody można oszacować nośność pojedynczego pala pracującego w warunkach 

bez  odpływu.  Oznacza  to,  że  metoda  może  być  zastosowana  tylko  w  przypadku  zagłębienia  pala 

w gruntach  spoistych.  Opór  gruntu  zależy  głównie  od  wytrzymałości  gruntu  na  ścinanie 

w warunkach bez odpływu C

u

Nośność pobocznicy pala dla i-tego odcinka obliczenio-

wego: 

i

si

si

si

si

si

si

h

D

f

S

A

f

S

R

=

=

π

 

gdzie:  f

si

 – opór gruntu na pobocznicy i-tego odcinka  

obliczeniowego pala. 

Dla warunków bez odpływu  f

si

 = 

α

· C

ui

  

w którym 

α

 wyznaczamy wg tablicy 1, 

A

si

 – pole powierzchni bocznej i-tego odcinka  

obliczeniowego pala, 

 

S

si

 – współczynnik technologiczny. 

Dla pali: 

- wierconych w rurach -  S

= 1,0; 

- pali CFA -  S

= 1,2; 

- Vibro i wkręcanych -  S

= 1,4; 

- pali prefabrykowanych -  S

s  

= 1,0. 

 

Tablica 1. Współczynnik 

α

α

α

α

  

Wytrzymałość gruntu na 

ś

cinanie bez odpływu 

C

u

 [kPa] 

Pale przemieszczeniowe, 

wbijane i wkręcane 

Pale wiercone i CFA 

25 

α

 = 

1,0 

α

 = 

0,7 

25÷70 

α

 = 

1,0 – 0,011· (C

u

 – 25) 

α

 = 

0,7 – 0,008· (C

u

 – 25) 

>70 

α

 = 

0,5 

α

 = 

0,35 

Nośność podstawy pala: 

2

25

,

0

D

q

S

A

q

S

R

b

b

b

b

b

b

=

=

π

 

gdzie:  q

b

 = 9·C

ub

 – opór gruntu pod podstawą pala, 

 

A

b

 – powierzchnia podstawy pala ( dla pali Vibro D jest średnicą „buta” stalowego), 

S

b

 – współczynnik technologiczny. 

Dla pali: 

- wierconych i CFA -  S

b

  = 1,0; 

- wkręcanych -  S

 = 1,1; 

- prefabrykowanych -  S

b

  = 1,2; 

- Vibro -  S

b

  = 1,3. 

h

D

 

f

si

 

Q

R

Σ

R

S

i

 =

 R

s

 

R

si 

background image

 

3

Metoda 

β

β

β

β

 – nośność długoterminowa pala 

Korzystając z tej metody można oszacować nośność pojedynczego pala pracującego w warunkach 
z odpływem  w  gruntach  spoistych  i  niespoistych.  Opór  gruntu  zależy  od  stanu  naprężenia 
efektywnego w gruncie. Metodę 

β

 stosuje się do wszystkich rodzajów gruntów. 

Nośność pobocznicy pala dla i-tego odcinka obliczeniowego: 

i

si

si

si

si

si

si

h

D

f

S

A

f

S

R

=

=

π

 

gdzie:     f

si

 – opór gruntu na pobocznicy i-tego odcinka pala. 

Dla warunków z odpływem  f

si

 = 

β

i

 · 

σ

vi

  A

si

 – pole powierzchni bocznej i-tego odcinka 

obliczeniowego pala, 

  S

si

 – współczynnik technologiczny. 

Dla pali: 
- wierconych w rurach -  S

= 0,9; 

- CFA -    S

= 1,0; 

- Vibro  -  S

s

= 1,4; 

- wkręcanych -  S

= 1,3; 

- prefabrykowanych -  S

= 1,1. 

Wyznaczanie oporu gruntu f

si 

na pobocznicy pala: 

Opór gruntu na pobocznicy pala wyraża się wzorem: 

vi

i

i

vi

i

i

vi

i

si

K

K

f

'

tan

'

'

0

0

σ

δ

σ

µ

σ

β

=

=

=

200

'

vi

σ

 kPa 

gdzie: 

σ

vi

 – jest średnim, efektywnym naprężeniem pionowym, działąjącym w i-tej obliczeniowej 

warstwie  gruntu.  Ze  względu  jednak  na  zjawisko  głębokości  krytycznej,  w  obliczeniach 
przyjmujemy maksymalnie 

σ

vi

 

= 200 kPa. 

β

i

  –  jest  współczynnikiem  zależnym  od  efektywnego  naprężenia  poziomego,  działąjącego  w  i-tej 

obliczeniowej  warstwie  gruntu  (

vi

i

hi

K

'

'

0

σ

σ

=

oraz  szorstkości  powierzchni  pobocznicy  pala 

(

i

i

δ

µ

tan

=

). Współczynnik należy przyjmować wg tablicy 2. 

Tablica 2. Współczynnik 

β

β

β

β

Grunty spoiste 

Grunty niespoiste 

φ

β

=

tan

0

K

 

(

)

OCR

K

=

'

sin

1

0

φ

 

OCR 

– współczynnik prekonsolidacji 

(wyznaczony na podstawie badań 

laboratoryjnych bądź in situ

 

 
Nośność podstawy pala: 

2

25

,

0

D

q

S

A

q

S

R

b

b

b

b

b

b

=

=

π

 

gdzie:  q

b

 – opór gruntu pod podstawą pala, 

 

A

b

 – powierzchnia podstawy pala ( dla pali Vibro D jest średnicą „buta” stalowego), 

S

b

 – współczynnik technologiczny 

Dla pali: 
- wierconych i CFA -  S

b

  = 1,0; 

- wkręcanych -  S

b

 = 1,1; 

- prefabrykowanych -  S

b

 = 1,3; 

- Vibro -  S

b

 = 1,4. 

β

β

β

β    

1,20 

 

0,75 

 

0,44 

 

28° 

 

35° 

 

37° 

 

φ

φφ

φ

’ 

h

D

 

σ

σ

σ

σ

vi

 

σ

σ

σ

σ

hi

 

f

si

 

background image

 

4

Wyznaczanie oporu gruntu q

b 

pod podstawą pala: 

Opór gruntu pod podstawą pala przyjmujemy wg rozwiązania Terzaghi’ego: 

c

b

q

vb

b

N

c

N

q

+

=

'

'

σ

 

gdzie: 

σ′

vb

 – naprężenie efektywne w poziomie podstawy pala, przy czym ze względu na zjawisko 

głębokości krytycznej w obliczeniach przyjmujemy maksymalnie 

σ′

vi

 

= 200 kPa, 

 

c’

b

 – spójność efektywna gruntu w poziomie posadowienia, 

 

N

c

,  N

q

 – współczynniki nośności: 

(

)

(

)

b

e

N

b

b

q

'

tan

2

2

2

'

tan

1

'

tan

φ

η

φ

φ

+

+

=

 gdzie:  

÷

=

π

π

η

5

3

3

1

 

Kąt wypierania gruntu 

η

 spod podstawy pala. Przyjmujemy w przedziale od 1/3

π

 dla plastycznych 

gruntów spoistych do 2/3

π

 dla zagęszczonych piasków. 

b

q

c

N

N

'

cot

)

1

(

φ

=

 

Wpływ zmiany warstwy gruntowej na nośność podstawy pala 

Wyżej podane wzory w metodach 

α

 i 

β

, dotyczące nośności podstaw pali, są ważne dla przypadku 

podłoża  jednorodnego.  W  przypadku  podłoża  uwarstwionego,  w  sytuacji  gdy  występuje  zmiana 
warstwy  o  różnych  parametrach  wytrzymałościowych,  na  granicy  obu  warstw  może  pojawić  się 
przeskok  w  nośności  podstawy.  Taki  przeskok  jest  nierzeczywisty.  Zmiany  nośności  podstaw 
przebiegają  w  rzeczywistości  stopniowo.  Można  zastosować  zmodyfikowaną  propozycję 
Meyerhofa (1983), przedstawioną na rysunkach poniżej. 

Przypadek 1 – warstwa górna (1) o mniejszej nośności niż warstwa dolna (2) 

D

z

R

z

R

h

b

b

z

10

)

(

)

(

1

2

1

1

=

;     D – średnica pala 

0

,

1

10

2

2

+

=

D

z

h

z

η

 

Skorygowana 

nośność 

podstawy 

pala 

w warstwie 2: 

)

(

)

(

2

2

2

z

R

z

R

b

b

=

η

 

Wartość R

b

2

(z) oblicza się według wzorów 

na str. 1 i 2. 

 

Przypadek 2 – warstwa górna (1) o większej nośności niż warstwa dolna (2) 

0

,

1

)

(

)

(

)

(

3

1

1

1

1

2

1

1

1

1

=

z

R

z

R

z

R

D

z

b

b

b

η

 D – średnica pala;     

z

1

 = 0 

÷ 3D 

Skorygowana 

nośność 

podstawy 

pala 

w warstwie 1: 

)

(

)

(

1

1

1

z

R

z

R

b

b

=

η

 

Wartość R

b

1

(z) oblicza się według wzorów 

na str. 1 i 2. 

 

R

b2

(z

1

) 

R

b1

(z

1

) 

R

b1

(z) 

warstwa 1 

(mocniejsza) 

warstwa 2 

(słabsza)

 

3D 

z

1

 

R

b1

(z) 

wykres R

b1

(z

 wykres 

R

b1

(z

z

1

 

h

z

 

10

R

b1

(z

1

) 

R

b2

(z

1

) 

R

b2

(z) 

R

b2

(z)  z

2

 

wykres R

b2

(z

warstwa 1 

(słabsza) 

warstwa 2 

(mocniejsza) 

wykres 

R

b2

(z

z

1

 

background image

 

5

Przykład obliczeniowy 

Dobrać  długość  L  pala  wierconego  φ800  mm,  aby  w  zadanych  warunkach  gruntowych  uzyskał 

nośność  wystarczającą  do  przeniesienia  obciążenia  projektowego  Q

d

  =  1500  kN.  Obliczenia 

wykonać metodą 

α

α

α

α

 i 

β

β

β

β

 z uwzględnieniem zaleceń Eurokodu 7 (EC7). 

 

 

Obliczenia wielkości pomocniczych 

Współczynnik parcia spoczynkowego: 

           

977

,

0

0

,

2

)

18

sin

1

(

)

sin

1

(

0

=

°

=

=

OCR

K

φ

 

           

32

,

0

18

tan

977

,

0

tan

0

=

°

=

=

φ

β

K

 

Współczynniki nośności gruntu pod podstawą pala:  

   przyjęto 

η

 = 

π

/2 

   

(

)

(

)

255

,

5

)

18

tan

2

2

exp(

18

tan

1

18

tan

)

tan

2

exp(

tan

1

tan

2

2

2

2

=

°

°

+

+

°

=

+

+

=

π

φ

η

φ

φ

q

N

 

   

(

)

(

)

1

,

13

18

cot

1

255

,

5

cot

1

=

°

=

=

φ

q

c

N

N

 

Współczynniki technologiczne: 

   do metody 

α 

:   S

s

 = 1,0;  S

b

 = 1,0 

   do metody 

β 

:   S

s

 = 0,9;  S

b

 = 1,0 

Współczynniki korekcyjne do nośności (wg EC7): przyjęto  

ξ

3

 = 1,25/1,1 = 1,14 

Współczynniki częściowe do nośności (podejście obliczeniowe 2 wg EC7):  

γ

s

 = 1,1; 

γ

b

 = 1,1 

zwg 

0,0 

-1,0 

-3,0 

ił pylasto-piaszczysty 

I

L

=0,30 

γ = 20 kN/m

γ′ = 10 kN/m

φ′ = 18°, c′=45 kPa 
OCR = 2,0 

Profil geotechniczny 

L

 =

 ?

 

pal wiercony 

φ800 mm 

C

u

 [kPa] 

z [m ppt] 

25 

C

u

(z) = 25 + 5,0

[kPa] 

background image

 

6

Obliczenie nośności pala metodą 

α

α

α

α

 

 

Obliczenie nośności pala metodą 

β

β

β

β

 

z

h

i

σ

σ

σ

σ

'

vi

φ

φφ

φ

'

i

c'

i

β

ββ

β

i

f

si

R

si

R

s;cal

q

bi

R

b;cal

R

c;cal

R

s;k

R

b;k

R

c;k

R

s;d

R

b;d

R

c;d

[m ppt] [m]

[kPa]

[

o

]

[kPa]

[kPa]

[kN]

[kN]

[kPa]

[kN]

[kN]

[kN]

[kN]

[kN]

[kN]

[kN]

[kN]

0,0

0,0

0,0

1,0

0,0

20,0 18,0 45,0

0,32

6,35

0,0

0,0

3,0

2,0

60,0 18,0 45,0

0,32

12,70

57,4

57,4

6,0

3,0

90,0 18,0 45,0

0,32

23,81 161,6

219,0

9,0

3,0 120,0 18,0 45,0

0,32

33,33 226,2

445,2

1220,0

613,2

1058,4

390,5

537,9

928,4

355,0

489,0

844,0

12,0

3,0 150,0 18,0 45,0

0,32

42,86 290,8

736,0

1377,6

692,5

1428,5

645,6

607,4 1253,0

586,9

552,2 1139,1

13,0

1,0 160,0 18,0 45,0

0,32

49,20 111,3

847,3

1430,2

718,9

1566,2

743,2

630,6 1373,8

675,7

573,3 1249,0

14,0

1,0 170,0 18,0 45,0

0,32

52,38 118,5

965,8

1482,7

745,3

1711,1

847,2

653,8 1500,9

770,2

594,3 1364,5

15,0

1,0 180,0 18,0 45,0

0,32

55,55 125,7 1091,4

1535,3

771,7

1863,1

957,4

676,9 1634,3

870,4

615,4 1485,8

16,0

1,0 190,0 18,0 45,0

0,32

58,73 132,8 1224,3

1587,8

798,1

2022,4

1073,9

700,1 1774,0

976,3

636,5 1612,8

17,0

1,0 200,0 18,0 45,0

0,32

61,90 140,0 1364,3

1640,4

824,5

2188,8

1196,7

723,3 1920,0 1088,0

657,5 1745,5

18,0

1,0 210,0 18,0 45,0

0,32

63,49 143,6 1507,9

1640,4

824,5

2332,4

1322,7

723,3 2046,0 1202,5

657,5 1860,0

19,0

1,0 220,0 18,0 45,0

0,32

63,49 143,6 1651,5

1640,4

824,5

2476,1

1448,7

723,3 2172,0 1317,0

657,5 1974,5

20,0

1,0 230,0 18,0 45,0

0,32

63,49 143,6 1795,1

1640,4

824,5

2619,7

1574,7

723,3 2298,0 1431,5

657,5 2089,0

 

 

Wniosek z obliczeń: 

Wartości nośności pala otrzymane z obu metod obliczeniowych są dość rozbieżne. 

Zadecydował wynik obliczeń metodą 

α

 

Potrzebna długość pala:   L = 20,0 - 1,0 = 19,0 m 

Warunek nośności:   Q

d

 = 1500 kN < R

c;d

 = 1585 kN 

Uwaga: 

W  przypadku  obiektu  budowanego  w  sposób  powolny  i  przy  niewielkiej  zmienności  obciążeń 

podczas eksploatacji obiektu, można zrezygnować z metody 

α

 obliczania nośności pali.