Текст ВСН 01-76 Инструкция по проектированию и устройству буронабивных свай-стоек в вечномерзлых грунтах района Норильска

добавил Admin, в ВСН
Скачать бесплатно

Министерство цветной металлургии СССР
(МИНЦВЕТМЕТ СССР)

ИНСТРУКЦИЯ
ПО ПРОЕКТИРОВАНИЮ И УСТРОЙСТВУ БУРОНАБИВНЫХ СВАЙ-СТОЕК В ВЕЧНОМЕРЗЛЫХ ГРУНТАХ РАЙОНА НОРИЛЬСКА

ВСН-01-76

Минцветмет СССР

Утверждена протоколом Министерства
цветной металлургии СССР
от 6 сентября 1976 г. № 180

СОДЕРЖАНИЕ

1. Общие положения

2. Инженерные изыскания

3. Проектирование

4 Технология устройстве буронабивных и трубобетонных свай-стоек в вечномерзлых грунтах

Общие указания

Бурение скважин

Изготовление, транспортирование и хранение арматурных каркасов

Монтаж секций арматурных каркасов в свайных скважинах

Бетонирование свай-стоек

Проверка качества бетона и приемка свай

Приложения

Приложение 1. Примеры армирования буронабивных железобетонных свай

Приложение 2 Форма журнала производства работ по устройству буронабивных свай-стоек

Приложение 3 Схема устройства для подачи и виброуплотнения бетона буронабивных и трубобетонных свай-стоек

Приложение 4 График нарастания прочности бетона на портландцементе марки М 400 в зависимости от средней температуры °С.

1. Общие положения

1.1. Требования настоящей Инструкции должны выполняться при проектировании и устройстве фундаментов из буронабивных свай-стоек в вечномерзлых грунтах с учетом их последующего оттаивания для зданий и сооружений, возводимых в районе Норильска.

1.2. При проектировании и устройстве буронабивных свай-стоек в вечномерзлых грунтах следует руководствоваться, кроме настоящей Инструкции, соответствующими главами СНиП.

1.3. Буронабивные сваи-стойки, в зависимости от своего конструктивного исполнения, подразделяются на:

а) буронабивные железобетонные, выполняемые из монолитного бетона враспор с грунтом без обсадных труб или с обсадными трубами, извлекаемыми в процессе бетонирования свай;

в) трубобетонные, выполняемые из монолитного бетона в отельной обойме из неизвлекаемых обсадных труб, учитываемых в расчете несущей способности свай-стоек.

1.4. Исходя из условия экономии металла и обеспечения наибольшей долговечности свайных фундаментов, эксплуатируемых в агрессивной среде, при прочих одинаковых условиях (требуемая длина свай, расчетная нагрузка на сваю и т.п.), следует отдавать предпочтение варианту буронабивных свай, предусмотренному в подпункте "а" п. 1 настоящей Инструкции.

2. Инженерные изыскания

2.1. Изыскания должны обеспечивать получение полных исходных данных по инженерно-геологическим, гидрогеологическим и мерзлотным условиям площадки проектируемых зданий и сооружений, возводимых на буронабивных сваях-стойках с учетом возможного последующего оттаивания вечномерзлых грунтов согласно главе СНиП по инженерным изысканиям для строительства.

2.2. Для опальных грунтов, принимаемых в качестве основания свай-стоек, должны быть определены следующие характеристики:

а) глубина залегания его верхней границы (кровли);

б) степень выветрелости, размокаемости, растворимости в воде и другие данные, необходимые для определения глубины заделки свай в этот слой;

в) временное сопротивление одноосному сжатию в водонасыщенном состоянии;

г) температурный режим в природном состоянии;

д) изменение механических свойств при переходе из мерзлого в талое и увлажненное состояние.

2.3. Для нескальных грунтов, прорезаемых сваями-стойками, при изысканиях должны быть определены их физико-механические характеристики (том числе: номенклатурные наименования, влажность, льдистость, заторфованность, засоленность, криогенная текстура, просадочность при оттаивании и др.), на основе которых могут быть определены требуемые для расчета параметры, включая продольный изгиб свай-стоек и величины отрицательного трения оттаивающего грунта по боковой поверхности свай-стоек.

2.4. Разведочные скважины для свай-стоек размещаются по сетке со стороной квадрата от 30 до 40 м в пределах габаритов в плане проектируемых зданий и сооружений, уширенных в каждую сторону на 3 м. При неоднородном грунтовом основании или меняющейся глубине его залегания шаг расположений разведочных скважин следует уменьшить.

2.5. Разведочные скважины необходимо заглублять в несущий пласт ниже проецируемого основания сваи не менее, чем на 3 м в невыветрелые (монолитные) и слабовыветрелые (трещиноватые) скальные грунты и не менее 5 м в грунты с временным сопротивлением одноосному сжатию менее 50 кгс/см2.

2.6. При изысканиях должна определяться и, соответственно, отражаться в литологических колонках температура грунта в различных условиях. Температурные измерения проводятся не ранее 4 суток после окончания ручного бурения скважин и не ранее 8 суток по окончании механического бурения. При этом следует:

а) скважины, предназначенные для измерения температуры, обсаживать стальными трубками, оборудованными колпачками, исключающими попадание в них воды;

б) на каждом сооружении или здании сохранять до его сдачи в эксплуатацию 2-4 температурные скважины (в зависимости от его размера в плане), располагаемые в наиболее характерных и доступных для измерения местах.

2.7. При наличии грунтовых вод следует определять:

а) глубину их появления в скважине;

б) дебит воды;

в) установившийся уровень;

г) степень химической агрессивности воды по отношению к металлу и бетону.

2.8. Для сооружений, располагаемых в зоне действующих электролизных цехов и других объектов, использующих постоянный ток, следует устанавливать наличие и плотность блуждающих токов в грунте.

2.9. На новых строительных площадках со сложными инженерно-геологическими условиями необходимо провести статические испытания предельными нагрузками не менее двух опытных буронабивных свай-стоек; результаты испытаний должны учитываться при проектировании оснований и фундаментов.

2.10. Испытания свай должны проводиться применительно к методам, установленным ГОСТ 5686-69 "Сваи и сваи-оболочки. Методы полевых испытаний", при этом необходимо исключить влияние на несущую способность свай сил смерзания их с прилегающим мерзлым грунтом, что достигается путем его предварительного электропрогрева.

3. Проектирование

3.1. Буронабивные сваи-стойки (п. 1.3. "а" настоящей Инструкции) применяются:

а) при прорезании сваями твердомерзлых неосыпающихся наносных грунтов;

б) при невозможности изготовления в районе строительства железобетонных свай и сложности их доставки из отдаленных баз стройиндустрии;

в) при отсутствии строительных кранов с грузоподъемностью, необходимой для установки буроопускных свай расчетной длины.

3.2. Буронабивные сваи-стойки следует выполнять как железобетонные с армированием на всю их длину. Частичное армирование буронабивных свай-стоек (в зоне влияния изгибающих усилий) допустимо только при расчетных нагрузках на сваю до 100 тс и глубине их заложения не более 10 м.

При агрессивной к бетону грунтовой среде буронабивные сваи следует выполнять из сульфатостойкого цемента.

3.3. Трубобетонные сваи-стойки следует применять:

а) во всех случаях, когда прорезаемые сваями наносные грунты (пластично-мерзлые, сыпуче мерзлые, водонасыщенные промышленными сбросами и т.п.) при бурении требуют обсадки скважин трубами, последующее извлечение которых не представляется возможным;

б) при глубине залегания грунта, используемого в качестве основания, превышающей длину изготавливаемых предприятиями железобетонных свай, либо предельную длину возможного погружения буроопускных свай, стыкуемых по длине;

в) с частичным армированием бетонного ствола - только для сопряжения с ростверком при диаметре свай-стоек не менее 700 мм и расчетных нагрузках не более 400 тс. С армированием всего бетонного отвода для фундаментов ответственных сооружений или при расчетных нагрузках на сваю-стойку, превышающих 400 тс.

Примечания.

1. Коррозия трубобетонных свай-стоек при неагрессивной и слабо агрессивной к стали грунтовой среде должна учитываться расчетом при проектировании (п. 3.18 настоящей Инструкции)

2. При средней и сильно агрессивной к стали грунтовой среде применение трубобетонных свай-стоек не допускается.

3. При наличии в грунте блуждающих электротоков в проекте следует предусматривать средства защиты свай-стоек от электрокоррозии согласно "Инструкции по защите железобетонных конструкций от коррозии, вызываемой блуждающими токами" (СН 65-67).

3.4. При гибкости свай-стоек 0/Д8,5 и расчетном эксцентрицитете относительно центра тяжести сечения (п. 3.14 настоящей Инструкции) 0Д/20 (где 0 - расчетная длина сваи, определяемая по п. 3.20 настоящей Инструкции, и Д - диаметр полного сечения сваи) поперечное армирование буронабивных свай-стоек допускается выполнять с применением расчетной спиральной арматуры, повышающей их несущую способность.

3.5. Для армирования свай-стоек следует применять сборные каркасы. Примеры конструкции секций арматурных каркасов дня буронабивных свай-стоек с диаметром от 800 до 1000 мм даны в приложении 1.

3.6. Диаметр буронабивных и трубобетонных свай-стоек по технологическим и теплофизическим условиям должен быть не менее:

при длине до 10 м - 500 мм

то же более 10 до 30 м - 700 мм

то же более 30 до 45 м - 800 мм

то же более 45 до 60 м - 1000 мм

3.7. Величины нагрузок и воздействий, значения коэффициентов перегрузок и коэффициентов сочетаний нагрузок, а также подразделение нагрузок на постоянные и временные - длительные, кратковременные и особые должны приниматься в соответствии с требованиями главы СНиП по проектированию нагрузок и воздействий.

Кроме того, при расчете несущей способности свай-стоек согласно требованиям п. 3.8 настоящей Инструкции в качестве внешней продольной нагрузки необходимо учитывать усилие Рот передаваемое оттаивающим грунтом на сваю-стойку (отрицательное трение), которое определяется по формуле:

Pот=RcgFcg

(1)

где Pот - величина отрицательного трения оттаивающего грунта;

Rcg = 0,1 кгс/см2 - удельное значение отрицательного трения грунта по боковой поверхности сваи-стойки;

Rcg - площадь боковой поверхности сваи-стойки в пределах слоя наносных грунтов.

3.8. Несущую способность свай-стоек Р следует определять как наименьшее из значений, полученных при расчете по двум условиям:

по сопротивлению грунта основания сжатию (пп. 3.9 и 3.10 настоящей Инструкции);

по сопротивлению материала свай-стоек (пп. 3.15-3.19 настоящей Инструкции).

Несущая способность свай-стоек Р рассчитывается из условия:

N P,

(2)

где N - расчетная продольная нагрузка на одну сваю-стойку (первая группа предельных состояний) с учетом воздействия оттаивающего грунта (п. 3.7 настоящей Инструкции).

3.9. Несущая способность сваи-стойки по грунту P определяется по формуле:

(3)

гдеFст - площадь опирания сваи-стойки на скальный грунт в пробуренной скважине;

Kн = 1,4 - коэффициент надежности;

R0 - расчетное сопротивление скального грунта под торцом сваи-стойки, определяемое по формуле:

(4)

здесь m и Kг - соответственно коэффициенты условий работы и безопасности по грунту, отношение которых принимается m/Kг = 0,7;

Rсж - среднеарифметическое значение временного сопротивления скального грунта одноосному сжатию в водонасыщенном состоянии, определяемое по данным инженерно-геологических изысканий;

hз - расчетная глубина заделки сваи-стойки в скальный грунт;

Дз - диаметр сваи-стойки, заделанной в опорный грунтовый пласт.

Сваи-стойки следует считать защемленными в основании при их заглублении в скальные невыветрелые (монолитные) или слабовыветрелые (трещиноватые) грунты не менее, чем на два диаметра сваи. Если сваи-стойки не удовлетворяют этому требованию, расчетное, сопротивление грунта основания сжатию следует определять по формуле (4), принимая выражение:

3.10. При размягченных или сильновыветрелых скальных грунтах (рухляк), в основании свай-стоек, либо скальных грунтах с прослойками нескальных возможность их использования в качестве оснований свай-стоек и назначение величины расчетных сопротивлений грунта должна решаться по результатам исследований, в том числе статических испытаний свай осевыми нагрузками.

3.11. Расчет буронабивных и трубобетонных свай-стоек из условия сопротивления материала следует производить в соответствии с требованиями главы СНиП по проектированию бетонных и железобетонных конструкций с учетом дополнительных требований, приведенных в настоящей Инструкции. Для наиболее часто встречающихся случаев свай-стоек, указанных в п. 3.15, расчет несущей способности (прочности) допускается по формулам, приведенным в пп. 3.16-3.19 настоящей Инструкции.

3.12. При проектировании буронабивных и трубобетонных свай-стоек должны применяться:

а) батон по прочности на осевое сжатие не ниже М 300 и по морозостойкости для зданий и сооружений классов I и II не ниже Мрз 300; в остальных случаях не ниже Мрз 200 с противоморозными и пластифицирующими химическими добавками, приведенными в п. 4.27 (табл. 6) настоящей Инструкции;

б) для поперечного армирования - арматурная сталь класса A-I марок Ст3сп3, ВСт3сп2 и ВСт3Гпс2, а для продольных стержней каркасов - арматурная сталь класса А-III марки 25Г2С;

в) для обсадных труб, а также для промежуточных и концевых колец арматурных каркасов:

свай-стоек, полностью заглубленных в грунт, - сталь марок ВСт3сп5 или ВСт3пс5;

свай-стоек, выступающих из грунта (выше отметки планировки), - сталь марок 09Г2-6 или 10Г2СI-6.

Примечания.

1. Указания настоящего пункт распространяются на районы с расчетной температурой воздуха не ниже минус 50°С.

2. Забивка обсадных труб трубобетонных свай-стоек при температуре ниже минус 40°С не допускается.

3.13. Расчетные сопротивления бетона и арматуры, а также коэффициенты условий работы следует принимать в соответствии с требованиями главы СНиП по проектированию бетонных и железобетонных конструкций. Расчетное сопротивление стали труб (при трубобетонных сваях) следует принимать в соответствии с главой СНиП по проектированию стальных конструкций. Кроме того, дополнительно необходимо вводить в расчет следующие коэффициенты условий работы бетона и обсадных труб трубобетонных свай:

mбн1 = 0,75, учитывающий замедленное твердение бетона, в контакте с вечномерзлым грунтом;

mбн2 = 0,6, учитывающий условия бетонирования конструкций глубокого заложения и относительно малого поперечного сечения;

mт = 0,8, учитывающий условия забивки труб в скважины.

3.14. При расчете несущей способности (прочности) свай-стоек на воздействие сжимающей продольной силы должен приниматься во внимание случайный эксцентрицитет еосл, обусловленный неучтенными в расчете факторами. Эксцентрицитет еосл в любом случае принимается в одном из следующих значений:

1/600 всей длины сваи или длины ее части, учитываемой в расчете (п. 3.20 настоящей Инструкции);

1/30 диаметра всего сечения сваи-стойки.

Расчетная величина эксцентрицитета продольной силы относительно центра тяжести сечения -eo принимается равной эксцентрицитету, полученному из статического расчета конструкции, но не менее еосл.

3.15. Несущую способность (прочность) свай-стоек из бетона марок М 300 и М 400, для которых величина расчетного эксцентрицитета ео, определенная в соответствии с п. 3.14, не превышает Д/10, допускается рассчитывать в соответствии с требованиями пп. 3.16-3.19 настоящей Инструкции. В этих случаях следует расчетные сопротивления бетона для предельных состояний первой группы умножать на произведение соответствующих частных коэффициентов условий работы бетона, которое принимается равным mбс = 0,36.

3.16. Несущая способность (прочность) буронабивных свай-стоек Р определяется по формулам:

а) при поперечном армировании, не учитываемом в расчете,

(5)

б) при поперечной армировании, учитываемом в расчете (косвенное армирование в виде спирали),

(6)

В формулах (5) и (6):

φ - коэффициент продольного изгиба, определяемый по п. 3.19, и с учетом указаний п. 3.20 настоящей Инструкции;

F - площадь бетона в поперечном сечении сваи;

Fя - то же, ограниченная осью стержня спиральной арматуры (ядро сечения);

Fa - площадь сечения всей продольной арматуры;

Rac - расчетное сопротивление арматуры сжатию;

 - приведенная призменная прочность бетона, определяемая по формуле:

(7)

здесь Rпр - расчетная признанная прочность бетона;

 - расчетное сопротивление растяжению арматуры спирали;

eo - расчетный эксцентрицитет;

Дя - диаметр ядра бетонного сечения;

 - коэффициент поперечного армирования, равный:

(8)

здесь fсп - площадь поперечного сечения стержня спиральной арматуры;

S - шаг навивки спирали.

Примечания.

1. Косвенное армирование учитывается в расчете при условии, что несущая способность сваи-стойки, определенная по формуле (6), превышает ее несущую способность, определенную по полному сечению - по формуле (5).

2. Косвенное армирование должно удовлетворять конструктивным требованиям п. 3.22 настоящей Инструкции.

3.17. При расчете свай-стоек с косвенным армированием (формула (6)) должно соблюдаться условие, обеспечивающее трещиностойкость защитного бетонного слоя:

P = φ·1,8mбс·Rпр·Fп,

(9)

где φ - коэффициент, определяемый по указаниям п. 3.19 настоящей Инструкции;

Fп - площадь полного приведенного сечения сваи-стойки, определяемая по формуле:

(10)

3.18. Несущая способность (прочность) трубобетонных свай-стоек в общем случае (при наличии наряду со стальной трубой арматурного каркаса) определяется по формуле:

(11)

где φ - коэффициент продольного изгиба, определяемый по п. 3.19;

R - расчетное сопротивление сжатию стали обсадной трубы;

 - приведенная призменная прочность, определяемая по формуле (7), при:

(12)

но не более 0,06;

 

здесь Fя - площадь сечения бетонного отвода;

Fтр - площадь сечения трубы, определяемая с учетом многолетней коррозии по формуле:

Fтр=πД(δ);

(13)

здесь Д и δ - соответственно диаметр и толщина стенки трубы;

n - расчетное число десятилетней эксплуатации свайного фундамента;

η = 0,02 см - глубина коррозии стенки трубы в течение десятилетия.

Примечание. При применении трубобетонных свай-стоек без арматурного каркаса слагаемое Rас·Fа в формуле (11) принимается равным нулю.

3.19. Значения коэффициента продольного изгиба φ при расчете по прочности свай-стоек в соответствии с пп. 3.15-3.18 настоящей Инструкции определяются:

а) для буронабивных свай-стоек

при поперечном армировании, не учитываемом в расчете (формула (5)), по зависимости:

φ=φмин+(φмакс-φмин)·50μа,

(14)

но не более φмакс,

где φмин и φмакс - минимальные и максимальные значения φ определяемые по табл. 1.

μа - коэффициент продольного армирования:

(15)

Таблица 1

Расчетный эксцентрицитет eо

коэффициенты продольного изгиба φмин и φмакс для расчета по формуле (5) при 0/Д равном

≤4

6

8

10

12

14

16

(в числителе - φмин; в знаменателе - φмакс)

Д/30

0,94

0,94

0,93

0,93

0,92

0,92

0,90

0,90

0,88

0,88

0,85

0,85

0,81

0,81

Д/20

0,89

0,89

0,88

0,88

0,86

0,86

0,84

0,84

0,82

0,