Hlubinné základy

Deep Foundations

Druhy hlubinných základů

• Piloty /Piles/• Mikropiloty /Mini-Piles/• Podzemnístě ny /Diaphragm Walls/• Kesony /Caissons/• Studny /Open Caissons/• Š achtové pilíře /Pier Foundations/

KESON

ZÁ KLADOVÁ STUDNA: a) zhotovenístudny, b) spouště nístudny, c) hotový studnový zá klad mostního pilíře

Dě lenípilotových základů1)podle příčné ho rozmě ru:

maloprofilové (příčný rozmě r od 0,3 m, resp. 0,15 mdo 0,6 m)velkoprofilové (příčný rozmě r přes 0,6 m do asi 3,0 m)

2)podle sklonu:svisléšikmé

3)podle způsobu namá há ní:tlačenétaženépříčně zatížení(obyčejně v kombinaci s tlakem či tahem)

TAHOVÉ PILOTY OHÝBANÉ VZPĚR

4)podle materiá lu:betonové (železobetonové , z předpjaté ho betonu)ocelovédřevě né

SVISLÁ TABULKOVÁ ÚNOSNOST (kN) PILOT DLE DIN 4026

Dřevě né piloty

Ocelové piloty

Železobetonové piloty

Obecně jšídě lenípilot představuje kriterium podle vý robního postupu:

• piloty typu displacement, kdy zemina z prostoru, který pilota zaujímá, neníodstraně na, nýbrž je stlačena jak do stran, tak i pod patu piloty,

• piloty typu replacement (nondisplacement), kdy je v prů bě hu provádě nízemina odstraně na z prostoru budoucípiloty.

EVROPSKÁ KLASIFIKACE PILOT

Ražené piloty(Displacement, bez tě ženízeminy)• Materiá l: ocel, litina, beton, dřevo, malta,

kombinace materiálů• Instalace do zeminy: beraně ní, vibrování, šroubování, zatlačování, kombinace technologií

• ČSN EN 12699 (731002) Provádě níspeciálních geotechnických prací–Ražené piloty

• Prefabrikované raž ené piloty – V ČR se v současnosti neprovádě jí

• Raž ené, na místě betonované pilotyvibrované piloty VUIS, Fundexpředrá ž ené piloty Franki

- ště rkové (zlepšovánípodloží)- betonové

Výhody Franki pilot:• Cibulovitá pata (1,5-1,8 násobek dříku

piloty)• Drsný plá šť (Ø 420-450mm; 520-550mm)• Kvalitníbeton (nízký vodnísoučinitel,

hutný)• Odolný beton (nepropustný, odolnost vů či

agresivnímu prostředí)• Vysoká míra únosnosti (např. v kN/cena

piloty)

Nevýhody• Velké dynamické účinky• Omezeny průmě rem i délkou• Vhodné v nesoudržných zeminá ch (při

beraně nív soudržných zeminách vznikajívelké pórové tlaky, po jejich vymizenípilota sedne)

• Odsá tívody v suchých soudržných zeminách (spraše – spálenía betonu)

• Méně vhodné k přenosu příčných sil

Vrtané piloty

• ČSN EN 1536: Provádě níspeciálních geotechnických prací– Vrtané piloty /1999/

• Masopust, J.: Vrtané piloty, Č eně k a Ježek, 1994

• ČSN 731002 Pilotové základy, 1987• Komentářk 731002

Technologie provádě nívrtaných pilot zahrnuje:

1. vrtání2. přípravné práce před betonáží3. betonáž4. práce dokončovací

Vrtané piloty : vrtá ní, vklá dá nípažnice do vrtu, dovrtá nínezapaž ené čá sti vrtu, vklá dá níarmokoše, betoná ž piloty, odpažová ní

1.Vrty pro piloty a vrtné ná stroje

Vrtný šnek, spirá l

Vrtný hrnec, šapa

Zařízenína rozšířenípaty

Sacívrtá k

• Vrty nepaž ené• Vrty pažené

d > 1,0m vždy úvodnípažnicenesoudržné Id < 0,5soudržné Ic < 0,5 pažit vždy !!!

a) pomocíocelových pažnicb) pomocípažícísuspenze

Paženíjílovou suspenzí

Jílová pažicísuspenze zajišťuje stabilitu stě n i dna vrtu kombinovaným účinkem hydrostatického tlaku a elektrochemický ch jevů, v jejichž dů sledku se na stě ně vrtu vytvoříochranný jílový filtračníkoláč, jehož tloušťka závisína kvalitě té to suspenze a na mnoha dalších okolnostech. Je-li jílová suspenze v klidu, přejde z tekuté ho stavu na gel a jejípevnost ve střihu se výrazně zvě tší. Mícháním přejde gel na tekutinu (sol) – thixotropie.

2. Přípravné prá ce před betoná ží

• Č iště nívrtu• Kontrola dé lky vrtu• Č erpánípodzemnívody

Přestávka mezi dovrtáním a zahájením betonáže co nejkratší!!!

Minimálníkrytívýztuže u pilot s profilem d ≤ 0,6 m je 50 mm, u pilot s d > 0,6 m pak

60 mm.

3. Betoná žBeton pro betonáž vrtaných pilot musímít vysokou odolnost proti rozmě šová ní, vysokou plasticitu a správné složenía konzistenci, schopnost samozhutně nía především sprá vnou zpracovatelnost pro jeho ukládání, jakož i pro případ vytahovánípažnic z čerstvé ho betonu. Složeníbetonu by mě lo odpovídat požadavků m ČSN EN 206-1 Beton –Č ást 1: Specifikace, vlastnosti, výroba a shoda. Dle té to normy se stanovujízejmé na požadavky na třídu betonu, jež by mě la být v rozmezíC16/20 až C30/37.

Piloty CFA /Continuous FlyingAuger/

• Vhodné pro zeminy soudržné, Id > 0,4, suché či zvodně lé , bez velkých balvanů

• nesoudržné, kromě mě kkých, senzitivních jílů , event. spraší, pokud neobsahujínevrtatelné vložky

• Rychlá, efektivnímetoda• tichá, bez vibrací• d pilot je 600-1400mm, dé lka 18-20m

VRTÁ NÍ BETONÁ ŽBETONÁ Ž DOKON-ČENÍBET.

ARMOKOŠ

Osová únosnost vrtaný ch pilotOsová únosnost osamě lé piloty je zatížení, při které m pilota

vyhovípodmínkám pevnostním (řešenípodle 1.MS), tak i obecným podmínkám deformačním (řešenípodle 2. MS). Obecně přicházejív úvahu následujícímeznístavy:

• celková ztráta stability,• únosnost piloty,• vyzdviženívztlakem, nebo nedostatečný odpor v tahu

piloty,• konstrukčníporušenípiloty tlakem, vybočením, resp.

tahem,• nadmě rné sedání,• nadmě rné zvednutí.

Statické zatě žovacízkoušky

• Studijní– v předstihu na mimosysté mových nebo modelových(profil zmenšen max 1:2) pilotách

• Průkazní– před zahájením stavby• Kontrolní– v prů bě hu realizace pilot nebo

po skončenístavby. Vě tšinou piloty systé mové .

Únosnost osamě lých pilot stanovenávýpočtem na zá kladě 1. skupiny MS

Uvd = Ubd + Ufd ≥ Vde

kde Uvd je svislá výpočtová únosnost pilotyUbd je výpočtová únosnost paty piloty, Ufd je výpočtová únosnost na plášti Vde

je svislá složka extré mního výpočtové ho zatíženípů sobícího v hlavě piloty.

σ

σ

Stabilitních parametry jednotlivých vrstev základové pů dy se stanovídle zásad mezních stavů pomocínásledujících dílčích součinitelů spolehlivosti γm:

-pro úhel vnitřního tření(efektivníči totální) γmϕ = 1,4- pro soudržnost (efektivníči totální) γmc = 2,0- pro objemovou tíhu a hydrostatický tlak γmγ = 1,0

Únosnost paty piloty je dána vztahem:

Ubd = k1.As.Rd

kde As je plocha paty pilotyRd je výpočtová únosnost paty piloty

stanovená v zeminách podle vztahu:

Rd = 1,2.c.Nc + (1+sinϕd).γ1.L.Nd + γ2.d/2.Nb

kde Nc = 2 + π pro ϕu = 0Nc = (Nd – 1).cotgϕd pro ϕd > 0Nd = exp(π.tgϕd).tg2(45 + ϕd/2) Nb = 1,5.(Nd – 1).tgϕd

k1 je součinitel, vyjadřujícízvě tšeníúnosnosti vlivem dé lky piloty L:

pro L ≤ 2,0 m k1 = 1,02,0 m < L ≤ 4,0 m k1 = 1,054,0 m < L ≤ 6,0 m k1 = 1,1

L > 6,0 m k1 = 1,15

Výpočtová únosnost na plá šti je dána:

Ufd = ∑ π.di.hi.fsi

třenína plášti fsi je dáno rovnicí:fsi = σxi.tg(ϕd/γr1) + cd/γr2

vodorovné napě tív i-té vrstvě je dáno:σxi = k2.σori

kde σori je geostatické napě tív hloubce zi

k2 je součinitel bočního zemního tlaku na plášťpiloty:

pro z ≤ 10,0 m k2 = 1,0 z > 10,0 m k2 = 1,2

Součinitel podmínek pů sobenízákladovépů dy γr1 se dosazuje následovně :

pro z ≤ 1,0 m γr2 = 1,31,0 m < z ≤ 2,0 m γr2 = 1,22,0 m < z ≤ 3,0 m γr2 = 1,1

z > 3,0 m γr2 = 1,0

Ú nosnost osamě lých pilot stanovenávýpočtem na zá kladě 2. skupiny MS

A. Výpočtová únosnost pilot opřených o nestlačitelné podloží

Jedná se o vrtané piloty opřené patou o skalníhorniny tř.R1, R2, resp. zahloubené do tě chto hornin na hloubku t = 0,1 – 0,2 m.

Uvd = 0,8.As.Rbdkde Rbd je výpočtová pevnost betonu v tlaku

(v závislosti na jeho třídě )

Okamžité sedáníje dáno vztahem:

s = Isp.V.L/(As.Eb)

kde Isp je příčinkový koeficient pro sedáníopřené piloty podle tabulky

V je pů sobícísvislá síla,Eb je modul deformace (pružnosti)

betonu.

Tuhost piloty je dána pomě rem:

K = Eb/Es

kde Es je prů mě rná velikost sečnové homodulu deformace zemin podé l dříku pilot

Velikosti př íčinkového koeficientu Isp pro sedá níopř ené piloty

1,001,001,000,99

1,001,001,000,97

1,000,990,980,92

1,000,980,960,84

0,990,970,920,75

0,970,920,840,57

0,920,880,750,40

35

1025

10000500020001000500200100KL/d

B. Výpočtová únosnost pilot zahloubených do stlačitelné ho podloží

Mezníúnosnost na plá šti piloty je dána:Rsu = m1.m2.π.∑di.hi.qsi

kde hi je mocnost příslušné vrstvy zeminy m1 je dílčíkoeficient podle druhu zatížení:

pro zatíženíprovozní m1 = 0,7pro zatíženíextrémní m1 = 1,0

m2 je dílčíkoeficient vyjadřujícívliv povrchu dříku piloty:

pro betonáž do suché ho vrtu a pod vodu m2 = 1,0pro betonáž pod pažicísuspenzi m2 = 0,9pro ochranu dříku pomocífólie PVC, PE, tl. přes

0,7 mm, m2 = 0,7pro ochranu dříku pomocífólie a pletiva B-systé mu

m2 = 0,5pro ochranu ponechanou ocelovou pažnicí

m2 = 0,15

β⋅

a b

a) meznízatě žovacíkř ivka vrtané piloty, b) schéma piloty ulož ené ve vrstevnaté zemině

Velikost mezního plá šťového třeníje dána vztahem:

qsi = a – b/(Di/di)

kde a, b jsou regresníkoeficienty /kPa/ podle tabulky

Di je vzdálenost od hlavy piloty do poloviny i-té vrstvy

di je prů mě r piloty v té to vrstvě .

Velikost napě tíq0 na patě piloty při deformaci odpovídajícíplné mobilizaci plášťové ho třeníje:

q0 = e – f/(L/d0)

kde e, f jsou regresníkoeficienty /kPa/ podle tabulky

L je dé lka piloty,d0 je prů mě r piloty v patě .

150,221084,26

197,74987,60

20,81108,59

46,3997,31

IC = 0,5IC ≥ 1,0Soudržné

174,89445,421399,88

268,11490,341596,70

16,0648,44115,88

62,4691,22154,03

ID = 0,5ID = 0,7ID = 0,9

Nesoudržné

1298,961155,34703,89

2841,311616,22957,61

225,95139,4594,96

246,02169,98131,92

R 3R 4R 5

Poloskalní

feba

Regresníkoeficienty /kPa/ZeminaHornina

Velikosti regresních koeficientů pro jednotlivé typy zemin a hornin. Pro nesoudržné zeminy je třídícím znakem relativníulehlost ID, pro soudržnézeminy potom index konzistence IC

Stanovíme-li průmě rnou velikost plá šťového třenípodé l dříku piloty qsjako vážený prů mě r velikostíqsi:qs = (∑di.hi.qsi)/(∑di.hi)

lze určit koeficient přenosu zatíž enído paty piloty β dle rovnice:

β = q0/(q0 + 4.qs.L/d0)zatíž enív hlavě piloty na mezi mobilizace plášťové ho tření:

Ry = Rsu/(1 - β)

Odpovídajícívelikost sedá níje dána rovnicí:

sy = I.Ry/(d.Es)kde I je příčinkový koeficient sedánípiloty,

Es je prů mě rná velikost sečnové ho modulu deformace zemin podé l dříku piloty.

Příčinkový koeficient:I = I1.Rk

kde I1 je základnípříčinkový koeficient stanovený podle grafu

0 5 10 15

0.5

0.7

I1

l/d

Příčinkový koeficient sedá níI1

I1

L/d

Průmě rný sečnový modul deformace se vypočítá jako vážený prů mě r:

Es = (∑Esi.hi)/(∑hi)

Souřadnicemi (sy; Ry) je jednoznačněurčena prvnívě tev meznízatě žovacíkřivku tvaru paraboly 2o o rovnici:

s = sy.(R/Ry)2

pro obor zatížení: 0 ≤ R ≤ Ry.

2.5

3.0

2.0

1.5

1.0

Rk

100 200 500 1000 2000 5000 10000K

l/d=

50

25

1052

Korekčnísoučinitel Rk

K

Rk

Druhá vě tev meznízatě žovacíkřivky je dána úsečkou o souřadnicích koncové ho bodu (s25 = 25 mm; Rbu )

Rbu = Rsu + Rpu

Rpu = β.Ry.s25/sy

Rovnice té to druhé vě tve meznízatě žovacíkřivky je:

s = sy + (s25 – sy).(R – Ry)/(Rbu – Ry)

pro obor zatížení: Ry ≤ R ≤ Rbu

22,341,263,797,0

33,558,887,9133,0

85,5138,3--

24,741,054,883,2

35,057,375,3114,5

72,3105,5--

20,230,841,361,6

28,243,158,287,5

50,364,5--

1,53510

R 5R 4R 3R 5R 4R 3R 5R 4R 31,51,00,6

d /m/h(m)

Sečnové moduly deformace Es /MPa/ pro horniny poloskalní

29,052,578,2107,3

15,324,536,054,0

13,019,424,532,6

30,647,869,193,4

15,825,032,547,8

12,818,422,829,8

28,344,556,172,1

13,720,226,636,6

11,015,518,823,8

1,53510

0,90,70,50,90,70,50,90,70,5ID

1,51,00,6d /m/h

(m)

Sečnové moduly deformace Es /MPa/ pro zeminy nesoudržné

12,323,036,757,4

8,613,718,424,6

13,423,935,451,3

7,912,515,921,3

13,222,031,244,3

6,910,012,515,5

1,53510

≥ 1,00,5≥ 1,00,5≥ 1,00,5IC

1,51,00,6d /m/h

/m/

Sečnové moduly deformace Es /MPa/ pro zeminy soudržné

Osová únosnost skupiny pilotPři návrhu mimořádně zatížených pilotových základů navrhujeme více pilot uspořádaných do skupiny, jež tvoříjeden statický celek. Piloty jsou vždy v hlavách spojeny patkou, nebo deskou, nebo alespoňnadzemníkonstrukcí, přičemžtuhost výsledného systému významněovlivňuje deformace tohoto pilotové ho základu.

Mezníúnosnost skupinové ho zá kladu svisle zatížené ho

1. V případě centricky zatížené skupiny pilot opřených o skalnípodloží(R1, R2), nebo vetknutých do poloskalního podloží(R3, R4, popř. i R5) a do ulehlých písků či ště rků (ID ≥ 0,7) je meznívýpočtováúnosnost skupiny pilot (1.MS) dána součtem únosnostíjednotlivých pilotpů sobících jako osamě lé .

2. Výpočtová únosnost skupiny pilot v soudržných zeminách je dána:

2.1 součtem únosnostípilot ve skupiněpů sobících jako osamě lé

2.2 únosnostízemního tě lesa ve tvaru hranolu opsané ho skupině pilot dle vztahu:

Zg = 0,5.(2.(B + B´).L.cus + B.B´.cu.Ncs

kde cus je prů mě rná velikost neodvodně nékoheze zemin podé l dříků pilot

cu je neodvodně ná koheze zeminy v ose zemního tě lesa v hloubce 0,67.L pod jeho dolnípodstavou,Ncs je koeficient únosnosti dle rovnice:Ncs = 5.(1 + L/(5.B)).(1 + L/(5.B´))

Rozhoduje vždy menšíz obou únosnostístanovených dle 2.1, 2.2

d

d d

d

B

L

B

B B

Schéma pro výpočet mezníúnosnosti pilotové skupiny

Sedá nískupinové ho zá kladu svisle zatížené ho

Přibližně lze sedánípravidelné skupiny pilot spojených dostatečně tuhou patkou určit:

1. v případě centricky zatížené skupiny pilot opřených o skalnípodloží(R1, R2), nebo vetknutých do hornin R3, R4, popřípadě i nesoudržných zemin s ID > 0,7 jako sedá níosamě lé piloty nacházejícíse ve stejné m prostředí

2. v případě centricky zatížené skupiny pilot v ostatních typech zemin lze použít jednu z následujících metod:

2.1 jako sedánífiktivního plošné ho základu v hloubce 0,67.L šířky B a dé lky B´, přičemž do výpočtu je třeba zahrnout vliv hloubky založenía mocnosti deformačnízóny dle výpočtu sedáníplošných základů ,

2.2 sedánískupiny pilot se vypočte ze vztahu: s = sy + sp

kde sy je sedáníosamě lé piloty na mezi mobilizace plášťové ho třeníodečtenéz meznízatě žovacíkřivky osamě lé piloty

sp je sedánífiktivního plošné ho základu v úrovni pat pilot, jehož rozmě ry jsou dány obvodem tě chto pilot.

Fiktivníplošný zá klad

je zatížen silou rovnajícíse součtu sil pů sobících v patách pilot uvažovaných jako osamě lé , přičemž podíl síly přenášené pláště m a patou piloty se odečte z meznízatě žovacíkřivky.

Schéma pro výpočet sedá nípilotové skupiny