piles dr ahmed nabil · 2019-04-11 · 1ryhpehu 'hhs )rxqgdwlrqv 3,/( )281'$7,216...
TRANSCRIPT
1
28 November 2018 Deep Foundations 1
DEEP FOUNDATIONS
FOUNDATION ENGINEERING
Deep foundations
عمق ذات االساسات هي العميقة االساسات نلجأ والتى Df3B)( الكبير التأسيس
ساتاالسا أستخدام نستطيع ال عندما الستخدامهاShallow) السطحية foundations) ذات
الصغير التأسيس عمق
28 November 2018 Deep Foundations 2
2
28 November 2018 Deep Foundations 3
DEEP FOUNDATIONS
TYPES OF DEEP FOUNDATIONS:
1- PILES الخوازيق
2- CAISSONS القيسوناتأساسات خلوية تنفذ بالتغويص والحفر
3- PIERS الدعائمأساسات الكبارى وهى خوازيق ذات قطر كبير أو قواعد ذات حجم كبير يجفف داخلها
4- اآلبار االسكندرانى
Piled foundationsاالساسات الخازوقية عبارة عن نظام خاص للتأسيس
اجد على يمكننا من نقل حمل المنشأ لطبقات من التربة تتوأعماق كبيرة من سطح األرض
28 November 2018 Deep Foundations 4
Components of pile foundation system Piles:
و الخوازيق عبارة عن عناصر أنشائية من الخشب أو الخرسانة أالحديد تشبه األعمدة وتستخدم لنقل أحمال المنشأ من سطح
األرض الى الطبقات العميقة من التربة Pile cap:
عليها هامات الخوازيق عبارة عن عناصر انشائية تشبه القواعد حيث يرتكز األعمدة أو الحوائط ولكنها ال ترتكز على التربة مباشرة بل ترتكز على
مجموعة من الخوازيق
3
Application of piles
28 November 2018 Deep Foundations 5
1. In case of heavy structures constructed on a soil with small bearing capacity
28 November 2018 Deep Foundations 6
Pile ApplicationsPile Applications
LowWeight
Soft toFirm Clay
Large DistributedWeight
Very Large ConcentratedWeight
Dense Sand
Strong Rock
4
2-To resist horizontal loads
28 November 2018 Deep Foundations 7
ابراج عند وجود أحمال أفقية كبيرة مقارنة باألحمال الرأسية مثل الحوائط الساندة وت الكهرباء ويافطات االعالنات نستخدم الخوازيق نظرا لضعف مقاومة األساسا
السطحية لألحمال األفقيه
3-To resist up lift forcesأنه عند وجود منشأ خفيف تحت سطح المياه الجوفية ف
. ديتعرض لقوة دفع ألاعلى مما يؤدى لتولد أجهادات شونظرا ألان األساسات السطحية التقاوم اجهادات الشد ات فيجب في هذة الحالة استخدام الخوازيق لمقاومة أجهاد
الشد
28 November 2018 Deep Foundations 8
5
4-Can be used as a retaining structures
28 November 2018 Deep Foundations 9
5-In offshore construction to transmitloads above the water surface throughthe water and into the underlying soil
28 November 2018 Deep Foundations 10
خدم في حالة وجود المنشآت البحرية مثل منصات أستخراج البترول نستودة في الخوازيق لنقل أحمال المنشأ خالل المياه حتى نصل الى التربة الموج
القاع
6
Classifications of piles
According to pile material
According to method of installation
According to degree of soil displacement
According to function (statical system)
28 November 2018 Deep Foundations 11
Classification of piles according to material
Piles
Timber Steel Concrete
R.C. piles
Cast in place
C.F.A
(semi bored- semi drivenDriven Bored
Pre- cast
Pre- stressed pile
28 November 2018 Deep Foundations 12
7
28 November 2018 Deep Foundations 13
Types of Pile Materials
TimberTimber
-1 Timber
الدق طريق عن الخشبية الخوازيق تنفذ•مميزاتها
التربة في ودقها نقلها وسهولة المنخفضة بتكلفتها•عيوبها
هاتعرض عند تآكلها وكذلك منخفضة تحملها قدرة•تخدامهااس قبل المياه ضد معالجتها يجب لذلك للمياه
أستخدمتها بالمراك مراسي في الخشبية الخوازيق تستخدم•
مستطيل أو دائرى قطاع ذات وتكون النهرية
-2 Steel piles
لدقتنفذ الخوازيق المعدنية عن طريق ا
مميزاتها
تتميز بقدرة تحملها العالية1.
وأمكانية أعادة أستخدامها كمشأ مؤقت 2.
عيوبها
تكلفتها عاليه1.
تعرضها للصدأ في وجود المياه 2.صدأ الجوفية لذلك يجب معالجتها ضد ال
قبل أستخدامها
28 November 2018 Deep Foundations 14
Steel HSteel H
Steel PipeSteel Pipe
8
-3 Concrete pile
3-1:Pre- cast concrete pile
3-2:Cast in place pile
28 November 2018 Deep Foundations 15
3-1Pre- cast concrete pilesتها بالتربة يتم صب الخوازيق الخرسانية على سطح األرض ثم تثبي
حة عن طريق الدق وفى هذة الحالة يمكن أستخدام الخرسانة المسلR.C. Piles او الخرسانة سابقة األجهادPre-stressed pile
مميزاتهاالقدرة على التحكم في جودة الخرسانة بدرجة كبيرة1.
اليوجد خوف اثناء تصلد الخرسانة من حدوث انضغاط لجزء من قطاع 2.الخازوق نتيجة ألنهيار التربة
اليتأثرالتنفيذ بوجود المياه الجوفية3.
يمكن أن يمتد فوق سطح األرض كما في حالة المنشآت البحرية4.
عيوبهايمكن ان تتعرض للكسر اثناء عملية الدق1.
عملية الدق يمكن أن تؤثر على الخوازيق او المنشآت المجاورة 2.
اليمكن تنفيذها بأقطار كبيرة3.28 November 2018 Deep Foundations 16
Pre-cast ConcretePre-cast Concrete
9
3-2 cast in place R.C. pilesيتم حفر مكان الخازوق ثم يتم صب الخرسانة داخل الحفرة
قطاع ووضع شبكة التسليح وتكون الخوازيق في هذه الحالة ذاتدائرى
مميزتها
التربة يمكن تغير طول الخازوق اثناء التنفيذ عند تغير خواص1.من مكان آلخر
دقةيمكن أخذ عينات من التربة المستخرجه لمعرفة خواصها ب2.
يمكن تنفيذها بأقطار كبيرة3.
يمكن زيادة قطر الخازوق عند نهايته4.
يمكن تنفيذه بأطوال كبيرة جدا5.
ال ينتج عن عملية التنفيذ أي ضوضاء أو أهتزازات ضارة6.بالمنشآت المجاورة
28 November 2018 Deep Foundations 17
ConcreteConcrete
عيوبها
على التحكم في جودة الخرسانة عدم القدرة
هيار قد يحدث انضغاط لجزء من قطاع الخازوق نتيجة ألنالتربة قبل تصلد الخرسانة
دي يمكن ان تخترق المياة الجوفية جسم الخازوق مما يؤالزالة جزء من األسمنت الموجود بالخرسانة
اليمكن ان يمتد فوق سطح األرض
28 November 2018 Deep Foundations 18
10
4-Composite pile
اء يمكن تنفيذ الخازوق من أكثر من مادة أنشدنية مثل الخوازيق التى تتكون من ماسورة مع
ممتلئة بالخرسانة
28 November 2018 Deep Foundations 19CompositeComposite
According to method of installation
Driven pile
قطاع يتم تنفيذها عن طريق دق الخازوق في التربة وتكون ذاتدائرى أو مربع ويمكن أن تكون من الخشب أو الحديد أو
الخرسانة المسلحة
في حالة الخوازيق الخرسانية يمكن صبها خارج الحفرة
pre-cast R.C. Pile أو يتم صبها داخل الحفرة
cast in place R.C. piles
28 November 2018 Deep Foundations 20
11
Bored pileم صب يتم تنفيذها عن طريق عمل حفرة فى التربه ثم يت
الخازوق في مكان الحفرة وتكون ذات قطاع دائرى من الخرسانة المسلحة
Screw piles and contious flight Auger CFA pilesفر هو نوع متوسط بين خوازيق الدق والحفر حيث يشمل ح
جزء ودق جزء من التربة
28 November 2018 Deep Foundations 21
According to degree of soil displacement
Large displacement piles وهي في حالة خوازيق الدق الخرسانية أو الخشبية حيث يؤدى دق الخازوقداخل التربة الى حدوث أزاحة لها مما يؤدي الى تكثيف التربة حول جسم بيرة الخازوق وزيادة التماسك بين جسم الخازوق والتربة مما يؤدى الى ذيادة ك
في مقاومة التربة باألحتكاك
Small displacement pilesيرة في حالة خوازيق الدق المعدنية ذات السمك القليل حيث التحدث ازاحة كب
للتربة وبالتالي ال يحدث تغير فى مقاومة التربة با ألحتكاك
Replacement pilesي الى فى حالة خوازيق الحفر حيث يتم ازلة التربة ثم وضع الخازوق مما يؤد
حدوث نقص كبير في مقاومة التربة باألحتكاك
28 November 2018 Deep Foundations 22
12
28 November 2018 Deep Foundations 23
PILE FOUNDATIONS
Piles are stiff members used to transmit surface loads to the bearing strata.
Piles are classified to two categories according to the method of load transfer:
1- End bearing piles: خوازيق ارتكازTip point carries most of the load.
.نقطة االرتكاز تنقل معظم حمل الخازوق2- Friction Piles: خوازيق احتكاك
Side friction carries most of the load.حىمعظم حمل الخازوق ينتقل للتربة عن طريق االحتكاك السط
METHOD OF INSTALLATION
28 November 2018 Deep Foundations 24
13
Pre-cast concrete pile
28 November 2018 Deep Foundations 25
المصنع في سواء قالب في األرض على الخازوق صب يتم الموقع او25 عن التذيد محددة وأطوال معينة ابعاد الخوازيق هذة تأخذ
أكبر بأطوال لتنفيذه وصالت عمل يمكن مترولكنالتربه يف يدق ثم راسيا يضبط ثم صبه بعد الخازوق رفع يتم
المطرقة باستخدام
Cast in place Driven pile
28 November 2018 Deep Foundations 26
نصل يتم دفع ماسورة مسدودة من أسفل بجزء مدبب ملحوم بها داخل التربة وذلك عن طريق الدق حتى1.Pile tipالى منسوب كعب الخازوق
يتم الدق بشدة على الجزء الملحوم الذي يسد الماسورة من أسفل حتى ينفصل عن الماسورة2.
ملحومة في الحديد الرأسي Spiralحديد رأسي وكانات (يتم أعداد شبكة التسليح كاملة في الموقع 3.مع ضرورة تكثيف الحديد في نهايتي ) staggeredوفي حالة وجود وصالت يراعى ان تكون
الخازوق ليقاوم أجهادات الضغطيتم وضع شبكة التسليح داخل الحفرة مع التأكد من رأسيتها4. حتى نهاية الخازوق لتستخدم في ضخ الخرسانة ثم يتم tremie pipeيتم أنزال ماسورة طويله 5.
tremi pipeضخ الخرسانة داخل الحفرة من أسفل الى أعلى مع سحب ماسورة الصب لية تدريجيا مع مراعلة ان تكون فوهة الماسورة أسفل سطح الخرسانة المصبوبة وتستمر عمالعلى
الصب حتى تظهلر الخرسانة عند سطح الخازوقيتم سحب الماسورة الخارجية اثناء الصب6.
14
Construction of bored pile with temporary casing
28 November 2018 Deep Foundations 27
فريغت طريق عن وذلك التربة داخل )قيسون(أسفل من ومفتوحة مفرغة ماسورة دفع يتم1. وزن تأثير وتحت Bucket كباش أو Auger بريمة بواسطة بداخلها التربة
pile الخازوق كعب منسوب الى نص حتى التربة داخل تندفع الماسورة tip
في ملحومةSpiral وكانات رأسي حديد( الموقع في كاملة التسليح شبكة أعداد يتم2.)staggered تكون ان يراعى وصالت وجود حالة وفي الرأسي الحديد
رأسيتها نم التأكد مع الحفرة داخل التسليح شبكة وضع يتم المطلوب للعمق الوصول بعد3.
tremie طويلة ماسورة أنزال يتم4. pipe ضخ في لتستخدم الخازوق نهاية حتى ةالماسور سحب مع أعلى الى أسفل من الحفرة داخل الخرسانة ضخ يتم ثم الخرسانة
هالمصبوب الخرسانة سطح أسفل الماسورة فوهة تكون ان مراعاة مع تدريجيا ألعلىالخازوق سطح عند الخرسانة تظهر حتى الصب عملية وتستمر
الصب أثناء Casing الخارجية الماسورة سحب يتم5.
-
28 November 2018 Deep Foundations 28
15
28 November 2018 Deep Foundations 29
مالحظات هامةلتسليح فى حالة وجود مياة جوفية يفضل صب الخرسانة أوال لطرد المياة الجوفية ثم يتم وضع حديد ا
بسرعة قبل تصلد الخرسانة
تكاك بين تؤدي عملية الحفرالى حدوث خلخلة للتربة المحيطة بالخازوق مما يؤدى الى تقليل مقاومة األحالتربة وجسم الخازوق
لتوفير التكلفة العالية) متر 12أقل من ( يستخدم هذا النوع في حالة الخوازيق ذات األطوال الصغيرة
Construction of bored piles without casing (using bentonite slurry)
الية البنتونيت عبارة عن من الطين حبيباتة صغيرة جدا وله قابلية عأضافته لألنتفاش ويكون عبارة بودرة معبأة في شكاير مثل األسمنت ويتم
للماء لتكوين معلق البنتونيت ويستخدم لألسباب التاليةالى منع كثافة معلق البنتونيت أعلى من كثافة الماء حيث يؤدي الضغط الجانبي له1.
المياه الجوفية من الدخول في الحفرة
سرب جزء من نظرا لذيادة الضغط الجانبى لمعلق البنتونيت عن ضغط المياة الجوفية يت2.ة بعد الحفرمعلق البنتونيت داخل التربة مكونا غشاء رقيق من الطين يمنع تهيل الترب
م وضع يفضل صب الخرسانة اوال لطرد معلق البنتونيت من الحفرة ثم يتة من الطين طبق حديد التسليح بسرعة قبل التصلد الخرسانة حتى ال تتكون
ليححول حديد التسليح مما يقل من التماسك بين الخرسانة وحديد التس
يؤدي الMud cake الى تقليل مقاومة األحتكاك بين التربة وجسمNovember 2018 28الخازوق Deep Foundations 30
بنتونيتيتم حفر التربة بواسطة بريمة أو كباش مع ملئ الحفرة بمعلق ال
16
28 November 2018 Deep Foundations 31
Construction of contious flight auger (CFA) piles
28 November 2018 Deep Foundations 32
بها تحيط طويله ماسورة عن عبارة خاصة ماكينة طريق عن الخازوق تنفيذ يتم1. الداخل من مفرغة الماسورة وهذه الماسورة طول بكامل بريمة الخارج من
فتحها يمكن بسداده أسفل من ومسدوده يةدوران حركة عمل في الماكينة تبدأ حيث الخازوق مكان في الماكينة انزال يتم2.
)ةالترب تدفع الماسورة( ألسفل رأسية حركة مع )التربة في تقطع البريمة(الخازوق عمق نهاية الى تصل حتى الحركة في الماكينة تستمر3. ماسورة أدخال خالل من الخرسانة صب ويتم أسفل من الماسورة سدادة تفتح4.
tremie الصب pipe مع بالتدريج الماكينة سحب مع الماكينة ماسورة داخل الحفر بنتائج محملة الماكينة بريمة فتخرج الصب
ضعو يتم ثم بالخرسانة ممتلة الحفرة تكون الحفرة من الماكينة خروج نهاية مع5. أو وزنه أثيرت تحت الحديد ينزل حيث الخرسانة التصلد قبل بسرعة التسليح شبكة
هزاز باستخدام لتسهيل وذلك الخرسانة من بدال grout أسمنتية مونة نستخدم الحاالت بعض فى6.
الصب بعد التسليح شبكة نزول
17
28 November 2018 Deep Foundations 33
28 November 2018 Deep Foundations 34
Pile Failure Surface
Df
Ground Surface
Arching Action
B
DfPO = Df
Zone of Shear & Volume Decrease
Pult
Failure Surface Along the Shaft
18
28 November 2018 Deep Foundations 35
End Bearing Piles
28 November 2018 Deep Foundations 36
End bearing piles:Transmit most of their loads to the load bearing layer (dense sand or rock). Most of the pile capacity inferred from the end bearing point.
ينقل الجزء األكبر من الحمل عن طريق نقطة االرتكاز وهى
ل ترتكز على الرم التىالخوازيق .الكثيف أو الصخر
Pbase
Side Friction
End Bearing
Pile Load, P
19
28 November 2018 Deep Foundations 37
Friction Piles:
28 November 2018 Deep Foundations 38
Friction Piles:Transmit most of their load through the layers through which the piles pass, i.e., mostly through the surface friction with the surrounding soils.
اك ينقل معظم الحمل عن طريق االحتكمثل الخوازيق المنفذة السطحى
.التربة الطينية الصرفة فى
PbaseEnd Bearing
Pile Load, P
Side Friction
20
28 November 2018 Deep Foundations 39
Individual Pile Capacity
Methods of Estimating Pile Load Capacity:1- Static Analysis from the Shear Strength Parameters
.التربة فىتحديد قدرة تحمل الخوازيق من خواص القص -1
2- Dynamic Driving Formula
.تحديد قدرة تحمل الخوازيق من صيغة دق الخوازيق المستخدمة -2
3- Pile Load Test
.تحديد قدرة تحمل الخوازيق من اختبارات تحميل الخوازيق -3
4- Field Tests: SPT, CPT, etc.
.تحديد قدرة تحمل الخوازيق من االختبارات الحقلية -4
28 November 2018 Deep Foundations 40
PILE CAPACITY1- Bearing capacity of piles from soil parameters:
Static Formula Method (Qu = Qb + Qs)
Embedded Length = D
Qu = Ultimate Bearing Capacity
Qs = fAs
f = Unit Frictional Resistance
AS = Shaft Area (Pile surface area)
qb = Unit Bearing Capacity
Ab = Area of Pile Base
Qb = qbAb
21
28 November 2018 Deep Foundations 41
Base ResistanceBase Resistance
Qb = Ab [cbNc ] for Clay
Qb
Qb = Ab [qNq] for Sand
Ab = Area of Pile BaseNc = 9 for Piles in ClayNq = Given in Tables
28 November 2018 Deep Foundations 42
Shaft ResistanceShaft Resistance
Due to cohesion or friction or both
In cohesive soils : Qsc = As . ca
In friction soils: Qsf = As .KHC vl tan d vl
KHC. vl
As
As = Pile Surface Area
22
28 November 2018 Deep Foundations 43
Total Pile ResistanceTotal Pile Resistance
Qu = Qb + Qs
Qu = Ab [cb Nc] + As [ca ] For Piles in Clay
Qu = Ab [q Nq] + As [KHC vl tan d ] for Piles in Sand
28 November 2018 Deep Foundations 44
Qu = Ab [ q Nq ] + As [ KHC vl tan d ]
Qu = Ab q Nq + As KHc vl tan d
Piles in SandPiles in Sand
d = 20o for Steel= ¾ f for Concrete= ¾ f for Timber
23
28 November 2018 Deep Foundations 45
Qu = As [KHT vl tan d ] + W
Tension Piles in SandTension Piles in Sand
W = Pile Weight
Table (1): Values of KHC and KHT from the Egyptian Code
28 November 2018 Deep Foundations 46
Piles in ClayPiles in Clay
Qu = Ab cbNc + As ca
Qu = Ab [cbNc] + As [ca]
24
28 November 2018 Deep Foundations 47
Tension Piles in ClayTension Piles in ClayQu = As [ca] + W W = Pile Weight
Table (2): Adhesion on Piles in Saturated Clay (Egyptian Code)
28 November 2018 Deep Foundations 48
Overburden Stress P'obOverburden Stress P'ob
Qu = [Ab P'ob Nq] + [AsKHC P'ob tan d]
Meyerhof Method : vl = 'z
Vesic Method : critical depth, zc
for z < zc : vl= 'zfor z > zc : vl= 'zc
zc/d is a function of f after installationSuggested value = 20 d
25
28 November 2018 Deep Foundations 49
Max Limit on End Bearing?
Some suggest a limit on end bearing to match experience.
Problems with that approach:more complex than that; need to
consider both strength and compressibility of the soil
friction angle varies with effective stress
Over-consolidation causes changes in bearing capacity
28 November 2018 Deep Foundations 50
Nq from the Egyptian CodeTable (3): Nq Values Vs f for Sand, Egyptian Code.
f for Displacement Pile = (f (before construction) + 40o)/2
f for Bored Pile = f (before construction) – 3o
Nc for ClayNc = 9.0 for calculating the end bearing resistance of piles in clay.
26
28 November 2018 Deep Foundations 51
EXAMPLE
Determine the allowable capacity for the concrete bored pile shown in Figure.Pile Diameter D = 0.50 mPile Length L = 14.0 m
Medium stiff clay:C = 30 kN/m2
Ca = 25 kN/m2
sat = 18 kN/m3
Dense Sand:f = 40o
sat = 19 kN/m3
Nq = 150, KHC = 1.0
12.00 m
2.00 m
28 November 2018 Deep Foundations
SOLUTIONSide Friction:Qs = As [ca + KHC P'ob tan d ]qs in clay:qs-c = ca = 25 kN/m2
Qs-clay = ca [pDLc]= 25 [p*0.50*12.0]= 25 *18.85 = 471.25 kN
qs in sand:qs-s = KHC vl tan dCritical depth Zc= 20 * 0.50 = 10.00 mvl = 8 * 10 = 80 kN/m2
Lc = 12.0 m
Ls =2.0 m
vl distribution
10.0 m
27
28 November 2018 Deep Foundations 53
SOLUTIONd = 3/4 f = 30o
Qs-s = 1.0 * 80 * 0.578 = 46.24 kN/m2
Qs-s = qs [pDLs]= 46.24 [p*0.50*2.0] = 145.27 kN
Total side friction:Qs = Qs-c + Qs-s = 471.25 + 145.27 = 616.52 kNEnd Bearing Resistance:qb = vl Nq = 80 * 150 = 12000 kN/m2
Qb = qb * Ab = qb * pD2 = 12000 * 0.196= 2356.2 kN
Ultimate Pile Capacity = 616.52 + 2356.2 = 2973 kN
28 November 2018 Deep Foundations 54
SOLUTIONUltimate Pile Capacity Qult = 2973 kNAllowable Pile CapacityQall = Qult/F.S.Qall = 2973/3.0 = 991 kN
= 99.10 ton
Check of Concrete Capacity:Pc = fc (Ac + 1.14 * n * As)
= 5000 (0.196 + 1.14 * 10 * 0.00196)= 5000 * (0.218) = 1090 kN= 109 ton > 99.10 (Qall-soil) (O.K.)
28
28 November 2018 Deep Foundations 55
Pile Driving
28 November 2018 Deep Foundations 56
Closed End Diesel Hammer
29
28 November 2018 Deep Foundations 57
The Fundamental Pile Driving Formula
R
W
S
h