PILES dr ahmed nabil · 2019-04-11 · 1ryhpehu 'hhs )rxqgdwlrqv 3,/( )281'$7,216 3lohvduh vwlii phpehuv xvhg wr wudqvplw vxuidfh ordgv wr wkh ehdulqj vwudwd 3lohv duh fodvvlilhg

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


2


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


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


1. In case of heavy structures constructed on a soil with small bearing capacity


Pile ApplicationsPile Applications

LowWeight

Soft toFirm Clay

Large DistributedWeight

Very Large ConcentratedWeight

Dense Sand

Strong Rock

4

2-To resist horizontal loads


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


5

4-Can be used as a retaining structures


5-In offshore construction to transmitloads above the water surface throughthe water and into the underlying soil


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)


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


7


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


Steel HSteel H

Steel PipeSteel Pipe

8

-3 Concrete pile

3-1:Pre- cast concrete pile

3-2:Cast in place pile


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


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


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


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


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


12


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


13

Pre-cast concrete pile


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


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


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.

-


15


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


Construction of contious flight auger (CFA) piles


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



Pile Failure Surface

Df

Ground Surface

Arching Action

B

DfPO = Df

Zone of Shear & Volume Decrease

Pult

Failure Surface Along the Shaft

18


End Bearing Piles


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


Friction Piles:


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


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


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


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


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


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


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


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


Piles in ClayPiles in Clay

Qu = Ab cbNc + As ca

Qu = Ab [cbNc] + As [ca]

24


Tension Piles in ClayTension Piles in ClayQu = As [ca] + W W = Pile Weight

Table (2): Adhesion on Piles in Saturated Clay (Egyptian Code)


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


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


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


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


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


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


Pile Driving


Closed End Diesel Hammer

29


The Fundamental Pile Driving Formula

R

W

S

h

Documents

PILES dr ahmed nabil · 2019-04-11 · 1ryhpehu 'hhs )rxqgdwlrqv 3,/( )281'$7,216 3lohvduh vwlii phpehuv xvhg wr wudqvplw vxuidfh ordgv wr wkh ehdulqj vwudwd 3lohv duh fodvvlilhg