Settlement reducing piles for raft on Norwegian layered soil profile

Abstract

Prosjektering av platefundamenter blir ofte gjort med setninger som prosjekteringskriterium. I dagens praksis er det slik at dersom setningene er for store er ofte løsningen å prosjektere peler som bærer hele konstruksjonen. Dybden til egnede lag for en god nok bæreevne er ofte stor, noe som fører til store fundamenteringskostnader.

En annen løsning er å ha svevende peler kombinert med platen som målsetter å redusere setningene innenfor en akseptabel grense istedenfor å prosjektere et pelefundament som bærer hele konstruksjonen. Denne fundamenteringsmetoden kalles et pelet platefundament og er et hybridfundament som inkluderer bæreevnen til både pelene og platen.

Et eksempelstudie på et sted i Trondheimsregionen i Norge for denne fundamenteringsmetoden er utført. Lagdelingen er typisk for Trondheimsregionen med sand over silt og leire. Tre peletester fra lignende steder blir simulert i en aksisymmetrisk Endelig Elementmetodemodell (EEM) og sammenlignet for å verifisere last-forskyvningskurven til pelen. Pelen i EEM simulerer ikke installasjonseffektene som påvirker pelespissen i sanden og det blir dermed innført en "modifisert" sone under pelespissen som fører til en mer korrekt last-forskyvningskurve.

Deretter blir det simulert pel-lasttester på tverrsnittet fra Trondheimsregionen som blir validert mot de tre pel-lasttestene fra lignende steder og empiriske korrelasjoner. Flere konfigurasjoner for pelede platefundamenter hvor pelelengden, antall peler og avstand mellom pelene blir testet og sammenlignet med et rent platefundament. Det rene platefundamentet har en maksimal setning på 64,3 mm, mens det mest effektive pelede platefundamentet reduserer setningene til 39,3 mm.

Generelt er det funnet at de pelede platefundamentene hvor pelene er lange og sentralt plassert på platen reduserer de maksimale setningene mest sammenlignet med platen alene. Pelene er mest effektive i reduksjon av setninger per enhetslengde når pelespissene står i sanden.

The design of raft foundations is often done with settlements as design criteria. In today's practice, if the settlements are too large the solution is often to introduce piles and design so that the piles carry the entire weight of the structure. The depth to suitable layers for obtaining satisfactory pile resistance can sometimes be large, leading to large costs for the foundation. The question in the first place is to reduce the settlements of a raft, and the solution is to design a pile foundation for bearing the whole structure.

Another solution is to introduce floating piles and have them reduce the settlements of the raft to an acceptable level, and not have a pile foundation that carries the whole structure. This foundation type is called a Combined Piled Raft Foundation (CPRF) and is a hybrid foundation that includes the bearing capacity of both piles and raft.

A case study for a site in the Trondheim region in Norway for this type of foundation is performed. The soil layering is typical for the Trondheim region with sand overlain silt and clay. Three pile load tests from similar sites are simulated in an axisymmetric Finite Element (FE) model to validate the pile load behaviour. The "wished-in-place" piles in the FE analysis are not able to recreate the tip resistance of driven piles in non-cohesive soils, so a modified zone under the pile tip is created to have a more correct tip resistance.

Then, the site in the Trondheim region is simulated and validated toward the pile load tests and empirical correlations. Several configurations of CPRFs are simulated where the pile length, number of piles and pile spacing is changed and compared to the raft alone. The raft alone has a maximum settlement of 64,3 mm, while the CPRF that is able to reduce the settlements most has a maximum settlement of 39,3 mm.

It is generally found that the CPRFs with long piles placed in the central region of the raft are able to reduce the maximum and differential settlements most compared to the raft alone. The CPRFs where the piles are embedded in the sand are found to be most effective per unit length pile.