О методике экспериментальных исследований с применением моделей забивных свай разных форм и размеров

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

О методике экспериментальных исследований с применением моделей забивных свай разных форм и размеров

Исаков Г.И., Бекбасаров И.И. Таразский государственный университет имени М.Х. Дулати

Одним из прогрессивных фундаментных конструкций зданий и сооружений в странах СНГ, в том числе и в Казахстане, как известно, являются забивные сборные железобетонные сваи. Забивные сваи в строительной отрасли активно стали применятся с начала 50-ых годов 20 века, и в настоящее время их номенклатура в фундаментостроении СНГ достаточна разнообразна. Если, в первые годы на строительных объектах применялись в основном сваи призматической формы с квадратным поперечным сечением то, на современном этапе перечень применяемых свай, отличающих как по форме, так и по размерам довольно широк. Так по форме продольного сечения, существующие забивные железобетонные сваи подразделяются на следующие виды:

- призматические [1, 3-5, 10-12];

- пирамидальные [1, 2, 6, 9, 10];

- цилиндрические [7];

- ромбовидные [1, 2];

- полые круглые (трубчатые с диаметром до 800 мм и сваи-оболочки с диаметром свыше 800 мм) [1, 3-5, 10-12];

- сваи-колонны [6, 12];

- с уширенной пятой (булавовидные) [1, 7];

- винтовые с металлическим башмаком [6];

- сваи с шайбой [6];

- с раскрывающимися наконечниками [6];

- плоскопрофилированные [13-16];

- полые конические [17,18];

- бипирамидальные [8];

По форме поперечного сечения забивные железобетонные сваи подразделяются на следующие виды:

- квадратного сплошного сечения [1, 2, 12];

- квадратного сечения с круглой полостью [1, 2, 9, 12];

- прямоугольного сплошного сечения [1];

- круглого сплошного сечения [7];

- кольцевого сечения (полого круглого сечения) [1, 2, 11, 12];

- с сечением в виде трапеции [6];

- треугольного сечения [6];

- таврового сечения [7, 8];

- с сечением в виде креста (крестообразные сваи) [7, 8];

- с уголковидным сечением [8];

Размеры поперечного сечения свай (не составных) изменяются от 20 см до 160 см, а длина свай изменяется от 3 до 20 м.

Наличие свай разных форм и размеров в строительстве, закономерно порождает, со стороны специалистов вопрос о том, какие из них более эффективны, а какие менее эффективны. Несомненно, каждая из существующих видов свай обладает определенными преимуществами и недостатками, которые обусловлены их конструктивными, технологическими и геометрическими параметрами.

Зарубежными и отечественными специалистами в разные годы проводились специальные исследования по оценке влияние формы и размеров свай на их погружаемость в грунты, несущую способность и напряженное состояние при забивке. Так Буровым В.П. и Гончаровым Б.В. изучались вопросы влияния угла заострения сваи на усилие ее вдавливания в грунты, а также на формирование уплотненного ядра под острием сваи [19]. Лапшиным Ф.К. проведены эксперименты по количественной оценке влияния формы поперечного сечения сваи на усилие их выдергивания из грунта [20]. Кроме того Лапшиным Ф.К. изучено влияние угла заострения сваи на процесс формирования уплотненной зоны под острием сваи. Влияние длины сваи на ее погружаемость и напряженное состояние при забивке исследовалось Бекбасаровым И.И. [21]. Сравнительные опыты по оценке несущей способности призматических и плоскопрофилированных свай проведены Ковалевским А.А. [16], а сравнительные опыты по оценке несущей способности полых конических и призматических свай выполнены Пономаревым А.Б. [18].

Анализ представленных данных, а также другой имеющей в научной литературе информации по рассматриваемому вопросу свидетельствует о том, что влияние формы и размеров свай на погружаемость и их несущую способность изучено недостаточно. В связи с этим в НИЛ «Наноинженерные методы исследований» ТарГУ им. М.Х. Дулати проводятся комплексные исследования по оценке погружаемости и несущей способности свай с разными геометрическими параметрами.

В качестве метода исследований на первоначальном этапе принят метод исследований на моделях, в виду его простоты, малозатратности и низкой трудоемкости.

Для проведения лабораторных экспериментов изготовлен деревянный грунтовый лоток, снабженный системой, обеспечивающий ударное погружение моделей свай в насыпной глинистый грунт лотка (рисунок 1). Лоток принят с размерами: высота - 52 см; длина - 153 см; ширина - 55 см. Система, позволяющая производить забивку моделей свай, включает в себя направляющий стержень, по которой перемещается ударный элемент с массой 2,5 кг. В целом система дополнительно снабжена также ударными элементами с массой 5 и 10 кг. Максимальная высота сбрасывания ударного элемента составляет 100 см.

Модели свай изготовлены деревянными с отношением их размеров к соответствующим размерам натурных свай как 1:10. Всего для исследований изготовлено 17 моделей свай (рис. 1). Подробные сведения о геометрических параметрах и массе моделей свай представлены в таблицах 1-6.

Рис. 1. Модели свай и грунтовый лоток для лабораторных опытов

Таблица 1 Сведения о моделях свай с различными размерами поперечного сечения

Таблица 2 Сведения о моделях свай с разными углами заострения

Таблица 3 Сведения о моделях свай с разной формой острия

Таблица 4 Сведения о моделях свай с разной длиной

Таблица 5 Сведения о моделях свай с различной формой поперечного сечения

Примечание: модель №5 - квадратная в плане, модель №11 - прямоугольная в плане, модель №14 - круглая в плане.

Таблица 6 Сведения о моделях свай с различными формами продольного сечения

Примечание: модель №12 - с 5-ю прямоугольно-треугольным плоскими уширениями ствола, модель №13 - с 5-ю треугольными плоскими уширениями ствола, модель №15 - без уширения ствола, модель №16 - с одним прямоугольно-треугольным уширением в средней части ствола, модель №17 - с одним прямоугольно-треугольным уширением ствола в нижней части ствола.

Для проведения исследований разработана соответствующая методика, которая включает в себя последовательность выполнения следующих основных работ:

1) производится подготовка грунтового лотка и грунта. Измельчаются комья грунта, и производится его просеивание через сито с диаметром отверстия 4 мм;

2) производится послойная засыпка грунта в лоток. Толщина каждого насыпного слоя составляет 10 см. Засыпка производится с измерением массы засыпаемого грунта и равномерным уплотнением каждого слоя;

3) определяются физические характеристики грунта (влажность, влажность на границе текучести, влажность на границе раскатывания, число пластичности, показатель текучести, плотность, плотность грунта в сухом состоянии). По физическим характеристикам устанавливается вид грунта по числу пластичности и по показателю текучести;

4) проводятся методические опыты по установлению оптимальных энергетических параметров (высоты сбрасывания и массы) ударного элемента для забивки моделей свай;

5) выполняется ударное погружение моделей свай в грунт с фиксированием количества ударов, перемещений моделей свай от каждого удара и глубины погружения моделей. В процессе погружения каждой модели сваи обеспечивается строгая соосность и вертикальность всех ударов;

6) в конце забивки выполняются динамические испытания моделей свай с целью оценки их несущей способности по результатам забивки;

7) производится демонтаж системы, обеспечивающей забивку моделей свай. Выполняется монтаж системы, позволяющей передавать на модель сваи статическую нагрузку с помощью динамометра сжатия;

8) проводятся статические испытания моделей свай с фиксированием их осадок при каждой ступени вертикальной нагрузки;

9) по результатам забивки строятся ходограммы погружения моделей свай, определяется несущая способность моделей свай по результатам их динамических испытаний. Строятся графики зависимости осадки моделей свай от вертикальной нагрузки, и на их основе определяется несущая способность моделей.

10) производится сравнительная оценка погружаемости моделей свай и их несущей способности на основе таких показателей как удельная энергоемкость и удельная несущая способность моделей свай.

свая погружаемость геометрический

Литература

1. Смородинов М.И., Федоров Б.С., Светинский Е.В. и др. Справочник строителя. Свайные работы. - М.: Стройиздат, 1979. - 165 с.

2. Швецов Г.И. Инженерная геология, механика грунтов, основания и фундаменты. - М.: Высшая школа, 1987. - 296 с.

3. Фролов Н.Н. Проектирование оснований и фундаментов гидромелиоративных систем. - М.: Колос, 1983. - 272 с.

4. Веселов В.А. Проектирование оснований и фундаментов. - М.: Стройиздат, 1978. - 215 с.

5. Костерин Э.В. Основания и фундаменты.- - М.: Высшая школа, 1978. - 375 с.

6. Метелюк Н.С., Шишко Г.Ф., Соловьева А.Б., Грузинцев В.В. Справочное пособие. Сваи и свайные фундаменты. - Киев: Будівельник, 1977. - 256 с.

7. Лапшин Ф.К. Основания и фудаменты в дипломном проектировании. - Саратов: Издтельство Саратовского университета, 1986. - 224 с.

8. Кравцов В.Н. Забивные сваи рационального поперечного сечения // Сборник статей международной научно-практической конференции: «Геотехника Беларуси: наука и практика». - Минск: БНТУ, 2008. - С. 300-307.

9. Смиренский Г.М., Нудельман Л.А., Радугин А.Е. Свайные фундаменты гражданских зданий. - М.: Стройиздат, 1970. - 139 с.

10. Силкин А.М., Фролов Н.Н. Основания и фундаменты. - М.: Колос, 1981.- 351 с.

11. Косолапов В.Г. Копровое и буровое оборудование для свайных работ. - М.: Высшая школа, 1978. - 256 с.

12. Справочник проектировщика. Основания, фундаменты и подземные сооружения. - М.: Стройиздат, 1985. - 480 с.

13. ТУ 110-031-15-85.Технические условия. Плоскопрофилированные сваи. - Владивосток: ДальНИИС, 1985. - 13 с.

14. РД110-31-14-84. Рекомендации по проектированию и устройству фундаментов из плоскопрофилированных свай. - Владивосток: ДальНИИС, 1985. - 35 с.

15. Аббасов П.А., Ковалевский А.А. Исследование работы свай с ребристой поверхностью в песчаных грунтах // Основания, фундаменты и механика грунтов. - М: Стройиздат, №2, 1984. - С.15-18.

16. Ковалевский А.А. Фундаменты из плоскопрофилированных свай в песчаных грунтах: автореф. … канд. техн. наук: 05.23.02. - Пермь: ППИ, 1987. - 17 с.

17. Рекомендации по применению полых конических свай повышенной несущей способностью. Пермь: ППИ, 1995.- 27 с.

18. Пономарев А.Б. Основы исследований и расчета фундаментов из полых конических свай. - Пермь:ППИ, 1999. - 165 с.

19. Буров В.П., Гончаров Б.В. О влиянии угла заострения на усилие погружения сваи // Вопросы фундаментостроения. Труды НИИпромстроя. - Уфа, 1976, выуск 18. - С.111-114.

20. Лапшин Ф.К.Расчет свай по предельным состояниям. - Саратов: Издательство Саратовского университета, 1979. - 152 с.

21. Бекбасаров И.И. Работа свай из шлакощелочного бетона в различных грунтовых условиях при действие статических и динамических нагрузок: автореф. … канд. техн. наук: 05.23.02. - Пермь: ППИ, 1983. - 22 с.

Размещено на Allbest.ru