Повышение несущей способности набивной сваи за счет предварительного изменения напряженного состояния основания

Размещено на http://www.allbest.ru/

АВТОРЕФЕРАТ

диссертация на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Повышение несущей способности набивной сваи за счет предварительного изменения напряженного состояния основания

Негахдар Моганлу Рахматуллах

Москва - 2009 г.

Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении

высшего профессионального образования

Московском государственном строительном университете

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

Знаменский Владимир Валерианович

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Кубецкий Валерий Леонидович

кандидат технических наук, старший

научный сотрудник

Сальников Борис Алексеевич

Ведущая организация: Научно-исследовательский, проектно-

изыскательский и конструкторско-

технологический институт оснований

и подземных сооружений

им. Н.М. Герсеванова (НИИОСП)- филиал

Федерального государственного унитарного

предприятия «Научно - исследовательский

центр «Строительство»»

Защита состоится 26 марта 2009 г. в 14 час. на заседании диссертационного совета Д 212.138.08 при ГОУ ВПО Московском государственном строительном университете по адресу: Москва, ул. Спартаковская, дом 2/1, аудитория 212.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГОУ ВПО Московского государственного строительного университета.

Автореферат разослан _____ февраля 2009 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета Знаменский В.В.

профессор, д.т.н.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Проблема рационального проектирования фундаментов является одной из актуальных в области современного фундаментостроения. Особенно остро эта проблема стоит при строительстве на слабых грунтах, которые часто встречаются в Иране и в которых наиболее целесообразно применение свайных фундаментов. Доля затрат на возведение фундаментов зданий и сооружений в таких грунтовых условиях составляет 20 и более процентов. Учитывая интенсивное освоение и развитие индустриальных зон в Иране, актуальность проблемы улучшения качества и стоимости возведения фундаментов на базе использования новых научно-обоснованных технологий устройства свай и совершенствования методов их расчета, становится очевидной.

Вопросы повышения эффективности применения свайных фундаментов в настоящее время решаются, в основном, по двум направлениям: совершенствование конструктивных решений свайных фундаментов, включая и разработку новых типов свай, и совершенствование методов их расчета.

Совершенствование конструктивных решений фундаментов направлено по пути разработки новых экономичных и надежных конструкций фундаментов и методов их устройства, обеспечивающих повышение несущей способности грунтов в их основании. Широко известен негативный факт меньшей несущей способности буронабивной сваи в сопоставлении с несущей способностью забивной при одинаковых размерах и свойствах окружающего грунта. В связи с этим актуальной является техническая задача существенного повышения несущей способности буровой сваи по грунту за счет изменения напряженно-деформированного состояния грунта («упрочнения» грунта), окружающего ствол сваи. В настоящее время эта задача достаточно успешно решается с использованием различных технологий буронабивные, буроинъекционные, сваи - РИТ. Однако не получен результат универсального характера для рекомендации одного из методов повышения несущей способности буровой сваи применительно к различным инженерно-геологическим условиям грунтового основания и решению различных инженерных задач, в связи с чем необходим поиск новых технологий устройства буровых свай, приводящих к уплотнению окружающего ствол сваи грунта. В связи с этим актуальным является расширение арсенала технологических средств повышения несущей способности буровой сваи в таких направлениях, как:

- повышение обжатия стенок скважины в радиальном направлении при

строго адресном, хорошо управляемом и контролируемом технологическом процессе;

- организация процесса изменения напряженно-деформированного состояния грунта вокруг ствола сваи в режиме нагрузка-разгрузка с многократной повторяемостью для гарантии необратимости достигнутого положительного эффекта «упрочнения».

Указанным условиям удовлетворяет технология, получившая название «Песконасос», существо которой заключается в том, что в стенки предварительно пробуренной скважины в радиальном направлении под высоким давлением впрессовывается сыпучий материал. Следствием впрессовывания является увеличение модуля деформации в значительном объеме области грунта вокруг рассматриваемой вертикали, а также увеличение предельного сопротивления сдвигу.

Эффективность технологии «Песконасос» применительно к различным задачам фундаментостроения (повышение расчетного сопротивления несущего слоя фундаментов мелкого заложения, корректировка контактных напряжений тяжело нагруженных фундаментных плит и др.) была неоднократно проверена на практике. В настоящей диссертации ставится вопрос оценки эффективности применения технологии «Песконасос» с целью повышения несущей способности буровой сваи.

Из вышеизложенного формулируется следующая основная цель диссертационной работы.

Цель диссертационной работы: Оценка и теоретическое обоснование эффективности использования технологии преобразования механических свойств грунта в околосвайном пространстве (технология «Песконасос») при решении задачи повышения несущей способности буровых свай по грунту; обобщение данных физического и численного эксперимента для обоснования инженерного метода расчета несущей способности буровой сваи с учетом выполненного преобразования механических свойств окружающего ее массива грунта.

Для достижения поставленной цели были поставлены и решены следующие задачи:

- проведены полевые и лабораторные экспериментальные исследования, подтвердившие возможность и эффективность уплотнения грунтов, взаимодействующих с боковой поверхностью буровой свай, выполненной с использованием технологии «Песконасос»;

- аналитически обоснована практическая возможность устройства набивных свай с использованием технологии «Песконасос» с целью повышения их несущей способности до несущей способности забивной сваи тех же размеров;

- разработана методика регулирования размеров зоны уплотненного грунта вокруг буровой сваи, а также методика определения характеристик грунтового массива в уплотненной зоне;

- разработана инженерная методика учета уплотнения грунта вдоль боковой поверхности буровой сваи при определении ее несущей способности на вертикальную нагрузку.

Научная новизна работы.

1. В результате анализа данных о несущей способности забивных и буровых свай по грунту, полученных с использованием классических представлений теории предельного равновесия, установлены интервалы необходимого обжатия стенок скважины при впрессовывании сыпучего материала с целью повышения несущей способности буровой сваи до значений, характерных для забивной сваи.

2. В результате численного эксперимента в линейной постановке установлено, что при рекомендованном СНиП 2.02.03-85 значении ж = 0,2 (коэффициент перехода от предельного значения средней осадки проектируемого здания или сооружения к осадке одиночной сваи) результаты расчетов на основе решения задачи средствами теории предельного равновесия и численного расчета находятся в удовлетворительном соответствии.

3. Установлено, что численные расчеты несущей способности буровой сваи как при однородном, так и преобразованном основании в нелинейной постановке при критерии предельного состояния по теории Мора-Кулона приводят к заниженной оценке несущей способности сваи по грунту. Таким образом, вопрос адекватности уравнения состояния реальному механическому поведению грунта при сложном напряженно-деформированном состоянии применительно к рассмотренной краевой задаче остается в настоящее время открытым.

Практическая значимость работы.

1. Разработана методика расчета параметров производственного процесса упрочнения основания с целью достижения задаваемой меры повышения несущей способности буровой сваи по грунту.

2. Применение разработанной методики уплотнения грунтов при устройстве набивных свай позволяет практически вдвое увеличить несущую способность их боковой поверхности, в результате чего снижается стоимость фундамента за счет сокращения числа свай в нем и уменьшения размеров ростверка. В среднем, как показали расчеты, это приводит к сокращению расхода материалов на фундамент на 10-12%.

3. Предложенная инженерная методика определения несущей способности вертикально нагруженной набивной сваи в уплотненном по технологии «Песконасос» основании, представлена в привычном для проектировщиков виде (формула 7.11 СП 50-102-2003) с использованием коэффициентов условий работы грунта на боковой поверхности сваи, рекомендуемых в диссертационной работе.

В целом настоящая работа расширяет и дополняет имеющиеся возможности улучшения строительных свойств грунтов, взаимодействующих с боковой поверхностью набивных свай, что приводит к повышению их несущей способности. Результаты этой работы будут способствовать еще более широкому внедрению свайных фундаментов в практику строительства, повышая экономичность и надежность принимаемых технических и проектных решений как в России, так и в Иране.

Достоверность результатов исследований, а также сформулированных в работе научных положений, выводов и рекомендаций обеспечена тем, что использованы положения и классические решения теории предельного равновесия грунтов, данные по определению несущей способности свай, рекомендуемые СНиП, данные сопоставления результатов расчета и проведенных экспериментов.

Реализация работы. Результаты выполненной работы могут быть использованы для существенного увеличения несущей способности буровых свай, устраиваемых в слабых грунтах, а также для уплотнения грунтов в основании фундаментов мелкого заложения. Кроме того, они могут быть использованы в практике научно-исследовательских работ, выполняемых в учебных, проектных и научно-исследовательских учреждениях, а также автором диссертационной работы в своей научной и педагогической деятельности в Иране.

На защиту выносятся.

1. Результаты теоретических и экспериментальных исследований несущей способности буровой сваи по грунту, упрочненному за счет изменения напряженно-деформированного состояния по технологии «Песконасос». песконасос фундамент сопротивление свая

2. Методика расчета параметров упрочнения грунтового основания при заданном увеличении несущей способности буровой сваи.

3. Методика расчета механических характеристик грунта в упрочненной зоне основания.

4. Инженерный метод расчета несущей способности по грунту вертикально нагруженной набивной сваи, изготовленной с использованием технологии «Песконасос».

Публикации по результатам исследований. Основные результаты диссертации отражены в 2-х научных работах.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, выводов и рекомендаций и содержит 154 страниц, в том числе 65 рисунков, 12 таблиц и список литературы из 100 наименований.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении изложена общая концепция работы, обоснована актуальность темы, сформулированы цель и задачи диссертации, изложена научная новизна и практическая значимость работы, приведены данные о структуре и объеме диссертации.

В первой главе приводятся основные сведения о сваях и свайных фундаментах, анализируются процессы, происходящие в грунтах при погружении готовых свай и изготовлении буровых. Рассмотрены технологические решения, направленные на повышение несущей способности буровых свай по грунту с использованием различных способов изменения напряженно-деформированного состояния грунтового массива в окрестности пробуренной скважины (буронабивные, буроинъекционные сваи, сваи - РИТ), выполнена оценка каждого из рассмотренных методов критериально к решению практических задач современного фундаментостроения.

Рассмотрены и проанализированы методы расчета несущей способности свай по грунту, в большинстве которых используются схемы, где в явном виде не рассматривается изменение радиальных напряжений в грунте при образовании ствола сваи. В явном виде не учитывается и неоднородность массива в плане и по глубине, обусловленная особенностями технологии работ по изготовлению ствола сваи и особенностями инженерно-геологического строения основания.

Учитывая положительные и отрицательные стороны возможностей как современных численных методов расчета свайных фундаментов (Ю.К.Зарецкий, М.И.Карабаев, В.А.Барвашов, И.П.Бойко, В.Г.Федоровский, В.М.Кирилов, И.В.Макарова, Ф.К.Лапшин, З.Г.Тер-Мартиросян, В.В.Семенов, Д.Ю.Чунюк, и др.), так и теоретических методов, основанных на решениях теории предельного равновесия грунтового основания (В.Г.Березанцев, Го Нин, Ю.Ю.Вайчайтис, А.А.Григорян, Б.В.Бахолдин, Н.Т.Игонькин, З.Г.Тер-Мартиросян, А.П.Хамов, и др.), показана целесообразность развития инженерных методов расчета, применение которых для решения сложнейших проблем взаимодействия свай с грунтовым основанием позволяет существенно упростить расчет, обеспечив при этом приемлемую для решения инженерных задач точность, и широко используется на практике.

Во второй главе рассмотрен способ устройства буровых свай, использующий эффект предварительного напряженного состояния в грунте вдоль их боковой поверхности, создаваемого по технологии «Песконасос», разработанной и доведенной до практического использования в лаборатории «НИиППЛ ПиК» МГСУ под руководством профессора кафедры МГрОИФ, к.т.н. А.Л. Крыжановского и участии автора настоящей диссертационной работы.

Схема упрочнения грунта по технологии "Песконасос" при устройстве буровой сваи показана на рис. 1а и заключается в следующем: в скважину, защищенную обсадной трубой с бункером для песка, вставляется специальный толкатель, имеющий на своем нижнем конце эластичный баллон-нагнетатель. При подаче давления Р₀ эластичная оболочка расширяется и впрессовывает окружающий ее грунт в радиальном направлении. При сбросе давления образовавшийся зазор между грунтом и нагнетателем заполняется песком из бункера. При нескольких циклах подачи и сброса давления Р₀ объем впрессованного песка возрастает в пределах контура диаметром D₁. Цикл многократно повторяется до получения отказа, задаваемого, например, по достигнутому давлению впрессовывания или объему впрессованного сыпучего материала.

Рис. 1. а) Схема упрочнения грунта по технологии «Песконасос»,

б) Расчетная схема по В.Г. Березанцеву

Результат упрочнения грунта в зоне действия «песконасоса» может контролироваться статическим зондированием.

Далее рассмотрен вопрос о технической возможности осуществления необходимых параметров упрочнения с использованием технологии «Песконасос» при решении задачи повышения несущей способности боковой поверхности буровой сваи в 2 и более раз.

Рассмотрена расчетная схема, показанная на рис. 1б: однородный песчаный массив (; ц=35°; с=0) с включением сваи длиной L, диаметром d₀.

Среднее значение предельного напряжения по торцу сваи определено в соответствии с решением В.Г. Березанцева:

(1)

С целью оценочного расчета, принято, что среднее значение можно установить в соответствии с теорией прочности Мора-Кулона:

(2)

Результаты расчета значения для рассматриваемых условий приведены в таблице 1.

Таблица 1. ___________________________________________

Длина сваи L, м	5	10
Диаметр сваи d0, cм	33	40	33	40
, МПа	1,78	1,87	3,49	3,55

Из данных таблицы 1 следует вывод о том, что для повышения несущей способности буровой сваи до значений, характерных для забивной сваи, необходимо располагать технической возможностью обжатия стенок скважины напряжением достигающим значений 1,8 и более МПа, а это является уже решенной технической задачей.

Внешний диаметр зоны впрессованного песка или цементно-песчаной смеси определятся из условия, что внешняя граница области грунта, находящегося в предельном состоянии, устанавливается из допущения, что среднее значение наименьшего главного напряжения равно у_хх = у₃= гz, а наибольшее - по теории Кулона-Мора:

(3)

тогда из условия равновесия сил в горизонтальном сечении имеем:

(4)

Применительно к значению угла внутреннего трения грунта ц=30° вычисленные по формуле (4) значениядостигают?3d_о, где-начальный диаметр сваи. Характерно, что и на практике граница интенсивного уплотнения грунта в случае забивной сваи также оценивается значением 3 d_о.

Расстояние Х, на котором взаимным влиянием свай можно пренебречь, определится по формуле:

(5)

Данные расчета по формуле (5) приведены в таблице 2 и свидетельствуют о том, что при расстоянии между сваями порядка 6 d₀ взаимным влиянием свай можно пренебречь, что также соответствует многочисленным экспериментальным фактам.

 Таблица 2.

Длина сваи L, м	5	10
Диаметр сваи, см	33	40	33	40
Значение Х, м	2,1	2,53	2,04	2,5
Х/d0	6,4	6,3	6,2	6,25

Значение модуля деформации грунта в зоне действия «песконасоса», ограниченной диаметром D₂, по полученной в диссертации формуле определяется по формуле:

(6)

где - модуль деформации грунта в природном состоянии; К - экспериментальный параметр (для песка средней крупности, средней плотности К = 1,30).

Результаты, полученные из расчета по формуле (6), показаны на рис. 2.

Следует отметить, что прогнозируемые расчетом значения Е должны быть подтверждены в полевых условиях (штамповое, прессиометрическое испытание, динамическое или статическое зондирование).

В случае, когда не является следствием забивки сваи, а осуществляется самостоятельным технологическим приемом (= ) для вычисления несущей способности сваи F_d в песчаном грунте справедливы формулы:

(7)

(8)



Рис.2.Изменение значения модуля деформации грунта в зависимости от D_i

В таблице 3 представлены результаты расчетов несущей способности сваи F_d при диаметре 0,33 м и длине 5 и 10 м при различных давлениях впрессовывания песка в стенки скважины Р₀.

Таблица 3

Длина сваи, м	Давление Р0, кгс/см2	Fd, тс	Fd/ Fd.б	Fd/ Fd,з
5	2,4 3,6 4,8	48,5 58,9 69,3	1,3 1,6 1,9	0,83 1,0 1,20
10	4,8 7,2 9,6	95,3 115,9 136,8	1,26 1,53 1,80	0,93 1,12 1,34

Согласно данным таблицы 3, в результате впрессовывания песка в стенки скважины по изучаемой нами технологии удалось повысить несущую способность набивной сваи до 2 раз в сравнении с ее устройством без упрочнения грунта, а также превысить несущую способность забивной сваи тех же геометрических размеров.

В третьей главе приведены и проанализированы результаты лабораторных и полевых экспериментальных исследований возможности и эффективности устройства и работы набивных свай, выполненных по технологии «Песконасос».

Лабораторные эксперименты проводились в лотке со стеклянными стенками размером 50 х 110 х 120 см.

Песок укладывался в лоток послойно и уплотнялся с расчетом получения тс/м³. Испытаны модели свай с начальным диаметром 3,0 см и длиной 0,5 м. Для фиксации перемещений песка при изготовлении свай и их работе под действием вертикальной нагрузки вдоль стенок лотка с внутренней стороны закладывались вертикальные бумажные ленты. Модуль деформации песка в процессе эксперимента определялся статическим зондированием.

Увеличение диаметра ствола сваи после впрессовывания песка иллюстрирует фотография, показанная на рис. 3. При давлении Р₀ = 4 атм. диаметр модельной сваи увеличился до 5 см; при Р₀ = 6 атм. - до 7.5 см, что близко соответствует значениям, определенным по формуле (4).

По результатам зондирования, которое проводилось перед началом устройства сваи по технологии «Песконасос» и после окончания ее формирования, было получено максимальное значение модуля деформации Е= 32 МПа в непосредственной близости от сваи и 16 МПа при удалении от оси сваи на 8 d. Среднее значение модуля деформации составило 22 МПа. Можно говорить об увеличении модуля деформации в среднем 3 раза.

Фото лотка с графиками изменения модуля деформации песка показано на рис. 3.

Как показали расчеты, изменение значения модуля деформации грунта в радиальном направлении при обжатии стенок скважины давлением Р₀ удовлетворительно описывается формулой (6).

Эффективность применения рассматриваемой технологии определялась путем сравнения несущей способности буровой модельной сваи, выполненной обычным способом, и сваи, стенки которой обжаты радиальным давлением Р₀ равным 4 и 6 атм.

Нагружение свай при определении их несущей способности осуществлялось винтовым домкратом, нагрузка на сваю Р замерялась образцовым динамометром, перемещения сваи (осадка S) фиксировались индикаторами часового типа.

Рис. 3. Фото лотка с графиками изменения модуля деформации песка

1 - граница впрессованного песка; 2 - эпюра начального значения модуля деформации Е_нач; 3 - эпюра значении модуля деформации Е после упрочнения; 4 - среднее значение модуля деформации Е после упрочнения.

Полученные графики зависимости осадки головы сваи S от усилия Р показаны на рис. 4.

Согласно полученным графикам, в зависимости от давления впрессовывания песка, несущая способность буровой сваи, выполненной по технологии «Песконасос» более чем в два раза превысила несущую способность буровой сваи, выполненной обычным способом.

Полевой эксперимент проводился с целью установления возможности и отработки технологии устройства буровых свай по технологии «Песконасос» по двум, описанным ранее, вариантам технического решения толкателя.

Сваи устраивались в предварительно пробуренных скважинах диаметром от 10 до 15см, длиной от 2 до 3м.



Рис. 4. Зависимости осадки модельной сваи S от нагрузки P

1 - буровая свая; 2 - при обжатии стенок напряжением

= 4.0 кгс/см²; 3 - то же при = 6,0 кгс/см²

Возможность устройства свай с использованием технологии «Песконасос» была полностью подтверждена, при этом были выявлены важные детали ее применения, существенно влияющие на качество выполнения свай. Даны, изложенные в диссертации, практические рекомендации.

В целом полученные экспериментальные данные полностью подтверждают возможность и эффективность применения технологии «Песконасос» для изготовления буровых свай повышенной несущей способности.

Экспериментально подтверждено, что увеличение несущей способности буровой сваи при использовании метода впрессовывания сыпучего материала в радиальном направлении достигает двукратного значения и может превышать несущую способность забивной сваи тех же геометрических размеров.

Полученные в проведенных экспериментах размеры внешнего диаметра впрессованного песка D₁ и диаметра зоны изменения начального напряженного состояния в массиве грунта вокруг сваи D₂ удовлетворительно совпадают с рассчитанными по формулам, полученным в диссертации. Изменение значения модуля деформации грунта в радиальном направлении при обжатии стенок скважины давлением Р₀ также удовлетворительно описывается полученной в диссертационной работе формулой.

Четвертая глава посвящена численному расчету системы «свая-окружающий грунт». Изложены теоретические основы численного моделирования, приведены основные сведения о программном комплексе «PLAXIS», обоснован выбор расчетной модели грунта для анализа взаимодействия сваи с окружающим массивом, поставлены и решены тестовые задачи.

При решении тестовой задачи с целью проверки действия программы PLAXIS 3D Foundation для моделирования в упругой и упругопластической постановке взаимодействия одиночной сваи с окружающим грунтом были использованы данные предпроектных испытаний 2-х буронабивных свай статической вдавливающей нагрузкой, проведенных компанией ООО «SEPAR-AB-KHAK» на участке строительства жилого дома в г. Тегеране при участии автора диссертации. Необходимые для использования упругой и упругопластической моделей параметры грунтового основания были определены соответствующими испытаниями, предусмотренными нормативными документами Ирана.



Рис. 5. Графики зависимости осадки от нагрузки, построенные по данным статических испытаний одиночных свай и данным расчета по программе PLAXIS: а) - упругое состояние; b) - упруго-пластическое состояние

Показанные на рисунке 5 графики нагрузка-осадка, полученные в результате проведенных испытаний и расчетом с использованием программы PLAXIS 3D Foundation, в заданном диапазоне изменения вертикальной нагрузки дали близкий результат, что подтвердило возможность ее применения для решения практических и исследовательских задач, связных с вопросами взаимодействия свай с грунтовым основанием.

При моделирование работы буровых свай, изготовленных по технологии «Песконасос», расчеты выполнены также в упругой и упругопластической постановке. Был выполнен расчет одиночной вертикально нагруженной сваи при ее начальных диаметрах 0,33 и 0,40 м, длиной 5,0 и 10,0 м. Расчетная схемы данной модели с начальным диаметром сваи 0,33м показана на рис. 6.

Изменение значения модуля деформации в радиальном направлении при обжатии стенок скважины напряжением определено по формуле (6).



Рис. 6. Расчетная схема взаимодействия сваи с грунтовым массивом

Определение несущей способности забивной и буровой сваи в рамках представлений расчетов по второй группе предельных состояний предусматривает повторение условности, принятой в СНиП. Условность заключается в том, что несущей способности сваи соответствует перемещение ее головы S от передаваемой силы P равны 0,2 S_доп. Принято характерное значение S_доп. =8,0см, и, соответственно, S =1,6см.

Перечень рассмотренных вариантов расчетов приводится в таблице 4.

Таблица 4.

Длина сваи L , м	Диаметр сваи d, м	№№ вариан- тов	Значения Е в интервале Х , кН/м2	Рсв, тс, при S=0,2Sдоп.	Pсв,Бер, тс
			d -2 d	2 d -3 d	3 d -4 d
5	0,33	1	350	250	150	33.0	36.8
	0,40	2	350	250	150	42.0	44.9
10	0,33	3	350	250	150	95.0	104.8
	0,40	4	350	250	150	135.0	146

Численным расчетом определена зависимость S=S(P) применительно к системе «основание - свая». Несущая способность сваи соответствует значение P при осадке S=1,6см.

Полученные в результате численных расчетов зависимости S=S(Р) для сваи диаметром 0,33 м графически представлены на рис. 11 и свидетельствуют о следующем.

Рис. 11. Зависимость S=S(P) по результатом численного расчёта

(L свай=5 м. ; ц= 35°)

1. d=0.33 , Econs=80 кН/кв.м, упр.

1'. d=0.33 , E cons=80 кН/кв.м, плас.

2. d=0.33, E=f2(x)=250, 150,80 кН/кв.м,упр.

2'.d=0.33 E=f2(x)=250, 150,800 кН/кв.м, плас.

3.d=0.33, E=f3(x)=500; 300;200;150;80кН/кв.м, упр.

3'.d=0.33, E=f3(x)=500; 300;200;150;80кН/кв.м, плас.

1. Наибольшее отличие от данных определений несущей способности по СНиП, отвечающих, в первом приближении, натурным результатам, дает расчет в упругопластической постановке это объясняется не объективным фактом реально меньшей несущей способности сваи, а недопустимостью использованной в рассматриваемых условиях модели упругопластической среды.

2. Данные расчетов в упругой постановке, применительно как к однородному, так и неоднородному в плане основанию, приводят к результату определения несущей способности буровой сваи, достаточно близко согласующемуся с прогнозом по СНиП. При этом важно подчеркнуть необходимость соблюдения критерия СНиП, а именно: S=0,2 S_доп. Таким образом, результаты численного расчета позволяют уверенно считать, что в случае плановой неоднородности основания, достигнутого использованием технологии «Песконасос», прогноз повышения несущей способности сваи будет адекватен натурным данным в той же мере, как и данные расчетов по рекомендациям СНиП буровых и забивных свай.

В пятой главе изложены рекомендованные методы определения несущей способности буровых свай, изготовленных по технологии «Песконасос» - практический и численный.

Практический метод. Несущая способность буровые сваи , изготовленной по технологии «Песконасос», определяется по формуле (4.6) СНиП 2.02.03-85. Свайные фундаменты:

F_d = г_с ( г_сR RA + u ? г_cf f_i h_i ), (9)

где: г_с - коэффициент условий работ сваи в грунте, принимаемый равным 1,0; г_сR - коэффициент условий работы грунта под нижним концом сваи, принимаемый равным 1,0; г_cf - коэффициент условий работы грунта на боковой поверхности ствола буровой сваи, принимаемый по таблице 5 в зависимости от величины давления впрессовывания сыпучего материала Р₀ в стенки скважины при ее изготовлении; f_i - расчетное сопротивление грунта на боковой поверхности ствола сваи, принимаемое по табл. 2 СНиП 2.02.03-85; h_i - толщина i-го слоя грунта, соприкасающегося с боковой поверхностью сваи; R- расчетное сопротивление грунта под нижним концом сваи, определяемое в соответствии с указаниями пункта (4.7) СНиП 2.02.03-85; u - периметр ствола сваи диаметром D₁; А - площадь поперечного сечения сваи диаметром D₁; D₁ - диаметр сваи, определяемый по формуле (4).

Значения коэффициентов условий работы грунта на боковой поверхности ствола сваи г_cf в зависимости от давления впрессовывания сыпучего материала P₀ :

Таблица 5

(МПа)	cf
0,5	1,10
1,0	1,20
1,5	1,30

Формула (9) позволяет определять несущую способность буровой сваи, изготовленной по технологии «Песконасос» в зависимости от давления обжатия скважины Р₀ , которое является регулируемой величиной.

Численный метод.Расчет несущей способности буровой сваи, изготовленной по технологии «Песконасос», выполняется с использованием программы PLAXIS 3D Foundation в линейной постановке. Расчет выполняется в следующей последовательности.

1. Составляется расчетная модель массива грунта с впаянной в него сваей диаметром d₀ , длиной L, как это показано на рис. 10. Массив грунта моделируется с учетом его технологической неоднородности в плане, вызванной работой «песконасоса», и природной неоднородности по глубине.

2. Для принятого в проекте давления впрессовывания сыпучего материала Р₀ с помощью программы (output) получаем график зависимости «нагрузка-осадка» s = f (P)).

3. По графику зависимости s = f (P) определяется предельное сопротивление сваи F_u, за которое, в соответствии с указаниями СНиП 2.02.03-85 принимается нагрузка, под воздействием которой свая получает осадку s, равную

 s = о s_u,mt (10)

где о - переходный коэффициент, принимаемый равным 0,2; s_u,mt - предельное значение средней осадки фундамента проектируемого здания или сооружения, устанавливаемой по СНиП 2.02.01-83^*.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1. Проведенные полевые и лабораторные экспериментальные исследования подтвердили возможность устройство буровых свай с использованием технологии «Песконасос», при которой гарантированный и прогнозируемый результат упрочнения грунта вдоль боковой поверхности ствола набивной сваи достигается при управляемом и строго дозированном процессе воздействия на него уплотняющего давления, сопровождающегося впрессовыванием в стенки скважины сыпучего материала (песчано-цементной смеси).

2. Аналитически обоснована и экспериментально подтверждена практическая возможность создания вокруг ствола сваи, изготовленной по технологии «Песконасос», радиальных напряжений, соизмеримых с радиальными напряжениями, возникающими при погружении в грунт забивных или вдавливаемых свай, что позволяет довести несущую способность ее боковой поверхности по грунту до несущей способности боковой поверхности забивной сваи тех же размеров.

3. В результате анализа данных о несущей способности забивных и буровых свай по грунту, полученных с использованием классических представлений теории предельного равновесия, установлены интервалы необходимого обжатия стенок скважины при впрессовывании сыпучего материала с целью повышения несущей способности боковой поверхности буровой сваи до значений, характерных для забивной сваи. Проведенные расчеты показали, что для этого достаточно иметь возможность обжать окружающий массив вдоль боковой поверхности сваи в радиальном направлении давлением в 1,0-1,5 МПа, Создание указанных давлений при использовании технологии «Песконасос» является уже решенной технической задачей. При большем давлении несущая способность боковой поверхности набивной сваи может превысить несущую способность боковой поверхности забивной сваи.

4. Полученные в проведенных экспериментах размеры внешнего диаметра впрессованного песка D₁ и диаметра зоны изменения начального напряженного состояния в массиве грунта вокруг сваи (зоны влияния) D₂ удовлетворительно соответствуют рассчитанным по формулам, полученным в диссертационной работе. Определенные по полученным формулам значения D₁ и D₂ составляют приблизительно 3d₀ и 6d₀, где d₀ - начальный диаметр скважины, что соответствует принятым на практике и подтвержденным многочисленными экспериментальными данными значениям для забивных свай и показывает правильность принятых при получении этих формул дорущений..

5. По данным проведенных экспериментов изменение значения модуля деформации грунта в радиальном направлении при обжатии стенок скважины по технологии «Песконасос» давлением Р₀ удовлетворительно описывается полученной в диссертационной работе формулой. Полученная формула имеет важное значение для решения практических задач, связанных не только с расчетом буровых свай, изготовленных по этой технологии, но и для регулирования деформативности неоднородного в плане основания под фундаментами различных сооружений.

6. В результате численного эксперимента в линейной постановке с учетом технологической неоднородности массива грунта, обусловленной впрессовыванием сыпучего материала в радиальном направлении при различных значениях давления впрессовывания установлено, что при рекомендованном СНиП 2.02.03-85 значении коэффициента о = 0,2 (коэффициент перехода от предельного значения средней осадки проектируемого здания или сооружения к осадке одиночной сваи) результаты расчетов на основе решения задачи средствами теории предельного равновесия и численного расчета находятся в удовлетворительном соответствии.

7. Разработанный инженерный метод расчета параметров регламента работ по преобразованию механических свойств основания при устройстве буровой сваи по технологии «Песконасос» позволяет при определении ее несущей способности по грунту в явном виде учесть плановую неоднородность основания и радиальное давление впрессовывания сыпучего материала в стенки пробуренной скважины. Варьируются также начальный диаметр скважины и длина образуемого ствола сваи.

8. Предложенная инженерная методика определения несущей способности вертикально нагруженной набивной сваи в уплотненном по технологии «Песконасос» основании представлена в привычном для проектировщиков виде (формула 7.11 СП 50-102-2003) с использованием коэффициентов условий работы грунта на боковой поверхности сваи, рекомендуемых в диссертационной работе.

СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ

1. Крыжановский А.Л., Рубцов И.В., Рубцов О.И. , Негахдар М.Р. Технология «Песконасос» аргументы и факты». Журнал «ПГС». 12/2007г.

2. Знаменский В.В., Крыжановский А.Л., Негахдар М.Р., Рубцов О.И. Повышение несущей способности буровой сваи при радиальном обжатии стенок скважины по технологии «Песконасос». М., Вестник МГСУ, 2/2008г.

Размещено на Allbest.ru

...