Определение сил негативного трения при оттаивании околосвайного грунта

Размещено на http://www.allbest.ru/

Определение сил негативного трения при оттаивании околосвайного грунта

the article presents the proposed computational method for determining the total negative friction forces, which take into account the stress-strain state of the base soil, also takes into account the state of the side surface of the pile, the depth of the pile and the soil. When determining the radial pressure of the soil, the effects of domestic pressure, stress state caused by the pile immersion, set of tangential stresses along the lateral surface of the pile within the depth of its immersion into the soil and the load transmitting to the pile end are taken into account. It is also accepted that the elementary crushing and normal force causes a stress state in the soil according to Mindlin for a vertical single concentrated force inside a semi-whole. A comparison of the calculation data with the experimental ones is given, and the methodology of the laboratory determination of the mechanical soil characteristics necessary for its realization is substantiated.

Keywords: pile, forcesofnegativefriction, thawingofthesoil, neutralpoint, displacement, limitstate, radialandtangentialstresses, singleconcentratedforce, roughness, normaltotheshearplane.

Аннотация

грунт свая трение

ОПРЕДЕЛЕНИЕ СИЛ НЕГАТИВНОГО ТРЕНИЯ ПРИ ОТТАИВАНИИ ОКОЛОСВАЙНОГО ГРУНТА

Бахромов М.А.¹, Отакулов Б.А.², Рахимов Э.Х.³ (Республика Узбекистан)

¹Бахромов Махмуд Маматхонович - доцент;

²Отакулов БахромАдхамович - старший научный сотрудник;

²Рахимов ЭлбекХасанбой угли - студент, кафедра строительства зданий и сооружений,

в статье приведен предлагаемый расчетный метод определения суммарных сил негативного трения, учитывющий напряженно-деформированное состояния грунта основания, также учтено состояние боковой поверхности сваи, глубина погружения сваи и виды грунта. При определении радиального давления грунта учтены воздействия бытового давления, напряженного состояния, вызванного погружением сваи, совокупности касательных напряжений по боковой поверхности сваи в пределах глубины погружения ее в грунт и нагрузки, передающей на торец сваи. Также принято, что элементарная касательная и нормальная сила вызывает в грунте напряженное состояние согласно Миндлину для вертикальной одиночной сосредоточенной силы внутри полупространства. Приведено сопоставление данных расчета с опытными и обоснована методика лабораторного определения необходимых для ее реализации механических характеристик грунтов.

Ключевые слов: сваи, сил негативного трения, оттаивании грунта, нейтральная точка, перемещение, предельное состояние, радиальное и касательное напряжения, одиночной сосредоточенной силы, шероховатость, нормальное к плоскости сдвига.

Известно, что для определения величины суммарных сил негативного трения определяющее значение имеет длина участка сваи, в пределах которого действуют удельные силы негативного трения. Длина последнего зависит от местоположения нейтральной точки, в которой выполняется условие равенства осадок сваи S_Pи оттаивающего грунта S_ad.

При определении осадки сваи - стойки S_Pпри опирании ее на несжимаемые грунты принято, что величина S_Pобусловлена упругим сжатием сваи по материалу S _р, которое складывается из сжатия сваи: под воздействием внешней нагрузки 5_Р, ее собственного веса и сил негативного трения . Для каждой составляющей получена соответствующая формула и показано на численных примерах (сваи железобетонные сечением 40х40 см, длиной 10, 16, и 20м), что упругое сжатие сваи 8_р даже в грунтовых условиях, характеризуемых малосжимаемыми песчаными грунтами (A_{t h}= 0 , 0 0 1 ;а = 0,0002 МПа) несопоставимо с величиной осадки грунта S_ad, в связи с чем положение нейтральной точки близко к уровню нижнего конци сваи. Практически можно принимать, что удельные сил негативного трения при оттаивании грунта действуют в пределах всей глубины погружения сваи в грунт до уровня кровли несжимаемых грунтов.

Для определения удельных сил негативного трения на глубине использована известная зависимость

Где ор (г) - горизонтальное (радиальное) нормальное напряжение в грунте на глубине г , определяемое с учетом особенностей, изложенных в главе 4; <р_{р т}- угол трения оттаивающего грунта по материалу сваи, определяемый в зависимости от вида грунта, его плотности-влажности, состояния боковой поверхности сваи, давления грунта на заданной глубине и других факторов, влияющих на его величину; сд_т- сцепление оттаивающего грунта с материалом сваи на рссматриваемой глубине, определяемое в зависимости от тех же факторов, что и <р_{р т}.

В общем случае радиальные напряжения ор (г) формируются под воздействием бытового давления, поверхностной нагрузки, напряженного состояния, вызванного погружением сваи, совокупности касательных напряжений по боковой поверхности сваи в пределах глубины погружения ее в грунт и нагрузки, передающей на торец сваи. Для определения ор (г) от собственного грунта с удельным весом у и равномерно распределенной нагрузкой на поверхности используется общепринятая зависимость.

При устройстве свай воттаивающих их погружение в грунт не вносит изменений в напряженное состояние основания, что позволяет не учитывать влияние погружения сваи на величину сг_р (г).

При определении радиальных напряжений, обусловленных действием касательных напряжений и нагрузкой на торец, касательные напряжения на глубине прияты равномерно распределенными по периметру сечения сваи, а торцевая нагрузка - равномерно распределенной по площади торца. Также принято, что элементарная касательная и нормальная сила вызывает в грунте напряженное состояние согласно Миндлину для вертикальной одиночной сосредоточенной силы внутри полупространства.

Воздействие касательных сил на ар (г) рассмотрено в общей постановке, когда оттаивание грунта еще не дошло до кровли несжимаемых грунтов, т.е. в пределах оттаивающего грунта действуют касательные силы т_п( $), равные удельных силам негативного трения на соответствующих глубинах, а в пределах мерзлого, еще не оттаявшего, - касательные силы т($), равные сопротивлениям мерзлого грунта сдвигу также на соответствующих глубинах.

Исходя из изложенного радиальные напряжения от касательных сил и нагрузки на торец представлены в виде

Пуассона грунта, определяемые ранее упомянутым решением Миндлина соответственно для касательной и нормальной вертикальной силы; 0₁- длина участка сваи, в пределах которого действуют силы т _п($) ;

d - глубина погружения сваи в грунт до кровли несжимаемых грунтов; Д -- поперечного сечения сваи (для кватратной сваи эквивалентный).

Таким образом, полное радиальное напряжение

По аналогии с (3) можно учесть, что силы т _п($), т($) и я_ьвызывает в грунте касательные составляющие напряжений и которые определяются также по Миндлину. Окончательно условие (1) запишется в виде

Для сопоставления величин сил негативного трения, полученных расчетом, с опытными использовались результаты испытаний моделей свай в лабораторных условиях (табл. 1), как уже ранее описанных [3], так и специально проведенных для указанных целей (между торцом которых и днищем экспериментального лотка отсыпался слой песка толщиной, равной 3 диаметра сваи, а непосредственно под торцом помещались поролоновая пластина, исключающая восприятие нагрузки ее торцом). В таблице приведены значения ЛД полученные непосредственно из опыта, так и скорректированные на влияние полиэтиленовых полосок, которыми оборачивались секции моделей тензосвай в местах их стыков (скорректированные значения соответствуют контакту сваи с грунтом без полосок).

Анализируя результаты расчета, можно отметить, что, во-первых, при выдергивании и воздействии сил негативного трения с увеличением угле интегрирования р значения Nfуменьшаются, а при вдавливании - наоборот, увеличиваются; во-вторых, за расчетное значение угла интегрирования можно принят Р = 45⁰; в третьих, пренебрежение влиянием касательных сил по боковой поверхности сваи (Р = 0 ) на величину сил негативного трения Nfприводит в ошибке приблизительно на 10% , что, однако, справедливо, если значения ср_дт и Ј₀ принимаются по опытным данным, зависящим соответственно от величины действующих вертикальных и радиальных давлений и направления первоначального сдвигового усилия. В противном случае ( f₀ tan <р_{д т} = с о ns t = 0,3 8 ) определение Nfпри р = 0 приводит к ошибке на 40%.

Таблица 1. Таблица сопоставления опытных данных, полученных в экспериментальных испытаниях, с расчетными