Методология геотехнического расчета буроинъекционных свай в слабых основаниях и стесненных условиях

Размещено на http://www.allbest.ru/

МЕТОДОЛОГИЯ ГЕОТЕХНИЧЕСКОГО РАСЧЕТА БУРОИНЪЕКЦИОННЫХ СВАЙ В СЛАБЫХ ОСНОВАНИЯХ И СТЕСНЕННЫХ УСЛОВИЯХ

Саляхова Р.Ю.

Аннотация

буроинъекционный свая строительство геотехнический

в практике геотехнического строительства внедряется технология буроинъекционных свай, выполненных по электроразрядной технологии. В статье приведены результаты расчетов напряженно-деформированного состояния основания буроинъекционной сваи-ЭРТ, выполненной с многоместными уширениями по стволу. Расчеты выполнены в пространственной постановке с учетом стадийности приложения нагрузки и образования уплотненной зоны вокруг буроинъекционной сваи. Особое внимание уделялось различию напряженно-деформированному состояния основания, сложенного связным и несвязным грунтом.

Ключевые слова: уширение, несущая способность, буроинъекционная свая-ЭРТ, разрядно-импульсная технология, условие предельного равновесия Мора-Кулона.

Annotation

Salakhova R.Yu. METHODOLOGY OF GEOTECHNICAL CALCULATION DRILLINGINJECTION PILES IN WEAK GROUNDS AND CRAMPED CONDITIONS

In the practice of geotechnical construction, the technology of drillinginjection piles made using electric discharge technology is being introduced. The article presents the results of calculations of the stress-strain state of the base of the drilling-injection pile-ERT, made with multi-place extensions along the trunk. The calculations were performed in a spatial setting, taking into account the stages of load application and the formation of a compacted zone around the drilling pile. Special attention was paid to the difference between the stress-strain state of the base, composed of cohesive and noncohesive soil.

Keywords: broadening, load-bearing capacity, drillinginjection pile-ERT, dischargepulse technology, condition of limiting equilibrium.

Основная часть

Научно-технический прогресс в сфере геотехнического строительства ставит все более сложные задачи перед проектировщиками и строителями [1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9]. Прогресс в данной сфере производства достигается путем широкого внедрения в практику строительства эффективных технологий и конструкций буроинъекционных свай-ЭРТ и совершенствования методов их расчета [3]. Разработана и апробирована на многих объектах в различных регионах России современная инвестиционная технология изготовления набивных свай по электроразрядной технологии, которая обеспечивает по длине сваи создание по длине сваи многоместных уширений и, соответственно, приводит к повышению к увеличению несущей способности в 2,0-2,5 раза [4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19].

Применение буроинъекционных свай-ЭРТ исключает разуплотнение и расструктуривание грунта в основании за счет электрогидравлической обработки в среде мелкозернистого бетона и приводит к образованию зоны уплотнения по боковой поверхности и в плоскости острия сваи [5].

Существующая методика с использованием формул СНиП не позволяет в полной мере оценить напряженно-деформированное состояние в активной зоне при последовательном включении в работу уширений с ростом нагрузки на фундамент.

С целью увеличения несущей способности буроинъекционных свай-ЭРТ выполняются многоместные контролируемые уширения по острию и вдоль ствола сваи. В расчете при диаметре буроинъекционной сваи-ЭРТ d=350 мм в связном грунте диаметр сферы уширения принят 1,3d, в несвязном грунте, соответственно, 2d.

Для оценки влияния количества многоместных уширений (n), расстояния между уширениями (а), длины буроинъекционных свай-ЭРТ (L) на изменение напряженно-деформационного состояния в связном и несвязном грунте проведены численные исследования с учетом образования зон пластических деформаций в основании.

Для проведения анализа влияния факторов была решена пространственная упругопластическая задача метода конечных элементов с одновременным учетом прочностных и деформационных свойств основания при использовании геотехнического комплекса Plaxis.

В качестве физической модели основания при решении задачи было принято условие предельного равновесия Мора-Кулона. Расчет выполняется с использованием шаговой процедуры приложения нагрузки. Учет собственного веса грунта проводился в виде начальных напряжений <x_z=yh, <x_x=a_y=<Yh, т=0, деформированное состояние основания определялось только от внешней нагрузки на свайный фундамент. Размеры расчетной области составляют для сваи длиной Ј=9,0 м, J=350 мм с уширениями 6xaxh=24xX4x24 (м³) (рис. 1).

Рис. 1 Расчетная область МКЭ размерами bxaxh=24x24x24 (м³) сваи ЭРТ длиной L=9,0 м d=350,0 мм с уширениями

Разбивка на тетраэдрические конечные элементы.

Рис. 2 Объемная модель сваи-ЭРТ с уширениями (1), окружающего уплотненного грунта (2) и разбивка на конечные элементы (3) перед импортом в ПК Plaxis

Расчеты фундаментов произведены для двух характерных типов основания: связный грунт и несвязный грунт с учетом образования уплотненной зоны вокруг сваи. В качестве связного грунта использовалась глина тугопластичная (у=18 кН/м³, Е=13,8 МПа, с=43 кПа, ф=16°), в качестве несвязного грунта принят песок средней крупности, средней плотности (7=16,5 кН/м³, Е=30,0 МПа, с=1 кПа, ф=35°).

Для буроинъекционной сваи ЭРТ непосредственно к свае примыкает зона цементации и зона уплотнения, образующаяся в результате электрогидравлического воздействия на материал сваи [8, 9]. В расчетной схеме диаметр зоны уплотнения составляет (1,8-2,2)d -для связных грунтов) и (2,8-3,1 )d (для несвязных грунтов), который уточняется экспериментально по уходу мелкозернистой бетонной смеси в скважине (рис. 2).

Линии равных вертикальных перемещений вытянуты вдоль вертикальной оси, с ростом нагрузки они концентрируются у сваи, зона развития вертикальных перемещений развивается в стороны и ниже острия сваи на расстояние (2,5-3,0)d.

Изолинии горизонтальных перемещений имеют замкнутый характер и направлены от оси сваи. Максимальные значения горизонтальных перемещений при Р=3000 кН зафиксированы в плоскости острия сваи и достигают значений U_x=9 мм.

Отмечается концентрация напряжений под пятой сваи в плоскости острия и под уширениями. Распределение касательных напряжений T_xz имеет сложный характер, максимальные значения напряжений зафиксированы в местах расположения уширений вдоль ствола набивной сваи.

Анализ теоретических разработок и экспериментальных данных показывает, что учет особенностей поведения грунта под нагрузкой может быть достигнут при описании его деформирования с позиций пластического течения, предусматривающих одновременное существование в грунте зон допредельного и предельного равновесия.

Рассмотрим характер зарождения и развития зон пластических деформаций в связном грунте с ростом нагрузки на свайный фундамент. Образование пластических зон происходит при нагрузке Р=1000 кН в плоскости острия сваи. С увеличением нагрузки на сваю последовательно включаются в работу уширения, расположенные вдоль ствола, при Р=1500 кН зоны предельного состояния зафиксированы в местах расположения уширений.

Характер зарождения зон пластических деформаций в несвязном грунте несколько отличается от связного (рис. 9). Зарождение областей пластических деформаций происходит в верхней части основания сваи-ЭРТ [9]. С дальнейшим ростом нагрузки происходит расширение пластических зон в стороны и вниз.

Выводы

1. Возможности использования упругопластического решения для определения несущей способности буронабивных свай-ЭРТ с уширениями проверялись сопоставлением с результатами полевых испытаний свай. Проведенное сопоставление указывает на хорошее их соответствие.

2. Полученные результаты указывает на целесообразность использования решений нелинейной механики грунтов при проектировании фундаментов из буроинъекционных свай с уширениями.

Список литературы

1. Ильичев В.А., Мангушев Р.А., Никифорова Н.С. Опыт освоения подземного пространства российских мегаполисов // Основания, фундаменты и механика грунтов. 2012. № 2. С. 17-20.

2. Улицкий В.М., Шашкин А.Г., Шашкин К.Г. Геотехническое сопровождение развития городов. СПб.: Геореконструкция, 2010. 551 с.

3. Тер-Мартиросян З.Г. Механика грунтов. М.: АСВ, 2009. 550 с.

4. Горбушин А.В., Рябинов В.М. Возможность использования электроразрядной технологии при строительстве в неслабых грунтах // Основания, фундаменты и механика грунтов. 2016. с. 10-13.

5. Разводовский Д.Е., Чепурнова А.А. Оценка влияния усиления фундаментов зданий по технологии струйной цементации на их осадку// Промышленное и гражданское строительство. 2016. №10. С. 64-72.

6. Маковецкий О.А., Серебрянникова Д.К., Богданова Е.О., Лузгина Е.А. // Современные технологии в строительстве. теория и практика. Пермь: ПНИПУ. 2016. №10. С. 221-226.

7. Соколов Н.С, Соколов А.Н, Соколов С.Н, Глушков В.Е., Глушков А.В. Расчет буроинъекционных свай ЭРТ повышенной несущей способности //Жилищное строительство. 2017. №11.С 20-25.

8. Соколов Н.С., Соколов С.Н., Соколов А.Н., Федоров П.Ю. Использование буроинъекционных свай ЭРТ в качестве оснований фундаментов повышенной несущей способности //Промышленное и гражданское строительство. 2017. №9.С. 66-70.

9. Sokolov, N. S. Methods and technology of ensuring stability of landslide slope using soil anchors / N. S. Sokolov, A. E. Pushkarev, S. A. Evtiukov // Geotechnics Fundamentals and Applications in Construction: New Materials, Structures, Technologies and Calculations: Proceedings of the International Conference on Geotechnics Fundamentals and Applications in Construction: New Materials, Structures, Technologies and Calculations, GFAC 2019, Saint Petersburg, 06-08 февраля 2019 года. Saint Petersburg: Taylor & Francis Group, 2019. P. 347-350.

10. Соколов, Н. С. Электроимпульсная установка для изготовления буроинъекционных свай / Н. С. Соколов // Жилищное строительство. 2018. № 1-2. С. 62-65.

11. Соколов, Н. С. Один из подходов решения проблемы по увеличению несущей способности буровых свай / Н. С. Соколов // Строительные материалы. 2018. № 5. С. 44-47.

12. Соколов, Н. С. Сваи повышенной несущей способности / Н. С. Соколов, С. С. Викторова, Т. Г. Федорова // Новое в архитектуре, проектировании строительных конструкций и реконструкции: Материалы VIII Всероссийской (II Международной) конференции, Чебоксары, 20 21 ноября 2014 года / Редакционная коллегия: Н.С. Соколов (отв. редактор), Д.Л. Кузьмин (отв. секретарь), А.Н. Плотников, Л.А. Сакмарова, А.Г. Лукин, В.Ф. Богданов, В.И. Тарасов. Чебоксары: Чувашский государственный университет им. И.Н. Ульянова, 2014. С. 411-415.

13. Соколов, Н. С. Проблемы расчета буроинъкционных свай, изготовленных с использованием разрядно-импульсной технологии / Н. С. Соколов, М. В. Петров, В. А. Иванов // Новое в архитектуре, проектировании строительных конструкций и реконструкции: Материалы VIII Всероссийской (II Международной) конференции, Чебоксары, 20-21 ноября 2014 года / Редакционная коллегия: Н.С. Соколов (отв. редактор), Д.Л. Кузьмин (отв. секретарь), А.Н. Плотников, Л.А. Сакмарова, А.Г. Лукин, В.Ф. Богданов, В.И. Тарасов. Чебоксары: Чувашский государственный университет им. И.Н. Ульянова, 2014. С. 415-420.

14. Соколов, Н. С. Мелкозернистый бетон как конструкционный строительный материал буроинъекционных свай ЭРТ / Н. С. Соколов, С. Н. Соколов, А. Н. Соколов // Строительные материалы. 2017. № 5. С. 16-19.

15. Патент на полезную модель № 161650 U1 Российская Федерация, МПК E02D 5/34, E02D 5/44. Устройство для камуфлетного уширения набивной конструкции в грунте: № 2015126316/03: заявл. 01.07.2015:опубл. 27.04.2016 / Н. С. Соколов, Х. А. Джантимиров, М. В. Кузьмин [и др.], заявитель Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Чувашский государственный университет имени И.Н. Ульянова".

16. Соколов, Н. С. Один из случаев усиления основания деформированной противооползневой подпорной стены / Н. С. Соколов // Жилищное строительство. 2021. № 12. С. 23-27. DOI 10.31659/0044-4472-2021-1223-27.

17. Патент № 2605213 C1 Российская Федерация, МПК E02D 5/34. Способ возведения набивной конструкции в грунте: № 2015126349/03: заявл. 01.07.2015:опубл. 20.12.2016 / Н. С. Соколов, Х. А. Джантимиров, М. В. Кузьмин [и др.], заявитель Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Чувашский государственный университет имени И.Н. Ульянова".

18. Патент № 2282936 C1 Российская Федерация, МПК H03K 3/53. Генератор импульсных токов: № 2005102864/09: заявл. 04.02.2005:опубл. 27.08.2006 / Ю. П. Пичугин, Н. С. Соколов, заявитель Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственная фирма "ФОРСТ".

19. Патент № 2318960 C2 Российская Федерация, МПК E02D 5/34. Способ возведения набивной сваи: № 2005140716/03: заявл. 26.12.2005:опубл. 10.03.2008 / Н. С. Соколов, В. М. Рябинов, В. Ю. Таврин, В. А. Абрамушкин.

Размещено на Allbest.ru