Геофизические исследования свайных фундаментов

Обновлено: 18.05.2024

Геофизические исследования свайных фундаментов

Сведения о своде правил

1 ИСПОЛНИТЕЛИ - Научно-исследовательский, проектно-изыскательский и конструкторско-технологический институт оснований и подземных сооружений им.Н.М.Герсеванова - институт АО "НИЦ "Строительство" (НИИОСП им.Н.М.Герсеванова)

2 ВНЕСЕН Техническим комитетом по стандартизации (ТК 465) "Строительство"

3 ПОДГОТОВЛЕН к утверждению Департаментом архитектуры, строительства и градостроительной политики

Информация об изменениях к настоящему своду правил публикуется в ежегодно издаваемом информационном указателе "Национальные стандарты", а текст изменений и поправок - в ежемесячно издаваемых информационных указателях "Национальные стандарты". В случае пересмотра (замены) или отмены настоящего свода правил соответствующее уведомление будет опубликовано в ежемесячно издаваемом информационном указателе "Национальные стандарты". Соответствующая информация, уведомление и тексты размещаются также в информационной системе общего пользования - на официальном сайте разработчика (Минрегион России) в сети Интернет

ВНЕСЕНЫ опечатки, опубликованные в Информационном Бюллетене о нормативной, методической и типовой проектной документации N 6, 2011 г.

Опечатки внесены изготовителем базы данных

Изменения N 1, 2, 3 внесены изготовителем базы данных по тексту М.: Стандартинформ, 2017 год; М.: Стандартинформ, 2019

Введение

Настоящий свод правил устанавливает требования к проектированию фундаментов из разных типов свай в различных инженерно-геологических условиях и при любых видах строительства.

Разработан НИИОСП им.Н.М.Герсеванова - институтом ОАО "НИЦ "Строительство": д-ра техн. наук Б.В.Бахолдин, В.П.Петрухин и канд. техн. наук И.В.Колыбин - руководители темы; д-ра техн. наук: А.А.Григорян, Е.А.Сорочан, Л.Р.Ставницер; кандидаты техн. наук: А.Г.Алексеев, В.А.Барвашов, С.Г.Безволев, Г.И.Бондаренко, В.Г.Буданов, A.M.Дзагов, О.И.Игнатова, В.Е.Конаш, В.В.Михеев, Д.Е.Разводовский, В.Г.Федоровский, О.А.Шулятьев, П.И.Ястребов, инженеры Л.П.Чащихина, Е.А.Парфенов, при участии инженера Н.П.Пивника.

Изменение N 2 разработано институтом АО "НИЦ "Строительство" - НИИОСП им.Н.М.Герсеванова (руководители темы - д-р техн. наук Б.В.Бахолдин, канд. техн. наук И.В.Колыбин, канд. техн. наук Д.Е.Разводовский; исполнители - д-р техн. наук Н.З.Готман, д-р техн. наук Л.Р.Ставницер, канд. техн. наук А.Г.Алексеев, канд. техн. наук А.М.Дзагов, канд. техн. наук В.А.Ковалев, канд. техн. наук А.В.Скориков, канд. техн. наук В.Г.Федоровский, канд. техн. наук О.А.Шулятьев, канд.техн. наук П.И.Ястребов) при участии д-ра техн. наук В.В.Знаменского, д-ра техн. наук В.А.Ильичева.

Изменение N 3 к своду правил подготовлено АО "НИЦ "Строительство" - НИИОСП им.Н.М.Герсеванова (руководители темы - д-р техн. наук Б.В.Бахолдин, канд. техн. наук И.В.Колыбин, канд. техн. наук Д.Е.Разводовский, д-р техн. наук Н.З.Готман, канд. техн. наук А.Г.Алексеев, канд. техн. наук А.М.Дзагов, канд. техн. наук В.В.Сёмкин, канд. техн. наук А.В.Скориков, канд. техн. наук В.Г.Федоровский, канд. техн. наук А.В.Шапошников, канд. техн. наук П.И.Ястребов, при участии д-ра техн. наук В.В.Знаменского, д-ра техн. наук В.А.Ильичева).

1 Область применения

Настоящий свод правил распространяется на проектирование свайных фундаментов вновь строящихся и реконструируемых зданий и сооружений (далее - сооружений).

Свод правил не распространяется на проектирование свайных фундаментов сооружений, возводимых на вечномерзлых грунтах, свайных фундаментов машин с динамическими нагрузками, а также опор морских нефтепромысловых и других сооружений, возводимых на континентальном шельфе.

2 Нормативные ссылки

ГОСТ 5180-2015 Грунты. Методы лабораторного определения физических характеристик

ГОСТ 5686-2012 Грунты. Методы полевых испытаний сваями

ГОСТ 8732-78 Трубы стальные бесшовные горячедеформированные. Сортамент

ГОСТ 8734-75 Трубы стальные бесшовные холоднодеформированные. Сортамент

ГОСТ 9463-2016 Лесоматериалы круглые хвойных пород. Технические условия

ГОСТ 10704-91 Трубы стальные электросварные прямошовные. Сортамент

ГОСТ 12536-2014 Грунты. Методы лабораторного определения гранулометрического (зернового) и микроагрегатного состава

ГОСТ 19804-2012 Сваи железобетонные заводского изготовления. Общие технические условия

ГОСТ 19804.6-83 Сваи полые круглого сечения и сваи-оболочки железобетонные составные с ненапрягаемой арматурой. Конструкция и размеры

ГОСТ 19912-2012 Грунты. Методы полевых испытаний статическим и динамическим зондированием

ГОСТ 20276-2012 Грунты. Методы полевого определения характеристик прочности и деформируемости

ГОСТ 20295-85 Трубы стальные сварные для магистральных газонефтепроводов. Технические условия

ГОСТ 20522-2012 Грунты. Методы статистической обработки результатов испытаний

ГОСТ 26633-2015 Бетоны тяжелые и мелкозернистые. Технические условия

ГОСТ 27751-2014 Надежность строительных конструкций и оснований. Основные положения

ГОСТ 31937-2011 Здания и сооружения. Правила обследования и мониторинга технического состояния

СП 14.13330.2018 "СНиП II-7-81* Строительство в сейсмических районах"

СП 21.13330.2012 "СНиП 2.01.09-91 Здания и сооружения на подрабатываемых территориях и просадочных грунтах" (с изменением N 1)

СП 22.13330.2016 "СНиП 2.02.01-83* Основания зданий и сооружений"

СП 25.13330.2012 "СНиП 2.02.04-88 Основания и фундаменты на вечномерзлых грунтах" (с изменением N 1)

СП 26.13330.2012 "СНиП 2.02.05-87 Фундаменты машин с динамическими нагрузками" (с изменением N 1)

СП 28.13330.2017 "СНиП 2.03.11-85 Защита строительных конструкций от коррозии" (с изменением N 1)

СП 38.13330.2018 "СНиП 2.06.04-82* Нагрузки и воздействия на гидротехнические сооружения (волновые, ледовые и от судов)"

СП 40.13330.2012 "СНиП 2.06.06-85 Плотины бетонные и железобетонные"

СП 47.13330.2016 "СНиП 11-02-96 Инженерные изыскания для строительства. Основные положения"

СП 58.13330.2012 "СНиП 33-01-2003 Гидротехнические сооружения. Основные положения" (с изменением N 1)

СП 63.13330.2012 "СНиП 52-01-2003 Бетонные и железобетонные конструкции. Основные положения" (с изменениями N 1, 2, 3)

СП 71.13330.2017 "СНиП 3.04.01-87 Изоляционные и отделочные покрытия"

СП 126.13330.2017 "СНиП 3.01.03-84 Геодезические работы в строительстве"

СП 131.13330.2012 "СНиП 23-01-99* Строительная климатология" (с изменениями N 1, 2)

Примечание - При пользовании настоящим сводом правил целесообразно проверить действие ссылочных документов в информационной системе общего пользования - на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет или по ежегодному информационному указателю "Национальные стандарты", который опубликован по состоянию на 1 января текущего года, и по выпускам ежемесячного информационного указателя "Национальные стандарты" за текущий год. Если заменен ссылочный документ, на который дана недатированная ссылка, то рекомендуется использовать действующую версию этого документа с учетом всех внесенных в данную версию изменений. Если заменен ссылочный документ, на который дана датированная ссылка, то рекомендуется использовать версию этого документа с указанным выше годом утверждения (принятия). Если после утверждения настоящего свода правил в ссылочный документ, на который дана датированная ссылка, внесено изменение, затрагивающее положение, на которое дана ссылка, то это положение рекомендуется применять без учета данного изменения. Если ссылочный документ отменен без замены, то положение, в котором дана ссылка на него, рекомендуется применять в части, не затрагивающей эту ссылку. Сведения о действии сводов правил целесообразно проверить в Федеральном информационном фонде технических регламентов и стандартов.

3 Термины и определения

Термины с соответствующими определениями, используемые в настоящем СП, приведены в приложении А.

Наименования грунтов оснований зданий и сооружений приняты в соответствии с ГОСТ 25100.

4 Общие положения

4.1 Основное назначение свай - это прорезка залегающих с поверхности слабых слоев грунта и передача действующей нагрузки на нижележащие слои грунта, обладающие более высокими механическими показателями. Свайные фундаменты должны проектироваться на основе и с учетом:

а) результатов инженерных изысканий для строительства;

б) сведений о сейсмичности района строительства;

в) данных, характеризующих назначение, конструктивные и технологические особенности сооружения и условия их эксплуатации;

г) действующих на фундаменты нагрузок;

д) условий существующей застройки и влияния на нее нового строительства;

е) экологических требований;

ж) технико-экономического сравнения возможных вариантов проектных решений;

Методика расчета осадки кольцевых свайных фундаментов большеобъемных резервуаров с плавающей крышей

В статье предложен расчет напряженно-деформированного состояния основания под кольцевым свайным фундаментом при действии равномерно распределенной нагрузки по кольцу и кругу с использованием методов К.Е.Егорова и вычисление осадки по методике, применяемой для ленточных свайных фундаментов. Приведены предложенные и использованные конструкция и технология устройства фундаментов большеобъемных резервуаров с плавающей крышей. Представлены результаты натурных наблюдений за осадками емкостей в период гидравлических испытаний.

Мангушев Рашид Александрович Заведующий кафедрой геотехники Санкт-Петербургского государственного архитектурно-строительного университета, доктор технических наук, профессор, член-корреспондент РААСН Городнова Елена Владимировна Старший научный сотрудник кафедры "Основания и фундаменты" ФГБОУ ВО ПГУПС, к.т.н., доцент

При проектировании оснований и фундаментов для большеобъемных вертикальных стальных цилиндрических резервуаров с плавающей крышей особое внимание уделяется расчетам по деформациям. Опасность возникновения существенных неравномерных осадок по периметру резервуара может привести к развитию недопустимых напряжений в сварных соединениях стенки и днища, к возникновению крена и заклиниванию конструкции плавающей крыши.

Как показали исследования [1], наибольшие напряжения и деформации возникают в районе уторного узла резервуара на расстоянии 3 – 4 м от стенки большеобъемных емкостей (V ≥ 10 тыс. м3). С целью обеспечения нормальной работы конструкций вертикальных стальных цилиндрических резервуаров в период эксплуатации необходимо на стадии проектирования правильно оценить величину осадки различных точек днища и стенки, а также степень неравномерности указанных перемещений.

Широко используемые в практике фундаменты стальных резервуаров представляют собой кольцевые или круглые плиты, опирающиеся на песчано-гравийные подушки или сваи. Многочисленные экспериментальные исследования показывают, что устройство под стенкой резервуара жесткого монолитного железобетонного кольца позволяет снизить неравномерность осадок по периметру резервуара. Применение кольцевой свайной обоймы, в условиях слабых грунтов препятствующей выпору грунта из-под днища резервуара и ограничивающей горизонтальные перемещения грунта, также позволяет уменьшить среднюю осадку основания [2].

Расчет осадки кольцевого фундамента под стенку резервуара рекомендуется определять на базе решения осесимметричной задачи теории упругости. Для определения вертикальных компонент напряжений σz для фундаментов круглой и кольцевой формы К.Е.Егоровым [3] предложены зависимости, представленные в следующем виде:

для круглого фундамента, радиусом R (рис. 1):

где α – функция эллиптических интегралов, зависящая от соотношений

для кольцевого фундамента с внутренним и внешним радиусами соответственно R1 и R2 (рис. 2):

где α (m,t) и β (m,t) – функции, выраженные через эллиптические интегралы, зависящие от соответствующих радиусов кольца R1 < R2 и переменных

Рис. 1. Схема к определению осадок круглого фундамента, нагруженного равномерно распределенной нагрузкой

Рис. 2. Схема к определению осадок кольцевого фундамента, нагруженного равномерно распределенной нагрузкой

Рис. 3. Ленточные свайные фундаменты с расположением свай в один ряд (а), в два ряда (б), в три ряда (в)

Проведенные в Пермском государственном техническом университете под руководством проф. А.А.Бартоломея экспериментальные исследования работы ленточных свайных фундаментов в различных грунтовых условиях позволили предложить общую методику расчета осадок таких фундаментов при расположении свай в один, два и три ряда (рис. 3) [4,5,6].

Разработанный метод учитывает такие факторы, как глубина приложения нагрузки и передача ее через боковую поверхность и в плоскости острия свай, размеры фундамента, коэффициент бокового расширения грунта, напряжения и деформации во всей активной зоне.

При анализе закономерностей передачи нагрузки сваями грунтам основания установлены следующие зависимости:

характер передачи нагрузки через боковую поверхность свай:

в плоскости острия свай:

где an, bn - безразмерные коэффициенты, зависящие от эпюр передачи нагрузки по боковой поверхности и в плоскости острия свай; Р – нагрузка на свайный фундамент, кН/м; l – длина свай, м; h – глубина расположения рассматриваемой точки, м; d0 – ширина фундамента, м, для однорядного свайного фундамента; d 0 =d (d – диаметр сваи), для двухрядного d0=4d, для трехрядного d 0 =7d; x – расстояние от рассматриваемой точки до оси фундамента; n – число рядов свай; Р уд – удельная нагрузка по боковой поверхности и в плоскости острия свай, кПа.

На основе численного интегрирования А.А.Бартоломеем получена формула для определения осадки однорядных и многорядных свайных фундаментов:

где a n , b n - безразмерные коэффициенты, зависящие от вида эпюр передачи нагрузки по боковой поверхности и в плоскости острия свай;

– компоненты перемещений, вызванных силами трения по боковой поверхности и силами в плоскости нижних концов свай.

Для практического использования формула расчета осадок приведена к виду:

где S – осадка свайного фундамента, м; Р – нагрузка на свайный фундамент, кН/м;

; E – модуль деформации грунта активной зоны с учетом уплотнения грунта под сваями в результате их забивки, значения безразмерной компоненты перемещения δ0 табулированы для различных случаев.

На основе имеющихся решений разработан алгоритм программы для расчета на компьютере осадок кольцевого свайного фундамента, который учитывает известные методы определения напряжений в активной зоне основания и методы расчета полных осадок ленточных свайных фундаментов с учетом приложения нагрузки внутри массива и вида эпюр ее передачи по боковой поверхности и в плоскости острия свай.

Идея разработки данной методики расчета основания возникла при проектировании фундаментов двух стальных цилиндрических резервуаров емкостью 50 тыс. м3 (диаметр резервуара – 60,7 м, высота – 18,0 м) с плавающей крышей для хранения нефтепродуктов на территории нефтеперерабатывающего завода в Ленинградской области. Площадка строительства резервуаров расположена на территории ранее занятой бывшими искусственными прудами различной конфигурации и глубины, засыпанных насыпным грунтом. Основные инженерно-геологические элементы, слагающие основание, представлены насыпными грунтами, верхнечетвертичными озерно-ледниковыми отложениями в виде пылеватых суглинков и супесей, верхнечетвертичными ледниковыми отложениями в виде легких и тяжелых суглинков от полутвердой до твердой консистенции, подстилаемые верхнедевонскими пылеватыми твердыми глинами. Выполненные инженерно-геологические изыскания выявили наличие линз слабого грунта под пятном строительства одного из резервуаров в виде легкого мягкопластичного суглинка и пылеватой супеси.

Предварительные расчеты позволили рекомендовать в качестве фундаментов под резервуары фундамент-отсыпку под днище и кольцевой свайный фундамент с монолитным железобетонным ленточным ростверком под стенки резервуаров.

Кольцевой свайный фундамент для резервуара, у которого отмечено согласное напластование грунтов по пятну застройки, выполнен на 6-ти метровых железобетонных сваях сечением 0,35x0,35 м с двухрядным расположением свай в ростверке. Для кольцевого фундамента резервуара, в основании которого были обнаружены линзы, использованы 9-ти метровые железобетонные сваи сечением 0,35x0,35 м с трехрядным расположением свай (рис. 4).

Рис. 4. Конструкция кольцевого свайного фундамента для резервуара, в основании которого была обнаружена линза слабого грунта

После возведения резервуаров проводились их гидравлические испытания, во время которых были установлены регулярные геодезические наблюдения за осадками емкостей. В ходе наблюдений проводилась нивелировка металлических марок, которые приваривались к стенкам резервуаров с шагом 6 м по периметру. Резервуары заполнялись водой ступенями 2,5 м; 6,0 м; 11,0 м и 17,4 м согласно технологической карте проведения гидравлических испытаний. После каждой ступени нагружения определялись высотные отметки марок и приращение деформаций. На основании полученных данных построены графики развития осадок во времени с учетом загрузки основания (рис. 5).

Рис. 5а. Графики развития осадок во времени: а) - для резервуара, основание которого представлено согласным напластованием грунтов (длина свай l=6 м);

Рис. 5. Графики развития осадок во времени: б) – для резервуара, в основании которого расположена линза слабого грунта (длина свай l=9 м).

По результатам наблюдений получены следующие результаты:

I. Для резервуара, в конструкции фундамента которого использованы 6-ти метровые сваи:

а)средняя осадка ( Δ Sср) конструкции по периметру при заполнении до отметки 17,4 м составила 18 мм;

б)максимальная осадка ( Δ Smax) по периметру емкости – 22 мм;

в)максимальная неравномерность осадки ( Δ S) по периметру – 11 мм.

II. Для резервуара, в конструкции фундамента которого использованы 9-ти метровые сваи:

а)средняя осадка ( Δ Sср) конструкции по периметру при заполнении до отметки 17,4 м составила 12 мм;

б)максимальная осадка ( Δ Smax) по периметру емкости – 16 мм;

в)максимальная неравномерность осадки ( Δ S) по периметру – 11 мм.

Использование 9-ти метровых свай в кольцевом свайном фундаменте на неоднородном основании позволило снизить среднее значение неравномерности осадки по периметру резервуара в 1,8 раза (рис. 5, б).

Методы обследования свайных фундаментов

Рассмотрим основные методы обследования свайных фундаментов для измерения глубины залегания свай и выявления в них дефектов:

Система отклика на акустическое эхо

Метод широко используется во всем мире, в России пока применяется в качестве методики и находится на этапе стандартизации. Метод основан на акустическом воздействии на верхнюю часть сваи и регистрации акустического эха.
Простейший вариант - ставится акселерометр на оголовок сваи и по ней наносится удар молотком, получая отклик от основания. Приборы, позволяющие получать больше характеристик, могут комплектоваться датчиками силы на молотке, сейсмодатчиками. В итоге система позволяет получать длину, практически, любого железобетонного изделия в грунте и позволяет определить наличие дефектов в нем. Электронные приборы, основанные на этом методе, позволяют выводить на экран компьютера график скорости и силу удара тензодатчика молотка, данные о геометрии сваи (длине), расположения дефектов. В более дорогих системах также можно фиксировать подвижность свай.
Методика позволяет выявить дефекты и в подпорных стенках, заливных и буронабивных сваях. Минусом методики является то, что не всегда бывает доступ к верхней части сваи.

Система параллельного сейсмоисследования

Методика исследования - бурится скважина вдоль предполагаемого фундамента, которая заполняется водой. Далее, в скважину опускается гидрофон, с шагом 0,5 м. Молотком ударяют по доступной части фундамента, гидрофон фиксирует акустическую волну от молотка. С каждым шагом погружения гидрофона, вдоль сваи, скорость прохождения акустической волны будет линейно увеличиваться; когда гидрофон опуститься ниже заглубления сваи, зависимость скорости от глубины изменится, что отразится на графике. Этим методом можно получить реальную глубину сваи.

Система вертикальных ультрасейсмических исследований

Позволяет узнать длину и целостность изделия. Больше всего подходит для исследований подпорных стенок.
На верхнюю часть фундамента устанавливается приемник, затем по боковой части фундамента делаются удары молотком, оснащенным датчиком.

Метод ультразвукового тестирования в отверстиях (ultrasonic crosshole testing)

Метод позволяет оценить качество новых свай. По трубкам, заранее заложенным в сваи, опускаются приемник и передатчик, которые фиксируют скорость прохождения звука на каждом шаге, по которым, в дальнейшем строят графики, позволяющие оценить наличие дефектов и полостей в бетоне.

Испытание свай ударной нагрузкой

Метод, предусмотренный ГОСТ 5686-94 "Грунты. Методы полевых испытаний сваями" - статические испытания для буро набивных свай.Новый метод по испытанию динамической нагрузкой позволяет сразу определить зависимость несущей способности от длины сваи.
На сваю устанавливаются две пары датчиков - тензометрический и акселерометр, далее, по свае молотом наносится удар определенной нагрузки, датчиками снимаются показания отклика нижней плиты и характеристики трения боковой поверхности о грунт.

Новейший метод исследования железобетонных элементов по температуре

Применяется практически с первого дня заливки конструкции и основан на свойстве изменения температуры цемента при гидратации. Отслеживая эту зависимость, можно фиксировать зависимость геометрии элементов от времени набора прочности.

Применение геофизических методов для определения глубины погружения буронабивных, буроинъекционных и железобетонных свай Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

Аннотация научной статьи по электротехнике, электронной технике, информационным технологиям, автор научной работы — Простов Сергей Михайлович, Герасимов Олег Васильевич, Мальцев Евгений Анатольевич

Приведены физические основы и результаты экспериментального опробования сейсмического, электрофизического и индукционного методов при контроле глубины погружения свай с металлической арматурой. Илл. 11. Библиогр. 3 назв.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Текст научной работы на тему «Применение геофизических методов для определения глубины погружения буронабивных, буроинъекционных и железобетонных свай»

УДК 624.131.5: 624.131.32

С.М. Простов, О.В. Герасимов, Е.А. Мальцев

ПРИМЕНЕНИЕ ГЕОФИЗИЧЕСКИХ МЕТОДОВ ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ГЛУБИНЫ ПОГРУЖЕНИЯ БУРОНАБИВНЫХ, БУРОИНЪЕКЦИОННЫХ И ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ СВАЙ

При укреплении оснований эксплуатируемых горнотехнических сооружений зачастую отсутствует документация о характеристиках свайного поля. При строительстве промышленных и гражданских объектов на ранее подготовленных фундаментах необходимо осуществление оценки величины заглубления отдельных свай для определения соответствия проектным требованиям1.

Рис. 1. Схема акустического зондирования сваи в грунте:

1 - акселерометр, 2 - устройство регистрации, 3 - молоток, 4 - свая

для зондирования сваи, находящихся в грунте, осложнено сильным затуханием акустического импульса. В Институте горного дела СО РАН разработан и апробирован опытный образец аппаратуры для определения длины свай в грунте акустическим методом. Прибор

1 Работа выполнена при поддержке гранта РФФИ по проекту 05-05-64100

обеспечивает усиление, запись исходного ударного импульса и эхо-сигнала. Обработка первичной информации осуществляется на компьютере методом спектрально-резонансного анализа. Разность частот соседних пиков регистрируемых колебаний связана с продольным размером объекта [1].

Схема установки акустического зондирования представлена на рис. 1.

Возбуждение колебаний происходит ударом ручного молотка 3 вдоль оси сваи 4. Акселерометр 1 воспринимает колебания торца сваи, преобразуя их в электрический сигнал, который записывается устройством регистрации 2. Затем полученные данные в лабораторных условиях оцифровываются и обрабатываются на компьютере спектрально-резонансным ме-

На рис. 2, а представлен график изменения ускорения на торце набивной сваи диаметром

0,4 м после удара, записанный в полевых условиях. Этот сигнал содержит собственные высокие и низкие спектры частот, показанные на рис. 2, б.

Длина сваи Ь при известной скорости распространения звука С вычисляется по формуле:

где /0 - низкая резонансная частота.

Величина /0 вычисляется как среднее арифметическое частотных интервалов между соседними значениями резонансных частот:

ненная по данным многократных измерений; п - порядковый номер резонансного пика; т -количество резонансных частот в исследуемом интервале.

i Не можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Использование акустического зондирования для определения длины сваи осложнено возникновением слабозатухающих резонансных колебаний в выступающей из грунта свободной части сваи, амплитудой изгибных колебаний, возникающих при ударе, несоосном с центром сваи. Вследствие этого погрешность определения длины сваи, находящейся в грунте, составляет ±4%.

Проходящая по всей длине сваи стальная арматура, обладающая высокой электропроводностью, позволяет считать сваю проводящим телом (зазем-лителем) и обосновать применение электромагнитных методов для определения заглубления сваи. Величина измеряемого сигнала будет зависеть от длины забитой части сваи и геологического строения вмещающих пород.

В институте геофизики СО РАН под руководством проф. Ю. А. Дашевского разработан способ определения длины забитой сваи на основе применения электромагнитных методов и последующего решения обратной задачи электромагнитных зондирований. Схема измерений представлена на рис. 3. Для каждого значения разноса г проводится два измерения: при подключении генератора тока к арматуре и при подключении тока к уединенному электроду, что позволяет определить удельные сопротивления и мощности слоев грунта.

Результаты измерений, полученные при подключении к электроду, в форме графика

Рис.2. График изменения во времени Тускорения торца скважины в форме электрического сигнала и (а), спектр сигнала (б)

рк(г) после обработки с помощью программного продукта SONET, позволяют определить параметры среды. Экспериментальные значения электрическо-

Рис. 3. Схема измерений: M, N - измерительные электроды; r - координата; pi - р3, , hi - h3 - параметры геоэлек-трического разреза

го поля, полученные при подключении генератора к свае, при использовании программного продукта PILE сравниваются с набором теоретических значений поля для предполагаемого диапазона возможных глубин. При наибольшем совпадении экспериментальных и теоретических зависимостей определяют глубину залегания сваи L.

фундамента во избежание гальванического контакта.

На первом этапе была построена трехслойная геоэлек-трическая модель вмещающего разреза: И1 = 1 м, р1 = 40 Омм, Н2 = 12 м, р2 = 20 Ом-м, р3 = 100 Ом-м (рис. 3).

На рис. 4. представлены результаты решения обратной задачи, позволившие определить глубину забитой части сваи. По результатам измерений аппаратурой АНЧ-3 при разносе АВ > 100 м построены графики рк(г). Установлено, что глубина погружения свай составляет

10,5 м. При погрешности изме-

рений менее 15 % и точности теоретического решения не хуже 95 % суммарная погрешность прогноза не превышает 18 %.

Рис. 4. Результаты эксперимента по определению фактической глубины забитых свай: 1, 2, 4, 8 - индекс Ь теоретических кривых, м; •- данные измерений для сваи № 1; ■ - данные измерений

Рис. 5. Схема подключения электродов при моделировании способа определения глубины залегания свай установками А1,3М0,бЫ (а) и

Рис. б. Результаты эксперимента на поверхности методом каротажа сопротивлений (КС): о-расстояние от трубы до МЫ - 1 м; □ - 2,5 м ; А - 4 м

установку перемещали вдоль трубы. Различные схемы подключения электродов при моделировании применяли для повышения информативности эксперимента при определении нахождения модели. Результаты, полученные при схеме измерений Л1,3М0,6М, позволяют определить место расположение края трубы, моделирующей сваю, с достаточно высокой точностью.

По результатам проведенных измерений зондом А1,3М0,6М с использованием аппаратуры АЭ-72, работающей на постоянном токе, получены графики, приведенные на рис. 6. Сопоставление полученных данных позволило установить, что по мере удаления измерительных электродов от трубы наблюдается выполаживание графиков, что говорит о необходимости размещения электродов на расстоянии не более

1,5 м от оси исследуемого объекта.

i Не можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

С целью определения длины свай в свайном поле строящегося жилого дома выполнены геофизические работы установками различного типа с точечной регистрацией данных через

0,1 м. Каротаж проведен по скважине, пробуренной на расстоянии 1,5 м от исследуемой сваи, служащей опорой колонны. Результаты измерений, выполненных методом каротажа сопротивлений (КС), приведены на графиках: последовательным однополюсным градиент - зондом А1,3М0,7 N с подключением электрода В на исследуемую сваю (рис. 7, а); зондом

А40M0,7N с подключением электрода В на сваю и заземлением электрода А в 40 метрах от сваи (в бесконечности) (рис.7, б).

На графиках КС при измерении зондом A40M0,7N в зоне острия сваи (И = 11,5 м) отмечается минимумом рк, а в средней зоне имеет место переход от плюсовых значений к минусовым. Графики A40M0,7N и A40M0,5N практически совпа-

дают, что говорит о высокой воспроизводимости результатов измерений. Для более точной оценки проведен каротаж зондами A1,3M0,7N, при этом острие сваи также отмечается началом возрастания значений рк. Аналогичные результаты получены на втором опытном участке.

По результатам каротажа и анализа имеющейся информации об инженерно-

геологическом строении участка массива глубина погружения свай находится в интервалах: для сваи № 1 Ь = 10,5-11,5 м (рис. 7, а); для сваи № 2 Ь = 6,57,5 м (рис. 7, б).

Бурение скважины и особенно поддержание ее целостности в неустойчивых глинистых грунтах в ряде случаев требует значительных затрат.

Кроме того, обеспечение электрического контакта электродов зонда со стенками скважины затруднено вследствие их неровности. Указанное заставляет отдавать предпочтение бес-скважинным методам электрофизического контроля с земной поверхности.

Физические основы бес-скважинного экспресс-метода заключаются в том, что ввиду высокой проводимости арматуры железобетонная свая представляет собой заземлитель, весьма близкий по параметрам к стержневому. Как показывает опыт геоэлектрических изысканий, при глубине погружения сваи И < 20 м относительные вариации Лрк = 20-30 %, т.е. массив можно считать квазиод-нородным по электрическим свойствам. Геоконтроль погру-

По второму способу, считая,

Рис. 7. Результаты определения глубины залегания сваи методом КС на периметре здания (а), на его выступающей части (б)

жения сваи может быть реализован 2-электродным методом (рис. 8).

Для стержневого заземлите-ля диаметром ^ и с глубиной погружения I электросопротивление составит [2]

где Кэ - коэффициент завися-

щий от формы дополнительного электрода (при й = 0,015 м ,1 = 0,5 м, Кэ = 4,88; при I = 1 м Кэ = 5,58).

Метод расчета свайных фундаментов по результатам полевых исследований несущей способности свай Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

Текст научной работы на тему «Метод расчета свайных фундаментов по результатам полевых исследований несущей способности свай»

ТЕОРИЯ ИНЖЕНЕРНЫХ СООРУЖЕНИЙ И СТРОИТЕЛЬНЫЕ КОНСТРУКЦИИ

А.Н. Драновский, М.А. Прыгунов

МЕТОД РАСЧЕТА СВАЙНЫХ ФУНДАМЕНТОВ ПО РЕЗУЛЬТАТАМ ПОЛЕВЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ НЕСУЩЕЙ СПОСОБНОСТИ СВАЙ

В соответствии с требованиями норм [1], расчет свайных фундаментов должен производиться по двум группам предельных состояний.

Основным является расчет по определению количества свай. Он сводится к выполнению условия

где Ы1се - расчетное продольное усилие, передаваемое на сваю в составе фундамента от действующих расчетных нагрузок, соответствующих первой группе предельных состояний; р - расчетная несущая способность грунта основания сваи (в дальнейшем НСС); у - коэффициент надежности, зависящий от достоверности способа определения НСС; - введенное нами обозначение расчетного сопротивления сваи по несущей способности грунта основания.

Следующим этапом расчетов является расчет свайного фундамента по второй группе предельных состояний - по деформациям.

Методы расчета деформаций свайных фундаментов обладают, как известно, низкой точностью. Например, при расчете осадок свайных фундаментов как условных фундаментов на естественном основании, рекомендуемым [1], расчетные осадки часто в 1,5-1,8 раза превышают фактические [2]. Для ленточных фундаментов разница оказывается еще более существенной.

Неточность расчетов осадок свайных фундаментов обусловлена сложностью работы системы сваи-ростверк-грунтовый массив, трудностью учета таких факторов, как взаимодействие свай, изменения свойств грунтов в межсвайном пространстве и под подошвой свайного фундамента в процессе строительства и эксплуатации, изменения свойств грунтов при изменении гидрогеологических условий, явления ползучести.

Один из крупнейших специалистов в области расчетов свайных фундаментов по деформациям А.А.Бартоломей считает, что при осадках свайных фундаментов, близких к предельно допустимым, когда возникает сложное и неоднородное напряженно-деформированное состояние активной зоны и превалируют нелинейные и реологические процессы, наиболее приемлемы инженерные методы расчета осадок, косвенно учитывающие названные факторы [2].

Учитывая вышеизложенное, предлагается инженерный метод расчета свайных фундаментов, позволяющий соблюсти требования норм, не производя расчетов свайных фундаментов по деформациям (осадкам). Он опирается на следующие положения.

Известны разные способы определения НСС. Они могут быть классифицированы по основополагающему теоретическому принципу. Можно выделить три основных класса способов определения НСС:

класс А - способы, основанные на теории предельного состояния;

класс В - способы, основанные на теории энергетического баланса.

К классу А относятся экспериментальные и теоретические способы, позволяющие определить предельное сопротивление сваи, при котором полностью исчерпывается несущая способность грунтов основания сваи. Типичными представителями этого класса являются способ определения НСС по результатам статического зондирования и практический расчетный способ, по которому НСС вычисляется с помощью табличных значений расчетных сопротивлений грунтов под нижним концом и по боковой поверхности свай, приведенных в [1].

К классу В относится способ динамического испытания свай в полевых натурных условиях.

К классу Б относятся способы математического моделирования напряженно-деформированного состояния системы свая-грунтовый массив и способ полевых натурных испытаний свай пробной статической нагрузкой, называемый в дальнейшем способом пробных испытаний.

Наиболее достоверным - эталонным - считается способ пробных испытаний. Недостатки его известны: трудоемкость, высокая стоимость, краткосрочность испытаний.

Из наименее дорогих и трудоемких наибольшей достоверностью обладает способ определения НСС по результатам статического зондирования, что общепризнано [3]. В дальнейшем будем называть его способом статического зондирования.

Для определения пригодны способы всех

ТЕОРИД ИНЖЕНЕРНЫ! СООРУЖЕНИЙ И СТРОИТЕЛЬНЫЕ КОНСТРУКЦИИ

классов, однако на практике применяют наименее дорогие.

Для оценки деформативности свай могут быть использованы только способы класса Б. Теоретические способы еще не завоевали достаточного доверия. Поэтому при проектировании объектов I и II классов рекомендуется испытывать сваи пробной нагрузкой. При пробных испытаниях возможны два основных случая.

В первом, встречающемся относительно редко, предельное сопротивление сваи Еи достигается при осадке сваи < 20мм. В этом случае расчет осадки свайного фундамента практически теряет смысл, так как она будет заведомо ниже предельно допустимой.

i Не можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Во втором, наиболее распространенном случае, предельное сопротивление сваи Е достигается при осадке сваи £ > 20-40мм либо вообще не достигается. Для этого случая (см. рис.) нормы [1] считают нужным принимать в качестве частного значения предельного сопротивления сваи вдавливающей нагрузке такую нагрузку, под воздействием которой испытываемая свая получает осадку, равную определяемую по формуле

где Зиш - предельное значение средней осадки фундамента здания, устанавливаемое указаниями СНиП 2.02.01-83; £ - коэффициент перехода от предельного значения осадки 8ит1 к осадке сваи, полученной при краткосрочных испытаниях с условной стабилизацией осадки, соответствующей требованиям ГОСТ 5686-78.

Коэффициент С, учитывает различие между осадкой одиночной сваи и фактической осадкой свайного фундамента здания или сооружения. При значении коэффициента £ , равном 0,2, осадка свайных фундаментов здания или сооружения в процессе эксплуатации увеличится в среднем в 5 раз по сравнению с осадкой одиночной сваи, полученной при ее испытании пробной статической нагрузкой. Такое увеличение осадок свайных фундаментов обосновывается результатами наблюдений за осадками зданий и сопоставлением их с осадками одиночных свай, полученных при испытаниях.

Значение коэффициента £ по мере накопления сравнительных данных уточняется. В СНиП 11-Б.5-67

значение Q принималось равным 0,1 , в СНиП 2.02.0385 - 0,2.

Определив значение F *, соответствующее осадке S, вычисленной по формуле (2), следует, как указывает п.5.3 [1], определить НСС по формуле

где g— 1; g* - коэффициент надежности по грунту, зависящий от числа испытанных свай.

Выше нами обозначено: F - частное значение

условной величины F, соответствующее осадке S; F - нормативное значение условного предельного сопротивления сваи.

С таким подходом норм [1] к определению НСС нельзя согласиться, так как найденное условное значение F не является предельным сопротивлением сваи по несущей способности, а является частным значением сопротивления сваи по второй группе предельных состояний - по осадке.

Поэтому предлагается ввести новое понятие расчетного сопротивления сваи по второй группе предельных состояний FRn и определять его по формуле

где Е , у и у имеют те же значения, что и в

Естественно, что значение величины Еш зависит от значения 5 , то есть от вида здания, его конструктивной схемы, приспособленности к восприятию неравномерных деформаций.

i Не можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Однако значение Еи не должно зависеть от этих факторов, как это следует из [1]. Значение Еи следует определять способом статического зондирования по формуле

где Е - нормативное значение предельного сопротивления сваи по результатам статического зондирования, ус и у^ имеют те же значения, что и в формуле (3).

При определении количества свай, входящих в состав фундамента, предлагается одновременно исходить из условий Iго и IIго предельных состояний:

где Еи определяется по результатам статического зондирования, а Ет< - по данным пробных испытаний натурных свай.

Дальнейшее проектирование свайного фундамента регламентируется тем из условий (6) и (7), которое

ТЕОРИД ИНЖЕНЕРНЫХ СООРУЖЕНИЙ И СТРОИТЕЛЬНЫЕ КОНСТРУКЦИИ

требует применения большего количества свай. В тех случаях, когда регламентирующим является условие (7), предлагаемый метод расчета позволяет сократить число свай не менее чем в 1,4 раза и существенно уменьшить размеры ростверков.

Предложения о необходимости определения количества свай по значениям нагрузок, соответствующих IIй группе предельных состояний, звучали и раньше [2,5]. При этом предполагалось исключить из рассмотрения расчет по первой группе предельных состояний. В предлагаемом методе расчет по первой группе предельных состояний сохраняется, если регламентирующим оказывается условие (6).

Из предлагаемого метода следует, что при изменении конструктивной схемы здания и его приспособленности к неравномерным деформациям может измениться регламентирующее условие для расчета свайного фундамента.

Сделанный выше вывод о возможности сокращения количества свай подтверждается множеством экспериментальных исследований разных авторов, установивших, что нагрузки на свайные фундаменты во многих случаях могут быть увеличены на 30-50% [2, 4]. Это свидетельствует о реальной

возможности внедрения предлагаемого метода расчета в практику проектирования зданий и сооружений. В этом случае экономия средств, затрачиваемых на возведение свайных фундаментов, превысит расходы на проведение пробных испытаний свай.

1. СНиП 2.02.03-85. Свайные фундаменты. Нормы проектирования. М.: 1986.

2. Бартоломей А. А. Основы расчета ленточных свайных фундаментов по предельно допустимым осадкам. М.: Стройиздат, 1982. - 219с.

3. Беда В.И., Кулачкин Б.И., Радкевич А.И., АлександровскийЮ.В., ОстюковБ.С., ПерепелкинИ.З. Оценка несущей способности забивных свай // Материалы Международной научно-практической конференции Усиление оснований и фундаментов аварийных зданий и сооружений. Пенза, 2000. С. - 15-17.

4. Трофименков Ю.Г., Ободовский А.А. Свайные фундаменты для жилых и промышленных зданий. М.: Стройиздат, 1970. - 239с.

5. Лапшин Ф.К. Расчет свай по предельным состояниям. Саратов: Изд-во Сарат. ун-та, 1979. - 152 с.

Читайте также:

Геофизические исследования свайных фундаментов