Деформации грунтового основания с учетом взаимовлияния свай с уширением

Обновлено: 10.05.2024

1. Процессы, происходящие в грунтах при забивке и вибропогружений свай и шпунта

В сложных инженерно-геологических условиях наиболее эффективными являются свайные фундаменты. В стесненных условиях существующей застройки при забивке свай и погружении шпунта вблизи стоящих зданий развиваются дополнительные осадки от сотрясения, а конструкции зданий получают повреждения от действия инерционных сил.

Следовательно, при сооружении свайных фундаментов вблизи существующих зданий, необходимо иметь четкое представление о физической сущности процессов, протекающих в различных грунтах при погружении в них свай и шпунта, поскольку именно эти процессы оказывают влияние на состояние примыкающих к котловану зданий. Исходя из этого определяют конструкцию свай и порядок производства свайных работ.

При погружении свая должна вытеснить грунт в объеме, по крайней мере равном объему сваи. Однако в процессе ее погружения в грунте происходят более сложные явления, связанные с его уплотнением и сдвигом одних объемов по отношению к другим. Интенсивность развития таких деформаций в различных точках грунтового массива и в разное время зависит от вида и состояния грунта, способа погружения сваи, ее размеров. При забивке свай в результате воздействия инерционных сил, возникающих при колебаниях грунта, развития дополнительных осадок или выпора грунта вокруг сваи, могут возникнуть опасные деформации существующих зданий. Поэтому при проектировании и строительстве вновь возводимых зданий необходимо предварительно установить степень опасности влияния забивки свай на конструкции существующих зданий, а также выбрать тип свай, погружение которых не вызовет недопустимых вибраций.

При современных способах работ погружение свай происходит быстро, а уплотнение грунтов, связанное с выжиманием воды из пор, требует значительного времени. Поскольку скорость движения воды в грунтах зависит от размеров пор, уплотнение грунтов разного состава будет протекать по-разному. По степени уплотняемости в процессе погружения сваи грунты можно подразделять следующим образом [17]:

Новожилов Г.Ф. Исследование увеличения несущей способности свай во времени в слабых грунтах г. Ленинграда: Строительство на слабых грунтах

уплотняющиеся (песчаные, супесчаные);
частично уплотняющиеся (маловлажные связные);
практически неуплотняющиеся (водонасыщенные глинистые).

При погружении свай в песчаные грунты в первый момент острие сваи, захватывая слои грунта, перемещает их вниз с одновременным уплотнением. Когда уплотнение грунта под острием достигает определенного предела, грунт начинает выдавливаться в стороны и в направлении к поверхности. Перемещение грунта в горизонтальном направлении начинается при некотором минимальном заглублении сваи, при дальнейшем ее заглублении происходит выпирание грунта на поверхность, но не по боковой поверхности сваи, а на некотором удалении от нее. Наибольшие перемещения частиц грунта наблюдаются около острия на расстоянии до полутора диаметров сваи.

В маловлажных песчаных, супесчаных и гравелистых грунтах средней плотности и плотных при непрерывной забивке сваи может наблюдаться быстрое уменьшение отказов. После «отдыха» (перерыва на несколько дней в работе) погружение сваи может быть успешно продолжено, при этом отказ возрастает. Такое явление объясняется тем, что при забивке грунт вокруг сваи быстро уплотняется, особенно под острием, что препятствует погружению сваи, в результате чего может сильно возрасти уровень колебаний грунта. Через некоторый промежуток времени происходит частичная потеря сопротивления грунта (релаксация — расслабление), и отказ сваи увеличивается.

В насыщенных водой чистых песках и гравелистых грунтах, имеющих большие поры, вода отжимается быстро, что способствует перемещению частиц в значительной по глубине зоне под концом сваи и поэтому местная уплотненная зона не образуется. Отсутствие же глинистых и пылеватых частиц в таких грунтах исключает возможность возникновения пленки — смазки тиксотропного характера на поверхности сваи, снижающей ее боковое сопротивление, и поэтому «отдых» не влияет на величину отказа.

При погружении свай в глинистые грунты возникают более сложные процессы. Забиваемая в грунт свая раздвигает в стороны и вдавливает вниз частицы грунта. В грунте вокруг сваи образуются поверхности скольжения и область перемятого грунта. Поперечные размеры этой области возрастают, но по достижении сваей некоторой глубины увеличение размеров прекращается, и при дальнейшем погружении сваи размеры остаются без изменения. Радиус зоны деформирования зависит от свойств грунта, поперечных размеров сваи и способа ее погружения. Чем меньше прочность грунта, тем меньше размеры области, где происходят деформации.

Если глинистые грунты неводонасыщенные, то при забивке сваи грунт в основном уплотняется за счет сокращения объема пор, заполняемых воздухом, Если глинистый грунт содержит мало коллоидных глинистых частиц, то разупрочнение от перемятия и динамических воздействий незначительно. Степень разуплотнения ленточных грунтов, иольдиевых глин и илов при забивке свай увеличивается, поэтому вытесняемый грунт будет испытывать меньшие сопротивления при перемещении вверх — в направлении нарушенного грунта. В связи с этим в процессе забивки свай поперечные размеры зоны деформаций и степень уплотнения грунта будут невелики, но увеличится количество выдавленного вверх грунта. Наиболее интенсивно выпор грунта происходит в начале погружения сваи. Чем меньше уплотнение грунта, тем больше его выпор. Объем деформированного грунта может достигать 100 % объема погруженной сваи в зависимости от ее размеров, свойств грунта и способа погружения. По окончании забивки свай или при перерывах выдавлизание грунта прекращается и начинается его осадка вследствие консолидации.

Таким образом, размеры области деформирования зависят от площади поперечного сечения и длины сваи, свойств грунта, скорости и очередности погружения.

При забивке свай в мягкопластичные глинистые грунты вода не успевает уйти в окружающую грунтовую толщу и образует своего рода смазку боковой поверхности ствола сваи, резко снижая сопротивление грунта по этой поверхности. Кроме того, динамическое воздействие вызывает разжижение окружающего сваю грунта, который также служит смазкой, облегчающей погружение сваи. Поэтому при непрерывной забивке величина отказов снижается все медленнее и свая начинает легче уходить в грунт. После же «отдыха» происходит трансформация свободной воды в физически связанную, поэтому свая с трудом поддается дальнейшей забивке. Это явление «засасывания» необходимо учитывать при забивке свай, особенно составных. При больших перерывах в погружении последующих звеньев свая в ряде случаев не может быть забита до проектной отметки, так как отказы уменьшаются в несколько раз. При этом возрастает интенсивность динамических воздействий и, следовательно, опасность повреждений соседних домов.

При погружении свай в слабые водонасыщенные глинистые грунты уплотнения грунта практически не происходит ввиду малой скорости фильтрации воды по сравнению со скоростью погружения свай. Такие грунты являются, как правило, высокочувствительными, и при погружении сваи они превращаются в околосвайном пространстве в текучую массу, которая не уплотняется полностью и легко выдавливается вверх, не нарушая массива окружающего грунта.

Особенно большое влияние на существующее здание при погружении свай могут оказать инерционные силы, возникающие при колебаниях грунта. Наиболее чувствительными к уплотнению при динамических воздействиях являются рыхлые песчаные водонасыщенные грунты. В случае когда существующие здания опираются на свайные фундаменты, необходимо учитывать возможность уплотнения около них грунтов при динамических воздействиях и развития отрицательного трения. Влияние динамических воздействий на грунты основания возрастает с увеличением числа источников колебания.

Сотников С.Н. Проектирование и возведение фундаментов вблизи существующих сооружений

Свайно-плитные фундаменты на комбинированном основании Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

Аннотация научной статьи по строительству и архитектуре, автор научной работы — Глухов Вячеслав Сергеевич, Хрянина Ольга Викторовна, Глухова Мария Вячеславовна

В статье представлены результаты исследования влияния свайно-плитного фундамента на осадку свай с уширением, на основе которых сделан вывод о целесообразности и экономической выгоде учета работы плит по грунтовому основанию.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Текст научной работы на тему «Свайно-плитные фундаменты на комбинированном основании»

2014 Строительство и архитектура № 2

В.С. Глухов, О.В. Хрянина, М.В. Глухова

Пензенский государственный университет архитектуры и строительства,

СВАЙНО-ПЛИТНЫЕ ФУНДАМЕНТЫ НА КОМБИНИРОВАННОМ ОСНОВАНИИ

Ключевые слова: свайно-плитный фундамент, комбинированное основание, сваи в пробитых скважинах, несущая способность, осадка.

V.S. Glukhov, O.V. Hryanina, M.V. Glukhova

Penza State University of Architecture and Building, Penza, Russian Federation PILE-SLAB FOUNDATION ON THE COMBINED BASIS

The article presents the results of studies of the effect of pile-foundation slab on piles upset with the broadening on the basis of which concluded the feasibility and economic benefits of registration plates on the subgrade.

Keywords: pile-slab foundation, combined basis, punched holes in piles, bearing capacity, settlement.

Одной из актуальных проблем современного фундаментострое-ния является выбор надежного варианта фундаментов высотных зданий, от которых в пределах пятна застройки здания на грунтовое основание передается давление порядка 400-600 кПа. Традиционными видами фундаментов многоэтажных зданий при указанных нагрузках на грунты являются фундаментная плита или сваи в виде сплошного свайного поля. Однако нагрузки от зданий таковы, что в большинстве грунтовых условий указанные варианты фундаментов не обеспечивают нормальной работы основания и зачастую расчетная осадка превышает предельно допустимую.

Одним из перспективных направлений при выборе типа фундаментов в этом случае можно считать свайно-плитные фундаменты [1]. Но рекомендации СП 50-102-2003 по ограничению распределения нагрузок на плиту в пределах 15 % от общей нагрузки на фундамент практически не дают положительного результата.

Авторами данной статьи выполнены исследования взаимовлияния плиты и свай в свайно-плитном фундаменте при различных долях нагрузок на указанные элементы. Исследование проводились при проектировании 16-этажного жилого дома в мкр. Арбеково г. Пензы. Расчетная равномерно распределенная нагрузка под стенами от надземной части здания для различных участков принята в диапазоне от 900 до 2000 кН/м. Общая расчетная нагрузка от здания в уровне верха плиты N0 = 210000 кН.

Инженерно-геологические изыскания проведены ОАО «ПензТИ-СИЗ» в соответствии с требованиями нормативных документов. Геоморфологически участок расположен в долине ручья. Рельеф участка застройки практически ровный, с общим уклоном на восток. Грунтовые воды вскрыты на глубине 1,6—1,8 м. Вследствие этого на участке развиты неблагоприятные геологические процессы, что связано с нарушением стока поверхностных вод и заболачиванием поверхностей.

В геологическом строении площадки строительства до разведанной глубины 40 м, принимают участие четвертичные аллювиальные отложения аQ и отложения маастрихтского яруса верхнего отдела меловой системы К2т. Физико-механические характеристики площадки строительства представлены в таблице.

Физико-механические показатели грунтов

Номер ИГЭ Геологический индекс Мощность слоя, м Описание грунтов кН/м3 4 Е, МПа Ф, град с, кПа

ИГЭ-1 рdQIV 0,5 Почвенно-растительный слой 15 - - - -

ИГЭ-3 аQ 6,5 мягкопластичная, не-просадочная, набухающая, сильнопучи-нистая 18,6 0,6 6,0 13 13

ИГЭ-4 аQ 2 тугопластичная, непро-садочная, ненабухаю-щая 18,5 0,4 7,0 20 35

ИГЭ-6 аQ 12 тугопластичная, непро-садочная, ненабухающая 18,9 0,4 14 19 33

Коренная глина мааст-

ИГЭ-9 Кт 18,5 рихт, полутвердая, непросадочная, нена-бухающая 17,4 0,1 40 19 42

Расчетное сопротивление грунта естественного сложения под подошвой плиты определяется по формуле (5.5) СП 50-101-2004. При определении расчетного сопротивления учитываются осредненные ха-

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

рактеристики слоев грунта толщиной

-Ъ , залегающих ниже подошвы

плиты. Глубина заложения подошвы 2,0 м. Ширина подошвы плиты Ъ = 22,0 м.

С учетом характеристик слоев грунта естественного сложения под плитой расчетное сопротивление составило Я = 195,0 кПа, а предельное сопротивление Ри = 330 кПа.

С учетом сложных грунтовых условий и низких характеристик физико-механических свойств верхних слоев грунта принято решение о закреплении верхнего слоя грунта «раскаткой» с последующей срезкой буферного слоя толщиной около 0,5 ми заменой его песчано-гравийной смесью с уплотнением. Набивные щебеночные сваи в раскатанных скважинах (НРС) выполнены круглого сечения, диаметром 250 мм и длиной 3,5 м (рис. 1).

Рис. 1. Схема свайно-плитного фундамента с закреплением верхнего грунтового слоя «раскаткой»

В результате работ по закреплению грунтового основания путем раскатки указанные параметры существенно улучшились. Расчетное сопротивление закрепленного грунта под подошвой плиты определялось с учетом средневзвешенных характеристик и в пределах закрепленного слоя составило ЯЗ = 325 кПа. Модуль деформации 6,0 МПа возрос до Е3 = 8 МПа.

Расчетная нагрузка в уровне верха плиты от здания составит порядка N = 210000 кН. При расчете основания по II группе предельных состояний учитывается расчетная нагрузка с коэффициентом перегрузки, равным единице. В нашем случае указанная нагрузка от здания в уровне верха плиты ^ = 183750 кН. Площадь плиты А = 591 м2. Вес плиты Q = 9930 кН. Тогда среднее давление под плитой Рср = 330 кПа. Таким образом, Рср

Я = 325 кПа, а значит, условие работы основания в линейной стадии не выполняется.

При наличии в основании непосредственно под плитой закрепленного слоя грунта с модулем деформации Е3 = 8 МПа и достаточно большой ширине фундамента определяющим является расчет осадки. С учетом данных грунтовых условий, геометрических параметров плиты и среднем давлении Рср = 330 кПа расчетная осадка составила £нрс = 38 см. При этом мощность сжимаемой толщи около 30 м. По результатам расчета осадки плиты с учетом усиления слоя «раскатыванием» расчетная деформация основания более 38 см, что в 2 раза превышает предельно допускаемую для данного вида сооружений 8и = 18 см.

Авторами предложен вариант устройства фундаментов на комбинированном основании. Фундамент включает устройство набивных щебеночных свай в раскатанных скважинах (НРС) и сваи в пробитых скважинах с уширением (СПС) [2]. Указанные сваи объединяются сплошной монолитной железобетонной плитой (рис.1).

Вычисление расчетных показателей комбинированного свайно-плитного фундамента проводят по методике, изложенной в СП 50-1022003 с использованием последовательных приближений.

С целью обеспечения надежной работы грунтового основания в предложенном варианте распределение долей нагрузок между плитой и сваями принято 50/50 процентов: NIIпл = 96840 кН; ^1св = 96840 кН. Давление под подошвой плиты составляет Рпл = 163,8 кПа. Расчетная осадка плиты при указанном давлении на грунтовое основание составила £пл = 17,5 см, что не превышает предельно-допустимую 8и = 18 см. При этом мощность сжимаемой толщи Нс = 21,5 м.

Сваи в пробитых скважинах с уширением приняты круглого сечения, диаметром 530 мм и длиной 8 м. Диаметр уширения ёуш = 1 м.

Уширение устраивается в два уровня путем втрамбовывания щебня в общем объеме 1 м3 отдельными порциями из расчета заполнения скважины на 0,3-0,5 м по высоте. Каждая порция засыпается после втрамбовывания предыдущей до проектной отметки скважины. Втрамбовывание жесткого материала производится сбрасыванием трамбовки с высоты 1,5-3,0 метра до тех пор, пока не будет погружен в грунт требуемый объем жесткого материала. Для армирования свай принята арматура класса ^400. Бетонирование сваи производилось враспор бетоном класса В20, W6 с последующим уплотнением вибраторами.

Несущая способность набивных свай с уширением Fd определяется по формуле (7.11) СП 50-102-2003 и равна 1766 кН. Расчетно-допускаемая нагрузка на сваю равна Ырд = 1300 кН. Если не учитывать работу плиты, необходимое количество свай около 165 шт. При учете работы плиты расчетная нагрузка (50 %), приходящаяся на сваи, NI = Nif Yf = 96840 • 1,1= 106524 кН. Тогда количество свай, необходимое для восприятия указанной нагрузки, n= NI / Nm = 82 шт.

В соответствии с требованиями СП 50-102-2003 при проектировании свайно-плитных фундаментов минимальное расстояние между осями свай должно быть не менее чем 5 диаметров свай. Поэтому расчет свайного основания по деформациям сведен к расчету осадки одиночной сваи. Однако, учитывая, что сваи приняты с уширением и давление под последним (уширением) весьма значительно (рис. 2), осадку одиночной сваи определяли с учетом влияния соседних восьми свай, расположенных на расстоянии 2,5-3,0 м (5-6d).

Для данных граничных условий и конструктивных особенностей здания, характера и диапазона нагрузок разрабатывалось наиболее оптимальное решение, в котором узловым вопросом являлось сочетание долей нагрузок на плиту и сваи. Определялось соотношение усилий, которые целесообразно передать на грунтовое основание под плитой,

и нагрузка, которая должна восприниматься сваями. Как показало исследование, определяющим при постановке вопроса является расчет основания по деформациям [3, 4, 5].

Рис. 2. Характер совместных деформаций основания свайно-плитного фундамента

дельно допустимой осадки для данного сооружения S =16 см < Su =18 см. Следовательно, перераспределив давления под плитой и сваей до 50 %, можно уменьшить требуемое количество свай со 165 шт. из расчета обеспечения несущей способности до 82 шт. (при условии размещения свай с шагом 5d, где d- диаметр сваи).

Проектирование по изложенной методике комбинированного свайно-плитного фундамента 16-этажного жилого дома в г. Пензе с использованием свай в пробитых скважинах позволило получить значительную экономию затрат (до 20 %) по сравнению с вариантом фундамента из составных свай длиной 17 м. При этом обеспечивается величина прогнозируемой осадки фундамента и равномерность в допустимых пределах на грунтовом основании, сложенном слабыми водонасыщенными грунтами.

1. Глухова М.В., Галова Ю.С., Глухов В.С. Исследования влияния плиты ростверка на осадку свай с уширением // Известия Юго-Западного гос. ун-та. - Курск, 2011. - №5 [38]. - Ч. 2. - С. 360-363.

2. Проектирование и устройство свайных фундаментов и упрочненных оснований из набивных свай в пробитых скважинах: практ. пособие / В.И. Крутов, В.К. Когай, И.К. Попсуенко, В.С. Глухов, И.С. Арутюнов. - Пенза: Пенз. гос. ун-т архит. и строит, 2011. - 100 с.

3. Глухов В.С, Хрянина О.В., Глухова М.В. Исследования влияния уширения свай в пробитых скважинах на осадку // Известия Юго-Западного гос. ун-та. - Курск, 2011. - №5 [38]. - Ч. 2. - С. 351-354.

4. Глухов В.С, Хрянина О.В., Глухова М.В. Пути уменьшения деформаций грунтового основания фундаментов в вытрамбованных котлованах с уширением // Актуальные проблемы проектирования и возведения зданий и сооружений с учетом энергосберегающих технологий и методов строительства: материалы II Междунар. науч.-практ. конф. -Пенз. гос. ун-т архит. и строит. - Пенза, 2012. - С. 150-152.

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

5. Глухов В. С, Глухова М.В. Исследование деформаций грунтового основания с учетом взаимного влияния свай с уширением // Современные геотехнологии в строительстве и их научно-техническое сопровождение: материалы междунар. науч.-техн. конф. - СПб., 2014. - Ч. 1. -С. 183-187.

Напряженно-деформированное состояние в грунтовом массиве при его взаимодействии со сваей и фундаментом глубокого заложения Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

Текст научной работы на тему «Напряженно-деформированное состояние в грунтовом массиве при его взаимодействии со сваей и фундаментом глубокого заложения»

В ГРУНТОВОМ МАССИВЕ ПРИ ЕГО ВЗАИМОДЕЙСТВИИ СО СВАЕЙ И ФУНДАМЕНТОМ ГЛУБОКОГО ЗАЛОЖЕНИЯ

заимодеиствие сваи с грунтовым массивом начинается в процессе внедрения сваИ и продолжается при нагружении сваИ статической нагрузкоИ от сооружения. При этом в массиве возникает сложное и неоднородное напряженно-деформированное состояние (НДС) как на уровне ниже острия сваИ, так и вокруг сваИ. Существенное влияния на процесс формирования и трансформации НДС массиве грунта и на контакте со сваеИ играют физико-механические своИства грунтов, в том числе степень их водонасыще-ния, своИства прочности и ползучести. После внедрения сваИ в грунт возникает избыточное НДС, которое релаксируется во времени. В водо-насыщенном грунте процесс релаксации общих (тотальных) напряжениИ в грунте сопровождается процессом консолидации и рассеиванием избыточного порового давления, вследствие чего эффективные напряжения со временем растут и достигают стабилизированного значения (рис. 1)

Вот почему в однокомпонентных не полностью водонасыщеных грунтах (пески, мерзлые грунты) преобладают чисто релаксационные процессы, а в водонасыщеных глинистых грунтах имеет место консолида-ционно-релаксационныИ процесс (рис. 1.).

Очевидно, что количественная оценка НДС грунтового массива при

взаимодеИствии со сваями следует рассмотреть в два этапа, т.е. в процессе внедрения и отдыха, и в процессе нагружения сваИ статическоИ нагрузкоИ. Очевидно также, что эти два этапа взаимно связаны и пер-выИ оказывает существенное влияние на второИ этап формирования дополнительных полеИ НДС в основании и вокруг сваИ.

Начальное НДС в основании и вокруг сваИ.

Важным этапом решения этоИ сложноИ задачи является определение начального избыточного НДС вокруг сваИ после их внедрения. Для решения такоИ задачи полагают, что имеет место лидирующая скважина, например для мерзлых грунтов, стенки котороИ расширяются до диаметра равного диаметру сваИ. В случае отсутствия лидирую-щеИ скважины решение задачи осложняется из-за разрыва сплошности грунта при внедрении сваИ. Выход из этого положения также можно наИти следующим образом. В нетронутом грунтовом массиве на месте внедрения сваи существует грунтовыИ цилиндр такого же диаметра, что и диаметр сваи. При внедрении сваИ этот грунтовыИ цилиндр выдавливается в стороны и образует вокруг сваи пластическое кольцо определенного диаметра за вычетом объемных деформациИ. Следовательно стенки цилиндра с внутренним диаметром равным диаметру

1 о г = 3,5с! о г = 2,5(3 д г- 1,5(1 Т Г = 1Ж • г=о,за

✓ / ^ \ ее = 0,757 1« =0,986 а,= 0,986

л / / 1 о^ ¿г 6 1 г о0 —1 1 1 !□□ а о д □ -сг° и о N

после внедрения свай для различных расстояний от поверхности сваи А и для различных моделирующих глубин Б: а) 2,5 м; б) 5 м; в) 10 м. □ - общее напряжение; 0 - поровое давление;

х - эффективные напряжения.

сваи смещается на величину г2- гс, где г2 - внутренний радиус грунтового цилиндра, после выдавливания грунта из-под внедряемой сваи, гс - радиус самой сваи. Тогда задача сводится к определению НДС в грунтовом цилиндре с внутренним радиусом к гс, где к - коэффициент влияния, равный от 3 до

6 (рис. 2). Рассмотрим в первую очередь НДС неводонасыщенного грунта.

Рассмотрим сначала предельное равновесие грунтового цилиндра радиусом гс под нижним концом сваи (Рис. 2 (б)). Очевидно, что условие предельного состояния запишутся в виде:

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

1 - Sin р 1 - Sin р

где о, - разрушающее напряжение, действующее на цилиндр; о3 - боковое предельное давление, возрастающее по мере выдавливания этого цилиндра в стороны.

Возрастание су3 обусловлено упругим

отпором грунтов вокруг сваи, следовательно, для определения 1 из (1) следует определить упругий или упруго-пластический отпор грунтов вокруг сваи.

Упругий отпор легко определить из рассмотрения НДС грунтового цилиндра с внутренним радиусом rc и внешним радиусом r3 =krc (Рис. 3)

Решение такой задачи в перемещениях известно (задача Лямэ) и имеет вид:

2 2 1 P2 • rc - P3 • r3 1 -V.

На внешний радиус грунтового цилиндра действует давление от веса грунта, т.е. р3 = у • ггде коэффициент бокового давления. Кроме того, разность г2 - гс можно определить из равенства объемов грунта в цилиндре с диаметрами 2гс и 2г. С учетом объемных деформаций имеем

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

где еу - объемная деформация грунта в цилиндре до его разрушения.

Как правило, она может достигать до 0,1 и, следовательно, ею можно пренебречь. Тогда получим

Это реактивное давление, которое возникает вокруг сваи вследствие расширения внутреннего радиуса полого цилиндра от гс до г2. Видно, что

оно зависит от модуля деформации и коэффициента Пуассона грунта, величины давления на внешней поверхности грунта и степени влияния сваи на окружающий массив. Если предположить, что это влияние распространяется на 6Ьс, т.е. У = 6, то пренебрегая 1/У2 по сравнению с единицей получим величину упругого отпора в виде:

Полагая, что максимальное значение а3 в (1) равнор2 и подставляя (5) в (1) получим критическое значение о1 под острием сваи, т.е.

1 - Sin р 1 - Sin р

где р2 - определяется по зависимости (5).

получим р2=26 т/м2 ст/ = стп = Яр = 115,2 т/м2. Эта величина в 7 раз меньше, чем та, которая была получена при учете упругого отпора при выдавливании грунта из-под сваи в стороны.

Учет упругого отпора грунта ближе соответствует физике явления взаимодействия сваи с окружающим грунтом при её внедрении.

Таким образом, вокруг сваи образуется цилиндр с внешним радиусом

г2 = гсл/2, который находится в состоянии упруго-пластического течения, а за ним ещё один цилиндр с радиусом г3, который тоже находится в упруго-пластическом состоянии. За пределами радиуса г1 под воздействием давления р2 может образоваться пластическая зона и её можно определить по известным напряжениям в грунтовом цилиндре радиусом г2 < г3 при давлениях р2 и р3 соответственно. На основании известного решения задачи Лямэ в напряжениях имеем:

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

Учитывая, что г3 = кгс

= Р2 - Рък2 , (Р2 - Р3 ) (к2 - 1),

Учитывая, что к» 6 и пренебрегая единицей по сравнению с 1/к2 получим окончательно

Р2 - Р3к 2 (Р2 - Ръ Г

к 2 • к 2 (г ) Р2 - Р3к 2 , (Р2 - Р3 )

к 2 к 2 • к 2 (г ) где к2 (г )= (г/г3).

Очевидно, что сумма главных напряжений будет равна в случае: - плоского напряженного состояния

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

Причем в обоих случаях < = const и не зависит от r. Из приведенных выше формул для <Jrи <v видно, что вид НДС в

грунтовом цилиндре зависит от соотношения р2r2 и p3r3 . Возможны упругое или упруго-пластическое состояния, уплотнение или разуплотнение грунтов. Для проверки возможности возникновения предельного состояния под воздействием р2 при r > r2 воспользуемся общеизвестными условия-

ми прочности при осесимметричной НДС, когда Trt

Подставляя сюда значения ar и ав из (9) можем определить радиус пластической зоны:

а также начальные критические значения р2 , которое действует в массиве грунта вокруг свай при г = г2

* 1 - sin рр cos рр (r2 - r22 )r32

1 - sin ( \Г2/гз) 1 - sin (( \2 / r3 /

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

Если р2* меньше, чем напряжение упругого отпора грунта р2, определяемые по упругому решению, то все вышеприведенные решения справед-

ливы и для определения ^ = Яр . Обычно возможны ситуации когда р > г2 . Тогда на основании вышеизложенных решений получим значение критической нагрузки при р > г2 в виде

где р > г2 - радиус пластической зоны, определяемый по (13). Для определения напряжений в пластической области г2 < г < Рш необходимо рассматривать уравнения равновесия

и уравнение предельного равновесия (1), что приводит к решению вида при r2 <рпл < гз:

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

При г = р > г2 получим значения напряжений на внешнем контуре пластической зоны, т.е.

При р < г имеем упругий цилиндр с внутренним и внешним радиусами при соответствующих давленияхрр и р3, а напряжения в этом упругом цилиндре будут определяться по формулам (7).

Перемещение внутренней поверхности этого цилиндра также легко определить по формуле

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

Следовательно, общая толщина цилиндра, переходящая в пластическое состояние будет равна p - r2.

Подставляя значения p2* и p2** из (13) и (17) в (6) получим соответствующие значения критических напряжений под нижним концом сваи, т.е. имеем

1 - sin р 1 - sin р

1 - sinр 1 - sinp

Очевидно, что упругий отпор грунта вокруг свай зависит от его жесткости, т.е. от его плотности и влажности. Он может быть меньше или боль* ** ^

ше пластического отпора грунта р2 и р2 в зависимости от соотношений многочисленных аргументов, входящих в эти формулы, в т.ч. от соотношений р,с, Е,у, гс,у, г и др.

В заключение отметим, что изложенное выше решение задачи о взаимодействии нижнего конца сваи с окружающим грунтом следует рассматривать как первое приближение с учетом принятых предположений и до-

пущений, что всегда имеет место при рассмотрении таких сложных задач прикладной механики грунтов.

Возникшие в результате внедрения свай избыточные напряжения, очевидно, будут релаксировать вследствие ползучести скелета в однокомпо-нентном грунте, а в многокомпонентном грунте вследствие ползучести скелета и консолидации (рис.1).

Релаксация избыточных напряжений вокруг свай может быть количественно прогнозировано, на основе приведенных выше решений о начальном НДС вокруг сваи, если полагать, что в упруго-пластической области грунты обладают свойством ползучести.

В частности, если рассматривать простейший закон наследственной ползучести и пренебрегая жесткостью самой сваи, то получим, что начальные контактные напряжения между грунтовым массивом и внешним цилиндром свай будут релаксировать по закону:

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

где р(т1) - начальное контактное давление, определяемое по (5), где вместо Е следует подставить Е01; т1 - начало отсчета времени х\ Е01 и Е(

- модули упругих и ползучих деформаций, причем

Очевидно, что при ? ^ да имеем остаточное значение контактного напряжения, т.е.

Из этого следует, что р(да)< р(т1) и, следовательно, давая отдых свае можно снизить сопротивление внедрению сваи

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

и добивать её меньшими усилиями. Это явление называется «ложный отказ» сваи. Следует также отметить, что релаксация контактных (обжимающих) напряжений сваи, одновременно снижают и трение по боковой поверхности сваи, что также следует учитывать при оценке длительной несущей способности сваи.

Релаксация напряжений в скелете грунта и рассеивание порового давления во времени вокруг свай после их внедрения в водонасыщенный массив грунта может быть количественно прогнозирован путем постановки задачи аналогично для неводонасыщенных грунтов, если воспользоваться тотальными напряжениями и тотальными характеристиками деформируемости и прочности грунта. Приведенные параметры Епр,упр, Спр, пр, которые должны определятся в условиях отсутствия дренажа т.е. в неконсолидированно-недренированных испытаниях. Из-за громоздкости этих решений мы ограничимся лишь представлением графиков релакса-

ции напряжений и порового давления вокруг свай (Рис.1). Отметим лишь, что случае водонасыщенного грунта контактные тотальные напряжения и поровое давление релаксируют, а напряжения в скелете со временем растут и достигают значения тотальных напряжений. Это означает, что несущая способность свай в водонасыщенном глинистом грунте вначале меньше, чем после «отдыха» сваи, что и наблюдается в практике.

Изложенные выше решения могут быть использованы также для прогнозирования НДС массива грунта в основании острия и вокруг свай, а также в основании фундаментов глубокого заложения (буровые опоры, буро-набивные сваи) под воздействием нагрузки от сооружения. При этом следует учитывать начальное НДС в массиве грунта после забивки свай или после устройства буронабивных свай. Для случая забивных или задавли-ваемых свай эта задача была решена в достаточном объеме. Для буронабивных свай к начальному НДС следует отнести момент завершения набора прочности бетона в пробуренной скважине. В первом приближении можно считать, что под действием собственного веса бетона в начальном, жидком состоянии восстанавливается исходное, природное НДС массива грунта в основании и вокруг свай.

В конечном итоге это позволяет определить осадку свай и фундаментов глубокого заложения (ФГЗ), а также предельную критическую нагрузку. Для определения осадки следует рассматривать НДС массива в целом по всей длине и в основании свай, а также (ФГЗ).

Механизм оседания ФГЗ представлена на (рис. 2). Очевидно, что оседание ФГЗ сопровождается упругим сжатием грунтов основания и отжати-ем грунта вниз и в сторону. Такой механизм по М.И. Горбунова-Посадова можно представить в виде схемы (рис. 2). Клин внедряется между двумя подвижными призмами, которые сопротивляются перемещениям их в сторону как за счет трения и щепления, так и за счет упругого сжатия окружающего массива.

В таком случае решение задачи по определению предельного напряжения с учетом собственного веса грунта и коэффициента бокового давления можно представить в виде:

где р2* - неизвестное реактивное напряжение, препятствующее боковому расширению грунта и определяемое по формулам (4) или (17). После некоторых преобразований (4) получаем следующее выражение для р2

где К = г3/г1 ; Рз = у •г •£

Подставляя это выражение в (29), получим окончательную зависимость предельной критической нагрузки Я на внедрение ФГЗ на глубине г от поверхности земли.

Особенность рассмотренного выше решения заключается в том, что оно содержит не только параметры прочности грунта р и с, но и также па-

раметры деформируемости окружающего массива грунта Е и V , кроме того, оно содержит соотношение диаметров ФГЗ (сваи) зоны его влияния К. При К ^ да получим

Таким образом, окончательно имеем для критического сопротивления внедрения ФГЗ:

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

где р2 - определяется по (30) или по (31)

Полученное решение может быть использовано для определения лобового сопротивления свай, а также предельной нагрузки на ФГЗ небольшого диаметра (до 1 метра).

Рассуждая таким образом можно утверждать, что предельная нагрузка на грунтовое основание также существенно зависит от модуля деформации грунтов основания, т.к. в процессе выпирания грунтов в стороны следует преодолеть и упругий отпор грунтовой среды причем, чем глубже заложение основания, тем больше это сопротивление.

В заключении приведем результаты численного решения задачи о НДС в двухслойном основании и в окружающем массиве грунта в упруго-пластической постановке для условий трехмерной и двухмерной (плоской) задач (рис.4), выполненные аспирантом Нгуен Вьет Туаном.

Из рисунков видно, что при прочих равных условиях несущая способность свай существенно зависит от прочности и модуля деформации несущего слоя. Причем, несущая способность сваи в условиях трехмерной задачи выше, чем в условиях плоской задачи.

Таким, образом подтверждается вышеизложенные результаты теоретических решений о том, что несущая способность свай зависит не только от прочностных свойств несущего слоя, но также и от его модуля деформации.

1. При внедрении и последующем нагружении свай в грунтовом массиве возникает сложное НДС, которое существенно зависит от деформационных и прочностных свойств грунтов, и от степени их водонасыщения.

2. Количественная оценка НДС грунтов в основании и вокруг свай после внедрения свай и последующего нагружения может быть осуществлена на основе расчетной схемы (рис.2.)

3. Изменения (релаксация) начального НДС грунтов после внедрения свай проходит по разному в зависимости от степени водонасыщения и от коэффициента фильтрации грунтов, причем в однокомпонентных грунтах (пески, мерзлые грунты) происходит чистая релаксация и снижение несущей способности свай, а в водонасыщенном глинистом грунте происходит повышение несущей способности свай во времени, вследствие консоли-дационно-релаксационного процесса.

4. Несущая способность свай существенно зависит не только от прочностных, но и от деформационных свойств грунтов несущего слоя (рис. 4).

Презентация на тему ДЕФОРМАЦИИ ГРУНТОВОГО ОСНОВАНИЯ С УЧЕТОМ ВЗАИМОВЛИЯНИЯ СВАЙ С УШИРЕНИЕМ

Слайды и текст этой презентации

Текст слайда:

ДЕФОРМАЦИИ ГРУНТОВОГО ОСНОВАНИЯ С УЧЕТОМ ВЗАИМОВЛИЯНИЯ СВАЙ С УШИРЕНИЕМ

ПЕНЗЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
АРХИТЕКТУРЫ И СТРОИТЕЛЬСТВА

Кафедра геотехники и дорожного строительства

аспирант Глухова Мария Вячеславовна

Текст слайда:

Устройство свай в пробитых скважинах с уширением (СПСу)

Глухова М.В. ДЕФОРМАЦИИ ГРУНТОВОГО ОСНОВАНИЯ С УЧЕТОМ ВЗАИМОВЛИЯНИЯ СВАЙ С УШИРЕНИЕМ

Расчетная схема сваи в пробитой скважине с уширением (СПСу)

Характеристики СПСу
l = 3 ÷ 15 м; d = 0,5 ÷ 0,6 м; Dy = 0,8 ÷ 1,2 м; P≤3700 кПа;
Уплотненная зона E=25 Мпа; Жесткий материал грунта R≤10000 кН, Е=45МПа, φ=45º,
Fd = 2000 ÷ 3000 кН; Nрд= 1500 ÷ 2200 кН

Глухова М.В. ДЕФОРМАЦИИ ГРУНТОВОГО ОСНОВАНИЯ С УЧЕТОМ ВЗАИМОВЛИЯНИЯ СВАЙ С УШИРЕНИЕМ

Текст слайда:

Расчетная схема осадки с учетом взаимовлияния

Глухова М.В. ДЕФОРМАЦИИ ГРУНТОВОГО ОСНОВАНИЯ С УЧЕТОМ ВЗАИМОВЛИЯНИЯ СВАЙ С УШИРЕНИЕМ

Зависимость осадки от шага свай

Зависимость осадки от разницы глубины заложения сваи

Текст слайда:

Оценка взаимовлияния свай при различной расстановке в кусте

Глухова М.В. ДЕФОРМАЦИИ ГРУНТОВОГО ОСНОВАНИЯ С УЧЕТОМ ВЗАИМОВЛИЯНИЯ СВАЙ С УШИРЕНИЕМ

Автором выявлены зависимости осадки:
от конструктивных особенностей уширения и уплотненной зоны грунта
от количества свай в кусте
от расстояния между осями свай
от длины свай

Рекомендуется для снижения взаимовлияния:
оптимальные размеры уширения
расстановка свай кустами
расстоянии между осями не менее 5d
расположение торцов свай в разных уровнях

Текст слайда:

Расчетная схема условного свайного поля из кустов девяти свай различной длины

Глухова М.В. ДЕФОРМАЦИИ ГРУНТОВОГО ОСНОВАНИЯ С УЧЕТОМ ВЗАИМОВЛИЯНИЯ СВАЙ С УШИРЕНИЕМ

Уменьшение деформаций грунтового основания с учетом взаимовлияния за счет различной длины свай с уширением

Зависимость влияния на осадку сваи соотношения ΔS=f(l/Dy)

Текст слайда:

Глухова М.В. ДЕФОРМАЦИИ ГРУНТОВОГО ОСНОВАНИЯ С УЧЕТОМ ВЗАИМОВЛИЯНИЯ СВАЙ С УШИРЕНИЕМ

Цементные силосы
Диаметр 23 м х2
Высота 68 м
Емкость 235 000 т х2
Нагрузка 1 750 000 кН

Текст слайда:

Глухова М.В. ДЕФОРМАЦИИ ГРУНТОВОГО ОСНОВАНИЯ С УЧЕТОМ ВЗАИМОВЛИЯНИЯ СВАЙ С УШИРЕНИЕМ

СПАСИБО ЗА ВНИМАНИЕ!

Текст слайда:

ДЕФОРМАЦИИ ГРУНТОВОГО ОСНОВАНИЯ С УЧЕТОМ ВЗАИМОВЛИЯНИЯ СВАЙ С УШИРЕНИЕМ

На этой странице, Вы можете скачать урок презентацию на тему ДЕФОРМАЦИИ ГРУНТОВОГО ОСНОВАНИЯ С УЧЕТОМ ВЗАИМОВЛИЯНИЯ СВАЙ С УШИРЕНИЕМ из категории Разное. Красочные слайды помогут Вам заинтересовать слушателей и сделать ваше выступление информативным. Доклад-презентация на заданную тему содержит 9 слайдов. Презентация создана с помощью программы PowerPoint. Материал будет полезен как для учителей и преподавателей, так и для учащихся любой возрастной категории. Делитесь найденным проектом или презентацией с помощью социальных кнопок!

Читайте также:

Деформации грунтового основания с учетом взаимовлияния свай с уширением

1. Процессы, происходящие в грунтах при забивке и вибропогружений свай и шпунта

Свайно-плитные фундаменты на комбинированном основании Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

Аннотация научной статьи по строительству и архитектуре, автор научной работы — Глухов Вячеслав Сергеевич, Хрянина Ольга Викторовна, Глухова Мария Вячеславовна

Текст научной работы на тему «Свайно-плитные фундаменты на комбинированном основании»

Похожие темы научных работ по строительству и архитектуре , автор научной работы — Тер-Мартиросян З.Г.

Текст научной работы на тему «Напряженно-деформированное состояние в грунтовом массиве при его взаимодействии со сваей и фундаментом глубокого заложения»

Презентация на тему ДЕФОРМАЦИИ ГРУНТОВОГО ОСНОВАНИЯ С УЧЕТОМ ВЗАИМОВЛИЯНИЯ СВАЙ С УШИРЕНИЕМ

Слайды и текст этой презентации