Белгородская область, Россия
ГРНТИ 67.03 Инженерно-теоретические основы строительства
ББК 38 Строительство
Оценка несущей способности свай – актуальная задача современного фундаментостроения. Полевые методы оценки несущей способности свай являются дорогостоящей и не всегда выполнимой задачей. Существующая методика расчета несущей способности свай предполагает использование показателя консистенции Il для определения сил сопротивления со стороны грунта. При одинаковых показателях консистенции грунты могут иметь различные показатели прочности. В статье рассматривается возможность использования прочностных характеристик грунта для более точной оценки несущей способности свай. Особенно актуально решение для буронабивных свай.
свая, буронабивная свая с уширением, удельное сцепление, коэффициент внутреннего трения, сопротивление грунта.
Сопротивление грунта по боковой поверхности ствола буровой сваи f формируется за счет горизонтальных радиальных напряжения Р, возникающих вокруг ствола при изготовлении сваи, и дополнительных напряжений P', появляющихся при её загружении. Это сопротивление для каждого слоя грунта, прорезаемого сваей, может быть вычислено, с учетом его линейной зависимости от давления (вплоть до развития сдвиговых осадок), по закону Кулона с использованием прочностных характеристик грунта:
|
|
|
(1) |
где – угол внутреннего трения; с – сцепление грунта.
Грунты как естественноисторические образования обычно обладают анизотропией. Изучению этого свойства посвятили свои работы Л.И. Корженко (1963), Ж.Е. Рогаткина (1967), В.В. Лушников, П.Д. Вулис (1972) и др.
Испытания на сдвиг по вертикали для практических целей не выполняются и приборы для таких испытаний отсутствуют. О. Н. Жидков и др. [1] предложено использовать для поступательного сдвига видоизмененный прессиометр, эластичная оболочка которого окружается снаружи жесткими металлическими кольцами. Эти кольца врезаются в грунт при расширении камеры. После создания в камере определенного давления вытяжным домкратом производится сдвиг рабочего органа. Для чистого сдвига необходимо устраивать круговую канавку для исключения влияния лобового сопротивления. Опыты проводятся не менее трех раз. Строится график зависимости от и определяется с и для слоя грунта в котором проводились опыты. Эти значения прочностных характеристик используются в расчете по формуле (1), в свою очередь от него все и зависит. Имеет место «самовозбуждение» работы боковой поверхности под нагрузкой.
В работе Г.П. Таланова и П.П. Лычева [2] сделана попытка определения этих дополнительных напряжений. Однако трение грунта по длине ствола принято убывающим до нуля, на основании чего получен ошибочный (результат) вывод о действии напряжений P’ только в верхней части сваи. В последующей работе Г.П. Таланова и др. [3] распределение трения принято возрастающим по закону треугольника и параболы. Произвольность выбора закономерностей, а также то, что распределенное по поверхности трение приведено к сосредоточенным силам, действующим по оси сваи, позволяет рассматривать результаты этой работы лишь как ориентировочные.
Нами ствол разбивался по длине на участки, равные диаметру сваи, и обозначим часть сопротивления грунта за счет сцепления и давление P через f0,
|
|
|
(2) |
Учитывая, что при бетонировании сваи в устье скважины устанавливается обсадная труба высотой около 1м, это нарушает необходимый контакт бетона с грунтом, примем, что в пределах двух верхних участков f0 меняется от полного своего значения до нуля у поверхности. Тогда на первом участке среднее сопротивление грунта по боковой поверхности:
|
|
|
(3) |
и дополнительное давление на нижней его границе:
|
|
|
(4) |
где – коэффициент, принимаемый по табл. (3).
С учетом (4) формула (3) примет вид:
|
|
|
(5) |
на втором участке
|
|
|
(6) |
для третьего и любого n-го участка имеем:
|
|
|
(6) |
Расчеты, произведенные по формуле (6), показывают, что давление P’ незначительно (менее, чем на 5%) увеличивает сопротивление грунта по боковой поверхности и его влиянием можно пренебречь, что идет в запас несущей способности сваи.
Приближенное определение дополнительных напряжений может быть выполнено по формуле
|
|
|
(7) |
где – осредненное сопротивление грунта по боковой поверхности сваи, подсчитанное без учёта P; – сумма коэффициентов табл. 1.
Значение коэффициентов получены в результате решения уравнений Р. Миндлина [4] на ЭВМ. Коэффициент учитывает действие силы трения в пределах ближайшего к рассматриваемому сечению участка высотой d
Таблица 1
Значение коэффициента
|
z |
Значение |
||||
|
0,05 |
0,1 |
0,2 |
0,25 |
0,3 |
|
|
2d 3d 4d 5d 6d 7d 8d 9d 10d 11d 12d 13d 14d 15d 16d 17d 18d 19d 20d |
0,0704 0,0864 0,0957 0,1013 0,1048 0,1074 0,1094 0,1166 0,1169 0,1126 0,1133 0,1139 0,1144 0,1148 0,1152 0,1156 0,1159 0,1161 0,1164 |
0,0579 0,0738 0,0831 0,0887 0,0924 0,0950 0,0968 0,0983 0,0993 0,1002 0,1010 0,1016 0,1021 0,1026 0,1030 0,1035 0,1036 0,1039 0,1042 |
0,0470 0,0470 0,0542 0,0597 0,0634 0,0660 0,0679 0,0693 0,0704 0,0713 0,0721 0,0727 0,0733 0,0737 0,0742 0,0745 0,0748 0,0751 0,0754 |
0,0143 0,0285 0,0373 0,0427 0,0464 0,0489 0,0508 0,0522 0,0533 0,0542 0,0550 0,0556 0,0561 0,0566 0,0570 0,0573 0,0577 0,0580 0,0582 |
0,0151 0,0243 0,0274 0,0296 0,0319 0,0336 0,0350 0,0360 0,0368 0,0376 0,0383 0,0388 0,0393 0,0397 0,0401 0,0404 0,0407 0,0410 0,0412 |
Сопротивление грунта по боковой поверхности сваи проявляется полностью только при определенном перемещении ствола сдвиговой осадке [5]. В табл. 2 приведены величины сдвиговых осадок для различных грунтов
Для практического использования на основании данных табл. 2 и значений , имеющихся в литературе, можно рекомендовать определение в зависимости от показателя консистенции грунта – и числа пластичности – по формуле:
|
|
|
(8) |
Таблица 2
Величины сдвиговых осадок
для забивных свай
|
Наименование грунтов |
, см |
|
1. Песок мелкий средней плотности |
0,5 |
|
2. Супесь при |
0,6 |
|
3. Супесь при |
0,7 |
|
4. Суглинок при |
0,8 |
|
5. Суглинок при |
1,5 |
|
6. Суглинок ленточный при |
1,8 |
|
7. Глина ленточная при |
2,2 |
|
8. Глина ленточная при |
2,5 |
Для буронабивных свай за счет меньшего нормального давления на грунт и отсутствия начального искривления слоев, возникающих при забивке, сдвиговые осадки будут несколько меньше, чем для забивных. При перемещении сваи на величину S, меньше , сопротивление грунта сдвигу разовьется не полностью и составит:
|
|
|
(9) |
Сопротивление грунта сдвигу по боковой поверхности сваи выше уширения в глинистых грунтах учитывается полностью, а в песчаных - только выше воображаемого усеченного конуса, угол наклона образующая у которого составляет со стволом 0,5 , а диаметр основания равен диаметру уширения. Сопротивление грунта сдвигу может учитываться также в пределах вертикальной плоскости уширения и по боковой поверхности части ствола, расположенной ниже уширенной пяты.
Сопротивление сваи за счет работы её боковой поверхности составляет
|
|
, |
(10) |
где и – соответственно периметр и высота отдельных вертикальных участков ствола сваи или её уширения; fi – сопротивление грунта по боковой поверхности сваи, определяемого по (1) с использованием его прочностных характеристик.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ
1. Жидков О.Н., Лушников В.В., Швец В.Б., Черкашин П.В. Прочностные испытания грунтов в скважинах установкой (прессиометром) поступательного сдвига. В кн.: Материалы совещания «прессеометрические методы исследований грунтов». Свердловск, 1971.
2. Таланов Г.П., Лычев П.Л. Расчет величины сопротивления грунтов по боковой поверхности буронабивных свай. В кн. Основания и фундаменты, вып. 8. Киев, Будiвельник, 1975.
3. Таланов Г.П., Осадчин В.Т., Трегубов В.Н. О влиянии коэффициента Пуассона на величину сопротивления грунта по боковой поверхности буронабивных свай. В кн.: Специальные строительные работы. Труды ВНИИТС. Л., 1976.
4. Mindlin R. Force at point in the interior of a semi-infinite solid. Physics, 1936.
5. Далматов Б.И., Лапшин Ф.К. Несущая способность висячих свай в грунтовых условиях Ленинграда. В кн.: Несущая способность свай в слабых грунтах. ЛДНТП, Л., Ч.2. 1966.
