автореферат диссертации по строительству, 05.23.02, диссертация на тему:Экспериментальное исследование несущей способности фундаментов в виде кустов из полых круглых свай с грунтовым ядром

Г"3 од.

/ 2 № 19Я7

На правах рукописи

Соколов Геннадий Александрович

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ НЕСУЩЕЙ СПОСОБНОСТИ ФУНДАМЕНТОВ В ВИДЕ КУСТОВ ИЗ ПОЛЫХ КРУГЛЫХ СВАЙ С ГРУНТОВЫМ ЯДРОМ

05.23.02. Основания и фундаменты

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Уфа-1997

Работа выполнена в Н аучно-исследователъском, проаггн конструкторском в производственном институте строительно] комплекса Республики Башкортостан (БашНИ И строй)

Научный руководитель

Официальные огагоненгы:

Ведущая организация

доктор технических наук, профессор Гончаров Б.В.

доктор технических наук Мулюков Э.И.,

кандидат технических наук Офрнхтер В.Г.

АОА " Бштаефтезаводстрой"

Защита состоится 19 декабря 1997 г. в 17 час. на заседаш диссертационного совета К0630905 в Уфимском государственно нефтяном техническом университете (450062, г.Уфа, ул. Космонавтов, 1 С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университет*

Автореферат разослан " /7" н.о^брЛ ___1997г.

Ученый секретарь диссертационного совета.

кандидат технических наук, доцент

*

И.5. Абдуллин

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. К одному ш высокоэффективных типов свай относятся полые круглые, которые для широкого диапазона условий строительства по затратам материальных и трудовых ресурсов значительно рациональнее призматических. Опыт промышленного и гражданского строительства Ленинграда, Рит, Одессы, Новороссийска, Уфы, Омска и др. городов показал, что замена столбчатых фундаментов на естественной основании, левточных п кустовых из призматических свай полыми круглыми сваями (й = 400-800 мм) позволяет уменьшить расход бетона на 30-60%, сократить трудозатраты на 20-70%, снизить стоимость фундаментов на 20-50%

Несмотря на то, что полые круглые сван с открытым штицц концом обладают большей удельной несущей способностью, чем призматические, н относительно легкой погружаемостью, фундаменты в виде кустов ш них не получили до сих пор широкого распространенна. Это объясняется тем, что расстояние меяду сваями М, установленное действующими нормами как минимально допустимое, сводят к минимуму преимущество высокой удельной несущей способности полых круглых свай из-за больших размеров ростверка. Однако именно большой диаметр этих свай, открытая полость п принципиально отличающийся от сплошных свай характер вытеснения грунта прн нх забивке позволяют уменьшить меясвайное расстояние, что приводят к значительному снижению материалоемкости фундамента. Данный вопрос остается не изученным, поэтому представляется актуальным и своевременным проведение зксперимеягально-теоретических исследований, результаты которых послунат основой для создания экономичных свайных фундаментов промышленных и гражданских зданий, позволяющих максимально использовать высокую удельную несущую способность полых круглых свай.

Целью работы является повышение эффективности фундаментов в виде кустов из полых круглых свай за счет уточнения механизма нх работы, принятия более совершённых расчетных схем и конструктивных решений. Для достижения указанной цели поставлены следующие задачи:

-4- исследовать процесс образования грунтового ядра в полой крутой свае с открытым нижним концом, его влияние на несущую способность одиночной сван н сван в условиях куста;

- исследовать явленна, связанные с забивкой полых крутых свай в составе куста; оценить влияние этих явлений на несущую способность фундамента;

- исследовать зависимость несущей способности фундаментов от параметров куста и свойств грунта; установить оптимальный шаг полых круглых свай;

- нсследовать характер распределения нагрузки между сваями куста н зависимость этого распределения от шага свай;

- разработать инженерный метод расчета несущей способности вертикально нагруженных фундаментов в виде кустов из полых круглых свай.

Методика исследований включала в себя: анализ по литературным источникам результатов экспериментальных и теоретических исследований работы свай н свайных кустов при действии вертикальной нагрузки, в том числе полых крутых свай, забиваемых с открытым гсрпгитгм концом; теоретические исследования взаимодействия полых круглых свай (одиночных и в составе куста) с грунтом основания при их забивке и работе под нагрузкой; натурные н модельные эксперименты по забнвке н нагружению вертикальной нагрузкой одиночных полых круглых свай и кустов из них в глинистых и песчаных грунтах; анапш и обработку результатов натурных и модельных исследований;

Научная новизна. Изучен характер образования грунтового ядра в полости "висячих" круглых свай, дана количественная оценка его влияния на несущую способность сваи и куста свай. Разработан дифференцированный подход к выбору коэффициентов условий работы грунта под нижним концом и на боковой поверхности полой крутой сваи с использованием параметров грунтового ядра. Предложен метод определения несущей способности вертикально нагруженных фундаментов в виде кустов из полых круглых свай как суммы несущих способностей одиночных свай с учетом работы грунтового ядра н взаимовлияния свай в кусте.

Практическое значение полученных результатов заключается в том, что учет более точного механизма работы

вертшсально нагруженных полых круглых свай н кустов ш них, принятие при расчете их несущей способности более совершенных расчетных схем позволят в определенных условиях создать под достаточно большие нагрузки компактные свайные фундаменты, которые по материалоемкости и трудоемкости возведения рациональнее фундаментов из сплошных свай квадратного сечения.

Реализация результатов работы. Результаты исследований использованы при разработке "Рекомендаций по проектированию односвайных фундаментов из свай кольцевого сечения с насадками и в виде кустов с оптимальным шагом" и внедрены на строительстве двух корпусов завода высокоточных станков в г. Сгерлнтамаке.

Апробация работы. Основные результаты исследований представлены и доложены на Х-ХШ научно-технических конференциях Мшшромстроя СССР (г.Уфа, БашНИИстрой, 1983-1986), Всесоюзной конференции "Ускорение научно-технического прогресса в фундамевгго-строешш" (г.Уфа, 1986), областной научно-практической конференции "Новые конструктивные и технологические решения устройства оснований и фундаментов для условий Урала" (г. Свердловск, 1987), научно-практической конференции "Совершенствование структуры фунданеитостроення в организациях Минуралсибстроя СССР в XIII пятилетке" (г.Уфа, 1989), научно-техническом семинаре "Современные методы устройства оснований и фундаментов" (г.Челябинск, 1989), II Всесоюзной конференции "Современные проблемы свайного фундаментостроения в СССР" (г.Одесса, 1990), IV Международной конференции по проблемам свайного фундаментостроення (г.Саратов, 1994), Российской конференции по механике грунтов и фуидаментостроению (г. С.-Петербург, 1995).

Л у б пикации .Отаъжые положения диссертации опубликованы в 14 печатных работах.

Объем работы. Работа состоит из введения, пяти глав и заключения, содержит 167 страниц печатного текста, в том числе 29 рисунков, 20 таблиц, библиографию из 186 наименований, 23 из которых на иностранном языке.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы, сформулированы цель и задачи выполненной работы.

В первой главе наряду с кратким обзором существующих представлений о работе вертикально нагруженных одиночных свай п свайных кустов, нх расчетных схем н методов расчета несущей способности рассмотрела работа полых круглых свай, забиваемых с открытым нишнш концом. Подчиняясь общим основным закономерности поведения свай при нх забивке я работе под нагрузкой, полые круглые свал, благодаря круглому сечению, наличию открытой снизу полости н большому диаметру, вносят в эти закономерности рад особенностей, требующих дальнейшего изучения. Вопросам взаимодействия полых круглых свай (и csaä-оболочек малого диаметра) с грунтом основания при нх забивке, особенностям формирования грунтового ядра в их полости и его роли в работе вертикально нагруженной сваи, вопросам точности и энергоемкости погружения этих свай и методам определения их несущей способности посвящены работы Алдунгарова М.М., Бабичева З.В., Бугровой Е.А., Гончарова Б.В., Долннского A.A., Еншсеева АХ, Канакова Г.В., Луги А.А.,Миткиной Г.В.,Перлея Е.М.,Прудентова А.И.,Рудневой И.Е., Рукавцова Е.М.,Рыжкова И.Б.,Серебро А.Я.,Трофименкова Ю.Г., Улановой Г.С., Фаерштейна В .Д., Фазулхшна И.Ш., Фомина Г.И., Ханина P.E., Цейтлина М.Г. и др., а из зарубежных авторов - Клоса Я., Петрашовича Г., Рэндольфа М.Ф., Сечи К., Тейхмана А. и многих других. Установлено, что полые круглые сваи, погружаемые с открытым нижним концом, работают в конце погружения как сплошные, более рационально уплотняя вокруг себя грунт, сводя поверхностный выпор его к минимуму и приобретая несущую способность (при определенной глубине погружения), близкую к несущей способности свай с закрытым нижним концом. При этом они обладают меньшей энергоемкостью погружения, а их удельная несущая способность в 1,5-2 раза выше удельной несущей способности призматических свай.

Существующие инженерные методы расчета несущей способности висячих свай, содержание которых заключается в раздельном определении сопротивлений боковой поверхности и острия с

\

последующим их сложением, перенесены с учетом вшшшя грунтового ядра и на полые круглые сван. Теоретически и экспериментально установлено, что грунтовое ядро, образующееся в полости свал, участвует в передаче нагрузки основанию, ко это участие "не полноценно" по сравнению с торцом сплошной сааз. Поэтому в существующих расчетных схемах полой круглой сваи участие ядра в ее работе на вертикальную нагрузку либо не учитывается совсем, либо учитывается частично с помощью эмпирически* поншшопдах коэффициентов, либо вопрос сводится к определению некоторой критической глубины погружения, пря которой ядро оказывается полностью сформированным и открытую сваю мояко приравнять по несущей способности к закрытой. В настоящее время нет единой для всех условий расчетной схемы н нет метода расчета, который непосредственно связывал бы несущую способность полой круглой сван с параметрами грунтового ядра.

Обширный зксперлментально-теорешческпй материал п большой опыт строительства зданий н сооружений на свайных фундаментах показывает, что работа группы свай (густа шш ряда) отличается от работы одиночной сваи. Наиболее заметно это отличие проявляется в зависимости несущей способности куста от шага свай, обусловленной их взаимовлиянием, достаточно удовлетворительного понятия которого к настоящему времени не выработано и механизм которого не вполне выяснен. Несущую способность труппы свай в инженерной практике оценивают обычно по несущей способности одиночной сван, используя гак называемый "коэффициент перехода" от сопротивления одиночной сваи к сопротивлению куста ("эффективность куста", "коэффициент взаимовлияния", "коэффициент использования силы трения"). Имеются рекомендации по его определению (Голубков В.Н., Грутман М.С., Конверс-Лабарр, Мастере Ф.М., Паталеев А.В., Толмачев ЭЛ., Фазуллнн И.Ш., Фельд Дж., Хамов А.П., Хоу Б. п др.), но эти рекомендации относятся к сплошным призматическим сваям. Исследования кустов из полых круглых свай до настоящего времени практически не проводились.

Во второй главе рассмотрен вопрос об участии грунтового ядра в передаче нагрузки основанию, выдвинута рабочие пшотезы об оптимальном шаге полых круглых свай, ах взадмовлняяш и влшшни неяссванного грунта на несущую способность куста.

Процесс формирования грунтового ядра может считаться завершенным, если сто высота при продолжающемся погружении сваи остается постоянной, т.е. если ¿Ь,я / с// = 0 ■ В противном случае ядро

находится в стадия формирования, н степень его сформпрованностн (завершенности) в любой момент погружения сван определится нз выражения

&

здгеь к3 - степень завершенности грунтового ядра; Ня - зависимость высоты ядра от пзубины погрузиния сваи (характер формирования грунтового ядра); / - гаубина погрузхения сван

Количественно степень завершенности грунтового ядра показывает степень вовлечения его в работу под нагрузкой, являясь при этом коэффициентом полноты эшоры напряжений, возникающих под ядром в уровне нижнего конца сваи. С использованием этого понятия несущую способность открытого нижнего конца попой круглой сваи с грунтовым сердечником мокно представить как

, (2)

п» - несущая способность кольца; - несущая способность закрытой полости (максимально возможное сопротивление ядра)

Из (2) видно, что при кя=0 несущая способность торца свая равна несущей способности кольца, что соответствует свае с удаленным из полости грунтом. При кя~1 торец работает как торец сван с закрытым концом. Обычно полая круглая свая с открытым нижним концом работает при 0<кя<1. Учитывая, что ЕК= ЯА.К , к5ДАя, Р^ВА (где К - предельное сопротивление грунта под торцом сваи; Лю Ля иЛ - площади поперечного сечения соответственно кольца, полости н полная), получим

#

ПЕ5 F0-RA- несущая способность торца сзан с закрытым eoîkiou ; Ct =АК/А, р=Ая/А • доли площадей кольца н попгргчного Cî^îrnw .-шра а общей площади поперечного сечепка сзан.

В формуле (2а) вырапкшз в скобках представляет собой коэффициент условий работы грунта под штгггттт* концом сзап

YeR = cc+ksp. (3)

Объем вытесняемого грунта. Угр, идущего на уплотвепае околосзайпого пространства, при забивке сзая с открытым нялшш концом меньше, чем при забивке сзап с закрытым концом: Угр=А1-Ня(А+Ал)/2. Разделив обе часта этого равенства па Al (объем вытесгспяого грунта сплошной сваей того диаметра), получим

(4)

здгсь Ус/~ Кр f Al - козффшгнетг условий работы груша iгз

боковой поверхности полой крупой сваи, учитывающий уменьшите степени уплотнения охолосвайного пространства га-га расхода част выхесия:мого сваей грунта на образование ядра

Форма а размеры уплотненной зоны вокруг полой круглой сзап зависят от характера вытеснения грунта прп es погрузезшг, который определенным образом выраасается через степень завершенности ядра. Степень вытеснения грунта при погрутхшст сван с открытым пизашм концом поспт переменный характер: от почти нулевой, когда ядро находится в начальной стадии формировать (кя=0), до максимальной -в объеме сзап брутто,- когда формирование его полностью завершается (кя=1). Благодаря подобному характеру вытеснения грунта н большому диаметру, полые круглые сваи, забиваемые с шагом 2d. и менее, до определенной глубины их погружения (зависящей от характера формирования и степешз завершенности грунтового ядра) уплотшпот мексвайпый грунт меньше,чем призматические свая сечешкм 30 х 30 са, забиваемые с шагом, ргвцык трш сторонам пх поперечного сеченая. Оптамалышй шаг полые круглых сзай при этом предлагается определять по формуле

где ср - угол внутреннего трения грунта.

Из (5) вытекает, что для относительной глубины погружения Ш ^ 20 при 0,4 - 0,8 м для широкого диапазона грунтовых условий (различных углов <р) относительный оптимальный шаг полых круглых

свай значительно меньше Ы. Оптимальному шагу , представленному соотношением (5), соответствует расположение сваи, при котором их деформационные зоны, имеющие форму конуса, перекрывая друг друга, своим основанием касаются оснований соседних свай. Это - наименьший шаг полых круглых сваи, при котором несущая способность куста равна сумме несущих способностей одиночных свай, а напряжения в основании межсвайного грунта в соответствии с принципом суперпозиции достигают предельных значений. При дальнейшем "сближении свай сопротивление куста начнет снижаться за счет взаимовлияния свай, и его работа все более будет похожа на работу массивного фундамента с поперечным сечением, равным поперечному сечению куста.

В третьей главе изложены методика и результаты исследований моделей полых круглых свай и кустов из них в песчаных и глинистых грунтах. Испытываемые модели составляли 1/20 от наиболее типичных натурных свай. В качестве критериев подобия приняты безразмерные величины//^ , F/«Fc,t,, п, а/й. Опыты проведены в глине тугопластичной консистенции на полигоне института и в лотке (1,5 х 1,95 м, глубина 2 м) с маловлажным крупным плотным песком, имеющим следующие характеристики: естественная влажность ^=0.35%; плотность при природной влажности р - 2,48 г/см!\ пористость я = 7,1%; коэффициент пористости е = 0,077; угол внутреннего трения д> = 36,5°; модуль деформации Е ~ 41,4 МПа;

сцепление с = 0 . Маломасштабные полые круглые свая изготовлены из газоводопроводной трубы У20 х 3,2 ГОСТ 3262-75 с наружным диаметр ;м А = 26,8 мм, толщиной стенки 8 =3,2 мм, длиной 35,55 и 80 см. В песке испытано 70 кустов из 2,4, 5, 6. 8 и 9 свай с шагом свай Ы, 1,5</, 2й?, Ъ<1 и 4<7, глубиной погружения / = 30, 50 и 75 см (Ш= 13, 20 и 28). В глине - 5 кустов с шагом свай 1 А (2 куста), 1,5^, 2 4 и 3(¡, глубиной

погруження 30 см (Ш-13). Для сопоставления результатов и проверки однородности основания были испытаны 44 одиночные сван в лотке с песком и 6 - в глине. Всего выполнено 120 испытаний, при этом забито и исследовано около 300 модельных свай.

Значительное количество модельных экспериментов проведено с целью выяснения характера изменения эффективности кустов с изменением шага, длины н количества свай в кусте. В результате выявлены зависимости, устанавливающие связь между несущими способностями одиночной сван н куста сван. В песчаном грунте наибольшей эффективностью обладают кусты с шагом свай 1,5ё и 2й (на рис.1 приведены усредненные данные) для всех глубин погружения модельных свай и различного количества их в кусте, при этом несущая способность кустов имеет величину большую, чем сумма несущих

„»■ -.,,„. Рис.1. Эффективность кустоз из ^ ~ ""ел песок: п~2,4,5,3,3,9 ,„ ' - „

1,5 ■• ._ / полых круглых сван по

1/<1=13,20,28 результатам модельных

1,0$—у—-■ ■— испытаний: / - прг-

дальные сопротивления

0,5-1 у \шо: п=9, 1/0=13 одиночной сваи и куста

/у свай; 1,й,а,л - соответст-

венно глубина погруясе-

' ' ; '—1 ■ 1 1- а кия , диаметр , шаг и

1й 2(1 Зй 4й 6А

количество свай в кусте

способностей одиночных свай. В глинистом грунте несущая способность модельных кустоз меньше суммы несущих способностей одиночных свай, а их эффективность, максимальная величина которой соответствует кусту с шагом свай М, с уменьшением шага монотонно убывает.

В четвертой главе представлены результаты экспериментов по устройству н испытанию на вертикальную нагрузку натурных фундаментов пз полых круглых свай в глинистых грунтах. Исследовано 7 серий опытных фундаментов. Фундаменты одной серии объединялись одинаковой глубиной погрупеяна сзан н единой опытной площадкой, отличаясь друг от друг шагом, количеством или расположением свай в кусте. Всего возведено н испытано 28 фундаментов с высоким ростверком, включающих в себя от 2 до 5 свай ¿=500 лш, погруженных с шагом от Ыдо З^аа глубину от 4,5 до 1,1 м

(Ш от 9 до 15,4). Некоторые сваи кустов были оснащены мессдозами давления мембранного типа и тензодинамометрами с кольцевым рабочим элементом. В каждой серии вместе с фундаментами забивались и испытавалнсь одиночные сваи соответствующих размеров. Всего забито и исследовано 117 полых круглых свай. Эксперименты проведены на полигоне института, в геологическом строении представленном аллювиально-делювиальными четвертичными глинистыми отложениями, и на территории высокой поймы р.Уфимки в мкр-не Сипайлово г.Уфы. Основанием фундаментов служили глины и суглинки от твердой до мяпсопласгачной консистенции. Для анализа грунтовых условий и прогнозирования несущей способности исследуемых свай и фундаментов использовалось статическое зондирование грунтов. Опытные сваи погружались копром СП-67 (С-878), оснащенным дизель-молотом С-330. Испытания проводились по ускоренной методике БашНИИстроя с условной стабилизацией осадки, равной 0,1 мм за15 мин.

Аппроксимацией экспериментальных данных получена зависимость высоты грунтового ядра в одиночных и кустовых сваях от их глубины погружения (характер формирования грунтового ядра), а по ней и соотношению (1) - формула для определения степени его завершенности:

(6)

кя= 1-

0,2

(На-1)0'8

(7)

гае Ъ - эмпирический коэффициент, определяемый по табл.1 в зависимости от показателя текучести грунта

Значения коэффициента Ь

Таблица 1

2:0,15

ОД

0,3

0,4

0,5 I 0,6

*0,7

ъ

0,5 1,0 1,5 1,75 1,9 2,0 2,1

С использованием этнх зависимостей вычислено, что к концу забивки свай степень завершенности ядра в их полости колеблется от 40 до 95%, интенсивность вытеснения грунта - от 55 до 96% , а объем вытесненного грунта составил 70-87% от объема свай брутто, т.е. до 30% его расходовалось на образование грунтового ядра.

Подъем погруженных свай, в противоположность выпору грунта, интенсивней происходит в конце забивки соседней сваи, быстро затухает с увеличением расстояния между сваями и практически равен нулю при расстоянии 6-7 м (12<*-14Л). На расстоянии 4м (8Л) подъемом свай можно пренебречь, так как здесь он не превосходит 5 мм. Существенный подъем (30-50 мм) получают сваи, находящиеся от забиваемой сваи на расстоянии 1,5-0,5 м (3</-14), то есть в той области, в которой велись данные исследования. С уменьшением шага с 3</ до 24 подъем погруженных свай увеличивается в 1,5 раза, в то время как поверхностный выпор грунта - всего на 18%. Анализ эпюр давления грунта на сваю показал, что по мере погружения свай давление на первую сваю куста в ее нижней половине уменьшается на 20-25%, несколько увеличиваясь вверху (рис.2). Область уменьшения давления (область разуплотнения грунта) распространяется от нижних торцов

а)

б)

в)

О

г

4

в

1,л

0,2 0 0,4 Р,т

Г—1-1-1-*| —

0,2 0 0,4 р,т

2 1

о 0,2 0,4 0,6

*л

■0,2 0 0,2 др.

\

Л

* «! .

т

Рис.2. Давление грунта на первую сваю куста: а,б - в хустах из 4 свай длиной 8 м; в - характер изменения давления по результатам всего комплекса испытаний; 1- непосредственно после погружения, 2- после погружения соседних свай, 3- разница давлений

*)

б)

г)

-5,6 £

Ч 'I

РисЗ. Форма и размеры уплотненной зоны: а,е - вокруг одиночных полых круглых свай; б,г • вокруг кустов из 4-х свай; 1 - зона уплотнения; 2 - эпюры изменения сопротивления грунта под наконечником зонда;

Я > Я} - сопротивление трунта под наконечником зонда соответственно

до и после забивки свай

вдоль сваи на длину до 6-8с? в зависимости от шага и длины свай, высоты грунтового ядра, а также свойств грунта. Более наглядная картина слабого уплотнения межсвайного грунта получена при исследовании уплотненной зоны вокруг одиночных свай и кустов свай с помощью двойного (до и после забивки) статического зондирования основания (рис.3). Развитая, хорошо сформированная уплотненная зона вокруг первой забитой сваи с двухкратным увеличением сопротивления под наконечником зонда внутри нее по мере забивки последующих свай куста "размывается" вдоль сваи, уменьшаясь в радиусе, и может полностью исчезнуть (рис.3,г), уступая место дальнейшему разуплотнению.

лЛ

од

в а

□

О.х

о"

□

2й

3<1

Рис.4. Оптимальный шаг полых круглых свай (а) и эффективность кустов из них (б) по результатам натурных экспериментов: • ,0,-Н, А - кусты из 4-х свай в полутвердой-тугопластнчной глине с глубиной погружения соответственно /=4,5; 5,7; б,5;7,7 м; А - то же, /=5,6 м в мяпсопластичной глине;Н,П,Х Щ , - кусты соответственно из 2 свай /=4,5 м и из 2,3 и 5 свай /=7,6 м в полутвердой-тугопластичной глине

По результатам испытаний кустов и одиночных свай на вертикальную нагрузку построены зависимости "нагрузка-осадка", по которым определены эффективность кустов и оптимальный шаг свай (1,5^, и или 3/1) для каждой серии опытных фундаментов. Установлено, что несущая способность кустов из полых круглых свай не превосходит суммы несущих способностей одиночных свай. Оптимальный шаг при этом для большинства серий опытных фундаментов меньше Ъ<1 и тем меньше, чем короче сваи и выше показатель текучести грунта (рис.4,а). Все экспериментальные точки располагаются в области, описываемой соотношением (5). Эффективность кустов зависит от глубины погружения, количества и шага сван ^ кусте, а также от показателя текучести грунта. Наименьшая эффективность отмечена у кустов из свай

дхшяой 6 jи (при шаге 24 и 3ci) е у кустов с длиной свай 4,5 м (при шаге 1,5d); с увеличением п уменьшением глубины погружения сопротивление кустов в сравнении с суммой сопротивлений одиночных свай возрастает. Зависимость эффективности кустов от количества свай ELieer болез сложный характер: максимум эффективности приходится на 2-свайнке фундаменты, мншшум при шаге свай l,5d - иа 5-свакште, 2d - 4-свайпые п Ы • 3-свайиые фундаменты. В среднем наибольшей эффективностью обладают фундамента нз двух, наименьшей - из четырех свай при любом их шаге. Эффективность четырех- н трсхсвайных кустов с уменьшешхеп шага возрастает, пятневайных снпЕается, двухсзайшх остается прахпгееезш постоянной до подлого их сблкЕснкя. По результатац всего комплекса испытаний эффективность кустов с уменьшением шага, свай с 3d до 2d несколько увеличилась, при этом средний оптимальный шаг свай для испытанной группы фундаментов оказалса равным 2d fрис.4, б). Сопоставительный анализ показал (табл. 2), что при одинаковой энергоемкости

Табясца 2

Сепестаз-Еспп* результатов с«шлтbeeü фупд»м»нт*в с «зегвм «вой 3d в ld

Соаоствавяеиые вояазагеиа ТТТаг сааЗ ld Шаг 2Л пра ксявчесхве спай в кусто Срезвге звачегкя врввггге сгг32d

2 3 4 5

Предельвое сопротивление 1 1,10 1,23 1,05 0,90 1,07

Махервшюеыхость фукданента 1 0,85 0,69 0,70 0,80 е,7б

Чвсдо ударов вв одну са&» 1 1,09 1,06 0,96 - 1,04

Удглъвгд эвергоешсостъ погру-

xxapg сза£ 1 1Д2 1,05 0,91 - 1,03

Мшссвыадьвы£ вывор грунта 1 1,07 1,96 1,15 - XJ9

Суииаряий водь ей czaJt куста 1 2,60 2,14 1,44 1,54 1^3

Осадаа при вагрузвевв густ 0,8

от BpcsQBSbBoä 1 1,12 2,52 0,89 0,6 1,23

погружения полых круглых спай в кусте предельное сопротивление фундаментов с шагом свай 2d ие шеее , чем фундаментов с шагом свай 3d, тоща как матерналогикость снижается на 15-30% из-за уменьшения размеров ростверка. Увеличение подъема свай с уменьшением их шага с bd до 2d, согласно экспериментам, не приводит к

сянаению несущей способности фундамента, а экспериментальное строительство показало, что увеличенный подъем свай при соблюдении определенных несложных технологических приемов забивки не затрудняет изготовление монолитных ростверков в • соответствии с проектом.

Снижение несущей способности кустов при шаге свай, меньшем оптимального, обусловлено их взаимовлиянием, которое по результатам экспериментов аппроксимировано функцией, учитывающей параметры куста {¿, I, а,п) и свойства грунта (<р):

Вертикальная нагрузка, приложенная к кусту пз полых круглых сзай, распределяется мевду угловыми я центральной сваями неравномерно, причем характер распределения зависит от степени погружения куста и шага свай (рис.5). При нагрузешш куста

О 200 400 600 Ш 0 200 400 600 КхН 0 200 400 600

Рис.5. Распределение нагрузки межцу сваями в зависимости от осадки куста при различном шаге свай: ОТТКС - одиночная полая круглая свая Рср - нагрузка на сваю куста в среднем; ,Ру - усилия в центральной и угловых сваях; N -нагрузка на куст

угловые свая на всея этапах нагружения перегружены, центральная -недогружена, при этом по мере нагружения куста величина перегрузки угловых п недогрузки центральной свай уменьшается. При нагрузке на

куст, близкой к предельной (при осадке кустов 12 мм), во всех сваях куста возникают одинаковые усилия, равные общей нагрузке на куст, деленной на количество свай в кусте. При разгруженш куста наоборот: угловые сваи на всех этапах разгружения недогружены, центральная перегружена; с уменьшением шага свай в кусте нагрузка, воспринимаемая угловыми сваями, уменьшается, центральной -увеличивается. В кусте с шагом 2й общая нагрузка на куст в начале нагруженЕЯ распределялась более равномерно, чем в кустах с шагом свай 1,5</иЗ<£

В пятой главе даны предложения по практическому использованию результатов проведенных исследований. Оптимальный шаг полых круглых свай при проектировании фундаментов в виде кустов рекомендуется устанавливать по табл. 3, при этом несущую

Таблица 3

Овтшпддй шаг (з(ш)) п««мх круглых свай * грухтмым щш

ш Угод »яутреявего хреяжв (р, град

$12 12-1« 16-20 20-24 24-28

4б

6-8

8-10 ш

10-12

12-14 и

14-16

16-18 им

способность такого фундамента принимать равной сумме несущих способностей одиночных свай с учетом предложенной методики определения коэффициентов условий работы грунта у Л и у ,

формулы (3) и (4), по параметрам грунтового ядра, формулы (б) и (7). В общем случае, при проектировании фундаментов в виде кустов из полых крутых свай с любым уменьшенным шагом, не равным оптимальному, несущую способность фундамента следует определять по формуле

гсг к^ - коэффициент взанмозлняшп свай, вычисляемый по (8); я - количество свай в кусте; . несущая способность одиночной сваи с учетом работы грунтового ядра

Результаты исследований внедрены на строительстве инженерно-лабораторного корпуса и зала заседаний завода высокоточных станков в г. Стерлнтамаке (Республика Башкортостан). Фундаменты из 4-22 призматических свай сечением 30 х 30 см при шаге, равном трем сторонам их поперечного сечения, замелены фундаментами го 2-15 полых круглых свай 500 мм, забитых с шагом 2А Всего вместо 411 призматических сзай / = 10 л погружено 352 полые крутые сван / = 4,8 л. Это позволило сократить трудоемкость устройства фундаментов на 41%, снизить расход бетона на 27% и сметную стоимость на 21 %.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1.Грунтовое ядро в зависимости от размеров свая и показателя текучести грунта оказывает существенное влияние на несущую способность ее шпшего конца и боковой поверхности. Предложена методика расчета коэффициентов условий работы грунта под нижним концом и на боковой поверхности свай с открытым ншшттм концом, позволяющая определять предельное сопротивление сзаи по параметрам грунтового ядра: высоте, характеру формирования и степени завершенности, которые в кусгозых сваях практически такие же, как в одиночных.

2. В одинаковых грунтовых условиях уменьшение шага свай с Ъ6 до 2Л и 1,5с? в фундаментах в виде кустов из полых круглых свай , погружаемых с открытым шишт концом в пшнястые грунты я нагружаемых сжимающей вертикальной нагрузкой, не приводит к снижению их несущей способности. При этом материалоемкость фундаментов сншхасгся в 1,5 раза по сравнению с фундаментами при шаге свай Зг/за счет уменьшения размеров ростверка.

3.Предложен метод определения несущей способности вертикально нагруженных фундаментов в вндз кустов из полых круглых свай как суммы несущих способностей одиночных свай с учетом работы грунтового ядра и взаимовлияния сзай в кусте. Даны рекомендации по

определению оптимального шага сзай, величина которого может быть уменьшена с 34 до 2г/и 1,5*? в зависимости от глубины погружения сван и показателя текучести грунта.

4.Уплотненная зона вокруг одиночных забивных полых круглых свай имеет грушевидную форму, начинается с глубины Ъй - Ай от поверхности и распространяется под нижнем торцом свал л в сторону в уровне нижнего торца па расстояние до 4,5й. Сопротивление грунта под наконечником зонда в зоне уплотнения увеличивается в 2 - 2,5 раза в сравнении с сопротивлением грунта ненарушенной структуры. В кустах форма уплотненной зоны изменяется, уменьшаются ег размеры и степень уплотнения. Оптимальное расстояние меззду полыни круглыми сваями, забиваемыми с открытым кики им концом в глинистые грунты, значительно меньше, чем диаметр уплотненной зоны в уровне низшего торца одиночной сваи.

5.В полевых условиях установлена возможность бездефектного погружения полых круглых свай с малым шагом. Энергоемкость их погружения с уменьшением шага до 2й и 1,5<4 возрастает (в тугопдасгачных грунтах - на 3040%, в нлгкопластичных - на 15-20%), однако на единицу несущей способности фундамента по грунту она не увеличивается.

6.Вертикальная нагрузка, приложенная к кусту из полых круглых свай, распределяется между угловыми и центральной сваями неравномерно; по мере нагружения куста неравномерность распределения сглаживается, и при нагрузке, близкой к предельной, все сваи куста в равной мере участвуют в передаче нагрузки основанию.

7.Погруженные полые круглые сваи могут значительно (до 100-170 лш в зависимости от их шага, количества и показателя текучести грунта) подниматься при забивке соседних свай куста, разуплотняя при этом межсвайный и околосвайный грунт. Тем не менее, уменьшение шаги свай с Ъй до 1,54 (увеличение подьема свай) к снижению несущей способности кустов не приводит.

8.Использование кустов из полых круглых свай с шагом И вместо кустов из призматических свай сечением 30 х 30 см с шагом, равным трем сторонам их поперечного сечения, позволяет снизить расход материалов на 15-25%.

ОСНОВНЫЕ ОПУБЛИКОВАННЫЕ РАБОТЫ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1.Дешсов OJI., Бабичев З.В., Соколов Г.А. Исследование рациональных конструкций фундаментов в виде кустов ю полых круглых свай // Свайные фундаменты: Тр. НИИпромстроя.-Уфа,1984. - С.24-37.- Библиогр.: с:37 (2 назв.).

2.Бабичев З.В., Соколов Г.А., Казырбаева Э.А. Экспериментальные исследования фундаментов в виде кустов из полых круглых свай с уменьшенным шагом // Вопросы фундаментостроения. Механика грунтов: Тр. НИИпромстроя.-Уфа, 1985.-С.З-21.- Библиогр.: с. 20-21 (7 назв.).

3.Миткина Г.В., Соколов Г.А. Расчёт кустов из полых круглых свай с уменьшенным шагом на вертикальную нагрузку // Свайные фундаменты в массовом строительстве: Тр. НИИпромстроя. - Уфа, 1986. С.-39-45.

4.Соколов Г.А. О несущей способности вертикально нагруженных фундаментов в виде кустов из 4 полых круглых свай // Свайные фундаменты в массовом строительстве: Тр. НИИпромстроя. -Уфа, 1986.- С.46-59.

5.Гончаров Б.В.,Бабичев З.В., Еникеев А.Х., Мипсина Г.В.. Назаров А. Д., Доровских A.C., Максимов В.А., Соколов Г.А. Фундаменты из центрифугированных свай кольцевого сечения для массового строительства//Ускорение научно-технического прогресса в фундаментостроения: Сб. научн. тр. в 2т. Под общ. ред. В.А.Ильичева/ Том 1. Новейшие методы исследования строительных сво^гв грунтов, прогрессивные способы возведения фундаментов и устройства оснований,- М.: Стройиздат, 1987.- С. 138-140.

6.Соколов Г.А., Миткина Г.В, Исследование уплотненной зоны вокруг забивных полых круглых свай и свай-оболочек с помощью статического зондирования // Проектирование рациональных фундаментов и оснований: Тр. НИИпромстроя.-Уфа, 1987,- С.61-74.

7.Соколов Г.А. Об оптимальном шаге полых круглых свай // Исследование прогрессивных конструкций свайных фундаментов: Тр. Уфимского НИИпромстроя .-Уфа, 1989. - С.44-54.

8.Соколов Г.А. Исследование распределения нагрузки между полыми круглыми сваями при работе их в составе куста // Исследование

\

прогрессивных видов фундаментов: Тр. Уфимского НИИпромстроя. -Уфа, 1990.- С.34-48.

9.Соколов Г.А., Бабичев З.В. Исследование взаимодействия полых круглых свай с грунтом при их забивке и работе в составе куста // Исследование прогрессивных видов фундаментов: Тр.Уфимского НИИпромстроя. -Уфа, 1990, -С.102-121.

Ю.Соколов Г.А. Учет параметров грунтового ядра при определении несущей способности сваи кольцевого сечения // Проблемы свайного фундаментостроеяия: Тр. IV Международной конференции. - Часть I.- Пермь, 1994.- С.-185-188.

П.Соколов Г.А., Миткина Г.В. Влияние высоты, характера формирования и степени завершённости грунтового ядра на несущую способность свай кольцевого сечения // Вопросы фундаментостроеиия: Тр. БашНИИстроя. - Уфа, 1994. -С.60-73.

12.Соколов Г.А., Миткина Г.В. Условия работы грунта под нижним концом и на боковой поверхности свай кольцевого сечения // Вопросы фундаментостроения: Тр. БашНИИстроя. -Уфа, 1994. -С. 51-60.

13.Соколов Г.А Оценка несущей способности свай кольцевого сечения по высоте грунтового ядра И Механика грунтов и фундаментостроение.-С.-Петербург, 1995.-С. 604-606.

14.Соколов Г.А., Денисов (ЭЛ., Гончаров Б.В. О выборе шага в кусте полых круглых свай // Основания, фундаменты и механика грунтов. -1996. - № 4. - С. 18-20.

Соискатель

Г. А. Соколов