автореферат диссертации по строительству, 05.23.02, диссертация на тему:Инженерный метод определения кренов свайных фундаментов на основе экспериментальных исследований

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

На правах рукопдоп

МУХАМЕЩ ДЕЙЯ М7СТАФА САБРИ ЭЛЬ-ШАНАФАНИ

УДК 624.131

ИНЖЕНЕРНЫЙ МЕТОД ОПРЕДЕЛЕНИЯ КРЕНОВ СВАЙНЫХ • Ф7НДА№НТОВ НА ОСНОВЕ ЭКСПЕРИШНТАЛЫШХ ИССЛЕДОВАНИЙ

05.23.0S - Основания я фувдамедгы

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации па оовокаияо учёной Степана кокдздатэ тезшячоокяя поуя

Ыооква - 1994

Работа выполнена в Московском Государственном строительном университете.

Научный руководитель

- кандидат технических наук, доцент Знаменский В.В,

Официальные оппоненты

Ведущая организация

- доктор технических наук, профессор Буслов A.C.

- кандидат технических наук, старший научный сотрудник Сальников Б.А.

- ГПИ Фувдаментпроект

Защита состоится "01 " марта 1994 г. в " 14 " чао. на заоедашш специализированного совета Д.053.II.05 при Москоз оком Государственном университете по адресу: Москва, Спартака окая ул., д.2, ауд. 212 .

. С диссертацией ыогшо ознакомиться в библиотеке института,

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заваренные почать», просш направлять по адресу: 129337, Москва, Ярославок£ шоссе, д. 26, МГСУ, Учёный Совет.

Автореферат разослан "

1994 г.

Учёный секретарь ^ специализированного Совета

^Л;1Г.КрыМНОЕСКИЙ

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Опыт проектирования я устройства свайных фундаментов показал, что только за счёт совершенствования методов их расчёта можно существенно сократить объём материалов, трудозатраты а срока производства работ на устройство фундаментов и, как следствие, снизить стоимость нулевого цикла и всего объекта в' целом. В связи с этим совершенствование методов расчёта свайных фундаментов является важной задачей, стоящей перед научными работниками я специалистами, работающими в области современного фундаментостроения.

В соответствии с нормативными документами основным расчётом при проектировании фундаментов, включая и свайные, является расчёт по второму предельному состоянии. При этом первостепенное . значение приобретает правильный прогноз возможных осадок фундаментов, а в случае действия внецентренных нагрузок и их кренов, правильная оценка которых имеет важное значение не только для высоких зданий я сооружений, но и для одноэтажных промышленных зданий с крановым оборудованием, а также открытых эстакад, где даже незначительный поворот фундамента может привести к искривлению и изменению ширины подкрановых путей.

В настоящее время расчёт кренов свайных фундаментов ведётся по схеме массивного жёсткого фундамента, т.е. без учёта изгиба свай, что приводит к существенному расхождению между опытными и расчётный данными и снижает надёжность проектных решений и акономяческую эффективность применения свай.

Развитее методов расчёта кренов свайных фундаментов сдерживается из-за недостаточной экспериментальной изученности закономерностей их развития в завясшостя от различных факторов. В связи о этим проведение экспериментальных и теоретических исследований с целью совершенствования методики расчёта кренов внецент-ренно нагруженных свайных:групп является актуальным и имеет научное и практическое значение.

Цель диссертационной работы. Исследование работы внецентрен-но нагруженяых-групп свай я разработка на базе проведенных экспе-

риментов инженерного метода расчёта их кренов о учётом простр ственяой гибкости.фундамента.

Для достижения указанной цеди в работе были поставлены с. дующие задачи:

- провести экспериментальные исследования закономерно'сте; развития крена внецентренно нагруженной группы свай в широком диапазоне изменения влияющих на него факторов;.

- методами математической статистики провести оценку сте] ни влияния каждого из рассмотренных в эксперименте факторов н< значение крена свайной группы;

- разработать метод определения крена свайной группы о у« том закономерностей его развития, установленных опытным путём;

- провести сопоставление результатов расчёта креяов по рг работанной методике с данными натурных испытаний групп свай.

Научная новизна работы заключается в том, что впервые, ус! новлено влияние длины свай и пространственной гибкости фуадам« та на закономерности развития крена внецентренно нагруженной свайной группы.

Практическая ценность работы заключается в том, что на ос новании полученного .экспериментальною материала разработан ее кенерный .метод определения крена внецентренно нагруженного сва ного фундамента, учитывающий его пространственную гибкость. В зультате повышена точность расчёта, что .позволяет полнее яопол зовать несущую способность свайного фундамента я снизить его с яшсть за счёт сокращения чиста свай или умеиьтаиая расстояния медду ниш. Метод представлен в удобной для проектировщиков фо ме, значения коэффициентов, входящих в расчётные формулы, табу лированн.

Внедрение результатов работы. Основные результаты работы использованы в научно-исследовательской работе кафедры ЫГрОиФ МГСУ црд выполнении госбвдветной темы по меввузовской научно-технической программе ^Строительство" ГКНВШ РФ.

На защиту выносятся:

- результаты экспериментальных я аналитических исследован влияния параметров свайных групп, величины и эксцентриситета п.

йожения вертикальной нагрузки на закономерности развития кренов внацентренно нагруженных свайных групп;

- инженерный метод расчёта кренов внецентренно нагруженных свайных групп о учётом их пространственной гибкости;

- основные выводы, сделанные на основе анализа проведенных вкопериментальннх и теоретических исследований.

Структура и объём.работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, основных выводов, библиографии и приложений. Общий, объём текста >73 отр., в том числа УЗ рисунков, 3. таблиц, список литературы из 109 наименований, 21 стр. приложений.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована ахтуальнооть темы, сформулирована цель, научная новизна а практическая ценность диссертационной работы.

Первая глава посвящена краткому обзору и анализу результатов экспериментальных а теоретических исследований работы внецентренно нагруженных свайных фундаментов и методов расчёта их крейов.

Экспериментальные исследования работы свайных фундаментов о различных грунтовых условиях, проведенные многими учёными и специалистами, в том числе а в Египта (Н.Лебединскяй, 1894, В.Н. Голубков, 1939, Н,Сот$е^ог£ 1952, И.В.Яропольский, 1954,'А.А. Луга, 1955, Т.МЙакег, 1957, А.К«.сЦ , 1957, Н.В.Лалетин, 1958, Н.М Дорошевич, 1958, М.ЬаЙеН , 1961,^.Г.5о\^ег5, 1961, Н.К|ЧЬ»с1а, , 1984, А.А.Бартоломзй, 1965, А.П.Хамов, 1966, Б.В. Вахолцян, 1968, Б.ИДалматов, 1968, В.А^арвашов, 1968, Б.А.Са-льняков, 1969, А.В.Пилятян, 1969, А.С.Буслоа, 1969, А.ВагЗ-кгЛ ,

1970, В.В.Знаменский, 1971, В.А.Кондрашов, 1971, Н.С?.Т>сыСой,

1971, ЮЛЭ.Вайчайтяс, 1975, А.А.0бодовский, 1977, Г.К.Клейн, 1977, З.Сярожиддинов, 1978, Е.С.Паненков, 1980, В,И.Наборщиков, 1981, Е.В.Варнаков, 1984, О.КДЗгай, 1982, В.И.Кудинов, 1984, А.Н.Бадеев, 1984, И.С^ровКо, 1984, Е.М.Грязнова, 1988, Н.М. Карданов, 1993 в др.)., показала, что даже в наиболее простом олучае, когда на фундамент действует центрально приложенная вер-

тикалышя нагрузка, взаимодействие свай с грунтом носят чрезвычайно сложный характер и зависит от многих (факторов. Это связано, презде всего, с изменением начальных свойств грунтов при погружении свай, зависимости этих изменений от технологии устройства свайных фундаментов и имеющегося оборудования, взаимным влияние?.: свай через грунт при их совместной работе в группах, включением, в ряде случаев, в работу низкого ростверка, а также я друг ими при чинами.

При действии внецентренных нагрузок характер передачи нагрузки сваями на грунт, от которого зависит и несущая способном: и деформации (осадки и крены) фундамента, ещё более усложняется, что связано с развитием горизонтального реактивного отпора грунта, вызванного креном фундамента, и несимметричным (вследствие того Ее нрена) распределением сил трения по боковым поверхностям свай и усилий, передающихся через ях нотние концы.

Работа внецентренно нагруженных фундаментов экспериментально ясслодовалась £Меуг-?ю$- , 1953, М. Б^Н^у, 1561. .У..

, 1963, Н.К?>?ис1а, 1964, В.А.Барва1повым, 1968, В.В.Згоро-вкм, 1369, А.Ва-г-лкаЛ: , 1970, А.А.Бартолоиеем, 1971, В.К.Набор-вдковым, 1976, Н.МДорошкевич, 1977 , З.Сарожиддиновим, 1978, Е.С.Панеяковым, 1980, Ю.М.Колесниковым, 1980, ТсБ.Пермякогой, 1981, В.В.Знаменским, 1981, Б.В.Варнаковыы, 1382, В.И.КудЕновым, 1934, В.Г.Федоровским, 1984, С,В.Курялло, 1984, АЗ.Фадеевым, 1984, Т.Аввадом, 1992, Н.М.Кардановым, 1993 а др. Результаты этих исследований позволили установить а проанализировать влияние на работу внецентренно нагруженных фундаментов таких факторов, как эксцентриситет приложения нагрузки, число свай в группе и расстояние между ниш, тип ростверка (низкий или высокий) и ' способ сопряжения с ним свай (шарнир или жёсткая заделка). При этом в основном рассматривались вопросы, связанные с несущей способностью или осадками свайных фундаментов, а вопросы развития их кренов практически не исследовались.

Однако косвенные данные о зависимости кренов от параметров свайных трупп можно получить, рассмотрев результаты изучения закономерностей распределения вертикальных усилий между сваями внецентренно нагруженных фундаментов. Это связано о тем, что при жёсткой заделке голов свай в недеформируемый ростверк крен свай-

ой группу будет определяться разностью осадок её крайних свай плоскости действия момента. А это значат, что закономерности змененяя кренов внецентренно нагруженных свайных групп должны ыть аналогичными закономерностям распределения вертикальных силий меящу сваями..

В последние годы детальному изучению вопроса распределения агрузки мелду сваями^внецентренно Нагруженных .групп были посвя-,ены исследования, проведенные в Пермском Государственном техни-:аском университете под руководством Профессора А.А.Бартоломея, ГЛГСУ под руководством профессора Н.МЛорошкевач и доцента В.В. наменского ив Ленинградском строительном университете под ру-:оводством профессора А.Б,Фадеева.

Наиболее полный комплекс экспериментально-теоретических яс-(ледованяй по этому вопросу был проведен в МГСУ Н.М.Кардановым. становленный им характер влияния различных факторов на распределив нагрузки между сваями показал, что он определяющим образом ¡авясит от схемы дефор:гировзняя фундамента в грунте (поворачивайся без изгиба, поворачивается с изгибом, изгибается только в юрхней части бёз горизонтального смещения нижних концов свай). I сбою очередь, схема деформирования внецентренно нагруженного фундамента зависит от его пространственной гибкости.

Ещё один важный результат опытов Н.М.Карданова заключается I том, что им показана необходимость обязательного учёта длины !вай как при определении расчётных Нагрузок на сваи внецентренно [¿груженных групп, так, следовательно, в при расчёте .их кренов.

К сожалению, непосредственных экспериментальных данных о ншянив длины свай на закономерности развитая кренов свайных •рупп нет.

Отсутствие детальных экспериментальных исследований законо-аер.чостей развития кренов свайных групп в зависимости от различна факторов явилось причиной того, что их расчёт ведётся с ис-юльзованяем решений, разработанных, как правило, для массивных фундаментов. Основным недостатком таких решений является то, что ши рассматривают группу свай, как массивный фундамент, который гсд действием внецентренной нагрузка поворачивается в грунте без !згиба, что возможно только в случае коротких жёстких свай, при-леяеяяе которых в строительстве является больше исключением, чем

правилом,

Учитывая вышеизложенное на кафедре Механики грунтов, оо ваний и фундаментов МГСУ было решено продолжить эксперимента ные исследования работы вяецеятреяяо нагруженных групп свай целью детального изучения закономерностей развития их крено» зависимости от различных факторов и разработки ка- базе прове; ных экспериментов инженерного метода определения кренов свайj групп, учитывающего пространственную гибкость фундамента»

Во второй главе диссертации изложены целя,, теоретически! основы и результаты численного эксперимента.

Анализ экспериментальных исследований работы внецентрш нагруженных групп свай показал, что'их взаимодействие а грум: основания и, в частности, закономерности развития кренов з&ш от многих факторов. К этим факторам относятся параметра oaaCj групп (число овай в группе в их расположение в плане, размеры поперечного сечения свай), грунтовые уоловяя, ведоод и эксцентриситет приложения вертикальной нагрузки» тш goeras и способ сопряжения с ним свай.

Экспериментальные исследования такой сложной оаотегз » t роком диапазона изменения указанных факторов даже, ups усьшвш проведения на моделях,.практически невозможна. Учитывая- ofa в стоящей работе наряду с модельным проведен числанный июперяь что позволило изменять влияздве на работу исследуемой систем* к торы в широких пределах.

В основу численного эксперимента была положена расчётная схема взаимодействия группы металлических опор с грунтом оснс ния, разработанная В .Г .Федоровский, С.Н.ЛевачЗвым, Ю.МДоязс;: ковш и С.ВДСурилло для расчёта морских нефтегазопромыоловых тформ. Вариант этой расчётной охемк, отражающей конструктив* особенности, принятые при проектировании групп из Еелезобетоя свай под колонны промышленных объектов (меткая заделка полозе свай в ыедоформируешй ростверк),и условия их работы (небольа

горизонтальные, смещения на уровне подошвы ростверка), был ясш зоваа НЛ1'.Кардановнм для изучения .численны» методом распреде ния осевых вертикальных усилий между сваями внецентренно натр венных груш*.

Численный эксперимент, целью которого являлось изучение закономерностей развития кренов СЕаШшх групп, включал исследования работы фундаментов из 4, 5, 6, 9 и 16 свай, расстояние между сваями принималось равным 3<1, 4,5с1 и 6с1 (где &- сторона квадратного сечения сваи), длина свай изменялась от 20с1 до 70<1, относительный эксцентриситет приложения вертикальной нагрузки X - от 0 до I через 0,25.

Результаты численного эксперимента показали, что при одинаковом уровне нагружения фундамента, за который принято отношение N ЖПред (где М - действующая нагрузка на фундамент, аНПред - её предельное значение), крен свайной группы увеличивается о ростом эксцетрисатета приложения нагрузки й длины свай и уменьшается с увеличением числа.свай в группе и расстояния между ни-мл. Это связано с изменением пространственной гибкости фундаменте, которая уменьшается о ростом адсла свай в группе я расстоя-яея между ними а увеличивается о увеличением глубины погружения свай в грунт.

Полученная зависимость кренов свайных групп от длины свай говорят о том, что наряду о другими параметрами свайных групп длина свай является фактором, влиянием которого на крен фундамента пренебречь в расчётах нельзя. И если при расчёте по существующим методиквм такие параметры свайных фундаментов, как число свай в группе и расстояние между ними косвенно учитываются через размеры в плане условного фундамента, то глубина погружения свай в расчётах, как правило, на отражена, что, как показали полученные данные численного гксперикента, может привести к существенным ошибкам.

Третья глава посвящена математико-статистическому анализу результатов численного"эксперимента и планировании эксперимента на моделях.

Задача сводилась к тому, чтобы методам математического планирования экспериментов выявить, какао из рассмотренных в численном эксперименте характеристик системы "группа спай - грунтовое основание" я внецентрекных нагрузок, воздействующих на эту оястему, оказывают существенное влияние на величину крена фундамента, а также установить отепевь этого влияния.

Б терминах теории планирования поставленная задача заключалась в получении функция отклика, связывающей крен фундамент, с входными факторами. Уровни факторов и интервалы их варьирова ния определялись по результатам численного эксперимента, но с учётом конкретных условий выполнения планируемых.модельных опытов (размер лотка, возможности нагружения я т.п.)» Для сокращения количества опытов факторы принимались двухуровневые.

Проведенный анализ показал, что функция отклика с достать ной степенью точности аппроксимировалась линейным уравнением рЕ грессия, рассчитанные значения коэффициентов которого (коэффиад екты регрессии) указывают на.силу влияния факторов на величин отклика (крена свайной группы) в рамках принятой расчётной моде ли и выбранных интервалов изменения значений этих факторов. Фа» тор оказывает тем большее влияние, чем больше численная величина коэффициента. Коэффициент, имеющий знак минус, показывает, что с увеличением фактора величина отклика уменьшается, если йе коэффициент имеет знак плюс, то с увеличением фактора величияа отклика увеличивается.

Для наглядности установленная относительная сила влияния факторов показана на ряс.1 в виде диаграмм«» где высота столбиков означает, величину каждого из определённых коэффициентов регрессий.

Диаграмма показывает, что практически все рассмотренное факторы (уровень нагружения фундамента, относительный эксцентриситет пряложания нагрузки, число свай в группе, относительное расстояние между дики a/d, где а - осевое расстояние между сваями, и относительная глубина погружения свай в грунт l/d) оказывает существенное влияние т величину крена свайного фундамента. Наименьшей силой обладает фактор отражающий уровень нэ-грукения фундамента, однако это объясняется небольшим интервалов варьирования этим фактором.

Таким образом, как результаты численного эксперимента, так я математический анализ модели, проведенный на основе теория пла нлрования, показала,--что при исследовании работы внецентренно на груженных групп свай необходимо варьировать всеми из перечисленных факторов, рассматривая их как значимые, влиянием которых на

■ закономерности развития кренов свайных фундаментов пренебречь нельзя. Естественно однако, что при планировании модельного эксперимента из них решено было выделять и более детально исследовать наименее изученные, к которым относится глубина погружения-свай в грунт и зависящая от неё пространственная гибкость фундамента.

0,30 0,25

0,20

0Д5

0.10

О',05

о*оо

Рш?Л. Относительная сила влияния факторов на крея свайной группы

Х-; - относительный этаюятриоитат прялокеяяя нагрузки;

"¿2 - уровень вагружонял Фундамента;

Хд. - относительная длина свай}

\ - число свай э группе;

Хд - относительное расстояние гланду оюаягги„

Четвертая глава диссертация посвящена экспериментальным исследованиям работы внецентреяно нагруженных групп свай на моделях в лабораторных условиях.

Эксперименты проводились с цель» детального изучения зависимости кренов свайных групп от различных факторов, включающих в себя параметры свайных фундаментов, а также величину и эксцентри-. ситет приложения вертикальной нагрузки. Как и в случае численного эксперимента под параметрами свайянх фундаментов подразумевалось:

—

© © © 0

х2 х3 \ х5

число свай в группе, их расположение в плане,.осевые расстояния между сваями, длина'овай. Основное внимание было уделено длине овай, как наименее изученному фактору, не .нашедшему достаточного отражения в применяемых методиках определения кренов свайных групп.

Исследования проводились на снабжённых тензодатчиками моделях овай среднего маоштаба (орготекло,' сечение сваи 30x30 мм), что позволило пря допустимых затратах расширить круг рассматриваемых вопросов и получить большой объём информации.

Следует отметить, что опыт научных исследований подтверждает возможность использования моделей при изучении взаимодействия фундаментов, включая и свайные, о грунтовым основанием для получения качественных, а при применении для моделирования работы овай метода расширенного подобия и количественных результатов, позволяющих установить необходимые для разработки новых и совершенствования существующих расчётных методов закономерностей.

Эксперименты проводились в лабораторных условиях в лотке длиной 4 м, шириной 2,5 ы и глубиной 2,8 м, заполненном воздуш-но-оухим, чистым, однородным'"песком средней крупности, имеющим следующие физико-механические характеристики: удельный вео -f = 25,2 кН/м3;'удельный вео твёрдая частиц - fs = 26,4 кН/м3; весовая влажность - W» 0,01; коэффициент пористости - е = 0,75 (песок рыхлый); угол внутреннего трения - f » 31°.

Предварительные испытания, проведенные о целью отработки методики проведения экспериментальных работ, показали, что наиболее приемлемым способом формирования модельного свайного фундамента явилась предварительн я сборка группы овай на стенде в её последующее звдавливание в грунт. Исследования В.В.Егорова показали приемлемость такого подхода к формированию модельного фундамента, а опыт экспериментальных работ кафедры МГрОяФ ШЗУ подтвердил возможность получения при этом корректных результатов.

При испытаниях рабочая нагрузка на фундамент создавалась гидравлическим домкратом и передавалась на металлическую плиту ростверка, усиленную рёбрами жёсткости, через шаровую пяту. Нагрузка возрастала ступенями я замерялаоь образцовым динамометром типа ДОСМ. Величина ступени нагрузка принималась равной 1/10 от предельной, определённой в предварительных опытах.

Вертикальные и горизонтальные смещения модельных групп замерялись индикаторами часового типа с ценой деления 0,01 мм. Для замера вертикальных перемещений индикаторы устанавливались в четырёх углах ростверка, а для замера горизонтальных перемещений - в двух точках о одной стороны ростверка на уровне его подошвы.

Все испытания проводились при контакте ростверка о поверхностью грунта (низкий ростверк).

Программа исследований включала испытания групп из 4, 5, 6 и 9 свай с расстоянием мевду ними 3d , 4,5Аи 6&. Длина свай нзменялась от 60 см до 150 см через 30 см, относительный эксцентриситет приложения вертикальной нагрузки изменялся от 0 до 1,0 через 0,25.

Характерные результаты проведенных исследований, которые ,. хорошо согласуются с результатами численного эксперимента, представлены на рис,2.

Эксперимента показала, чтг крен спайных групп при одном и том sa уровне негрутания уменьшается о ростом числа свай в фундаменте а расстояния мевду шша и увеличивается о увеличением эксцентриситета прилозеияя нагрузки в длины свай.

Уменьшение крепа фундамента о ростом числа свай я уменьшением расстояния мощу ниип имеет нелинейный характер (в большой степени явлаяейнозть проявляется при уменьшения числа свай л о увеличением ах относительной длины) а объясняется уменьшением пространственной якбхоояв группы, влияние которой.на работу вне-цеатреняо пагруяениого фувиамгята исслодозано Я«М.Кзрдэновш. Полученное з cmi rax более янтенсявноз вляяняэ изменения числа свай на края сзайной группы по сравнении о расстоянием мазду ними объясняется тем, что изменение числа свай в фундаменте приводит к изменения ого размеров в плане (а следовательно а пространственной гябкоота) в большей мере, чем изменение относительного расстояния мезду сваями в принятых в проектной практика пределах от 3 до 6.

Из графиков яа расЛ.в видно, что края свайной группы увеличивается о ростом относительного эксцентриситета приложения вертикальной нагрузки А , что объясняется увеличением действующего на фундамент момента; Полученная зависимость нелинейна, причём

нелинейность уменьшается по мере роота Л . Отменим также, что и крен свайной группы, и его реакция на изменение эксцентрасят та А- при однои я том же уровне нагружения фундамента увеличив ются о ростом относительного заглубления свай в грунт.

Наименее исследованным фактором, влияющим на крен свайной группы, до настоящего зэременя являлась длина свай. Графики на рис.1.Г показывают, что крен свайной группы при одном и том же уровне её нагружения увеличивается с-ростом относительного заглубления свай в грунт и что это увеличение существенно. По да нам проведенных опытов для группы из 4 свай с расстоянием иевд сваями ЗА и уровнем нагружения 0,8 с ростом глубины погружена свай от 20с1 до 50ф крен увеличивается в 2 раза прл Л = 0,25 й в 2,4 раза при а для групп из 9 свай при тех же услс

виях - в 1,6 раза при А * 0,25 и в 2,1 раза при Д'и I. Этот зультат подтверждает необходимость учёта длины свай при расчёт кренов свайных трупа. . . 1

.Анализ полученных закономерностей развития кренов свайных фундамзптов и их сравнение с закономерностями распределения оо> •внх вертикальных усилий между сваями внецентреино нагруженных . групп, полученными Н.М»Кардановым, подтвердили, что крен фундамента при жёсткой заделке голов свай в нед&формируемый роотвер1 определяющим образом зависит от схемы его деформирования в тру] те, т.е. от его пространственной гибкости, определённой о учёт« числа свай в группе и расстояния между ними. -- :

Пятая глава диссертации посвящена разработке инженерного метода расчёта кренов(внецентреино нагруженных свайных групп с учётом глубины приложения нагрузки, я проотранотвенной гибкости фундамента. Изложен порядок расчёта для случаев однородного а слоистого напластований грунтов под нижними концами свай, првв( дён пример расчёта, проведено сопоставление результатов расчёт! по разработанной методике о данными натурного испытания группы свай. /' •''.

Разработанная инженерная методика оояована на следупцях о< новншс положениях.

I. Рассматривается группа из железобетонных свай о жёстко! заделкой их голов в недеформлруемый ростверк и максимальным рас

а)

0,8

б)

4 5 6 7 8 9 число сзай

3)

la-4'x.íÓ 1,2 ^

0,4

Ъ$Н>хЮ 1,2

-з

0,8 0,4

4 сва Д=> 0 и

*

Va

3 4,5 6 относительное расстояние

между сваями

V)

Ч> у/р3

1,2"

0,8

0,4

О »23 0^0 0,75 1,00 относительный эксцентриситет

, 1 h оваи К* 0,5

—-—

i

i г

>а

20 30 40 50 относительная длина сваи

Рис. 2. Графики завямаюигеЯг

a) Z(n); S .(ä/cöi

в) 1 gpa КЯ ); г) g

к- a=5oa ¡ а - г «шэа - г «гоа ; и - г =20 а

о - о» 3d í д - а « 4^5<d ц о- а в 6 <3

стоянием между сваями 63. , которая под действием внецентренной нагрузки иди момента поворачивается в грунте с изгибом (группе средней гибкости), либо изгибаетоя в верхней чаоти без горизонтального смещения нижних концов свай (гибкая группа). Методика расчёта не распространяется на жёсткие группы, которые под дейо вием внецентренной нагрузки поворачиваются в грунте без изгиба.

2. Классификация внецентренно нагруженных свайных групп по гибкости производится по показателю гибкооти ¥ , определяемой по формуле

0,63бШ -——_ Г (I -V*

>сх^х>х

(I)

где "I- длина сваи в грунте;

(Е(31)г - жёсткость свайной группы относительно главной оси, определяемая по формуле

<%1)г - (Еб1«>ов • < 2

где Е^ - модуль упругости материала сваи;

I*. - момент инерции Ч - ой свая относительно главной оси

группы; п - число свай в группе.

Методика расчёта распространяется на группы, у которых показатель гибкости Г* I.

3. Грунт рассматривается как линейно-деформируемая ореда, характеризуемая модулем деформации В и коэффициентом Йуассона У В случае олоистых напластований в раочёт вводятся средневзвешен ные значения указанных характерно«®.

4. Вследствии недеформируемости ростверка крен фундамента определяется разностью осадок крайних свай, группы в плоскости действия момента.

5. Осевые вертикальные усилия на крайние сваи группы опрел ляютоя о учётом реактивного бокового отпора грунта, вызванного креном фундамента, создающего момент, обратный приложенному.

б. Вертикальная нагрузка на фундамент передаётся на грунт в плоскости нижних концов свай я распределяется по трапецеидальному закону по площади, ограниченной внешними гранями свай.

В основу .разработанной методики положено решение Р.С .Шаляпина и В.В.Леденёва для определения крена заглубленного фундамента о учётом глубины приложения нагрузки. Однако вместо приложенного в расчёт введён момент, передающийся на сваи через вертикальные осевые усилия. Этот момент равен разнице меаду действующим я удерживающем моментом, возникающим в результате развития горизонтального реактивного отпора грунта. В результате получена следующая формула для определения крена свайной группы

а. .м 8(1 - V2) КД к Кн " 1 „ , о >

й

гдз 11<3 - расчётная вертикальная нагрузка на свайный фундамент;

Ь я В - размеры фундамента в плане, определённые по внесшим граням слай;

Кр - безразмерный коэффициент, определяемый в зависимости аг соотношений Ъ /2, 21/8 а коэффициента V, где I -длина сваи в грунте;

Кд - К0г©;щ1!БП1 неравномерности распределения вертикальных усяяпй мезду крайними сваями группа, определяемый в за-юис.':;лости оч пространственной гибкости фундамента Г в относительного зксцентрлситета „Л .

о___- £ 4 /ТП'Х , ( 4 )

т*

*пр,х **

тдв 7.^- расотояпиэ от главной оси фундамента до оси каждой сваи; з - расстояние от главной оои фундамента до осей угловых противоположно расположенных свай группа в плоскости действия мошнта. .

Значения коэффициентов К ^ я Кн табулированы.

В олучае слоистых напластований грунтов под нижними концами свай края группы определяется по формула

- 8CI < lüL.bLll Ъ Ъ В У ' Kj- кн + I

где S - осадка свайной группы, определяемая методом эквивалентного слоя Н.А.Цытовяча, развитого на случай действия нагрузки внутри линейно-деформируемого полупространства В.В.Знаменским; - безразмерный коэффициент, определяемый по таблицам в зависимости от отношений В/Л , t,/В а коэффициента Пуассона х>.

Остальные обозначения те «е, что я в формуле ( 3 ).

„Для оценки разработанного метода определения кренов свайных фундаментов было проведено сопоставление результатов расчёта с опытными данными, полученными при испытании натурной группы свай. Опытный фундамент соотоял из 6-ти келезобетонных овай сечением 35x35 см, длиной 9»37 «. Расстояние мезду сваями составляло 105 см. Вертикальная нагрузка 3600 кН прикладывалась с экс-

центриситетом в « 0,5 м.

Грунты опытной площадки в пределах разведанных глубин (до 16 ы) были представлены сухими комковатыми суглинками консистенции от тугопластичной до полутвёрдой, характеризуемыми "средним модулем деформации Е в 25х10э кПа и коэффициентом V «»0,35.-Результаты расчёта приведены в таблице

°пр,х

( 5 )

Метод определения крена Крен свайной группы Отношение f D3C4 *£У»опыт

Опытные данные 8,42хЮ"3

Разработанная методика - Ю,25хЮ~3 1,217

Методика Р.СДеляпвна 13,87х10"а 1,647

Методика СНиП 28,28хЮ~а 3,356

Результаты, представленные в таблице, показывают, что разработанная .инженерная методика позволяет рассчитать крен свайной группы о удовлетворительной точностью.

ОСНОВНЫЕ ваводы ПО ДИССЕРТАЦИИ

1. Проведенные экспериментальные исследования показали, что замеренный крен внецентренно .нагруженной свайной группы, зависящий о? многих факторов, всегда существенно меньше определённого по нормативным документам. Э.то говорит о необходимости совершенствования методики его определения о целью повышения экономической эффективности применения свай и надёжности принимаемых проектных решений.

2. Выполненные эксперименты показала, что крон свайной группы зависит от следующих факторов: длины и размеров поперечного сечения спай, числа свай в группа: и их расположения з плане, расстояния между свалял, характеристик деформируемости грунта, значения вертикальной нагрузки я эксцентриситета её приложения.

3. Статистический анализ результатов проведенных экспериментов показал, что все первчислеявио являются значимыми п должны учитываться при расчёте крепа- рледептрзнно нагруженной группы свай.

4. На основания овдтянх дшшых установлено, что крап сезй-яого фундамента уиеныяаесоя о увеличенном числа ,свай в группе и . расстояния шзду ними я увеличивается о росток длшш свай, и также значения вертикальной нагруэяя л эксцентриситета её приложения.

5. Установленные закономерности развития крена свайных фундаментов в зависимости от рассмотренных факторов показали, что ■■> величина .ярена свайной группы- В' значительной мере зависит о? характера деформирования фундамента » грунте, т.е. от его пространственной гибкости, л определяется раэяостыэ осадок крайних овай группы в плоскости действия конента.

. 6. Разработанный на базе проведонных исследований инженерный метод определения крена внецентренно нагруженных свайных

фундаментов, который в отличии от существующих учитывает пространственную гибкость свайной группы, повышает точность расчётов, что позволяет полнее использовать несущув способность фундамента и снизить его стоимость за счёт сокращения числа свай или уменьшения расстояния меэду ними.

7. Сопоставление результатов расчёта о данными натурного пс питания группы овай позволяет рекомендовать разработанную меюди ку для практических расчётов кренов свайнкх групп, имеющих проот ранственную гибкость Г ^ I при относителном эксцентриситете приложения вертикальной нагрузки 1.

Подписано в печать 16.02.94 Формат С0х84*/1б Печать офсотная

И-19 Объем 1,25 уч.-изд.л. Т. 80 Заказ-*-*" __

Московский государственный строительный университет. Типографш МГСУ. 129337, Москва* Ярославское чз., 25