автореферат диссертации по строительству, 05.23.02, диссертация на тему:Общая методология и практические методы применения статистического зондирования грунта для проектирования свайных фундаментов

ПЕРМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

РГ6 ОД

г 7 спи ^

На правах рукописи

РЫЖКОВ ИГОРЬ БОРИСОВИЧ

ОБЩАЯ МЕТОДОЛОГИЯ И ПРАКТИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ПРИМЕНЕНИЯ СТАТИЧЕСКОГО ЗОНДИРОВАНИЯ ГРУНТА ДЛЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ СВАЙНЫХ ФУНДАМЕНТОВ

05. 23. 02 - Основания и фундаменты

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Пермь-199 3

Работа выполнена в научно-исследовательском институте промышленного строительства (НИИпромстрое, Уфа)

ОФИЦИАЛЬНОЕ ОШЮНйНТш - доктор технических наук,профессор

ДУШНИКОВ Владимир Вениаминович

- доктор технических наук,профессор БАХОЛДШ Борис Васильевич

- доктор технических наук,профессор АМАРШ Лено Самвелович

ВЕДУЩАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ _ Государственный проектный институт

Фундаментпроект (Москва)

Защита состоится »лв» 10

1993 г. в_ И) час. на заседании специализированного совета Д 033.66.01 при Пермском государственном техническом университете.

Адрес: 614600, ГСП—, Пермь, Комсомольский проспект, 29а, ауд. 423.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института.

Автореферат р&зослан " ($ " _____199_^г.

Ученый секретарь специализированного совета докт.техн.наук,профессор

иУЛЬцОй ¡'.Б.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТУ

Актуальность проблемы. Важнейшим условием эффективного применения свайных фундаментов является выбор параметров свай: их размеров, вида армирования, глубины погружения, количества и т.д. Однако многолетняя практика показала, что в условиях массового применения свай традиционный подход, основанный преимущественно на использовании бурения и лабораторных анализов грунта, динамических и статических испытаний свай, нз обеспечивает должной рациональности выбора свай. Экспертиза многочисленных проектов,выполнявшаяся в 60...80-е годы, показала, что длина и количество свай в большинстве случаев неоправданно завышались.В среднем до стране такое завышение составляло 35...40$.

Традиционный подход оказался слабо приспособленным к сложным многообразным условиям массового строительства, особенно к его темпам. Фактически происходило стихийное упрощение состава геотехнических работ, механическое сокращение числа сложных и длительных испытаний, что неизбежно снижало качество получаемой информации ¡л порождало у проектировщиков стремление к дополнительном запасам прочности конструкций. Этому способствовали также отрыв проектирования от решения технологических задач по погружению свай, трудности с организацией пробной забивки свай в условиях сжитых сроков про'.'ктно-изыскатэльских работ. Возведение Фундаментов по традиционной технологии погружения свай до заданного отказа, при которой ;оотижение заданной отметки не является первостепенном задачей, привело к тому, что более 0,5 млн.м3 железобетона и стране ежегодно шло а отходы из-за недобивки и срубки спай.

Устранение указанных недостатков общеизвестными методами, т.'. путем увеличения числ ; сложных испытаний, нерационально, так как ныэштт неизбежное увеличс иэ продолжительности изыс-

каиий и проектирования. Быстрота же таких работ в условиях массового строительства является важным экономическим фактором, влияю-ция на скорость оборачиваемое» капитальных вложений.

Важный фактором повышения эффективности применения свай является переход на такие способы изучения грунта, которые обладает достаточной технологичность!), приспособленность!) к сложным условиям ■ высоким темпам работ. Этим требованиям удовлетворяет использование простых ■ быстрых способов определения свойств грунта, в первую очередь статического зондирования. Многочисленные примера в отечественной м зарубежной практике подтверждали перспективность такого подхода. Тем не меиее переход на статическое зондирование сдерживался в силу недостаточной изученности этого экспресс-метода.

Успехи в области создания и внедрения в нашей стране установок для статического зондирввани* грунтов СС-832, С-979 и др.) в начале 60-х годов реаали только часть проблемы. Основные же вопросы использования данных зондирования для выбора параметров свай оставались неясными. Требовалось проведение обширных теоретических и экспериментальных исследований, изучение практического опыта организаций, применявших статическое зондирование. В этой связи автор диссертации с 60-х годов занимался вопросами общей методологии и практических методов применения статического зондирования. Данная работа является обобщением этих исследований.

Истекшие годы подтвердили актуальность проведенных исследований. Степень изученности статического зондиронания, наличие соот-ветствугщих рекомендательных и нормативных документов оказали значительное влияние на эффективность применения этого метода и повышение технического уровня свайного фундаментостроения в целом.

иель_работы заключалась в совершекстпованич статического

зондирования грунта, разработке эффективных методов расчета и обеспечения надежности свайных фундаментов и оценки технологической возможности погружения свай на базе данных зондирования и в итоге в создании безотходной технологии сооружения свайных фундаментов путем погружения свай до заданной отметки.

Для достижения этой цел* решался комплекс задач, вклачавзяй:

- исследование взаимодействия грунта с зондом и сваей и разработку на основании этого практических методов определения сопротивлений свай и стандартных показателей свойств грунта;

- разработку способов применения зондирования при решении специальных задач - предотвращения недобивки свай, применения свайных фундаментах в особых грунтовых условиях, составление цифровых моделей основания и т.д. ;

- разработку общих принципов и практических методов совместного применения зондирования с другими методами оценки сопротивлений свай для максимального использования всей получаемой информации и достижения наибольией надежности и экономичности проектных решений фундаментов.

Научная новизна. На основании теоретических и экспериментальных исследований, проводившихся автором в течение последних 20... ...25 лет ;

- изучена сущность процесса статического зондирования, его сходство и различие с процессом погружения свай ; впервые обосновано многообразие существующих эмпирических зависимостей между результатами зондирования и характеристиками грунта и предложена методика расчета несущей способности забивных свай при использовании зондов с муфтой трения (т.е. П типа) ;

- разработана теоретическая схема, отражающая различие материалоемкости фундаментов с погружением свай до заданного отказа и

до заданной отметки, на основании чего установлен формальный критерий целесообразности выбора этих подходов по данным зондирования;

- предложен и реализован на практике новый принцип оценки возможности погружения свай по данным зондирования,учитывающий грунтовые условия,мощность сваебойных средств и ударную стойкость свай;

- предложена математическая модель совместного использования нескольких различающихся по своей достоверности методов определения сопротивлений свай,основанная на правиле Бвйеса и подразумевающая использование "априорной информации" в виде данных прошлого опыта предложенный подход существенно расширил возможности эффективного использования зондирования в комплексе с другими методами оценки сопротивлений свай;

- предложены и реализованы ж практике принципы решения различных специальных задач,связанных с проектированием свайных фундаментов по данным зондирования в особых грунтовых условиях (про-садочных,намывных,со "слабыми" прослойками,с валу нами) ,а также с построением и использованием цифровых моделей грунта основания, составляемых по данным зондирования.

Практическое значение, йзработани методы расчета и методичзс-кие приемы .позволяющие существенно повысить эффективность статического зондирования грунтов,особенно в комплексе с другими методами определения сопротивлений свай. Это дало возможность разработать технологию ускоренного выбора параметров свай, обеспечивающую:

- сокращение продолжительности работ по оценке несущей способности свай в 1,5...2 раза;

- более обоснованное назначение запасов несущей способности свайных фундаментов, позволяющее снижать их стоимость в среднем на 15. ..20$ без ущерба для надежности;

- существенное сокращение недобивки свай за счет применения безотходной технологии их погружения и соответственно широкое применение эффективных полносборных свлйних фундаментов - без-ростверковых, со сборным ростверком, свай-колонн и т.д.

Реализация предложенных разработок послужила основой решения крупной народнохозяйственной задачи - проектирования и возведения свайных фундаментов по безотходной технологии с погружением свай до заданных отметок. В НИИпромстрое разработано соответствующее сваебойное оборудование, приборы контроля точности забивки свай, технология изготовления ударостойких свай, эффективные свайные конструкции.

Результаты исследований нашли отражение в общесоюзных нормах по проектировании свайных фундаментов ССНиП П-Б.5-67*, СНиП П-17--77, СНиП 2.02.03-85), по зондированию (СН-^2-72, Г0СГ-20069-81), в,руководстве по проектированию свайных фундаментов" С НШОСП • им.Н.М.Герсеванова), в республиканских нормах - "Инструкции по испытанию грунтов статическим зондированием. РСН 33-70" ( Госстрой РСФСР), ведомственных нормах - "Инструкции по применению свайных фундаментов с погружением свай до заданной отметки. ВСН 29-76". (Минпромсгрой СССР) и 12 рекомендательных документах НИИпромстроя.

Кроме того, предложенные методы были использованы в 70-е годы, в строительных нормах Кубы и Венгрии.

На защиту выносятся:

- результаты исследований работы грунта вокруг сваи и зонда, положенные в основу расчетных схем определения сопротивлений свай и стандартных механических характеристик грунта по данным зондирования ;

- трактовка двух подходов к погружению свай ^до заданного отказа и до заданной отметки), методика предотвращения недобивки висячих свай по данным статического зондирования ;

- принципы установления расчетной нагрузки, допустимой на сваю, при совместном использовании неодинаковых по достоверности методов определения сопротивлений свай - статического зондирования, испытаний натурных или модельных свай, бурения с лабораторными анализами грунта и т.д. ;

- методы использования статического зондирования при решении специальных задач, связанных с применением свай в особых грунтовых условиях (просадочных, намывных, с валунами, с прослойками и линзами слабых грунтов и др.):

- общие принципы ускоренного выбора параметров свай с учетом технологической возможности их погружения.

Апробация результатов. Основные положения диссертации докладывались или публиковались в трудах международных конференций (конгрессов) в Варне (1973), Сан-$ранциско (1985), Вашингтоне (1986), Таллине (1988), Рио де-Жанейро (1989) ; всесоюзных и республиканских конференций, смещаний-семинаров в Москве (1966), Куйбышеве (1968), Киеве (1971), Харькове (1973), Уфе (1973), Иркутске (1975), Симферополе (1976), Тюмени (1981), Свердловске (1983), Владивостоке (1986), Сумах (1986), Уфе (1987), Перми (1988), Одессе (1990), Владивостоке (1991). Результаты проведенных работ опубликованы автором в 20 печатных изданиях.

Исследования проведены в НИИпромстрое (бывш.до 1968 г. Баш-НИИстрое).

Результаты исследований внедрялись в трестах объединения Стройизыскания бывш.Госстроя РСФСР, трестах Мосгоргеотрест, ГРИИ, подразделениях бывш.Минпромстроя СССР, затем Минуралсибстроя СССР (ныне ас оциации Росуралсибсгрой), в частности в трестах Сибпромэкскавация, Тюменспецстрой, институте Промстройпроект (Самара). Экономический эффект составил около I млн.руб. в год (в дореформенных ценах).

О^ъем^работы^ Диссертация состоит из введения, 7 глав, общих выводов, списка литературы из 268 наименований и приложения. Она содержит 357 страниц машинописного текста, 108'рисунков на 102 страницах, 70 таблиц на 64 страницах.

С0ДЕР1АНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность проблемы рационального выбора параметров свай в условиях массового строительства, т.е. высоких темпов работ, многообразия грунтов и обилия случайных факторов, затрудняющих выполнение традиционных испытаний. Для решения этой проблемы предлагается переориентация инженерных изысканий и проектирования свайных фундаментов на применение статического зондирования грунтов. Формулируется цель и задачи работы, дается общая характеристика проведенных исследований.

В первой главе содержится краткий анализ состояния и особенностей развития отечественного свайного фундаментостроения, рассматривается недостатки традиционной методологии изысканий и проектирования свайных фундаментов, подробно анализируются исследования и разработки по вопросам выбора параметров свай и использования статического зондирования грунтов. Отмечается, что за последние 20 лет наибольшее влияние на практику такого выбора оказали работы Б.В.Бахолдина,А.А.Бартоломея,В.Н.Голубкова,Б.В.Гончарова, А. А. Григорян, Б. И. Долматова, Г. С. Колесника, §. К Лапшина, А.А.Луги; Л.Г.;Мариупольского, А.А.Ободовского, Ю.Г.Трофименкова и др.

Существенным недостатком традиционной технологии инженерных изысканий для проектирования свайных фундаментов является значительная трудоемкость и продолжительность. Необходимость укладываться в сжатые сроки часто порождала необоснованные упрощения состава изыскательских работ, сокращение их объемов, особенно сложных и длительных испытаний. В частности, в 70...80-е годы статические испытания свай выполнялись ( по данным Б.В.Бахолдина, Л.С.Амарянв и др.) лишь на % объектов. Неполнота получаемых сведений отрицательно влияла на качество проектирования, порождала технически неоправданные "запасы прочности". По данным А.А.Ободовского, Л.К. Альперович , Г.Г. Зигельмана, Ю.Н. Казакова, М.И.Ха-

занова, А.И.Ягудинв, Е.А.Сорочана, Ю.Г.Трофименкова, Б.В.Бахолди-на и др.), проводивших в разное время экспертизу большого числа проектов, длины свай и их количество завышались до 2 раз.

Расчеты показали, что увеличение количества статических испытаний свай экономически нецелесообразно, -так как оно влечет за собой неизбежное увеличение продолжительности проектно-изыскатель-ских работ, и, следовательно, инвестиционного цикла "изыскания--проектирование-строительство". Это, в свою очередь, вызывает снижение темпов оиупаемости капитальных вложений. Вопрос может быть решен только путем применения быстрых и надежных методов оценки несущей способности свай. '

На качество проектирования свайных фундаментов влияла также недооценка возможности погружения свай до заданной отметки. Е результате этого недобивка и срубка свай приобрела массовый характер. Проблеме недобивки свай уделялось особое внимание в 70-х годах. Она служила предметом широкой дискуссии, в которой участвовали многие строительные, проектные и научные организации (НИИОСП, Фундаментпроект, НИИпромстрой и др).В главе приведены основные точки зрения по данному вопросу и отдано предпочтение подходу,когда недобивка свай исключалась бы или сводилась к минимуму путем оценки при проектировании возможности погружения свай до заданной отметки. При этом предполагается учет всего комплекса влияющих факторов - грунтовых условий, возможностей сваебойного оборудования и ударной прочности свай. Такая задача также должна решаться на основе применения простых и быстрых методов обследования грунтовых условий.

Дан критический анализ существувщих экспресс-методов изучения грунта и оценки сопротивлений свай с точки зрения их приемлемости для решения упомянутых задач. Рассмотрены прессиометрия, вращательный срез, динамическое и статическое зондирование, геофизи-

ческие методы, а также динамическое и статическое испытания натурных и эталонных свай. Анализ основывался на материалах различных проектно-изыскательских организаций и работах Л.С.Амйряна, В.В.Лушникова, Г.К.Бондарика, Б.И.Кулачкина, Л.Г.Мариупольского, Ю.Г.Трофименкова, В.И.Ферронского, И.П.Бойко, Л.Менара.Р.Хейфели, Д.Ролльерга и др. Ка основании оценки возможностей каждого метода был сделан вывод, что наиболее перспективным средством решения проблемы рационального выбора свай является статическое зондирование.

Анализ существующих в мировой практике конструкций зондирующих установок показал, что в большинстве стран наибольшее распространение получили простые установки (легкого и среднего типа). Для нужд отечественного свайного фундаментостроения автор считает наиболее подходящими высокомеханизированные самоходные установки большой производительности (обычно тяжелые), какой можно считать установку НИИпромстроя- С-832.

Вопросы рационального использования результатов статического зондирования занимают значительное место в исследованиях отечественных и зарубежных специалистов. Исследования велись преимущественно в двух направлениях: определение показателей свойств грунта (В.А.Дуранте, Г.К.Бондарик, Ю.Г.ТрофимЗнков, Л.Н.Воробков,Л.Г.Мариупольский, О.М.Резников, В.Г.Березанцев, В.А.Ярошенко, В.Ф.Разоренов, В.И.Ферронский, Е.де Бэер Д.Шмертмвн, Г.Санглера,А.Весич и др.) и определение несущей способности свай (Ю.Г.Трофименков, Л.Г.Мариупольский, В.Г.Березанцев, Ю.И.Ковалев, Г.С.Колесник, Г.С.Родкевич, Г.Мейерхоф, Х.Бегеман, Ван дер Воен, Г.Санглера и др.). Кроме этого, можно выделить работы, связанные с использованием результатов зондирования для решения специальных задач, таких как предотвращение недобивки свай (Б.В.Гончаров, Г.Ф.Новожилов, А.Х.Еникеев и др.), применение свай в особых условиях: в про-садочных грунтах (Б.А.Кулачкин, В.Ф.Разоренов, В.М.Еникеев и

др.), в пластично-мерзлых грунтах (Б. Ладани, Ю. Г. Трофименков, О.Н. Исаев и др.) и т.д.

В целом в области использования данных зондирования за последние три десятилетия в нашей стране достигнут значительный" прогресс, повысилась роль этого метода, существенно возросли объемы его применения. Статическое зондирование превратилось в общепринятый метод полевых испытаний грунта, трактуемый нормами и стандартами как важная составная часть изыскательских работ, особенно для свайных фундаментов. Тем не менее многие важные вопросы применения зондирования остаются недостаточно изу^иными и порождают довольно противоречивые суждения различных авторов. Медленно развиваются исследования и разработки .связанные с применением зондирования в особых грунтовых условиях (в грунтах намывных, просадочных, с валунами, в торфах, илах и проч.).Крайне слабо разработаны вопросы совместного использования статического зондирования с другими методами оценки сопротивлений свай, что создает затруднения в практической работе и мешает из пользованию преимуществ комплексности геотехнических работ. Большинство предложений в этой области носит характер чисто практических обобщений, не опирающихся ш какую-либо теорию и характеризующихся неконкретностью.

Заслуживают внимания попытки теоретического решения вопроса о комплексной оценке несущей способности свай и свойств грунтов путем привлечения правила Бейеса, позволяющего пересчитывать вероятности различных гипотез после получения дополните льнах данных (Дк.Кзй, Г. Бэчер, Р. Т-йквиц, А.Сивдини, Г.Мейер, А.'Наппи и др.). Это направление рассматривается автором кяк наиболее перспективное, но требующее значительных дополнительных исследований.

Для массового применения статического зондирования необходимо

также разработать вопросы, касающиеся технологии canoro зондирования, в т.ч. установления числа точек зондирования на площадке, принципов их размещения в плане, выбор скорости погружения зожда и др.

Во второй главе излагаются результаты исследований физической сущности статического зондирования и методов интерпретации его данных. Изучались процессы, происходящие в грунте при внедрении зонда (характер деформаций, роль фильтрационнРй консолидации,ползучести и т.д.), в сопоставлении с процессами, возникающими при погружении сваи. Эксперименты проводились в лабораторных и полевых условиях и включали погружение зонда стандартных размеров в грунт, наблюдение за протекающими в грунте процессами путем отбора образцов или просвечивания его рентгеновскими лучами с фотографированием Сдля чего в грунт закладывались свинцовые шарики диаметром I...2 мм), откопку натурных свай с тщательным обследованием околосвайного грунта.,

Полученные результаты подтвердили, что характеры деформаций грунта под зондом и под сваей- аналогичны. В обоих случаях происходит смещение частиц грунта вниз и в стороны по специфическим криволинейным траекториям. При этом в водонасыщэнных глинистых грунтах процессы фильтрационной консолидации проявляются слабо, превалируют процессы вязко-пластического течения. Изменение плотности и влажности грунтов четко обнаруживалось лишь при малых скоростях погружения зонда - порядка 0,5 мм в сутки (градиент изменения влажности по мере удаления от поверхности зонда составлял около 0,01 ед/см). При скоростях погружения, характерных для практики зондирования, и даже при скорости 0,5 мм/мин изменение влажности водонасыщенных глин оказывалось в пределах точности измерений. Большие нормальные напряжения (несколько мегапаскалей ) под зондом обусловливают "аномальное" поведение глинистого грунта (нару-

шенив зависимости предельных касательных напряжений от нормальных). Все эти особенности ограничивают точность зависимости между данными статического зондирования и стандартными показателями механических свойств грунта.

Изучено влияние различных технологических факторов - конструкции зонда и зондирующей установки, скорости погружения зонда-на результаты зондирования. Влияние конструкции зонда изучалось путем сравнительных испытаний установок С-979 (зонд I типа, погружаемый гидросистемой), УСЗК (зонд I типа, погружаемый механическим приводом), С-832(тензометрический зонд П типа, погружаемый гидросистемой). Испытания показали, что в большинстве случаев сопротивление грунта под конусом зонда I типа выве на 20...40^ в глинах и на 5...10% в песках из-за наличия "кожуха" над конической частью.Сопротивления же по боковой поверхности штанги зонде I типа и муфты трения зонда П типа вообще несопоставимы, так как они характеризуют разные величины. Однако по данным, получаемым зондемП типа можно приближенно определить результаты, которые были бы получены в этом же грунте зондом I типа. Испытания в целом подтвердили эффективность тэнзометрического способа измерения сопротивлений.

Влияние скорости погружения зонда на получаемые результаты изучалось с помощь» установки-С-832 в широком диапазоне грунтовых условий (на 7 площадках). Общее число сравниваемых сопротивлений грунта превышало 1000. На каждой площадке в разных точках зондирование с разными скоростями выполнялось с 5-10-кратной повторно-стью. Точки располагались в плане вперемешку, так что сравнение средних сопротивлений по каждой скорости позволяло почти полностью исключить влияние неоднородности грунта. Полученные результаты показали, что скорость погружения зонда в интервале 0,1...2 м/мин слабо влияет на усредненные сопротивления грунта как под конусом, так и по муфте трения. В наиболее прочных грунтах наблюдается небольшое возрастание сопротивлений (на 15...20$). Полученные данные

позволили повысить производительность установки С-832 зе счет перехода на скорость погружения зонда 2 м/мин.

Необходимо отметить, что при переходе зовда из состояния движения в состояние статического равновесия сопротивление грунта сушественно меняется: в большинстве пцлевво-глинистых грунтов оно снижается на 25. ..35£. В связи с этим в 60-е годы била предложена и широко внедрена методика зондирования, включающая измерение сопротивлений грунта в состоянии равновесия зонда (зондирование со стабилизацией). Применение методики позволило в отдельных точках оценивать свойства грунта в условиях, наиболее сходных со статическим нагружением.

Особое внимание уделяется связи данных зондирования с механическими свойствами грунта л с предельными сопротивлениями свай. Фк было установлено, зондирование соответствует быстрому «практически недренированному нагруженив, что заставляет связывать его данные с характеристиками, соответствующими именно такому режиму работы. Однако одни и те же показатели, соответствующие разным скоростям нагружения, обычно либо одинаковы, либо имеют корреляционную связь. Этим объясняется существование многочисленных эмпирических зависимостей, связывающих данные зондирования с характеристиками грунта, соответствующими медленному дренированному нагружению.

В мировой практике преобладает чисто эмпрический подход к использованию данных статического зондирования. Используются зачастую противоречивые формулы и таблицы, многообразие которых теоретического объяснения не получило, точность же их в большинстве случаев невысока. В связи с этим автором предпринимается попытка подробного теоретического изу>вния этого вопроса.

Приводится упрощенное доказательство известной гипотезы об

идентичности погружения зонда расширению цилиндрической скважины от 0 до диаметра зонда и на этом основании предлагаетая решение задачи о проникании зонда в упруго-пластическую среду, разрушающуюся согласно гипотезе Мора-Кулона и деформирующуюся до разрушения линейно (см.рис.1). Зависимость сопротивления упруго-пластической среды от ее свойств представлена в виде

^ =А6г+Вс, (I)

где ^ - удельное сопротивление грунта (упруго-пластической

срзцы) под конусом зонда ; А , Б - функции угла внутреннего трения У* и отношения модуля деформации к сопротивлению срезу при "бытовом" давлении Е ;

£ - "бытовое" давление -.давление в изучаемом грунте (ере-

О

де) до погружения зонда ;

С - удельное сцепление грунта.

Полученная зависимость удовлетворительно согласуется с экспериментальными данными,. Это относится как к результатам сопоставления данных зондирования с данными лабораторных, анализов грунта, так и к эмпирическим зависимостям, приведенным в приложении 4 СНиП 1.02.07-57. Однако практическое применение такой зависимости затрудняется тем, что одному же сопротивлению грунта С}, могут соответствовать совершенно различные сочетания его характеристики ср , с , ¿Г ^.Эта сложность преодолевается путем учета особенностей реального грунта, характеристики которого не являются независимыми величинами, а связаны взаимной корреляцией. Форма этой корреляции зависит от литологического и генетического типа грунта, т.е. в пределах конкретной его разновидности соотношения между характеристиками остаются более или менее устойчивыми. Это позволяет применительно к каждой разновидности грунта заменять общую зависимость (I) несколькими приближенными зависимостями:

у »/^С? ) ^ С £ )

(2) (2а) (26)

Анализ обширных материалов изыскательских организаций и НИИ-промстроя (более 800 значений ^ ), а также литературных данных показал, что приближенные зависимости (2), (2а), (2б) хорошо согласуются с существующими эмпирическими зависимостями. Последние могут рассматриваться как частные случаи более общей закономерности. Такие представления позволяют уточнять и.упрощать процесс получения региональных зависимостей между данными зондирования и показателями механических свойств грунта. Эти зависимости могут прогнозироваться исходя из формулы (I) и наиболее типичных для изучаемого грунта соотношений между У , с и £ .

Анализ большого числа данных бурения и лабораторных анализов грунта показывает, что его сопротивление по муфте трения зонда приближенно равно , т.е. сопротивление срезу при "бытовом" давлении (как для глинистых, так и песчаных грунтов). Так как у песков и глинистых грунтов величина ^ '/'Ря существенно различается, для распознавания этих видов грунтов может использоваться отношение Ф //}• Это также согласуется с экспериментальными данными автора и известными эмпирическими зависимостями.

Центральной задачей данной части диссертации явилось определение предельного сопротивления свай. Она решалась совместно с Г.С.Колесником в 60-е годы. Разработанный тогда вариант расчета неоднократно уточнялся в процессе практического применения и был включен в различные рекомендательные и нормативные документы,часть которых применяется до настоящего времени.

Па основании анализа литературных данных, экспериментов с применением свай-штампов, изучения данных производственных организа-

ций, применявших испытания свай и зондирование, были выявлены основные закономерности, связывающие сопротивления грунта под нижним концом и на боковой поверхности сваи с данными зондирования. Было установлено, что удельное сопротивление грунта под нижним концом сваи й в общем случае меньше сопротивления под конусом зонда (кроме некоторых слабых водонасыщенных глин). Причину этого автор видит в различном относительном заглублении (и, следовательно,различной возможности выпирания грунта на поверхность) зонда и сваи. В больинстве грунтов это различие невелико. Оно становится значительным при ¿2 3 МПа и возрастает с увеличением ^ и сечения свай. На основании упомянутых выше исследований было установлено, что сопротивление грунта на боковой поверхности сваи в общем случае меньше сопротивления по муфте трения зонда П типа . Это различие проявляется тем сильнее, чем прочнее грунт (больше Jj ) и чем ближе рассматриваемый слой к поверхности. Экспериментальные исследования, включавшие откопку 8 свай (глубина погружения 3... ...6 м, глинистые грунты), показали, что различие и J} связано с неодинаковым контактом грунта со сваей и муфтой трения зонда. В процессе погружения сваи грунт, прилипая к ее поверхности, увлекается в нижележащие пласты, что обусловливает возникновения прерывистых полостей вдоль сваи, переходящих в сплошную щель шириной 1...3 см вблизи поверхности грунта (см.рис.2). В методике расчета этот факт учитывался эмпирическим коэффициентом, зависящим от величины j¡ и глубины слоя грунта.

Сравнение результатов расчета с результатами статических испытаний свай (504 сопоставления) показало достаточную достоверность такого определения (см. рис.'3), более высокую, чзм у любого другого экспресс-метода.

Рассмотрен воп;>ос о переходе от частных значений сопротивлений свай к ее несущей способности и впервые Ц966 г.) была предложена методика учета изменчивости сопротивлений свай на плоэддке

а,-4. г

„ в-Л'в,

Рис.1 Расчетная схема к задаче о проникании зонда в упруго-пластичзскую среду (с параметрами

У , с . Е , ^ ) .

.•М.1 м<чау с=я»Я

КГЧ1ТНКТН Ч ? ) М ^

/-л-

л~---

Рис.2 Схема работы грунта на боковой поверхности забивной сваи

путем определения "коэффициента однородности грунта" по данным зондирования.

В целом исследования этого этапа позволили преодолеть взгляд на статическое зондирование как на чисто эмпирический метод и дали возможность рассматривать его данные как обобщенное отражение механических процессов в грунте. Статическое зондирование может пониматься как специфическое испытание грунта на прочность и де-формативность, при котором грунт приводится в сложное напряженно-деформированное состояние, характеризующееся наличием упругих и пластических зон. При этом, благодаря высоким скоростям деформаций, глинистый грунт под зондом работает практически в условиях отсутствия дренажа.

Сходство процессов, протекающих в грунте вокруг зонда и сваи, позволило найти простые эмпирические зависимости между результатами зондирования и сопротивлениями грунта под нижним концом и на боковой поверхности сваи. Они легли в основу предложенной методики расчета■несущей способности свай, достоверность которой подтвердилась последующей ¿0-летней практикой ее применения в различных регионах страны.

В третьей главе рассмотрены специальные задачи, решаемые с применением статического зондирования. В этом случае зондирование дает только часть необходимой информации, которая может использоваться лишь в совокупности с дополнительными сведениями по данному вопросу (например, об имеющемся сваебойном оборудовании, о грунтах, о проектируемом здании и проч.).

В первую очоредь это относится к предотвращению неоправданной недобивки свай.йссштр1ваются два принципиально различных подхода к подбору длин сваГ: (см.рис.4). При первом подходе сваи забиваются до нулевого отказа, при котором глубина погружения колеблется в пределах Д ± лк • а сопротивления свай одинаковы

г~ 1

-

•

• •• • •

•

•• • • № г

• • • • •

• $ • •

Л

« * я *

• -»Ж? ••г

■

•

яг аг ю>

Рис.3 Диаграмма рассеяния,характеризующая достоверность способа расчета предельных сопротивлений свай по данным зондирования /у за период 1965-1985 гг. (- предельное сопротивление свай по данным статических испытаний)

I л ) » < 1 ( I »11

-

I м- АЛ

' 1 « * » » 1 • » » ' • М

п*т

Рис.М Схема,характеризующая материалоемкость фундаментов при

погружении свай до заданного отказа и до заданной отметки

и равны ^/пах«При втором подходе погружение производится в те же грунты тем же молотом на заданную отметку, т.е. на одинаковую глубину Ь , при которой сопротивление свай колеблется в пределах р. , причем ^ Для восприятия одной и той же суммарной нагрузки число свай во втором случае должно быть большим, чем при первом, однако второй подход устраняет необходимость срубки свай, в то время как в первом объем отходов значителен. Анализ этих подходов методами теории вероятностей позволил получить критерий экономической целесообразности погружения висячих свай до заданной отметки

{^//?У(А/сил)^о,д1 (3)

где Р - среднее предельное сопротивление свай на глубине Л ;

интенсивность нарастания средних сопротивлений свай с увеличением глубины их погружения на I м. Указанный критерий предлагается вычислять по данным зондирования. Расчеты, проведенные применительно к большому числу площадок, показали, что ориентация на второй подход (забивку свай до заданной отметки) целесообразнее, чем на первый подход. Первый подход справедлив только для оснований, в которых прочность грунта интенсивно растет с глубиной или при четко выраженном несущем пласте (т.е. при большой величине Д^/аЬ ) для глубин, при которых пред- ■ полагается опирание свай на эти пласты.

При погружении свай до заданной отметки важна оценка возможности забивки этих свай имеющейся сваебойной техникой. Предлагается методика такой оцэнки по результатам зондирования. Сущност4 этой методики заключается в проварке двух условий: •

- минимальный отказ свай на площадке при выбранном молоте не должен быть меньше заданной величины (обычно 0,5 см) ;

- требуемое число ударов молота не должно превышать допустимой величины, зависящей от параметров молота, прокла.'ок и ударной

стойкости свай.

Ожидаемый минимальный отказ устанавливается для конкретной площадки статистическим расчетом по вычисленным частным значениям отказов. Последние определяются по "динамической" формуле СНиП 2.02.03-85, в которую подставляются предельные сопротивления свай, определенные по данным зондирования,(сниженные из-за отсутствия "отдыха" сваи). Требуемое число ударов устанавливает-

к

ся также с помощью»динамической формулы: определяются средние отказы для каждого метра погружения сваи, по ним вычисляется среднее число ударов для каждого метра, производится-их суммирование, дающее искомое количество ударов.

Таким образом, в разработанном подходе на каждвй площадке оценивается по данным зондирования не только несущая способность свай, но и подбирается наиболее эффективный молот (из имеющегося ассортимента), выявляется требуемая прочность свай (класс бетона, вид армирования), так чтобы обеспечивалось погружение их до проектной отметки. Кроме того, по данным зондирования решается вопрос о целесообразности погружения свай до заданной отметки или до заданного отказа.

В этой же главе рассматриваются вопросы применения статического зондирования а особых грунтовых условиях. Методика использования этого метода в просадочных грунтах включает оценку проса-дочности и определение несущей способности свай. Кроме усовершенствования известного метода распознавания просадочного грунта путем зондирования до и после замачивания совместно с З.М.Енике-евым предложен косвенный метод оценки просадочности по изменению сопротивлений грунта по муфтз трения при переходе зонда в состо 1-ние равновесия. Преобладание пылеватых частиц в лоссах и лессовидных грунтах способствует тому, что при скоростях деформаций, близких к нулю, их сопротивление разрушению не снижается, кг.к в боль-

шинстве глинистых грунтов.Для просадочных грунтов при переходе зонда в состояние равновесия не наблюдается обычного для глин и суглинков снижения сопротивлений грунта на 30...40;?. Это снижение в них оказывается значительно меньшим, а чаще всего происходит повышение. Аналогичные явления наблюдаются и в песках. Но отличить песок от лессов и лессовидных грунтов по данным зондирования обычно не составляет трудностей.

Несущая способность свай в просадочных грунтах определяется с учетом ее снижения при замачивании таких грунтов, выявляемого путем зондирования до и после замачивания. При статических испытаниях свай до и после замачивания околосвайного грунта результаты зондирования привязываются к результатам этих испытаний.

3 грунтах повышенной сжимаемости и неоднородности (при наличии слоев и линз торров или илов), где целесообразен учет совместной работы основания и сооружения, статическое зондирование позволяет более точно прогнозировать реакцию основания. Разработана совместно с Н.З.Биленко методика расчета осадок с учетом жесткости здания или сооружения. Последнее рассматривается как балка большого сечения на упругом основании.

При застройке пойменно-намывных территорий статическое зондирование облегчает решение важнейших для таких условий задач-оцзн-ку дополнительной осадки от веса намывного слоя и отрицательного трения свай.Исследования (проведенные совместно с А.А.Плаксом) подтвердили мнение, что деформации, обусловленные весом намывного слоя,характеризуются "компрессионным" модулем деформации. В этой связи н диссертации приводится зависимость между таким модулем и сопротивлением грунта под конусом зонда.

При наличии в грунте валунов вопрос о целесообразности свайных фундаментов осложняется необходимостью оценки "степени валун-ностг.", определяющей возможность забиики и, следовательно, приме-

нэния свай вообще. Статическое зондирование позволяет решать такую задачу с наименьшими затратами времени и материальных средств. Разработана (совместно с О.Н.Исаевым) методика прогнозирования доли свай, которые не достигнут проектной отметки из-за столкновения с валуном, т.е. методика оценки технической возможности возведения свайного фундамента. Сущность этой методики состоит в оценке вероятности столкновения свай хотя бы с одним валуном,способным ее остановить, по количеству зондирований, которые не удались из-за столкновения зонда с валуном. В качестве дополнительной информации требуются сведения о фракционном роставо валунов, что можно приближенно оценить путем изучения архивных данных об этой территории, осмотра котлованов соседних объектов и проч.

В целях повышения наглядности и выразительности получаемой информации (а следовательно, эффективности зе использования в проекте) разработаны принципы построения цифровых моделей основания по данным зондирования с реализацией на ЭВМ. Они включают построение разрезов и картограмм, отражающих изменчивость в плане и по глубине различных геотехнических показателей: предельных сопротивлений свай, модуля дсрормации грунта, литологических типов грунта и т.д. (см.рис.5). Экспериментальная проверка достоверности получаемых разрезов подтверждает приемлемость предложенной методики.

Таким образом, проведенные исследования показывают, что область рационального примэнзния статического зондирования может быть значительно шире, чем это принято в настоящее время на практике и отражено в нормах и стандартах ; она долота включать решение технологических задач, сзязанных с погружением свай, и многих вопросов, относящихся к проектированию свайных фундаментов з особых грунтовых условиях..

В_четвэл1о^_главс рассматриваются т9орзтичззк::е и практические вопросы со^.1 стного испочьчованпл зондирования грунтов с дру-

Рис.5 Пп:мз?ы цифровых моделей оснований: а) - разрез, отражающий изменчивость сопротивлений* грунта под конусом зонда ; б - использование разреза, отражающего изменчивость с:п;от1;влений свай ^ , при оценке совместной работы основания и сооружения

гими методами оценки несущей способности свай. При этом сделана попытка более полного учета реальных условий проведения геотехнических обследований, т.е. условий, при которых действие многих факторов точному прогнозу не поддается. Частные значения сопротивлений свай, определяемые различными приближенными методами, понимались как конкретные реализации случайных величин, характеризуемых своими распределениями, выявляемыми по данным прошлого опыта.

В первую очередь решался принципиальный вопрос о допустимости замены точных определений сопротивлений свай на приближенные, если последние выполняются быстрее и, следовательно, в большем количестве. Рассматривалась гипотетическая площадка, мысленно разделенная на /7 участков, характеризующихся своими сопротивлениями свай /у С имеется в виду I -й участок, у -е значение из /т? предполагаемых дискретных значений Рс ). Использовались методы теории информации. Каждое определение F¿j рассматривалось (в зависимости от его достоверности и неоднородности площадки) как средство уменьшения неопределенности представлений о пространственной изменчивости и среднем значении сопротивлений свай на изучаемой площадке. Эта неопределенность характеризовалась энтропией Н

Х=1Рие) 1о?1р (Ц-^?, Р р(^) 00

где вероятность £ -го "образа" площадки С из общего

числа /V ), т.е. мысленно возможного расположения участков с сопротивлением свай F¿j ; р вероятность сопротивления /у на ¿-и участке.

Разность значений энтропии, получаемых до и после проведения каких-либо испытаний (определений /^у ) представляет количество информации (н битах), которое содержится в результатах этих испытаний .

Проведенный анализ показал, что с увеличением числа участков, обследованных приближенным методом, суммарная информативность приближенных данных может достигнуть или даже превысить информативность меньшего числа более точных данных. Существует определенное соотношение объемов испытаний разной достоверности, при котором их информативность становится одинаковой (следует лишь учесть, что информативность лвбых испытаний ограничивается некоторым пределом, соответствующим обследование всех л участков). Были получены графики эквивалентных по информативности объемов определений сопротивлений свай различными по точности методами при разной неоднородности грунта (применительно к пост-роенив картограмм и оценке среднего сопротивления свай).

Таким образом, ориентация на упрощенные и быстрые методы оценки сопротивлений свай при рациональном использовании этих методов т?э означает снижения качества проводимых геотехнических работ, так как увеличение погрешности частных значений может компенсироваться более точной оценкой неоднородности грунта. Оптимальным является совместное применение экспресс-методов с более точными методами определения сопротивлений свай, так как в этом случае могут компенсироваться систематические ошибки, которые не учитывались в упомянутой выше модели.

Предлагается методика совместного применения разных по достоверности методов, основанная на использовании формулы Бэйеса. Последняя позволяет переоценивать вероятности различных гипотез Г. . после свершения некоторого события •

.1 ■ Р (¿/Г;) где ), ) - вероятности г -й гипотезы до и после

свершения события и (именуемые соответственно априорной и апостериорной) ;

Р1) ~ вероятность события при условии справедливости гипотезы /I ; ~ те же вероятности применительно к каждой из всех /7? гипотез.

В качестве уточняемых (априорных) гипотез выступают статистически обработанные данные прошлого опыта, в качестве событий - результаты, получаемые на обследуемой площадке. Наиболее простой случай подразумевает использование статического зондирования со статическими испытаниями свай. Точки зондирования располагаются равномерно по всей обследуемой территории, а на отдельных (наиболее типичных) участках, именуемых "ключевыми", проводятся корректирующие статические испытания свай. I результате сопоставления точных сопротивлений свай Ри на "кл»ч»вых" участках с приближенными ^ , выполнения вероятностных расчетов устанавливается поправочный коэффициент к среднему сопротивлению свай на площадке (см.рис.б). Он может отождествляться с коэффициентом надежности Д, , соответствующим конкретной площадке. В этом случае для особо ответственных объектов он дополнительно увеличивается на 0,05...0,1. Для случаев, когда статических испытаний ("ключевых" участков) не более двух, составлены таблицы коэффициентов надежности. При большем их числе производятся соответствующие расчеты на ЭВМ. В таблице приведены значения при одном испытании свай в зависимости от полученного на "ключевом" участке отношения предельных сопротивлений свай по данным зочдирова-ия к сопротивлению по дачным испытаний ^ /.

Значения в зависимости от результатов,полученных на "ключевом" участке

£01« °'_8 _1°_'9_ 11,0_ 11Д_! _! [ 1,5

0,75 0,84 0,94 1,03 1,12 1,20 1,2;- 1,31 1,35

довяш «».íwocra p(ç> «цолйч вел ели рU/Г )

>>9рОЯТНО«И_(-Срв1Н3111М* * ' и'СД.ВОООЯТНОСТИ OIUOHJHHII т

«•■»имя F/pno nioiajKo; Ч/Л. oi сре«нзго знпчэни» ifT/P \

* " HS ПЛОЩВДК9 ' ' Ч'

СОВлТЛ2

pesyiVTaT,nojij49H'twP I

Н8 f KID4143M участке!

Расчеты по формуле Бвйеса

2

ДЛОоТйРЖ)РНдК ИЗРОлТЛОСТЛ р (Ç/jJ

^лриорнмв швгпятностк принимается за йпостериориав

{Г-/«)

pô3ъптат.получрьмыЯ ... и ---------

iL

Рвсчэты no t>o 7Н/Л9 БеЯвсч

не и КДВЧ9ВЭИ участке ûff p fr¿ J P(*_/r- '

гОЬдТ.Г-:

реэужктвт.пог.'ченныЛ на p-wt ключэво1/ учясткэУ

''Априорные вероятности при-Ч нимавтся за апостериорные

>0нбор коэ1)&иииэчта наД9«ностн

Апостериори« ' .j.i

проятиости р(Т /4;-"P(V I

ГИС . L

'./хзча расчэта коофф;< ■»пакта надежности

Более общий случай подразумевает кроме статического зондирования использование еще нескольких приближенных методов (расчетов по физико-механическим свойствам грунта, динамических испытаний, испытаний свай-моделей и проч.). Точки обследования должны также размещаться равномерно по всей обследуемой территории и по возможности попадать на "ключевые" участки. Рассмотрено несколько частных случаев: "ключевых" участков нет; "клвчевые" участки есть, но не вое виды проведенных испытаний на них размечены; "клвчевые" участки находятся за пределами контура проектируемого объекта я т.д. Предлагаемый метод расчета учитывает как погрешности частных значений сопротивлений свай, так и влияние неоднородности грунта. Окончательным результатом является расчетная нагрузка, допускаемая на сваю.

Экспериментальная проверка предложенной методики проводилась на площадках, в пределах которых было выполнено больиое количество статических испытаний одинаковых свай. Появилась возможность наиболее точной оценки "истинного" среднего (нормативного) сопротивления свай и соответственно расчетной допускаемой нагрузки на сваю, что и принималось за эталон. С этими эталонными значениями сравнивались расчетные допускаемые нагрузки, полученные предлагаемым методом, причем "ключевые" участки размещались поочередно у каждой из испытанных свай. Рассматривались ситуации с одним,двумя, тремя...и т.д. (до 12) "ключевыми" участками в разных местах (всего было рассмотрено свыше 1600 ситуаций). Расчеты вались на ЭВМ ЕС-1022.

Полученные результаты показали, что при двух и более статических испытаниях свай предлагаемый подход позволяет без ущерба для надежности принимать нагрузки "а сваи в среднем нч 15....'0* выше, чем по СНиП 2.02.03-85. Более экономичные решения получаются и при отсутствии статических испытаний за счет более полного

использования информации от разных методов оценки сопротивления свай. В то же время предлагаемый подход обеспечивает надежность решений в случаях« не предусмотренных нормами, когда на площадке проводится лишь одно статическое испытание сваи.

Выполнен анализ процедуры комплексной оценки нагрузки, допускаемой на сваю, как единого технологического процесса, который может быть оптимизирован по тому или иному критерию. Анализ проводился методами линейного программирования по стандартной программе на ЭВМ ЕС-1022. Минимизировалась погрешность конечного результата, а ограничениями служили продолжительность и стоимость геотехнических работ, включавших статическое зондирование, бурение с лабораторными анализами грунта и расчетами сопротивлений свай, испытания модельных (эталонных) и натурных свай. Полученные результаты показали» что оптимальность достигается при доминировании статического зондирования, причем в принятой модели в большинстве частных случаев оптимальный состав вообще содержал одно лишь зондирование. Наблюдается закономерность, что с усилением ограничений сроков работ погрешности конечного результата возрастают. Это влечет за собой необходимость повышения "запасов" и увеличения стоимости фундамента.

Вопрос о целесообразности корректировки приближенных данных статическими испытаниями свай решался с использованием теории принятия решений в условиях неопределенности. Выявлено, что статические испытания экономически оправданы не всегда, если учитывать ущерб от затягивания сроков выполнения работ (снижения темпов оборачиваемости капитальных вложений). Для относительно мелких дешевых объектов может оказаться более разумным допущение повышенной стоимости фундаментов при исключении затрат времени и материальных средств на статические испытания свай. Предложена таблица для приближенной оценки целесообразности статических ис-

питаний свай в зависимости от вида и отоимовти проектируемых объектов. В диссертации показано, что при необходимости проведения статических испытаний свай таковые рекомендуется выполнять ускоренным методом, сущность которого в более быстром приложении нагрузки (условной стабилизацией осадки от каждой ступени нагрузки считается 0,1 мм за 15 мин.). Допуотимость такой методики досказывается натурными экспериментами.

На основании полученных результатов сформулированы основные принципы ускоренного выбора параметров свай. Они предусматривает доминирование в составе изыскательских работ отатичеокого зондирования при соблюдении специальных правил размещения в плане мест обследования, т.е. организацию "ключевых" учаотков,применение специальных методов расчета, обеспечивающих наиболее полное использование поучаемой информации, решение технологических задач, связанных с погружением свай, и комплексную компьютеризацию обработки даншх.

Таким образом, проведенные исследования показали,что применение статического зондирования совместно с другими методами оценки сопротивлений свай дает при рациональном подходе дополнительные преимущества ("эффект комплексности"), не достижимые пр1 раздельном использовании этих методов. Мжсимальная реализация таких преимуществ должна быть одним из основных принципов скоростной технологии изысканий для свайных фундаментов.

В пятой главе рассматриваются вопросы учета неточности данных о сопротивлении свай при оценке надежности свайных фундаментов.Необходимость такого рассмотрения связана с предлагаемой ориентацией проектно-изыскательских работ на статическое зондирование грунта, ибо в таких условиях проектировщик вынужден оперировать с большим числом приближенных данных. Погрешность оценок сопротивлений свай в зтом случае может оказывать большее влияние на надежность проекти-

руемых фундаментов, чем любой другой случайный фактор. Существующие же способы расчета это обстоятельство не учитывают. Разброс возможных значений сопротивления осяовгния определяется в основном неоднородностью грунта.

Предложен способ расчета надежности фундаментов,основанный на использовании общепринятого критерия надежности, т.е. оценке вероятности положительного значения разности между сопротивляемостью основания и действующей нагрузкой, понимаемых как случайные величины. Однако сопротивляемость основания устанавливается с учетом не только неоднородности грунта, но и погрешностей самих оценок частных значений сопротивлений свай. Такие погрешности отражают недостатки как измерительной аппаратуры, так и расчетных схем и выступают как дополнительный случайный фактор, увеличивающий разброс возможных значений несущей способности основания. Как и в рассмотренных выше задачах, влияние этого фактора устанавливается по данным прошлого опыта. Операции с распределениями выполняются численными методами, для чего все распределения условно рассматриваются как дискретные.

Критические значения -надежности фундаментов определяются на основе экономических критериев: затраты на повышение надежности должны "аходиться в разумном соответствии с ожидаемыми затратами на ремонт здания или сооружения в аварийных ситуациях.

В шестой .пшве рассматриваются вопросы автоматизации (компьютеризации) обработки данных. Использование ЭВМ имеет особое значение в предлагаемом подходе, так как без быстрого выполнения расчетно-графических работ теряется смысл быстроты полевых обследований, становится «евозмокным решение большинства рассмотренных выше задач.

Приводятся укрупче'нше блок-схемы основных программ. Это расчет несущей способности свай и предотвращение нэдобивки свай ^.НЛИПС), построение геотехнических разрезов ВРАЗРЕЗ),корректировка

коэффициента надежности (ЕЕЙЕС), совместное использование нескольких методов оценки несущей способности свай (СИНТЕЗ), учет жесткости здания при определении его осадок а неоднородных грунтах (СИСТЕМА), расчет надежности фундаментов при неточных исходных данных (АРНО).

В седьмой главе рассматривается результаты практического применения предлагаемого подхода и его элементов. Внедрение этого подхода проводилось по мере разработки отдельных вопросов, начиная с 60-х годов, т.е. с момента получения первых результатов - методики расчета несущей способности свай по данным зондирования установкой С-832. В дальнейшем статическое зондирование приобретало все большее практическое значение, что выражалось как в росте объемов его применения, так и характере реааемых задач.

Переориентация проектно-нзыскательских работ на статическое зондирование означала уменьшение на обследуемых площадках числа статических испытаний свай, буровых скважин, лабораторных анализов грунта в связи с заменой их большим числом зондирований. Такой процесс на первых этапах наиболее эффективно развивался в Башкирии . (Башкортостане), Куйбышевской (ныне Самарской), Омской.Кемеровской областях. Значительные работы в этом направлении проводились также Мосгоргеотрестом и трестом ГРИН в Ленинграде (ныне банкт-Петербурге} В 70...80-е годы статическое зондирование особенно интенсивно применялось в Тюменской области и Башкортостане. Начиная с 70-х годов изложенные в диссертации методы использовались ежегодно на 800... ...1000 объектах. Этим нанимались проектные и изыскательские организации, а также строительные тресты, имевшие в своем составе группы по совершенствованию и разработке проектной документации.

Основной эффект достигался за счет более рационального выбора длин свай, предотвращения их недобивки, применения индустриальных конструкций свайных фундаментов, сокращения продолжительности про-

ектно- изыскательских работ. Опыт совершенствования проектной документации выяви много примеров, когда анализ проектов свайных фундаментов, составленных по данным зондирования, позволял до 40$ снижать стоимость фундаментов, даже без проведения дополнительных работ.

Приведены наиболее типичные примеры удачного применения предлагаемого подхода к оценке грунта и выбору параметров свай. Так,в городах Тюменской области - Нижневартовске Радужному Лангепасе -в конце 70-х - начале 80-х годов удалось ускорить работы по выбору длин свай в 4...6 раз. Такое стало возможным из-за выполнения работ за весенний и осенний период (суровой зимой и летом работы в условиях болот и тайги были невозможны). При развертывании строительства Астраханского газокондэнсатного комплекса в 1981г. обсле-

2

дована территория площадью 5 км и в общих чертах решены вопросы о типе фундаментов (в т.ч. наиболее типичных параметрах свай) с выдачей всей документации за 19 дней.

Описаны примеры из практики применения предлагаемого подхода в Калужской области (Сухиничский филиал станкостроительного завода), Московской области (жилые дома), Тобольске (нефтехимический комбинат), Уфе (пойменно-нвмывная территория микрорайона Сипайло-во) и др.

Широко развернутые в конце 80-х и начале 90-х годов в Башкортостане работы по совершенствованию проектной документации путем дополнительного зондирования позволили сократить отходы железобетона в 2,5 раза (по сравнению с отходами предшествующих лет).

Таким образом, практика последних двух десятилетий подтвердила реальность повышения роли статического зондирования в решении задач свайного фундаментостроения. Главным условием получзния эффекта следует считать преодоление разрыва в решении изыскательских и строительных задач, т.е. тесное взаимодействие изыскателя и проак-

тировщика. Корректировка параметров свай по данным зондирования имеет большое значение для совершенствования проектной документации силами подрядной строительной организации. Эффект от такой корректировки может достигать 20... 40« от стоимости фундамента.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

Проведен комплекс теоретических и экспериментальных работ в области зондирования грунтов,ни основании чего решена проблема быстрого выбора параметров свай с учетом технологической возможности их погружения при резком сокращении числа трудоемких и дорогостоящих статических испытаний и пробных забивок. Это послужило' базой для реаения крупной народнохозяйственной задачи - массового применения свайных фундаментов с погружением свай по безотходной технологии (до -заданной отметки).

Приведенные в диссертации общие выводы содержат 16 пунктов,наиболее важные из которых могут быть сформулированы в следующем виде :

1. Получено приближенное решение теоретической задачи о проникании зонда в упруго-пластическую среду, которое позволило в наиболее общем виде представить связь прочностных и деформационных характеристик грунта с его сопротивлением под конусом зонда.Из выявленной общей закономерности вытекают как частные случаи многие известные эмпирические зависимости локального характера для конкретных типов грунтов. Знание полученных закономерностей позволяет существенно повысить эффективность применения статического зондирования грунтов для оценки свойств грунтов.

2. Выявлены основные закономерности взаимодействия грунта со сваей и зондом, которые легли в основу предложенной методики расчета несущей способности свай, применяющейся более двух десятилетий и включенной (с некоторыми поправками) в СНиП по проектированию свайных фундаментов (с 1972 г.). Согласно сложившимся представлениям удельное сопротивление грунта под нижним концом

сваи меньше, чем под зондом, в силу меньшего относительного заглубления сваи и, следовательно, большей роли процессов выпирания грунта. Сопротивление грунта на боковой поверхности сваи меньше сопротивления на муфте трения зонда П типа в силу худшего контакта сваи с грунтом.

3. Доказано, что традиционная забивка свай до заданного отказа не всегда обеспечивает минимальную материалоемкость свайного фундамента, если учитывать объемы отходов железобетона из-за недобивки свай. Предлагается критерий определения экономической целесообразности погружения свай до заданной отметки, вычисляемый по данным зондирования.

Выбор параметров свай предлагается основывать не только на их несуцей способности и действующих нагрузках, но и на технологической возможности их погружения имеющимися сваебойными средствами. Разработана методика такого выбора, основанная на использовании результатов статического зондирования и учитывающая как мощность сваебойного оборудования, так и ударную стойкость свай.

5. Статическое зондирование может служить эффективным средством изучения особых видов грунтов - просадочных, намывных, с "линзами" и слоями торфов и илов, насыщенных валунами и т.д. Предложены методы оценки просадочности грунта и несущей способности свай в таких грунтах, учета перераспределения нагрузок на сваи в зависимости от жесткости здания, способы прогноза недобивки свай при наличии валунов в грунте, оце«ки де{юрмативчости намывных оснований и отрицательного трения свай в таких основаниях по данным зондирования.

6. Разработаны принципы построения по данным зондирования картограмм и разрезов, отражающих изменчивость в плане и по глубине характеристик грунта и сопротивлений свай. Составлены соот-

ветствующие программы для ЭВМ, которые в настоящее время широко инедрены в практику.

7. Теоретически доказано, что при достаточно больном числе приближенных испытаний на площадке можно достигнуть белее точного отражения геотехничеокой обстановки, чем при малочисленных точных испытаниях. Это подтверждает, в частности, принциниальнув возможность переориентации проектно-изыскательских работ дли оаавных фундаментов на статическое зондирование. Наиболее еконоиичные решения достигаются при совместном использовании экопреео-ивтодов с малочисленными точными испытаниями (в частности зондирования со статическими испытаниями свай).

8. Разработаны основные методические приемы использования статического зондирования совместно с другими методами оценки несущей способности свай. Они основаны на применении правила Бейеса, где в качестве "априорной" информации выступают дачные прошлого опыта. Предлагаемые приемы позволяют снижать материалоемкость фундамента в среднем на 15...20* и обеспечивавт возможность принятия надежных решений при наличии линь одного испытания сваи,что традиционный подход не допускает.

9. Работы по оценке нагрузок, допускаемых на сваи, целесообразно рассматривать как единый технологический процесс, который может быть оптимизирован по составу применяемых методов в зависимости от требований к срокам, стоимости и т.д. Ооновными принципами выбора параметров свай а условиях сжатых сроков предлагается считать:

- доминирование экспресс-методов изучения грунта, особенно статического зондирования, специальные методы их размещения в плане (создание "ключевых" участков) ;

- применение специальных методов обработки получаемых данных, основанных на вероятностном подходе и обеспечивающих компенсацию

неточности конечного результата рациональными запасами, учет технологических факторов, связанных с погружением свай;

- комплексную коыьютеризацию ра счетно-графических работ.

10.. ¿нализ опыте практического применения полученных результатов подтверждают достаточную их эффективность в следующих направлениях:

- сокращение продолжительности проектно-изыскательских работ;

- повышение экономичности свайных фундаментов за счет более полного учета грунтовых условий, рационального установления запасов, соответствующих достигаемой точности результата;

- обеспечение погружения свай до заданной отметки на большинстве объектов (где это целесообразно) и возможность эффективного применения за счет этого полносборных фундаментов (со сборным ростверком, безростверковнх, свай-колонн и т.д.).

Содержание дисоертацин опубликовано в 80 работах, из которых наиболее важными являются следующие:

1. Статическое зондирование грунтов промышленной установкой С-832//Строительство предприятий нефтепереработки и нефтехи-мии.-М. :Стройиздат, 1966.-С. 177-168,(соавторы Комлев В.А. .Галка-нова Н.Д. .Изосимов №.§.).

2. Определение несущей способности свай методом статического зондирования с помощью установки С-832//Сборник докладов и сообщений по свайным фундаментам.-М. :Стройиздат,1968.-С.388-393 (соавтор йэлесник Г.С.).

3. Об особенностях взаимосвязи результатов зондирования с механическими свойствами грунта//Сб.трудов/НИЙ1ромстрой.-Вып. Ю.-М. :Стройиздат,1970.-С. 69-76.

Изучение деформаций грунта при проникании в него зонда с использованием рентгеновского излучения//Сб.трудов/НИШромстрой.--Зып. Ю.-М. :Стройиэдат, 1970,С. 67-69.

5. О характере связи' свойств грунта с сопротивлением внедрению стержневого зонда//Основания,фундаменты и механика грунтов :Ма те риалы 3-го Всесоюз.совещ.-Киев:Будивельник, 1971.-С. 32-37.

6. Учет случайных факторов при анализе данных зондирования //Сб.трудов/НИИпромстрой.-Вып. II.-М. :Стройиздат, 1973.-С. 51-53.

7. Об использовании модели упругопластичной среды при анализе процесса статического зовдирования//Основания,фундаменты и механика грунтов.-1973. -К5.-С. 38-40.

8. Индустриальше фундаменты крупнопанельных зданий//Науч-но-технический союз НРБ.-Варна, 1973 (соавторы Колесник Г.С. ,Еа-Еичев 3,3.).

9. Примеры практического применения теоретических зависимостей при использовании статического зондирования//Сб.трудов/НИИ-

промстрой.-Вып. 12.-М. :Стрсйиздат, 1974.-С.53-59.

10. Экспериментальные данные использования зондирующей установки С-832 для оценки просадочности грунтов//Сб.трудов/НИШром-строй.-Вып. 16.-М. :Стройиздат,1975.-С.37-42 (соавтор Еникеев В.М.).

11. Исследование, разработка и внедрение статического зонди-рования//Сб. трудов/НКИпромстрой.-Зып. 17.-Часть 1.-М. :Стройиздат, 1976.-С. 29-41 (соавтор Колесник Г. С.).

12. Швгак±-Тийотапуоз ¿вуйНтикойев.

Шучно-техническое сотрудничество. ФТИ (Венгрия)-НИШромстрой (СССР). Совместное издание.-Уфа-Будапешт, 1977.-170с.(соавторы Колесник Г.С.,Бабичев 3.3. и др.).

13. мйагак1-Тис1отапуоа г^уиЧ1;тикос1е8. Совершенствование технологии устройства свайных фундаментов машин и оборудования для их возведения.-НИев-Уфа-Будапе.ит: НИИСП

С ССС Р) - НИ ¡41 ро м с т рой (СЗСР'-Ш (Венгрия) .-215с. (.соавторы Гончаров Б., Зиязив 'О.,Еникеев "3. Ч. ,Готмлн А. Л. п др."1.

1'4. Использование белесовского подхода при выборе расчетных параметров основания по приближенным исходным данным//Сб.тези-

сов докл.конф."Геотехника-Поволжья".-Куйбышев,1983.-С.102-106.

15. Эффективные конструкции свайных фундаментов в жилищном строительстве//На стройках России.-1984.-№5.-С.38-41 (соавторы Бабичев 3.В./Колесник Г.С..Галкин E.H.)

16. Совершенствование оборудования и методов статического зондирования в сложных инженерно-геологических условиях//Проблемы инженерной геологии в связи с промншленно-гражданским строительством и разработкой месторождений полезных ископаемых: Тезисы докл.У Всесоюз.конф.-Том 3.-Свердловск,1984.-С.99-102 (соавтор Колесник Г.С.).

17. Выбор расчетных параметров основания по данным зондирования с учетом фактической достоверности получаемых данных//Пробле-мы инженерной геологии...:Тезисы докл.У Всесоюз.конф.-Том З.Свердловск,1984 .-С.197-201 (соавтор Колесник Г.С.).

18. Исследование возможности сокращения продолжительности статических испытаний свай//0снования,фундаменты и механика грунтов.-1987.-Я.-С.9-12 (соавтор Еникеев В.М.).

19. Учет возможности погружения свай при выборе их длины //Ускорение научно-технического прогресса в фундамэнтостроении,-Том I.-М.: Стройиздат,1987.-СЛ35-136.

20. Упрощенный метод выбора длин свай с учетом неоднородности основания и жесткости сооружения//Строительство на торфах и деформации сооружений на сильно-сжимаемых грунтах: Докл.2-ой Балтийской к<\чф.-М.:пОТИОСП, Г9вв.-С.131-139 (соавторы Гончаров Б.В., Колесник Г.С., Готман Ч.З.).

21. 0 предотвращении нодобивки сва? путем рационального выбора их парчм<5трв//Мзхачизирова'тач безотходная технология возведения с-.айных фундаментов из сваз- аоасхо? го1,овн.ости:Тезчзы дикл.

1-го Всесоюз.коорд.совес:.-:!ла.1гво^ток,19<"'б.-С.М-!4 (соавторы Гончаров Б.Т;. ,:;ол°сн::к Г.С.).

"'*'. П; о'-'кти; овачие со¡учданадтоя с погружением сва : до зидачче" отчзгки//Со вечные проблема с -аиного ;Wv9;!-

тостроения:Сб.докл.Зеесоюз.совой.-семинара.-Пермь:ППй,1988.-С.85-37 (соавторы Гончаров Б.В..Колесник Г.С.).

23. Корректировка приближенной оценки сопротивлений свай//0сно-вания,фундаменты и механика грунтов.-19^8.-,'S3.-С.19-22.

24. Безотходная технология погружения свай на базе данных зон-дирования//Расчзт и проектирование свай и свайных фундаментов¡Труды П Бсесопз^конф."Современные проблемы свайного фундаментостроения в СССР".-Том I. Пермь, ППИ, 1990. -С. III-ИЗ (соавтор Гончаров Б.В.).

25. Опыт применения свайных фундаментов на намывных грунтах Бап-кирии//Расчот и проектирование свай и свайных фундаментов:Тр.2-ой Всзсоюз.конф."Современные проблемы свайного фундаментостроения в СССР".-Том I.-Пермь: ППИ; 1990.-С.32-34 (соавтор Плакс A.A.).

26. Выбор допускаемой нагрузки на сваю способом ключевых участ-ков//Тр.2-ой Всесоюз.конф."Современные проблемы свай юго фундаментостроения в СССР".-Том 2.-Пермь: 1990.-С.84-86.

27. Применение статического зондирования при проектировании фундаментов в грунтах с валунами//Свайные фундаменты/ВНИИОСП.Даль-НЖС.-М. :Стройиздат,1991 .-C.4-II (соавторы Гончаров Б.В., Исаев О.Н.).

28. Расчет длин свай по цифровым моделям разреза плоцадки//Сов-ременные проблемы свайного фундаментостроения в СССР.- Пермь: ППИ, 1983.-С.33-35 (соавторы Гончаров Б.В..Горбатова H.H.).

29. 0 безотходной технологии погружения свай//0снованга, фундаменты и механика грунтов.- 1990,- 4.- С.7-° (соавтор Гоя,!вр';в Е.З.). ■ ■

30. Использование экспресс-методов изучения грунтов н изысканиях для свайных 5ундаментов//Проблечч свайного ¡>уч днм?н г1 ■ ое-ния. Tpj ды Iii мэждуна;Юд.кон?.- Часть 1.- По : ПП/', I^V.-С.62-СЗ.

31. Statistical Mathods of Determining Pile Lengths with a View to Possibilities of Driving// Proc.of the Int.Symp. on Penetrability and. Drivability of Pile. - Vol.1/ San Francisco, 10 Aug. 1965. '- San Francisco: Techn.Com. on Penetrability and Drivability of Pile ISSMFE, 1985. - P.107-108.(co-authors Kolesnik G.S., Enikeev V.M.).

32■ Automatization of Calculation of Foundations on the Basis of Static Sounding Data// Advancing Building Technology: Proc. X Trien.Congr.Int. Council for Build.Research, Studies and Document. - Washington, 1986. - P.303-308.(co-authors Goncharov B.V. , Gareeva II.B., Gorbatova N.Y.).

33- Efficient Technology in Pile Foundation Engineering// Proc.XII Int.Conf. on Soil Mech. and Found.Eng. - Rio de Janeiro 13-18 Aug. 1989. - Rotterdam: Balkema, 1969. - P.1089-1091. (co-authors Bartolomey A.a., Goncharov B.V., Omelchak I.M., Abbasov P.A.).

34. Dynamic Control of Pile Driving at Prescribed Driving Level// Proc. for the Discussion Session 14.XII Int.Conf. on Soil Mech. and Found.Eng. - Vol.2. - Rio de Janeiro: Techn.Com. on Pile Driving ISSMFE, 1969. - P.15-17. (co-authors Goncharov B.V., Lopatin V.P., Kolesnik G.S.).