автореферат диссертации по строительству, 05.23.02, диссертация на тему:Повышение несущей способности набивной сваи за счет предварительного изменения напряженного состояния основания.

На правах рукописи

Негаздар Моганлу Рахматуллах

ПОВЫШЕНИЕ НЕСУЩЕЙ СПОСОБНОСТИ НАБИВНОЙ СВАИ ЗА СЧЕТ ПРЕДВАРИТЕЛЬНОГО ИЗМЕНЕНИЯ

НАПРЯЖЕННОГО СОСТОЯНИЯ ОСНОВАНИЯ

/■

05.23.02 - Основания и фундаменты, подземные сооружения

АВТОРЕФЕРАТ диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва-2009 г.

Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования Московском государственном строительном университете

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

Знаменский Владимир Валерианович

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Кубецкий Валерий Леонидович

кандидат технических наук, старший научный сотрудник Сальников Борис Алексеевич

Ведущая организация: Научно-исследовательский, проектно-

изыскательский и конструкторско-технологаческий институт оснований и подземных сооружений им. Н.М. Герсеванова (НИИОСП)- филиал Федерального государственного унитарного предприятия «Научно - исследовательский центр «Строительство»»

Защита состоится 26 марта 2009 г. в 14 час, на заседании диссертационного совета Д 212.138.08 при ГОУ ВПО Московском государственном строительном университете по адресу: Москва, ул. Спартаковская, дом 2/1, аудитория 212.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГОУ ВПО Московского государственного строительного университета.

Автореферат разослан_февраля 2009 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета V Г_________ ... Знаменский В.В.

профессор, д.т.н. й

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Проблема рационального проектирования фундаментов является одной из актуальных в области современного фундамен-тосгроения. Особенно остро эта проблема стоит при строительстве на слабых грунтах, которые часто встречаются в Иране и в которых наиболее целесообразно применение свайных фундаментов. Доля затрат на возведение фундаментов зданий и сооружений в таких грунтовых условиях составляет 20 и более процентов. Учитывая интенсивное освоение и развитие индустриальных зон в Иране, актуальность проблемы улучшения качества и стоимости возведения фундаментов на базе использования новых научно-обоснованных технологий устройства свай и совершенствования методов их расчета, становится очевидной.

Вопросы повышения эффективности применения свайных фундаментов в настоящее время решаются, в основном, по двум направлениям: совершенствование конструктивных решений свайных фундаментов, включая и разработку новых типов свай, и совершенствование методов их расчета.

Совершенствование конструктивных решений фундаментов направлено по пути разработки новых экономичных и надежных конструкций фундаментов и методов их устройства, обеспечивающих повышение несущей способности грунтов в их основании. Широко известен негативный факт меньшей несущей способности буронабивной сваи в сопоставлении с несущей способностью забивной при одинаковых размерах и свойствах окружающего грунта. В связи с этим актуальной является техническая задача существенного повышения несущей способности буровой сваи по грунту за счет изменения напряженно-деформированного состояния грунта («упрочнения» грунта), окружающего ствол сваи. В настоящее время эта задача достаточно успешно решается с использованием различных технологий бурона-бивные, буроинъекционные, сваи - РИТ. Однако не получен результат универсального характера для рекомендации одного из методов повышения несущей способности буровой сваи применительно к различным инженерно-геологическим условиям грунтового основания и решению различных инженерных задач, в связи с чем необходим поиск новых технологий устройства буровых свай, приводящих к уплотнению окружающего ствол сваи грунта. В связи с этим актуальным является расширение арсенала технологических средств повышения несущей способности буровой сваи в таких направлениях, как:

- повышение обжатия стенок скважины в радиальном направлении при

строго адресном, хорошо управляемом и контролируемом технологическом процессе;

- организация процесса изменения напряженно-деформированного состояния грунта вокруг ствола сваи в режиме нагрузка-разгрузка с много-

кратной повторяемостью для гарантии необратимости достигнутого положительного эффекта «упрочнения».

Указанным условиям удовлетворяет технология, получившая название «Песконасос», существо которой заключается в том, что в стенки предварительно пробуренной скважины в радиальном направлении под высоким давлением впрессовывается сыпучий материал. Следствием впрессовывания является увеличение модуля деформации в значительном объеме области грунта вокруг рассматриваемой вертикали, а также увеличение предельного сопротивления сдвигу.

Эффективность технологии «Песконасос» применительно к различным задачам фундаментостроения (повышение расчетного сопротивления несущего слоя фундаментов мелкого заложения, корректировка контактных напряжений тяжело нагруженных фундаментных плит и др.) была неоднократно проверена на практике. В настоящей диссертации ставится вопрос оценки эффективности применения технологии «Песконасос» с целью повышения несущей способности буровой сваи.

Из вышеизложенного формулируется следующая основная цель диссертационной работы.

Цель диссертационной работы: Оценка и теоретическое обоснование эффективности использования технологии преобразования механических свойств грунта в околосвайном пространстве (технология «Песконасос») при решении задачи повышения несущей способности буровых свай по грунту; обобщение данных физического и численного эксперимента для обоснования инженерного метода расчета несущей способности буровой сваи с учетом выполненного преобразования механических свойств окружающего ее массива грунта.

Для достижения поставленной цели были поставлены и решены следующие задачи:

- проведены полевые и лабораторные экспериментальные исследования, подтвердившие возможность и эффективность уплотнения грунтов, взаимодействующих с боковой поверхностью буровой свай, выполненной с использованием технологии «Песконасос»;

- аналитически обоснована практическая возможность устройства набивных свай с использованием технологии «Песконасос» с целью повышения их несущей способности до несущей способности забивной сваи тех же размеров;

- разработана методика регулирования размеров зоны уплотненного грунта вокруг буровой сваи, а также методика определения характеристик грунтового массива в уплотненной зоне;

- разработана инженерная методика учета уплотнения грунта вдоль боковой поверхности буровой сваи при определении ее несущей способности на вертикальную нагрузку.

Научная новизна работы.

1. В результате анализа данных о несущей способности забивных и буровых свай по грунту, полученных с использованием классических представлений теории предельного равновесия, установлены интервалы необходимого обжатия стенок скважины при впрессовывании сыпучего материала с целью повышения несущей способности буровой сваи до значений, характерных для забивной сваи.

2. В результате численного эксперимента в линейной постановке установлено, что при рекомендованном СНиП 2.02.03-85 значении ( = 0,2 (коэффициент перехода от предельного значения средней осадки проектируемого здания или сооружения к осадке одиночной сваи) результаты расчетов на основе решения задачи средствами теории предельного равновесия и численного расчета находятся в удовлетворительном соответствии.

3. Установлено, что численные расчеты несущей способности буровой сваи как при однородном, так и преобразованном основании в нелинейной постановке при критерии предельного состояния по теории Мора-Кулона приводят к заниженной оценке несущей способности сваи по грунту. Таким образом, вопрос адекватности уравнения состояния реальному механическому поведению грунта при сложном напряженно-деформированном состоянии применительно к рассмотренной краевой задаче остается в настоящее время открытым.

Практическая значимость работы.

1. Разработана методика расчета параметров производственного процесса упрочнения основания с целью достижения задаваемой меры повышения несущей способности буровой сваи по грунту.

2. Применение разработанной методики уплотнения грунтов при устройстве набивных свай позволяет практически вдвое увеличить несущую способность их боковой поверхности, в результате чего снижается стоимость фундамента за счет сокращения числа свай в нем и уменьшения размеров ростверка. В среднем, как показали расчеты, это приводит к сокращению расхода материалов на фундамент на 10-12%,

3. Предложенная инженерная методика определения несущей способности вертикально нагруженной набивной сваи в уплотненном по технологии «Песконасос» основании, представлена в привычном для проектировщиков виде (формула 7.11 СП 50-102-2003) с использованием коэффициентов условий работы грунта на боковой поверхности сваи, рекомендуемых в диссертационной работе.

В целом настоящая работа расширяет и дополняет имеющиеся возможности улучшения строительных свойств грунтов, взаимодействующих с бо-

ковой поверхностью набивных свай, что приводит к повышению их несущей способности. Результаты этой работы будут способствовать еще более широкому внедрению свайных фундаментов в практику строительства, повышая экономичность и надежность принимаемых технических и проектных решений как в России, так и в Иране.

Достоверность результатов исследований, а также сформулированных в работе научных положений, выводов и рекомендаций обеспечена тем, что использованы положения и классические решения теории предельного равновесия фунтов, данные по определению несущей способности свай, рекомендуемые СНиП, данные сопоставления результатов расчета и проведенных экспериментов.

Реализация работы. Результаты выполненной работы могут быть использованы для существенного увеличения несущей способности буровых свай, устраиваемых в слабых грунтах, а также для уплотнения грунтов в основании фундаментов мелкого заложения. Кроме того, они могут быть использованы в практике научно-исследовательских работ, выполняемых в учебных, проектных и научно-исследовательских учреждениях, а также автором диссертационной работы в своей научной и педагогической деятельности в Иране.

На защиту выносятся.

1. Результаты теоретических и экспериментальных исследований несущей способности буровой сваи по грунту, упрочненному за счет изменения напряженно-деформированного состояния по технологии «Песконасос».

2. Методика расчета параметров упрочнения грунтового основания при заданном увеличении несущей способности буровой сваи.

3. Методика расчета механических характеристик грунта в упрочненной зоне основания.

4. Инженерный метод расчета несущей способности по грунту вертикально нагруженной набивной сваи, изготовленной с использованием технологии «Песконасос».

Публикации по результатам исследований. Основные результаты диссертации отражены в 2-х научных работах.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, выводов и рекомендаций и содержит 154 страниц, в том числе 65 рисунков, 12 таблиц и список литературы из 100 наименований.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении изложена общая концепция работы, обоснована актуальность темы, сформулированы цель и задачи диссертации, изложена научная новизна и практическая значимость работы, приведены данные о структуре и объеме диссертации.

В первой главе приводятся основные сведения о сваях и свайных фундаментах, анализируются процессы, происходящие в грунтах при погружении готовых свай и изготовлении буровых. Рассмотрены технологические

решения, направленные на повышение несущей способности буровых свай по грунту с использованием различных способов изменения напряженно-деформированного состояния грунтового массива в окрестности пробуренной скважины (буронабивные, буроинъекдионные сваи, сваи - РИТ), выполнена оценка каждого из рассмотренных методов критериально к решению практических задач современного фундаментостроения.

Рассмотрены и проанализированы методы расчета несущей способности свай по грунту, в большинстве которых используются схемы, где в явном виде не рассматривается изменение радиальных напряжений в грунте при образовании ствола сваи, В явном виде не учитывается и неоднородность массива в плане и по глубине, обусловленная особенностями технологии работ по изготовлению ствола сваи и особенностями инженерно-геологического строения основания.

Учитывая положительные и отрицательные стороны возможностей каж современных численных методов расчета свайных фундаментов (Ю.К.Зарецкий, М.И.Карабаев, В.А.Барвашов, И.Ц.Бойко, В.Г.Федоровский, В.М.Кирилов, И.В.Макарова, Ф.К.Лапщин, З.Г.Тер-Мартиросян, В.В.Семенов, Д.Ю.Чунюк, и др.), так и теоретических методов, основанных на решениях теории предельного равновесия грунтового основания (В.Г.Березанцев, Го Нин, Ю.Ю.Вайчайтис, А.А.Григорян, Б.В.Бахолдин, Н.Т.Игонькин, З.Г.Тер-Мартиросян, А.П.Хамов, и др.), показана целесообразность развития инженерных методов расчета, применение которых для решения сложнейших проблем взаимодействия свай с фунтовым основанием позволяет существенно упростить расчет; обеспечив при этом приемлемую для решения инженерных задач точность, и широко используется на практике.

Во второй главе рассмотрен способ устройства буровых свай, использующий эффект предварительного напряженного состояния в грунте вдоль их боковой поверхности, создаваемого по технологии «Песконасос», разработанной и доведенной до практического использования в лаборатории «НИиГТПЛ ПиК» МГСУ под руководством профессора кафедры МГрОИФ, к.т.н. А.Л. Крыжановского и участии автора настоящей диссертационной работы.

Схема упрочнения грунта по технологии "Песконасос" при устройстве буровой сваи показана на рис. 1а и заключается в следующем: в скважину, защищенную обсадной трубой с бункером для песка, вставляется специальный толкатель, имеющий на своем нижнем конце эластичный баллон-нагнетатель. При подаче давления Ро эластичная оболочка расширяется и впрессовывает окружающий ее грунт в радиальном направлении. При сбросе давления образовавшийся зазор между грунтом и нагнетателем заполняется песком из бункера. При нескольких циклах подачи и сброса давления Р0 объем впрессованного песка возрастает в пределах контура диаметром £>;. Цикл многократно повторяется до получения отказа, задаваемого, например, по дос-

тигнутому давлению впрессовывания или объему впрессованного сыпучего материала.

(а) (б)

Рис. 1. а) Схема упрочнения грунта по технологии «Песконасос», б) Расчетная схема по В.Г. Береза нцеву

Результат упрочнения грунта в зоне действия «песконасоса» может контролироваться статическим зондированием.

Далее рассмотрен вопрос о технической возможности осуществления необходимых параметров упрочнения с использованием технологии «Песконасос» при решении задачи повышения несущей способности боковой поверхности буровой сваи в 2 и более раз.

Рассмотрена расчетная схема, показанная на рис. 16: однородный песчаный массив (у = 1,6 тс/м1; ф=35°; с=0) с включением сваи длиной Ь, диаметром с1ц.

Среднее значение предельного напряжения по торцу сваи Р^ определено в соответствии с решением В.Г. Березанцева:

Рср=МгуЬ + ИгЧ

О)

С целью оценочного расчета, принято, что среднее значение а„ср можно установить в соответствии с теорией прочности Мора-Кулона:

= - У2) = №гуЬ + ИгЯ)ЛёЧ 45° - %)

(2)

Результаты расчета значения £Гя ср для рассматриваемых условий приведены в таблице 1.

Длина сваи Ь, м 5 10

Диаметр сваи ¿4, см 33 40 33 40

МП3 > 1,78 1,87 3,49 3,55

Из данных таблицы 1 следует вывод о том, что для повышения несущей способности буровой сваи до значений, характерных для забивной сваи, необходимо располагать технической возможностью обжатия стенок скважины напряжением аа№ достигающим значений 1,8 и более МПа, а это является уже решенной технической задачей.

Внешний диаметр зоны впрессованного песка или цементйо-песчаной смеси определятся из условия, что внешняя граница области грунта, находящегося в предельном состоянии, устанавливается из допущения, что среднее значение наименьшего главного напряжения равно = о'.;= уг, а наибольшее - по теории Кулона-Мора:

(3)

тогда из условия равновесия сил в горизонтальном сечении имеем: (Кгу.с!0 + Мгг.1№4 45-^/2)

А=Ч.-

ГХ^2(45+(р/2)

(4)

Применительно к значению угла внутреннего трения грунта ^=30° вычисленные по формуле (4) значения £>, достигают О, ~М0, гдес/0-начальный диаметр сваи. Характерно, что и на практике граница интенсивного уплотнения грунта в случае забивной сваи также оценивается значением 3 4>-

Расстояние X, на котором взаимным влиянием свай можно пренебречь, определится по формуле:

(5)

Данные расчета; по формуле (5) приведены в таблице 2 и свидетельствуют о том, что при расстоянии между сваями порядка 6 ¿4 взаимным влия-

нием свай можно пренебречь, что также соответствует многочисленным экспериментальным фактам.

Таблица 2.

Длина сваи Ь, м 5 10

Диаметр сваи, см 33 40 33 40

Значение X, м 2,1 2,53 2,04 2,5

Х^о 6,4 6,3 6,2 6,25

Значение модуля деформации грунта в зоне действия «песконасоса», ограниченной диаметром Б2, по полученной в диссертации формуле определяется по формуле:

+ --+ (6)

45+%)

где Е0 - модуль деформации грунта в природном состоянии; К - экспериментальный параметр (для песка средней крупности, средней плотности К = 1,30).

Результаты, полученные из расчета по формуле (6), показаны на рис. 2.

Следует отметить, что прогнозируемые расчетом значения Е должны быть подтверждены в полевых условиях (штамповое, прессиометрическое испытание, динамическое или статическое зондирование).

В случае, когда не является следствием забивки сваи, а осуществляется самостоятельным технологическим приемом (<т„ф = Р0) для вычисления несущей способности сваи в песчаном грунте справедливы формулы:

(7)

(8)

" - 0,5 Тб ГЗ . 1.8

Рис.2.Изменение значения модуля деформации грунт? в зависимости от!)/

ЭкР(М)

В таблице 3 представлены результаты расчетов несущей способности сваи Р& при диаметре 0,33 м и длине 5 и 10 м при различных давлениях впрессовывания песка в стенки скважины Р0.

_Таблица 3

Длина сваи, Давление

м Ро, кгс/см3 ^ тс Я/Я«

5 2,4 48,5 1,3 0,83

3,6 58,9 1,6 1,0

4,8 69,3 1,9 1,20

10 4,8 95,3 1,26 0,93

7,2 115,9 1,53 1,12

9,6 136,8 1,80 1,34

Согласно данным таблицы 3, в результате впрессовывания песка в стенки скважины по изучаемой нами технологии удалось повысить несущую способность набивной сваи до 2 раз в сравнении с ее устройством без упрочнения грунта, а также превысить несущую способность забивной сваи тех же геометрических размеров.

В третьей главе приведены и проанализированы результаты лабораторных и полевых экспериментальных исследований возможности и эффективности устройства и работы набивных свай, выполненных по технологии «Песконасос».

Лабораторные эксперименты проводились в лотке со стеклянными стенками размером 50 х 110 х 120 см.

Песок укладывался в лоток послойно и уплотнялся с расчетом получения у!р =1,6 тс/м3. Испытаны модели свай с начальным диаметром 3,0 см и длиной 0,5 м. Для фиксации перемещений песка при изготовлении свай и их работе под действием вертикальной нагрузки вдоль стенок лотка с внутренней стороны закладывались вертикальные бумажные ленты. Модуль деформации песка в процессе эксперимента определялся статическим зондированием.

Увеличение диаметра ствола сваи после впрессовывания песка иллюстрирует фотография, показанная на рис. 3. При давлении Ро = 4 атм. диаметр модельной сваи увеличился до 5 см; при Ро - 6 атм. - до 7.5 см, что близко соответствует значениям, определенным по формуле (4).

По результатам зондирования, которое проводилось перед началом устройства сваи по технологии «Песконасос» и после окончания ее формирования, было получено максимальное значение модуля деформации Е= 32 МПа в непосредственной близости от сваи и 16 МПа при удалении от оси сваи на 8 ё. Среднее значение модуля деформации составило 22 МПа. Можно говорить об увеличении модуля деформации в среднем 3 раза.

Фото лотка с графиками изменения модуля деформации песка показано на рис. 3.

Как показали расчеты, изменение значения модуля деформации грунта в радиальном направлении при обжатии стенок скважины давлением Р0 удовлетворительно описывается формулой (6).

Эффективность применения рассматриваемой технологии определялась путем сравнения несущей способности буровой модельной сваи, выполненной обычным способом, и сваи, стенки которой обжаты радиальным давлением Р0 равным 4 и 6 атм.

Нагружение свай при определении их несущей способности осуществлялось винтовым домкратом, нагрузка на сваю Р замерялась образцовым динамометром, перемещения сваи (осадка 5) фиксировались индикаторами часового типа.

Рис. 3. Фото лотка с графиками изменения модуля

деформации песка 1 - граница впрессованного песка; 2 - эпюра начального значения модуля деформации Енач\ 3 - эпюра значении модуля деформации Е после упрочнения; 4 - среднее значение модуля деформации £ после упрочнения.

Полученные графики зависимости осадки головы сваи 5 от усилия Р показаны на рис. 4.

Согласно полученным графикам, в зависимости от давления впрессовывания песка, несущая способность буровой сваи, выполненной по технологии «Песконасос» более чем в два раза превысила несущую способность буровой сваи, выполненной обычным способом.

Полевой эксперимент проводился с целью установления возможности и отработки технологии устройства буровых свай по технологии «Песконасос» по двум, описанным ранее, вариантам технического решения толкателя.

Сваи устраивались в предварительно пробуренных скважинах диаметром от 10 до 15см, длиной от 2 до Зм.

22 с р — 0) 54 С Р. =4,0 ию/смЗ) 126 с Р »6,0 ет/ЬмЭ}

у О и и

Рис. 4. Зависимости осадки модельной сваи в от нагрузки Р 1 - буровая свая; 2 - при обжатии стенок напряжением Р0 = 4.0 кгс/см2; 3 - то же при Р0= 6,0 кгс/см2

Возможность устройства свай с использованием технологии «Пескона-сос» была полностью подтверждена, при этом были выявлены важные детали ее применения, существенно влияющие на качество выполнения свай. Даны, изложенные в диссертации, практические рекомендации.

В целом полученные экспериментальные данные полностью подтверждают возможность и эффективность применения технологии «Песконасос» для изготовления буровых свай повышенной несущей способности.

Экспериментально подтверждено, что увеличение несущей способности буровой сваи при использовании метода впрессовывания сыпучего материала в радиальном направлении достигает двукратного значения и может превышать несущую способность забивной сваи тех же геометрических размеров.

Полученные в проведенных экспериментах размеры внешнего диаметра впрессованного песка Д/ и диаметра зоны изменения начального напряженного состояния в массиве грунта вокруг сваи А> удовлетворительно совпадают с рассчитанными по формулам, полученным в диссертации. Изменение значения модуля деформации грунта в радиальном направлении при об-

0 10 30 50 70 90 110 130

, кгс

жатш стенок скважины давлением Р0 также удовлетворительно описывается полученной в диссертационной работе формулой.

Четвертая глава посвящена численному расчету системы «свая-окружающий грунт». Изложены теоретические основы численного моделирования, приведены основные сведения о программном комплексе «PLAXIS», обоснован выбор расчетной модели грунта для анализа взаимодействия сваи с окружающим массивом, поставлены и решены тестовые задачи.

При решении тестовой задачи с целью проверки действия программы PLAXIS 3D Foundation для моделирования в упругой и упругопластической постановке взаимодействия одиночной сваи с окружающим грунтом были использованы данные предпроектных испытаний 2-х буронабивных свай статической вдавливающей нагрузкой, проведенных компанией ООО «SEPAR-АВ-КНАК» на участке строительства жилого дома в г. Тегеране при участии автора диссертации. Необходимые для использования упругой и упругопластической моделей параметры грунтового основания были определены соответствующими испытаниями, предусмотренными нормативными документами Ирана.

Нагрузки Р (Тонны)

2D ВО 100 140 180 220 2Е0

Рис. 5. Графики зависимости осадки от нагрузки, построенные по данным статических испытаний одиночных свай и данным расчета по программе PLAXIS: а) - упругое состояние; Ь) - упруго-пластнческое состояние

Показанные на рисунке 5 графики нагрузка-осадка, полученные в результате проведенных испытаний и расчетом с использованием программы PLAXIS 3D Foundation, в заданном диапазоне изменения вертикальной нагрузки дали близкий результат, что подтвердило возможность ее применения для решения практических и исследовательских задач, связных с вопросами взаимодействия свай с грунтовым основанием.

При моделирование работы буровых свай, изготовленных по технологии «Песконасос», расчеты выполнены также в упругой и упругопластической постановке. Был выполнен расчет одиночной вертикально нагруженной сваи при ее начальных диаметрах 0,33 и 0,40 м, длиной 5,0 и 10,0 м. Расчетная схемы данной модели с начальным диаметром сваи 0,33м показана на рис. 6.

Изменение значения модуля деформации в радиальном направлении при обжатии стенок скважины напряжением Р0 определено по формуле (6).

Рис. 6. Расчетная схема взаимодействия сваи с грунтовым массивом

Определение несущей способности забивной и буровой сваи в рамках представлений расчетов по второй группе предельных состояний предусматривает повторение условности, принятой в СНиП. Условность заключается в том, что несущей способности сваи соответствует перемещение ее головы 5 от передаваемой силы Р равны 0,2 8доп. Принято характерное значение 5а<ж. =8,0см, и, соответственно, 5=1,6см.

Перечень рассмотренных вариантов расчетов приводится в таблице 4.

Таблица 4.

Длина Диаметр №№ Значения Е в интервале Р<я> ТС, Рсб>Беру

сваи сваи вариан- X, кНУм2 при ТС

Ь, м м тов

а-г а 2 ¿1-Ъ с1 Ъ<1-А<1

0,33 1 350 250 150 33.0 36.8

5 0,40 2 350 250 150 42.0 44.9

0,33 3 350 250 150 95.0 104.8

10 0,40 4 350 250 150 135.0 146

Численным расчетом определена зависимость применительно

к системе «основание - свая». Несущая способность сваи. соответствует значение Р при осадке 5=1,6см.

Полученные в результате численных расчетов зависимости для

сваи диаметром 0,33 м графически представлены на рис. 11 и свидетельствуют о следующем.

1000

-р - Рис. 11. Зависимость (КН) S4S(P) по результатом численного расчёта (L свай=5 м.; tp~ 35°)

1. </=0.33 , Econs*=B0 кН/кв.м, упр.

1'. <f=0.33 , Е cons=S0 кН/кв.м, плас.

2. rf=0.33, £Ч2(х)=250, 150,80 кН/кв.м,упр. 2'.dNU3 £N200=250, 150,800 кН/кв.м, плас.

3.d=0.33, /Г=П(х)=500; 300;200;150;80кШкв.м, упр.

3\rf=0.33, £=f3(x)=500;

300;200;150;80кН/кв.м,

плас.

1. Наибольшее отличие от данных определений несущей способности по СНиП, отвечающих, в первом приближении, натурным результатам,

дает расчет в упругопластической постановке это объясняется не объективным фактом реально меньшей несущей способности сваи, а недопустимостью использованной в рассматриваемых условиях модели упругопластической среды.

2. Данные расчетов в упругой постановке, применительно как к однородному, так и неоднородному в плане основанию, приводят к результату определения несущей способности буровой сваи, достаточно близко согласующемуся с прогнозом по СНиП. При этом важно подчеркнуть необходимость соблюдения критерия СНиП, а именно: >9=0,2 8доп. Таким образом, результаты численного расчета позволяют уверенно считать, что в случае плановой неоднородности основания, достигнутого использованием технологии «Песконасос», прогноз повышения несущей способности сваи будет адекватен натурным данным в той же мере, как и данные расчетов по рекомендациям СНиП буровых и забивных свай.

В пятой главе изложены рекомендованные методы определения несущей способности буровых свай, изготовленных по технологии «Песконасос» - практический и численный.

Практический метод. Несущая способность буровые сваи р„, изготовленной по технологии «Песконасос», определяется по формуле (4.6) СНиП 2.02.03-85. Свайные фундаменты:

^УеСйлДЛ + иЕу^Л/), (9)

где: ус - коэффициент условий работ сваи в грунте, принимаемый равным 1,0; уся - коэффициент условий работы грунта под нижним концом сваи, принимаемый равным 1,0; ус/- коэффициент условий работы грунта на боковой поверхности ствола буровой сваи, принимаемый по таблице 5 в зависимости от величины давления впрессовывания сыпучего материала Ро в стенки скважины при ее изготовлении; ^ - расчетное сопротивление грунта на боковой поверхности ствола сваи, принимаемое по табл. 2 СНиП 2.02.03-85; А, - толщина 1-го слоя грунта, соприкасающегося с боковой поверхностью сваи; Я- расчетное сопротивление грунта под нижним концом сваи, определяемое в соответствии с указаниями пункта (4.7) СНиП 2.02.03-85; и - периметр ствола сваи диаметром В,\ А - площадь поперечного сечения сваи диаметром А; А - диаметр сваи, определяемый по формуле (4).

Значения коэффициентов условий работы грунта на боковой поверхности ствола сваи в зависимости от давления впрессовывания сыпучего материала Ро:

Формула (9) позволяет определять несущую способность буровой сваи, изготовленной по технологии «Песконасос» в зависимости от давления обжатия скважины Ро, которое является регулируемой величиной.

Численный метод. Расчет несущей способности буровой сваи, изготовленной по технологии «Песконасос», выполняется с использованием программы PLAXIS 3D Foundation в линейной постановке. Расчет выполняется в следующей последовательности.

1. Составляется расчетная модель массива грунта с впаянной в него сваей диаметром d0, длиной L, как это показано на рис. 10. Массив грунта моделируется с учетом его технологической неоднородности в плане, вызванной работой «песконасоса», и природной неоднородности по глубине.

Таблица 5

Р0 (МПа)

0,5 1,10

1,0 1,20

1,5 1,30

2. Для принятого в проекте давления впрессовывания сыпучего материала Р0 с помощью программы (output) получаем график зависимости «нагрузка-осадка» s =/(Р)).

3. По графику зависимости s =f(P) определяется предельное сопротивление сваи Fm за которое, в соответствии с указаниями СНиП 2.02.03-85 принимается нагрузка, под воздействием которой свая получает осадку s, равную

S = £Su,m< (Ю)

где £ - переходный коэффициент, принимаемый равным 0,2 '■> Su,mt ~~ предельное значение средней осадки фундамента проектируемого здания или сооружения, устанавливаемой по СНиП 2.02.01-83*.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1. Проведенные полевые и лабораторные экспериментальные исследования подтвердили возможность устройство буровых свай с использованием технологий «Песконасос», при которой гарантированный и прогнозируемый результат упрочнения грунта вдоль боковой поверхности ствола набивной сваи достигается при управляемом и строго дозированном процессе воздействия на него уплотняющего давления, сопровождающегося впрессовыванием в стенки скважины сыпучего материала (песчано-цементной смеси).

2. Аналитически обоснована и экспериментально подтверждена практическая возможность создания вокруг ствола сваи, изготовленной по технологии «Песконасос», радиальных напряжений, соизмеримых с радиальными напряжениями, возникающими при погружении в грунт забивных или вдавливаемых свай, что позволяет довести несущую способность ее боковой поверхности по грунту до несущей способности боковой поверхности забивной сваи тех же размеров.

3. В результате анализа данных о несущей способности забивных и буровых свай по грунту, полученных с использованием Классических представлений теории предельного равновесия, установлены интервалы необходимого обжатия стенок скважины при впрессовывании сыпучего материала с целью повышения несущей способности боковой поверхности буровой сваи до значений, характерных для забивной сваи. Проведенные расчеты показали, что для этого достаточно иметь возможность обжать окружающий массив вдоль боковой поверхности сваи в радиальном направлении давлением в 1,0-1,5 МПа, Создание указанных давлений при использовании технологии «Песконасос» является уже решенной технической задачей. При большем давлении несущая способность боковой поверхности набивной сваи может превысить несущую способность боковой поверхности забивной сваи.

4. Полученные в проведенных экспериментах размеры внешнего диаметра впрессованного песка Di и диаметра зоны изменения начального напряженного состояния в массиве грунта вокруг сваи (зоны влияния) D2 удовлетворительно соответствуют рассчитанным по формулам, полученным в

диссертационной работе. Определенные по полученным формулам значения I); и В2 составляют приблизительно Зс/0 и 6с1о, где ¿о - начальный диаметр скважины, что соответствует принятым на практике и подтвержденным многочисленными экспериментальными данными значениям для забивных свай и показывает правильность принятых при получении этих формул доруще-ний..

5. По данным проведенных экспериментов изменение значения модуля деформации грунта в радиальном направлении при обжатии стенок скважины по технологии «Песконасос» давлением Ро удовлетворительно описывается полученной в диссертационной работе формулой. Полученная формула имеет важное значение для решения практических задач, связанных не только с расчетом буровых свай, изготовленных по этой технологии, но и для регулирования деформативности неоднородного в плане основания под фундаментами различных сооружений.

6. В результате численного эксперимента в линейной постановке с учетом технологической неоднородности массива грунта, обусловленной впрессовыванием сыпучего материала в радиальном направлении при различных значениях давления впрессовывания установлено, что при рекомендованном СНиП 2.02.03-85 значении коэффициента £, = 0,2 (коэффициент перехода от предельного значения средней осадки проектируемого здания или сооружения к осадке одиночной сваи) результаты расчетов на основе решения задачи средствами теории предельного равновесия и численного расчета находятся в удовлетворительном соответствии.

7. Разработанный инженерный метод расчета параметров регламента работ по преобразованию механических свойств основания при устройстве буровой сваи по технологии «Песконасос» позволяет при определении ее несущей способности по грунту в явном виде учесть плановую неоднородность основания и радиальное давление впрессовывания сыпучего материала в стенки пробуренной скважины. Варьируются также начальный диаметр скважины и длина образуемого ствола сваи.

8. Предложенная инженерная методика определения несущей способности вертикально нагруженной набивной сваи в уплотненном по технологии «Песконасос» основании представлена в привычном для проектировщиков виде (формула 7.11 СП 50-102-2003) с использованием коэффициентов условий работы грунта на боковой поверхности сваи, рекомендуемых в диссертационной работе.

Список публикаций

1. Крыжановский А.Л., Рубцов И.В., Рубцов О.И., Негаздар М.Р. Технология «Песконасос» аргументы и факты». Журнал «ПГС». 12/2007г.

2. Знаменский В.В., Крыжановский А.Л., Негахдар М.Р., Рубцов О.И. Повышение несущей способности буровой сваи при радиальном обжатии стенок скважины по технологии «Песконасос». М., Вестник МГСУ, 2/2008г.

КОПИ-ЦЕНТР св. 7:07:10429 Тираж 100 экз. г. Москва, ул. Енисейская, д.Зб тел.: 8-499-185-7954, 8-906-787-7086

ВВЕДЕНИЕ.

Глава 1. Сваи и свайные фундаменты.

1.1. Общие сведения о сваях и свайных фундаментах.

1.2. Процессы, происходящие в грунте при устройстве свайных фундаментов.

1.3. Повышение несущей способности набивных свай за счет технологии их устройства.

1.4. Расчет несущей способности свай на вертикальную вдавливающую нагрузку.

1.4.1. Методы расчета несущей способности вертикально нагруженных свай.

Эмпирические методы.

Теоретические методы.

Численные методы.

Инженерные методы.

1.4.2. Определение несущей способности свай по результатам полевых испытаний статической нагрузкой.

Выводы по главе.

Глава 2. Повышение несущей способности набивной свай за счет создания предварительного напряженного состояния грунта вдоль ее боковой поверхности по технологии «Песконасос».

2.1. Технология «Песконасос» и ее использование для устройства набивных свай.

2.2. Изготовление набивных свай по технологии «Песконасос».

2.3. Аналитическое обоснование практической возможности устройства набивных свай с использованием технологии

Песконасос».

Выводы по главе.

Глава 3. Экспериментальные исследования работы набивных свай, выполненных по технологии «Песконасос».

3.1. Лабораторные исследования.

3.2. Полевые исследования устройства и работы свай, выполненных по технологии «Песконасос».

Выводы по главе.

Глава 4. Численный расчет системы «свая-окружающий грунт».

4.1. Теоретические основы численного моделирования взаимодействия сваи с окружающим массивом.

4.2. Программный комплекс PLAXIS.

4.3. Выбор расчетной модели грунта.

4.4. Допустимая погрешность (Tolerated error).

4.5. Тестовые задачи.

4.5.1. Жесткий фундамент на поверхности полупространства.

4.5.2. Проверка действия программы Plaxis 3D Foundation при моделировании взаимодействия одиночной сваи с окружающим грунтом.

4.5.3. Влияние учета работы контактного элемента на несущую способность буронабивных свай.

4.6. Моделирование работы буровых свай, выполненных по технологии «Песконасос», и его результаты.

4.6.1. Результаты расчета одиночной вертикально нагруженной буровой сваи, изготовленной по технологии «Песконасос».

4.6.2. Результаты расчета напряженно-деформированного состояния грунта вокруг буровой сваи, изготовленной по технологии «Песконасос».

Выводы по главе.

Глава 5. Расчет несущей способности по грунту одиночных буровых свай, изготовленных по технологии «Песконасос».

5.1. Практический метод оценки несущей способности по грунту одиночной буровой сваи, изготовленной по технологии «Песконасос».

5.2. Численный метод оценки несущей способности по грунту одиночной буровой сваи, изготовленной по технологии «Песконасос».

Проблема рационального проектирования фундаментов является одной из актуальных в области современного фундаментостроения. Особенно остро эта проблема стоит при строительстве на слабых грунтах, которые часто встречаются в Иране и в которых наиболее целесообразно применение свайных фундаментов. Доля затрат на возведение фундаментов зданий и сооружений в таких грунтовых условиях составляет 20 и более процентов. Учитывая интенсивное освоение и развитие индустриальных зон в Иране, инфраструктура которых базируется на строительстве высотных зданий и сооружений, актуальность проблемы улучшения качества и стоимости возведения фундаментов на базе использования новых научно-обоснованных технологий устройства свай и совершенствования методов их расчета, становится очевидной.

Вопросы повышения эффективности применения свайных фундаментов в настоящее время решаются, в основном, по двум направлениям: совершенствование конструктивных решений свайных фундаментов, включая и разработку новых типов свай, и совершенствование методов их расчета.

Совершенствование конструктивных решений фундаментов направлено по пути разработки новых экономичных и надежных конструкций фундаментов и методов их устройства, обеспечивающих повышение несущей способности грунтов в их основании. В связи с этим актуальной является техническая задача существенного повышения несущей способности буровой сваи по грунту за счет изменения его напряженно-деформированного состояния грунта («упрочнения» грунта), окружающего ствол сваи. В настоящее время эта задача достаточно успешно решается с использованием различных технологий, сводящих к минимуму динамическое воздействие на грунты основания при образовании ствола сваи, что важно при строительстве в стесненных городских условиях - буронабивные, буроинъекционные, сваи - РИТ. Однако не получен результат универсального характера для рекомендации одного из методов повышения несущей способности буровой сваи применительно к различным инженерно-геологическим условиям грунтового основания, в связи с чем необходим поиск новых технологий устройства буровых свай, приводящих к уплотнению окружающего ствол сваи грунта. На наш взгляд, для этого актуальным является расширение арсенала технологических средств повышения несущей способности буровой сваи в таких направлениях, как:

- повышение обжатия стенок скважины в радиальном направлении при строго адресном, хорошо управляемом и контролируемом технологическом процессе;

- организация процесса изменения напряженно-деформируемого состояния основания при управляемом темпе изменения напряжений (особенно важно для водонасыщенных грунтов);

- организация процесса изменения напряженно-деформированного состояния грунта вокруг ствола сваи в режиме нагрузка-разгрузка с многократной повторяемостью для гарантии необратимости достигнутого положительного эффекта «упрочнения».

Указанным условиям удовлетворяет технология, получившая название «Песконасос», существо которой заключается в том, что в стенки предварительно пробуренной скважины в радиальном направлении под высоким давлением впрессовывается сыпучий материал. Следствием впрессовывания является увеличение модуля деформации в значительном объеме области грунта вокруг рассматриваемой вертикали, а также увеличение предельного сопротивления сдвигу. Этому должно отвечать увеличение несущей способности основания сваи при расчете как в терминах допускаемой деформации, так и предельного равновесия состояния свая — грунт.

Эффективность технологии «Песконасос» применительно к различным задачам фундаментостроения (повышение расчетного сопротивления несущего слоя фундаментов мелкого заложения, корректировка контактных напряжений тяжело нагруженных фундаментных плит и др.) была неоднократно проверена на практике. В настоящей диссертации одним из вопросов является оценка эффективности применения технологии «Песконасос» с целью повышения несущей способности буровой сваи.

Совершенствование методов расчета свайных фундаментов, включая и инженерные методы, направлено на получение математических зависимостей, связывающих параметры сваи, метод ее устройства и физико-механические характеристики вмещающей ее грунтовой среды и адекватно и устойчиво прогнозирующих поведение сваи при различных видах ее нагру-жения.

Здесь особая роль принадлежит инженерным методам. Необходимость и актуальность развития инженерных подходов объясняется тем, что при разработке методов расчета свай приходится учитывать ряд специфических особенностей их работы, таких как глубина приложения нагрузки, неопределенность в закономерности ее распределения по длине и под нижним концом сваи, изменения свойств грунтов, вызванные погружением или устройством свай, и др. Отразить все это в строгом математическом решении практически не представляется возможным, а введение в расчетную схему и систему базовых уравнений многих упрощающих допущений приводит к существенной потере точности расчета, что не оправдывает его сложность. В этой ситуации, как показала практика, вполне оправданным является разработка инженерных методов расчета, когда установленные опытным путем функциональные зависимости, устойчиво отражающие влияние того или иного фактора или их сочетаний на работу сваи, используются для прогноза ее поведения под нагрузкой. Такой подход к решению сложнейших проблем взаимодействия свай с грунтовым основанием при различных способах их нагруже-ния позволяет существенно упростить расчет, обеспечив при этом приемлемую для решения инженерных задач точность, и широко используется на практике. Эта точка зрения нашла свое отражение и в СП 50-102-2003. Свайные фундаменты, согласно которым несущая способность сваи в свайном фундаменте определяется так называемым среди проектировщиков «практическим» методом, т.е. с использованием соответствующих таблиц.

Из вышесказанного формулируется следующая основная цель диссертационной работы.

Цель диссертационной работы:

Оценка и теоретическое обоснование эффективности использования технологии преобразования механических свойств грунта в околосвайном пространстве (технология «Песконасос») при решении задачи повышения несущей способности буровых свай по грунту; обобщение данных физического и численного эксперимента для обоснования инженерного метода расчета несущей способности буровой сваи с учетом выполненного преобразования механических свойств окружающего ее массива грунта.

Для достижения поставленной цели были сформулированы и решены следующие задачи:

- проведены полевые и лабораторные экспериментальные исследования, подтвердившие возможность и эффективность уплотнения грунтов, взаимодействующих с боковой поверхностью буровой свай, выполненной с использованием технологии «Песконасос»;

- проведен лабораторный эксперимент для определения закономерностей изменения модуля деформации грунта в радиальном направлении при различных значениях давления впрессовывания сыпучего материала;

- аналитически обоснована практическая возможность устройства набивных свай с использованием технологии «Песконасос»;

- экспериментально подтверждена возможность регулирования размеров зоны уплотненного грунта с заданными свойствами вокруг буровых свай; выполненной по технологии «Песконасос»;

- разработана методика регулирования размеров зоны уплотненного грунта вокруг буровой сваи, а также методика определения характеристик грунтового массива в уплотненной зоне;

- проведено численное трехмерное моделирование взаимодействия одиночных буровых свай с окружающим грунтовым массивом с последующим построением изолиний компонентов напряжений, перемещений и зависимостей осадка-нагрузка, которое подтвердило возможность существенного увеличения несущей способности сваи (до 2-х раз), созданной с использованием технологии «Песконасос», по сравнению с несущей способностью буровой сваи, выполненной обычным методом;

- разработана методика учета уплотнения грунта вдоль боковой поверхности буровой сваи при определении ее несущей способности на вертикальную нагрузку.

Научная новизна исследований заключается в следующем.

1. В результате анализа данных о несущей способности забивных и буровых свай по грунту, полученных с использованием классических представлений теории предельного равновесия, подтверждена механическая природа снижения несущей способности буровой сваи; установлены интервалы необходимого обжатия стенок скважины при впрессовывании сыпучего материала с целью повышения несущей способности буровой сваи до значений, характерных для забивной сваи.

2. В результате численного эксперимента в линейной постановке установлено:

- масштаб влияния неоднородности окружающего сваю грунта (как результат его обжатия в радиальном направлении) соответствует масштабу изменения несущей способности сваи;

- СНиП 2.02.03-85 принято верное значение коэффициента £ = 0,2 (коэффициент перехода от предельного значения средней осадки проектируемого здания или сооружения к осадке одиночной сваи). При рекомендованном

СНиП значении и С результаты расчетов на основе решения задачи средствами теории предельного равновесия и численного расчета находятся в удовлетворительном соответствии.

3. Результаты численного расчета несущей способности буровой сваи как при однородном, так и преобразованном основании в нелинейно-упругой постановке при критерии предельного состояния по теории Мора-Кулона приводят к заниженной оценке несущей способности сваи по грунту; масштаб влияния неоднородности также не соответствует экспериментальным данным. Вопрос адекватности уравнения состояния реальному механическому поведению грунта при сложном напряженно-деформированном состоянии (применительно к рассмотренной краевой задаче), таким образом, остается в настоящее время открытым.

Практическое значение работы.

1. Разработана методика расчета параметров производственного процесса упрочнения основания с целью достижения задаваемой меры повышения несущей способности буровой сваи по грунту.

2. Применение разработанной методики уплотнения грунтов при устройстве набивных свай позволяет практически вдвое увеличить несущую способность их боковой поверхности, в результате чего снижается стоимость фундамента за счет сокращения числа свай в нем и уменьшения размеров ростверка. В среднем, как показали расчеты, это приводит к сокращению расхода материалов на фундамент на 10-12%.

3. Предложенная инженерная методика определения несущей способности вертикально нагруженной набивной сваи в уплотненном по технологии «Песконасос» основании, представлена в привычном для проектировщиков виде (формула 7.11 СП 50-102-2003) с использованием коэффициентов условий работы грунта на боковой поверхности сваи, рекомендуемых в диссертационной работе.

4. Раскрыты перспективы усовершенствования конструктивных решений буровых свай в сочетании с методом преобразования свойств основания - сближение несущей способности свай по грунту и по материалу, буровые сваи в слабых водонасыщенных грунтах, сваи с уширенной пятой при восприятии выдергивающих нагрузок и др.

В целом настоящая работа расширяет и дополняет имеющиеся возможности улучшения строительных свойств грунтов, взаимодействующих с боковой поверхностью набивных свай, что приводит к повышению их несущей способности. Результаты этой работы будут способствовать еще более широкому внедрению свайных фундаментов в практику строительства, повышая экономичность и надежность принимаемых технических и проектных решений как в России, так и в Иране.

Достоверность результатов исследований, а также сформулированных в работе научных положений, выводов и рекомендаций обеспечена тем, что использованы положения и классические решения теории предельного равновесия грунтов, данные по определению несущей способности свай, рекомендуемые СНиП, данные сопоставления результатов расчета и проведенных экспериментов.

Личный вклад автора состоит:

- в развитии идеи использования классических решений теории предельного состояния грунтового основания при анализе конкретной задачи о несущей способности основания буровой сваи;

- в анализе данных расчета несущей способности буровой и забивной сваи и разработке на этой основе предлагаемой методики расчета характеристик упрочненного основания;

- в анализе данных численного решения задачи о несущей способности сваи в линейной и упругопластической постановке;

- в развитии инженерного метода СНиП на расчет буровых свай, изготовленных с использованием технологии «Песконасос».

Реализация работы. Результаты выполненной работы могут быть использованы для существенного увеличения несущей способности буровых свай, устраиваемых в слабых грунтах, а также для уплотнения грунтов в основании фундаментов мелкого заложения. Кроме того, они могут быть использованы в практике научно-исследовательских работ, выполняемых в учебных, проектных и научно-исследовательских учреждениях, а также автором диссертационной работы в своей научной и педагогической деятельности в Иране.

На защиту выносятся:

1. Результаты теоретических и экспериментальных исследований несущей способности буровой сваи по грунту, упрочненному за счет изменения напряженно-деформированного состояния по технологии «Песконасос».

2. Методика расчета параметров упрочнения грунтового основания при заданном увеличении несущей способности буровой сваи.

3. Инженерный метод расчета несущей способности по грунту вертикально нагруженной набивной сваи, изготовленной с использованием технологии «Песконасос».

Публикации по результатам исследований.

1. Крыжановский А.Л., Рубцов И.В., Рубцов О.И. , Негахдар М.Р. Технология «Песконасос» аргументы и факты». Журнал ПГС. 12/2007г.

2. Знаменский В.В., Крыжановский А.Л., Негахдар М.Р., Рубцов О.И. «Повышение несущей способности буровой сваи при радиальном обжатии стенок скважины по технологии «Песконасос». М., Вестник МГСУ, 2/2008г.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов и рекомендаций и содержит 154 страниц, в том числе 65 рисунков, 12 таблиц и список литературы из 100 наименований.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1. Проведенные полевые и лабораторные экспериментальные исследования подтвердили возможность устройство буровых свай с использованием технологии «Песконасос», при которой гарантированный и прогнозируемый результат упрочнения грунта вдоль боковой поверхности ствола набивной сваи достигается при управляемом и строго дозированном процессе воздействия на него уплотняющего давления, сопровождающегося впрессовыванием в стенки скважины сыпучего материала (песчано-цементной смеси). Показано, что определяющим преимуществом технологии «Песконасос» в решении задачи повышения несущей способности буровой сваи по грунту является возможность запланированного проектным решением преобразования механических свойств окружающего грунта. Показаны также перспективы решения и другого важного вопроса современного фундаментостроения -сближения несущей способности сваи по материалу и по грунту.

2. Аналитически обоснована и экспериментально подтверждена практическая возможность создания вокруг ствола сваи, изготовленной по технологии «Песконасос», радиальных напряжений, соизмеримых с радиальными напряжениями, возникающими при погружении в грунт забивных или вдавливаемых свай, что позволяет довести несущую способность ее боковой поверхности по грунту до несущей способности боковой поверхности забивной сваи тех же размеров.

3. В результате анализа данных о несущей способности забивных и буровых свай по грунту, полученных с использованием классических представлений теории предельного равновесия, установлены интервалы необходимого обжатия стенок скважины при впрессовывании сыпучего материала с целью повышения несущей способности боковой поверхности буровой сваи до значений, характерных для забивной сваи. Проведенные расчеты показали, что для этого достаточно иметь возможность обжать окружающий массив вдоль боковой поверхности сваи в радиальном направлении давлением в

1,0-1,5 МПа, Создание указанных давлений при использовании технологии «Песконасос» является уже решенной технической задачей. При большем давлении несущая способность боковой поверхности набивной сваи может превысить несущую способность боковой поверхности забивной сваи.

4. Полученные в проведенных экспериментах размеры внешнего диаметра впрессованного песка D; и диаметра зоны изменения начального напряженного состояния в массиве грунта вокруг сваи (зоны влияния) D2 удовлетворительно соответствуют рассчитанным по формулам, полученным в диссертационной работе. Определенные по полученным формулам значения Dj и D2 составляют приблизительно 3do и 6do, где d0 - начальный диаметр скважины, что соответствует принятым на практике и подтвержденным многочисленными экспериментальными данными значениям для забивных свай и показывает правильность принятых при получении этих формул доруще-ний.

5. По данным проведенных экспериментов изменение значения модуля деформации грунта в радиальном направлении при обжатии стенок скважины по технологии «Песконасос» давлением Ро удовлетворительно описывается полученной в диссертационной работе формулой. Полученная формула имеет важное значение для решения практических задач, связанных не только с расчетом буровых свай, изготовленных по этой технологии, но и для регулирования деформативности неоднородного в плане основания под фундаментами различных сооружений.

6. Анализ существующих программных комплексов, основанных на численном моделировании НДС МКЭ строительных конструкций и массивов грунтов подтвердил, что для численного моделирования НДС грунтовой среды вполне приемлемым и удобным является программный комплекс Plaxis 3D Foundation. Решение тестовых задач показало, что использование этого комплекса позволяет описать зависимость осадка-нагрузка в широком диапазоне нагрузок на основание, вплоть до полной потери им несущей способности. Сравнение результатов расчета несущей способности набивной сваи по

МКЭ с результатами ее испытания статической нагрузкой показало, что они отличаются несущественно.

7. В результате численного эксперимента в линейной постановке с учетом технологической неоднородности массива грунта, обусловленной впрессовыванием сыпучего материала в радиальном направлении при различных значениях давления впрессовывания установлено, что при рекомендованном СНиП 2.02.03-85 значении коэффициента £ = 0,2 (коэффициент перехода от предельного значения средней осадки проектируемого здания или сооружения к осадке одиночной сваи) результаты расчетов на основе решения задачи средствами теории предельного равновесия и численного расчета находятся в удовлетворительном соответствии.

8. Результаты численного расчета несущей способности буровой сваи как при однородном, так и преобразованном основании в нелинейной постановке при критерии предельного состояния по теории Мора-Кулона приводят к заниженной оценке несущей способности сваи по грунту, что, по-видимому, обусловлено неадекватностью расчетной модели грунта (упруго-пластическая) реальному механическому отклику грунтового массива и техническим несовершенством реализации рассматриваемой краевой задачи (большие градиенты изменения напряжений и деформаций, деформационных характеристик). Таким образом, применительно к рассмотренной краевой задаче вопрос адекватности уравнения состояния реальному механическому поведению грунта при сложном напряженно-деформированном состоянии остается в настоящее время открытым.

9. Разработанный инженерный метод расчета параметров регламента работ по преобразованию механических свойств основания при устройстве буровой сваи по технологии «Песконасос» позволяет при определении ее несущей способности по грунту в явном виде учесть плановую неоднородность основания и радиальное давление впрессовывания сыпучего материала в стенки пробуренной скважины. Варьируются также начальный диаметр скважины и длина образуемого ствола сваи.

10. Предложенная инженерная методика определения несущей способности вертикально нагруженной набивной сваи в уплотненном по технологии «Песконасос» основании представлена в привычном для проектировщиков виде (формула 7.11 СП 50-102-2003) с использованием коэффициентов условий работы грунта на боковой поверхности сваи, рекомендуемых в диссертационной работе.

11. Применение разработанной методики уплотнения грунтов при устройстве набивных свай позволяет практически вдвое увеличить несущую способность их боковой поверхности, в результате чего снижается стоимость фундамента за счет сокращения числа свай в нем и уменьшения размеров ростверка. В среднем, как показали расчеты, это приводит к сокращению расхода материалов на фундамент на 10-12%.

1. Аббасов ПА. Механизированная безотходная технология возведения свайных фундаментов. — Издательство Дальневосточного университета, Владивосток, 1988.

2. Аббасов П.А. // Особенности применения фундаментов из готовых модульных свай. Ресурсосберегающие технологии возведения фундаментов из свай заводской готовности, М., Стройиздат, 1990.

3. Абелев Ю,М., Абелев М.,Ю. Основы проектирования и строительства на просадочных макропористых грунтах. М., Стройиздат, 1968.

4. Барвашов В.А., Экимян Н.Б., Аршба Э.Т. Методы оценки несущей способности свай при действии вертикальной нагрузки. Обзор. М.: ВНИ-ИГС, 1985.

5. Бартоломей A.A. Полевые экспериментальные исследования несущей способности и осадок различных свайных фундаментов // Проектирование, строительство и эксплуатация зданий и сооружений : Сб. научн. тр. / Пермский политехи, ин-т. 1970. № 72. - С. 38-49.

6. Бартоломей A.A. Расчет осадок ленточных свайных фундаментов. М.: Изд-во литературы по строительству, 1972. - 128 С.

7. Бартоломей A.A. Экспериментальные и теоретические основы прогноза осадок ленточных свайных фундаментов и их практическое приложение: Дис. доктор техн. наук. М., 1976.

8. Бартоломей A.A. Основы расчета ленточных свайных фундаментов по предельно допустимым осадкам. М. - Стройиздат. 1982.

9. Бахолдин Б.В., Игонькин Н.Т. Исследование сопротивления грунта по боковой поверхности свай // С. докладов и сообщений по свайным фундаментам. М., 1968. С. 53-59.

10. Бахолдин Б.В., Голдфельд И.З., Фаянс Б.Л. О вероятно-статистическом подходе при определении проектной нагрузки на сваю // Сб «Свайные фундаменты», вып. 65, НИИ оснований, М., 1975.

11. Бахолдин Б.В. Экспериментальные и теоретические исследования процесса взаимодействия грунта с забивными сваями и создание на основе практических методов расчета свай: Дис. . доктор техн. наук. М., 1987.

12. Бахолдин Б.В., Джантимиров Х.А., Разводовский Д.Е. Несущая способность свай в кусте. В сб. «Свайные фундаменты». — М.: Стройиздат, 1991.-С. 41-44.

13. Бахолдин Б.В., Разводовский Д.Е. О методике расчета свайных кустов // Тр. III международной конференции «Проблемы свайного фундаменто-строения». Часть 1. - Пермь, 1992. - С. 105-108.

14. Березанцев В.Г. Расчет оснований сооружений. Л.: Издательство литературы по строительству, 1970.

15. Боженков С.Я., Бирюков A.A. Деформации и физические явления, возникающие в грунтах при погружении свай. В кн.: Основания и фундаменты, М., 1936.

16. Буслов A.C. Исследование работы свай на горизонтальную нагрузку и влияние «кустового эффекта» в связных грунтах.: Автореф. Дис. . канд. техн. наук. Владивосток, 1969.

17. Буслов A.C. Работа свай на горизонтальную нагрузку за пределами упругости в связных грунтах. Ташкент: ФАН Узбекской ССР. 1979. - 102 С.

18. Временные технические указания по расчету, проектированию и производству работ по свайным фундаментам зданий и сооружений в г. Москве. -М., 1988.

19. Глотов Н.М. и др. Свайные фундаменты. М.: Транспорт, 1975. - 432 С.

20. Глушков Г.И. Расчет сооружений заглубленных в грунт. М.: Стройиз-дат, 1977.-295 С.

21. Голубков В.Н. Экспериментальное исследование работы свай на вертикальную нагрузку // Свайные и естественные основания. JL: Стройиздат, 1939. - С. 5-35.

22. Горбунов-Посадов М.И. О вытеснении и уплотнении грунта забивной сваей. Основания, фундаменты и механика грунтов, 1969, № 5.

23. ГОСТ 5686-78. Сваи. Методы полевых испытаний. М., 1978. - 24 С.

24. Григорян A.A. Несущая способность свай в просадочных грунтах: Дис. . доктора техн. наук. — М., 1973.

25. Григорян A.A. Свайные фундаменты зданий и сооружений на просадочных грунтах. М.: Стройиздат, 1984. - 162 С.

26. Григорян A.A., Чиненков Ю.А. Осадки кустов и одиночных свай в просадочных грунтах. Труды IY Международной конференции по проблемам свайного фундаментостроения. - Пермь. - ПГТУ, 1994. - Том 2. - С. 111-114.

27. Григорян A.A. Расчет несущей способности оснований свай. Труды YI Международной конференции по проблемам свайного фундаментостроения. - М.„ 1998, Том 1. - С. 37-44.

28. Грязнова Е.М. Разработка метода расчета свайных фундаментов с учетом прочностных свойств грунтов и взаимодействия свай: Дис. . канд. техн. наук. М., 1989.-190 С.

29. Далматов Б.И. Расчет осадки фундамента по методу ограниченной сжимаемой толщи / Основания и фундаменты, инженерные конструкции, строительное производство. JL, ЛИСИ, 1964.

30. Долинский A.A. Расчет свайных конструкций по расчетным предельным состояниям: Дис. . канд. техн. наук. JL, 1961.

31. Дорошкевич Н.М. Исследование напряжений в грунте при свайных фундаментах: Дис. . канд. техн. наук. М., 1959. - 156 С.

32. Дорошкевич Н.М. Определение напряжений в основании под фундаментами глубокого заложения // Сб. материалов по проектированию и изысканиям, № 1, Фундаментпроект, ЦБТИ. М., 1961.

33. Дорошкевич Н.М., Сальников Б.А. Расчет несущей способности свайных фундаментов в водонасыщенных глинистых грунтах с учетом совместной работы свай // С. «Строительство на слабых грунтах». Рига, 1970.

34. Дорошкевич Н.М. Особенности расчета свайных фундаментов по предельным деформациям // Вопросы механики грунтов, оснований и фундаментов. Сб. научных трудов, МИСИ, № 140. М., 1977.

35. Егоров К.Е. Методы расчета конечных осадок фундаментов: Дис. . канд. техн. наук. М., 1946.

36. Егоров К.Е. К вопросу о допускаемых осадках фундаментов сооружений // Сб. тр. № 18, НИИ оснований и фундаментов, Механика грунтов, Гос-стройиздат.—М., 1952.

37. Егоров К.Е. К вопросу деформации оснований конечной толщины // Сб. тр. № 34 НИИ оснований и фундаментов, 1958.

38. Жадрасинов Н.Т. Вычислительная программа для расчета несущей способности свайных фундаментов различной конструкции в сложных грунтовых условиях // Тр. И Всесоюзной конференции «Современные проблемы свайного фундаментостроения в СССР». Одесса, 1990.

39. Знаменский В.В., Крыжановский А.Л. Негахдар М.Р. Рубцов О.И. Повышение несущей способности буровой сваи при радиальном обжатии стенок скважины по технологии «Песконасос». М . Вестник МГСУ.2008г

40. Клейн Г.К., Караваев В.Н. Расчет железобетонных свай на действие вертикальных и горизонтальных нагрузок // Основания, фундаменты и механика грунтов. 1979. - № 6. - С. 13-15.

41. Крыжановский А.Л. «управление напряженным состоянием основания высотных зданий: Песконасосы». Журнал "Строительная инженерия". М. №12, 2005 г.

42. Крыжановский А.Л., Рубцов И.В., Рубцов О.И. , Негахдар М.Р. Технология «Песконасоса» аргументы и факты. Журнал ПГС. 12/2007г.

43. Лалетин Н.В. Расчет свайного куста на вертикальные нагрузки по деформациям грунтов основания // Теория сооружения и конструкций: Сб. тр. № 13, вып. 1. Воронеж, 1967.

44. Лапшин Ф.К. Расчет свай по предельным состояниям. Издательство Саратовского университета, 1979г.

45. Леденев В.В. Экспериментальные исследования оснований заглубленных фундаментов. Воронеж: Изд-во Воронежского университета, 1985. - 156 С.

46. Лешин Г.М., Ханин P.E., Трофименков Ю.Г. Причины значительных деформаций некоторых зданий и сооружений на свайных фундаментах. -Балтийская конференция. 1988, том 2. - С. 205-208.

47. Луга A.A. Исследование работы маломасштабных свайных фундаментов в песчаных грунтах на осевую нагрузку // Основания и фундаменты: Сб. тр. М.: Трансжелдориздат. - 1955. - С. 188-222.

48. Малышев М.В. Прочность грунтов и устойчивость оснований сооружений. -М.: Стройиздат, 1980. 136 С.

49. Морозов В.Н. К вопросу об определении модуля деформации грунта // Механика грунтов и фундаментостроение: Сб. научных трудов № 61. -Л, 1970.

50. Нгуен Динь By. О расчете жестких свай на горизонтальные нагрузки с учетом изменения деформативных свойств грунта по глубине: Автореф. Дис. . канд. техн. наук. -М., 1969.

51. Ободовский A.A. Проектирование свайных фундаментов. М.: Стройиз-дат, 1977.-112 С.

52. Основания, фундаменты и подземные сооружения. Справочник проектировщика.-М.: Стройиздат, 1985.

53. Основания, фундаменты и подземные сооружения. МГСН 2.07-97. Правительство Москвы. - Внесены Москомархитектурой. Утверждены Правительством Москвы постановлением от 10.02.1998, № 111.

54. Разводовский Д.Е. Взаимодействие свай и грунта в составе большераз-мерных кустов и свайных полей: Дис. . канд. техн. наук. М., 1999. - 144 С.

55. Сальников Б.А. Исследование несущей способности свайных фундаментов в слабых глинистых грунтах: Дис. . канд. техн. наук. М., 1969. — 301 С.

56. СНиП 2.02.01-83*. Основания зданий и сооружений. Нормы проектирования. М.: Стройиздат, 1975.

57. СНиП 2.02.03-85. Свайные фундаменты. / Госстрой СССР. М.: Стройиздат, 1986.-48 С.

58. Сорочан Е.А., Быков В.И. Исследование работы свайных кустов из буро-набивных свай на горизонтальную нагрузку // Основания, фундаменты и механика грунтов. М., 1976. - № 3. - С. 9-11.

59. Тер-Мартиросян З.Г. Механика грунтов. Издательство АСВ, Москва 2005.

60. Трофименков Ю.Г., Ободовский A.A. Свайные фундаменты для жилых и промышленных зданий. М.: Стройиздат, 1970. - 239 С.

61. Трофименков Ю.Г., Воробков JI.H. Полевые методы исследования строительных свойств грунтов. -М.: Стройиздат, 1974.

62. Трофименков Ю.Г., Матяшевич И.А., Лешин Г.М., Ханин P.E. Достоверность способов определения расчетной нагрузки на забивную сваю Основания, фундаменты и механика грунтов № 1, 1983 г., стр. 15-17.

63. Ухов С.Б., Семенов В.В., Знаменский В.В., Тер-Мартиросян З.Г., Чернышев С.Н. Механика грунтов, основания и фундаменты. М., Изд-во АСВ, 1994. - 524 С.

64. Федоровский В.Г. Алгоритм расчета осадок глубинных опор с учетом проскальзывания // Основания, фундаменты и механика грунтов: Высшая школа. Минск, 1973.

65. Федоровский В.Г. Расчет осадок свай в однородных и многослойных основаниях: Дис. . канд. техн. наук. -М., 1974.

66. Хамов А.П. О взаимовлиянии свай в однорядном свайном фундаменте и группе свай // Основания, фундаменты и механика грунтов. М., 1966. -№6.-С. 17-20.

67. Хамов А.П. К расчету влияния кустового эффекта на несущую способность свайного фундамента // Основания, фундаменты и механика грунтов: Материалы Всесоюзного совещания. Киев, 1971. - С. 308-312.

68. Цытович H.A. Механика грунтов. -М.: Стройиздат, 1963. 636 С.

69. Цытович H.A., Дорошкевич Н.М., Знаменский В.В. О расчете свайных фундаментов по предельным деформациям // Межотраслевые вопросыстроительства. Отечественный опыт: Реферативный сб. / ЦИНИС Госстроя СССР М., 1971. - вып. 3. - С. 21-24.

70. Чернов В.К., Знаменский В.В., Юрко Ю.П. О деформациях глинистых грунтов вокруг забивных свай // Строительство в районах Восточной Сибири и Крайнего севера: Сб. науч. тр. / Красноярский Промстройниипро-ект Красноярск, 1971. - вып. 17. - С. 59-67.

71. Чернов В.К., Юрко Ю.П., Знаменский В.В. Об изменении свойств глинистого грунта вокруг забивных свай // Строительство в районах Восточной Сибири и Крайнего Севера: Сб. науч. тр. / Красноярский Промстройнии-проект Красноярск, 1971. - вып. 17. - С. 68-75.

72. Экимян Н.Б. Метод расширенного подобия и его применение к моделированию работы свай. Тр. / НИИОСП им. Герсеванова Госстроя СССР, 1975, вып. 65. Свайные фундаменты. - С. 27-35.

73. Югай O.K. Особенности работы фундаментов их свай большой длины при действии центральной нагрузки // Дис. . канд. техн. наук. -М., 1982. -150 С.

74. Bakholdin B.V., Razvodovsky D.E., Khamov А.Р. // Analysis of piles's behavior using ultimate stress zones. XIIIICSMFE New Delhi, 1994.

75. Combefort H. La force portante des groupes de pieux // Proc. 3-th ICSMFE, 1953.-Vol. 2.-P. 22.

76. De-Beer E.E. and Wallays M. Forces induced in piles by unsymmetrical surcharges on the soil around the piles. Proc. of the Y European Conference on Soil Mechanics and Foundation Engineering. Madrid, 1972, vol. 1, - PP. 325352.

77. Kerisel J.L. Deep foundation basic experimental facts // Deep Found. Conf., Mexico, 1964.-P. 31.

78. Kezdi A. Biaring capacity of Piles and Pile groups // Proc. 4-th ICOMEF, London, 1957. Vol. II. - PP. 46-51.

79. Kishida H. The bearing capacity of pile groups under central and eccentric Loads in sand // BRI Occasional Report, Tokyo, 1964. № 19.-33 P.centric Loads in Sand // Proc. 6-th ICSMFE, Vol. 2. Montreal, Canada, 1965. 1. PP. 270-274.

80. Meyrhof G.G. Compaction of sands and bearing capacity of piles. Proc. ASCE, Vol. 85, N SM I, 1967, - PP. 1-28.

81. Nishida Y. Determination of strenses around a compaction pile // Proc. 5-th ICSMFE, 1961.-Vol. 2.-PP. 123-127.

82. Poulos B.E. et al. Settlement and load distribution analysis of pile groups // Geotechnigue. 1971.-Vol. l.-PP. 18-28.

83. Tutorial manual PLASIX 3D foundation. General information. 2006, 634 c.

84. Van Impe W.F. Developments in pile design // DFI. Conference. Stressa, 1991.

85. Vesic A.C. Experiments with instrumented pile groups in sand // Perfomance of deep foundation. American society for testing and materials. - 1969, ASTM. STP.-P. 172-222.

86. Whitaker T. Experiments with model Piles in groups // Geotechnique. London, 1957.-Vol. 7.-№4.-PP. 147-167.

87. Whitaker Т., Cooke R. A new Approach to Pile testing // Proc. 5-th ICSMFE,-Vol. 2, 1961.