автореферат диссертации по строительству, 05.23.02, диссертация на тему:Прогноз изменения несущей способности свайных кустов на подрабатываемых основаниях

^ ^ На правах рукописи

сК5 #

Г\- Жуннсов Турсун Омлржанович

Прогноз изменения несущей способности свайных

кустов

на подрабатываемых основаниях

05 Л3.02 - Основания и фундаменты

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Пермь-¡997

Работа выполнена в Карагандинском металлургическом институте Научный руководитель - доктор технических наук, профессор

Жусупбеков Аскар Жагпарович Официальные оппоненты - доктор технических наук, профессор

Филатов Анатолий Васильевич - кандидат технических наук, доцент Юшков Борис Семенович Ведущая организация - - Казахский научно-исследовательский институт маркшейдерсхого дела и горной геомеханики (КазНИМИ, г. Караганда)

Защита состоится •¿¿О » 1997 г. в ¿<9 час. мин, на заседа-

нии диссертационного Совету /¿06i.66.Q2 при Пермском государственном техническом университете.

Адрес: 614600, ГСП-45, Пермь, Комсомольский проспект, 29а, ауд. 423. .

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета. Автореферат разослан "¿¿Г иа&фл 1997 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат технических наук, доцент

БЛ. Свешников

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

При проектировании свайных фундаментов при подработке, для определения несущей способности сваи, в настоящее время применяется метод, содержащийся в СНнЛ 11-17-77, II-8-78 и 2.02.03-85 и "Руководстве по проектированию свайных фундаментов на подрабатываемых территориях". Практика строительства показывает, что достоверность этого метода невысока и причина низкой точности расчетного метода связана с неучетом целого ряда факторов, влияющих на изменение несущей способности свайных кустов в процессе подработки основания. В связи с этим, актуальной следует считать задачу разработки новой методики расчета свайных кустов, позволяющий прогнозировать изменение несущей способности свайных кустов в зависимости от степени горизонтальных деформаций основания, вызванных проведением горных работ. Это позволит провести расконсервацию угольных запасов под застроенными территориями и под новыми объектами без причинения ущерба зданиям и сооружениям, расположенными над горными выработками. Работа по данной теме выполнена в Карагандинском металлургическом институте в соответствии с планом важней-цшх работ, утвержденных Управлением научно-технического прогресса Министерства науки и новых .технологий и Министерства образования Республики Казахстан на 1990-1995 гт.: "Исследование и разработка х-еотехно-логии по защите здании и сооружений на подрабашваемых территориях" и с программой научных исследовании утвержденной Министерством строительства и застройки территорий Республики Казахстан (. 1996 -1997).

Ц.?ль^ис,сдшж?н11рй_ра^|та - разработка методики определения несущей способности вертикально нагруженного свайного куста в зависимости от горизонтальных деформации земной поверхности, вызванных проведением горных работ.

Нау^ная новизна работы заключается в следующем:

1. Экспериментально и теоретически доказано существенное различие несущей способности свайного куста по грунту в неподрабатываемом и под-рабзгьшаечом массиве.

2. Разработана методика определения несущей способности свайного куста в зависимости от горизонтальных деформаций основания.

3. Вскрыт механизм взаимодействия с грунтом вертикально нагруженного свайного куста при подработке территории.

Практ1Я|ср:ос^шаче_нне. Результаты выполненных исследований приняты к использованию для выполнения работ нулевою никла Акционерным обществом открытого типа "Союзспецфундаметстроц". 'Ожидаемый

годовой экономический эффект от внедрения в практику проектирования здании и сооружений над горными выработками, приводящий к возможности расконсервации угольных запасов под. застроенными площадями г.Караганды составляет 0,945 млн.тенге (72,69 млн. российских рублей или 12600 долларов США).

Апробация работы. Результаты исследований докладывались и получили одобрение на международных, геотехнических конференциях (Белосток, Польша, 1989), (Краков, Польша, 1990), (Нанкин, КНР, 1991), (Сингапур, 1993), (Сеул, Южная Корея, 1993), (Пермь, Россия, 1992), на всесоюзных совещаниях (Владивосток, СССР, 1988), (Ленинхрад, СССР, 1988) и на республиканских и региональных конференциях (Караганда, СССР, 1986), (Акмола, Казахстан, 1997).

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения. 5 глав, заключения. Список использованной литературы состоит из 116 наименований отечественных и зарубежных авторов.

Общий объем диссертации 117 страниц, в том.числе машинописного текега 79, рисунков 38, приложений 2.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность проблемы совершенствования методики определения несущей способности свайных фундаментов на подрабатываемых территориях. Для решения этой проблемы сформулированы цель и задачи исследований, кратко изложено' содержание работы и перечислены вынесенные на защигу вопросы.

В первой главе освещено состояние вопроса и сформулированы задачи исследований. .

При подземной разработке полезных ископаемых на большой площади породы» Аокрываюшей толщи над выработанным пространством оседают, вследсшие чего на земной поверхности могут образовываться провалы в виде воронок или траншей, трещины, уступы и значительные по размерам впадины (мульды оседания), в которых вертикальные и горизонтальные сдвижения могут достигать нескольких метров. /

Воздействие горизонтального сдвижения грунта на здания и сооружения и сочетаний с неравномерными вертикальными оседаниями создаст еле-цифику щюсктировання и строительства зданий и сооружений на подрабатываемых территориях.

Горизонтальные деформации земной поверхности на подраб.пы-ваемых'террнторнях вызывают изменение напряженного состояния в грунтовом массиве, что приводит к изменению обжатия стлола сваи к несущей cnocoouocTHj-cnai!. Разработке методой определения не су; ней способности свайных фундаментов при подработке, посвящены работы отечественных и зарубишь« авторов: З.П. Артемом. АЛ. Бартоломея. А.11. Бритаичука, В.М. Вырио, С.Е. Шагалова, Л.П. Юшнна. Л. Kcndi, I. Morton, К. Kang и др. ' ■ # - ' .

При определении несушей способности одиночной сваи в настоящее время ->ффеет разуплотнения грунта при полработхе упггывается путем введения понижающих коэффициентов в соответствующие формулы СНиП "Руководства по проектированию свайных фундаментов на подтабаниваемых территориях''. Значение этих кооффициентов мало обосновано вследствие недостаточности фактического материала. Попытки полойш более точно к назначению сопротивления сваи вертикальным нагрузкам при подработке содержатся в работах В.М. Вырво. З.П. Лртемова. где в качестве основной исходной предпосылки принимают, что изменение сопротивления грунта в уровне острия и по ее боковой поверхности, вызнанное изменением физических свойств грунта, пропорциональны изменению его сопротивления сдвшу. Изменение основного показателя нрочносгн ipynra (сопротивление сдвигу) принято в качестве основного кртерия алимии» процессов сдвшкення на грунт.

Вводимый ими переходный коэффициент от недефор-.игрованного состояния грунта к его деформируемому при подработке состояним определяется как сре.анеарнфметичгсх'ге значение отношении величии предельною сопротивления сдвигу при начальном (до подработан) и тхледефорчиии-онном коэффициентах пористости:

Е ti7-4

(«i

KS---(iy

где ti - предельное сопротивление фунта с;а»ау при начзлмюм ког**..«|<ни' cifre иорисгосш "ta", соответствующее нормальному ;иплспш.>-*о,";

и'- предельно!? сопротивление трунта сдвигу при конечном кооффияи-ентс пористости "е»'*. оютгтетвутощее.тоиу яс нормальному ллилс»

s

, нию "Oí";

а - число рассмотренных соотношений..

Полагая, что изменение бокового трения и лобового сопротивления, происходящие за счет физико-механических характеристик грунта, прямо пропорционально изменению cío сопротивления сдвшу, авторы вводят ко-перехода "К" непосредственно в формулы СНиП.

Выражения для определения расчетного сопротивления сбзи при под-рабо;ус, предложенные ДонпромсфойШШироеоо.и (А.Р. Ву.зьф, A.C. Торбанов, A.1I. Братаичук, В.В. Волынский), основанные на введения в расчетные формулы СНиП коэффициентов, учитывающих врезание сван при увеличении владения от перераспределения отпора грунта и изменение физико-механическнх характеристик грунта б процессе подработки , не да-к>г конлруетинных усовершенствований по сравнению с вышеизложенным методом.

В работах С.Е.Шагалова и А.И. Юшина блиянис поярабошг на свайные фундаменты сводится к возникновению только дополнительных горизонтальных нлрузок, а возмочадое изменение несущей способности свай по отношению к вертикальным нагрузкам не рассматривается.

Таким образом, до настоящего времени не изучен до конца механизм формирования нормальных и касательных контактных напряжений по боковой поьерхлосги cuati при их подработке, который и должен составлять основ}- расчетного метода: не изучен вопрос о влиянии степени горизонтальных деформаций грунтового основания на ¡¡ссушую способность и вре-:;ле\;осгь свайных фз'ндзментов. Между тем> необходимость прогноза изменение несушей способности свайных кустов в процессе прохождения полработки очевидна гак- на столпи проектирования, так и при расконсервации угольных запасов под застроенными территориями. ■

Во кго рои !^af¡e jmoKeHbi_ механизм взаимодействия свайных фундаментов на подрабатываемом основании. Изменение напряженно-деформированного подрабатываемого грунтового массива. Шб/нодсння за деформациями земной поверхности угледобывающих районов кмую; давно и зависимость этих деформаций от параметров подработки достаточно изучена.

Значительно меньшее яннманнс уделялось изменению напряженно-деф.'рииротинною состояния в глубине грунтового массива, процессы в ко юром останься недоиследованными. хотя ход их развития оказывает

влияние на фундаменты и прочие заглубленные части здания, на реАНч грунтовых вод.

Рассмотрим простейшие геометрические условия - толща горшонгаль-но залегающих коренных пород перекрывается достаточно моишым сдоем более молодых по обрлованшо малосвяшых песчано-глнниаых rpymo". По мере выемки пласта полезного ископаемого земная поверхность проходит три стадии деформирования. Стадия i (участок ЛВ характер!» ¡уегся по-ложпельной крншгафн и горизонтальными деформациями растяжения, причем максимальных величин кривизна и деформации доспи лют и ¿средние ЛВ. а на его краях снижаются до величии блнчклх к- ну;но. ('гал)ч П (отрезок ВС) харакгерил-уетеч огрицатслшой кр^чгчюн и т^рто'гпл« ш t-ми деформациями сжатая. Наконец, si стадии ill поверхнос.ь notu/.aei s*. плоское дно мульды едтнысення с иочыожными небольшими локальными ю-ртоигальными деформациями. унаследованными от стадии 1 и П. Исходное напряженное состояние грунтовой толщи характсричуетея вертикальными и горизонтальными напряжениями

где - удельный вес грунта:

г-глубина; -

$ - хоэффицимгт бокового давления. Сушестасчным для анализа механических спойсгв груннжоЛ юлим являются: сцепление - с. угол внутреннего трення - 9. прочность на расткле-ние - Т, модуль упруг ости при разгрузке - Ер.

Определению модулей уиругосш трунтов при ра-цру:;кс н мехднике фунтов не уделялось такого внимания, как определению мо.туля лефермл-иии при сжатии (натруже) и табличных данных но -ному н-ждчд |г.!И> не имеется. К.<г 1!ок;пы1<ак>т роультат!.! !'.ес.":сдо!?ли',;'.!, Л.В. Фадег?'«, Л.Ж, Жусунбекова и других ученых модуль упругости при ралруих я ^-Ш рл! выше модуля деформашш при сжаши,

{Рассмотрим поведение грунгопой голшн (грп по-шнкнонемнм пунчц. тальных деформаций растяжения, Гортоигальнме напряжения, к<морие первоначально равнялись о, * } * I, будут тмошьс* на 1<слнч!ту с * Г* Исоставят

о£ = j * г

<2)

ct~cy=^* г* z

Р)

= z~e* Ер . (4)

Первоначально нарастание растягивающихся деформаций будет снижать величину горизонтальнььч сжимающихся напряжений, затем напряжения станут растягивающими и когда они сравняются "с прочностью грунта на растяжение - Т, произойдет образование верпгкальнон трещины. Максимальная глубина раскрытия трещины разрыва ограничивается тем обстоятельством, что оконтуренные этими трещинами субвергнкальные груп-ювыс блоки оказываются в условиях одноосного сжатия силами тяжести. Следовательно. предельная глубина трещин гя?« определяется из условия равенства вертикально]о напряжения о> - у * г прочности грунта на одноосное сжате S, определяемое по известной формуле:

S = 2 с cig (45е - 9/ 2) (5)

S = 7 * ILTW . (б)

s 2с/у * ctg (45«-ip/2) (7)

Следовательно, дальнейшее нарастание горизонтального растяжения выше Ztipm будет сопровождаться расширением трещин, а ниже Znp« - пластическими деформациями сдвигаемого характера без образования трендин (рис. (). И зоне развития трещин будет резко возрастать вертикальная водопроницаемость массива. Развитие трещин по мере нарастания деформаций растяжения будет происходить сверху вниз. Прорастающие трещины га'нружают соседние уча си: и массива от горизонтальных растягивающих напряжений.

Вследствие неоднородности массива трещины у его поверхности будут возникать и слабых местах на некотором расстоянии друг от друга. Наиболее г.зутлокора-тнвшиеся при данном уровне деформаций трещины будут разгружал, лрндепшшне области массива и не только сделают невозможным зароадеиие новых трещин, но и заморозят рост трещин, попадающих в на зон\ p.iзфузки. Таким образом, частота трещин у поверхности тем выше. чем однороднее является грунт ( что свойственно малосвязным грунтам) и пулст уменьшаться с глубиной.

Уеорешпеская последовательность изменения горизонтальных напряжений к 1рутом>й толще при прохождении 1, II и III стадий деформирования нчобрижена на рис. I. Графики построены для случая, когда максн-

Рис. 5 ПослебоБсшельность изменения горизонтальных напряжений при прохождении

болни подраоотки

л о -

мальная деформация растяжения Сщ^ = - 2 ¡е^д] и такой же абсолютной величины достигает деформация сжатия.

На рис. ¡а изображена исходная эпюра горизонтальных напряжений, изменяющихся с глубиной по уровнгкию (2). Возникновение горизонтальной деформации растяжения е = - |спр,л] приводит к исчезновению горизонтальных напряжений выше уровня на величину Е^ * (рис. I б,в). Дальнейшее растяжение толщи ведет к появлению предельного состояния ниже /лчнд. и горизощ-альные напряжения устанавливаются на уровне:

1 - вш <р

о, = (у*г-8)--(8)

1 +«р

Уравнение (8; выводится из условия предельного равновесия Кулона при заданной величине перл ¡калы 1 ого (максимального) напряжения: сг = у * г. По мере прохождения фронта мульды сдвижения деформации растяжения уменьшаются и сменяются деформациями сжатия. Сжатие предварительно разгруженного грунта до первоначального напряженного состояния характеризуется модулем разгрузки Ер, а сжатие свыше первоначального уровня характеризуется более низким модулем сжатия Ее*.

На рис. 1г эпюра соответствует снижению горизонтальной деформации ло уровня - I Соргд) . Сжатие толши ниже уровня Ъщ^ сопровождается возрастанием напряжений ох на величину Е^, * Сщкд. Выше уровня происходит смыкание раскрытых трещин и напряжения о* не возрастают. Рис. 1л соответствует границе между I и II стадиями, когда горизонтальные деформации снижаются до нуля. Выше уровня восстанавливается ис-

ходное напряженное состояние, а ниже 2^.« оно превосходит первоначальный уровень, однако не намного, поскольку прирост напряжений свыше первоначального уровня связан с приростом деформаций при более низком модуле ежа тик.

На рис. I е, ж показан процесс сжатия толщи. Прирост напряжений сг.я".ан с приростом деформаций через модуль сжатия. Уровень горизонтальных напряжений превосходит первоначальный. Рис. 1з соответствует '>1апу снижения сжимающих деформаций, а рис, !и - переходу точек земной и<чхр\жч-гн в плоское дно мульды. Уменьшение сжимающих деформаций дага«,) с тмсияшсм напряжении через высокий модуль разгрузки. Гори-«жы.п.ные напряжения резко снижаются, вновь раскрываются трещины в нгрхнеи чл-ти толши. а нижняя часть после сильного предварительного ежа-

гид вновь выходит в предельное состояние. Таким образом, несмотря на возвращение средней горизонтальном деформации к исходному нулевому значению, состояние толщи будет существенно опшчаться ог первоначального.

В верхней части толщи переуплотненные блоки будут разделены тп -шинами, по всей глубине толщи горизонтальные напряжения будут значительно меньше первоначальных.

Несущую способность свайного куста, т.е. предельное ее сопротивление вертикальному загружению принято.определять простым суммированием сил трения по боковой поверхности и сопротивления сжатого грунта под ее концом.

Fea - Fb + Foc (9)

Исходное напряженное состояние грунта вокруг ненагруженных спайных кустов характеризуется вертикальными ot и горизонтальными а, напряжениями.

Многие авторы полагают, что давление обжатия ствола сван равно природному горизонтальному давлению на данной глубине (В,В. Бахо.ттин, П.Т. И roí шин (1969), МА. Мете П976), I. Bjienvum (I973), RJ. Chandkn (I963), К. Floate, Р. Seines (1977), М. Janby (I976)). Другие cv.rraurr, тю /ыв-ление обжатия ствола сван сушесшен1ю превышает природные горизонтальные напряжения (М.С. Гуртаан (IÍ69K Ф.К. Лапшин (1976, 1979), К. Tepuani (1933), KL.К. Massarsdi. В.В. Broms (i977), Vesis (1972)). Результаты, приведенные в работах (Б.В. Бахолдин (1975), АЛ. Бартоломей (19"6). Большаков (1973), Е.В. Гурвич (1970). ЕЭ. Дгаальтовский (1932), Г.С. К.>-лесник (1971), ЕЛ. Пылаев (1982), В.Б. Шахирев (1966), R. Byucrfild, J.W. Johston (1973), Y. Koizumt, Ito (1967)), показывают что напряжения на поверхности свай существенно превышает природные гориюнтг'лмше напряжения только в самой нижней части свай. В верхней части, длчленне oóxca-тое спзолом близко к природным горизонтальным íranpjr-ssiHWM.

Для приближенной оценки влияния mpmounuiuii.iv деформаций основания на несущую способности сван рассмотрят упрошенную сх с чу взаимодействия сван с грунтом, предложенную Носковым It.ß. I I9S Ü. Условно принимаем нижний конец спаи плоским-, щъхспяялч nvtxo.i грумга под концом сваи в предельное состояние как рагинлилание цилиндра грунта вертикальным давлением et при наличии п>р»г»мгального ибжммдичвгго далления ai, равного природному гор»глчггалыюму дзплгнию я грунте *

7 in определяя at, как и при стабилометрпческих испытаниях, сопротивление сваи по острию с учетом воздействия подработки, определяем выражением (10)

!* 1 + ыд 9 1

F,.f 0,д = К | S +--( % * 7 *z-e * Sf) I (10)

L 1 - sin ф . j

Принимая, как и большинство исследователей, что сопротивление гаш'У ¡-рута по боковой поверхности сваи характеризуется уравнением П1)

t.«? (z) = с + % * у *г * tR?, (И)

полная величина предельного сопротивления сваи по боковой поверхности при подработке выражается уравнением (12)

н н

К» «»а = 1/2 J (c+^»7»z tg9) U d г + 1/2 J jc + (4*7ez - с «Ер) lg<?j * U d z (12)

о о

В данном анализе в расчет принимаются максимальные горизонтальные деформации растяжения, действующие в одной плоскости.

Суммарная несущая способность вертикально нагруженной сваи при подработке, после несложных преобразований, выражается уравнением (13)

Ер

Fa"«=F„(l-s-—)=Fu,(l-Ai*ej (13)

£, *у » Н

В выражениях (10), (11), (12), (13) - f - удельный вес грунта, с - сцепление. <р - угол внутреннего трения, % - коэффициент бокового давления, U-fn piiMcip сван, 11 - лмсога сван, F - площадь поперечного сечения сваи, Ai -эмпирический коэффициент.'

Однако коэффициент Ai при решении системы "подрабатываемое .viiojiamjc - спайный куст" должен отличаться по значению от коэффицнен-j.i Ai aw одиночной подрабатываемой сваи, так как диапазон изменения ни-ушги способности свай радикально снижается из-за наличия кустового

п

эффекта. Силами трения по боковой поверхности межеванный грунт в определенной степени "омоноянчиваегся" со сваями и реакция свайного куста нагрузке, приближается к реакции фундамента глубокого заложения по форме, par,ней "свайно-грунтовому" телу куста.

При подработке свайные кусты, в меньшей степени зависящие от сил бокового трения, чем одиночные сван, меньше реагируют на деформации растяжения. Для проверки вышеизложенного механизма работы спайных кустов были проведены модельные и полевые исиьггания на подрабатываемом основании.

В третьей Главе приводится методика модельных исследований, принципы определения критериев подобия и выбора эквивалентных материалов, описание и принцип работы используемого оборудования, обработка и анализ результатов лабораторных исследовании.

Для изучения влияния горизонтальных деформаций грунтового массива на изменение его напряженно-деформированного состояния и на вертикальную несущую способность свайных кустов проведены модельные испытания свайных фундаментов на горизонтально-деформируемой среде в масштабе I :-10. Выбор подобного масштаба свай был обусловлен необходимостью проведения многочисленных испытаний. Кроме того анализ исследований Whitaker; Kezdí: Sowers; Назтяа; Barden; MonctonJf; Morion; King: MaJcharek; KJozek; Kolacz; Е.Э. Девальтс-вского, проведенных на моделях близкого масштаба показал, что испытания таких моделей позволяют получить качественно верное представление о взалмодеЛспшн свайных кустов с грунтом.

Модели свай представляли собой крупные стальные стержни диаметром 10 мм, длиной 200 мм. Для обеспечения сцепления с грунтом модели свай имели шероховатую поверхность. .

Материалом модели грунтового основания в проведенных экспериментах служила смесь, состоящая из 97% мелкого кварцевого песка и 33% веретенного масла по весу. Этот эквивалентный материал удобен для изготовления моделей: деформации ползучести быстро затухают в нем после приложения очередной ступени нагрузки.

Эксперименты проводились в объемном лотке 1400x650x600 мм соответственно. Данная установка позволяет имитировать процесс подработки и задавать исследуемой толще основания горизонтальные деформации (с) до 20*103 (20 мм/и). Величина горизонтальных деформаций основания Опре-

делялась оптически и путем измерения расстояния между марками (реперами), установленными на поверхности модели.

Программа экспериментов предусматривала проведение трех серий испытаний:

Первая серия - испытание моделей свай до подработки основания.

Вторая серия - испытание моделей свай на подрабатываемом массиве при различных горизонтальных деформациях растяжения основания.

Третья серия - испытание моделей свай после подработки. .

Во время проведения опытов проводилось визуальное наблюдение за появлением и развитием трешин на поверхности основания, частотой их раскрытия, в зависимости от величины горизонтальных деформаций осно-ваштя.

В первой серии модели свай забивались в грунт и под действием статической нагрузки пспьпъталнсь до потери несущей способности. По полученным данным строились графики зависимости осадки от нагрузки и определялись расчетные и предельные нагрузки на сваи без влияния подработки основания.

Во второй серии испытаний моделей свай, последние забивались в грунт (эквивалентный материал) и загружались нагрузкой, принимаемой из графика испытаний свайных кустов до подработки. После условной стабилизации осадок имитировался процесс подработки и при появлении горизонтальных деформаций растяжения основания модели свай испытывались до потерн несущей способности. После этого строился трафик зависимости осадки свайных кустов от приложенной нагрузки при подработке основания. •

В третьей серии сваи испытывались после прохождения волны подработки. По. методике проведения эта серия испытаний аналогична первой. По полученным данным строился обобщенный график завис! ¡мости осадки сваи от нагрузки на подработанном массиве при отсутствии горизонтальных деформаций.

Каждая серия опытов проводилась с трехкратным повторением. По окончании серии опытов грунт из лотков выгружался и готовилось основание дня следующей серии экспериментов или повторения предыдущей. Всего Было проведено 36 испытаний в каждой серии в объемном лотке.

На рис. 23.4, представлены свайные кусты 2x2, 3x3. 4x4. графики на-трузка-осадка, полученные в объемном лотке соответственно, при различных горизонтальных деформациях растяжения основания.

1г

Ч 1 ....... ».(ЛЛ

V-

1- р

¿Я Щ и т

" 5|| Н1

Рис 2 . Графики "Нагрузхса-ссадка" свайного куста 2*2 при различных горизонтальных деформадиях основания:

-3 -3

1- £ 2- £ -3x70; 3- «6x10;

-3 -3

А— £ -9x10; 5— £ -12x10;

8ДШ

Рис 3. Графики "Нагрузка-осадка" свайного куста 3*3 при различных горизонтальных деформациях основания:

1 — р

4- I

-3 -3

■0; г— 2 -3x10; Э- £ -6x10;

-С- -3

• 3x10; 5- £ -12x10-

Рис 4 . Графики "Нагрузка-осадка" свайного куста 4*4 при различных горизонтальных деформациях основания:

1- £ -0;' г- £ -3x10; 3- £ -6Х10-5 -3

4— £ -9x10;. 5— £ •12x10:

В результате была получена эмпирическая зависимость ÍI4) для определения несущей способности спайных кустов в процессе подработки основания, подтверждающая функциональное выражение (12)

Р(Введ = Fes (1 - Лг * е), (14)

где Р«.п'л - несущая способность спайных кустов с учетом подработки основания;

Fe . несущая способность свайных кустов неподработанного основания;

с - горизонтальные деформации растяжения основания (0 < е < 12*Ю-3);

Лз •■ эмпирический коэффициент (безразмерный, раииьж 56,0, получен как среднее значение из модельных испытаний на объемном лотке).

В четвертой главе изложены результаты натурных исследований, проведенных на экспериментальном участке на территории' Карагандинского угольного бассейна.

1. Испытание свайных кустов на недеформированном массиве.

2. Испытание свайных кустов при подработке территории экспериментальной площадки.

До проведения испытаний для наблюдения за деформациями земной поверхности на экспериментальном полигоне была разбита станция размерами а атане J 5 х ¡5 м. По сетке 3x3 м на станции были установлены грунтовые реперы, позволяющие следить за сдвижением массива грунта.

В первой серии полевых экспериментов проводились статические испытания неподработанных свайных кустов до потери несущей способности. По данным испытаний строились графики нагрузка-осадка и определялась несущая способность сваи в недеформируемом массиве.

После проведения первой серии проводились наблюдения за смещением грунтовых реперов во время прохождения волны подработки. Наблюдения выполнялись сотрудниками КазНИМИ. При достижении максимальных горизонтальных деформаций растяжения проводилась вторая серия экспериментов по методике, аналогичной проведению испытаний первой серии. По результатам испытаний строились графики "нагрузка-осадка" (рис. 5,6).

Проведенные полевые подтверждают результаты модельных экспериментов об изменении несущей способности вертикально натруженного

Г

м \ г Л X ^ щ ЬЦ И №

'Л», •^гг*-* 1 • 1

, I

Рис 5 . Графики "Нагрузка-осадка" свайвого куста 2*2 ио

результатам натурных, исследований при горизонтальной деформации осноганш::

1-

. - 0:

£ - 2.1 е Ю.

10

£0

10

20

го

40

- г ? •■ |/2 Г

й т* 'X > / > > 1 ч > ы тс

✓

Рис б . Графики "Нагрузка-осадка" свайного куста 3 у 3 по

результатам натурных, исследований при горизонтальной деформации основания:

1 --- £ - о; г... .£

-8

2.1 * 10 .

спайного куста в зависимости от величины горизонтальных деформаций растяжения основания, вызванных его подработкой.

Из результатов полевого эксперимента "получен эмпирический коэффициент Лг= 56,2. Полученный эмпирический коэффициент Аа подтверждает существенное отличие рабоп,I свай в кусте на подрабатываемом основании, по сравнению с работой одиночной сван, в подрабатьгваелюм грунтовом массиве.

Вл]Я1йй,!21аве_прГгвод1(тся методика определения несущей способности свайных кустов на подрабатываемых основаниях; сравнительные расчет несущей способности свайных кустов и одиночных свай в зависимости от горизонтальных деформаций земной поверхности при подработке. ■

Основные выводы:

На основании результатов комплексных исследований работы свайных фундаментов на подрабатываемых территориях, можно сделать следующие выводы:

1. На основе сочетания результатов теоретических', модельных и полевых исследований подрабатываемых свайных фундаментов получено функциональное выражение для определения несущей способности свайных кустов в зависимости ст горизонтальных деформаций грунтовой толши, которое легло в основу разработанной методики проектирования свайных фундаментов в результате воздействия подработки.

2. Основное влияние на изменение несущей способности свайных фундаментов оказывает изменение напряженно-деформированного состояния грунтовой толщи под воздействием горизонтальных деформаций, возникающих в результате подработки.

3. Уменьшение несущей способности свайных фундаментов тем значительнее, чем больше горизонтальная деформация растяжения грунтов. .

4. Проведенный анализ изменения напряженно-деформированного состояния грунтовой толщи в процессе подработки, позволил объяснить закономерность образования и предельную глубину раскрытия трешин в массиве грунта. ■ .

5. Экспериментальные стенды ¡зля моделирования деформаций оснований расширяют диапазон моделируемых явлений, близких к натурным условиям подработки свайных фундаментов и позволяют изучить механизм взаимодействия свайных кустов с подрабатываемой грунтовой толщью.

6. Механизм работы свай в. подрабатываемом свайном кусте отличается от работы подрабатываемой одиночной сван из-за армирующего эффекта грунтового массива между сваями в кусте.

7. Предлагаемую методику проектирования подрабатываемых свайных кустов можно использовать при исследовании работы свайных фундаментов в сложных инженерно-геологических условиях.

8. Главное достижение предлагаемой разработанной методики определения несущей способности свайных кустов на подрлбатьшаемых основаниях - это возможность прогнозирования изменения несущей способности свайных фундаментов в процессе подработай (в зоне растяжения массива), что существенно важно при расконсервации угольных запасов или других полезных ископаемых без ущерба здании и сооружений в зоне горных выработок.

Содержание диссертации достаточно полно опубликованы в следующих работах:

1. Жусупбеков А.Ж.. Жунисов Т.О., Рассадина А А., Макагонов В.В. Модельные исследования сварных кустов на подрабатываемых основаниях. - В кн.: Сб-дохл. научно-практической конференции 'Техническая реконструкция и ее социально-экономические последствия". -Караганда: КарПТИ, 1936. С. 48-49. .

2. Жусупбеков АЛС.Жунисов Т.О. Методика определения несущей способности свайных кустов на подрабатываемом основании. - В кн.: Тезисы докладов Второго Всесоюзного совещания - семинара "Механизированная безотходная технология возведения свайного фундамента из свай заводской готовности",- Владивосток, 1988. С. 108- 110. .

3.Жусупбеков А-Ж.Жунисов Т.О. Модельные исследования свайных кустов на по/ф а б а тыв а е м ь sx основаниях.- В кн.: Фундаментостроение и механика слабых грунтов (межвузовский тематический сборник трудов). -Ленинград, 1988! С. 16-22. , ■. * '

4. Жусупбеков А.Ж., Жуиисоа Т.О. Комплексные исследования изменения несущей способности и жесткости подрабатываемых оснований фундаментов. - В кн.: Miedzunarodowa konferenqa ncrwowa natemat Najnomze Naukowu Badawcze Problemy Budownictuva i inzuievii svodowtska, Bialustok, Poland, 1989. p-378-335.

5. Zhusupbekov A2h„ Zhunisov Т., Zhibupbekova V.V.lnvestigations of pile foundations effect on undermined territories. Proc 9-th National Conf.

zt

on soil mechanics and foundation eng., incering Cracov, Poland, vol.1. 1990, p .347-352.

6. Жусупбеков АЖ.,Жунисои Т.О. Исследование работы спайных фундаментов па подрабатываемых территориях. - В кн.: Сб.грудой Ш международной конференции "Проблемы свайного фундамеитосгроения" (под обшей редакцией чл. - кор.Российской академии Haw и международной инженерной академии, тлел. деятеля науки и техники, нроф.АЛ. Бартоломея).- Пермь, 1992. С. 31-33.

7. Zhusupbekov AKravzov N.I., Atrushkevich Р.Л. and Zhunisov Т.О. Field and model tests of group pile foundations on undermining soil. Proc.of Eleventh Southeast Asian Geotechnical Conference. .Singapore,

p.l 1-117.

8. Zhusupbekov A-Zh., Zliunisov Т.О.. Kravzov N.I., Zou*oupbekovj V.V. Investigations of pile foundations on undermined territories. Prix, of 1 he Fourth East Asia Pacific Conference on Structural Bngineenng and Construction: Progress in Harmony, 20-22 September, 1993, Seoul, Korea, vol.lll, p.2097- 2103. . e

9. Жуннсов Т.О.. Жусупбеков А Ж., Бокнжанов Х.И. Комплектные исследования несущей способности свайных кустов на подрабатываемых территориях. Труды I- oil Казахсганекой нациоихтьной технической конференции с иностранным участием "Проблемы фундлменюсгроенич и грунтовых условиях новой столицы" - А к мола. 1997. с. 29 ¡'-297.

с>