автореферат диссертации по строительству, 05.23.08, диссертация на тему:Прогноз погружения свай забивкой в грунтовых условиях Ростовской области

61 ■ -¿1

Министерство общего и специального образования РФ Ростовский государственный строительный университет

На правах рукописи Рижвадзе Роини Зорбегович

Прогноз погружения свай забивкой в грунтовых условиях Ростовской области

Специальность 05.23.08 -Технология и организация промышленного

и гражданского строительства

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель Заслуженный деятель науки и техники РФ, докт. техн. наук, профессор Айрапетов Г.А.

Научный консультант кандидат технических наук, Любимов С.А.

Ростов-на-Дону, 1999

Оглавление стр.

Основные обозначения, принятые в диссертационной работе......................................4

Введение ..........................................................................................................................................................7

ГЛАВА 1. Состояние вопроса и задачи исследований............................................14

1.1 Анализ процесса погружения забивных свай в

структурно-неустойчивых грунтах ....................................................................14

1.2 Рабочая гипотеза, цель и задачи исследований............................................23

ГЛАВА 2. Материалы и методика исследований........................................25

2.1 Методика натурных испытаний свай на

исследуемых площадках..................................................................................................................25

2.2 Проведение натурных экспериментальных исследований

в грунтовых условиях Ростовской области........................................................33

Выводы по главе ................................................................................................................................................................73

ГЛАВА 3. Погружение свай забивкой до проектных отметок

в зависимости от характеристик грунта ......................................................74

3.1 Обоснование принятых факторов и уровней

варьирования ......................................................................................................................................................74

3.2 Исследование процесса погружения свай забивкой ............................83

Выводы по главе..................................................................................................................................................................100

ГЛАВА 4.

Совершенствование технологии устройства фундаментов из забивных свай в грунтовых условиях Ростовской области ......................

4.1 Выбор типа молота для погружения свай забивкой............... 101

4.2 Погружение свай в слои различной прочности...................... 111

4.3 Теоретическая модель погружения свай забивкой................. 125

4.4 Соотношение несущих способностей, определенных испытаниями свай динамической и статической нагрузками, для прогноза технологии устройства фундаментов из забивных свай в грунтовых

условиях Ростовской области................................................. 136

Выводы по главе ................................................................................ 145

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ.............................................................................. 146

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ............................................................................ 149

ПРИЛОЖЕНИЯ:

Предложение по дополнению и изменению положений

СНиП 2.02.03-85. "Свайные фундаменты" ...................................... 159

Предложение по дополнению и изменению положений

СНиП 3.02.01-87. "Земляные сооружения, основания

и фундаменты" ................................................................................. 159

Основные обозначения, принятые в диссертационной работе

Согласно отмененному СНиП Ш-9-74:

Е - энергия удара дизель-молота, Дж;

а - коэффициент, равный 0,025 Дж/Н;

Р - несущая способность сваи, Н;

0.п - полная масса молота, кг;

q - масса сваи, кг;

К - коэффициент применимости молота

В - консистенция грунта;

Согласно СНиП 3.02.01-87 "Земляные сооружения, основания и фундаменты":

Еь - необходимая минимальная энергия удара молота, кДж;

N - расчетная нагрузка, передаваемая на сваю, кН;

Ш1 - масса молота, т;

1П2 - масса сваи с наголовником, т;

шз - масса подбабка, т;

гщ - масса ударной части молота;

К - коэффициент применимости молота;

Еа - расчетная энергия удара молота, кДж;

^ - несущая способность сваи в пределах 1-го слоя грунта, кН;

Н; - толщина ьго слоя грунта, м;

В - число ударов молота в единицу времени, ударов в 1 мин;

I - время, затраченное на погружение сваи (без учета

времени подъемно-транспортных операций); Ей - число ударов молота, необходимое для погружения сваи; п -параметр, принимаемый в зависимости типа молота;

Согласно СНиП 2.02.03-85 "Свайные фундаменты": Ба - несущая способность свай, определенная по

результатам полевых исследований, кН; Ри - несущая способность свай, определенная по результатам их испытаний статической нагрузкой;

Общепринятые буквенные обозначения:

Ьл - глубина лидерной скважины, м;

Ьс - длина сваи, м;

<1С - диаметр сваи, см;

- влажность, %;

8Г - степень влажности;

р -плотность, т/м3;

е - коэффициент пористости;

ра -плотность в сухом состоянии, т/м3;

WL - влажность на границе текучести;

\¥р - влажность на границе пластичности (раскатывания);

п - пористость, % ;

1Р - число пластичности;

1Ь - показатель текучести;

с - удельное сцепление, кПа;

ф - угол внутреннего трения, град;

N - расчетная нагрузка, кН;

- сопротивление грунта под наконечником зонда, МПа;

Л - сопротивление грунта на боковой поверхности зонда, МПа; Н - глубина, м; К - количество ударов;

- отказ, равный значению погружения сваи от одного удара молота, см;

Zi - величина погружения сваи от одного удара;

X - поправочный коэффициент;

уё - коэффициент безопасности по грунту;

а - коэффициент, значение которого принимается в зависимости

от характеристик грунта; (1 - показатель степени, характеризующий процесс погружения; р - показатель точности оценки среднего значения характеристик; V - коэффициент вариации; п - количество определений; ст - среднее квадратичное отклонение; А.! - частные значения характеристик;

- несущая способность свай, определенная статической нагрузкой, кН;

Б^п - несущая способность свай, определенная динамической нагрузкой, кН;

Введение

Актуальность работы. Проектирование и строительство на Северном Кавказе, в том числе и в Ростовской области, осложняется наличием практически на всей площади региона грунтовых условий I и II типов по про-садочности. Особенные затруднения вызывают грунты II типа, просадочная толща которых достигает 40 м.

Известно, что лессовые отложения, залегающие в основаниях большинства сооружений Ростовской области, в сухом состоянии обладают достаточной несущей способностью. Однако при насыщении водой они ее существенно теряют. Основная проблема при устройстве фундаментов из забивных свай заключается в необходимости прорезки маловлажных суглинков для достижения острием свай проектной отметки.

При разработке проектно-сметной документации на устройство свайных фундаментов проектировщики осуществляют расчет для выбора типа молота по методике СНиПЗ.02.01-87. Вычисления по рекомендованной методике показывают, что при выбранной необходимой минимальной энергии удара и выполнении условий коэффициента применимости молота, погрузить сваи до проектной отметки очень часто не удается. Вычисленью значения необходимой энергии удара молота, обеспечивающие погружение свай до проектной отметки без дополнительных мероприятий, свидетельствуют о необходимости применения молотов с большей энергией удара в грунтах различной прочности. Увеличение массы молота увеличивает вероятность разрушения голов свай. На Северном Кавказе, в том числе и в Ростовской области, устройство свайных фундаментов в основном осуществляют Ростовское специализированное управление АООТ 'Тидроспецфундаментстрой", имеющее в Краснодарском и Ставропольском краях филиалы; корпорация "СевкавЭЛЕВАТОРспецстрой,"

СУ-1 треста "РОКПД" и другие. Вышеперечисленные организации в основном ( 90 ... 95 % ) осуществляют погружение свай сваебойными агрегатами с массой ударной части молота 1,8 и 2,5 т и не могут переоборудовать ударную часть так, чтобы молот имел разную энергию удара. Поэтому, как показывает практика, в тех случаях, когда по расчету выбора типа молота для погружения свай забивкой требуется молот с определенной энергией удара, не имеющейся в наличии, организации осуществляющие погружение свай, ориентируются на массу забиваемых свай. Такой подход рекомендуется в паспорте дизель-молота. Погружение сваи осуществляют исходя из указанний в паспорте по ограничению массы забиваемых сваи имеющегося дизель-молота. В этой связи необходимы обобщение опыта погружения свай, корректировка норм проектирования по производству работ и совершенствованию технологии погружения забивных свай на разные глубины при имеющемся сваебойном агрегате. Эффективность принимаемых технологических решений при устройстве свайных фундаментов во многом зависит от простоты и достоверности методов предварительной оценки возможности погружения свай до проектных отметок при имеющемся сваебойном оборудовании.

Одним из важных моментов при разработке проектно-сметной документации на устройство свайных фундаментов является назначение лидерной скважины. Строительные нормы (СНиП 2.02.03-85, п. 8.5, стр. 22) проектировщикам рекомендуют в случае, если по результатам инженерных изысканий установлено, что погружение свай в просадочные грунты может быть затруднено, в проекте предусматривать устройство лидерных скважин, диаметр которых в грунтовых условиях I типа по просадочности следует назначать менее размера сечения свай, а в грунтовых условиях II типа по просадочности-равным ему или менее. В последнем случае лидерные скважины не должны выходить за пределы проседающей толщи. Однако СНиП не раскрывает сути фразы "может быть затруднено," и в инструктивно-нормативной литературе

отсутствует методика необходимости применения лидерной скважины, не рекомендованы параметры грунтов и их предельные значения, при которых не обеспечивается забивка свай до проектной отметки без устройства лидерных скважин. Современный подход в решении проблем свайного фундаменто-строения требует более полного учета грунтоведческих факторов.

Строительные нормы (СНиП 2.02.03-85 "Свайные фундаменты") рекомендуют в грунтовых условиях 1-го типа по просадочности определять несущую способность свай статическими и динамическими нагрузками. Определение несущей способности свай по их отказу динамической нагрузкой имеет актуальное значение, так как этот способ определения сопротивления свай при производстве работ по устройству свайного основания не требует дополнительного времени, средств. Однако не допускается определять несущую способность свай в грунтовых условиях И-го типа по просадочности на основе результатов их динамических испытаний. Проведенные натурные исследования по выявлению несущих способностей статическими и динамическими нагрузками дает основание предположить воможность определения предельного сопротивления свай по данным их погружения при динамических испытаниях свай не только для грунтовых условии 1-го типа по просадочности.

Научная новизна работы:

- выявлен характер погружения свай забивкой на разных глубинах в зависимости от характеристик грунтов в условиях Ростовской области;

- разработан метод прогноза погружения свай забивкой для конкретных грунтовых условий с учетом типа применяемого молота;

- установлены основные параметры грунтов и их предельные значения, влияющие на характер погружения свай и необходимость назначения лидерных скважин;

- на основе натурных исследований установлены закономерности изменения количества ударов от характеристик грунта и глубины погружения свай;

- разработана теоретическая модель прогнозирования затраченной энергии для погружения свай забивкой до требуемой глубины с учетом типа молота, вида свай и конкретных грунтовых условий строящегося объекта;

- с учетом проведенных натурных исследований предложена методика прогнозирования несущей способности свай по результатам их испытаний динамической нагрузкой в грунтовых условиях II типа по просадочности для региона Ростовской области.

На защиту выносятся:

- результаты натурных исследований и разработанные предложения по совершенствованию технологии устройства фундаментов из забивных свай с учетом региональных особенностей грунтов Ростовской области;

- методику прогноза погружения сваи на разных глубинах имеющимся сваебойным оборудованием;

- методику необходимости назначения лидерной скважины в грунтовых условиях Ростовской области;

- результаты исследований по возможности прогнозирования несущей способности свай при испытаниях их динамической нагрузкой в грунтовых условиях И-го типа по просадочности для исследуемого региона.

Практическое значение работы

На основе натурных исследований при погружении забивных свай в г. Ростове-на-Дону и Ростовской области даны рекомендации для стадии проектирования по прогнозированию технологии производства свайных работ имеющимся сваебойным оборудованием с учетом параметров грунтов.

и

Разработаны предложения по изменению и дополнению положений Строительных Норм и Правил:

- СНиП 3.02.01-87 "Земляные сооружения, основания и фундаменты," приложение 5 "Выбор типа молота для забивки свай и шпунта" (методика прогноза погружения свай забивкой при имеющемся сваебойном оборудовании в зависимости от различных грунтовых условий).

- СНиП 2.02.03-85 "Свайные фундаменты", п.8.5. "Особенности проектирования свайных фундаментов в просадочных грунтах" (методика назначения лидерных скважин в зависимости от различных грунтовых условий).

Достоверность исследований: достоверность результатов представленных исследований обеспечивается использованием действующих государственных стандартов, поверенного оборудования при проведении натурных экспериментальных испытаний, а также методами математического планирования исследований и обработкой экспериментальных данных с использованием современной вычислительной техники и программного обеспечения.

Обработка результатов исследований производилась методами математической статистики. Был использован трехфакторный трехуровневый план, расчет проводили на персональной ЭВМ (1ВМ 486 - БХ2).

Апробация работы. Материалы диссертации отражены в 8-ми научно-технических отчетах и доложены на:

-региональных научно-технических конференциях Ростовской-на-Дону государственной академии строительства (1995-1996 г.г.);

-международных научно-практических конференциях Ростовского государственного строительного университета (1997-1998 г.г.);

- в Ростовском специализированном управлении АООТ "Гидроспецфундаментстрой", 1998 г.;

- в ОАО институт "Ростовский ПромстройНИИпроект, 1999 г.

- международных научно-практических конференциях Ростовского государственного строительного университета (1998-1999 г.г.).

Диссертационная работа выполнялась автором в период с 1995 по 1999 г.г. на кафедре технологии строительного производства и строительных машин института строительных технологий и материалов Ростовского Государственного Строительного Университета под руководством Заслуженного деятеля науки и техники РФ и Чечено-Ингушской Республики, доктора технических наук, профессора Г.А. Айрапетова и научного консультанта, заведующего лабораторией оснований и фундаментов института СевкавНИПИагропром, кандидата технических наук, С.А. Любимова. Натурные экспериментальные работы проводились в лаборатории оснований и фундаментов института СевкавНИПИагропром с участием автора с 1989 по 1994 годы.

Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в работах.

1. Любимов С. А., Рохкин А. Д., Рижвадзе Р.З. Пособие по проектированию и устройству свайных фундаментов в грунтовых условиях II типа по просадочности Северного Кавказа. //Ростов-на Дону СевкавНИПИагропром, 1995.-47 с.

2. Рижвадзе Р.З. Погружаемость свай забивкой // Строительные конструкции, материалы и методы производства работ: Сб. науч. тр. Ростов-на-Дону, 1996. - С. 55-58.

3. Айрапетов Г.А., Рижвадзе Р.З, Любимов С.А. Погружаемость свай в структурно-неустойчивых грунтах //Материалы международной научно-практической конференции: Тез. докл. - Ростов-на-Дону, 1997. -С.5-6.

4.Рижвадзе Р.З. Прогноз погружаемости свай забивкой //Новые исследования бетона и железобетона: Сб. науч. тр. СевкавНИПИагропром. -Ростов-на-Дону, 1997. - С. 46-49.

5. Айрапетов Г.А., Любимов С.А., Тимофеев Ю.Л., Рижвадзе Р.З, Технология устройства свайных фундаментов //Материалы международной научно-практической конференции: Тез. докл. - Ростов-на-Дону, 1998. - С.16-17.

6. Рижвадзе Р.З. Некоторые вопросы погружаемости свай забивкой //Материалы международной научно-практической конференции: Тез. докл. - Ростов-на-Дону, 1998. - С.33-34.

7. Рижвадзе Р.З. Исследование технологии погружаемости свай забивкой //Перспективные разработки, материалы и методы производства работ: Сб. науч. тр. СевкавНИПИагропром. - Ростов-на-Дону, 1998. - С. 26-28.

8. Рижвадзе Р. 3, Изыскания - проектирование - строительство //Материалы международной научно-практической конференции: Тез. докл. - Ростов-на-Дону, 1999. - С. 10.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 4-х глав, основных выводов, списка литературы и приложения. Диссертация содержит 161 страницумашино�