автореферат диссертации по строительству, 05.23.02, диссертация на тему:Трубчатые микросваи с уширением в нижней части из втрамбованного жесткого материала

ПРИДНЕПРОВСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ СТРОИТЕЛЬСТВА И АРХИТЕКТУРЫ

На правах рукописи УДК.624.131

БАБЕНКО Вадим Александрович

ТРУБЧАТЫЕ МИКРОСВАИ С УШИРЕННОМ В Ш.ЖНЕЙ ЧАСТИ ИЗ ВТРАМБОВАННОГО ЖЕСТКОГО МАТЕРИАЛА

Специальность: 05.23.02 - Основания и фундаменты

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени капы [дата технических наук

Днепропетровск 1996 г.

Диссертация является рукописью.

Работа В1 лолнена на кафедре оснований и фундаментов Полтавского технического университета.

Научный руководитель - доктор технических наук', доцент

Зоценко Николай Леонидович.

Официальные оппоненты - доктор технических наук, профессор

Тимофеева Людмила Михайловна.

- кандидат технических наук, доцент-Алексеев Арнольд Иванович.

Водяная организация - ОАО Проекггао-шыскательский

инстшут "Укрспсцстронпроект", г. Днепропетровск

Зашита диссертации состоится "26" декабря 1996 г. в 13 ч-сов на заседании специализированного ученого совета Д.03.07.05 при Приднепровской государственной академии строительства и архитектуры (ПГАСА) по адресу-320600, г. Днепропетровск, ул.Чернышевского, 24а, в зале заседаний ученого совета.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ПГАСА.

Автореферат разослан " 22 " ноября 1996 г.

Ученый секретрь специализированного ученого совета, кандидат технических наук, доцент

<-Карпухнна А ЛС.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. С переходом на рыночные отношения большое внимание строительной отрасли уделяется реконструкции существующей здании н сооружений. Настоящий период сопровождается резким подорожанием материалов, энергоресурсов, транспортных перевозок. При этом наибольшие трудности представляют работы по усилению оснований и фундаментов, особенно в сложных грунтовых условиях. Поэтому использование экономичных конструкций оснований и фундаментов, а также технологических схем представляется одним из более перспективных и экономически оправданных путей повышения эффективного использования материальных и финансовых ресурсов в строительстве.

Практика строительства показала, что при усилении оснований и фундаментов чаше всего применяются сборные микросваи (металлические или железобетонные), которые собирают при погружении из отдельных элементов. Эти сваи объединяются ростверками, на которые передаётся нагрузка от существующих конструкций. Такие сваи в большенстве случаев оказываются более экономичными по сравнению с другими известными методами (укрепление и армировали:: груша, буронабивные и буроинъехционные сван и др). Их можно считать и более надежными, так как при их у лройстве достовернее контролируется качество работ.

Особенностью трубчатых микросван является возможность в процессе их устройства втрамбовывать в основание щебень или жесткий бетон с целью устройства уширений. Этим значительно повышается их несущая способность.

Перечисленные положения обосновывают актуальность научных исследований, направленных на изучение совместной работы трубчатых микросвай с уширением в нижней части из втрамбованного жесткого материала и осно-ваия, а также методов их устройства.

Цель работы. Настоящая диссертационная работа посвящена изучению закономерностей формирования уширения и зоны уплотнения грунта основания при втрамбовывании жесткого материала через трубчатую микро-

сваю, исследованию совместной работы с основанием таких микросвай, разработке предложении по методике расчета и внедрению в практику проектирования строительства результатов исследований.

Научная новизна результатов исследований состоит в следующем:

- разработано эффективное конструктивное р«ьен не трубчатой микросваи с уширенисм в нижней части из втрамбованного щебня и способ его реализации в условиях реконструируемых зданий и сооружений;

- установлены закономерности формирования параметров уширсний и тон уплотненного грунта основания при втрамбовывании шебня через трубчатую ыикросваю; на основании этих исследований разработана методика определения их размеров для проектирования фундаментов и. трубчатых микросвай с уширением в нижней част, из втрамбованного щебня;

- разработана методика составления исходных данных к решению упруго-пластической задачи механики грунтов для оценки напряженно-деформированного состояния системы "мнкросвая с уширенисм - основание" методом конечных элементов, отличающаяся тем, что с использованием метода пенетрации и уравнений взаимосвязи между физическими и механическими характеристиками грунтов необходимые данные задаются в каждом конечном элементе с учётом уплотнения грунта дифференциропанно с удалением от сваи, возможности его искусственного замачивания, разуплотнения при выпирании и др.

Практическое значение и внедрение работы состоит в разработке новой конструкции металлической трубчатой микросваи с уширенисм в нижней части из втрамбованного щебня, предложений по проектированию и строительству таких фундаментов, внедрению результатов исследований в практику строительства, что позволило сократить расход материалов и энергоресурсов при реконструкции трех зданий на 60% по сравнению с использованием трубчатых микросвай без уширений.

На защиту выносятся:

-5- но^ое конструктивное решение трубчатой микросваи, отличающееся тем, что с целью повышения сё несушей способности через полость михросвам втрамбовывается шебень, в результате чего в нижней её част формируются жесткое уширение н зона уплотненного 1руша основания;

- результаты экспериментальных исследований несушей способности таких микросвай в зависимости от обьёма щебня в уширении и замачивания про-салочног- грунта;

- способ определения размеров уширений и уплот 1снных зон грунта основания с учетом обьема втрамбованного щебня, его уплотнения, размеров фракций щебня, степени подонасышеиня грунта основания;

- методика составления исходных данных к решению задачи о напряженно-деформируемом состоянии системы " микросвая с уширением - основание* методом конечиь : элементов;

- особенности проектирования к строительстпз фундамстггоч из трубчатых микросвай с уширением 113 втрамбованного шебня, результаты наблюдений за осадками зданий на так,.х фундаментах, методика подсчета энергорссурсов на их не отовление.

Апробация работы. Основные положения исследований докладывались на ряде научно- технических конференциях :

1. Республиканская научно-техническая конференция "Эффективные фундамент..!, сооружаемые без выемки грунта". Полтава, октябрь, 1991 год.

2. Третья международная конференция "Проблемы свайного фундамето-строения". Минск, октябрь, 1992 год.

3. Международный симпозиум "Реконструкция Санкт-Петфбург-2005". Санкт Петербург, ноябрь, 1992 год.

4. 43 - 47 научные конференции профес:.^ павателей, чзучных работников, аспирантов и студ-ьгов Полтавского ».хническио университета. Полтава, 1992-1996 гх.

5. вторая Украинская ипучно-техп тесхая коп'] --рент.. по механике грун-тои и фундаментостроечию. Полтава, октябрь. !995 "оя.

Пубпнкаиии. По теме диссертационной работы опубликовано 5 печатных работ.

Структура и объём работы . Диссертациясосгойтизвведения, четырёх П'-ав, выводов, списка литературы и приложения. Обший объем работы составляет 201 страницу, в том числе 103 страниц машинописного текста, 70 рисунков, 1$ таблиц, список использованной литературы 156 наименований.

Личный вклад автора состоит в:

- разработке эффективной конструкции металлической трубчатой микросваи с уширением в нижней части из втрамбованного жесткого материала, создании оборудования ударчого действия для устройства таких микросвай;

- организации и проведении экспериментальных исследовании закономерностей формирования параметров уширения и -юны уплотненного грунта основания, определении несущей способности микросвай с различными уширеннями;

- анализе экспериментальных данных и установлении соответствующих зависимостей для расчета трубчатых микросвай с уширением в нижней части из втрамбованного жесткого материала;

* разработке методики составления исходных данных у решению упруго-пластической задачи механики грунтов для оценки НДС системы "микросвая с уширением - основание" методом конечных элементов.

Методы и с с л е д о в а н и й. При выполнении комплекса задач для достижения поставленной цеди были использованы следующие методы исследований:

- метод математического моделирования напряженно-деформированного состояния системы "микросвая-основание" на основе .шения осссчмметрич-ной версии упругошсстической задачи мехагики грунтов с использованием метода конечных элементов;

- экспериментальные исследования несущей способности микросвай, а также параметров уширений и зон уплощенного груша основания по результатам статических испытаний в натурных условиях строительных площадок.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы, сформулирк вана цель исследований, отмечена новизна и практическое значение работы, сформулированы вопросы, которые выносятся на защиту.

В первой главе дан обзор изученности рассматриваемого вопроса и. в частности, опыта применения свайных фундаментов при реконструкции зданий и сооружений, эффективности фундаментов с уширением в нижней части из втрамбованного жесткого материала, методов исследования параметров уширения и зон уплотненного грунта основания, Нелинейных методов оценки напряженно-деформированного состояния системы "основание-фундамент". На основании анализа и обобщения известных исследований обоснована целесообразность и актуальность выполнения настоящей работы, поставлены задачи исследований.

За последние 25 лет сваи и фундамент с уширением в нижней части из втрамбованного жесткого материала получили широкое распространение в строительстве. Этому способствовали Багпасаров ЮЛ., Бартоломей АА~, Винников ЮЛ., Вихорев А.К., Власов ЮЗ., Глухов B.C.. Гсшьдфельд ИJ., Готман АЛ.. Догадайло А.И., Зоценко HJI., Кругов В.И., Лапшин Ф.К., Омельченхо ПЛ.. Рабинович ИХ.. Савинов A3., Сальников Б-v., Слюсарен-ко С А.. Швец В.Б.

Сваи с уширением в нижней части из втрамбованного жесткого материала относятся к группе фундаментов, сооружаемых без выемки грунта, а соответствии с классификацией фундаментов и искусственных оснований, разработанной НЛ. Зоценко. Для них общим признаком является наличие "области влияния", которая формируется в период их устройства. Это. объём грунта, окружающий фундамент, в пределах которого происходит изменение его свойств, а также структуры и текстурьи "Область влияния" имеет несколько концентрических зон, основной из хоторых является зона уплотненного грунта. В пределах этой зоны грунт имеет плотность сложения выше природной. При загружении фундамента зона уплотнения работает вместе с ним и в

значигсльной степени определяет напряженно-деформированное состояние (НДС) системы "основание-фундамент".

Оценить НДС системы "основание-фундамент" возможно путем рассмотрения грунта в виде моделей нелинейной механики грунтов и, в частности, путем решения упрутоплапическон задачи.

Исследованиям в области нелинейной механике грунтов посвяшены работы Бойко И.П., Бугрова А.К., Вялова С.С., Винокурова Е.Ф.. Гольдина АЛ., Дицуха.И.. Зарецкого К).К., Малышева М.В.. Мурзенко Ю.Н.. Николаевского В.Н., Пилягина A.B., Соловьёва Ю.И., Строганова A.C.. Тимофеевой JI.M.. Фадеева А.Б., Шапиро Д.М., Шаповала В.Г., Швеца Р.Б.. Школы А В.

Целью исследований, рассмотренных в настоящей работе, является разработка методов проектирования и строительства фундаментов на трубчатых мнхросваях суширением в нижний части из втрамбованного жесткого материала на основе изучения в натурных условиях технологии их устройства, оценки их несущей способности при осевых вдавливающих нагрузках, определений изменений свойств грунтов основания в результате их строительства.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

- разработать способ погружения трубчатых микросвай с закрытым нижним концом на проектную отметку в стесненных условиях реконструируемых зданий и сооружений, подобрать соотаетствуюшеее оборудование, позволяющее не тольхо погружать микросваи, но и втрамбовывать через них в грунт жесткий материал;

- исследовать условия формирования уширения в нижней части микросвай в зависимости от параметров применяемого оборудования, размеров единичных порций жесткого материала и его общего объёма:

- путем раскопки опытных фундаментов исследовать параметры уширени:" и уплотненных зон грунта, установить закономерности изменения физико-механических характеристик в основании исследуемых фундаментов;

- по результатам статических испытаний опытных фундаментов установить влияние различных факторов на их несущую способна ль при действии осевой вдавливающей нагрутки;

-9- привести оиенху напряженно-деформированного состояния системы "основание - трубчатая микросъая с уширгнием из втрамбованного жеспсого материала" для различных размероъ фундаментов н инженерно-1еооогическиххловий;

- раэра&ттать практические рекомендации пи проектированию и строительству глууи. фундаментов и вьедрип» их при реконструкции зла кий » г Л октаве.

В т о - а я глава посвящена экспериментальным исследованиям совместной работы с грунтом трубчатых мюо-освай. С целью повышения эффективности трубчаих микросвай при усилении снсвании и фундаментов реконсгруируемых зданий и сооружений было предложено втрамб» сыпать через них в грунт жесткий матг-риал с целью создания уширсния в нижней части микросьаи.

Д,1я чотружгния в .рунт трубчатых михросвай в условиях реконструируемо о здания б' ла создана установка для их забивки молотом весом I.. кН. Установка имел направляющую мачту, размеры которой могут «пмп-:„гься для ведения работ в помещениях офанич-ччой высоты. С п ччощьч> эт- н установки сменным оборудованием в грунт втрамбовывается и-ебень ця создания уширения в нижней части микросваи. Вниду малого веса сбрасываемых ы .югга и тгчмбовки установка не оказывает динамического воздействия на основание л конструкции реконструируемого здания. На рис.1 по к; ана технологическая схема устройегча трубчатых umcj- <свай с уширенисм в нижней части из втрам-Зованно* о жеспсого материала с использов. мием предложенной установки.

Врезул*..ате полевых опытных иссладова! - i несушей способности трубчатых ми »-рос пай с уширенисм и нижней част т етрамбозанногс щебня была установлена ее зависимость oi объема уширения. Эффективность уширсния снижаемся с увеличенчем степени влажности грунта. Сравнительными исследованиями микросвай е лесс^ых просадочных грунтах естественной влажности и с пре;1варнт'' ьны>1 их з« >ачи).ан''см у.'анс teiio, чх_ при наличии

5t

h

л\

i

I §

St

n3

..Vi

I5

b^îsfc Й S -»с и

ssls«

«i <ч ? ч

утч?

m и«

Л > Ч fc V, * , -

M i 14t

й "^V A I

i

уширения относительное снижение несущей способности михросвай за счет замачивания грунта меньше, чем для микросвай без уширения.

Для изучения параметров уширения и зон уплотненного грунта были раскопаны 24 опытные микросваи с различными объемами шебня в уш креним. Этими исследованиями в результате натурных замеров установлены их размеры. Форма уширений близка к форме эллипсоида вращения, а соотношения его полуосей находится в прямой зависимости от степени влажности пьшева-то-глинистых фунтов и объема единичных пориий шебня. которые втрамбовывают я уширение. На основании полученных результатов уточнена методика расчета размеров уширений.

Определить соотношение между полуосями эли пса уширения (вертикальней к горизонтальной) можно по формуле

Г) = her /Гсг = 1,24 + Ver/kppJu. гае Va- - объём шебня в уширении, м*; ка - коэффициент уплотнения шебня; крр - коэффициент для единичной порция шебня 0,005Mi

к.м>= 2.5-2,87 Sr .

Соответственно радиус уширения определяется по формуле

1er =W3Vcr/4rnKd.

Для более реального представления закона изменения гшотиости грунта в уплотненной зоне воспользуемся вместо коэффициента пористости груша е коэффициентом активной пористости е». Коэффициент активной пористости представляет собой отношение обьема пор, заполненных Еоздухои к сумме объемов твердых частиц грунта и пор, заполненных водой. Данный коэффициент дает более наглядное [.редстапление о количестве пор, имеющих возможность уменьшать свой объем и определяется по формуле г» = (р. - [pd + (j* - pa)Srl) / (pd + [р. - PaJSr).

Считается, что коэффициент активной пористости е», убывает к границе зоны уплотнен:« по кривой эторого порядка. При этом свая считается одиночной и влияние соседних свай не учитывается. Закон изменения е» определяется выражением

-12-

е„ - е. - (е. - е .«»)xJ/ (R, -1* ?, где eu - коэффициент активной пористости на г н стоянии х от начала координат; с» - коэффициент активной пористости естествен¡,ого грунта; вшш -минимальное значение коэффициента активной пористости в предела* зоны уплотнения.

Для определения е«ош можно восполь ювагьсч теоретической зависимостью, которая хорошо подгвержаена на пракшке при исследованиях плмметров зон уплотнения е. щ, - 0.49 - П.; .

Радиус уплотненной зоны ус .-анавли зается исходя из принятою парооо-лического закона изменения коэффициента активне "i горисгосп' груити в пределах этой зоны R. - ra W (I * е,) / (е* - е«««. i.

На рис.2 приведен разрез околосвайноги пространства. построенный п> результатам раскопки, изм .-ренин размеров ушкгенип и исследований папа • метров зоны уплотненного грунга.

С поыощьк« пенетрапионного метода исследов ны параметры *жы распространения уплс тения грун;а у ствола микрооин и её ушкремня. Установлено, что диаметр эт"Х зон возможно nipt irjnn> с помощью установленной ранеее зависимости дтя цилинлрнческих фундаментов с уширеннем. сооружаемых без выемки грунта. Коэффициент пористости ¡рунта в npt-клах зоны распространения уплотнения устанавлинаегся по величине удельного сопротивления пенетрацни в ;аобсй ее точке с помощью уравнения кзаимоезнзи между физическими и механическими свойствами грунте в.

В третьей главе изложены результаты расчетньа исследований напряженно-деформированного состояния системы " ^рубчапя микроевгя с уширением-« нокание". - ---

Для оценки напряженно-деформированного состояния основа, шн трубч» тых микросвай с уширением в нижней части из втрамбованного шебыя использована упруги пластическая модель грунта. Расчет реализован в fipo-rj 1,мме тая ЭВМ как осесимметричная версия с и пользованием метси» ко-w шьах элементов. Принятая модель позволяет учить е.. л форму и размеры

äi «i

CSV

ушнрений из жесткого материала (щебня, бетона) и зон уплотненного грунта. Неоднородность основания: природная (слоистость) и искусственная (уплотнение) при составлении исходных данных к расчету оценивается по результатам пенетрационных испытаний с использованием уравнений взаимосвязи между физическим) и механическими характеристиками каждого слоя грунта. Это позволяет оценить количественно несводимые для расчета характеристики грунта в каждом конечном элементе расчетной области.

В соответствии с принятой методикой составления исходных данных к решению упругопластической задачи проведена компоновка расчетной зоны системы "трубчатая михросвая - основание". Граничные условия установлены в соответствии с реальной обстановкой работы трубчатой мнкросваи с уширением в нижней части из втрамбованного жестхото ма „-риала под действием вертикальной осевой нагрузки. В расчетах использованы контш альные пространственные элементы треугольного сечения, моделирующие как материал михросваи, так и окружающий ее грунт. Сетку конечных элементов сгущали (уменьшали их размеры) в местах ггредлогш-аемой концентрации напряжений.

Расчеты были выполнены дня трубчатых микросвай с различным объемом щебня в уширении для трех опьггных атощадок. Согласно методики, разработанной НЛЛоценко, фиэнко-механичесхие характеристики грунтов расчетной области устанавливали в каждом конечном элементе. Для этого экспериментальным путем были установлены уравнения взаимосвязи для грунтов опытных площадок. Они устанавливают зависимость модуля деформации, характеристик прочности от удельного сопротивления пенетрации и влажности грунтов.

Площадка №1, обводненные лессовые грунты, ДК ПТК г.Полтага: для слоя 3 (в нем уширение) - суглинка лессивого, мягкопластачного, легкого 1в Б/Ео = 1,13+ 7,41 W + 1,211зЯ/Ко; ]8 С/Со = - 0,5 - 1,7 + 0,9 18 Я/Яо ; 1§ 1^/1890 = 0,11 - 1,8 V/ + 0,3Ш? .

яля слоя 4 (подстилающего) • супхинка лессового, туго пластичного, среднего Е/Ео = 1,71 + 0,6 IV + 1,118 Я/Ко ;

С/Со = - 0,4 - 8 -131вЛЛЪ>; 18 - 2,1 + 6,4 № - 5,5И/Ис .

Площадка №2, реконструкция лабораторного корпуса первой городской боль"ицы гЛ олгавы. Тип 1ру1гтовых условий по просадочности первый: для слоя 3 (в нем уширение) - супжкка лессового, полутвердого, легкого Е/Ео = 0,92 + 5,8 \У + 1,4213 ЯЛЪ ; !§ С/Со - 0,1 - 2,1 W + С,71® Л/Яо ; 1з = 0.05 - 1.9 + 031з Я/Яо •

дтп слоя 4 (подстилающего) - суглинка лессового, мягсопластнчнсго, среднего ¡в Е/Бо = 1.5 + 9,1 V/ + 33 !Шо ;

»в С/Со = 2Л + 0,2 IV +! .Ид Шо: I» (ДОЛДО = - 0,15 - 5,1 - 2,4 1Шо . Площадка №3 (опытная) а базе МП "ЭКФЛ" п. Гозулы: для слот 3 (в нем уширение) - суглинка яессовсго, твердого, срсдогго 18 Шел = 1,02 + 632 \У т 137 {д Шл ; 13 СУСо = - 0,65 -131IV 4- ОД32 !з РШо;

-0,07- 1,63V/ + ОЗ^ГШо . ска слоя 4 (подстилающего) - супзнгкз лессового, твердого» яягкег© 1&Е/Ео = 0,37 4- 6,1 № + и71з1Шо ; !йС/Со - 0,15 - 2.15 Ш + О^ПеЯЯЬ; 1д0.03-1,55ЭД4-0,231дШйо. ■

С поь ;>к;ыэ паяуггкиых ураппший по вгтачикв уягот-ксго сопрошалекк:? пгкстрзции П, и природной влаязюсга грунта *Л и гочхе рас.лноЭ

области устамавли кгяакичгскнг характеристики грунта. Эта операцн;. юх!э« в общую программу расчета, реализованную ::з ЭВМ. . Параметры а и к п условгч Мизеса-Ллейхерг-Боткина принимал» а зав!!« скиссш ст прочность« харак! .рнепп: гру»т по форматом а- ишр/рС - мпгТ', ,гя1 (5<п<р)/3;

-16-

к - ei l - !2a2)"2«.cco»*..

Коэффициент Ьуасоома успнылм по метаднкг ЯЗ. Юр юса и ИЛ. Розгн-фелыст по лай

ЛЯ суглинков м ши V = 0,!+0.3Il: дая cvnecefi v = 0,15-0,»Mi. .

C-opocrv диоатвмсии принята в соотастстмии с рекомендациями AJCbyrp да м ЕА-Бугровой.

По рассмотренной методике выполнены |мсчпи напряженно-¡^формированного состояния трубчатых микросвай в том числе с уширен нем В нижней части из втрамбованного щебня. Использованный метод ^асчета позволил расмотреть несущую способность таких микросвай в тависимости от наличия и величины уширения, оценить условия формирования уширения в зависимости от степени водонасыщения грукга, учесть влияние замачивания лессово? о просадочного основания.

Сопоставление данных расчета с экспериментами показали их достаточную сходимость, а также надёжность получаемых ,*зульта jb, чти свипгтел..ствует о достоверности принятой методики составления исходных данных и условий расчетов. На рш.З показаны графики зависимости "осадка-нагрузка" для микросвай с уширением нз втрамбованного щебня но данным статических испытаний и по расчету.

Пришлая методика, установления зависимости "нагрузка - осад»"1" при действии вертикальной осевой нагрузки на трубчатые микросван с утиранием в нижней част из *ярамбова№'">го жесткого материя -а путем численного решения улругопдаямчсской ?дачи сшгемы "основань е - микросвал" позволяет рекомендовать сё часть «но взамен статических испытаний микросвай, что сократит расходы при проведении проектных и изыскательских работ. „Четвёртая г лв а посвящена результатам внедоенмя металлических трубчатых микросвай с ушйрсниси в нижней части из втрамбованного жесткого материала. Разработан и домят до практического внедрения ин ен-р-ный метод проекткрс<^ания фундаменгав нЭ Трубчатых микросвай с уширени-

Вертикальная осевая нагрузка на сваю, Р, кН

?0

40

60

50

100

13)

ио

т

\ л

! Л \ ч \\ \\ л\ \\. "V1 \\ V \\ \\ \ N \ .4 ^ ч \ х Ч Ч / \

V 1 4 \ \ хх \ \\ \\ ч\ \ ч \ X \ ^ \ \ \ \ \ \

| л н\ \г \\\ \ \\ \ V \ л \ \ V \ \ \ ч \ \ \ \ % \

1 А ^ \У' \\ \х \ ^ у \\ \\.у \\ \ N \ \ \

\ \ • 2 а \\ \ \ \ N \ \

\\ ь 1 1,а \ N 4,а\ \ \ \ \ \

2 \ \ 4

б бр.

Рис.3 Зависимости , осадка-нагрузка для сваи с уширгнием из втрамБованного щевмя^ по данным статических испытаний; 1-ееэ уширения; 2- о,01м3; з-о,02и'; 5- о.о4м3; б-о.оэм3;

по расчету; 1,а-Без ¿/ширгния; 2,а-о,01 и5; з.а-аоги*; ■З.а.-О.ОЗм*} 5,а-й04м»; бА-0.05 м5.

си. Этот метод основан на определении размеров уширсния и зон уплотненного грунта, зависимость которых от условий устройства михросвай установлена экспериментально в результате настоящих исследоваг ш.

Для создания уширсния в нижней чаыи металлической трубчатой микросваи разработана специальная технология работ, включающая подбор параметров оборудования, объема единичной порции щебня, размеров его фракций. Сформулированы требования к характеристикам жесткого материала для формирования уширсния.

Для обоснования надежности и уточнения некоторых положений проектирования оснований и фундаментов реконструируемых зданий и сооружений на сваях МТСУ (трубчатые михросваи с уширением) при участии автора с 1992 года ведутся инструментальные наблюдения за осадками здания ДК ПТК в г. Полтаве нивелированием по поверхностным маркам, установленным в уровне цоколя здания. Данные наб;водений за осадками здания позволили выяснить ряд положений, основные из которых сводятся к следующим:

- на.этапе обследования здания наблюдения позволили установить характер развития деформаций конструкций здания и тем самым обосновать необходимость реконструкции оснований и фундаментов;

- наблюдениями четко зафиксирован момент включения в работу свай . МТСУ, который проявился в изменении характера зависимости осадки здания во времени в сгорю ну ее стабилизации и наступления момента ее стабилизации в соответствии с принятым критерием.

Разработана методика определения затрат эмергоресурсов на устройство свай МТС и МТСУ, отличающаяся тем, что подсчет энергозатрат ведется с учетом расходов на изготовление строительных материале а, а также особенностей производства строительных работ. Расчет удельных затрат энергоресурсов на устройство одной сваи МТСУ приведены в табл.1.

Для подсчета затрат энергетических ресурсов следует также учитывать расход условного топлива на:

- изготовление труб на 1 кг - 1,04 кг условного топлива;

• производство I м3 шсбня - 3 кг условного топлива:

- производство I м* бетона класса BIS - 102 кг условного топлива;

- резку труб на звенья, слин перерез газовой резкой - 0,12 кг условного топлива.

Таблица I.

Удельные затраты энергоресурсов на устройства одной сваи МТСУ

шь п/п наименование строительных процессов затраты энергоресурсов на выполнение строительных процессов

вМДж в кг. усл. топлива

1 транспортировка звеньев труб на 15 км 0,092 т 9,2 031

2 транспортировка щебня на 15 км 0,05 м3 5,25 0,18

3 транспортировка бетона на 15 км 0,096 м1 24,4 0,83

4 забивка -чай 0.092 т 5,5 0,19

5 сварка стыков 6 по 0,46 м 28,8 0,98

6 втрамбов! зание щебня 0,05 и1 12,1 0,41

7 укладка бетона и щебня 0,142 м5 3,73 0,13

итого 88,98 3,03

Исходя из приведенных данных, удельные затраты энергоресурсов на устройство сваи МТСУ рекомендуется с 1ределятъ по форму!..-Э, = Эг Ут + ЭрУр + ЭьУв + ЭпрУт +ЭшУ*.

где Эш, Эт, Эр, 35,3^, - удельные затраты энергоресурсов соответственно на изготг к.енне щебня, металлических труб, газорезку труб на элементы длиною I м, изготовление монолитного бетона, производство работ по устройству свай МТС.

У„ У, Уб, Уа • соответственно объёмы металлических труб, количество их перерезов для изготовления веньев, монолитного бетона, щебня.

Ниже в табл.2, проведено сравнение р-'-т-.т- -ов и энергозатрат по

дв) ¿1 рассмотренным вариантам устройств- трубчгтых микрисвай при реконструкции здания детского отделения Полтавской областной инфекционной больницы. При сравнении не учитывались объёмы земля ых работ и расходы по устройству распределительных балок-роствсрков гвиду того, что они идентичны для обеих рассматриваема 4 вариаш п.

Таблица 2.

Сравнение затрат материалов и энсргоресурсов в результате использования микросвай МТС и МТСУ при реконструкции здания детского отделения Полтавской областной инфекционной больницы

вариант вариант

виды материальных затрат единицы первый - второй- экономия

п/п измере- сваи свак материа-

ния МТС МТСУ лов

1 металлические трубы 0 1S2 • т 36.26 13,6 22,66

2 монолитный бетон кл. BIS м' 38,48 14,2 24,28

3 гранитный щебень 0 10 м> - 7,4 7,4

4 энергоресурсы, усл.топливо т 43,0 16,22 26,78

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ В результате Проведенных исследований можно сделать такие основные выводы.

• 1. При реконструкции оснований и фундаментов во многих случаях оказываются эффективными металлические трубчатые микрььваи, которые погружают с закрытым нижним концом, а затем объединяют балочными ростверками и передают на них нагрузку от существующих конструкций зданий и сооружений. Конструктивные особенности таких микросвай позволяют втрамбовывать в основание жесткий материал с целью создания уширения в их нижней части и уплотнения окружающего грунта. Разработана конструкция таких мшфосвай н способ их изготовления специальным оборудовани-м ударного действия. " /

2Ло результатам полевых опытных исследований на трех площадках с различными грунтовыми условиями подучена зависимость несущей способности трубчатых микросвай от размеров жесткого уширения в их нижней час-тигПри максимальном размере уширения 2,5 диаметра стропа микросван несущая способность их по грунту увеличивается в 1,7-4,5 раза по сравнению с мнкросваями без уширения. При замачивании основания наличие улиц-лип уменьшает относительное снижение несущей способности иикросвай.

-213. Натурные обмеры ушнрений трубчатых металлических микросвай показали, что их форма близка к форме эллипсоида вращения, а соотношение полуосей находится в прямой зависимости от степени влажности 1рунта и объёма единичной порции шебня. На основании полученных данных уточнена . методика расчета размеров ушнрений. Исследование параметров зон уплотненного грунта основания показало, что закономерности их формирования описываются зависимостью, установленной ранее НЛ. Зоуенко для фундаментов, сооружаемых без выемки грунта. Коэффициент пористости грунта з пределах зоны распространеия уплотнения устанавливается по величине удельного сопротивления пенстрации Я, в любой сё точке с помошыо уравнений взаимосвязи между физическими и механическими свойствами грунтов.

4. Для оценхн напряженно-деформированного состояния основания трубчатых микросвай с уширением в нижней части га втрамбованного щебня использована упругопластическая модель груша. Расчет реализован в программе для ЭВМ как осесиммстричная версия с использованием метода конечных элементов. Принятая модель позволяет учитывать форму и размеры уширений согласно установленной методике, неоднородность основания как природную (слоистость), так и искусственную (уплотнение) с помощью уравнений взаимосвязи. Всё это дает возможность использовать расчетную схему "трубчатая микросвая - основание" наиболее соответствующую действительности.

5. В соответствии с разработанной методикой составления исходных данных к решению упругопластической задачи были выполнены расчеты напряженно-деформированного состояния системы "микросвая - основание" в зависимости от наличия и величины ушнрения, степени водонасыщения грунта, влияния замачивания основания. Сопоставление данных расчета с экспериментами показали 1« достаточную сходимость, а также надежность полу-чаемьа результатов, что свидетельствует о достоверности принятой методики составления исходных данных и условий расчетов.

6. Для обоснования такого способа усиления при участии автора с 1992 года ведутся инструментальные наблюдения за осадками здания ДК ПТК в г.

Полгавс. Для часги здания, усиленной подведением трз'бчатых микросвай, максимальная осадка за период реконструкции и последующей эксплуатации не превысила 2 см. Из этой деформации 1,75см произошло до включения в работу микросваП. В течение первого i ода работы микросвай прирашение осадки составило 0,15см, что свидетельствует о стабилизации осадки усилен-Kofi чести здания. За последующий годичный срок приращение осадки составило всего 0,06см. Это свидетельствует об эффективности принятого метода усиления оснований и фундаментов реконструированного здания. 7. Разработана методика определения затрат энергоресурсов на устройство трубчатых мккросвай, отличающаяся тем, что подсчет энергозатрат ведется с учетом расходов на изготовление строительных материалов, а также особенностей производства строительных работ. В результате внедрения микросван с ушнреннем взамен обычных при реконструкции детского отделения Полтавской областной инфекционной больницы при обеспечении одинаковой расчетной нагрузки на сваи, экономия составила: металлических труб 0152мм - 62,5% ; бетона класса В15 - 63,1%; энергоресурсов - 62.3%.

Основные положения диссертационной работы опублзткованы в следующих работах.

КБабенко В.А., Винников ЮЛ., Нстудыхата С.Н. Учет фактора времени для свай, погружаемых вдавливанием II Проблемы свайного фундаменто-стросния:Тр.Ш междун.конф. - Пермь, 1992. -4.1. - с.92-95. Доля автора 45%. Личный вклад автора состоит в установлении зависимости несушей способности микросвай от объема уширсния.

2.Бабснко В.А., Нстудыхата СЛ. Применение метода вдавливания свай для усиления фундаментоь // Конструкции зданий и строительное производство: Сб. научн. тр. -Киев УМК ВО, 1993. -с.72-79. Доля автора 75%. Личный вклад автора состоит в разработке конструкции микросваи и оборудования дач их погружения.

3.Винников Ю. Л., Бабенко ВА., Нетудыхата С.Н. Осадки реконструируемых здчний //Тез. докл.45 научной конференции профессоров, преподава-

телей, тучных работников, аспирантов и студентов института, 4.2. -Полтава, 1993. - с. 58-59. Доля автора 45%. Личный вклад автора состоит в установлении зависимости осадок здания в процессе реконструкции и его эксплуатации

4. Зоценко HJ1., Винииков ЮЛ., Бабенко ВА. Усиление фундаментов общественного здания методом вдавливания свай // Реконструкция, Сзнхт-Псгсрбург-20051" Материалы международного симпознума.Ч.2.-С.Петсрбург, 1993. с. 130-133. Доля автора 35%. Личный вклад автора состоит в установлении зависимостей для установления параметров уширсний и зон уплотнений, от разлл чных факторов.

5. Беда C.B., Бабенко ВА., Нетудьиата С.Н. Моделирование напряжённо-деформированного состояния фундаментов с ушнренлем в нижней части из втрамбованного жесткого материала // И Украинская научно-техническая конфгренцня по v-ханлке грунтов и фудамен. ^строению: С5. докладов. Том 1. - Полтава. 1995. - с.27-29. Доля автора 45%. Личный вклад ачора состоит в разработке методики составления исходных данных к решению vrpyro-пластической задачи мсханклИ трунтов дня оцен»и НДС системы "микросвая с уширен: ::м - основание" методом конечных элементов.

АНОТАЦ1Я

Бабеш о В.О. Трубчагп MÎKponani з розширенням у нижшй частит з втрам-бованого жорсткого матер1алу.

ДисертацЫ на здобутгя наукового ступеня кандидата техшчних наук и спешальнс.л 0523.02 - основи та фундамент, Придтпровська державна ахадъмй- будтнишвата архтгеыури. Дшпропстровсыс 1996.

Розроблено конструктивне рйдення труочас: .и;,......э розширепням у

нижний чаеттп з етрамбованого жорспсого маттр1ал_,. Запропонован? техно-потна cxkAia вигегговлення мжропалъ. Експерименпш-но дослщкгп процеси формуьання розшнрення, зонн ущшы: ного грушу; залеж.Лстъ несучо! здат-hocii мЬсропаль вщ об'сму ро-ширения. а та кож npt зволоженш лесового просадочного грунту. Напружено-дсфо^мованнй иан снсгсми "миеропаля- •

основа" ошнено шляхом виршення пружнопластичнсн задач] за доломогою методу скжченних елеменлв. При иьому характеристики грунту встановлеш у кожному скшчеиному елеменп за доломогою ршнянь взасмозв'язку мЬк ф>зичними 1 г.ехашчними характеристиками грунпв. Розроблеш пропозицй по лшрахунху енергоресурств на виготовлення такрх мосропаль.

ANNOTATION

Babenko V.A. Tubular micropiles with widening at the low raits made of a tamped hard material.

Dissertation for the degre of Candidate of Technical Sciences, sp-ciality 05.23.02 • Basements and foundations. The Pridnieprovsk State Academy of Construction and Architecture. Dnepropetrovsk 1996.

The Structural design of a tubular rile with widening at the low parts maoc of a tamped hard material is elaborated. The tecfnological schemc oh pr ducing micropiles is proposed. The process of widening, the soil compacting zones, the dependence of a micropile load carrying capacity from the volume of widening and as will as in the state of wetting the ground is under consideration. Stress and deformed state of a system as "a micropile • a basement" is estimated by the solving elastic-plastic problem with the help of the final elements method. The characteristics of the ground are determined in every final element with the help of equations of interconcction between physical and mechanical features of the ground. Some oilers have been done for saving and accounting of energy for producing such types of the micropile .

^Ключов! слова: мперэпаля, розширення, несуча здатш'егь, зона уицльнено-го хрущу, експериментальш достижения, пружноплзстнчна задача, скшчснш еяемекти, енергоресурсн.