автореферат диссертации по строительству, 05.23.02, диссертация на тему:Взаимодействие длинных свай с грунтом в свайном фундаменте

На правах рукописи

Динь Хоанг Нам

ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ДЛИННЫХ СВАЙ С ГРУНТОМ В СВАЙНОМ ФУНДАМЕНТЕ

Специальность 05.23.02 - Основания и фундаменты, подземные сооружения

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва 2006

Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высигего профессионального образования Московского государственного строительного

университета.

Научный руководитель:

доктор технических наук, профессор Тер-Мартиросян Завен Григорьевич.

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор БУСЛОВ Анатолий Семенович.

кандидат технических наук, доцент КАРАБАЕВ Мулдаш Исмаилович.

Ведущая организация:

Федеральное государственное унитарное предприятие проектно-изыскательский институт "Фундаментпроект".

Защита состоится 2006г. в 41 ..час, на заседании

диссертационного совета Д 212.138.08 при ГОУ ВПО Московском государственном строительном университете по адресу: Москва, Спартаковская ул., д. 2, ауд. № 212.

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

Автореферат разослан "......".........2006г.

Ученый секретарь

диссертационного совета Крыжановский А.Л.

Д0О& Аг

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Проблема количественной оценки взаимодействия длинных свай в составе свайных фундаментов с водонасыщенным глинистым массивом грунта в настоящее время является актуальной для Вьетнама. Свайные фундаменты играют главную роль в строительстве зданий и сооружений во Вьетнаме, особенно в районах распространения слабых водонасьпцеяных грунтов большой мощности, достигающей 60 метров и более. Освоение и развитие индустриальных зон в этих районах, инфраструктура которых базируется на строительстве высотных зданий и сооружений повышенной ответственности, является актуальной задачей экономического развития Вьетнама.

Поэтому разработка и научное обоснование методов строительства на этих территориях является главной задачей современного фундаментостроения Вьетнама. В настоящей работе рассматриваются методы количественной оценки взаимодействия длинных свай (30м и более) в составе свайного фундамента с окружающим массивом грунтов. Они необходимы для научно-обоснованного решения конструкций свайных фундаментов, в том числе для определения диаметра и длины свай, расстояния между ними в зависимости от инженерно-геологических условий строительной площадки.

Дель данной диссертационной работы. Целью настоящей работы является разработка научно обоснованного метода количественной оценки взаимодействия длинной сваи и группы длинных свай с грунтовым массивом в составе свайных фундаментов. Для этого анализируются результаты экспериментальных и теоретических исследований, а также результаты расчетов численного моделирования взаимодействия свай с грунтом в трехмерной постановке.

Основные задачи исследований. Для достижения поставленной цели были выполнены следующие работы:

1. Анализ современного состояния строительства сооружений на слабых водона-сыщенных грунтах, в том числе на свайных фундаментах;

2. Анализ результатов инженерно-геологических изысканий территории г. Хошимина, в том числе лабораторных испытаний фунтов.

3. Анализ результатов натурных испытаний длинных свай во Вьетнаме;

4. Выбор параметров расчетной упруго-пластической нелинейной модели грунтов основания;

5. Численное трехмерное моделирование взаимодействия одиночной длинной сваи (30,45,60м) конечной жесткости с окружающим грунтом, в том числе с учетом ростверка;

6. Расчеты и анализ численного моделирования взаимодействия одиночной бу-ронабивной сваи диаметром 1м и окружающего массива с построением изолиний компонентов напряжений, деформаций, перемещений и зависимостей осадка-нагрузка;

7. Численное трехмерное моделирование взаимодействия группы из 9 свай в свайном фундаменте с высоком и низким ростверком с окружающим грунтом

при различных длинах свай (30,45,60м) и при различных расстояниях между сваями (3<1,4,5(1 и 6ё);

8. Разработка принципиально новой геомеханической расчетной модели основания ограниченных размеров, которое взаимодействует со сваей большой длины и свайным фундаментом;

9. Постановка и решение теоретических задач о взаимодействии длинных свай или группы свай с окружающим массивом грунта, ограниченных размеров;

10. Составление рекомендаций для использования результатов исследований в инженерной практике.

Научная новизна дайной работы заключается в том, что:

1. В трехмерной постановке осуществлено численное моделирование взаимодействия одиночной длинной сваи с окружающим грунтом и ростверком с учетом нелинейных свойств грунтов и конечной жесткости сваи; Показано, что определяющим фактором, влияющим на закономерности взаимодействия сваи с грунтом, является длина сваи а влияние ростверка при этом незначительное;

2. В трехмерной постановке осуществлено численное моделирование взаимодействия группы из 9 длинных (30,45,60м) свай с грунтом в составе фундамента с низким и высоким ростверком при различных расстояниях между сваями (3(1, 4,5(1 и 6<1) с учетом конечной жесткости свай и нелинейных свойств деформирования грунтов; показано существенное отличие характера взаимодействия свай при высоком и низком ростверке, особенно при развитии осадок превышающих 0,02(1=20см. Показано также, что при расстояниях между сваями 6(1 взаимное влияние свай практически отсутствует и их график осадка-нагрузка совпадает с таким же графиком для одиночной сваи;

3. Предложено принципиально новая геомеханическая модель основания, которое взаимодействует с длинной сваей и свайным фундаментом из длинных свай. Она позволяет дать количественную оценку распределения усилия между острием и боковой поверхностью свай и прогнозировать осадку таких фундаментов;

4. Поставлены и решены задачи о взаимодействии длинных свай с окружающим грунтом, в том числе с учетом изменчивости свойств грунтов вокруг свай;

Практическое значение работы. Полученные в диссертационной работе результаты исследований позволяют:

1. Дать научно-обоснованное решение задач при проектировании и строительстве сооружений на слабых водонасыщенных основаниях с использованием длинных свай в свайных фундаментах;

2. Регулировать количество свай в свайном фундаменте, за счет изменения расстояния между сваями, длины и диаметра свай.

3. Обеспечить безопасную эксплуатацию зданий и сооружений повышенной ответственности (этажности) при их возведении на свайных фундаментах в районах распространения слабых грунтов большой мощности;

Реализация работы. Результаты выполненной работы будут использованы в практике научно-исследовательских работ на кафедре Механики фунтов, оснований и

фундаментов (МГрОиФ) МГСУ, а также автором диссертационной работы в своей научной и педагогической деятельности во Вьетнаме. На защиту выносятся;

1. Результаты расчетов и анализ численного трехмерного моделирования взаимодействия одиночной и группы свай большой длины с фунтом в межсвай- ' ном пространстве, окружающим массивом грунта и ростверком.

2. Результаты теоретических решений и исследований взаимодействия длинных свай и группы свай с окружающим массивом грунта, ограниченных размеров.

Объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, выводов и рекомендаций и содержит 163 страниц, в том числе 143 машинописного текста, 68 рисунков, 13 таблиц, список литературы 99 наименований.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Во введении дается обоснование актуальности диссертационной работы, формулируются цель и задачи исследований, а также вопросы, которые выносятся на защиту. В первой главе рассмотрено современное состояние проблем строительства сооружений на слабых водонасыщенных глинистых грунтах большой толщины с использованием свайных фундаментов.

Наличие слабых водонасыщенных глинистых грунтов на глубине 60м и более практически исключает возможность использования их в качестве естественных оснований сооружений повышенной ответственности и неизбежно приводит к использованию длинных свай в составе свайных фундаментов.

Современным проблемам строительства на слабых водонасыщенных глинистых грунтах посвящены работы H.A. Цытовича, З.Г. Тер-Мартиросяна, Ю.К. Зарец-кого, М.Ю. Абелева, Б.И. Далматова, П.А. Коновалова, Е.А. Сорочана, A.A. Григорян, В.М. Улицкого и др.

Разработке современных методов строительства зданий на фундаментах с использованием длинных свай в составе свайных фундаментов посвящены работы Н.М. Дорошкевич, A.A. Бартоломея, Б.В. Бахолдина, A.C. Буслова, В.Г.Федоровского, В.В Знаменского, Го - Нин, 3. Сирожидцинова, Б.И Далматова, Б.А Сальникова и др.

Отмечается, что мировой опыт использования буронабивных свай большой длины (более 20м) и большого диаметра (800-2500мм) в слабых водонасыщенных грунтах сталкивается с проблемой достоверной оценки их взаимодействия с грунтом в межсвайном пространстве и вокруг свайного фундамента, а также адекватным выбором расчетной геомеханической модели грунтового массива, взаимодействующего с группой длинных свай в составе свайного фундамента. При этом распределение общей внешней нагрузки между плитой, грунтом и группой свай, а также распределение нагрузки на каждую сваю между боковой поверхностью и на уровне нижнего конца сваи зависит от многочисленных факторов:

- диаметра, длины и расстояния между сваями и их соотношений.

- механических свойств грунтов в межсвайном пространстве и под нижним концом свай, соотношением длины свай и ширины ростверка.

- длиной свай в центральной и периферийной части плиты.

- жесткости (толщиной) плиты и свай.

На основе обзора современного состояния проблемы сформулированы цель и задачи исследований.

Во второй главе излагаются результаты инженерно-геологических исследований территории г. Хошимина и района дельты реки Меконг, в том числе результаты лабораторных исследований грунтов и крупно-масштабных натурных испытаний свай большого диаметра методом Остерберга. Анализируется результаты этих исследований; и делаются соответствующие выводы относительно свойств грунтов, а также относительно результатов испытаний свай. Приводятся обобщенные таблицы физико-механических свойств грунтов из различных районов г. Хошимин.

Отмечаются низкие значения механических свойств слабых грунтов (<р= 4°-И 0°, с= 5-И 0 КПа, Е= 4-^5 МПа, к(<10"* см/с), которые преобладают в верхних слоях до глубины 60м. Отмечается также, что на нижних горизонтах (ниже 30м) встречаются сравнительно прочные глинистые и песчаные грунты (пески - <р=30°, Е= 30-И00 МПа, глины - <р= 10°-И6°, с= 20+33 КПа, Е= 3(Ь-60 МПа). В третьей главе диссертации приводится описание теоретических основ для количественной оценки НДС оснований и фундаментов методами численного моделирования, в том числе МКЭ. В диссертации использован расчетный комплекс РЬАХВ ЗО ВотёаНоа, представляющий собой пакет прикладных вычислительных программ для конечно-элементного анализа напряженно-деформированного состояния системы основание-фундамент-сооружение в условиях трехмерной (пространственной) задачи с учетом нелинейных свойств строительных конструкций и свай, в том числе упруго-пласгической модели Кулон-Мора для грунтов основания.

Параметры упруго-пластической модели грунта Кулон-Мора для слабых водо-насыщенных грунтов предлагается определять по результатам неконсолидированно-недренированных испытаний, т.е. V,,, Еш <рш си. Это связано с низким коэффициентом фильтраций (Кг<10"® см/сек) и большой толщиной грунтов (до 60м). Консолидацион-ный процесс в таких грунтах и такой толщины может стабилизироваться длительное время ( до 100 лет и более).

В диссертации приводится решение тестовой задачи МКЭ по оценке НДС массива грунта под действием штампа размером 2x2x0.5м. Сравниваются несущая способность по результатам расчетов МКЭ и СНиП. Отмечается их удовлетворительное совпадение.

Зависимость осадки 8 от нагрузки на штамп р предлагается представить дробно-линейной функцией вида:

О)

где Sy - упругая часть осадки,

р„р - текущая и предельная нагрузки,

со - коэффициент, учитывающий квадратную форму штампа, определяемый по таблицам; Ь - сторона квадратного штампа; Е - модули деформации грунта; V - коэффициент Пуассона.

Сопоставление зависимости в-Р по расчету МКЭ и по формуле (1) дает хорошее совпадение (рис 1).

Осадка ■laun.cin

Рис.1. Результаты расчета осадки штампа от нагрузки по МКЭ и по формуле (1)

Далее рассматривается математическая модель безразмерного контактного элемента и ее применение в расчетах взаимодействия сваи с грунтом. Сравнительный анализ результатов эксперимента и расчетов МКЭ взаимодействия буронабив-ных свай с грунтом показал, что учет контактного элемента приводит к сближению кривых S-P. Вместе с тем, отмечается, что использование контактного элемента целесообразно в тех случаях, когда прочность контактирующих материалов значительно превосходят прочность контактного элемента.

В заключительной части главы 3 делается вывод о том, что численное моделированное НДС массивов грунтов, взаимодействующих со сваями и со штампом, с достаточной степенью точности можно осуществить с помощью программного комплекса Plaxis 3D Foundation. При этом в качестве расчетной модели фунта принимается упруго-пластическая модель Кулон-Мора.

Четвертая глав« посвящена численному моделированию НДС грунтов оснований при их взаимодействии с длинными сваями и группой длинных свай в составе свайного фундамента.

Выполненные численные моделирования НДС грунтов оснований при их взаимодействии с одиночными сваями и группой из 9 свай длиной 30, 45, 60м диаметра сваи 1м, расстояниях между сваями 3d, 4.5d и 6d и при большом диапазоне изменения нагрузки на сваи показали нижеследующее.

Зависимости S-P одиночной сваи длиной 30, 45, 60м с учетом и без учета влияния ростверка, существенно нелинейные (рис.2).

ЭОО <00 «00 «00 ЮОО 1300 1<00 Р(Тон)

ли гм мм ми

Р(Гон>

Рис.2. Кривые зависимости осадка-нагрузка для одиночной сваи длиной Ь=30 и 60м, диаметром <1=1м. Параметры грунта Е=15МПа; ф=16°; с=24 кН/м2; у= 20КН/М3.

Влияние ростверка на кривой зависимости осадка-нагрузка несущественно, что обусловлено большой длиной сваи по сравнению с площадью ростверка. Так, при осадке 8= 0.05ё=5см и з=0.1 <1=1 Осм, несущая способность сваи при длине 1=30<1=30м - равна 900т и 1100т соответственно, при длине 1=45м - равна 1200т и 1400т соответственно, а при длине Ь= 60м - 1300т и 2100т соответственно. Это означает, что с ростом длины сваи доля нагрузки, приходящаяся на ростверк, уменьшается, причем существенно. При одинаковом размере ростверка 3x3м увеличение длины сваи с 30м до 60м приводит к уменьшению доли нагрузки на ростверк, практически в 2 раза. Очевидно, что такой вывод относится только для одиночной сваи. В случае группы свай эти соотношения могут меняться.

Горизонтальные перемещения локализуются, в основном, на уровне нижнего конца сваи (рис. 3) и на уровне поверхности грунта. С ростом нагрузки область горизонтальных перемещений расширяется до 20м, т.е. радиус влияния достигает 20 диаметров сваи, что имеет существенное значение. Аналогичная закономерность наблюдается при учете влияния ростверка. При этом более интенсивная локализация горизонтальных смещений наблюдается также под ростверком. Кроме того, совместное действие ростверка и сваи приводит к росту радиуса влияния до 25 диаметров сваи, если ограничиться изолиниями и= 0.0005м = 0.5мм.

Вертикальные перемещения иу(м) локализируются вокруг сваи (рис. 4) и распространяются на расстояние от поверхности сваи до 20-30м при ограничении иу= 0.002м и на глубину от нижнего конца сваи до 20м и более, если ограничиться иу=0.002м = 0.2см= 2мм.

и го г» »

« 4 -» <11 -С 0 • 10 II Я N К -М -М И1 -1« <4 в *

а) б)

Рис. 3 Изолинии горизонтальных перемещений вокруг одиночной свай длиной Ь= 3(Ю = 30м и диаметром 1м без учета влияния ростверка при нагрузках 900Т(8=5см) (справа) и 1100т(8=10см) (слева). И (б) с учетом влияния ростверка размером 3x3м.

• ■ 10 II Я Я » * -М « И1 4 I I И II Л II

а) б)

Рис. 4 Изолинии вертикальных перемещений вокруг одиночной свай длиной Ь= ЗОИ = 30м и диаметром 1м без учета влияния ростверка размером 3x3м при нагрузках 900Т(8=5см) (справа) и 1100т(8=10см) (слева). И (б) с учетом влияния ростверка размером 3x3м.

Результаты расчет из 9-ти(ЦО=ЗОт) с расстоя между сваями 3(1 с ростверком е Ш1*ж«ми1»мм<м им 11м мм моо 1Ио ям ш нием Р(тон)

1 НЯМП'ЧМСИШ

\ ^^

\

Результаты расчет из 9-ти(1_/О=30т) с расстоянием между сваями 4,5(1 с ростверком

Р(тои)

Результаты расчет из 9-ти(1_Ю=30т) с расстоянием между сваями 6(1 с ростверком

»Что«)

Суточная смя -Углям сам

-Цмпрмынсаая

Рис.5 Кривые зависимости осадка-нагрузка в свайном фундаменте из 9 свай при низком ростверке Ь= 30м; ё=1м.

Аналогичная картина наблюдается при взаимодействии свай, ростверка и грунтового основания. Некоторое отличие имеет место при непосредственной близости от ростверка. Кроме того, в этом случае радиус влияния совместного действие сваи и ростверка распространяется на расстояние до 3(М= 30м, что в 1,5 раза больше предыдущего случая. Однако глубина влияния сваи остается той же, т.е. равной 20Е>= 20м, если ограничится изолинией 11у=0.002м. Такие результаты имеют важное практическое и теоретическое значение. Чем больше радиус влияния сваи, тем больше взаимное влияние свай в составе свайного фундамента и тем больше неравномерное распределение усилий на сваи, расположенные в центральной и периферийных частях плиты.

Долее приводятся результаты расчетов численного моделирования взаимодействия группы из 9 свай при высоком и низком расположении ростверка (рис. 5).

Как и следовало ожидать, доминирующим фактором во всех случаях является длина сваи, т.к. на ее боковую поверхность приходится основная часть несущей способности сваи. С ростом расстояния между сваями от ЗА до 6<1 взаимное влияние свай полностью исчезает (рис.5).

Вместе с тем, при расстоянии между сваями 4,5<1 и особенно при расстоянии 3<1 наблюдается неравномерное распределение усилий между центральной, угловой и крайней сваями. Причем, во всех случаях на центральную сваю приходиться меньше нагрузки, чем на остальные сваи, а также на одиночную сваю. Так, при длине свай 30м и при расстоянии между сваями 34 4,5(1 и 6(1 соотношение усилий, приходящиеся на центральные и периферийные сваи, меньше единицы. Так, например, соотношение усилий на центральную и одиночную сваи составляет 72% и 83% соответственно при расстояниях между сваями 36 и 4,5(1. При длине сваи 45м и при осадке фундамента 10см эти соотношения будут 60% и 78% соответственно. При длине сваи 60м и при расстоянии между сваями 3(1 и 4,5(1 эти соотношения составляют 58% и 61%. При расстояниях между сваями 66 эти соотношения во всех трех случаях стремятся к 100%.

Анализ изолинии вертикальных перемещений свайного фундамента с высоким ростверком при расстоянии между сваями 3(1; 4,5(1 и 6(1 показал что, область влияния свайного фундамента увеличивается с ростом расстояния между сваями. Неравномерность перемещения грунта в межсвайном пространстве растет с ростом расстояния между сваями и с глубиной, т.е. взаимодействие грунта и свай с ростом расстояния между сваями ослабевает. При низком расположении ростверка, характер взаимодействия свай существенно меняется. Так, например, если исходить из осадки фундамента 10см, то усилие на центральную сваю длиной 30м растет с 980т при расстоянии между сваями 3(1 до 1250т при 66. Причем, усилие на одиночную сваю длиной 30м составляет 900т. При длине сваи 45м и 60м соответственно имеем 1250т до 1550т и 1400т; 1500 до 1900т и 1800г. Следовательно, с ростом расстояния между сваями и длиной сваи при осадке 10см разница между усилиями центральной и одиночной сваями уменьшается.

Однако с ростом общей осадки до 20см и при длине сваи 30, 45 и 60м получаются соответственно следующие цифры: 1250 до 1700 и 1150т; 1680 до 2300т и 1700т; 2450т до 2850т и 2400т.

Судя по изолиниям Uyy, вертикальные перемещения свай больше, чем перемещение грунта в межсвайном пространстве и вокруг свайного фундамента. Так, например, если перемещения самой сваи составляет 6,4-6,8см, то перемещение грунта в межсвайном пространстве составляет 3,6-4,0см. Следовательно, имеет место относительное смещение свай и грунта. Кроме того, перемещения сваи на верхнем и на нижнем уровнях отличается на 0,4-0,8см. Это, по-видимому, следует объяснить конечной жесткостью материала сваи, а также уменьшением усилий по оси свйи с ростом глубины. Наконец, из этих графиков видно, что вокруг свайного фундамента образуется активная зона деформирования в виде полуэллипса. Эта зона распространяется больше в стороны, чем в глубину. Такая форма деформирования свайного фундамента со сваями большой длины может служить основной для обоснования расчетного модели свайного фундамента, как единое целое (см. гл. 5).

Судя по изолиниям и«, горизонтальные перемещения локализованы на поверхности грунта в зоне контакта с ростверком и, особенно на уровне нижнего конца сваи. Это говорит о преобладании сдвигового механизма вертикальных перемещений свайного фундамента. Оседание фундамента происходит, в основном, за счет выдавливания грунтов в стороны из под ростверка и преимущественно из под свай. Следовательно, при определении осадок свайных фундаментов не всегда возможно использовать схему компрессионного сжатия.

Анализируя изолинии касательных напряжений т, можно отметить, что они сконцентрированы в непосредственном расстоянии от поверхности свай и затухают на небольшом расстоянии от поверхности свай. Эти напряжения вокруг свайного фундамента наряду с напряжениями aw на уровне нижних концов свай уравновешивают внешнюю нагрузку, приложенную на свайный фундамент. Следовательно, в механизме осадки свайного фундамента принимают участие не только напряжения Оуу на уровне нижних концов свай, как это принято традиционно, но также касательные напряжения, действующие по контуру свайного фундамента. В пятой главе приводится результаты теоретических решений задач о взаимодействии длинной сваи и группы длинных свай в свайном фундаменте с окружающим массивом грунта ограниченных размеров по ширине и по глубине (новая геомеханическая модель).

В этом случае осадка свайного фундамента в целом будет обусловлена не только за счет деформаций грунтов основания, но также за счет деформаций грунтов в окружающем сваю или группу свай массива грунта под действием касательных напряжений, действующих по боковой поверхности сваи или по боковой поверхности свайно-грунтового массива.

Взаимодействие одиночной длинной сваи с однородным грунтовым массивом.

В этом случае расчетную геомеханическую модель можно представить в виде цилиндра ограниченных размеров, диаметром D=2b и длиной L>b, внутри которого размещена свая диаметром d=2a и длиной b>10d (рис. 6).

к-

1Рс

I <»-?•

I

0-2Ь

4

0-2 а

Рс

Т-0

|, Р-2Ь ]

Рис.6. Геомеханическая расчетная схема взаимодействия одиночной длинной сваи с однородным грунтовым массивом ограниченных размеров.

Предполагается, что осадка сваи от действия сил по боковой поверхности вб, равна осадке от сил, воспринимаемых на уровне нижнего конце сваи 80. Из условия равенства 80= и из условия равновесия Рс=Р0+Рб можно определить Р<ь Ре- Следует отметить, что такой способ определения Р0 и Р6 впервые был предложен Тер-Ованесовым Г.С еще в 1953 году. Отличительная особенность, предлагаемой расчетной модели заключается в том, что осадка сваи от действия сил по боковой поверхности определяется по схеме взаимодействия сваи с грунтовым цилиндром длиной 1 и диаметрам равным 1>=2Ь. В этом случае, удается получить решение не только однородного, но и многослойного грунтового основания.

Осадку сваи от сил по боковой поверхности можно определить следующим образом:

БбСа) =

(2)

2яК? \а;

Осадка сваи от действия сил на уровне нижнего конца сваи можно определить по известной зависимости о вдавливании жесткого круглого штампа в грунтовое полупространство, т.е. имеем:

■ Л0--")

40о

т,

(3)

где К(1) - коэффициент, учитывающий глубину вдавливания жесткого круглого

штампа от поверхности земли, причем К(1)<1.

Приравнивая БбИ £>о с учетом условия равновесия Рс=Ро+Рб получим:

Д

2а |п& я!(1 - у)К(1) а

• 1+Д'"

Осадка сваи в окончательном виде можно определить так

Ь

Р.

1п

8С=-

1 + Д 2лЮ

(4)

(5)

Двухслойное основание

'рс

Ъа

И

а

Тг»

Рис.7. Расчетная схема взаимодействия сваи с двухслойным массивом грунта. В этом случае получаются следующие результаты:

Ь

Р Р (г I Р г

1е_. р - Гс 2 2 . р _ _ Гс___а

' 'г ~ . . л • . > *о

1+Д

2а

1п

вс'-

1 + уЗ, 2я-7,с,

(6)

(7)

Для случая многослойного основания получаются следующие результаты:

Ь

_ Р. СЛ.

G.ini

Л =

5- Рс СЛ

1+А о,/, 1+д,

I ±

О ;В„-(?2/г+......+ +

; Р^Рс-Хл (8)

б. 1п—

1+Д, О,/, ^„С.

«V.

2а

(9)

Учет изменения плотности грунта вокруг сваи.

Необходимость учета изменчивости жесткости (плотности) грунта вокруг сваи возникает как в случае устройства буронабивных свай, так и забивных свай. В первом случае вокруг сваи возникает ослабленная зона вследствие разрушения грунта при производстве буронабивных свай, во втором случае, наоборот, вокруг сваи возникает зона упрочнения, вследствие уплотнения грунта при забивке сваи. Очевидно, что эти два процесса существенным образам, отражаются на распределение трения по боковой поверхности буронабивных и забивных свай. Рассмотрим эти задачи в отдельности, полагая, что радиус изменения жесткости (плотности) грунта вокруг сваи известен и равен с<Ь, где Ь - радиус влияния сваи при ее осадке (рис.8).

2а

гг

1=3

2с

ш

I

_е.

0-21.

Рис.8. Расчетные схемы взаимодействия буронабивной (а) и забивной (б) свай с грунтовым массивом с учетом изменчивости свойств грунта на контактной поверхности.

Забивные сваи. По данным А.А Бартоломея при забивке свай область деформаций суглинистого грунта в радиальном направлении достигает (6-7)с1 для одиночных свай и (10-11)ё для ленточных свайных фундаментов. В плоскости острия свай уплотненная зона распространяется на глубину (3-3,5)<1 для одиночной сваи и на глубину (4-5)<! под ленточным фундаментом.

В этом случае изменение жесткости (плотности) грунта вокруг сваи можно представить в виде следующей зависимости:

в(г)

(Ю)

где п-параметр, зависящий от свойств грунта и от технологии забивки свай, причем п>1.

' 2яК?01+А\ ы 4 ^'Л 2яЮ.»+А1 И И Ы

мдаг

где рз:

(12)

Буронабивные сваи. В этом случае изменение жесткости (плотности) грунта вокруг сваи можно представить в виде следующей зависимости:

<Нг)

(13)

где т - параметр, зависящей от свойств грунта и от технологии буронабивных свай, причем ш > 1.

И окончательно получим при г<с:

С-\ -1

(14)

При г=а - получим:

■»■зКЭ-йШ

где х г

' 2тг1 2жI

Таким образом, окончательно получим: при г = с

„ _ Л

гМсв,

при г>с

НУфЦ

(15)

(16)

(17)

Взаимодействие одиночной длинной сваи с ростверком и с окружающим массивом грунта.

Однородный массив. В этом случае расчетную геомеханическую модель можно представить в виде, представленном на рис. 9.

Ро|

р-аь

Рис.9. Расчетная схема взаимодействия длинной сваи с ростверком и однородным грунтовым массивом (а) и эпюры с^» о^ Р^г) (б).

Решение этой задачи будем искать по аналогии с изложенными выше задачами, т.е. исходя из условий равенства осадки сваи и ростверка, а также из условия равновесия:

Ы=Рс+Р„+Рр, (18)

где Рр= Ря(р2-а2); р - радиус ростверка; а - радиус сваи. Из условия 80=8С получим:

Н-)

Ы-)

Рс=Н/Рр; Рр= (М/рр). ' °-; Р„=(М/рр). 1 *-(19)

1+Д лг(~—)(1 - У) 1+А я(±-\п - х

2Р

где Рр=1+

1

Ы-)

а

1

Н-)

а

1 + Д 1 + А - у)К{1)

2 р 2а

(20)

Двухслойный массив. В этом случае расчетную геомеханическую модель можно представить в виде, представленном на рис. 5.10.

Рис.10. Расчетная схема взаимодействия длинной сваи с ростверком и двухслойным грунтовым массивом и эпюры а^ а^ Рс(г) (б). Из условия равновесия имеем:

Ы=Р,+Р2+Р0+Рр

Р,=Н/рр2;Рр=(Ы/рр2)-

1

ЬИ-)

а

2 р

-;Р„=0^/рр2).

1

Ь&Д)

а О,

2а

(21)

(22)

где Рр2=1+, ' 1 а 2р

Анализ

1

а О,

V,)

2а

О,/,

(25)

результатов расчетов численного моделирования взаимодействия группы из 9 длинных свай с высоком и низким ростверком показал, что в качестве расчетной геомеханической расчетной модели можно рассматривать взаимодействие свайного фундамента, как единого твердого тела с окружающим грунтовым массивом ограниченных размеров по глубине и по ширине (рис.11). Такая схема взаимодействия возможна не только для плит круглой формы, но также для квадратной и прямоугольной формы, в том числе для ленточного свайного фундамента. Эти случаи рассмотрены в диссертации. Свайный *уидамент круглой 4ормы.

Однородный массив. В этом случае задача сводится к рассмотрению взаимодействию жесткого грунто-свайного массива цилиндрической формы заданного диаметра и заданной длины с окружающим грунтовым массивом цилиндрической формы ограниченных размеров по диаметру и но высоте (рис.11).

'_р-за_|

Рис.11. Расчетная схема взаимодействия свайного фундамента цилиндрической формы с окружающим грунтовым массивом.

- Для определения осадки свайного фундамента получено выражение вида:

с N ЩВ1а) 1 .В

Б 1 ■ д 'где ^ 1-1п7' (24)

2а

где К(1) - коэффициент, учитывающий глубину приложения нагрузки на уровне нижних концов свай и имеет значение порядка 0,5.

Для определения соотношения сил по боковой поверхности и на уровне нижних концов свайного фундамента:

(25)

Двухслойный массив. Для определения осадки свайного фундамента: 1 + А 2Я/.С, <7,/,

2а

где 02 - модули сдвига грунтов верхнего и нижнего слоев грунта соответственно, толщиной 1,, Ь-

Для определения соотношения сил между ростверком, нижних концов свай и в самом свайном массиве в свайном фундаменте:

Р = Л. 9&..Р - N °'Ьа (29)

2а

Для определения распределения напряжений по боковой поверхности грунто-свайного массива и на уровне нижних концов свай:

Свайный фундамент прямоугольной Формы

Однородный массив. В этом случае задача сводится к рассмотрению взаимодействию жесткого свайного массива в виде параллелепипеда заданных размеров

18

2ах2Ьх1 с окружающим грунтовым массивом грунта, а также в форме параллелепи-

> > > >

№2А

02В

Рис.12. Расчетная схема взаимодействия свайного фундамента прямоугольной формы с окружающим массивом грунта в форме параллелепипеда.

Для определения соотношения сил по боковой поверхности и на уровне нижних концов свайного фундамента:

лг -.у ^ тдеВг^-*^ ЦЛ/аШВ/б)

' 1 + Д ' ° 1 + /3, ' 21^а{\ -у) \п(А! а) + 1п(В / А)

(31)

Таким образом, окончательно можно записать выражение для определения осадки прямоугольного свайного фундамента в виде:

N 1 Ь(А/а)Лп(В/Ь)

1+Д А1цсЮ ЩА1а)+ЩВ1Ь) Для случая квадратного фундамента получим:

N \а(А!а)

1 + А.

где р'а - определяется по выражению (31) при А=В, а=Ь.

(32)

(33)

Двухслойный массив: В этом случае, по аналогии со сваей круглой формы взаимодействия свайного фундамента с ростверком прямоугольной формы, можно представить следующими зависимостями:

1 . „ „А ____о _ ЩА1а)МВ'Ь)4аЬ.вгХ(Г)

" =ЛГ1+Д ' ГДе Ъё<А\ъ{А/а) + 1п(Д/¿)](1 -у)й)с(с;,/, +02/2)

Для определения осадки свайного фундамента:

3-У А О-у»)»« 1+А Т^аЬ^К(/) В случае квадратного в плане фундамента, т.е. при а=Ь:

(34)

м Р'ка (1-^К . где 0 =1 аС2К(1)1п(А/а) Х + Р'^2 аЬ.СгК(1) ' Икд 2(1-^X0,/,+<72/2)®с

Ленточный свайный фундамент в двухслойном массиве.

Vа.ОгК(№-а) "(С,/,+0^X1-^) 4аХ}гЩ\А-а)

= 4а.СгК(1)(А-а) = =

0 "(СЛ+ОЛХ!-^)®/ • 1+Д ' 1+А' 1 '

где В-

Осадка фундамента за счет одновременного действия сил трения по боковой поверхности и уплотняющей нагрузки на уровне нижнего конца свай:

& (38)

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ ПО ДИССЕРТАЦИИ

На основании выполненных исследований можно сделать следующие основные выводы по диссертации:

1. Инженерно-геологические условия в г. Хошимин, а также в регионе дельты реки Меконг следует отнести к сложным, обусловленным наличием большой мощности слабых водонасьиценных глинистых и илистых грунтов (с< 20МПа, <р<10°, ^>1, 8г>0.9), подстилаемых полутвердыми и твердыми глинами или песками. Интенсивное освоение этих регионов связано со строительством зданий повышенной этажности на свайных фундаментах из буронабивных свай большой длины (до 60м).

2. При взаимодействии свай или группы свай большой длины (более 30м) с окружающим грунтом возникает сложное НДС, которое существенным образом влияет на распределение нагрузки от сооружения между ростверком и группой свай, сваями в свайном фундаменте.

3. Анализ результатов расчет численного моделирования взаимодействия одиночной сваи с окружающим грунтом показали, что:

- Основным и определяющим фактором является большая длина сваи, на боковую поверхность которой приходится основная доля силы, приложенной к свае, так как с ростом длины сваи пропорционально растет и несущая способность сваи.

- Влияние ростверка размером 3x3м при диаметре сваи 1м на кривой зависимости осадка-нагрузка - несущественно.

- На долю ростверка от общей нагрузки приходится, при длине свай 30м, 45м и 60м соответственно - 28%, 20% и 18% при осадке 0.054= 5см; 22%, 21% и 16% при осадке 0.16= 10см. С увеличением длины и осадки доля нагрузки на ростверк уменьшается существенно, т.е. в два раза.

- Области максимальных горизонтальных перемещений приурочены к нижнему концу сваи и частично к верхнему концу и распространяются на значительное расстояние от поверхности сваи. Так, если ограничиться перемещениями 0.5мм, радиус влияния распространяется до 20-25 метров.

- Вертикальные напряжения и перемещения локализуются вокруг свай, а с увеличением расстояния от поверхности свай и с глубиной - интенсивно затухают.

4. Исследования закономерностей взаимодействия группы из 9 свай большой длины 30, 45 и 60м в составе свайного фундамента с высоким и низким ростверками, с расстоянием между сваями 3<1; 4.5с1 и 6(1, позволяют делать следующие основные выводы:

а. В случае высокого расположения ростверка:

- Доминирующим фактором, влияющим на характер взаимодействия группы свай с окружающим грунтом, является длина свай;

- С ростом расстояния между сваями от 3(1 до 6(1 взаимное влияние свай исчезает.

б. В случае низкого ростверка:

- Взаимодействие свай в свайном фундаменте с низким ростверком отличается существенно от случая фундамента с высоким ростверком;

- С ростом расстояния между сваями и длиной свай при осадке фундамента 0,Ы разница между усилиями на центральную и одиночную сваю уменьшается. Однако с ростом осадки до 0,2(1, это разница увеличивается;

- Кривые осадка-нагрузка для фундаментов с высоким и низким ростверками в пределах до 0,Ы, практически совпадают; с ростом осадки кривые расходятся существенно, что обусловлено растущим влиянием ростверка;

- Вокруг свайного фундамента возникает область активного вертикального смещения, ограниченная цилиндрической поверхностью и сферической поверхностью под нижним концом свай.

5. Распределение общей нагрузки на свайном фундаменте между ростверком, боковой поверхностью свайно-грунтового массива и его нижним концом аналогично со случаем одиночной сваи с ростверком.

6. На основании предложенной геомеханической модели поставлены и решены задачи для количественной оценки взаимодействия одиночной сваи с однородным слоистым и неоднородным по радиусу грунтом (ослабленная или уплотненная зона). Примеры расчетов по этим решениям дают удовлетворительное совпадение с аналогичными расчетами МКЭ.

7. На основании предложенной геомеханической модели поставлены и решены задачи для количественной оценки взаимодействия свайно-грунтового массива с окружающим массивом грунта при различной форме площади ростверка (круг, прямоугольник) для случаев однородного и двухслойного основания. Сравнение результатов расчетов, выполненные по этой модели и по МКЭ дали, удовлетворительное совпадение.

Основное содержание диссертации опубликовано в работах:

1. Динь Хоанг Нам. Несущая способность буронабивных свай с учетом контактного элемента по периметру свай // Треьтя международная, Научно-практическая конференция молодых ученых аспирантов и докторантов. Москва 2526 мая 2005 г.

Лицензия ЛР № 020675 от 09.12.1997г.

Подписано в печат^З.ОЗ.06 Формат 60x84 1/16 Печать офсетная Объем-^2 5 п.л. Т. 100 Заказ ¿5

Московский государственный строительный университет. Типография МГСУ. 129337, Москва, Ярославское ш., 26

Ir

l

f

!

I i

fi

7419

Введение

Основные обозначения

Глава 1. СОВРЕМЕННЫЕ ПРОБЕМЫ СТРОИТЕЛЬСТВА СООРУЖЕНИЙ НА СЛАБЫХ ВОДОНАСЫЩЕННЫХ ГРУНТАХ БОЛЬШОЙ ТОЛЩИНЫ.

1.1. Современное состояние проблемы

1.2. Инженерно-геологические условия г. Хошимина.

1.3. Существующие методы экспериментальных и теоретических ® исследований взаимодействия одиночной сваи с окружающим грунтом.

1.4.Существующие методы расчета несущей способности бурона-бивных свай.

1.5. Существующие методы расчета свайных фундаментов из буронабивных свай.

1.6. Выводы по главе.

1.7. Цель и задачи диссертационной работы.

Глава 2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ.

2.1 Экспериментальные исследования физико-механических ф свойств грунтов.

2.2. Результаты испытаний буронабивных свай большой длины и их анализ.

2.3. Современные методы расчета несущей способности и результаты испытаний буронабивных свай по нормам Вьетнама.

2.6. Выводы по главе

Глава 3. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ЧИСЛЕННОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ СВАЙ В СВАЙНОМ ФУНДАМЕНТЕ.

3.1. Основные положения

3.2 Программный комплекс РЬАХ18.

3.3 Выбор расчетной модели грунта исходя из реальных свойств грунтов Вьетнама.

3.4 Тестовые задачи.

3.7. Выводы по главе.

Глава 4. ЧИСЛЕННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ДЛИННЫХ СВАЙ С ГРУНТОМ В СВАЙНОМ ФУНДАМЕНТЕ.

4.1. Общие положения. Постановка задачи.

4.2. Взаимодействие одиночной сваи с окружающим грунтом и ростверком.

4.3. Взаимодействие группы свай большой длины с грунтом в свайном фундаменте.

4.4. Выводы в главе. цо

Глава 5. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ О ВЗАИМОДЕЙСТВИИ ДЛИННОЙ СВАИ И ГРУППЫ ИЗ ДЛИННЫХ СВАЙ С ГРУНТОМ В СВАЙНОМ ФУНДАМЕНТЕ С ГРУНТОВЫМ МАСк СИВОМ ОГРАНИЧЕННЫХ РАЗМЕРОВ.

5.1 Общие положения. Основные уравнения. \

5.2 Расчетные модели грунтов основания.

5.3 Расчетные модели взаимодействия одиночной длиной сваи и группы длинных свай с окружающим фунтом в свайном фун

Ф даменте.

5.4. Взаимодействие одиночной длиной сваи с окружающим грун ф том.

5.5. Взаимодействие группы свай в свайном фундаменте.

5.6. Взаимодействие свайного фундамента с грунтовым массивом.

5.7 Выводы по главе

Актуальность темы. Проблема количественной оценки взаимодействия длинных свай в составе свайных фундаментов с водонасыщенным глинистым массивом грунта в настоящее время является актуальной для Вьетнама. Свайные фундаменты играют главную роль в строительства зданий и сооружений во Вьетнаме, особенно в районах распространения слабых водонасы-щенных грунтов большой мощности, достигающие 60 метров и более. Освоение и развитие индустриальных зон в этих районах, инфраструктура которых базируется на строительстве высотных зданий и сооружений повышенной ответственности, являются актуальными задачами экономического развития Вьетнама.

Поэтому разработка и научное обоснование методов строительства на этих территориях являются главными задачами современного фундаменто-строения Вьетнама. В настоящей работе рассматриваются методы количественной оценки взаимодействия длинных свай (30м и более) в составе свайного фундамента, с окружающим массивом грунтов. Они необходимы для научно-обоснованного решения конструкций свайных фундаментов, в том числе для определения диаметра и длины свай, расстояния между ними в зависимости от инженерно-геологических условий строительной площадки.

Несмотря на то, что г. Хошимин является самым большим городом во Вьетнаме, его интенсивное развитие наблюдается с начала 20 века. По данным [91, 92] здания и сооружения в этом городе подразделяются на следующие периоды строительства:

• до 1988 года: в центре города были построены дома высотой до трех этажей, фундаменты которых выполнены из кирпичной кладки и находятся на естественном фунте, и усилены деревянными ростверками и сваями. Некоторые здания высотой от 5 до 10 этажей возведены на железобетонных фундаментах, которые опираются на буронабивных или забивных сваях глубиной до 30м. Из-за низкого качества строительства

• в период с 1988 года до настоящего времени характеризуется интенсивным развитием экономики и строительства. Большинство зданий были построены с использованием современных методов строительства и материалов. В этот период возведены 4 и 6 этажные здания на свайном фундаменте из железобетонных и деревянных свай. Некоторые офисные и гостиничные корпусы высотой от 10 до 36 этажей опираются на железобетонные свайные фундаменты из буронабивных свай диаметром 0,8-1,2м глубиной до 45м.

Реконструкция городской застройки представляет собой следующие виды:

• средняя жилплощадь составляет 8-1 Ом2 на человека, причем 70% домов представляют собой временными постройками в центре города. Плотность застройки очень высокая. Площадь озеленения и просторных пространств незначительная;

• исторические памятники города располагаются во многих частях города. Их сохранение и реставрация проводятся по отдельному регламенту.

Строительство зданий типа арендных квартир и офисов с повышенным комфортом в настоящее время привлекает большое внимание инвесторов и бизнесменов. В таблице показан темп увеличения проектов строительства гостиниц для туризма и деловых центров в будущем, в различных городах Вьетнама. п.п. Город Существующее количество Темп увеличения за год, проектов %

1 Ханой 28 8-12

2 Хошимин 59 8-15

3 Хайфон 6 10-15

4 Дананг 2 10-15

По прогнозу Вьетнамских специалистов в проекте КС 11- 10 [91, 93, 94], количества таких зданий в г. Ханое будет удвоено, в г. Хошимине в 1,8 к 2010 году. В городах строительство высотных зданий для гостиниц и деловых центров быстро развивается по сравнению с другими зданиям. До 2010 в центре города будет построено здания с общей площадью от 7 до 8 миллионов м2, 40% из них является торгово-промышленными зданиями и планируется возведение многоэтажных зданий от 20 до 70 этажей путем сноса ветхих и малоэтажных жилых зданий. В связи с этим возникала необходимость разработки принципиально новых методов освоения этих территорий, покрытых слабыми водона-сыщенными грунтами большой мощности.

Разработка и научное обоснование методов строительства на этих территориях являются главными задачами современного фундаментостроения Вьетнама. В настоящей работе рассматриваются методы количественной оценки взаимодействия длинных свай (30м и более) в составе свайного фундамента с окружающим массивом грунтов, это необходимо для научно-обоснованного решения конструкций свайных фундаментов, в том числе для определения диаметра и длины свай, расстояния между ними в зависимости от инженерно-геологических условий строительной площадки. Цель данной диссертационной работы. Целью настоящей работы является разработка научно обоснованного метода количественной оценки взаимодействия длинной сваи и группы длинных свай с грунтовым массивом в составе свайных фундаментов. Для этого анализируются результаты экспериментальных и теоретических исследований, а также результаты расчетов численного моделирования взаимодействия свай с грунтом в трехмерной постановке. Кроме того, учитывается опыт строительства сооружений на фундаментах из длинных свай во Вьетнаме, в сложных инженерно-геологических условиях г. Хошимина и других районов дельты реки Меконг (по данным архивных материалов).

Основные задачи исследований. Для достижения поставленной цели были выполнены следующие работы:

1. Анализ современного состояния строительства сооружений на слабых водонасыщенных грунтах, в том числе на свайных фундаментах;

2. Анализ результатов инженерно-геологических изысканий территории г. Хошимина, в том числе лабораторных испытаний грунтов;

3. Анализ результатов натурных испытаний длинных свай во Вьетнаме;

4. Выбор параметров расчетной упруго-пластической нелинейной модели грунтов основания;

5. Численное трехмерное моделирование взаимодействия одиночной длинной сваи (30,45,60м) конечной жесткости с окружающим грунтом, в том числе с учетом ростверка;

6. Расчеты и анализ численного моделирования взаимодействия одиночной буронабивной сваи диаметром 1м и окружающего массива с построением изолиний компонентов напряжений, деформаций, перемещений и зависимостей осадка-нагрузка;

7. Численное трехмерное моделирование взаимодействия группы из 9 свай в свайном фундаменте с окружающим грунтом при различных длинах свай (30,45,60м) и при различных расстояниях между сваями (За, 4,5(1 и 6(1);

8. Разработка принципиально новой геомеханической расчетной модели основания ограниченных размеров, которое взаимодействует с группой свайных фундаментов;

9. Постановка и решение теоретических задач о взаимодействии длинных свай или группы свай с окружающим массивом грунта ограниченных размеров;

10.Составление рекомендаций для использования результатов исследований в инженерной практике.

Научная новизна данной работы заключается в том, что:

1. В трехмерной постановке осуществлено численное моделирование взаимодействия одиночной длинной сваи с окружающим грунтом и ростверком с учетом нелинейных свойств грунтов и конечной жесткости сваи. Показано, что определяющим фактором, влияющим на закономерности взаимодействия сваи с грунтом являются длина сваи, а влияние ростверка при этом незначительно;

2. В трехмерной постановке осуществлено численное моделирование взаимодействия группы из 9 длинных (30,45,60м) свай с грунтом в составе фундамента с низким и высоким ростверком при различных расстояниях между сваями (Зс1, 4,5(1 и 6с1) с учетом конечной жесткости свай и нелинейных свойств деформируемости грунтов; показано существенное отличие характера взаимодействия свай при высоком и низком ростверке, особенно при развитии осадок превышающих 0,0Ы=10см. Показано также, что при расстояниях между сваями 6с1 взаимное влияние свай практически отсутствует и их график осадка-нагрузка совпадает с таким графиком для одиночной сваи;

3. Предложена принципиально новая геомеханическая модель основания, которая взаимодействует с длинной сваей и свайным фундаментом из длинных свай. Она позволяет дать количественную оценку распределения усилия между острием и боковой поверхностью свай и прогнозировать осадку таких фундаментов;

4. Поставлены и решены ряд задачи о взаимодействии длинных свай с окружающим грунтом, в том числе с учетом изменчивости свойств грунтов вокруг свай;

Практическое значение работы. Полученные в диссертационной работе результаты исследований позволяют:

1. Дать научно-обоснованное решение задач при проектировании и строительстве сооружений на слабых водонасыщенных основаниях с использованием свайных фундаментов;

2. Регулировать количество свай в свайном фундаменте за счет изменения расстояния между сваями, длины и диаметра свай;

3. Обеспечить безопасность эксплуатации зданий и сооружений повышенной ответственности (этажности) при их возведении на свайных фундаментов, в районах распространения слабых грунтов большой мощности.

Реализация работы. Результаты выполненной работы будут использованы в практике научно-исследовательских работ на кафедре механики грунтов, оснований и фундаментов (МГрОиФ) МГСУ, а также автором диссертационной работы в своей научной и педагогической деятельности во Вьетнаме. На защиту выносятся:

1. Результаты расчетов численного трехмерного моделирования взаимодействия одиночной и группы свай большой длины с грунтом в меж-ствайном пространстве и окружающим массивом грунта;

2. Анализ результатов расчетов численного моделирования по пункту 1 с выделением основных и определяющим факторов, влияющих на характер взаимодействия длиной сваи с грунтом и группы длинных свай в составе свайного фундамента с окружающим грунтом;

3. Результаты теоретических решений и исследований взаимодействия длинных свай и группы свай с окружающим массивом грунтом, ограниченных размеров.

Диссертационная работа выполнена на кафедре механики грунтов, оснований и фундаментов МГСУ в период обучения в аспирантуре в 2002 - 2006 годах под руководством профессора, доктора технических наук З.Г. Тер-Мартиросяна.

Автор искренне благодарит своего научного руководителя, заслуженного деятеля науки РФ, профессора, д.т.н. З.Г. Тер-Мартиросяна за постоянное внимание и большую помощь при выполнении настоящей диссертационной работы.

Объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, выводов и рекомендаций и содержит 163 страниц, в том числе 143 машинописного текста, 68 рисунков, 13 таблицы, список литературы 99 наименований.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ ПО ДИССЕРТАЦИИ На основании выполненных исследований можно сделать следующие основные выводы по диссертации:

1. Инженерно-геологические условия в г. Хошимин, а также в регионе дельты реки Меконг, следует отнести к сложным, обусловленным наличием большой мощности слабых водонасыщенных глинистых и илистых грунтов (с< 20МПа, ф< 10°, 8г>0.9), подстилаемых полутвердыми и твердыми глинами или песками. Интенсивное освоение этих регионов связано со строительством зданий повышенной этажности на свайных фундаментах из буронабивных свай большой длины (до 60м).

2. При взаимодействии свай или группы свай большой длины (более 30м) с окружающим грунтом возникает сложное НДС, которое существенным образом влияет на распределение нагрузки от сооружения между ростверком и группой свай, сваями в свайном фундаменте.

3. Анализ результатов расчета численного моделирования взаимодействия одиночной сваи с окружающим грунтом показали, что:

- Основным и определяющим фактором является большая длина сваи, на боковую поверхность которой приходится основная доля силы, приложенной к свае, так как с ростом длины сваи пропорционально растет и несущая способность сваи.

- Влияние ростверка размером 3x3м при диаметре сваи 1м на кривой зависимости осадка-нагрузка - несущественно.

- На долю ростверка от общей нагрузки приходится, при длине свай 30м, 45м и 60м соответственно - 28%, 20% и 18% при осадке 0.05с1= 5см; 22%, 21% и 16% при осадке 0.1 с1= 10см. С увеличением длины и осадки доля нагрузки на ростверк уменьшается существенно, т.е. в два раза.

- Области максимальных горизонтальных перемещений приурочены к нижнему концу сваи и частично к верхнему концу и распространяются на значительное расстояние от поверхности сваи. Так, если ограничиться перемещениями 0.5мм, радиус влияния распространяется до 20-25 метров.

- Вертикальные напряжения и перемещения локализуются вокруг свай, а с увеличением расстояния от поверхности свай и с глубиной - интенсивно затухают.

4. Исследования закономерностей взаимодействия группы из 9 свай большой длины 30, 45 и 60м в составе свайного фундамента с высоким и низким ростверками, с расстоянием между сваями 3(1; 4.5(1 и 66, позволяют делать следующие основные выводы: а. В случае высокого расположения ростверка:

- Доминирующим фактором, влияющим на характер взаимодействия группы свай с окружающим грунтом, является длина свай;

- С ростом расстояния между сваями от 3(1 до 6(1 взаимное влияние свай исчезает. б. В случае низкого ростверка:

- Взаимодействие свай в свайном фундаменте с низким ростверком отличается существенно от случая фундамента с высоким ростверком;

- С ростом расстояния между сваями и длиной свай при осадке фундамента 0,Ы разница между усилиями на центральную и одиночную сваю уменьшается. Однако с ростом осадки до 0,26, это разница увеличивается;

- Кривые осадка-нагрузка для фундаментов с высоким и низким ростверками в пределах до 0,1(1, практически совпадают; с ростом осадки кривые расходятся существенно, что обусловлено растущим влиянием ростверка;

- Вокруг свайного фундамента возникает область активного вертикального смещения, ограниченная цилиндрической поверхностью и сферической поверхностью под нижним концом свай.

5. Распределение общей нагрузки на свайном фундаменте между ростверком, боковой поверхностью свайно-грунтового массива и его нижним концом аналогично со случаем одиночной сваи с ростверком.

6. На основании предложенной геомеханической модели поставлены и решены задачи для количественной оценки взаимодействия одиночной сваи с однородным слоистым и неоднородным по радиусу грунтом (ослабленная или уплотненная зона). Примеры расчетов по этим решениям дают удовлетворительное совпадение с аналогичными расчетами МКЭ.

7. На основании предложенной геомеханической модели поставлены и решены задачи для количественной оценки взаимодействия свайно-грунтового массива с окружающим массивом грунта при различной форме площади ростверка (круг, прямоугольник) для случаев однородного и двухслойного основания. Сравнение результатов расчетов, выполненные по этой модели и по МКЭ дали, удовлетворительное совпадение.

1. Абраменко П.Г. Исследование взаимодействия одиночной сваи с фунтом при вертикальных статических нафузках." Автореферат дисс.канд.техн.наук. Л., 1971.

2. Абелев Ю.М. Слабые водонасыщенные глинистые грунты как основания сооружений. Стройиздат. Москва. 1973, 287с.

3. Александрович В.Ф., Барвашов В.А., Аршба Э.Т. Расчет свайного поля с увеличенным шагом свай. Труды II Всесоюзной конференции "Современные проблемы свайного фундаментостроения в СССР", Одесса. 1990.

4. Бадеев А.Н. Учет сжимаемости ствола сваи и слоистости основания при проектировании свайных фундаментов большой длины. Диссертация на соискание ученой степени к.т.н. Москва. 1982.

5. Барвашов В.А. Метод расчета жесткого свайного ростверка с учетом взаимного влияния свай. Основания, фундаменты и механика грунтов, 1968, № 3, с. 27-28.

6. Бахолдин Б.В., Игонькин Н.Т. К вопросу о сопротивлении грунта на боковой поверхности сваи. Труды НИИ оснований и подземных сооружений. - М., 1969, № 58, основания, фундаменты и подземные сооружения.

7. Бартоломей А. А., Омельчик И. HI. Исследование напряженно деформированного состояния нелинейного вязко-упругого полупространства. - В кн.: Современные проблемы нелинейной механики грунтов. Челябинск, 1985, с.112-114.

8. Бартоломей A.A. Расчет осадок ленточных свайных фундаментов. М., 1972.

9. Ю.Бартоломей A.A. Экспериментальные и теоретические основы прогноза осадок ленточных свайных фундаментов. Автореферат дисс.канд.техн.наук. - М., 1974.

10. Н.Бартоломей A.A., Омельчак И.М., Юшков Б.С. Прогноз осадок свайных фундаментов. Москва. Стройиздат 1994.

11. Бахолдин Б.В., Джантимиров Х.А., Разводовский Д.Е. Несущая способность свай в кусте. В сб. "Свайные фундаменты". Москва. Строй-издат. 1991.

12. Бахолдин Б.В., Разводовский Д.Е., О методике расчета свайных кустов. Труды III международной конференции "Проблемы свайного фундаментостроения". Часть 1. Пермь. 1992.

13. Бахолдин Б.В., Игонькин Н.Т. К вопросу сопротивления грунта по боковой поверхности свай. В кн.: Основания, фундаменты и подземные сооружения. М., 1968, вып.58, с.53-58.

14. Березанцев В.Г. Расчет оснований сооружений. Ленинград, 1970, 207 с.

15. Беленьки С.Б., Дикман Л.Г и др. Проектирование и устройство сваных фундаментов. М., 1983, 327с.

16. Бойко И.П. Прогрессивные методы проектирования оснований и фундаментов на ЭВМ.-Киев, 1986, 22 с.

17. Буслов A.C. Взаимодействие свай и свайных сооружений с деформирующимся во времени основанием. Дисс. док. техн. наук. Самарканд, 1985,414с.

18. Вайчайтис IO.IO. Исследование работы забивных свай и свайных фундаментов в региональных песчаных грунтах Литвы. Дисс. канд. техн. наук. Каунас, 1972.

19. Вялов С.С. Реологические свойства и несущая способность мерзлых грунтов. М.: 1959, 190 с

20. Го Нин. Определение сопротивления дилинных свай. Автореферат дисс.канд.техн.наук. Л., 1958.

21. Голубков В.Н. Инструкция по расчету и проектированию свайных фундаментов по дефоршдиям для гражданского и промышленного строительства. Одесса, 1963, X с.

22. Голубков В.Н. Несущая способность свайных оснований.- М., Машст-ройиздат, 1950.

23. Горбунов-Посадов М.И., Маликова Т.Д., Соломин В.И. Расчет конструкций на упругом основании. М., 1984.

24. Григорян A.A. Несущая способность в просадочных грунтах. Диссертация на соискание ученой степени д.т.н. НИИОСП. Москва. 1973.

25. Грутман М.С. К вопросу определения несущей способности свай. В кн.: Основания и фундаменты. Республиканский межведомственный научно-технический сборник, вып. 5. Киев, Будевильник, 1972.

26. Грутман М.С. Сопротивление свай и свайного куска. В кн.: Основания и фундаменты. Республиканский межведомственный научно-технический сборник, вып. 8. Киев, Будевельник 1975.

27. Далматов Б.И. Лапшин Ф.К. Россихин Ю.В. Проектирование свайных фундаментов в условиях слабых грунтов. -Л., Стройиздат, 1975.

28. Далматов Б.И., Лапшин Ф.К., Россохин Ю.В. Проектирование свайных фундаментов в условиях слабых грунтов. Л: 1975, 160с.

29. Далматов Б.И, Бронин В.Н и др. Проектирование фундаментов зданий и подземных сооружений., М., Изд. АСВ, 2001,434с.

30. Дорошкевич Н.М. Исследование напряжений в грунте при свайных фундаментах. Диссертация на соискание ученой степени к.т.н. Москва. 1959.

31. Дорошкевич Н.М., Бровко И.С. Методика учета взаимодействия свайных фундаментов. М., 1984. - 12 с. - Рукопись представлена МИСИ им.В.В.Куйбышева. Деп. в ВНИИИС 27 апр.1984, № 5013.

32. Зб.Зарецкий Ю.К., Карабаев М.И. Расчетная оценка взаимодействия экспериментальных свай с основанием и сравнение с результатами испытаний В сб.: Научно-технический журнал МГСУ. М. :2006, № 1,с.93-99.

33. Знаменский В. В. Работа свайного фундамента в глинистых грунтах и расчет их по деформация. Автореф. диссертации канд. техн. наук. М.: 1971, 14 с.

34. Ермошкин П.М. Устройство буронабивных свай- М. стройиздат 1982.

35. Казачек П.Д. Исследование распределения вертикальных напряжений в основании грунтов висячих свай с низким ростверком. Диссертация на соискание ученой степени к.т.н. Киев. 1978.

36. Кезди А. Несущая способность свай. В кн.: Основания и фундаменты: научно-технический бюллетень, № 20. М., 1957.

37. Карабаев М.И. Прогноз осадок и несущей способности буронабивных свай в лессовых и водонасыщенных глинистых грунтах. Автореф. дисс. канд. техн. наук. М.: 1985, 22 с.

38. Кириллов В.М. Нелинейная осадка сваи. В кн.: Строительство и архитектура. М.: 1986, № 6, с.26-31

39. Лашния Ф.К. Расчет свай по предельным состояниям. Саратов, издательство Саратовского университета, 1979, 152с.

40. Левачев С.Н., Федоровский В.Г., Колесников Ю.М., Курилло С. В. Расчет свайных оснований гидротехнических сооружений. В кн.: Библиотека гидротехника и гидроэнергетика. М.: 1986, вып. 86, 133 с.

41. Луга A.A. Расчет осадок свайных и массивны фундаментов в глинистых грунтах. Транспортное строительство. 1974 №2.

42. Макарова И.Н. Метод прогноза осадок одиночных свай с учетом прочностных и реологических свойств грунтов. Автореф. дисс. канд. техн. наук. Л.: 1987,23 с.

43. Малышев М.В., Никитина Н.С. Расчет осадок фундаментов в грунтах. -Основания, фундаменты и механика грунтов. М.: 1982, № 2, с. 21-23.

44. Наддай А. Пластичность и разрушение твердых тел т2. Изд. Мир, М. 1969 г. 857 с.

45. Несмелов Н.С. Экспериментально-теоретические исследования формирования осадок свай большой длины при вертикальной нагрузке. Дисс.канд. техн.наук. Л., 1974, 197 с.

46. Пати Д. Вопросы сопротивления свай большого диаметра и их совместной работы с грунтом. Дисс.канд.техн.наук. М., 1962, 127 с.

47. Рекомендации по расчету свайных фундаментов в слабых грунтах. М.: 1975, 33 с.

48. Сальников Б.А. Исследование несущей способности свайных фундаментов в слабых глинистых грунтах.- Диссертация канд. техн. наук. -М.: 1969, 301 с.

49. Семенов В.В., Чунюк Д.Ю. Расчет комбинированных свайно-плитных фундаментов с использованием контактной модели теории упругости. Стройклуб. №9. 2002.

50. Сивцова Е.П. К расчету одиночной сваи на основе теории упругости. Сб. трудов НИИ Оснований, .№ 45. М., Госстройжздат, 1961, с.5-15.

51. СНиП 2.02.03.85. Строительные нормы и правила. Нормы проектирования. Свайные фундаменты. М.: 1986, 48 с.

52. Сорочан Е.А. Фундаменты промышленных зданий. М.: 1986, 303 с.

53. СП 50-102-2003 Проектирование и устройство свайных фундаментов. М.: 2005, 58 с.

54. Станеску Е.К. Исследование распределения сопротивлений грунта в свайном основании. Дисс.канд.техн.наук. М., 1953, 183с.

55. Тер-Мартиросян З.Г. Прогноз механических процессов в массивах многофазных грунтов. М.: 1986, 220 с.

56. Тер-Мартиросян З.Г. механика грунтов. М.: 2005, 488 с

57. Терцаги К. Теория механики грунтов. Пер. с англ./Пер. с англ./ Под ред. проф. H.A. Цытовича. Москва. 1961.

58. Тер Ованесов ГС. Совместная работа ростверка, свай и грунта в висячих свайных фундаментах. Диссертация на соискание ученой степени к.т.н. Москва. 1953.

59. Ухов С.Б., Семенов В.В., Знаменский В.В., Тер-Мартиросян З.Г., Чернышев С.Н. Механика грунтов, Основания и Фундаменты. М., Изд. АСВ, 2004. - 566 с.

60. Фадеев А.Б., Девальтовский Е.Э. Исследование работы группы свай. Исследование свайных фундаментов. Межвузовский сборник научных трудов. Воронеж. Издательство ВГУ. 1988.

61. Фадеев А.Б., Девальтовский Е.Э. Кустовой эффект при работе свайных фундаментов на вертикальную нагрузку. Сборник Ускорение научно-технического прогресса в фундаментостроении. Москва, Стройиздат. 1987.

62. Фадеев А.Б., Девальтовский Е.Э., Васильченко A.B. Работа свай при наличии низкого ростверка. Труды VI Международной конференции по проблемам свайного фундаментостроения. Москва. 1998, Том 2.

63. Хамов А.П. О взаимном влиянии свай в однородном свайном фундаменте и группе свай. Основания, фундаменты и механика грунтов. 1972.

64. Фадеев А.Б., Репина П.И., Абдылдаев Е.К. Метод конечных элементов при решении геотехнических задач и программа "Геомеханика". JI.: ЛИСИ, 1982.

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

66. Цытович H.A. Инженерный метод прогноза осадок фундаментов. Стройиздат. Москва. 1988.

67. Яропольский И.В. Основания и фундаменты. JL, Водтрансиздат, 1954, 456с.

68. Nishida Y. (1961). "Determination of Stregses around a Compaction Pile." 5-th Int. Conf. Mech Soil. V 2, 123-127, Paris.

69. Osterberg, Jorj O., 1999 What has been learned about drilled shafts from the osterberg load test. Paper presented at the deep foundations institute meeting.

70. Goodman, R.E., Taylor R.L. and Brekker, TL (1968) Model for the mechanics of jointed rock. Proc. ASCE Journal of soil mechanics and foundation engineering division, 94 (SM3): pp 637-659.

71. Sommer H, Hambach С Экспериментальные исследования несущей способности и осадки свайных фундаментов. Bauingenieur 1974.

72. Poulos Н. "Group factor for pile deflections estimation". J. Geotech. Engng. Div. Am. Soc. Civ. Engrs. New York, № 12. 1979.

73. Poulos, H. G. (1979). "Settlement of single piles in non-homogeneous soil." J. Geotech. Engrg. Div., Proc. ASCE, 105(GT5), 627-641.

74. Randolph, M. F., and Wroth, C. P. (1979). "An analysis of the vertical deformation of pile groups." Geotechnique, 29(4), 423-439.

75. Desai, C.S., Zaman M.M. 1984 Thin layer elements for interfaces and joints. Int. Journal of numerical and analytical methods in geomechanics, vol. 8: pp 19-43.

76. Desai C. S. and Rease L. C., "Analysis of circular footing on layered soils", Journal of the Soil Mechanics and Foundations Division, ASCE, Vol. 97, No. SM 12, December, 1971.

77. Egorove К. E., "Subgrade reactions beneath rigid circular plate on two layered with finite thickness", proc. of the 6th International Conference on Soil Mechanics and Foundation Eng., Budapest, 1971.

78. Катценбах P. Последние достижения в области фундаментостроения высотных зданий на сжимаемом основании В сб.: Научно-технический журнал МГСУ. М. 2006, № 1,с. 105-118.

79. DO Dinh Duc., Thi cong ho dao cho tang ham nha cao tang trong do thi Viet nam. Luán van tien si ky thuat Ha Noi, 2002, 140 trang. (Возведение подземных частей зданий в крупных городах Вьетнама. Дисс., К.т.н. Ханой, 2002, 140 с).

80. Bao cao tong ket de tai ho dao sau tai khu vue chat hep trong thanh pho (Возведение заглубленных частей зданий в условиях плотной городской застройки. - Окончательный доклад научных исследований. Ханой, 2000.)

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

82. Tran Manh Lieu, Doan The Tuong, карта инженерно-геологических и гидрогеологических г. Хошимина. (Окончательный доклад научных исследований). Ханой, 1995, 12с.).

83. Tieu chuan хау dung TCN 21-86 (Строительные нормы и правила. Нормы проектирования. Свайные фундаменты).

84. TCXD 195:1997 (Строительные нормы и правила. Нормы проектирования. Свайные фундаменты).