автореферат диссертации по строительству, 05.23.02, диссертация на тему:Взаимодействие кустов из конических пустотелых свай с окружающим грунтом

ПЕРМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ КУСТОВ ИЗ КОНИЧЕСКИХ ПУСТОТЕЛЫХ СВАЙ С ОКРУЖАЮЩИМ ГРУНТОМ

05.23.02 - основания и фундаменты

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

РГ Б ОД

На правах рукописи

ОФРИХТЕР Вадим Григорьевич

Пермь 1994

Работа выполнена в Пермском Государственном техническом университете.

Научный руководитель - член корреспондент РАН, доктор технических наук, профессор А.А.Бартоломей.

Официальные оппоненты - доктор технических наук, профессор

Б.В.Гончаров,

кандидат технических наук, доцент В.М.Чикишев.

Ведущая организация - АО "Уралэнергострой".

Защита состоится 24 июня 1994 года в ю часов на заседании специализированного совета К 063.66.02 в Пермском Государственном техническом университете. Адрес: 614600, ГСП-45, г. Пермь, Комсомольский проспект, 29а, ауд. 423.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета.

Автореферат разослан 19 мая 1994 г.

Ученый секретарь специализированного совета кандидат технических наук,

доцент Б.П.Свешников

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ.

Актуальность проблемы. Решающим этапом, определяющим успешное строительство любого об"екта, является выполнение работ нулевого цикла, наиболее сложную и ответственную часть которых представляют фундаменты. В условиях слабых водонасыщенных грунтов, широко представленных в Урало-Сибирском регионе, возведение фундаментов, особенно на естественном основании, осложняется традиционным набором дорогостоящих сезонных мероприятии, таких как защита основании от промораживания зимой, сопряженная в большинстве случаев с водопонижением, и предохранение грунтов от замзчи-вания в остальные периоды года.

Наиболее предпочтительной, особенно с технологической точки зрения, конструкцией основания в подобных грунтовых условиях является свайная, поскольку вышеперечисленным сезонным мероприятиям в этом случае приходится уделять гораздо меньше внимания, появляется возможность применения нормокомплектов высокопроходимых механизмов для производства работ по устройству фундаментов, что также' снижает немалые затраты на устройство Еременных проездов и под"ездов, которые, как правило, приходится переустраивать после выполнения работ нулевого цикла.

. Традиционные забивные призматические сваи, очень широко применяющиеся в России в настоящее время, тлеют низкую удельную несущую способность, в связи с чем актуальным является вопрос разработки и внедрения в производство свай с высокой удельной несущей способностью в расчете на 1м3 материала. Как показывают исследования, очень аффективными для фундаментов зданий с вертикальными нагрузками до 1МН являются пирамидальные сваи, относящиеся к сваям сплошного сечения. С другой стороны положительно'себя зарекомендовали для тех же типов фундаментов полые круглые сваи, отличающиеся повышенной удельной несущей способностью в расчете на 1м3 материала и приведенной несущей способностью(на одну сваю) при работе в кустах с уменьшенным против СНиП шагом сваи (до 1,5-2,Ой).

Конструкцией, вобравшей в себя преимущества двух вышеперечисленных, являются забивные полые конические сваи, разработанные на кафедре "Основания, фундаменты и мосты" ПГТУ. Для их шире«- ,го внедрения в производство необходимо исследовать особенности работы фундаментов из подобных свай, разработать методы расчета несу-

щей способности и осадок.

Целью диссертационной работы является исследование взаимодействия кустов из полых конических свай со слабыми водонасьщен-ными.глинистыми грунтами (0,5<1ь<0,75), совершенствование методики расчета несущей способности и осадок кустов из свай эффективных конструкций.

Для достижения поставленной цели бьши решены следующие эада-

ЧИ:

- проведены комплексные экспериментальные исследования взаимодействия кустов из полых конических свай со слабыми водонасы-щенными глинистыми грунтами в сравнении с одиночными полыми коническими сваями, испытываемыми параллельно с кустами;

- осуществлен прогноз осадок и анализ напряженно-Деформированного состояния активной зоны грунта кустов из полых конических свай методом конечных элементов;

- разработан упрощенный инженерный метод расчета осадки кустов из полых конических свай.

Научная новизна работы состоит в том, что впервые проведены комплексные экспериментально-теоретические ..исследования взаимодействия кустов из полых конических свай со слабыми водонасыщен-ными глинистыми грунтами, которые позволили:

- установить зависимости нагрузка-осадка для различных типов кустов при центральном и внецентренном приложении нагрузки;

- разработать инженерный метод расчета осадок кустов из конических пустотелых свай.

Практическое значение работы состоит в том, что:

- на основании экспериментальных данных предложен упрощенный инженерный метод расчета кустов из полых конических СЕай, в расчетной схеме•которого учтено изменение физико-механических свойств грунта активной зоны;

- выполнен прогноз критических нагрузок и. анализ напряженно-деформированного состояния активной зоны грунта методом конечных элементов;

--выявлена наиболее эффективная -конструкция - столбчатые фундаменты под эдания при числе свай в кусте не более 4 и расстоянии между ними не более Зс1.

Внедрение результатов работы осуществлено на об"ектах АО "Уралэнергострой" и принято для проектирования промышленных об"ектов институтом "Уралвнипиэнергсзпром".

Апробация работы. Основные результаты исследований доклады-

вались нз нзучно-технических конференциях Пермского политехнического института, представлены в трудах 111 международной конференции по проблемам свайного фундаментостроения (Минск-92); направлены на 1Y международную конференцию по проблемам свайного фунда-ментостроения (Саратов-94).

Публикация: основное содержание диссертации отражено в 4 опубликованных работах.

На защиту выносятся следующие вопросы:

- результаты комплексных экспериментально - теоретических исследований взаимодействия кустов из полых конических свай со слабыми водонасьщенными глинистыми грунтами;

- прогноз критических осадок и анализ нзпряженно-'деформиро-ванного состояния активной зоны грунта методом конечных элементов;

- упрощенный инженерный метод расчета несущей способности и определения осадок кустов из полых конических свай;

- основные еыводы и рекомендации по применению кустов из полых конических свай.

Об"см и структура работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов, библиографии и приложения. Работа содержит 232 страницы машинописного текста, 59 иллюстраций, 19 таблиц, список литературы из 123 наименований отечественных и зарубежных авторов.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ.

Во введен™ обоснована актуальность темы, сформулирована цель исследований, перечислены выносимые на защиту вопросы.

Первая глава посвящена анализу и обобщению современных данных о взаимодействии центрально- и внецентренно загруженных кустов свай с окружающим грунтом, сформулированы задачи исследования.

Вопрос о несущей способности свайных кустов из традиционных призматических свай сплошного сечения и ее изменении в зависимости от вида грунтов основания, длины свай, их количества в кусте и расстояния между ними к настоящему времени изучен очень широко и детально. Исследования Ю.М.Абелева, М.Ю.Абелева, А.А.Бартоломея, Б.В.Бахолдина, В.Г.БерезанцеЕа, Б.В.Взрнакова, Ю.Ю.Вайчайгиса, ■ Н.М.Герсеванова, В.Н.Голубкова, М.Н.Гольдштейна, Б.В.Гончарова, А.Д.Гетмана, А.А.Григорян, Б.И.Далматова, . В.К.Дмоховского,

Н.М.Дорошкевич, В.В.Знаменского, В.А.Кондрашова, В.И.Кудинова, Ф.К.Лапшина, А.А.Луги, Г.Ф.Новожилова, Е.М.Перлея,. Т.Б.Пермяко-вой, А.В.Пилягина, А.Е.Радугина, Ю.В.Россихина, Н.Е.Рукавишниковой, Б.А.Сальникова, З.Сирожиддинова, Г.М.Смиренского, С.Н.Сотни-кова, Ю.Г.Трофименкова, А.Б.Фадеева, И.М.Фазуллина, В.И.Федорова, В.И.Феклина, А.П.Хамова, В.С.Христофорова, Н.А.Цытовича, В.Д.Яблочкова и других, посвященные этому вопросу, свидетельствуют о существенных различиях в работе кустов под нагрузкой, наблюдавшихся при испытаниях в различных грунтах. На основании проведенных исследований разработано множество теоретических методов расчета несущей способности и осадок кустов, анализа напрЯженно-деформированного состояния активной зоны грунта.

Широкое распространение свайных фундаментов стимулирует разработку новых оптимальных конструкций, обладающих повышенной удельной несущей способностью, меньшей стоимостью.

Одной из наиболее удачных в рассматриваемых аспектах конструкцией являются полые круглые сваи. Благодаря работам З.В.Бабичева, Б.В.Гончарова, Б.И.Далматова, Г.В.Миткиной, Г.Ф.Новожилова, Е.М.Перлея, А.И.Прудентова, Г^М.Смиренского, Ю.М.Шеменковз и других доказаны их несомненные преимущества перед традиционными призматическими сваями сплошного сечения, выражающиеся в повышенной удельной несущей способности и более полном использовании сопротивления грунта по боковой поверхности свай.

Другим способом повышения несущей способности свай является придание им конусности. Исследования С.Д.Боженкова, А.К.Бирюкова, Б.Д.Васильева, А.С.Головачева, В.Н.Голубкова, Н.М.Дорошкевич, В.К.Дмоховского, Н.Л.Зоценко, Ф.К.Лапшина, Б.С.Одинга, А.В.Пилягина, А.К.Прудентова, Г.М.Смиренского, В.й.Хазина и других доказано, что сваи, сужающиеся к острию (пирамидальные, ромбовидные, трапециедальные, биклинзрные, плоско- и об"емнопрофшшрованные) обладают повышенной несущей способностью при одновременном уменьшении расхода материалов за счет расклинивающего аффекта.

Конструкцией, вобравшей в себя основные преимущества двух вышеперечисленных, являются забивные полые конические сваи, разработанные на кафедре "Основания,, фундаменты и мосты" Пермского Государственного технического университета.

Для достю№ния поставленной цеди диссертационной работы, учитывая состояние рассматриваемого вопроса, были решены следующие основные задачи:

- проведение комплексных экспериментальных исследований вза-

имодействия кустов из полых конических сваи с окружающим грунтом;

- разработка упрощенного инженерного метода расчета кустов из полых конических сваи;

- прогнозирование критических нагрузок и анализ напряженно-деформированного состояния.активной зоны грунта методом конечных элементов;

- разработка практических рекомендаций по применению полых конических свай в кустах.

Во второй главе приведены результаты и анализ проведенных исследований на моделях свай.

Для выявления качественного характера взаимодействия кустов из полых конических свай с окружающим грунтом, а также в связи с еысокой стоимостью и трудоемкостью натурных экспериментов, первоначально были выполнены исследования работы кустов из конических свай на моделях.

При составлении плана исследований, принимая ео внимание сложность моделирования естественных грунтовых условий водонасы-щенных глин в.лаборатории, было принято решение смоделировать во-донасыщенные глинистые грунты непосредственно в условиях стройплощадки, для чего был выполнен комплекс подготовительных мероприятий.

В целях обеспечения круглогодичного проведения экспериментов был изготовлен закрытый утепленный павильон, оборудованный анкер-но-упорным устройством и системой автоматического поддержания температуры грунта и окружзщего Еоздуха, размером 3x6м.

В качестве первичного регистрирующего устройства для замера напряжений в грунте и по боковой поверхности свай использовались •мессдозы, величины нагрузки, приходящейся на сваю - силовые кольца, а нагрузки, приходящейся нз оотрие - тензонаконечники. Для измерения напряжений использовался прибор АИД-4м с автоматическим прецизионным переключателем АП-З на 100 точек.

Для замера послойных деформаций основания использовались грунтовые марки, а для измерения величины деформаций грунтового массива, а также осадок модельных фундаментов - прогибомеры.

Усилия нз модельные фундаменты передавались с помощью гидравлического домкрата ДГ-10, а величина усилий замерялась с помощью образцового динамометра ДОСМ 3-3.

В качестве моделей использовались деревянные микросваи масштаба 1:7, оС"единекные в модельные фундаменты из 4, 5, 9 свай. В качестве модельных ростверков применялись металлические пластины

б-Юмм.

Точность передачи нагрузки достигалась с помощью специально изготовленного подпятника под домкрат, снабженного установочным штырем. В модельных ростверках были просверлены установочные отверстия.

Во избежание случайных ошибок в соответствии с методикой ГОСТ первоначально была поставлена серия рекогносцировочных опытов с целью определения минимально необходимого числа повторов, обеспечивающего доверительную вероятность «-0.S5. Всего было поставлено около 100 опытов. Испытания модельных кустов выполнялись в соответствии с ГОСТ 5683-78* до предельных осадок Su-10-12mm.

В результате проведенных модельных экспериментов установлено, что:

- при расстоянии между сваями 3d'приведенная несушдя способность кустов из конических свай при центральном приложении нагрузи! выше несущей способности одиночной полей конической сЕаи;

- в кустах с центральной конической сваей зависимость кусто-бого эффекта от расстояния между сваями носит линейный характер;

- при эксцентриситете 0,5b по диагонали противоположные сваи работают на Еыдергивание;

- несущая способность свайного куста из конических свай убывает с увеличением числа свай в кусте и увеличением расстояния между сваями;

- наиболее эффективен куст из 4 конических свай с шагом 3d;

- распределение сил сопротивления по боковой поверхности кустовых конических свай отличается от одиночных. За счет взаимодействия свай в кусте, в нижней трети свай силы сопротивления по Соковой поверхности выше, чем у одиночных. С увеличением количества свай е кусте, сопротивление по боковой поверхности уменьшается, а с увеличением расстояния между сваями, график распределения сил трения по Соковой поверхности кустовой сези приближается к графику для одиночной сваи;

- острие и боковая поверхность кустовых конических свай Еступают в работу на первых ступенях нагружения, однако доля нагрузки, первоначально воспринимаемая острием, незначительна. По мере увеличения нагрузок, величина сопротивления по острию постепенно увеличивается, однако доля острия в восприятии общей нагрузки на последних этапах загружения фундаментов на 11+18% меньше, чем у одиночной сваи, а доля Соковой поверхности - больше. У центральных свай кустов из конических свай основную часть нагруз-

ки воспринимает острие, боковая поверхность воспринимает меньшие нагрузки, чем у угловых свай (на 24-332);

- нагрузка между коническими сваями куста распределяется неравномерно: большую нагрузку воспринимают крайние сваи, меньшую -центральные;

- активная зона грунтового основания кустов из конических сваи имеет большее развитие в ширину (10-12с1) по сравнению с одиночной конической сваей (5,5-6,0(1).

• Третья глава диссертации посвящена комплексным экспериментальным исследованиям взаимодействия натурных кустов из полых конических свай с окружающим грунтом.

Для проведения экспериментов использовались железобетонные полые конические сваи СПК 4-35 с углом сбега граней 1,5°, изготовленные методом центрифугирования на Оверятском загоде ЖБИ. Погружались сваи самоходной копроеой установкой СП-49, оборудованной трубчатым дизель-молотом С-996.

Пелетон для натурных испытаний свай готовился в нижеследующем порядке.

1. Вертикальная планировка, снятие растительного слоя грунта и слоя торфа с целью обнажения глинисты:'; грунтов, выполнение водоотводных мероприятий.

2. Забивка анкерных свай С 10-35. Погружение свай производилось копровой установкой СП-49 на базе трактора повышенной проходимости Т-170, оборудованной трубчатым дизель-молотом С-995. Для обеспечения требуемой несудей способности на выдергивание, сваи выдерживались в грунте до начала экспериментов в течение 60 суток.

3. Погружение грунтовых мессдоэ марок для изучения НДС активной зоны грунта. В целях обеспечения стабилизации грунта, разрыв между установкой мессдоэ и марок и началом испытаний составил 55-60 суток.

Таким образом, продолжительность подготовительных работ до начала экспериментов составила 70 суток.

Подготовительные работы включали в себя также подготовку тьнзометрических свай.

По истечении 60 суток с момента установка грунтовых мессдоэ, начались, работы по устройству испытываемых кустов из 'полых конических свай. Работы производились в следующем, порядке:

1. Забивка опытных свай. Одновременно забивались сваи под один куст и одна одиночная свая для сравнения. Время выдержки

свай в грунте было принято равным 6 суткам в соответствии с ГОСТ 5686-78*. После забивки свай до начала статических испытаний вновь производилось определение физико-механических характеристик грунта в околосЕайном пространстве методом полевых испытаний.

2. В течение 6 суток производилось бетонирование ростверка и сборка стенда. До монтажа арматуры на головы характерных свай куста (угловой, центральной), были установлены силовые кольца для определения величины нагрузки, действующей на каждую сваю фундамента.

3. Статическое испытание экспериментального фундамента и одиночной полой конической сваи.

Испытания проводились в соответствии с требованиями ГОСТ 5686-78*. По окончании загрузки куста в третий раз производилось определение физико-механических характеристик грунта околосвайного пространства методом полевых испытаний.

Для выяснения характера распределения сил сопротивления по боковой поверхности характерных сезй кустов, распределения нагрузок между сваями куста в процессе его загружения, а также доли нагрузки, воспринимаемой острием и боковой поверхностью, в состав кустов включались тензометрические сЕаи.

Напряжения в грунтовом массиве замерялись грунтовыми мессдо-гами, а послойные деформации - грунтовыми марками.

На рис.1 приведены графики статических испытаний вдавливающей нагрузкой (в перерасчете на одну сваю) кустов из конических пустотелых свай в сопоставлении с одиночной конической сваей.

Эксперименты показали, что при расстоянии между сваями 3с1 приведенная несущая способность кустов из конических пустотелых свай, определенная по результатам полевых статических испытаний при центральном приложении нагрузки, выше несущей способности одиночной конической пустотелой сваи.

распределение сил сопротивления по боковой поверхности конических пустотелых свай в кусте отличается от одиночных тем, что максимального значения силы сопротивления достигают на участке 1/4 длины сваи, считая от острия, в то время как у одиночных СЕай - на 1/3 длины. При внецентренном-приложении нагрузки силы сопротивления по боковой поверхности крайних свай куста на 10Х больше, чем при центральном загружении.

Острие крайних конических свай в кустах воспринимает меньшую долю нагрузки, чем у одиночных свай. На конечных стадиях загружения при достижении критических осадок острие одиночных свай вое-

- . -п-5; Зс1; е-0,5Ь1 - .. -п-5; 4с1; е-0,5Ьг

(п - число свай в кусте; е - эксцентриситет приложения нагрузки; Ь>1 - полуширина ростверка)

принимает 54% общей нагрузки, а угловых свай куста - 53%. У центральных свай куста основная доля нагрузки (до 72% при предельных осадках) приходится на острие.- При внецентренном же приложении нагрузки острие угловых свай, расположенных в направлении эксцентриситета, воспринимают 51% общей нагрузки. При S-D,2Su острие центральных свай куста . при центральном загружении воспринимает 48% нагрузки,' угловых свай - 27%, одиночных свай - 35%, а крайних свай при внецентренном приложении нагрузки - 19%.

Нагрузка между коническими пустотелыми сваями куста распределяется неравномерно: большую часть воспринимают угловые сваи, меньшую - центральные. Разница составляет 5-15% при возрастании нагрузок.

Напряжения и деформации в грунте Еозрастзют с увеличением нагрузки. Активная зона кустов из конических пустотелых свай имеет грушевидную форму с максимальным развитием в плане 10-12(1 на участке 1/4 длины свай, считая от острия и в глубину - 4,5-5,5d.

В четвертой главе рассмотрены теоретические методы расчета кустов из конических пустотелых свай.

Существующие методы определения несущей способности свай и свайных фундаментов из свай, сужающихся к острию, учитывают совместную работу свай и окружающего грунта двумя путями:

1. Введение в расчет характеристик уплотненной зоны, образующейся при погружении свай.

2. Использование характеристик грунта в естественном состоянии с отражением совместной работы свай и грунта в расчетной схеме.

В работе выполнен прогноз критических нагрузок на куст из конических пустотелых свай и анализ напряженно-деформированного состояния активной зоны методой конечных-элементов (МКЭ). Основными достоинствами этого метода при решении задач, связанных с прогнозом осадок зданий является возможность моделирования системы "основание-фундамент" с учетом природного напряженного состояния,, учет мощности напластования и изменение деформационных и прочностных свойств грунтов в массиве, возможность задания пошагового приложения внешних нагрузок на исследуемый об"ект и выполнения одновременных расчетов по двум предельным состояниям, с учетом совместной работы системы "основание-фундамент", расчет напряженно-деформированного состояния грунтов с выявлением зон развития пластических деформаций.

Реализация МКЭ осуществлялась с помощью программы "PLAST". В

качестве модели грунтового основания и материала сваи использовалась модель идеального упругопластичного тела с критерием прочности Мора-Кулона.

Расчет осадок и анализ НДС активной зоны свайных кустов производился в нижеследующей последовательности:

1. Определение зон уплотнения и физико-механических характеристик грунта околосвайного пространства по результатам полевых испытаний.

2. Составление конечно-элементной схемы расчета с учетом данных, полученных при полевых испытаниях.

3. Анализ напряженно-деформированного.состояния грунтового основания и расчет осадок свайных кустов с помощью программы "PLAST".

4. Сравнение результатов расчета с данными статических испытаний.

Для применения МКЭ расчетная область принималась в виде слоя грунта конечной толщины. Ввиду симметрии деформируемой области при центральном приложении нагрузки, рассматривалась только ее половина, размеры области выбирались таким образом, чтобы границы не влияли на НДС фундаментов. Мощность сжимаемой толщи -.7,8м, ширина массива - 6м. , При внецентренном загружении кустов области рассматривались полностью. Между Соковой поверхностью сваи и грунтом существует полное прилипание. Для расчета были выбраны характеристики грунта и свайного фундамента по данным палевых и лабораторных испытаний.

Выделенная расчетная область была, разделена на шесть однородных фрагментов с различными физико-механическими характеристиками с помощью четырехсторонних изопараметрических элементов.' Общее количество используемых элементов было 39, а количество узлов - 142. По результатам расчета определялись нормальные и касательные напряжения, перемещения по осям X, У и зоны развития пластических деформаций в зависимости от роста нагрузки на фундамент.

Для расчета несущей способности и осадок куста из конических пустотелых свай в упругой стадии, в работе предложен упрощенный инженерный метод, базирующийся" на расчетной схеме свайного куста, учитывающей.совместную работу 'свай и окружающего грунта с исйоль-зованйем физико-механических характеристик грунта в естественном состоянии. ' > '

Из экспериментальных данных следует', что грунтосвайный мае- . сив, образующийся в результате взаимодействия с окружающим грунтом куста из полых конических свай при его загрулении, уплотнен до такой степени по отношению к остальному грунту, что взаимо-

действует с ним по боковой поверхности подобно свае. Грунтосвай-ный массив представляет из себя по форме коническую сваю высотой, равной высоте свай куста.

Для обоснования конфигурации боковой поверхности грунтосвай-ного массива используется теория аррчного эффекта в'Грунтах. Применительно 'к предложенной расчетной схеме, при передаче нагрузки от боковой'поверхности угловых свай на окружающий грунт в виде сил отпора от боковой поверхности сваи (замеренных в ходе экспериментов), в нем образуется несущее тело в виде параболической арки.

Однако, учитывая, что для расчета стрелы под"ема грунтовой арки необходимы замеренные в ходе полевых экспериментов напряжения по боковой поверхности, предложено для упрощения расчетов с достаточной для практических целей точностью заменить грунтовую арку, образующуюся по Есем четырем сторонам куста, на окружность, описанную вокруг наружных граней куста с центром в центре куста.

Из экспериментальных данных следует, что-конические сваи и межсвайный грунт в слабых водонасыщенных глинистых . грунтах (0,Б<11_<0,75) работают как единый грунтосЕайный массив при расстоянии между сваями до 4,5с1.

Анализируя полученные экспериментальные данные, также можно сделать вывод о том, что напряжения и деформации под свайным кустом не превышают значений под одиночной сваей, в связи с чем принимается дискретная схема передачи нагрузки в плоскости острия свай куста в виде прерывистой равномерно распределенной нагрузки от усилий, передаваемых острием каждой сваи.

После принятых допущений, дальнейший расчет куста ведется традиционными методами.

Влияние коничности ствола учитывается путем' введения в расчет вертикальной составляющей от сил нормального отпора грунта, зависящей от структурной прочности грунта и направленной про-тивополож"о приложенной на куст нагрузке.

Проведенные исследования дают основание сделать вывод о том, что для определения расчетной нагрузки, допускаемой на куст из полых конических свай в слабых водонасыщенных.глинистых грунтах, достаточно выполнить расчет только по 11. группе предельных состояний, задавшись предельными осадками регламентируемыми СНиП,

Сравнивая результаты расчетов с экспериментальными данными, необходимо отметить, что в упругой стадии работы экспериментальные данные хорошо согласуются с результатами инженерного решения

(5%), в то время как при предельных нагруэкзх и переходе работы грунта в упруго-пластическое состояние значения конечных величин осадок свайного куста, ■ рассчитанные МКЭ, хорошо согласуются с экспериментальными данными (6-10Х), напряжения и деформации в уплотненной зоне околосвайного грунта,' также близко совпадают с . экспериментальными.. (9^11%).

В пятой главе оценивается технико-экономическая эффективность применения кустов из конических пустотелых свай.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ.

1. Удельная несущая способность полой конической сваи в кусте на 50-701¡выше, чем у призматической при расстоянии между сваями ЗсЗ.

2. Приведенная несущая способность к/ста из полых конических свай выше несущей способности одиночной полой конической сваи при расстоянии между сваями куста 3(3.

3. Несущая способность куста из полых конических свай возрастает при уменьшении числа свай в кусте и уменьшении расстояния между кили.

4. При расстоянии между сваями куста до 4,5с1 межсвайный и околосвайный грунт уплотняется до такой степени, что образует вместе со сваями куста единый грунтосвайный массив, который взаимодействует с окружающим грунтом подобно одиночной конической свае.

5. Активная зона куста из полых конических свай имеет грушевидную форму с развитием в плане на 10-12(3 от оси загружения на участке 1/4 длины сваи, считая от острия и на 4,5(3-5,5с1 в глубину от плоскости острия свай.

6. Для прогноза осадок кустов, близких к предельно допустимым, рекомендуется метод конечных элементов.

7. Для расчета, кустов в упругой стадии работы предложен упрощенный инженерный метод с использованием физико-механических характеристик грунта в естественном состоянии и отражением совместной работы системы "основание-фундамент" в расчетной схеме.

8. Наиболее аффективны кусты из полых конических, свай при числе свай в кусте не более 4 и расстоянии между ними не более 3(3.

9. Забивку кустов из полых конических свай при числе свай в кусте более 4 рекомендуется вести по спирали от центральных свай к периферийным ео избежание негативного эффекта выпора ранее за-

- 16 -

битых сваи куста при погружении последующих.

10. Применение столбчатых фундаментов из полых конических свай позволяет сэкономить на 1 МН несущей способности по сравнению с призматическими сваями: цемента - 100 кг, щебня - 0,89 м5, песка - 0,59 м3, арматуры - 4,4 кг; по сравнёнию с полыми круглыми сваями - цемента - 110 кг, щебня - 0,47 м3, песка - 0,31 м3, арматуры - 31,2 кг. Экономический эффект от применения полых конических свай по сравнению с призматическими составляет 16,IX, по сравнению с полыми круглыми сваями - 10,8%.

. Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Офрихтер ' В.Г. Планирование экспериментов при изучении взаимодействия кустов из конических свай с окружающим грунтом // Межвузовский сборник научных -трудов "Основания и фундаменты в геологических условиях Урала". - Пермь. - 1991. - С.68-70.

■ 2. Офрихтер В.Г., Пономарев A.B. Кшков B.C. Экспериментальные Исследования взаимодействия модельных кустов из конических свай с окружающим грунтом. // Труды III Международной конференции "Проблемы свайного фундаментостроения". - Пермь, 1992. - C.S5-58.

3. Офрихтер В.Р., Пономарев A.B. Экспериментальные исследования взаимодействия натурных кустов из конических свай с'окружающим грунтом, грунтом // Межвузовский сборник научных трудов "Основания и фундаменты в геологических условиях Урала". - Перш. -1993. - (находится в печати).

4. Офрихтер В.Г., Пономарев A.B. Взаимодействие кустов из конических пустотелых СЕай с окружающим грунтом. // Труды IY Международной - конференции по проблемам свайного фундаментостроения "Саратов-94" - Пермь. - 1994. - (находится в печати).

Сдано в печать 16.5.94. Формат 60x84/16. Тираж 100. Заказ 1250. Объем I п. л.

Ротапринт Пермского государственного технического университета