автореферат диссертации по строительству, 05.23.02, диссертация на тему:Взаимодействие лопастных свай с окружающим грунтом

^ . ЩрСКИф ^рСУДАРСТВЕННЫЯ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

На правах рукописи

МАЛЫШКИН Александр Петрович

ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ЛОПАСТНЫХ СВАЙ С ОКРУЖАХШЫ ГРУНТОМ

05.23.02 - Основания и фундаменты

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук

Шрмь, 1993 г.

Работа выполнена

в Пермской государственном технической университете.

Научные руководители:

- член-корреспондент Российской Академии наук, академик Международной инженерной Академии, заслуженный деятель науки и техники России, доктор технических наук, профессор А. А. БАРТОЛОМЕЯ;

- кандидат технических наук, доцент & М. ЧИКИШЕЕ

Официальные оппоненты:

- член-корреспондент Международной инженерной Академии, заслуженный деятель науки и техники России,

доктор технических наук, профессор С. К Ухов;

- кандидат технических наук Л. Е (¡ооновских.

Ведуиэя организация - институт "ГИПРОТШШШГЕГАЗ".

Завита состоится 30 октября 1993 года в 10 часов на заседании специализированного совета К Оба 66.02 в Пермском государственном техническом университете. Адрес: 614600, ГСП-45, г. П&рмь, Комсомольский проспект, 29а, ауд. 423.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института.

1993г.

Учёный секретаре опециализированвого совета доктор технических наук

Л. Ы. Тимофеева

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. С момента начала промышленного освоения нефтяных и газовых месторождений Западной Сибири и по настоящее время условия строительства в Тюменской области остаются одними из самых трудных. . Строительство объектов нефтегазодобывающего комплекса и жилых посёлков ведётся в сложных инженерно-геологических условиях, на толшах слабых грунтов большой мощности, на заболоченных и заторфованных территориях. В таких условиях наиболее рациональным типом фундаментов являкггся свайные, которые позволяют значительно сократить объём земляных работ и существенно облегчить проведение работ в зимнее время.

Актуальной задачей в этой связи является разработка конструкций и исследование работы свай с повышенной несущей способностью, с полным использованием прочностных свойств материала ствола и низкой материалоёмкостьа Такими качествами обладают свая с раскрывающимися в ■ грунте лопастями. В настоящее время целый ряд современных, надёжных в работе новых конструкций лопастных свай разработан з Тюменском инженерно-строительном институте и Пермском государственном техническом университете. Однако,. обладал несущей способностью, в 2-2.5 раза большей по сравнению с несущей способностью аналогичной призматической сваи, массового применения в строительстве свая с раскрывающимися лопастями не нашла. Широкое применение лопастных свай в строительстве сдерживается недостаточным объёмом исследоЕашй их работы в различных грунтовых условиях, отсутствием надёжных методов расчёта их несущей способности и осадок.

Делью диссертационной работы является исследование взаимодействия одиночных лопастных свай с окружающим грунтом для последующей разработки методики расчёт?, свай с раскрывающимися лопастями и их ссадок.

Лля достижения поставленной цели были решены следующие задачи:

- разработка новых конструкций свай с раскрывающимися лопастями. методики их расчёта и конструирования;

- определение величины несущей способности лопастных свай в различных грунтовых условиях л сравнение её с величиной несущей способности обычных призматических свай по данным статических испытаний;

- выявление характера взаимодействия лопастной сваи с окружающим её грунтом как при погружении, так и при статическом нагруже-

нии;

- комплексное исследование напряжённо-деформированного состояния активной зоны и на контакте "свая-грунт";

- разработка методики расчёта несущей способности и осадок свай с раскрывающимися лопастями на действие осевых вдавливающих нагрузок..

Научная новизна работы заключается в том, что впервые проведены комплексные экспериментально-теоретические исследования работы свай с раскрывающимися лопастями на действие осевой вдавливающей нагрузки в различных грунтовых условиях, которые позволили:

- установить характер взаимодействия лопастной сваи с окружа-" ющим её грунтом в процессе забивки и при статическом нагружении;

- выявить изменение напряжённо-деформированного состояния активной зоны свай и на контакте "свая-грунт" при забивке, "отдыхе" и статическом нагружении сваи;

- разработать методику расчёта несущей способности лопастной сваи в зависимости от предельно допустимой осадки.

Практическое значение работы заключается в разработке методики расчёта несущей способности и осадок одиночной лопастной сваи при действии на нее осевых вдавливающих нагрузок, которая наиболее полно учитывает действительную работу сваи с раскрывающимися лопастями в слабых грунтах.

Внедрение результатов работы. Работа велась в соответствии с комплексной программой N 599 от 15 октября 1981 года "Нефть к газ Западной Сибири". Результаты работы были использованы при разработке технических условий "Сваи забивные лопастные" ТУ 102-501-8^ и внедрены при строительстве компрессорных станций "Октябрьская", "Сосновская", 'Таёжная", что дало общий экономический эффект свыше 400 тыс. руб. (цены 1984 года).

Апробация работы. Основные результаты исследований были доложены и обсуждены на:

- региональных научно-практических конференциях Тюменской области (Тюмень 1987. 1990);

- Всесоюзном совещании-семинаре по проблемам свайного фунда-ментостроения СССР (Пермь 1988);

- II Всесоюзной конференции по проблемам свайного фундамен-тостроения (Одесса 1990);

- Всесоюзной научно-практической конфреренции "Прогресс и безопасность" (Тюмень 1990);

- III Международной конференции по проблемам свайного фунда-ментостроения (Минск 1992);

- Всесоюзном координационном совещании-семинаре (Владивосток 1991);

- Международной конференции по фундаментостроению в Китайской народной республике (Няньджинь 1992).

Публикации. № результатам работы опубликовано 12 научных трудов и получено 2 авторских свидетельства.

На защиту выносятся:

- результаты комплексных экспериментально-теоретических исследований взаимодействия лопастных свай с массивом грунта на этапах забивки, отдыха и статического нагружения осевыми вдавливающими нагрузками;

- методика расчёта несущей способности и осадок свай с раскрывающимися лопастями, разработанная на основе результатов экспериментальных исследований;

- основные выводы и рекомендации, сделанные на основе анализа экспериментальных и теоретических исследований.

Струстура и объем работы. Диссертация состоит из зведения, 5-ти глав, общих выводов, библиографии и приложений. Работа содержит 207 страниц, 73 рисунка, 2 таблицы, список литературы из 117-ти наименований.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы, сформулированы цель исследований и научная новизна работы, перечислены выносимые на защиту вопросы.

В первой главе дан краткий обзор исследований взаимодействия лопастных и призматических свай с основанием, выполненных в бывшем СССР и за рубежом. Описаны классификация, опыт применения и существующие методы расчёта осадок и несущэй способности лопастных свай.

Приоритет з создании лопастных свай принадлежит русскому инженеру А. К. Зворыкину. Предложенная им в 1927 году конструкция "па-пильонажной" сваи послужила прототипом для создания сотен новых конструкций лопастных свай. Вопросами разработки конструкций сваГ:

с раскрывающимися лопастями в разные годы в нашей стране и за рубежом занимались А. К. Зворыкин (СССР, 1927г.), Е.Е Макаров (СССР, 1949г. 3, В. Фейербах (ФРГ, 1949г.), Н. Н. Старшинов (СССР, 1950г.), ЕКондрацкий (Франция, 1957г.), Ловелл, Барклей (США. 1958г.), ИРузен, ЕРанд (Бельгия, 1959г.), М.С. Грутман, И. Е Бойко (СССР. 1966г.), ЕЕПчелин, Е П. Чернкк, С.С.Спиридонов (СССР, 1976-1989Г.), Е И. Фёклин-' (СССР, 1970г.), А. Е Корноногов, ЕЕ Алексеев (СССР, 1977г.), А. Д. Захарченко (СССР, 1979г.), ЕС.Конкин, ЕЫ-Чикишев (СССР, 1979-1990г.) и многие другие авторы. Все разработки новых конструкций свай с раскрывающимися лопастями направлены на создание простых, технологичных и надёжных в работе свай.

Из всего многообразия конструктивных схем свай с раскрывающимися лопастями следует выделить:

- сваи с уширением на нижнем конце;

- сваи с уширением вдоль ствола.

Этим двум типам свай будут соответствовать две различные расчётные схемы сваи в грунте, две различные задачи.

А по способу раскрытия лопастей все известные сваи можно разделить на:

- сваи с принудительным раскрытием (приоткрытием) лопасти;

- сваи с лопастями, открываемыми за счёт отпора грунта

В сравнении с забивкой широко применяемых призматических свай погружение лопастных свай с сомкнутыми лопастями до момента их раскрытия ничем не отличается. Очевидно также и то, что процессы, происходящие в грунтах и сопровождающие забивку призматической сваи на ту же глубину, что и глубина расфиксации лопастей сваи с лопастями, будут повторяться в одинаковых груптовых условиях. Изучением процессов взаимодействия свайных фундаментов с окружающим их грунтом занимались С. А. Боленков, А. А. Бирюков, Е М. Герсеванов, А.Е.Радугин, Г.Ф.Новожилов, ЕМ. Большаков, ЕЕБахолдин, А.А.Бартоломей, Е И. Далматов, С. Е Ухов, Ф. К Лапшин, ЕЕ Гончаров, ЕС. Пиков, А.ЕПилягин, М.В.Малышев, ЕЕ Душников и другие авторы.

Дальнейшее погружение лопастной сваи с момента расфиксации лопастей сопровождается их раскрытием, что вносит дополнительные возмущения в окружающий сваю грунт. И процессы, протекающие в грунте в этог период, в последующэм окажут существенное влияние на взаимодействие сваи с основанием и её несущую способность. В нашей стране и за рубешм исследованием особенностей работы лопастных

свай и процессов, протекающих в грунтах при их погружении, занимались Ю. Г. Чернышев, А. И. Плахотник, К 3. Швец, а И. Се клин, М. С. Грут-ман, И. П. Бойко, Ж.Рузен, а Ранд. Проведённые исследования работы лопастных свай показали неоспоримую эффективность применения свай с лопастями в слабых грунтах большой мощности и в случае, если слабые грунты подстилаются более прочными. Лопастная свая, имея уширенную пяту, вовлекает в работу значительно больший объём грунта, чем призматическая, и имея за счёт этого большую несущую способность, позволяет более полно использовать прочностные свойства материала ствола.

Наиболее изученными являются процессы прохождения сваи в грунте и раскрытия лопастей. Разработанные на сегодняшний день методы расчёта несущей способности лопастной сваи по грунту недостаточно точны, а предложенный И. П. Бойко метод расчёта осадок свай с лопастями не учитывает фактических законов распределения напряжений в активной зоне сваи с лопастями и построен на решении упругой задачи.

В соответствии с поставленной целью исследований и состоянием рассматриваемого вопроса в работе решались следующие основные задачи:

- совершенствование существующих и разработка новых конструкций свай с лопастями, совершенствование методики расчёта и конструирования их элементов и технологии погружения;

- экспериментальное исследование процессов, протекающих в грунтах при забивке в них лопастных свай, характера распределения и величины действующих давлений на контакте "свая-грунт" и напряжённо-деформированного состояния активной зоны сваи как при забивке, так и при статическом нагружении;

- разработка на основе полученных экспериментальных данных расчётной схемы МКЭ для определения осадок одиночной лопастной сваи под действием осевых вдавливающих нагрузок;

- оценка технисо-экономической эффективности применения в строительстве исследованных конструкций свай.

Во второй главе описаны конструкции некоторых наиболее известных свай с раскрывающимися лопастями, методика их расчёта, конструирования и технология погружения. Приведены новые конструкции лопастных свай, на которые получены авторские свидетельства Предложена методика расчёта и конструирования элементов лопастных свай, позволившая рассчитать, законструировать и разработать рабо-

чие чертежи на изготовление опытных образцов свай, на которых велись полевые к лабораторные исследования процессов взаимодействия лопастных свай с основанием.

На основании проведённых экспериментов предлагается рассчитывать лопасть как консольную балку на стадии статического нагруления свай. Эпюру распределения давления на лопасти предлагается принять трапецивидной с максимальной интенсивностью, равной 1.2Н -расчётному сопротивлению грунта под нижним концом призматической сваи такой же длины. Для глинистых грунтов с показателем текучести 0.7 и выше интенсивность давления может быть назначена от бООкПа до 400кПа. Динамическая составляющая давления может не учитываться, так как в момент удара полнота эпюры давления поперёк лопасти не превысит 0.6 (по отношению к прямоугольной), а в продольном направлении эпюра приобретёт вид клина и равнодействующая давления сместится к центру сваи.

С течки зрения расчёта прочности элементов сваи наиболее прогрессивно применение метода расчёта по предельному равновесию, который, обеспечивая высокую надёжность лопаетэй на стадии забивки, снижает металлоёмкость и исключает ненужные запасы на стадии статического нагружения сваи.

Предложенный подход к расчёту и конструированию элементов лопастных свай позволил запроектировать и изготовить сваи, работоспособность и высокая надёжность элементов которых проверена в производственных условиях.

В третьей главе приведены методика, планирование и результаты экспериментов с маломасштабными лопастными сваями, позволившие получить качественную характеристику работы лопастных свай в сравне нии с призматическими.

Для проведения модельных испытаний использовались маломасштабные модели призматических свай с длиной ствола 6м и сечением 30см*30см в масштабе 1/10. В качестве прототипов моделей свай, с раскрывающимися лопастями были выбраны двухлопастная свая Е И. Фёк-лина с лопастями в форме прямоугольной трапеции и четырёхлопастная свая по а. с. N 1165100. Стволы модельных тензометричесгах свай изготавливались из текстолита. Конструкция модельных свай при работе позволяла воспроизвести все технологические операции, проводимые при погружении натурных аналогов. В качестве грунтового основания в экспериментах использовался маловлажный песок средней крупности.

Как показали результаты проведённых опытов, величина внешней

НАГРУЗКА кН

Рис. 1. ОСАДКИ СВАЙ ДИАМЕТРОМ 325 мм.

1-Свая трения длиной 5м. 2-Приэматическая длиной 5ш1

З-Четырехлопастная длиной 5м.

нагрузки, передаваемой к пяте сваи, зависит от осадки, но при осадках сваи, превышавших 5-20мм, вся действующая на сваю нагрузка воспринимается пятой. Таким образом, при осадках модельных лопастных свай 5-20мм их нееудая способность полностью обеспечивается сопротивлением уплотнённой зоны грунтов основания под лопастями. Данные статических испытаний модельных свай показывают, что увеличение несущей способности лопастных свай в сравнении с призматическими. не прямопропорционально коэффициенту уширения пяты сваи.

Проведённые исследования показали, что напряжённое состояние основания на некотором удалении от лопастей мало зависит от очертания уширения, а в большей мере - от величины среднего давления на лопасти.

Четвёртая глава диссертации содержит результаты комплексных экспериментальных исследований взаимодействия лопастных свай с окружающим грунтом в полевых условиях. В ней приводятся распределение напряжений по боковой поверхности и под лопастями сваи на этапе забивки и в процессе статического нагружения, а также данные статических испытаний лопастных свай, свай трения и призматических.

Основные опыты выполнены на трех площадках, одна из которых находится в районе строительства КС "Октябрьская" п. Андра Тюменской области, а две другие расположены в г. Тюмень. В качестве опытных использовались полые металлические сваи длиной от 4м до 11м диаметром ствола от 219ш до 530мм и аналогичные им лопастные сваи с лопастями длиной от ЗОСмм до 600мм. Инженерно-геологические условия площадок наиболее полно отражают характер отложений большей части территории Тюменской области, для которой характерны мощные напластования слабых водонасышенных суглинков.

На первом этапе полевых исследований были проведены опыты, целые, которых являлось исследование закономерности развития осадок под нагрузкой у свай с раскрывающимися лопастями, имеющих различный диаметр и различную длину лопасти и сопоставление работы лопастных свай с аналогичными им сваями без лопастей (рис.1). Проведённые испытания позволили заключить, что при одинаковой поверхности ствола призматической и лопастной свай преимущества последней могут быть реализованы только на осадках, превышающих 20мм.

Исследования напряжённо-деформированного состояния активной зоны свай и характера распределения напряжений на контакте "свая-грунт" на этапе её забивки и в процессе отдыха показали, что

Ч, 500

-9 М5

-5. ООО ч),

Мч

5.500

мз

&. ООО

М2

6, 500 5 -0

М1

' Вертикальное ЗсЛлени^кПа

1 00

150

но

-общее даблен-ие} -поробое баЬлениг.

Рис. 2, Распределение напряжений 6 активной

зоне по<3 центром сбаи с лопастью 400 пм на этапах погружения.

1,2 - сбая погружена на 3 метра; 3, А - сЬая погружена на 4 метра.

Рис.3. Распределение давлений на сфЬол сЬай

при заби&ке и отдыхе.

а) Оля сбаи с лопастями 300 »и 5) Аля сбаи с лопастями 400 мсу 1-сразу после забиЬкщ 2-через 24 Зня после заСибки.

погружение сваи с сомкнутыми лопастями до отметки расфиксации лопастей ничем не отличается от погружения призматической сваи. При этом напряжения и деформации, возникшие в основании, передаются на глубину, превышающую 15 циаметров ствола. При дальнейшей добив-ке сваи с раскрытыми лопастями наблюдается возрастание напряжений на всех исследуемых уровнях (рис. 2), распространение их на большую глубину и в стороны от центра сваи. Давление в поровой воде по отношению к общему снижается, что свидетельствует о формировании в основании сваи уплотнённой зоны. При этом непосредственно под пятой нормируется грунтовый клин, о чём свидетельствует характер распределения напряжений под лопастями.

Величина фиксируемых нормальных давлений на ствол со стороны окружающего его грунта сразу после забивки сваи невелика, что объясняется наличием зоны местных разуплотнений грунта в зоне непосредственного контакта со сваей. При этом за пределами зоны местных разуплотнений вытесняемый в стороны грунт формирует вокруг сваи зону уплотнённого грунта Наличие этой зоны впоследствии приводит к повышению нормального давления на ствол во время "отдыха" сзаи (рис.3). Таким образом, погружение лопастной сваи формирует в её основании начальное напряженно-деформированное состояние грунтов активной зоны. Это сложное начальное напряжённо-деформированное состояние основания, вызванное уплотнением грунта при забивке, трансформируется во времени, вызывает изменение напряженного состояния на контакте "свая-грунт" в процессе "отдыха" сваи я оказывает существенное влияние на дальнейшую работу сваи при её статическом нагружении.

Как показали исследования характера распределения контактных напряжений, при статическом нагружении сиаи величина фиксируемых нормальных давлений на ствол зависит от величины осадки сваи, начальных напряжений и времени выдержки на ступени нагружения. Так, на первых этапах нагружвння, когда осадки не превышают Змм. величина фиксируемых нормальных давлений на ствол незначительно возрастает по сравнению с фиксируемыми на конец периода "отдыха" сваи. При действии на сваю нагрузок, вызывающих её осадку более 8-10мм, фиксируемые давления снижаются и устанавливаются на уровне тех. что были зафиксированы на конец этапа забивки.

Эпюры контактных давлений на лопасти сразу после забивки сваи имеют клинообразный вид с вершиной у ствола В процессе "отдыха" сваи контактные давления уменьшаются, а очертания эпюры давления

РАСПОЛОШМЕ МЕССДОЗ НА ЛОПАСТИ СВАИ

М1,МЗ,М5 - мессдозы общего йаЬления М2П, МА-П - мессйозы порсЬого давления

Расстояние до оси сбои, мм О 162 287 437 5624

400, х _

Рис. 4. Распределение даЬления на подошбе сбаи с лопасть» 400 мм при статическом нагружении. СС учетом напряжений,сложившихся под лопаешь» б процессе отдыха,)

1-5еэ нагрузки; 2-нагрузка 50 кН)

3-нагрузка 75 кН; 4-нагрузка 100 кН;

5-нагрузка 125 кН; 6-нагрузка 150 кН; 7-нагругка Г75 кН,

на подошву приобретает седлообразный вид. При статическом нагруже-нии сваи до момента мобилизации сил трения вдоль ствола сваи никакого увеличения контактных напряжений под пятой не происходит. При неизменном значении равнодействующей происходит перераспределение давлений на подошве, и эпюра контактных давлений меняет очертания до параболической (рис.4). При достижении сваей осадки 8-10мм каждая последующая ступень нагружения вызывает рост давления на подошве, при этом эпюра постепенно перерастает в прямоугольную, а при осадке 60-70мм - в клинообразную с вершиной у центра сваи. Таким образом, под пятой сваи возобновляются процессы, сопровождавшие окончание этапа забивки сваи с раскрытыми лопастями.

Исследования напряженно-деформированного состояния основания лопастных свай в процессе их статического нагружения показали, что на величину фиксируемых в опытах деформаций и напряжений, главным образом, влияет напряжённо-деформированное состояние основания, сформированное при забивке и отдыхе сваи. Из сопоставления послойных деформаций грунта основания с величиной осадки сваи в проведённых опытах при статическом нагружении свай видно, что большая часть осадки сваи достигается не за счёт деформаций уплотнения основания, а за счёт пластического деформирования грунта под лопастями, выпора его из-под лопастей при развитии зон предельного равновесия и внедрения сваи в Еерхние слои уплотнённой зоны.

Таким образом, проведённые комплексные экспериментальные исследования позволили сделать следующие вывода

- При одинаковой площади поверхности ствола призматической и лопастной свай преимущества последней могут быть реализованы только на осадках, превышающих 10-20мм.

- Величины фиксируемых при статическом нагружении напряжений и деформаций существенным образом зависят от сложившегося к началу испытаний напряжённо-деформированного состояния основания.

- Проведённые опыты показали неправомерность применения к расчёту осадки лопастных свай методов, основанных на линейных решениях задач теории упругости.

- Эффективное использование преимуществ лопастных свай может быть достигнуто только при назначении их предельных осадок, исходя из предельно допустимых осадок зданий и сооружений, для которых проектируется фундамент.

В пятой главе на основе комплексных экспериментальных исследований работы лопастных свай изложена методика расчёта осадок

2 О

Рис. 5. Разбиение исследуемой области на зоны.

1-грунт природного сложения;

2-уп/ютненная зона; 4-контакткые зоны;

5-с&ая,

одиночной лопастной сваи на действие осевой вдавливающей нагрузки, построенная на использовании метода конечных элементов. Приведено сравнение расчётных данных с полученными в эксперименте и дан анализ технико-зганомической эффективности применения лопастных свай в строительстве.

В основу теоретических решений, относящихся к расчётам осадок и несущей способности одиночных свай'с раскрывающимися лопастями положены данные комплексных экспериментальных исследований. Основные результаты проведённых экспериментальных исследований свидетельствуют о том, что, несмотря на имеющиеся особенности, расчёт четырёхлопастной сваи может быть отнесён к классу осесимметричных задач. Опыты показывают, что на незначительном удалении от лопастей в основании сваи Формируется совершенно симметричная луковица напряжений.

Для анализа работы лопастной сваи в грунте использовался метод конечного элемента. Решалась смешанная осесимметричная задача теории упругости и пластичности, реализованная е программе

••рист-тишзг.

Численное моделирование упруго-пластического деформирования грунтов основания включает нагружение дискретной модели шаговым методом и организацию итерационного процесса по уточнению решения на каждом шаге. По найденным перемещениям для каждого конечного элемента дискретной модели подсчит.чваются деформации и напряжения, которые подставляются в условие прочности грунта. При использовании критерия прочности Мизеса-Шлейхера-Еоткина, которому в пространстве главны.: напряжений соответствует коническая поверхность, условие прочности имеет вид:

г" = Т <= с. (1)

где Т - интенсивность касательных напряжений; £>т - гидростатическое давление;

угол внутреннего трения - ча октаэдрической площадке, вычисляемый через угол внутреннего трения грунта; - максимально» значение Т, которое может воспринять данный грунт при отсутствии гидростатического давления (при ¿т=0), определяемое через удельное сцепление и угол внутреннего трения.

В тех КЭ, где критерий прочности (1) нарушается, для вычисления деформаций используются соотношения теории пластического течения:

8 г

<±£ 11 - ¿А-, (2)

аёп

где <1£.1 з - приращение пластических деформаций; аХ - малый скалярный множитель; 8г - пластический потециал; ¿И - напряжения.

Расчётная схема системы "лопастная свая-грунт" принималась в виде осесимметричной области, на вертикальных границах которой допускались только вертикальные перемещения, а на нижней - только горизонтальные. По контакту "свая-грунт" было предусмотрено условие склеивания, а на границах уплотнённой зоны и остального массива - неразрывность деформаций. Левой вертикальной границей области является линия симметрии закреплённого массива Радиус исследуемой области принимается равным 10 диаметрам ствола сваи, что составляет около 5 диаметров уширения ствола Верхняя граница области проходит по воображаемой дневной поверхности массива, а нижняя - на глубине 8.3 метра Таким образом, расстояние от подошвы сваи до нижней границы области составляет около 5 диаметров уширения. Указанные размеры до границ исследуемой области исключают влияние граничных условий её закрепления на результаты счёта Вся расчётная область была разделена на 5 подобластей (рис.5) с учётом наличия стальной сваи и полости над лопастью, а для полного отражения факторов, оказывающих влияние на напряжённо-деформированное состояние расчётной области, основание разбиваюсь на три зоны со специфическими физико-механическими характеристиками среды. Так, для учёта уплотнения грунта под лопастями, происходящего при забивке' сваи, конечно-элементные модели в этой зоне наделялись более высокими, по. сравнению со всей областью, прочностными и деформационными свойствами. Наоборот, для уменьшения неточностей от условия склеивания основания с телом сваи, на контакте "ствол-грунт" еео-дились граничные элементы с нулевым модулем упрочения.

Анализ порядка формирования и развития зон предельного равновесия вокруг лопастной сваи позволил заключить, что на первых этапах нагружения зоны предельного равновесия формируются вдоль ствола и на кромке уширения. Дальнейшее нагружение сваи приводит к зарождению зон предельного равновесия у центра уширения и развитию их по глубине основания. Кроме того, было выявлено влияние отдельных факторов на величину осадки лопастной сваи под нагрузкой и исследовано напряжённо-деформированное состояние неоднородного

¿Grinaiiu 3 к Ci" ë DUM6 H M ,'ib H Ыл UCC/ieâo5QHUÛ, i-íOpoiTiK зя Ь пяг* о пластично m с у г /nj н к е .i

2 - с ö с. я 5 rv.;? он л ас тачном суглинке;

3 ГГ>О же, при рС,СМсГПДХ по СНиП.

основания сваи.

Сравнение расчётных -данных с полученными в эксперименте (рис.6) позволило разработать методику расчёта осадки одиночной лопастной СЕаи и показало удовлетворительную сходимость расчётных и экспериментальных данных. Предлагаемая методика включает в сеоя возможность определения величины несущей способности лопастной сваи, исходя из предельно допустимой осадки зданий.

Для установления эффективности применения лопастных свай взамен традиционных выполнены расчёты технико-экономической эффективности использования их в строительстве. Расчёт выполнен применительно к компрессорным станциям "Октябрьская" и "Оосноьская" газопроводов "Ямбург-Тула I". "Ямбург-Тула И", "Ямбург-Поволжье". Обший годовой экономический эффект от внедрения новых конструкций свай с раскрывающимися лопастями на четьгоех компрессорных станциях составил 1567.7 тыс. руб., в том числе, эффект от внедрения разработок автора составил 400 тыс.руб. (цены 3984 года).

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ

1. При одинаковой площади поверхности стволов призматической и лопастной свай преимущества последней могут быть реализованы только на о.^адках. превышающих Ю-20мм, то есть после мобилизации сил трения по боковой поверхности. Разница в несущей способности лопастной сваи и призматической тем больше, чем на больших осадках происходит сравнение, и на осадках ЗС 50мм несущая способность лопастной сваи не исчерпывается, хотя и превышает несущую способность призматической сваи в 1.5-3 раза.

2. Характерной особенностью работы лопастной сваи при нагружении её осевой вдавливающей нагрузкой является отсутствие "срыва" на графике "нагрузка-осадка". Доведение нагрузки до предельных значений, вызывают осадку лопастных свай свыше 70мм, не приводит сваю к "срьсу". Это позволяет рассчитывать фундаменты с применением лопастных свай по предельно допустимым осадкам зданий.

3. В процессе забивки и "отдыха" сваи с раскрывающимися лопастями в основании формируется сложное начальное напряжённо-деформированное состояние грунтов, которое оказывает влияние на характер дальнейшей работы сваи под нагрузкой. Величины напряжений и деформаций зависят от сложившегося к началу испытаний напряжённо-деформированного состояния основания.

4. Для прогноза осадок фундаментов с применением лопастных свай разработана методика расчёта, использующая упруго-пластическое решение осесимметричной задачи методом конечных элементов, которое достаточно хорошо согласуется с экспериментом. Рекоменду-мая методика позволяет учесть неоднородность основания, наличие сформированных при забивке зон уплотнения, проследить возникновение и развитие в основании зон предельного равновесия.

5. Технико-экономический анализ применения лопастных свай при строительстве в труднодоступных районах нефтегазопромысловых объектов на севере Тюменской области показал неоспоримую эффективность свай с раскрывающимися лопастями. Экономический эффект от внедрения разработок на 4-х компрессорных станциях газопроводов "Ямбург-Тула-П" и "Ямбург-Западная граница СССР" ("Прогресс") составил 400 тыс.руб. (цены 1984 года).

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Конкин ЕС., Чикишев Е М., Малышкин А. Е и другие. Описание к а. с. N1318003 "Анкерная свая". ВНИИПИ ГК СССР по делам изобретений и открытий. 1987.

2. Малышкин А. Е , Зубаоев А. Г., Яговкин Е Е Методика и результаты модельных испытаний свай с раскрывающимися лопастями. //Пути повышения технического уровня строительства в Тюменской области/: Тезисы докладов областной научно-практической конференции. Тюмень, 1987, с. 47-43.

3. Чикишев ЕМ. , Конкин ЕС., Малышкин А.Е О процессах, происходящих в грунтах при погружении свай с раскрывающимися лопастями. //Пути повышения технического уровня строительства в Тюменской области. Тезисы докладов областной научно-практической конференции/. Тюмень: 1937, с. 45-46.

4. Чикишев Е М.. Конкин Е С., Малышкин А. Е , Зубарер А. Г. Несущая способность сваи с раскрывающимися лопастями.//Пути повышения технического уровня строительства в Тюменской области/: Тезисы докладов областной научно-практической конференции.. Тюмень, 1987, с. 30-31.

5. Чикишев Е М.. Конкин Е С.. Малыикин А. Е Несущая способность забивных свай с лопастями. //Современные проблемы свайного фунда-ментостроения в СССР. Сборник тезисов докладов Всесоюзного совещания- семинара/. Пермь: ППИ. lvSS. с. 30-33.

- г?. -

6. Бартоломей А. А., Малышкин А. И., ЧикишеЕ Я М. Результаты экспериментальных исследований взаимодействия свай с раскрывающимися лопастями с окрулашим их грунтом / Расчет и проектирование свай и свайных фундаментов: сборник трудов II Всесоюзной конференции '•Современные проблемы свайного фундаментостроения в СССР". Пермь: изд. ППИ, 1990, с. 11-12.

7. Малышкин А. Е Экспериментальные исследования работы лопастных свай в водонасыщенньк суглинках. //Основания и фундаменты/: Межзу-зовский сборник научных трудов. Пермь: ППИ, 1990, с. 46-53.

8. Малышкин А. Е , Бай а Ф., Филисюк Е Г. Надежность свайных фундаментов компрессорных станций. "Прогресс и безопасность" / Тезисы докладов Всесоюзной научно-практической конференции. Тюмень: 1990, с. 124-126.

9. Чикитев В. М., Малышкин А. П. Исследование работы коротких лопастных свай. //Проблемы и практика строительства в Тюменской области. Тезисы докладов научно-прэктической конференции/. Тюмень: 1990, с. 11.

10. Бартоломей А. А., Малышкин А. П., Чикишев В. М. Экспериментальные и теоретические исследования взаимодействия лопастной сваи с основанием / Механизированная безотходная технология возведения СЕай-ных фундаментов: сборник трудов Всесоюзного координационного сове-шания-оеминара Владивосток, 1991.

11. Бартоломей А. А., Чикишев Е М., Юшков Б. С., Малышкин А. Е , Бай Е Ф., Малюгин Е П. Работа свай с лопастями в составе различных Фундаментов. /Труды Международной конференции по фукдамснтострое-ншо/. КНР, Еяньджинь, 1992, с. 32-47.

12. Конкин Е С.. Чикишев Е М., Малышкин А. П. и другие. Списание к а с. N1747597 "Забивная свая". ВНИИПИ ГК СССР по делам' изобретений и открытий, 1992.

13. Чикишев ЕМ.. Малышкин А.П. Взаимодействие пяты лопастной сваи с грунтом основания. //Проблемы свайного фундаментостроения. Труды III Международной конференции б Минске. Часть 1/. Пермь: ПГМ, 1992. С. 77-79.

14. Чи.сишев Е V. , Малышкин А. И Численное моделирование работы лопастной сваи. //Проблемы сваЯнэго фундаментостроения. Труди 111 Международной конференции в йшске/. Пермь: ПНИ, 1992, с. 181-183.