автореферат диссертации по строительству, 05.23.02, диссертация на тему:Взаимодействие трубчатых свай с грунтом при вибрационно-вращательном вдавливании

ЛЕШНГРАДСКИИ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

ВЗАИНОДЕЙСТВИЕ ТРУБЧАТЫХ СВАИ С ГРУНТОН ПРИ ВИБРАЦИОННО-ВРАЩАТЕЛЬНОИ ВДАВЛИВАНИИ

05. 23. 02 - Основания и фундаменты

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

На правах рукописи

Ленинград 1991

\

Работа выполнена во Всесоюзном научно-исследовательском институте гидромеханизации, санитарно-техничес-ких и специальных строительных работ (ШИИГС).

Научный руководитель - доктор технических наук,

М.Г.ЦЕИГЯИН.

Официальные оппоненты: доктор технических наук,

профессор

О. А. САЕИН06,

кандидат технических наук, доцент

Г. ф. НОВЗЖИЛОН

Ведущая организация - ордена Трудового Красного Знамени Всесоюзный научно-исследовательсюдй институт оснований и подземных сооружений им. Н. К Герсеванова (ЕНИИОСП).

З^щтта диссертации состоится . n, i¿n /V с-¿y1991 г. в " " часов на заседании специализированного Совета

Д 063. 38. 19 Ленинградского государственного технического университета по адресу: 195251, г. Ленинград, ул. Политехническая, 29, ауд. N

С диссертацией можно ознакомиться в фундаментальной библиотеке института.

Автореферат разослан " " \¿/¿rc¿A,~<— 1991 г.

Ученый секретарь спещ1ализированного совета, кандидат техничесшх наук,

доцент • В. ф. НАРКЕВГ1

ОНДАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Работы по реконструкции действующих предприятий в условиях стесненной городской и промышленной за-зтройки занимают значительное место в строительстве и объем их яепрерывно увеличивается. Это определяет необходимость устрой-зтва фундаментов вблизи существующих зданий а сооружений не только безопасными, но и высокопроизводительными методами, применяя достаточно мобильное оборудование для работы в стесненных условиях. Известно, что к таким методам относится забивка и вибропогружение свай, применение которых вблизи существующих строений аз-за высокого уровня динамических воздействий, небезопасно цля существующих зданий и сооружений.

Теоретические в экспериментальные исследования, а так же производственный опыт использования вращательный (вокруг своей оси) колебаний позволила предположить возможность погружения трубчатых свай вблизи существуют! зданий и сооружений под действием вдавливающей силы и вращательных колебаний. Использование вращательных колебаний для погружения трубчатых свай позволяет сохранить все преимущества применения вибрационных технологий для устройства свайных фундаментов.

Исследование основных закономерностей влияния вращательных колебаний на преодоление сопротивления грунта вдавливанию трубчатых свай позволит разработать технологии и оборудование для устройства свайных фундаментов в стесненных условиях строительства (например экономичных вибронабивных свай), позволяющих снизить стоимость и сократить сроки строительства.

Целью работы является установление основных закономерностей преодоления сопротивления грунта вдавливанию трубчатой свая с вращательными колебаниями, определение на основе полученных результатов оптимальных режимов погружения в области применения.

Научная новизна и практическая ценность рабогы заключается в следующем:

1. Выявлено влияние вращательных .колебаний на преодоле нве сопротивления грунта вдавливании конусного наконечника.

2. Аналитическим путем получены и подтверждены экспери ментально математические выражения, описывающие влияние вра щательных колебаний на преодоление сопротивления грунта вда ливанию конусного наконечника и зависимость этого влияния о угла заострения конуса.

3. Разработана и экспериментально обоснована математическая модель процесса погружения трубчатой сваи в грунт по действием вдавливающей силы и вращательных колебаний.

4. Установлена область оптимальных параметров погружения трубчатой свая вдавливанием с вращательными колебаниям! и разработана методика их определения.

' 5. Разработана и опробирована в натурных условиях технология изготовления набивных свай способом вибраиионно-врс щательного вдавливания.

На защиту выносятся:

1. Результаты теоретических и экспериментальных исследований влияния вращательных колебаний на преодоление сопр| тивления грунта вдавливанию конусного наконечника.

2. Математическая модель процесса погружения трубчато: сваи под действием вдавливающей силы и вращательных колеба

3. Установленные зависимости величины перемещения трубами свая от основных параметров проиесоа вибраиионно-враща-ельного вдавлйвания и сопротивления грунта.

4. Рекомендации по выбору и методика расчета основных па-аметров процесса погружения трубчатых свай под действием вдав-ивающей силы и вращательных колебаний.

Реализация работы. Результаты диссертационной работы ио-юльзованы при изготовлении вибронабивных свай в условиях ре-;онструкпии, реализованы во ВНИИГСе при разработке документами производственной установки вибрапионно-вращательного вдав-[ивания, которая будет использована трестом & 28 Ленстройкоми-■ета. Ожидаемый экономический эффект от использования одной ус-■ановки составляет 127,5 тыс. рублей в год.

Апробация работы. Основные результаты и положения диссер-:ашаонной работы докладывались и обсуждались на смотр-конкурсе молодых специалистов ВНИИГС (Ленинград, 1989 г.); На научно-техническом семинаре аспирантов ВНИИГС (Ленинград, 1989 г.); 1а заседании научно-технического совета ВНИИГС (Ленинград, [990 г.); на Всесоюзном совещании "Современные проблемы свай-юго фундаментостроения в СССР" (Одесса, 1990 г).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 4 работы.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введе-1ия, пяти глав, списка литературы в приложений. Работа изло-шна на 125 страницах машинописного текста, содержит 63 рисунка и 5 таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении определены основные требования к технологиям

и оборудованию, применяемым для устройства свайных фундаментов вблизи существующих зданий в сооружшшй. Обоснована актуальность темы исследования и кратко изложено содержание диссертации.

Первая глава посвящона аналитическому обзору исследовани и материалов производственного опыта вабропогрукения свай.

Анализ теоретических и экспериментальных работ Д~Д.Баркана, Б.В.Бахолдина, И.И.БЛехмана, Н.И.Герсеванова, А.С.Головачева, П.Л.Инанова, Ю.И.Неймарка, Н.Н.Маслова, О.А.Савинова, М.ИСмородинова, О.Я.Шехтор и др., свидетельствует о том, что при вибропогрукении свай происходит уменьшение сопротивления грунта (дополнительные напряжения, возникающие при динамических воздействиях, накладываются на напряженное состояние, " существующее в статических условиях и изменяют напряженное состояние грунта, определяющее его сопротивление) и уменьшение сил трения, действующих по поверхности сваи (уменьшение "эффективного коэффициента трения" при наложения дополнительного перемещения).

Прциесс вибропогружения свай носит сложный характер и может иметь различную физическую картину в зависимости от режима' и направленности колебаний, физико-механических свойств грунта, характеристик свайного элемента. В настоящее время процесс вибропогружения свай достаточно глубоко изучен только для чисто продольного относительно оси оваи возмущения. Однако, многообразие форм и размеров погружаемых и извлекаемых элементов, грунтовых условий и технологических требова-' ний обусловили применение колебаний различной направленности: продольно-вращательные, винтовые,, вращательные:.

Исследованию колебаний различной направленности посвящены работы В.В.Андронова, И.И.Йковского, Б.Б.Рубина.

Основные закономерности процессов вибрационного погруже-юя в грунт и извлечения трубчатых свай при различных сочетаниях продольного в вращательного возмущения изучены в работах I.Г.Цейтлина, по результатам' которых созданы вибропогружатели ¡ложных динамических воздействий. Применение вибропогружателей ¡ложных колебаний с вращательной составляющей вблизи существующих зданий а подземных коммуникаций показало возможность существенного уменьшения допустимого расстояния до существующих сонструышй, при котором динамическое воздействие не представите! опаоности для их целостности.

Анализ имеющихся результатов исследований и произнодсгвен-юго опыта использования чистых вращательных колебаний показывает эффективное влияние вращательных колебаний на преодоление сопротивление грунта по боковой поверхности погружаемой трубчатой сваи и минимальное воздействие на окружающий грунт.

Выполненный обзор показал возможность применения при устройстве свайных фундаментов в стесненных условиях способа погружения трубчатых свай под действием вдавливающей силы и вращательных колебаний.

Для использования ояособа погружения трубчатых свай вдавливанием с вращательными колебаниями в практика строительства выполнено исследование, основными задачами которого являются:

1. Экспериментально исследовать механизм преодоления сопротивления несвязного грунта при погружении конусного наконечника под днйствием вдавливающей силй и вращательных колебаний.

2. Исследовать влияние вращательных колебаний на сопротивление несвязного грунта вдавливанию конусного наконечника и получить математические выражения, описывающие это влияние.

3. Разработать и экспериментально обосновать математическую модель погружения трубчатой сваи под действием осевой вдавливающей силы и вращательных колебаний.

4. Теоретическим в экспериментальным путем изучить основные закономерности погружения трубчатой сваи под действие* вдавливающей силы и вращательных колебаний.

5. Определить оптимальное сочетание основных параметров процесса погружения трубчатой сваи вдавливаниеи с вращательными колебаниями и разработать рекомендации по их определению.

6. Определить уровень колебаний и изменение плотности ою лосвайного грунта при погружении трубчатых свай вдавливанием

с вращательными колебаниями.

Во второй главе приведены результаты теоретических и экспериментальных исследований, которые проводились о целью изучить влияние вращательных колебаний на механизм преодоле-' нйя сопротивления грунта вдавливанию конусного наконечника и получить данные для составления ^обоснования расчетной модели процесса погружения трубчатой сваи под действием осевой вдавливающей силы и вращательных колебаний.

Для исследования механизма преодоления сопротивления грунта в процессе погружения конусного наконечника, была изготовлена тензометрическая свая, которая состояла из трубы диаметром 102 мм и длиной 2,3 м. В нижней части трубы установлен металлический цилиндр, на боковой поверхности'которо-' го наклеены тензорезисторы, Снизу'цилиндр закрыт плоским днищем, к которому могут крепиться сненные дсонуса.

Погружение закрытой снизу сменным конусным наконечником трубчатой сЕаи-проводилось в грунтовом лотке 3 х 3 м и глубиной 4,5 м, заполненном среднезернистым маловлажным песком средней плотности.

В первом цикле ппытов варьируемыми параметрами были час-ота и амплитуда вращательных колебаний погружаемого конусно-о наконечника! Во втором цикле опытов варьируемым:' парамет-ом был угол вершины конуса, погружаемого в грунт вдавливани-м о вращательными колебаниями. Угол заострения наконечника зменялся установкой соответствующего сменного конуса. Всего эксперименте использовались 6 сменных наконечников с углом 1ершаны конуса от 1/6 5Г д о СГ .

Для опенки влияния вращательных колебаний на преодоление ¡опротивления грунта была проведена серия сравнительных опытов ¡тагического вдавливания использованных в экспериментальных ^следованиях наконечников.

Эффективность преодоления сопротивления грунта оценивали ю отношению'величины вдавливающей силы при вращательных коле-5аниях к. статической /и по отношению амплитуды мо-лента сопротивления грунта вращательным колебаниям конусного тконечника к моменту сопротивления грунта его статическому повороту вокруг своей оси /

Экспериментальные исследования показали, что увеличение амплитуды и частоты вращательных колебаний приводит к уменьшению величины вдавливающей силы, необходимой для преодоления сопротивления несвязного грунта.

Эффективность влияния вращательных колебаний на преодоление сопротивления грунта повышается с уменьшением угла вершины конусного наконечника. В случае вдавливания плоского наконечника вращательные колебания не влияют на преодоление сил сопротивления.

' Анализ осциллограмм процесса Еибрапионно-вращательного ЕдавлиЕания конусного наконечника показал, что величина пластических деформаций грунта'в условиях "срыва" конусного нако-

нечника относительно прилегающего грунта значительно превышает величину упругих деформаций.

Экспериментальные данные дают основания использовать в теоретических исследованиях чистопластвческую модель сопро-тиЕления грунта и следующие допущения: погружаемый конусный наконечник совериает гармонические (синусоидальные)колебания вокруг своей оси; при вдавливании о вращательными колебаниями происходит осесимметричное выдавливание грунта из-под конуса.

Уменьшение величины вдавливающей силы, необходимой для погружения конусного наконечника объясняется изменением сил трения по поверхности конуса. В результате теоретических исследований с использованием решения задачи об изменении сил трения при колебаниях поперечных направлению движения была получена зависимость вертикальной и тангенциальной

составляющих силы сопротивления грунта вдавливанию конусного наконечника:

(I

<2

при

Я*-^ з/п(г/&)ф^Н-[Исо5(#/г)Г';

(4)

принятые обозначения:

"о Ч1+[р$соз(#/г) Ъ1П.(тг1/&)]г

о о

(5)

а _ Ч^о ЬеСО . . I .

^н 1г> 9~ г^ '

Р - угол вершины конусного наконечника; </? - угол внутреннего трения грунта; ^ - угол поворота конусного наконечника вокруг своей оси; (*) - угловая частота колебаний; V - скорость погружения; ¿^ в £ - радиус трубчатой сваи в конусного наконечника (изменяется в пределах О < £ ^ £с ).

На рис. I показаны теоретические (пунктир) и экспериментальные зависимости сил сопротивления несвязного грунта вдавливании и вращательным колебаниям конусного наконечника. Теоретические и экспериментальные кривые совпадают в качественном отношении. Количественные расхождения результатов при увеличении средней за период скорости вращательных колебаний объясняются виянием колебаний, распространяющихся в грунте от вибрирующей оваи, не сопротивление грунта вдавливанию вытесняемого объема в околосвайный массив.

70 80 90

Рис. I. Зависимость сопротивления грунта вращательным колебаниям (I) и вдавливанию конуса (Ш от скорости вращательных колебаний.

Третья глава содержит теоретические исследования основные закономерностей пропесса погружения в несвязный грунт .трубчатых свай под действием осевой вдавливающей силы и вращательных колебаний.

Полученные автором экспериментальное данные дают основания применить чвстосластичвскую модель сопротивления грунта для описания взаимодействия трубчатой сваи с грунтом а следующие допущения; трубчатая овая рассматривается как твердое тело; околосвайнуй труят в процессе погружения принимается неподвижным; сопротивление грунта по боковой поверхности рассматривается как сухое трение; трубчатая свая совершает гармонические (синусоидальные) колебания вокруг своей оси.

Расчетная схема погружения трубчатой сваи под действием осевой вдавливающей силы и вращательных колебаний представле-

на. рис. 2. Цропесс погружения в рамках данной модели описывается системой дифференциальных уравнений:

/пЫ + за

■ 3 ф = Ро ¿/Л (со ь + ъТр

Здеоь и далее приняты следующие обозначения: пг и ^ -масоа и момент инерции погружаемой системы; г - координата трубчатой сваи; ^ ~ ускорение свободного падения? вдавливающая сила; % , оС , - амплитуда, фаза и радиус приложения вынуждающей силы; - время; Ътр~ радиус, на котором действует тангенциальная сила трения, средняя для всей поверхности конусного наконечника; ^ и - вертикальная и тангенциальная составляющие бокового сопротивления грунта, определяемые как проекции силы на координатные оси:

* - ~ * Ф Ье- (?)

^ ч

и вертикальная и тангенциальная составляющие лобового сопротивления грунта, определяемые по уравнениям (I) и (2) или (3) и (4), в которых:

1

При анализе и решении системы приведенных уравнений установлено, что в зависимости от сочетания величины крутящего момента = Ра т ^, момента сопротивления грунта виб- • роперемещениям М^ )>£«.+ . суммы вдавливающих сил Рп =8Ь+

+ тд-тг и сил сопротивления грунта погружению ^ = возможно существование различных режимов движения трубчатой сваи (рис. 3). Наиболее'эффективное преодоление сопротивления

Рве. 3. Области существования режимов.

- вращательные колебания с мгновенными остановками без по-рукения; 2 - вращательные колебания с мгновенными остановки и погружение с остановками; 3 - вращательные колебания мгновенными остановками и погружение, без остановок; 4 - вра-лельные колебания с мгновенными остановками и погружение с жорением; 5 - вращательные колебания со стоянками без по->ухения; 6 - вращательные колебания со стоянками и погруже-

1е с остановками; 7 - отсутствие перемещений трубчатой сваи;

- погружение без вращательных колебаний (статическое Едав-шание).

унта происходит при режиме погружения с мгновенными оста-вками в горизонтальной плоскости и отсутствии остановок в ртикальной (область 3 на рис. 3). В дальнейшем рассматрпваег-этот режим, при котором результирующая скорость движения убчатой сваи на протяжении всего периода не равняется нулю.

Для существования данного режима Необходимо, чтобы в момент времени Ь-Я'/ы величина крутящего момента вибратора была больше суммарного момента сопротивления грунта Мк> Мс и сумма вдавливающих сил превышала силы сопротивления грунта погружение ?п > Рс.

В результате исследований установлено, что вращательные колебания оказывают существенное влияние на преодоление сил сопротивления грунта вдавливанию трубчатой сваи. На рис. 4 показана зависимость осадки сваи за пикл и =/ло1а/('36+/7?£) от оуммы бокового и лобового

сопротивления грунта при различных значениях амплитуды вынуждающей олт-с^Д/^+тд), из которого видно,"что погружение возможно при (4+ {)&> 3,4 т.е. когда вдавливающая рила в 3, раза меньше суммарного сопротивления грунта. Кроме величины вдавливающей и вынуждающей оилы существенное влияние на про-пеос погружения оказывают эксцентриситет приложения вынуждающей силы а » К» Радиус инериии вибрирующей сиотем] и угол вершины конуоного наконечника. Скоросвь погружения трубчатой сваи увеличивается при уменьшении параметров Ли ^ , и при увеличении параметра е .

Оптимальные результаты погружения получены при ^ = 2 (величина вынуждающей силы в 2 раза превышает сумму вдавливающих сил) и при а = 0,5 (плечо приложения вынуждающей силы в 2 раза больше радиуса трубчатой сваи) т.е.при величине вынуждающего момента в 4 раза превышающего произведение суммы вдавливающих сил на радиуо трубчатой оваи.

Получены аналитические зависимости необходимой величины вдавливающей силы от средней за период скорости вращательных колебаний для погружения трубчатой оваи о заданной скоростью

3,0 2,5

2,°

0,5

ц \ о = 0,5 е=,зг/з Г* 0.5

и» 1II 1II н ?

\\ \

\ ) , \

■

'.О & 2,0 2,5 ¿,0 3,5 (/* *)

Рис. 4. Зависимость осадки за пикл и*от сум-I бокового и лобового е*/fs.it/по У сопро—

1ВЛ6НИЯ грунта. *1 ' Я' *

жим образом получена возможность оцределения основных пдра-(тров пршесса погружения трубчатой сваи под дейотвиеч.вдав-1вающ0Й силы и вращательных колебаний в различных грунтовых ¡ловиях.

Четвертая глава посвящена экспериментальным исследованиям лабораторных условиях. Экспериментальные работы состояли из вух этапов, в которых в соответствии с решаемыми задачами пользовались различные погружаемые трубчатые сваи и измеритель-

ная аппаратура.

На первом этапе выполнялись серии опытов с целью изучения влияния вращательных колебаний' на преодоление сопротивл! ная грунта вдавливанию трубчатой сваи. Исследование проводилось при погружении тензометрической сваи, представляющей ci бой трубу диаметром 102 мм в длиной 2,3 м, закрытую снизу ci ным коническим наконечникам. В нижней и верхней частях труб' той сваи установлены силоизмерительные головки. В верхней ci лоиэмеритальной головке между двумя упругими элементами ycr¡ новлена инерционная масса в соответствии с решением, которое было предложено в исследованиях В.М*Шаевича. Используемая ш ивонная была подобрана с условием, что ее момент инерции равен моменту инериии погружаемой сваи, что позволило исключи; влияние инерционных сил на результаты измерений при вращатш ных колебаниях. ''

Силы сопротивления грунта вертикальному и вибрационному вокруг своей оси перемещениям трубчатой сваи оценивали по ш казаниям тензорезисторных первичных преобразователей типа 2ЖБ с ганзосганшей 8АШ.' Вибрационное перемещение трубчатс сваи регистрировалось по показаниям датчика Д-13, ориентированного в горизонтальной плоскости, а погружение определяло^ как вертикальное перемещение сваи относительно неподвижного датчика ДВ-3 в комплекте с аппаратурой ВИ6-5М.

Погружение трубчатой сваи проводилось в грунтовом лотке размерами 3 х 3 и глубиной 4,5 м, заполненном среднезернисть маловлажным песком средней плотности. Размеры лотка позволив производись двенадцать погружений сваи до переукладки хрунтг при исключении влияния его стенок и засыпанных скважин преда душах -погружений на результаты измерений.

Статическая вдавливающая сила создавалась маслоствшда.^ гвдрониливдром через трособлочнув систему, передавалась на юрный подшипник, установленный на вибраторе, обеспечивая гзинерниошшй пригруз. В конструкции маслосгшшии предусмот-!н разгрузочно-предохранителышй клапан, с помощью которого >жно регулировать давление в гидросистеме. Величина этого ¡вления определяет максимальную вдавливающую силу и в опит-IX работах регулировалось от 0 до 160 кГ/см* что соответст-iet вдавливающей силе от 0 до 72 кН.

В качестве вибровозбудятеля использовался вибратор ВКД, жсгрукиия которого, позволяет ступенчато изменять статвчес-1Й момент дебалансов (от 0 до 3,34 кг-м), частоту (12,38 с'; 2,00 с' ; 25,04 с') и направленность колебаний.

Вся система установлена на раме, которая шкет переме-аться по лотку в продольном и поперечном направлениях.

Экспериментальные исследования состояли из нескольких эрий опытов, при проведении которых трубчатая свая погружать в несвязный грунт при определенных параметрах вибр0Е0з-удигеля. фи прохождении конусным наконечником погружаемой ваи отметки -2,00 м от дневной поверхности автоматически ре-истрировались сигналы датчиков осциллографом H-I08.

Стендовые экспериментальные исследования подтвердили, что ажим погружения с мгновенными остановкам в горизонтальной лоскости и без остановок в вертикальной эффективнее других ежвмов движения трубчатой сваи возможных при ЕдавлиЕании с ращательными колебаниями.

Достигнутое в лабораторных условиях уменьшение вдавли-ающей силы 5^0,2 (f*R,) = 12,87 кН при скорости погружения V - о,0125%= 0,0053 м/с получено при вынуждающем моменте

ибратора М = 4S 2,7 кН-м (рис. 5).

к ь

При теоретических исследованиях получена такая же величина вынуждающего момента для достижения наибольшей скорости погружения трубчатой сваи при наименьшей вдавливающей силе (в те ретических исследованиях минимальная величина вдавливающей си лы составила 0,3 (Р + &,)).

Результаты опытов на лабораторной установке подтвердили качественную сторону полученных теоретических зависимостей.

Количественные результаты исследований совпадают при вдавливании трубчатой сваи с ускорением вращательных колебаний Ч'о^СлЛ1 (0,5 г 0,7) % . Увеличение ускорения колебаний трубчатой сваи приводит к росту расховдения результатов, при этом эксперименты показывают более эффективной преодоление сопротивления грунта, чем теоретические. Наибольшее расхождение данных теории и опыта составляет 25 - 30 %, которое остается постоянным после достижения ускорением колебаний трубчатой сваи величины ¿ссо%(2 - 3)д.. Количественные расхождения результатов теоретических и экспериментальных исследовани объясняется влиянием колебаний, распространяющихся в,грунте от вибрирующей сваи, на его сопротивление.

Целью экспериментальных работ второго этапа являлось исс. дованке елияния вращательных колебаний на уровень колебаний и изменение плотности околосвайного грунта. Опыты проводились с трубчатой сваей диаметром 219 мм и длиной 2,5 м. на стенде примененном на первом этапе экспериментов. Амплитуды виброперемещений грунта в трех плоскоотях измерялись датчиками К-001 на расстоянии 0,3 м от боковой поверхности сваи и регистриров лиоь осциллографом. Изменение плотности околосвайного грунта оценивали по показаниям датчиков электросопротивления, установленных в грунте при его послойной укладке с уплотнением, до и после погружения трубчатой сваи.

16

Ч» 1&

г -

£ '

4-/ . / X <

■ у X

Л И Г

/ /

« г

О,/4

Рас. 5.Зависимость скорости погружения трубчатой слаа от отношения суммы вдавливающих сил к сопротивлению грунта.

6 8 /о /г а ее ег

Ь, мин

Рис. 6. График погружения трубчатой сваи диаметром 377 мм Еиорадионно-Еращательным вдаЕЛИ-ванием (1,2,3) и на продольных колебаниях (4),

Результаты измерения уровня колебания грунта, представленные как отношения амплитугш колебаний грунта при вращатель них колебаниях к нмплитуде при продольных:

по оси эс (радиал1*ол к поверхности труби) 0,10 - 0,1

по оси ц (тангешгоалчтя к поверхности трубы) 1,50 - 2,0

по осл г. (вертикальная) 0,10 - 0,1

геометрвчгмкая сумма амплптуд 0,17 - 0,1

подтверждают возможность расширения области применения вибрационной техники в стесненных условиях строительства.

Сравнительная оценка изменения плотности околосвайного грунта показала, что при вдавливании с вращательными колебаниями на расстоянии от боковой поверхности трубчатой сваи, Г«-;;>-ом 1/4 ее диаметра плотность несвязного грунта в среднем в 2 раза ).:»ше, чем пря погружении на продольных колебаниях. Это подтвержу,к'т большее влияние вращательных колебаний на грунт, непосредственно к околосвайаой зоне, при более низком общем уровне динамического воздействия, чем при продольных колебаниях.

В пятой глаЕе описаны исследования, способа вибраиионно-Ерашательнвго вдавливания, использованного для погружения закрытых снизу обсадных труб диаметром 377 мм и длиной-15 м при изготовлении набивных свай на одной из строительных площадок г. Ленинграда.

Работы проводились с использованием копра КГ-20 на базе грузоподъемного крана МКГ-25 БР и переоборудованного вибропог ружателя ВИМ (Мк = 80 кНм; о) = 20 с-1), снабженного гидравли ческим наголоЕНИком для присоединения вибратора к обсадной трубе и измененным дебалансным механизмом, обеспечивающим дистанционное изменение направления колебаний реверсом электр

агателей. Величина вдавливающей силы состояла из собственно веса погружаемой системы и безинерщонкого пригруза вось-гонным и пятитонным гравитационными молотами (Рд= 70 кН + кН + 50 кН).

На рис. 5 показан график погружения обсадной трубы, залой снизу конусным наконечником с § = 60°. Цунктирной ли-зй показан график, расчитанный на ЭШ по математической мо-1И. В отличии от результатов исследований в лабораторных ювиях, скорость погружения обсадной трубы на строительной лцадке меньше раачетной. Это объясняется влиянием сил сиеп-тя грунта на пропесс погружения, не учитываемое, математиче-зй моделью.

Показанный на этом же рисунке график погружения при про-яьных колебаниях обсадной трубы свидетельствует и'большей эрости погружения, чем при вдавливании с вращательными коленями. Однако, динамическое воздействие на грунт и вблизи-зположенноо здание при продольных колебаниях в 5 - 7 раз пыле, чем при вращательных.

В результате натурных исследований подтверждена возмож-:ть использования способа вдавливания с вращательными колебании для погружения трубчатых свай в стесненных условиях роптельства, разработаны рекомендации по определению опти-льных параметров процесса.

Основные результаты и выводы.

1, Одним из путей решения задач погружения трубчатых

ай в условиях стесненной городской и промышленной застройки ляется вдавливание о вращательными колебаниями.

2. Проведенные экспериментальные и теоретические иссле-вания влияния вращательных колебания на преодоление сопро-

тивления грунта вдавливанию конусного наконечника позволили установить, что:

а) механизм преодоления сопротивления грунта конусным наконечником при вибрапионно-вращательном вдавливании качест вбнно отличается от механизма сопротивления при статическом вдавливании;

б) вращательные колебания способствуют преодолению сопр тивления грунта вдавливанию конусного наконечника. При погру яении плоского наконечника вращательные колебания не оказывю ют влияния на сопротивление грунта;

в) вдавливающая сила, необходимая для погружения- конусного наконечника при вращательных колебаниях.уменьшается с увеличением амплитуды и частоты колебаний. Уменьшение необхс димой вдавливающей силы происходит вследствии изменения сил трения по поверхности конусного наконечника и влияния колебЕ ний, распространяющихся в грунте на его сопротивление вдавл! ввнию в околосвайный массив.

3. Аналитическим путем получены и подтверждены экспериментально математические выражения, устанавливающие взаимосвязь между вдавливающей силой и кинематическими параметрам! процесса.

4. При исследовании процесса похружения трубчатой сваи'" способом вибраиионно-Еращательного вдавливания установлено, что :

а) скорость погружения свай нелинейно зависит от отноин ния амплитудного значения вынуждающей силы вибратора к сумм* вдавливающих сил {оптимальное значение этого параметра 2,0), эксцентриситета приложения вынуждающей силы и радиуса инера вибрирующей системы. С увеличением перечисленных параметров

оромь погружения сваи увеличивается;

б) Величина вдавливающей силы нелинейно зависит от вмпли-дного значения вынуадающего момента вибратора. Уменьшение .авливающей силы (20 % усилия статического вдавливания) было лучено при кру-тящем моменте вибратора в 2,5 раза превышающем противление грунта статическому повороту сваи вокруг своей и и в 4 раза большем, чем произведение вдавливающей силы на диус сваи. Скорость погружения сваи при этом составляет 0053 м/с.

5. Работы в натурных условиях подтвердили возможность и ¡лесообразность применения способа Ейбрашонно-вращательного :авлйванин для погружения трубчатых свай в стесненных условиях ,'роительства.

6. Разработана технология и составлены рекомендации по [ределению основных параметров процесса погружения трубчатых ¡ай под действием вдавливающей силы и Ерашагельных колебаний.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих ¡ботах:

1. Кенпин О.Ш. Преодоление сопротивления несвязного грунта ?и вибраиионно-вращательном ЕдаЕЛйЕании свайных элементов // эсурсосберегающие технология и оборудование для производства Финальных строительных работ / Сб.науч. тр. Всесоюз. науч.-зслед. ин-т гидромеханизации, сан.-техн. и специальных строи-эльных работ. -Л., 1990.- С. 30 - 36.

2. Кениин О.Ш. Использование Еращательных колебаний при огружении свайных элементов // Монтажные и специальные строи-альные работы. Серия: Специальные строительные работы. Экспресс

информация / ЦБНГИ Минмонтажспеистроя СССР.-М,, 1990.- • . 20 - 23.

3. Цейглин М.Г., Изофов В.О., Кениин СЦП. Применение вибрационного метода при устройстве шпунтовых ограждений и свайных фундаментов в стесненных условиях // Расчет в проектирование свай и свайных фундаментов / Труды II Всесоюзной ко! ференши "Современные проблемы свайного фундаментостроения

в СССР".- Пермь, .1990.- С. 148 - 149.

4. Исследование процесса вибранионно-вращательного вдавливания при устройстве свайных фундаментов // Отчет о НИР/ Всесоюзн. науч.-исслед. ин-т гидромеханизации, сан.-тех. и специальных строительных работ.$ гос. 'регистрации 67.01.90.3( 18900417X7.-Л., 1990.- 67 с.

5. Способ изготовления набивной сваи. Авт. Цейглин М.Г. Кешин О.Ш., Беретов В.В., Певзнер М.З., Савельев А.И.Решени! Комитета по делам изобретений от 25.12.90 о выдаче авторского свидетельства по заяЕке № 4836789/33, приоритет 8.06.90.