Как влияет на забивку свай глинистый грунт с числом текучести il 0

Добавил пользователь Валентин П.
Обновлено: 19.09.2024

Хрянина Ольга Викторовна 1 , Харьков Дмитрий Петрович 2
1 Пензенский государственный университет архитектуры и строительства, кандидат технических наук, доцент кафедры геотехники и дорожного строительства
2 Пензенский государственный университет архитектуры и строительства, магистрант кафедры геотехники и дорожного строительства

Аннотация
В статье представлены результаты исследований зависимости несущей способности свай в пробитых скважинах от показателя текучести, объема втрамбованного щебня и глубины погружения нижнего конца сваи.

Hryanina Olga Viktorovna 1 , Kharkov Dmitry Petrovich 2
1 Penza state university of architecture and construction, Candidate of Technical Sciences, Assistant professor of geotechnics and road construction
2 Penza state university of architecture and construction, Student of department of geotechnics and road construction

Abstract
The article presents the results of research dependence the bearing capacity of piles in the punched holes from fluidity index, the volume rammed rubble and depth of the lower end of the pile.

где V _c – объем втрамбованного в дно скважины жесткого материала, м 3 ;
k – коэффициент, учитывающий форму уширения, который при втрамбовывании жесткого материала отдельными порциями высотой (1,5 – 2)d трамбовками с заостренным нижним концом принимается для: шара k = 0,62; для эллипсоида вращения k = 0,5; для промежуточных значений соотношения осей эллипсоида вращения от 1 до 1,8 величина коэффициента k принимается по интерполяции.
Максимальный диаметр уширения при втрамбовывании жесткого грунтового материала принимается не более d _c ≤ 2d _t ( d _t - диаметр трамбовки).
Площадь поперечного сечения уширенного основания из жесткого материала в его наибольшем сечении А _с , м 2 , принимается равной

Определяем несущую способность фундамента F _d исходя из несущей способности уплотненного грунта в пределах уплотненной зоны по формуле

где γ _c – коэффициент условий работы сваи в грунте, принимаемый равным 1,0;

γ ” _cR – коэффициент условий работы жесткого грунтового материала уширения под нижним концом сваи, принимаемый равным 0,7 с учетом вида свай и технологии их выполнения, принимаемые по табл.1 [10];

R _com – расчетное сопротивление уплотненного грунта под сваей или уширением (кПа), принимаемое по табл. 2. [10] с учетом полного водонасыщения грунта основания и показателя текучести I _L глинистых грунтов.

A _с – площадь опирания на уплотненный грунт сваи (без уширения), или площадь поперечного сечения уширенного основания по его наибольшему диаметру, определяемому в зависимости от объема, втрамбованного в дно скважины жесткого грунтового материала и вида грунта основания.

Назначаем размеры фундамента СПС (таблица 1).

Таблица 1. Изменение несущей способности свай в пробитых скважинах в зависимости от различных факторов

Многочисленные лабораторные и полевые исследования свидетельствуют об увеличении несущей способности свай, погруженных в глинистое основание во времени (Бартоломей А.А. и др., 1994). Однако сведения об изменении несущей способности свай приводятся, как правило, для относительно короткого промежутка времени, исчисляемого несколькими месяцами. В Санкт-Петербурге возникла уникальная возможность оценить несущую способность свай через 18 лет после их погружения.

Строительство производственного корпуса, подлежащего перепрофилированию, было начато в 1979 г. и прервано более чем на 15 лет. В процессе строительства было устроено свайное основание из забивных железобетонных свай сечением 35´ 35 см длиной 8 м, возведена часть каркаса с устройством колонн, ферм и плит покрытия. В 1997 г. было решено изменить конструктивную схему и функциональное назначение здания с частичной разборкой наземных конструкций, возведением новых конструкций на сваях существующего свайного основания и на дополнительно устраиваемых сваях.

Схематический план площадки строительства и один из геологических разрезов представлены на рис. 1, 2.

В пределах приведенных разрезов площадка строительства имеет абсолютную отметку дневной поверхности +14. +15 м. С поверхности площадка образована слоем насыпного грунта мощностью до 3 м, состоящего из песков, супесей и суглинков со строительным мусором. Позднеледниковые отложения мощностью до 1 м в виде ожелезненных пылеватых суглинков встречаются локально между насыпным слоем и ледниковыми пылеватыми суглинками, имеющими консистенцию от мягкопластичной до тугопластичной. Основная часть ледниковых суглинков, тяготеющая к подошве слоя, имеет тугопластичную консистенцию. Под ними залегают полутвердые слоистые кембрийские глины, кровля которых находится на отметке не выше +3 м БС, т.е. на глубине не менее 12 м от дневной поверхности. Физико-механические характеристики грунтов приведены в табл. 1. Уровень грунтовых вод находится на глубине 0,7. 0,9 м.

Расположение свай в плане приведено на рис. 3. Всего на площадке проведено 10 статических испытаний свай. В 1979 г. институтом "Фундаментпроект" выполнены испытания 8 свай, и в 1997 г., т.е. через 18 лет после погружения, АОЗТ ПКТИ проведено испытание 2 свай.

Рис. 1. План площадки строительства

Рис. 2. Разрез I-I

Физико-механические характеристики грунтов

Рис. 3. План размещения опытных свай

Проанализируем результаты этих испытаний. Величину предельного сопротивления сваи по графикам зависимости осадки сваи от вертикальной нагрузки (рис. 4) найдем как нагрузку, под действием которой свая получит осадку, равную 2 см.

Рис. 4. Результаты статических испытаний свай

Примечания: №1(8 сут) - номер сваи, испытанной в 1979 г. (в скобках - время "отдыха" сваи);

№1н - сваи, испытанные в 1997 г.

Рис. 5. Зависимость предельного сопротивления F_u от времени "отдыха" сваи

Рассматривая результаты испытаний (рис. 5), заметим, что они проведены через различные промежутки времени. По данным испытаний, проведенных через первые 8. 26 суток после забивки, предельное сопротивление сваи составляло 330. 480 кН. Испытания, проведенные во временном интервале 70. 78 суток после забивки, показали, что предельное сопротивление сваи составляет 265. 320 кН. При сходстве инженерно-геологических условий в местах расположения испытанных свай (за исключением зоны распространения слоя №4 ниже отметки острия свай, показанной на рис. 3) такое снижение предельного сопротивления свидетельствует о нарушении природной структуры грунта, спровоцированном забивкой вблизи с опытными сваями ряда рабочих свай. Заметим, что при длительном "отдыхе" сваи (в течение нескольких лет) возрастает длина начального практически горизонтального участка кривой "нагрузка-осадка", получаемой при испытании свай (см. рис. 4), что также свидетельствует о нарушении природной структуры грунта при забивке свай и восстановлении структуры в результате длительного "отдыха".

Дальнейший "отдых" способствовал восстановлению структурных связей в глинистом грунте, перемятом при забивке свай. Об этом свидетельствуют испытания, проведенные через 240 суток и через 18 лет. Предельное сопротивление сваи через 240 сут и через 18 лет по отношению к минимальным значениям (в момент времени t=70. 78 сут) возросло, соответственно, в 1,4 раза (до 370. 450 кН) и в 1,6. 2,0 раза (до 420. 630 кН. Более низкое значение предельного сопротивления сваи №1н может быть связано с залеганием слоя №4 ниже ее острия).

Таким образом, если предельное сопротивление свай после их погружения в составе свайного поля должно приниматься равным 265 кН (минимальное значение согласно требованиям СНиП 2.02.03-85), то по истечении 18 лет предельное сопротивление можно было принять равным 420 кН, т.е. в 1,6 раза выше первоначального значения.

Оценивая результаты испытаний свай, можно сделать следующие выводы.

1. Устройство свайного поля из забивных свай приводит к нарушению природной структуры глинистых грунтов и, соответственно, к снижению несущей способности свай по сравнению с одиночной сваей примерно на 20-30%.

2. Длительный "отдых" забивных свай приводит к восстановлению природной структуры грунта и увеличению несущей способности свай (до двукратного значения в течение 18 лет по отношению к несущей способности свай после их массовой забивки).

1. Бартоломей А.А., Омельчак И.М., Юшков Б.С. Прогноз осадок свайных фундаментов /Под ред. А.А.Бартоломея. - М.: Стройиздат, 1994. - 384 с.

Требуется определить допустимую нагрузку, которую может воспринять забивная висячая железобетонная свая. Глубина погружения сваи L = 7 м. Сечение сваи квадратное с размером стороны b = 0,3 м. Свая забита при помощи дизель — молота.

Грунт № 1: супесь с показателем текучести I_L = 0,3 Мощность слоя: H₁ = 3,5 м.

Грунт № 2: супесь с показателем текучести I_L = 0,4. Мощность слоя: H₂= 1,5 м.

Грунт № 3: глина с показателем текучести I_L =0,5.

Решение

Площадь поперечного сечения сваи A = b 2 = 0,3 2 = 0,09 м 2

Периметр сечения сваи: и = 4b = 4*0,3 = 1,2 м.

Расчетное сопротивление грунта под нижним концом сваи R = 1,4 МПа = 1400 кПа.

При определении сопротивления грунта по боковой поверхности сваи при толщине прорезаемого слоя более 2 м этот слой следует разбивать на несколько слоем с толщиной каждого не более 2 м.

Слой №1 мощностью 3,5 м, поэтому разбиваем его на два толщиной 2 и 1,5 м.

Средняя глубина расположения слоев (см. рис. 1):

Расчетное сопротивление по боковой поверхности сваи в первом слое грунта (I_L = 0.3) при его средней глубине заложения h₁ = 1,0 м, f₁ = 23 кПа

Расчетное сопротивление по боковой поверхности сваи в первом слое грунта (I_L = 0.3) при его средней глубине заложения h₂ = 2,75 м, f₂ = 33,8 кПа.

Расчетное сопротивление по боковой поверхности сваи во втором слое грунта (I_L = 0,4) при его средней глубине заложения h₃= 4,25 м, f₃ = 27,5 кПа.

Расчетное сопротивление по боковой поверхности сваи в третьем слое грунта (I_L = 0,5) при его средней глубине заложения h₄ = 5,75 м, f₄ = 24.7 кПа.

Коэффициент условий работы сваи в грунте: γ_с = 1.0.

Коэффициент условий работы грунта под нижним концом сваи γ_сR = 1,0.

Коэффициент условий работы грунта по боковой поверхности сваи γ_сf = 1,0.

Несущая способность одиночной висячей сваи :

= 1,0(1,0 * 1400 * 0,09 + 1,2 * 1,0 (23*2 + 33,8*1.5 + 27.5*1,5 + 24.7*1.5)) = 336 кН.

воскресенье, 24 февраля 2013 г.

Как строить на водонасыщенных глинистых грунтах?

Основной задачей при строительстве различных зданий и сооружений на водонасыщенных глинистых грунтах является обеспечение их прочности и нормальной эксплуатации в течение всего установленного срока.

Сложность этой задачи определяется специфическим и непростым механизмом развития деформаций, наличием слоя слабых водонасыщенных глинистых грунтов, причем значительной толщины, достигающей иногда 25-30 м и более.

Всегда при устройстве фундаментов, особенно свайных оснований, необходимо учитывать тиксотропные свойства слабых грунтов.
При определенных механических воздействиях структурные связи в грунтах разрушаются, резко снижается показатели прочностных и деформационных свойств грунтов.

С течением времени структурные связи, имеющие обратимый характер, восстанавливаются, и происходит упрочнение грунта. В основном все слабые грунты имеют низкую прочность и большую сжимаемость.

Технология изготовления песчаных свай происходит следующим образом:

В грунт забивают пустотелую трубу диаметром 35 – 60 см с закрытым концом (самораскрывающийся башмак грейферного типа). После забивки трубы происходит разрушение и уплотнение грунта в зоне, прилегающей к трубе. В ней возникают большие напряжения, которые радиально уменьшаются от максимальных значений вблизи боковой поверхности трубы до нуля на каком-то расстоянии от нее. В результате смещения частиц грунта вокруг трубы происходит нарушение природной структуры в той зоне, где возникающие напряжения превышают структурную прочность сжатия грунта в горизонтальном направлении.

После засыпки трубы песком ее извлекают из основания, и в грунтовом основании образуется столб (цилиндр) песка, вокруг которого существует зона напряженного состояния. Под действием напряжения в этой зоне возникает поровое давление, и вода отжимается в тело песчаной сваи (вертикальной песчаной дрены с уплотненной зоной). Решая задачу консолидации, можно установить время уплотнения грунтов и изменение прочности и сжимаемости грунтов в напряженной зоне вокруг песчаной сваи.

Для обеспечения эксплуатационной пригодности сооружений, возводимых на слабых водонасыщенных глинистых грунтах, мероприятия по улучшению оснований следует разрабатывать с учетом типа основания, характера напластования и вида грунтов, особенностей их физико-механических свойств, гидрогеологических условий площадки строительства, конструктивных особенностей сооружения, а также предъявляемых к нему эксплуатационных требований.

Предварительное уплотнение слабых водонасыщенных глинистых грунтов должно осуществляться временной или постоянной пригрузкой, выдержанной по простиранию верхних слоев этих грунтов. Пригрузку создают отсыпкой на поверхность площадки строительства грунта с устройством фильтрующего слоя из песка для ускорения процесса консолидации основания. При возведении больших сооружений эффективным мероприятием при строительстве на слабых грунтах (при расположении слабого грунта в верхней части основания) является прорезка (полная или частичная) их глубокими фундаментами, в том числе свайными. При применении свайных фундаментов, прорезающих сильносжимаемые грунты, их несущая способность определяется с учетом возможного развития отрицательного трения от оседающего вокруг свай грунта.

Полная или частичная замена слабых грунтов песком, гравием, щебнем в пределах сжимаемой толщи выполняется путем устройства распределительных подушек.

Применение подушек дает возможность снизить давление на подстилающие слабые грунты, а также уменьшить расчетные деформации оснований (при полной замене слабых грунтов – весьма существенно). Здесь важные факторы – правильное уплотнение отсыпаемых грунтов и верный выбор строительной техники.

При возведении сооружений на водонасыщенных глинистых грунтах невозможно полностью исключить развитие неравномерных осадок. Кроме того, неравномерные осадки могут происходить также из-за плохого качества работ по уплотнению грунтов и неточного расчета дополнительных ожидаемых осадок грунтов оснований. В таких случаях необходимое конструктивное решение – изменение типа и размеров фундаментов возводимых сооружений, позволяющее уменьшить давление, передаваемое на грунты основания сооружений. Для этого применяют плитные, коробчатые, ленточные из перекрещивающихся лент фундаменты. Эти типы фундаментов позволяют выравнивать осадки основания увеличением жесткости возводимого сооружения.

Общую жесткость сооружений, возводимых на слабых водонасыщенных грунтах, можно увеличить дополнительным усилением фундаментов и стен железобетонными поясами, дополнительным армированием слабых участков конструкций, увеличением опорной площади конструкций и другие способы. Нижний железобетонный пояс выполняют по подошве фундаментов или поверх сборных фундаментных плит, затем следующий пояс – по верхнему обрезу фундаментов (обрезом фундамента называют поверхность его соприкосновения с надфундаментной частью здания или сооружения), а последующие – через этаж (на уровне междуэтажных перекрытий непрерывными по наружным и внутренним стенам).

На площадках со слабыми водонасыщенными глинистыми грунтами эффективно применение жестких железобетонных коробчатых фундаментов, пространства которых используются в качестве подвалов или подземных этажей различного назначения. При определенных условиях такой фундамент может быть плавающим. Чувствительность конструкций к неравномерным осадкам может быть снижена разрезкой здания на отдельные жесткие блоки осадочными швами. Для обеспечения самостоятельности осадок отдельных частей здания необходимо делать осадочные швы с надлежащими зазорами. Размеры зазора следует назначать с учетом ожидаемых неравномерностей осадок здания, как в продольном, так и в поперечном направлении.

Повышение пространственной жесткости является одним из способов уменьшения неравномерности осадок и перераспределения усилий в элементах здания. Поэтому предпочтение следует отдавать бескаркасным конструкциям сооружений простой конфигурации, а для каркасных зданий применять фундаменты плитные или из перекрещивающихся монолитных железобетонных лент.

При подготовке оснований в условиях слабых грунтов должны быть обеспечены устойчивость откосов и креплений стенок котлованов, предохранение грунтов от увлажнения и промерзания, защита грунта основания от повреждения механизмами и подтопления подземными водами. Слабые водонасыщенные грунты являются, как правило, сильнопучинистыми (морозоопасными) при промерзании. После промерзания прочность оттаивающих грунтов резко уменьшается и повышается сжимаемость, поэтому в процессе производства работ в зимних условиях грунты стенок и дна котлована должны быть защищены от промерзания.

При правильном выполнении инженерно-геологических изысканий, обоснованном использовании данных технологий устройства оснований и фундаментов зданий на слабых грунтах будет полностью обеспечено проектное качество строительства.
При этом полностью исключаются возможные дополнительные работы при неравномерных осадках сооружений, и, соответственно, это будет обосновывать экономическую эффективность применяемых технологий.

Читайте также: