Разработка метода расчета несущей способности набивных свай, отформованных пневмопробойниками тема автореферата и диссертации по механике, 01.02.07 ВАК РФ

РГ6

од

На правах рукописи

ТКАЧУК Андрей Цоигтактинович

РАЗРАБОТКА МЕТОДА РАСЧЕТА НЕСУЩЕЙ СПОСОБНОСТИ НАБИВНЫХ СВАЙ, ОТФОРМОВАННЫХ ПНЕВНОПРОЕОЙНЙКАМИ

Специальность 01.02.07 - Механика сыпучих тел,

грунтов и горных пород

Автореферат днсосртпции на соискание ученой степени кандидата технических наук

Новоснй^рох - ¿997

Работа выполнена в Институте Горного дела СО РАН

Научный руководитель - доктор технических наук А.Л. Исаков Официальные оппонентЛ

доктор технических наук В-М. Сбоев

кандидат технических наук С.Н. Попов

Ведуцее предприятие: Проектный институт НовоонбграждаНпрое

/с1997 г.. в ^

Эг.-цита диссертации состоится 1о— /-<•[' <Л- с_199.7 г.. в

часов на заседании диссертационного совета П003>17.01 в Институте Горного дела СО РАН (630091,Н"|>аоный проспект,54)

С диссертацией ложно олнакояитьс* в библиотеке Инст! Горного дела СО РАН .

Автореферат разослан СТХ№ь< 1997 г.

Учены» оекретар)>

дисоертавионного совета

доктор технически* наук; профессор

А.И. Фо

ОЕЦАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Л диодной из важнейших задач, стоящих перед строительством, вцяатся повмиение эффективности строительного производства за чет разработки и внедрении новых прогреооивних технологии, юнопнн материалов, уменьшения материалоемкости конструкций.

Одним из „идоа лрогреосивних конструкций фундаментов вляются свайные фундаменты, .обеспечивающие возможность зэн^.лешм зданий и сооружений ни грунтах с недостаточной есущеп способностей. Замена железобетонных фундаментов вайнипи позволяет на 7и - 80% уиеньиить объем земляных работ, а 30 - -10% сократить расход бетона, в 1,5 - 2,0 раза снизить рудоьмкость нулевого цикла и сократить сроки строительства, простить и облегчить производство работ и, в результате, ¡есп&чить значительную экономив средств. Как показывает татнетика, основной сбъеи а ртечествеш'оя фундаиентостроенни анииают забивные сваи, и только 12% - набивные. Однако рактнка и инженерное прогнозирование дают основание полагать, то доля набивных свай в последние годы растет. Эта тенденция бьясняетоя различными преимуществами набивных свай перед абнвныпи, такими как меньиая стоимость единиц!. объема, меньшая еталпоемкость, большая несущая способность у некоторых типов абивных свай на 1 и3 материала и др.

В нашей стране и за рубежом все большее распосТранение олучают технологии, позволяющие изготовлять оваи с высокой есущей способностью. К тихип технологиям относится формование вай пневмепробойниками. Однако, несмотря на широкое аспостранение подобных технологий, ни в Россш., ни за рубижои ет методов расчета несущей способности набивнп>: свай, в полной ере обеспечивающих достоверность результатов для практики троитепьства и характеризующих особенности про! ;сса формования вай с уплотненней контурно. 1 зоны скважины.

В практике отечественного проектирования фундаментов нэ абивных свай используется СНиП 2.02.03-85. Рас-.ет и роектирование фундаментов по атим нормам не дают возможности рибпмзиться к реальной оценке несущей способности. Опыт

показывает, что меоуцая способность набивных свай от*орнованш пнввяопробойникани, значительно превцыает расчетную несу и: способность этих оваЯ. Это приводит к повышении трудо-»нергоэатрат, увеличивает стоимость возводниых ф; 'диментрв удлиняет сроки строительства. Эти обогоятел- отюа виэаа) необходимость в проведении дета» iux исследований несуц< опоообности набивных свай, отформованных пневноиробойникани, ц«ььп разработки и обосновании способа их расчета.

Цевь работы: создание Иаучно-обоснопанноЛ методики рас, iei отформованных пневмопробо .(икаии набивных свай, позвонимте aiittc^eiiiliiiouiiuu оценивать их несуиуи способность.

_Осн1)ЬИая_Ийей_Раб91У состоит . учете эа..оноперносте мзпенення прочноотних свойств грунта, подвеи аииогос уплотнении при формовании набивных свай, до« оценки их несуще способности.

_3âfi!!!i!i.-!'££5ë£!2ë2!ii!s:

изучение влняни. предварительного обжатия | рунта и нэпеиенне его прочностных характеристик;

нссиедование нап?яженно-де®орпированног ■ состоянн грунта при формовании набивных свай пне^мопробойникапи ;

построении алгоритма дня оценки несущей спссобност набивных свай, учитывающего особенности изменения прочностни свойств грунта, подвергавшегося циклическому и кружению.

Методыусследования:

анализ H научное обобцение, аналитические вксперияентальные исследования процессов, пюисходящих i пассиве грун.а при формовании набивных с п., а пневпопробойникапи с использованием совре».знной измерительна Л аппаратуры I компьютерных программ.

- величина изменения коэффициента сцеплении предв^-рнтеаыи уплотненного грунта пряно пропорциональна величине уилотняюцегс давления н линейно зависит от квадра. i тангенса угд< внутреннего трения грунт® в естественном г-ютояннн;

- прямолинейность разгрузочной ветви диаграммы предельны! сдвиговых напряжений пыаевато-пыиистых грунтов нарушаете« пр. величинах предварительного нагружения, превыиакщих 1000 - ¿501

- основнып »актороп, влиявшим на величину уплотняющего п1т давления при »огиовании ичбнвних свей, является интвг-тьная величина неоВртгит;х об». пных яе«01 1аиий грук.« в 1туриой зоне «орпируеиоЯ сваи.

- несушая способность навивной сваи, изготовленной пиевпо-эбойникои, выие чем у забивной за счет увг :ичения сцвплг (ия

Боковой поверхности;

научных положений, изложенных в диссертации, зсчовнртетс. корректностью постановок задач, соблюден ¡н ювных положений пеханики грунтов иатеватичеокой статистики больыип овлепоп лабораторных исследований и натурных готэний несукер способности свай.

!)9?иЗН?.Г "59ТУ заключается в следующей: устрмовлена корреля! юнная зависино^ ь вежду углов 'трет го трения гру..та в естественной состоянии н углов ,'тгоннего тгення того же грунта писле его оплатив;

установлен характер поведения разгрузочной ветви

*нг(..зой днаграиг : испытаний грурта в иирокон диапазоне тнчин уплотнявших грунт нагрузок;

предложена ■ЮРпализация завноипо.ти из :енення э»$ициента сцепления предварительно уплотненного грунта от пностных ха^акте; стик , рунта в естественной состоянии и 1ИЧННЫ его предварительного обжатии;

получена зависимость величины давления, действующего на »не 1е расмиряю|ц-;Пся грунтовой полоотн при «орповании набивных Ш пневпопробойникоп, ках функция ♦нэико-пеханических =вктеристик грунта.

Личныйахладавтора состоит

в систепатг'чации петодов расчета несущей способности Зивных свай;

в разработке хлассн' ;кации набивных свай по доотигаепоиу различных технологических опегаций э*«ехту;

в эксперипентальнои исследовании закономерностей изменения зчиосткых характеристик грунтов в зависипостн от ил »дэарительного нагружен«?;

в разработке стеида для исследования напряженно-

дефоркированного состояния пассива грунта при »орчоаании ев Пиевпопробойниквни и Решении поставленных задач на этом стенд

в разработке петодикн расчета несущей способности набивш свай, от«оряованных пневполгоБоЯникап;

в проведен) эксперниентальных и аналнтнческ!

исследований, подтвердивиих корректность разработанной петодш расчета.

разработанная нетодика расчета несущей способности на: ивш свай, отфорпованных иневпопробойникапи, позволж

дифференцировано оценивать несущую способность таких ¿в< посредствен пряпых иэперений «изнко-пеханичесхих характерист) ггуитоь на весте изготопления сваи, что дает воэиожнос значительно с чзить трудо- и энергозатраты, стонпость н срр> возведения фундаментов из таких свай.

Разработанная летоднкй р. зчета была использована ш проектировании и строительстве различных *у)'дапентог ь зводипых из свай,' от«орпованных пневпопробойникапи, I территории СНГ и за рубежоп (Болгария).

Апробация

Основные положения диссн 'таииоиной работы докладывались обсуждались и получили одобрение на двух объелененных с^пинара четырех лабораторий ИГД СО РАН и на обыеи сепинарв'ИГД СО РАН. ^П^блнкац^^

По патериалап выполненных исследований опубликовано статьи н получено 3 ав~о>-ких свидетельства на изобретения.

Диссертация состоит нз ¿.ведения, четырех глага, заключен« к списка литературы. Содержит 59 страниц пашшописного текста включая список литературы из 76 иаипенованнй, 6 таблиц и 2 рисунков.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАЬОТЫ

В работе обосновывается целее эбразность возведен» «ундалентов прошмленных, гражда ских и жилых зданий и наивных свай. Приводится ¿лазсификация набивне.ч свай л поканическнп способаи их нзготовлеьия, При пострг°ни

ассификации принимались во внилание только те признаки готовлинйя набивны: свай, которые в конечной итоге оказывает няние на их несущую способность.

Классификация набивных сваЯ по достигаемому от различных кнолог;;ческих операций эффекту приведена на рир. х.

Анализ имею плоя данных позволяет сделать вывод, что из ай гании создаваемых набивных свай наибольшей несущей эсобностыо обладают сваи, отформованные с уплотненней грунта контурной зоне скважины, технология формования которых еспечнаает плотный стабильный контакт на границе "свая-грунт" к в процессе изготовления сваи, так и по его завершению. К кону типу свай относятся вытрапбованные сван, сваи »орновлиные пневиопробойникани и другие.

Основополагающей характеристикой в проектировании ндаиентов является несущая способность сваи. На территории ссни и за рубежом разработаны и применяются различные петоды счета несущей способности свай, данные в табл. X.

Анализ таблицы 1 показывает что во ьсех методиках новспопагаюципн прнзна-айн являются технология изготовления ай н тип грунта, в которой эта овая ра' зтавт. Удельное ковое тренне определяется по нормативный аокуиентак или по зультатап испытания грунта. Однако методики, основанные на ределении С и р не учитывают изменения а тик характеристик в оцессе изготовления сваи.

Такой подход н : дает возможности получить фференцированную оцику несущей способности ..абивних свай от очностных характеристик грунта.

Основное направление работы - исследование процесса рмованна набивных свай пневмопробойникали с целью создания тодикм расчета несущий способности этих свай.

Технология нъготовлеш I таких свай разработана в ИГИ СО Н и заключается в црохо/.ке скважины пневпопробойником, полнении ее полусухой цепентно-паочаной смесью влажностью 8% и последующей проходке пневиот лсойника по заполненной важнне. В результате в грунте образуется конструкция, лалткцая следующими особенностями:

1) на внешней стороне поверхности сваи образуется зона

Без разупрочнения на границе свая-грунт

С разупрочнение« на граница свая- групт

Рис. X Классификация навивных сваи

РИС 2 Пряман и обратная ветви компрессионно^ диаграммы сдвига при различных предварительных нагру^ениях.

Табл.1. Методы Расчета несущей способности набивных свай

тоды расчета сущей способ-сти набивных вай Факторы, определяющие несущую способность набивной сваи

Геолог ичекие услов. Технол. изгот. свай Норпат хар-ки гр-тй . Результаты испыт. грунта

Прес-сиоп проч . х-ки Изиен

иП 1.02.СЗ-85 + + + - -

тод "Франки" + - + - - -

онский стандарт + - + - -

анцуз. методика + + + + - - ,

счет Терцаги 1 - - + -

[Счет свай "СОБ" + + - + + -

ЭД - методы + + - , - +

Табл. 2 Результаты статических ис ытаний заливных и

набивных свая и Расчетов их н_-ушей способности, выполненных по раэличнып пэтодикап

Тип сваи Разпер Несущая спосе .ность сван (кН) полная по боковой ловерхности

Расчетные значения По ре.;-тап статич. испытанн.1

СНиП Метод "фран ки" Япон . станд ФРАНЦУЗ. петод. Пресс 1

Забн вные ЗООх ■ 300 424 Ш" 468 284 285 180 450

Наби виые 200 167 . 5 "89 240 170 135 ~§6 307 262 400

250 253 130 3 4 6. 220 184 120 436 314 520

300 322 146 425 264 236 160 „¿6 377 575 450

уплотненного грунта с физико-пехаиическипн овойствап оуиественно отяичяювдииися от нетронутого грунтового пассива;

2) налмчне плотного контакта наружной поверхнос оболочхи с грунтсп как а процессе «огиованни сван так и по е заверпенн» предотвращает разупрочнение уплотненного ггунта контугной зоне сваи;

3) г иду структурной неоднородности грунтового пассива состава бетонной спеси, сдач ипеет ярко выраж(>нн: вероховатооть, что гарантирует стабильный контакт св и пассиеоп грунта.

Такие сваи нпеют очень широкое припенение и особ Н1 незаменимы при реконструкции зданий и сооружений.

Анализ результатов проведенных статических испытан! набивных сваГ показав, что расчетные значения несун< способности 'таких спай, полученные раэпичныпи петодаиу значительно Ниже фактических (табл.2,. Такое суыественнс различие не пожат быть оВьяс»'^ио в рапках сумествуюмн подходов к расчету несуыей способности набивных свай гк-ребовало поста эвхи следующих задач исследования:

- изучение влияния предварительного нагружеиня грунта н его проч.юстные характеристики;

- научение процессов, происходящих в пасоиве грунт» пр «ориовании наживных саая ;> влияние этих процессов н прочностные характернг гики грунта;

- гаэработху, обоснование и апробацию специальной петодик расчета несумей способности свай, отторгованных пнеенопробонн кипи.

Далее в работе исследовалось влияние предавр-итеяьног обжатия грунта иа изменение е! .> прочностных характеристик.

Качественная закономерность изменения прочностны характеристик грунта пос-е его предварительного об 1ти известна из работ пногих авторов, в . .частности, З.Г Тер-МартиросяНа и М. Хворослева.

В соответствии о разработанной методикой, в ИГЛ СО РАН бы) пгоаедзн хонплехл экспериментов по определьнию реальны; прочностнкх характеристик различных грунтов (супесь, песок, суглинок, клина). Образцы грунтос подвергалис:

»едварительному обжатию давлениями 700, 1000, 1500, 3000 и 100 кПа. На рис. 2 чриведена характерная картина результатов :сперицентальных исследований, выполненных, на песковидной цовяащной лросадочной супеси.

Анализ зависимостей, приведенных на рис.2, и -нелогичных I, полученных "ля различных категорий типичных грунтов, ■явил, что прямолинейность разгрузочной ветви наруиается шинаа о величин уплотнявших давлений pQ порядка 1000 - 1500 1а. При этой ее искривление в сторону уменьшения х становится шетнып при величинах пригрузки (нормального давления при 'езе), не превышающих 200-400 кПа.

Таким образон, можно констатировать, что для исследуемых шов грунтов предельные величины ро> при которых разгрузочная :тьь сохраняет niлиолинейность и, следовательно, скелет .рунта ;тается неразрушенным, имеют значения не выше 1000 - 1500 кПа. 1едовательно, зная результаты испытаний грунта,например, при

= 1000 гЛа и считая, что величина а при уменьшении р i ri * о

шеняется весьма незначительно, можно сделать пересчет >лученных значений с дп i других значений ро> при которых не ■рукается прямолинейность разгрузочной ветви.

Этот вывод дал основание ограничиться детальным изучением шененип прочностных характеристик грунта при его ■едварительном уплотнении одним значениен pQ = 1000 кПа, так IK прямолинейность разгрузочной ветви при та~он давлении >зволяет путем ее параллегьного переноса делать геометрический ■рерасчет п^очностны.. характеристик на ел; гаи с другими

¡личинами давлений предварительного обжатия р .

о

численные значения прочностных характеристик и их ¡менение в результате предварительного обжатия, 'а также нх ¡отношения приведены - таблице 3. Пробы грунт? были отобра..ы i восьми различных полиго! 1х Новосибирской области. В первых зух колонках таблицы привел ны значения углов внутреннего >ения в естественном состоянии и предварительно уплотненных .влениен рц = 1000 кПа. В третьей - значения Д = <р - f ¡менение угла внутреннего грения , где - угол внутрег iero >ения грунта в естественном состоянии,^ - угол внутреннего >е ия гранта, предварительно обжатого давлением 100^ х(1а. В

Табл. 3. Исходные, реальные и расчетные характеристики грунта после уплотнения.

Угол внутр. трения ,град Упеньш КоэФМциент сцепления кПа Ошибка расчета

исходи. реальн исход реалн расчет.

19.3 17 .2 2,12 15 56 60 6.5

Х9.6 16.9 2.67 11 64 56 -11.5

14. 6 17 .2 2.45 20 65 66 0.2

22.0 19.8 2.18 19 63 67 г 6

23.2 20.9 2.25. 17 66 66 - 0.7

2-1.1 21.8 2.33 28 76 79 3.7

28.7 26. . 2. 65 18 77 76 -1.5

29. 4 26.8 2.59 2 63 61 -3.2

30. 6 28.2 2.43 8 63 69 9.8

30.7 28.1 2.62 11 71 73 1.9

32.5 29.0 2.. 50 20 79 82 3.9

: .о 29.4 2.55 10 70 74 6.3

32.1 29.1 2.99 3 74 67 8.7

2.49 Средни» значения 5.0

Табл.4. Удельная несущая способность гзай, получение! различный» петодапи и ст»тическипи испытаниями

И!

м-

и£Й

ОД»

§11П

Удельная не^^ая способность сваи

сАой

"*-чг— сЛоП

Ш7

ь ■=

5 п

388*

200 250

ЛОР 210

. . Расчетные значения Ре; !?

СНйТГ &8ИЯ 8118Й МЙ?ЙЯ Й1*

33.2 30.0 30.0 - 37 5

33.2 54. С 30.0 75.0 75.0 81 6

33.2 54.0 30.0 75 * 77.0 85 1

33.2 54.0 30.0 75.0 78.0 95 5

44.2 67.0 -.0.0 115.0 100 .0 94 0

1 к = 0.027 Ь = 1.772

! 1

О 0 0 в»

|

А—.- |

о.о д.в 1е.о 15.а го.о - 25.0 зе.о 35.0 «.в «.в <с0'

3 Линейная апроксимация зависимости Д от исходного значения угла внутреннего трения.

С1 (расчет), »"а

е 10 20 30 10 5р 66 70 ВО 96 С1, кЛа

I Сравнение расчетййх и экспериментальны/ значений реального сцепления различных грунтов.

о

четвертой, Пятой . и шестой колонках таблицы представле!

значения оцеплений грунтов в естественной состоянии сд

предварительно уплотненных давление» 1000 кПа (с.

1 в

акспернпент, с - расчет). Методика определения с приведе)

I р 1 •

ниже. В последней колонке таблицы даны значения относительно!

отклонения расчетных значений с от аксперипентальных дайн!

(б = (с - с )/с -100%). 1а 1а

Анализ численных данных, полученных в Результат вынеописанних экспериментов, дает основание пола ать, 41 несмотря на достаточно широкое представительство различнь типов исследованных грунтов, в соотношениях их параие-ро« взятых г естественноп ооотоянии и после предва*итеяьиот уплотнения, присутствуют общие закономерности. В первую очере/ это касается величины изменения угла внутреннего трения пос; ег- уплотнения сжилаюципи нагрузками.

В таблице 3 представлен систематизированный матери, испытаний грунтов диапазоном вариации исходного коэ»1ициент сцепления от 2 хПа у песка до 26 кПа у суглинка п> пответствуюцей вариации угла Внутреннего треиия от 32° до 19е Как показано в третьей колонке таблицы, величина I характг-иэуюиая упеньиение угка внутреннего трения грунт поел., е; > уплотнения, изменялась в диапазоне от 2° до 3°. I рис.3 представлена линейная аппроксимация завнсипог и Д с

(Л = к-р +_ Ь, где к = 0,027,Ь = 1,77;, со среднип отклонени«

экспериментальных данных 6,48%.' Низкое значение коэ'мициен

корреляции (Кг - 0,59) свидетельствует о слабо выражение

пропорциональности изменения А с увеличением р , Это означае1

о

что' аппроксимация численных лначеиик Л (для данного диапазо»

изменения е ) также иожет быть вып' лнена путем простог о

определения их срй днва.ри*метического значения л . Среди«

И»

отклонение аксперипентальных данных от Л ,. равное в даннс

о ,р

случав 2,5 , составляет 7,5%, что однако к аналогнчног

показателю линейной аппроксимации. Такой раэорос, допустккы«

ахспернпентжх даже с одним и теп же грунтоп, позволяет сделан

вывод о • юьпа слабой иэпенчивости величины А для чсследованнь

разновидностей песчаных и пыяевато-глинистых грунтов, типичнь

. - 15 -

д! i Новосибирского региона. Однако для грунтов оо значвнняни

■> , выходятипи за ранки предотавленного здесь диапазона (19°*

о

es 32 ), о.клонение Д от его среднего значения пожвт оказаться *о

уже суиеотвеиныя и использование л..нейноЯ апп. оксчгуции чипа Д*

к® + Ь становится необходи>шп. •о

Гакип овразон, если считать, Что значение величины Д ная

известно (как функция от или константа для данного типа

г>- нтов) то, пользуясь пряполинейнг-тыо п. яной и овратой ветвей

сдвиговой днагроппы, пьжно предсказать реальну» величину

ко?мит">итг. сцепления интереоуюиего нао грунта посла лго

уплотнения внешнип давлеииеп р .

Зная - исходны« характеристики С i. в интереоуяаего нао

о о

грунта, исходя из геоиетрических соображений ложно получить следующее соотнопенис

Ct = Со + Vte4-<1 + 4«Ч>

В таблице 3 ир.твеяепы Результаты расчетов по «орнула (1), выпо;..|-нных для азличных типов т-рунтов,' - использованием ли"ейной зависипооти

Л ■ H Ь (2)

где к = 0,027, Ь = ""1777. СРвпиве откяонение расчетных значений Oj от истинных составило 5V

На рис.4 дана графическая интерпретация сравнения эксперипентальных' и расчетных значений коэффициента сцеплени* грунта С » наглядно денонстри:/ющая с гпень адекватности предложенного подхода к реиению поставленной задачи.

Воз^раиаясь к -таблице 3, необходипо отпятить, что при относительно большой разбросе нсхо-ных данных коэффициента оцепления для представленных здгсь грунте (от 2 до 28 кПа) его реальные значения при уплотняющее давлении 1000 йПа варьируют в диапазоне от 56 до 79 хПа с ра-эбросоп 17 - 18%. Этот факт свидетельствует о наличии тенденции к унификации прочности песчаных и пылевато-глннистых грунтов на ct>e3 пр" уплотнении ьнеинипи нагрузкани. Чеп интенсивнее -'плотняюиая нагрузка, теи

ЛИГ

- 1С -

Меньио будет заметна разница между величинами оцепления грунтов, подвергшихся уплотнении с различными исходными х»рактеристикани. В этой ситуации особую роль приобретает ■торой параметр - угол внутреннего трения, который и будет определявшим при сравнительной оценке функциональной прочности того или иного грунча.

Из выыепредотавленных результатов исследований с очевидность» следует, что, оценивая несущую способность ГГУНТовых оснований в каждом конкретной случае, необходимо пользоваться из паспортными (исходными) характеристиками грунта, а его , реальными прочностными параметрами С^ и р , определяемыми о учетом внешних Факторов нагруженця

эавнеинрзтямн типа (1) и (2).

Как следует из вышеизложенного, сановным фактором, определяющим изменение прочностных характер -зтик грунта С и (й является величина уплотняющего грунт давления, отражающая историю его нагружения.

При движении пнеьмопробойника в массиве грунта происходит перераспределение частиц грунта и их перемещение преимущественно в радиальном направлении. Давление, приводящее К необратимым деформациям грунта, т.е. его уплотнению, по своей величине сопоставимо с прессиометрическнм давлением р .

Величина р может сыть определена либо путем прямых измерений с помощью лрессиометра, либо путем георегических оценок.

Поскольку не воегда возможно получить данные по преосиометрии, то особое значение приобретают методы численных оценок. Ниже пр|.. одится один из такн.: методов.

С целью формализации описания про1^сса расширения полости прц формовании набивных свай примем следующие допущения:

грунт считается несжимаемым, пока давчеиие в нем вызванное циклическими ударными нагрузками, не достигнет некоторого критического давления р^; при i г р^ происходит необратимая деформация гчатия, ¡ич которой рлотность грунта скэчкои меняется от величины рц до р ; за ¿роцгом так называемой "волны упаковки" гру^т ведет себя как несжимаемое пластически деформируемое тело;

N..

° . 2

'ис.5 Расчетная схема уплотнения грунта.

4.0

3.0

2.0

1.0

0 I 2 3 4 5 6 7 .8 9 10

1 - перенещение грунта при статическом режиме внедрения

пмевмопробойника.

2 - перемещение грунта при динамическом режиме внепрения

пневмопробойни' э.

РИС б Зависимость перемещения грунта от расстояния до оси скважины

/

6(мм)

к 1_

■а-ч

1

- в процессе уплотнения и деформирование грунта его частиц перемещаются а плоокоотях, перпендикулярных оси сваи.

Тогда процесс расширения цилиндрической т.лости, сопровождающийся циклическим yi ютнениеп грунтового пассива в контурной зона скважины, пожет быть проиллюстрирован схепой, лредставлен-ной на рно. 5.

Величина давления pQ, прил женного к стенкам полости радикса R и обеспечивающего ее расширение, находится из ремения систепы уравнений, описывающих iавновесное состояние яаооива о нагруженной изнутри полостью:

do а - о. д-— +--— =0 - уравнение равновесия

6-R 2 = R 2 - уравнение неразрывности (3)

V о

о„ - а - k - mío + о.) - условие пластичност,i я х га

о граничныпи условиями: = р при г = R, и о = г при г = R ,

хг о о l * ф

где

к = 2c cos(j, m = ein^i, 0=1- PQ/P

6 - величина объемного уплотнения грунта;

р - исходная i ютнооть грунта;

р^- плотность грунта в уплотненней зоне;

с - сцепяе! ie грунта в уплотненной области,

р - угол внутреннего трения;

Rq - радиус полости;

R - радиус фронта уплотнения, ф

I .ценив системы (3) приводит к : зкомону выражению для оценки величины pQ '

р0 ■ Р^е-"1*"' + ^-[е-"1«1- ^ (4)

Использование этой формулы предполагает знание численных значений величин р'^, в, ]. н го обоснование и порядок определения которых приводится в диссертаци.,.

Значительная часть работы noct щена эксперипентапьным исследованиям напряжений 1. деформаций в грунте при формовании свай пиевмопробойииками.

Разработан стенд, для определения напряжений и nepeneueh.iA » грунте, схепа и методика проведения экопернпентов на этой )тенде, а также результаты анализа экспернлвнтально шределенных перенеиет..! iрунта и уплотниюиич давления, юэнихаюиих в грунте при ♦орповании набирных свай пневнопробой-гикали. На рнс.б изображен сводный график зависимостей герелеыення грунта относительно расстояния до оси скважины _ ■ 15 пл. На рнс.7 - график изменения значений напряжений в 1ависипости от расстояния лежду носовой часть» пневпопробойпкк» I горизонтальной плоскость» раэпеиення датчиков (статика и |ингиика). Датчики устанавли] ¡лнсь расстоянии а O.IR^ от оси бразуелой скважины. В статиче-ком режии». внеляения давление в рунте достигало величин порядка 850 хПа, в динамическом - 680 Па. Анализ проведен! ¡х экспернпег~ов н детальное изучение олученных результатов далн осчование сд.елать l .едуюине выводи:

1. '.ерегемения грунта на различных расстояниях от оси КЭЧИН.1Ы при статическом внедрении пневпопробоиника в 1,5 - 2,0 аэа выие, чеп при динапическоп. При эт п зона переяемений осле огчого лрохо» л пнеЕпог..обййнип в массиве грунта для та-мческого внедрения равна (16 -17) а для динамического -14 - 15) R^. Это подтверждает теоретические оценки pajnepoe он деформации для динамического нагружения,принятые гри азработке новом пето...же Расчета для грунтов с укаэанныли выие рочностныли и фиэихо-леханнчесгини характеристиками. ' При говедонии экспериментальных исследований по определение ерелелений грунт испол- човолнсь инднкаторы Расового типа с очность» измерения 0.01 лп.

2. Величина относительного объ иного, уплотнения грунта при

инапическол Ьнвдреиии рабочего органа на расстояниях более

5 R от оси ск^а' шы близка к 0. о

3. Напряжение в грунте по пере приближения пневлопробой-кка к датчику давления (и^оледу^той точке грунтового пассива) арастает волнообразно в динапическоп режиле внедрения, что эжет быть объяснено циклнчно-повторяющилися сдвигали грунта ри ударнс-поступательнол движении пневпопробойника.

4. Значения напряжений при внедрении пневпопРоРойниика в з^сив в статической режнпе выше, чел - динапическоп, при этол

к Па

го

300

РИС 7

1.0 г.о

1 - в динамическом режиме 2-е статическом режиме

Ыменоние напряжений в зависимости от расстоян^ до оси скважины (после одного прохода)

апрякения на расстояниях около от оси скважины близки к 0. чевидцо, что несоответствие зоны напряжений (а* 3 R^) и зонн е^ориаций (а 15 R^) связано о различной отепе^ьч увствителыюсти датчиков давления и перемещений.

5. Проведенные эксперименты позволили - iличественно „ред.зпцть величину уплотняющего давления, возникающего fia ранице "свая-грунт" при формовании свай пневмопробойникани. 1лц насыпного грунта (CQ= кПа, <рп= 19°, pQ = г/см3) в

¡тати^еском pewi..ie уплотняющее давление р(1 составило 870 Xjla, в ¡инамнческом - 680 £Па, В естественном грунте (с0= 20 кПч,<ро= 0°, ро= 1>М г/см3) при динамическом внедрении пневпопро-Ойцнка уплотняют е давление достигало 1200 кПа.

Такич образом, проведенные экспериментальные исследования .одтвердили теоретически i предположения о размер . зоны ¡еформацич и величине уплотняющего давления, сделаннче при •азраЦотке новой яетодики расчета несуще.! способности чэбичнцх :ваЧ, отформованных пневмопро'Зойоиканц.

Заключительная часть работи посвящена описанию специальной егодики расчета несущей способности набивных свай, тформованных пневмопробойникаил.

Как известно, несущая способность F свай любых конструкций

:кладиаается из двух компонентов:

F. = F6 + Fn , (5)

■де F., - несущая способность сваи по боковой поверхности»

о

F - иесуЦая способность сваи под основанием, л

Поскольку механизм лобового сопротивления сваи F^

|рц воздействии на нее вертикальной нагрузки практически не

I а в и с и т от типа и конструктивной ^обенности свай, то расчет

южно проводить по стандартным методикам, например, по

■езультатап статического или динамического зондировании.

Однако возможен другой путь определения F - теоретичьская

л

¡ценка. Беря за основу решение А.Я.Сагононяна о внедрении в ■рунт жесткого тела, получена Формула для удельного .(обового ;опротнвления сваи

1 +■ tg4» ctg(л/4 - <f/2) Гл = Sn po"ï~"tg?:tgîi74"~i>/2T" ' 16

гл* - пресснометрическое давление на глубине оснований сван;

8_ - площадь сечения основания сваи; л

р - угол внутреннего трения грунте..

Перейден теперь основнппу аспекту излагаемого метода

1=аоч«та набивных свай - определению их несущей сп ообности по

боковой поверхности F., о

При воздействии на сваю вертикальной вдавливающей нагрузки, примыкак ий к ее боковой поверхности грунт находится в сложном напряженном состоянии (рис.8). С о/,ной стороны, >-н находится пом воздействием боковых сжинающих напряжений р^, обусловленных гравитационными силами

Р = (jpgli, (7)

U

. де ß - (7(1 + р) , t> - коз«»нчиент Пуассона; ¡1 - плотнооть грунта; h - текущей значение глубины; д - rpaei тационное усконеш С другой стороны, г;унт, примыкающий к боковой поверхности сван, подвержен сдвиговым напряжениям г, вызванным вертикальной вдавливающей напуэкой F.

Когда величина г достигает ' екоторого критичеокога значении, пронсхпнт срез грунта по исковой поверхности сваи. В общем случае выражение дня предельной несущей способности сваи по боковой поверхности записывается а ьиде

F6 = / i,(h)dh, (8)

где р - периметр сван,

с

- глубина нижнего конца caai т (h) - удельное сопротивление грунта срезу по боковой поверхности на глубине h.

Как функция глубины, величина i опре, ;ляется и.:иестной зависимостью

с = с, + Р ■ (9)

в 1 h

где с( - оцепление грунта.

В результате теоретических )юследова1..1й, ПРедстаЕ этшх во II и III главах настоящей работр.-р определяется формулой (4),

а с^- ьш-алением (1).

Таким образом, предлагавшей подход позволяет определит* се необходимые величины для расчета неоуией.способности сван.

Ипя ат-обнрованич предлагаемой методики рассматривается асчет несущей способности оваи, статнчеок,. испытание.I на олигоне ИГ)] СО РАН, а •. акже анализ результатов сравнения есуией способности набивных свай, полученных различными етодами расчета.

Значения удельной несущей способности свай, определенные юсредствон различных методик и о помощью статически* испытания 1РИ- 5ден: в таблице 4, В дополнение к »тому, еде ан равиителышй анализ зйытан1..| свай, отформованных

шевполРобоЯннком на полигоне -»онтенвпо з Франции.

Анализ приведенной таблицы позволяет сделать вывод о гон, (то наиболее близким к реальным значениях удельной несущей способности набивных свай чо боковой пов1 хности являются > очетиь.а значения, полученные посредством французской методики < петоднки Расчета, разработанной ьатором. Однако, предлагаема!. 1етодика дает возможность бог е точно определить несуку» ;посое> )сть свай, отформов иных е грунте, т,х. позволяет то учить дифференцированную оценку удель"ой несущей способности зваи по боковой поверхности в зависимости от про юотных характеристик грунта.

Из таблицы 4 в, цно, что удельная несущая лособность сваи, определенная по предложенной методике, близка : реальной и в 2 3 Раза вьше нспользуечоЯ методики расчета по СНиПу 2.02.03-85. Т кое суп-ственное различйе определяет экономический эффект от внедрения данной методики в практик,-проектирования фундаментов. Использование п едлагаемой иетодики повлечет за собой существенное сокращение трудо- и анергозатрат, сократит расход м&.ериалов, сроки строительства и стоимость возводимых Фундаментов.

В работе такжь приведен расчет экоь мического эффекта от вчедрення прэдлагаомоя методики в производство.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертации предложено новое решение актуальной проблемы, заключающееся в Результатах исследования

научной несущей

способности набивных спай, отформованных пиевпопгобойннкапн, газгаВотке и обосновании специальной методики гасчета несущей способности .аких свай. Основные выводы, научные и практические результаты, полученные в работ.-, сгодятся к следующему:

1. Установлен 1рактер изменения прочностных характеристик грунта при его предварительном уплотнении сжипаюшипи наггуэкам.!. Пги этой коэффициент сцепления грунта может возрастать в Несколько раз, а угол внуттсинего трения упеньиается на 2 - 3 .

2. Показано, что нисходящая (разгрузочная) ветвь диаграммы испытаний грунта на срез сохраняет прямолинейность пгн величинах давления предварительного наггужееия не превыиающих 1!;о0 - 1500 кПа. Пги более высоких давлениях происходит резкое иск"ив.;1'-нив разгрузочной ветви в сторону уменьшения значений усилий среза.

3. Предложена зависимость изл"нени4 величины коэффициента сцишення предварительно уппс немного грунта от исходных значений прочностных характеристик грунта и величине давления его предварительного обжатия.

4. В результате стендовых исследований напгяменно-дефо 1ированного состояния грунта пги Форповамин набивных овай с попомыо пнепяопрог. пника сделаны сценки величин давления; возникающего на границе расиигяемой полости, «'азиегов зоны уплотнек я грунта и значений интегральной характеристики е:о обьепного сжатия, кот рая варьирует в пределах 0,003 -0.007

5. Получена теоретическая оценка вепи"чны давлении, действующего на ггаж.це расширяющейся грунтовой полости при формовании набивных свай с помощью пневпопробойников, кЬк •ункш.я фнэико-леханическнх характеристик грунта.

6. Разработана методика расчета несущей способности набивных свай, основан ая на дифференцированной ценке сцепления грунта по боково. поверхности сваи, учитывающей условия его нагружения при расш.р*»»* гвунтовой полости.

Публикации по тепе Д1 сертагни: 1. Ткачук А.К. О несукей способности отфо-чюванных виороударнып опоообоп, В сб

набивных свай. Виброударные

(pou=ccu в с .-чштельнои производстве, СО АН СССР ИГИ, 1оёоси6ирсе, 1986

2. Григоращенко A.B., Исакос A.J1., Рей«нсов Ю.Б., Ткачу* L.K., Определение несущей способности свай, отформованных в •рунте пчевноиробойникапи, 1989,Препринт N30

3. Исаков .Л., Ткачук .4.К., Об определении реальных 1Рэчностних характеристик уплотненных грунтов, ФТПРПИ, 1995, ИЗ

4. A.c. II 1578653. Способ испытания образцов грунта (Цсакоь I.H., Ггнгораценко A.B., Рейфисоа Ю.Б., Ткачук А.К.), Опубл.в ill, ] 987 ,(126.

5. A.c. N 2677180. Способ изготовление набивной ¡рпироваиной сваи (Григоращанко А.В.,Ткачук А.К. и др.).

b. A.c. II 173053. Стенд для исследования напр^иенно-; сформированного состояния грунта при образовании _кважин Ткачук А.К. и др.). Опубл. а БИ, 1992, IU6.

3.^24. т 100 экз. .' лчать офсетиач. 11ГАС.