УДК 624.154

РАСЧЕТ ОСАДКИ СВАЙ В ПРОБИТОЙ СКВАЖИНЕ С УЧЕТОМ НЕЛИНЕЙНОСТИ

Глухова Мария Вячеславовна1, Галова Юлия Сергеевна2, Грачева Юлия Вячеславовна3
1Пензенский государственный университет архитектуры и строительства, аспирант кафедры геотехники и дорожного строительства
2Пензенский государственный университет архитектуры и строительства, аспирант кафедры геотехники и дорожного строительства
3Пензенский государственный университет архитектуры и строительства, кандидат технических наук, доцент кафедры геотехники и дорожного строительства

Аннотация
В работе авторы излагают методику расчета осадки свай в пробитых скважинах за пределами линейной зависимости осадки от давления под уширением.

Ключевые слова: грунтовое основание, несущая способность, пробитые скважины, просадочные грунты, расчет осадки, расчетные значения грунтов, фундаменты


CALCULATION RAINFALL OF PILES IN THE PUNCHED WELL TAKING INTO ACCOUNT NONLINEARITY

Glukhovа Maria Vjacheslavovna1, Galova Yulia Sergeyevna2, Gracheva Julia Vjacheslavovna3
1Penza State University of Architecture and Construction, graduate student of department of geotechnics and road construction
2Penza State University of Architecture and Construction, graduate student of department of geotechnics and road construction
3Penza State University of Architecture and Construction, сandidate of Technical Sciences, associate professor of geotechnics and road construction

Abstract
In work authors state a calculation procedure rainfall of piles in the punched wells outside linear dependence rainfall from pressure under broadening.

Keywords: bases, bearing ability, calculated values of soil, calculation rainfall, collapsible soil, punched wells, soil basis


Рубрика: 05.00.00 ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ

Библиографическая ссылка на статью:
Глухова М.В., Галова Ю.С., Грачева Ю.В. Расчет осадки свай в пробитой скважине с учетом нелинейности // Современные научные исследования и инновации. 2015. № 2. Ч. 2 [Электронный ресурс]. URL: http://web.snauka.ru/issues/2015/02/46908 (дата обращения: 29.09.2017).

В последние годы расширилось применение в практике строительства свай в пробитых скважинах (СПС), что обусловлено сравнительно несложной и одновременно гибкой технологией их устройства, а также увеличением парка строительных механизмов большой грузоподъемности. 
При устройстве таких фундаментов скважина втрамбовывается с помощью инвентарной трамбовки, осуществляющей свободное падение с высоты 3÷5 м. Применяемые в настоящее время трамбовки имеют длину от 1,5 до 7 м и массу 3÷7 т.
В качестве базовых механизмов используются краны-экскаваторы, тракторы с навесным оборудованием и подъемные краны.
Сваи в пробитых скважинах с уширенным основанием выполняются удлиненными с использованием трамбовок с квадратным, шестигранным или круглым сечениями. Технологическая последовательность устройства данного фундамента включает: процесс втрамбовывания скважины, порционное втрамбовывание жесткой смеси и бетонирование. Наличие уширения способствует повышению несущей способности фундамента. В процессе пробивки скважины и на этапе втрамбовывания щебня вокруг скважины и под уширением формируются уплотненные области грунта с улучшенными свойствами. Особенно значительно, а именно в 2-3 раза, увеличивается модуль деформации грунтового основания под уширением. Поэтому, несмотря на значительную величину давления на грунт под подошвой уширения, порядка Р=1000÷3000 кПа, расчетные осадки укладываются в допустимые значения при расчете фундаментов по второй группе предельных состояний.
Существующие в настоящее время методы осадки СПС базируются на схеме грунтового основания в виде линейно-деформируемого полупространства. Однако, при этом игнорируется обеспечение условия, что давление под подошвой фундамента (уширения) не должно превышать расчетного сопротивления грунта. Последний должен определяться по формуле (5.7) [4].
В настоящей работе авторы излагают методику расчета осадки СПС за пределами линейной зависимости осадки от давления под уширением. По мнению такой подход наиболее достоверен.
Указанное техническое решение дается на примере фундамента под колонну производственно-складского корпуса. Расчетная вертикальная нагрузка в уровне обреза фундамента составляет N1 = 2100 kH. Площадка строительства представлена сложными инженерно-геологическими условиями (табл.1).

Таблица 1 – Расчетные значения показателей грунтов
Инженерно-геологический элемент и его номер
ИГЭ-1
Суглинок просадочный
ИГЭ-2
Супесь
просадочный
ИГЭ-3
Суглинок
непросадочный
ИГЭ-4
Песок
мелкий
1
3
4
5
6
Природная влажность, %
Нормативное значение
10
7
13
4
Плотность при природной влажности, г/см3
J-0,85
1,69
1,72
1,81
1,70
J-0,95
1,68
1,70
1,79
1,69
Плотность в сухом состоянииd, г/см3
Нормативное значение
1,56
1,63
1,62
1,64
Плотность частиц грунта, г/см3
Нормативное значение
2,72
2,71
2,72
2,66
Коэффициент пористости, д.ед.
Нормативное значение
0,74
0,66
0,68
0,63
Показатель текучести д. ед.
Нормативное значение
0,50
0,97
0,45
-
Удельное сцепление С, кПа
X
12
6
14
2
J-0,85
10
5
13
2
J-0,95
9
4
13
1
Угол внутреннего трения, град
X
24
25
24
32
J-0,85
23
24
24
32
J-0,95
22
23
18
29
Модуль деформации Е, МПа
17
19
12
28
Толщина слоя, м
4
4
4
>12

Исследуемый участок расположен в зоне распространения просадочных грунтов и все отобранные монолиты из суглинков и супесей были испытаны на просадочность. Из полученных результатов следует, что суглинки ИГЭ-1 и супеси ИГЭ-2, залегающие до глубины 7,7÷9,0 м от поверхности земли обладают просадочными свойствами.
Для устройства СПС принята трамбовка круглого поперечного сечения. Диаметр трамбовки понизу равен 630 мм, поверху – 800 мм. Боковые поверхности трамбовки выполняются с уклоном i=0,025, высота острия h1=315 мм. Пробивка скважины производится на глубину 6 м с образованием уширения из жесткого материала (щебня). 
Для ИГЭ-3 имеем плотность скелета грунта d=1,62 т/м3. Фундамент в пробитой скважине проектируем с уширенным основанием. Форму уширения для глинистого грунта с d=1,62 > d =1,6 и Sr=0,52 < 0,7 принимаем в виде шара (hbr=rbr). Диаметр уширения из щебня принимаем равным удвоенному произведению стороны нижнего сечения фундамента, т.е. dbr=2dн=20,63=1,26 м; радиус уширения rbr=0,63 м. Объем втрамбованного щебня
Несущую способность сваи в пробитой скважине с уширенным основанием на вертикальную нагрузку определяем как наименьшее из значений несущей способности (рис. 1):
- фундамента по жесткому материалу, втрамбованному в дно котлована, по формуле (161) [2];
- грунта в пределах уплотненной зоны по формуле (162) [2];
- грунта природного сложения, подстилающего уплотненную зону по формуле (163) [2].
Среднее значение плотности сухого грунта в пределах уплотненной зоны в слое суглинка твердого (ИГЭ-2) определяем по формуле

 , (1)

где sr- степень влажности уплотненного грунта, принимаемая 0,9;
s - плотность минеральных частиц суглинка твердого (ИГЭ-2), равная 2,72 т/м3;
w - плотность воды, равная 1,0 т/м3;
w - природная влажность грунта в д.е., равная 0,13
При этих данных получим  т/м3
По значению d,s находим радиус уплотненной зоны по формуле (159) [2]:

. (2)

Находим площади опасных расчетных сечений:
- по жесткому материалу площадь А, м2, нижнего сечения фундамента:

; (3)

- по грунту в пределах уплотненной зоны площадь Аbr, м2, уширенного основания из жесткого материала в его наибольшем сечении:

; (4)

Вычислим несущую способность фундамента Ff1, по жесткому материалу, втрамбованному в дно котлована:

. (5)

Найдем несущую способность фундамента Ff2 по несущей способности уплотненного слоя суглинка твердого, непросадочного (ИГЭ-3).
Расчёт по грунту уплотнёной зоны ведем как для забивной сваи 
Несущая способность определяется по формуле:

Fd = γc[RA + Shi(uifi)], (6)

где все обозначения согласно [1].
u = 3,14 · 0,63 = 1,98 м, h = 1,5 м,
для глубины 10,5 м и IL= 0,4: R = 2400 кПа
для глубины 9 м и IL= 0,4: f1 = 33,5 кПа

Fd = 1·2400·1,25 + 1,5·1,98·33,5 = 3000 +99,5 = 3100 кН

Определяем расчетно-допускаемую нагрузку

Проверяем условие, что расчетная нагрузка N1 не превышает расчетно-допускаемой NР.Д.: N1 = 2100 кН < NР.Д. = 2215 кН.
Расчет фундаментов по деформациям основания (вторая группа предельных состояний) следует вести с учетом расчетных нагрузок с коэффициентом перегрузки равным 1,0. В данном примере для упрощения указанная нагрузка составит

Найдем давление под подошвой фундамента

 (8)

Характеристики грунта уплотненной зоны:
fII=20°; СII=19,5 кПа; γII=1,9 т/м3.
Находим расчетное сопротивление грунта с учетом уплотнения

. (11)

Все обозначения согласно [3] и принимаются равными
γс1=1,2; γс2=1,1; Мγ = 0,51; Мq = 3,06; Мс = 5,66.

Ry = 1,2·1,1·(0,51·1,0·1,26·17,5+3,06·10,5·16,8+5,66·19,5) = 874 кПа

Находим предельное сопротивление грунтового основания

Все обозначения согласно [3] и принимаются равными

N =2,88; Nq =6,4; Nc =14,84; d =10,5; ɛ = 0,75; ɛq = 2,25; ɛc =1,3
PU = 2,88·1,26·0,75·17,5+6,4·10,5·2,25·16,8+14,84·1,3·19,5 = 2371 кПа

Таким образом, предельное сопротивление уплотненного грунта под уширением составляет Pu=2371 кПа.
Определяем расчетно-допускаемое давление под уширением

Проверяем условие R< PII < PР.Д., т.е. Rу = 874 < PII = 1670 < Pр.д. = 1855 кПа.
В соответствии с рекомендациями [2] найдем значение осадки при PII = R= 874 кПа исходя из схемы работы грунтового основания в виде линейно-деформируемого полупространства.
Осадка определяется традиционным методом послойного суммирования и составляет S= 41,6 мм, указанное значение значительно меньше предельно-рекомендуемых деформаций основания S= 120 мм. 
В диапазоне давлений от 874 кПа до 1670 кПа осадка вычисляется с учетом нелинейности

S=SR·КН (12)

где, КН - коэффициент нелинейности, который определяется по формуле

Тогда общая осадка составляет

S = SR ·KH = 41,6·2,44 = 101,5 мм
S < SU

Выводы:
Учет нелинейной зависимости осадки от нагрузки позволяет существенно приблизить расчетную схему грунтового основания к реальному процессу взаимодействия свай в пробитых скважинах с уширением и уплотненного грунтового основания.
В грунтах средней сжимаемости (Е=5,0÷15,0 МПа) располагающихся в активной зоне сжатия основания авторы считают обязательный учет нелинейности при расчете осадок.
В ряде случаев указанный расчет оказывается определяющим при выборе параметров свай в пробитых скважинах с уширением.


Библиографический список
  1. СП (Свод правил): 50-102-2003.      Проектирование и устройство оснований и фундаментов зданий и сооружений.      М.: Госстрой. 2004.
  2. Пособие к СНиП 2.02.01-83 по проектированию оснований зданий и сооружений. -М., Госстрой. СССР. 1986.
  3. СНиП 2.02.01-83*.  Основания зданий и сооружений. – М., 2011.
  4. СП (Свод правил): 50-101-2004.      Проектирование и устройство оснований и фундаментов зданий и сооружений.      М.: Госстрой. 2005.


Все статьи автора «Грачева Юлия Вячеславовна»


© Если вы обнаружили нарушение авторских или смежных прав, пожалуйста, незамедлительно сообщите нам об этом по электронной почте или через форму обратной связи.

Связь с автором (комментарии/рецензии к статье)

Оставить комментарий

Вы должны авторизоваться, чтобы оставить комментарий.

Если Вы еще не зарегистрированы на сайте, то Вам необходимо зарегистрироваться: