УДК 624.154

МОДЕРНИЗАЦИЯ МЕТОДА РАСЧЕТА НЕСУЩЕЙ СПОСОБНОСТИ СВАЙ В ПРОБИТЫХ СКВАЖИНАХ С УШИРЕНИЕМ

Глухов Вячеслав Сергеевич1, Хрянина Ольга Викторовна2, Глухова Мария Вячеславовна3
1Пензенский государственный университет архитектуры и строительства, кандидат технических наук, доцент кафедры геотехники и дорожного строительства
2Пензенский государственный университет архитектуры и строительства, кандидат технических наук, доцент кафедры геотехники и дорожного строительства
3Пензенский государственный университет архитектуры и строительства, Аспирант кафедры геотехники и дорожного строительства

Аннотация
В работе рассмотрен усовершенствованный метод расчета несущей способности свай в пробитых скважинах с уширением. Такой подход к проектированию отражает реальные условия взаимодействия данных свай с грунтовым основанием.

Ключевые слова: несущая способность, сваи в пробитых скважинах, уплотненная зона


MODERNIZATION OF THE METHOD OF CALCULATION THE BEARING CAPACITY OF PILES IN THE RAMMED HOLES WITH THE BROADENING

Glukhov Vyacheslav Sergeevich1, Hryanina Olga Viktorovna2, Glukhova Mariya Vyacheslavovna3
1Penza state University of architecture and construction, Candidate of Technical Sciences, Assistant professor of geotechnics and road construction
2Penza state University of architecture and construction, Candidate of Technical Sciences, Assistant professor of geotechnics and road construction
3Penza state University of architecture and construction, Graduate student of department of geotechnics and road construction

Abstract
In the acticle presents an improved method for calculating the bearing capacity of piles in the rammed holes with broadening. This approach to calculation reflects the real conditions of interaction these piles and soil foundation.

Keywords: bearing capacity, compacted area, piles in the rammed holes


Рубрика: 05.00.00 ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ

Библиографическая ссылка на статью:
Глухов В.С., Хрянина О.В., Глухова М.В. Модернизация метода расчета несущей способности свай в пробитых скважинах с уширением // Современные научные исследования и инновации. 2015. № 3. Ч. 1 [Электронный ресурс]. URL: http://web.snauka.ru/issues/2015/03/50633 (дата обращения: 03.06.2017).

В последнее время в фундаментостроении сформировалось и успешно развивается направление – устройство фундаментов в уплотненном грунте. Одним из перспективных видов таких фундаментов считаются сваи в пробитых скважинах с уширением (СПС) [1, 2, 3]. Характерной особенностью таких свай является формирование вокруг последней значительной по объему зоны уплотненного грунта с улучшенными строительными свойствами [4, 5, 6, 7, 8]. В наибольшей степени уплотненные зоны образуются под уширением, площадь поперечного сечения которого является определяющей при оценке несущей способности сваи.
В целом несущая способность СПС складывается из несущей способности основания под нижним концом фундамента FdR и несущей способности грунта вдоль боковой поверхности фундамента Fdf [9]. В рассматриваемом случае FdRопределяется как наименьшее из значений, полученных из трех условий (рис.1):несущей способности FdR1 жесткого материала (щебня) уширения, сформированного втрамбовыванием;
несущей способности FdR2 уплотненного грунтового основания под уширением; 
несущей способности FdR3 грунта природного сложения, подстилающего уплотненное грунтовое основание.Практически в большинстве случаев определяющей является несущая способность FdR2. Указанная несущая способность главным образом зависит от площади поперечного сечения уширения и состояния грунта уплотненной зоны.

Рис. 1. Расчетная схема сваи в пробитой скважине

Расчетная несущая способность сваи Fd определяется как сумма несущих способностей под нижним концом сваи FdR и по ее боковой поверхности Fdf по формуле

F= FdR + Fdf (1)

Несущая способность FdR1 жесткого грунтового материала (щебень), втрамбованного в дно скважин определятся по формуле

FdR1 γ· γcR ·R· A, (2) 

где γс – 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 0,8 с учетом вида свай и технологии их выполнения;
Rc – расчетное сопротивление жесткого грунтового материала (щебня), в зависимости от глубины погружения нижнего конца сваи, принимаемое с повышающим коэффициентом k = 1,5, кПа;
A – площадь поперечного сечения уширенного основания из щебня по наибольшему его горизонтальному сечению определяют по формуле

А = 3,14 · rс2 , (3)

в которой радиус уширенного основания rс рекомендуется вычислять в зависимости от объема втрамбованного жесткого материала и формы уширения по формуле

r= k , (4) 

где Vc – объем втрамбованного жесткого материала, м, в дно скважины;
k – коэффициент, учитывающий форму уширения, который при втрамбовывании жесткого материала отдельными порциями высотой (1,5 – 2)d трамбовками с заостренным нижним концом принимается в виде шара (d= hc) для случаев, когда ниже дна скважины залегают песчаные грунты средней плотности, для которых значение коэффициента k = 0,62.
Несущая способность FdR2 уплотненного грунта в пределах уплотненной зоны под уширением сваи определяют по формуле

FdR2 = γ· γ”cR · Rcom · Aс , (5)

где γ– 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 0,8 с учетом вида свай и технологии их выполнения;
Rcom – расчетное сопротивление уплотненного грунта под уширением, кПа;
Aс – площадь опирания на уплотненный грунт уширенного основания по наибольшему диаметру, определяемому в зависимости от объема, втрамбованного щебня в дно скважины, по формуле

Аc= 3,14 rс2, (6)

где rc – радиус уплотненной зоны из песка под уширением набивной сваи на уровне ее наибольшего размера рекомендуется вычислять в зависимости от объема втрамбованного песка и формы уширения по [9, формула 4]
Несущая способность грунта природного сложения FdR3подстилающего уплотненную зону, вычисляется по формуле

FdR3 γcf γcR ”’ · Rи · Acom, (7)

где γcf – коэффициент условий работы сваи в грунте при заполнении скважины жесткой бетонной смесью и уплотнением трамбованием, принимаемый равным 0,9;
γ”’cR – коэффициент условий работы свай под нижним концом на грунты уплотненного суглинка с учетом вида свай и технологии их выполнения, принимаемый равным 0,8;
Rи – расчетно допускаемое сопротивление грунта природного сложения, подстилающего уплотненную зону, определяемое по модернизированной формуле, исходя из указаний [10]:

 , (8)

где c и n – безразмерные коэффициенты, принимаемые соответственно в зависимости от вида грунта и от уровня ответственности сооружения согласно [10, п.5.6.2];
Pu – предельное сопротивление того же грунта, вычисляемое по формуле

Rи = Nγ ξγ γ1 + Nq ξq γ1 d + Nξc1 , (9)

где Nγ, Nq, Nс — безразмерные коэффициенты несущей способности, определяемые по указаниям [10] и равные в данном примере соответственно 1,35; 3,94; 10,98;
b – ширина условного фундамента, м, определяется как 

b =2 r’com(10)

d – глубина заложения условного фундамента, соответствующей толщине уплотненной зоны грунта м
с1 — расчетное значение удельного сцепления грунта, кПа;
γи γ1 — расчетные значения удельного веса грунтов, кН/м3, залегающие соответственно ниже и выше подошвы фундамента.
ξγ ξqξc – коэффициенты формы фундамента, определяемые как

ξγ = 1-0,25/ ηξ= 1+1,5/ η ; ξc = 1+0,3/ η, (11)

здесь η = l/b, если η = l/b < 1то следует принимать η = 1.
l и b — соответственно длина и ширина подошвы фундамента, м;
Аcom – площадь поперечного сечения уплотненной зоны вокруг уширенного основания набивной сваи в пробитой скважине определяется по формуле

Аcom= 3,14 r’com2, (12)

в которой r’com — радиус уплотненной зоны из суглинка, на уровне ее наибольшего размера принимается равным, м

r’com = r’ rcоm 0,36+0,74 = 1,1 м, (13)

где r’ — радиус ствола сваи при заполнении скважины жестким бетоном с трамбованием, принимаемый равным r’ = 1,1· r = 1,1·(0,65/2) = 0,36 м
rcоm — радиус уплотненной зоны из суглинка, м, равный 

rcom γc · 0,5d (14)

здесь γc – коэффициент, учитывающий особенности взаимодействия сваи с грунтом, принимаемый равным γ= 0,8;
d – диаметр сваи, принимаемый равным при заполнении скважин жестким бетоном с уплотнением его пробивным снарядом 1,2 d= 1,2 · 0,65 = 0,78;
ρ плотность грунта естественного сложения в сухом состоянии, равна 1,4 т/м3;
ρd.mid – среднее значение плотности уплотненного грунта (суглинок) в пределах уплотненной зоны вокруг и под уширением, принимаемое равным 1,7 т/м3

ρd.mid , (15)

где ρ’d.max – максимально возможная плотность уплотненного грунта вычисляемая по выражению

ρ’d.max (16)

где S – степень влажности грунтов в пределах уплотненных зон, принимаемая с учетом возможного защемления пузырьков воздуха в глинистых грунтах S = 0,95, а в песчаных Srω 0,98; 
где ρs – плотность частиц грунта;
ρω – плотность воды, равная ρω = 10 кН/м3;
Sr – степень влажности грунта, соответствующая естественной влажности ω;
ω – влажность грунта естественного сложения, д. е.
Несущую способность Fdf набивной сваи по боковой поверхности следует определять по формуле

Fdf = γ· u · ∑γсf · f· h,

где γс – коэффициент условий работы сваи в грунте, принятый равным 1;
– наружный периметр поперечного сечения ствола сваи, м;
γcf – коэффициент условия работы грунта по боковой поверхности сваи, учитывающий влияние способа ее устройства, принимаемый равным для суглинка 0,9; 
fi – расчетное сопротивление i-го слоя уплотненного грунта основания по боковой поверхности сваи, кПа, в пределах уплотненной зоны, принимаемое с учетом вида и способа устройства сваи при показателе текучести уплотненного грунта I= 0,9;
h– толщина i-го слоя уплотненного грунта, м соприкасающегося с боковой поверхностью сваи.
Определение несущей способностью грунта природного сложения по [10, формула 7] с учетом предельного сопротивления R позволяет выполнить расчет сваи по первой группе предельных состояний.
Традиционная методика расчета грунтового основания по второй группе предельных деформаций ведется с учетом схемы грунтового основания в виде линейно-деформируемого полупространства. Условием применения указанной схемы является не превышение давления под подошвой расчетного сопротивления R грунта природного сложения, которое определяется по [10, формула 5.5]. Если давление на грунт под подошвой уширения от расчетных нагрузок на сваю, определенных с коэффициентами перегрузок равными единице, превышает указанное сопротивление R, расчет осадки следует выполнять с учетом нелинейной зависимости осадки от давления.
Обозначенный подход к проектированию, по мнению авторов в большей мере, чем по методике в пособии [9], отражает реальные условия взаимодействия указанных свай с грунтовым основанием.


Библиографический список
  1. Крутов В.И., Когай В.К., Глухов В.С. Свайные фундаменты из набивных свай в пробитых скважинах // Основания, фундаменты и механика грунтов. М., 2010. №2. С. 10–14.
  2. Глухов В.С, Хрянина О.В., Глухова М.В. Исследование влияния уширения свай в пробитых скважинах на осадку // Известия Юго-Западного государственного университета. Курск, 2011. № 5-2. С. 351a-354.
  3. Глухов В.С., Хрянина О.В., Глухова М.В. Оценка несущей способности свай в пробитых скважинах по результатам динамического контроля // Актуальные проблемы проектирования и возведения зданий и сооружений с учетом энергосберегающих технологий и методов строительства: материалы II Междунар. науч.-практ. конф. Пенза: Изд-во Пенз. госуд. ун-та арх-ры и строит-ва, 2012. С.147-150.
  4. Глухов В.С., Хрянина О.В., Глухова М.В. Формирование улучшенного основания фундаментов в вытрамбованных котлованах на слабых грунтах // Актуальные проблемы современного строительства: материалы Междунар. науч.-техн. конф. Пенза: Изд-во Пенз. госуд. ун-та арх-ры и строит-ва, 2013. С.70–73.
  5. Глухов В.С., Хрянина О.В., Глухова М.В. Повышение несущей способности  фундаментов в вытрамбованных котлованах на слабых грунтах // Актуальные проблемы проектирования и возведения зданий и сооружений с учетом энергосберегающих технологий и методов строительства: материалы II Междунар. науч.-практ. конф. Пенза: Изд-во Пенз. госуд. ун-та арх-ры и строит-ва, 2012. С.143–147.
  6. Деготьков В.В., Хрянина О.В., Глухова М.В. Фундаменты в вытрамбованных котлованах на просадочных грунтах Новосибирской области // Актуальные проблемы проектирования и возведения зданий и сооружений с учетом энергосберегающих технологий и методов строительства: материалы Междунар. науч.-практ. конф. Пенза: Изд-во Пенз. госуд. ун-та арх-ры и строит-ва, 2011. С. 106–110.
  7. Глухов В.С., Хрянина О.В., Глухова М.В. К расчету грунтового основания фундаментов в вытрамбованных котлованах // Актуальные проблемы современного строительства: материалы Междунар. науч.-техн. конф. Пенза: Изд-во Пенз. госуд. ун-та арх-ры и строит-ва, 2013. С.73–76.
  8. Глухов В.С, Хрянина О.В., Глухова М.В. Пути уменьшения деформаций грунтового основания фундаментов в вытрамбованных котлованах с уширением // Актуальные проблемы проектирования и возведения зданий и сооружений с учетом энергосберегающих технологий и методов строительства: материалы II Междунар. науч.-практ. конф. Пенза: Изд-во Пенз. госуд. ун-та арх-ры и строит-ва, 2012. С. 150–152.
  9. Крутов В.И., Когай В.К., Попсуенко И.К., Глухов В.С., Арутюнов И.С. Проектирование и устройство свайных фундаментов и упрочненных оснований из набивных свай в пробитых скважинах: практ. пособие. Пенза: Изд-во Пенз. гос. ун-та архит. и строит-ва, 2011. 100 с.
  10. СП 50-101-2004. Проектирование и устройство оснований и фундаментов зданий и сооружений. М., 2005.


Все статьи автора «Хрянина Ольга Викторовна»


© 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: