УДК 624.154

СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ НЕСУЩЕЙ СПОСОБНОСТИ ФУНДАМЕНТОВ В ВЫТРАМБОВАННЫХ КОТЛОВАНАХ НА КОМБИНИРОВАННОМ ГРУНТОВОМ ОСНОВАНИИ

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
Представлен сравнительный анализ несущей способности фундамента в вытрамбованных котлованах, полученной расчетным методом и по результатам статических испытаний. На этапе завершения формирования уширения из щебня несущая способность фундамента подтверждалась проведением динамического контроля. Показана хорошая сходимость результатов исследований. Результаты исследований рекомендуются к использованию в аналогичных грунтовых условиях.

Ключевые слова: анализ, динамический контроль, комбинированное основание, несущая способность, статические испытания, фундамент в вытрамбованных котлованах


COMPARATIVE ANALYSIS OF THE BEARING CAPACITY OF FOUNDATIONS IN RAMMED PITS ON THE COMBINED SOIL BASES

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
Presents а comparative analysis of the bearing capacity of the foundation in rammed pits obtained by the calculation method and the results of static tests. At the stage of completion of the broadening out rubble foundation bearing capacity are confirmed by dynamic control. The research results are the good convergence. The results of studies are recommended for use in similar ground conditions.

Keywords: analysis, bearing capacity, combined soil bases, dynamic control, foundation in rammed pits, static tests


Рубрика: 05.00.00 ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ

Библиографическая ссылка на статью:
Глухов В.С., Хрянина О.В., Глухова М.В. Сравнительный анализ несущей способности фундаментов в вытрамбованных котлованах на комбинированном грунтовом основании // Современные научные исследования и инновации. 2015. № 5. Ч. 1 [Электронный ресурс]. URL: http://web.snauka.ru/issues/2015/05/53396 (дата обращения: 03.06.2017).

С участием авторов настоящей статьи при строительстве корпусов №1 и №2 Логистического складского комплекса по внедрению экологически чистых инновационных нанотехнологий в производстве источников энергии «ПНК-Толмачево» в Новосибирской области запроектированы фундаменты в вытрамбованных котлованах с уширением (ФВК) [1]. Складской комплекс представляет собой одно-двухэтажное здание с металлическим каркасом. Указанный вариант фундаментов авторы считают наиболее оптимальным исходя из конструктивных особенностей здания и инженерно-геологических условий площадки застройки.
Площадка в верхней части геологического разреза характеризуется I-типом грунтовых условий по просадочности с толщиной просадочного слоя 3,0 ÷5,0 м, подстилаемого легкими суглинками мягкопластичной и текучепластичной консистенции. Последние находятся в средней степени водонасыщения и водонасыщеном состояниях. Гидрогеологические условия площадки характеризуются наличием грунтовых вод на глубине 5,0÷7,0 м от дневной поверхности грунта [2].
Устройство рассматриваемых фундаментов с уширением только из щебня в данных грунтовых условиях не позволяет получить требуемой несущей способности в виду наличия в основании слабых грунтов [3]. Авторами предложен вариант ФВК с уширением из щебня на комбинированном грунтовом основании. Последнее включает песчаную подушку, сформированную путем втрамбовывания песка средней крупности (рис.1). В процессе втрамбовывания песка образуется уплотненная область основания с улучшенными строительными свойствами. В свою очередь, сформированная втрамбованием песка подушка существенно повышает расчетное сопротивление грунта под подошвой уширения из щебня [4, 5, 6, 7]. 


Рис. 1. Расчетная схема фундамента в вытрамбованном котловане с уширением: 1 — уширение из щебня; 2 — песчаная подушка; 3 — зона уплотненного грунта

Предложенный вариант обеспечивает прорезку просадочной толщи с уплотнением околосвайного и подстилающих песчаную «подушку» грунтов. Расчетным несущим слоем у фундаментов служит суглинок пылеватый мягкопластичный, водонасыщенный и несущая способность ФВК определялась по данному слою, подстилающего уплотненную зону из песка. Приняты ФВК трех типоразмеров с расчетными допускаемыми нагрузками на фундаменты в диапазоне 400÷1400 кН. При определении вышеуказанных расчетных нагрузок вычисляется несущая способность ФВК с уширением, которая складывается из несущей способности основания под нижним концом фундамента FdR и несущей способности грунта вдоль боковой поверхности фундамента Fdf [8]. В рассматриваемом случае FdR определяется как наименьшее из значений, полученных из четырех условий: 
а) несущей способности FdR1 жесткого материала (щебня) втрамбованного в песчаную подушку;
б) несущей способности FdR2 песчаного основания (подушки); 
в) несущей способности FdR3 подстилающего песчаную подушку уплотненного грунтового основания.
г) несущей способности FdR4 подстилающего уплотненную зону грунта природного сложения и плотности.
В рассматриваемых грунтовых условиях определяющей является несущая способность FdR3. Указанная несущая способность главным образом зависит от площади уплотненной зоны, создаваемой из песка средней крупности, втрамбованного в основание.
Требуемое достаточно высокое значение несущей способности фундаментов на слабом грунтовом основании достигалось за счет развитой площади уплотненной зоны, сформированной на глубине 4,0÷5,0 м от отметки природного рельефа. Расчетное сопротивление грунта, подстилающего уплотненную зону, составляет порядка 330÷360 кПа. Расчетная осадка для данных типов фундамента в пределах 64÷97 мм, что значительно меньше предельно-допустимого значения осадки (S= 150 мм) для данного типа сооружения. Несущая способность ФВК подтверждалась на этапе завершения формирования уширения из щебня в проектном объеме путем ведения динамического контроля [9]. 
По аналогии с динамическими испытаниями традиционных забивных свай в процессе динамического контроля при формировании уширения определяют величину фактического «отказа» и сопоставляют с расчетным значением последнего.
Величину расчетного «отказа» Sa определяют в зависимости от проектного значения несущей способности свай Fd по формуле

, (1)

где Fd – расчетная несущая способность сваи, кН, определяемая как сумма несущих способностей под нижним концом сваи FdR , по ее боковой поверхности Fdf по формуле

F= FdR + Fdf (2)

Несущую способность набивной сваи с уширенным основанием в пробитой скважине под нижним концом принимают в соответствии со значением, принятом в проекте;
Ed - расчетная энергия удара пробойника (кДж), определяемая по формуле

 (3)

где Н – высота сбрасывания пробойника (трамбовки), м;
G – вес пробойника (кН);
km — коэффициент, определяемый из выражения

 (4)

где m1 – общая масса пробойника (трамбовки), тн;
m2 – масса сваи, тн;
ε – коэффициент восстановления удара ε2 = 0,2.
η – коэффициент (кН/м2), определяемый по формуле

, (5)

где k и b — коэффициенты, соответственно принимаемые равными 0,5 (1/м2) и 15 (кН/м2);
A - площадь поперечного сечения нижнего торца сваи, м2;
В процессе производства работ ведется динамический контроль за устройством каждой сваи на завершающем этапе формирования уширения согласно методике, изложенной в пособии [8].
Указанный контроль заключается в определении контролируемого «отказа» Sк по мере втрамбовывания последних порций проектного объема жесткого материала. В процессе определения указанного «отказа» следует исключить защемление боковых поверхностей пробойника (трамбовки) грунтом стенок скважины.
По результатам динамического контроля оценивается несущая способность уширения из жесткого материала, которая определяется по формуле

 (6)

где Sk — фактический остаточный «отказ», равный значению погружения пробойника (трамбовки) от одного сбрасывания, м.
Величина расчетного контролируемого «отказа» Sк определяется с учетом несущей способности уширения из жесткого материала, принимаемая равной (

 , (7)

где F— расчетная несущая способность сваи с учетом работы только уширения из жесткого материала (щебня), равная FdR2 ;
A- площадь поперечного сечения пробойника (трамбовки).
При определении расчетных «отказов» Sa и Sk необходимо задавать высоту сбрасывания пробойника Н из условия, что значения указанных «отказов» должны быть не менее 0,003 м.
Если величина фактического контрольного «отказа» отличается от расчетного значения Sk, то следует соответственно увеличить или уменьшить объем жесткого материала при формировании уширения. Таким образом проведение динамического контроля на этапе формирования уширения позволяет практически приводить каждую сваю к одинаковым значениям несущей способности.
Когда для достижения контрольного «отказа» требуется значительное увеличение объема жесткого материала рекомендуется формировать уширение в два уровня. Для этого следует по мере завершения формирования уширения в проектном объеме и проведения динамического контроля зафиксировать дополнительным объемом жесткого материала отметку нижнего конца пробивного снаряда (трамбовки) на 0,5 d (d – диаметр сваи) выше проектного положения и продолжить втрамбовывание жесткого материала до момента получения требуемой величины контрольного «отказа».
Указанная методика ведения динамического контроля и эмпирическая формула для определения коэффициента η в процессе разработки уточнялись на основе сопоставления результатов со статическими испытаниями [10]. 
Наряду с динамическим контролем были проведены статические испытания девяти свай в соответствии с требованиями ГОСТ 5686 – 94 [11]. Результаты вышеуказанных испытаний и расчетов приведены в таблице 1.

Определение несущей способности фундаментов расчетным методом
Таблица 1

п/п

ф-та
l,
м
Dу,
м
Vщ
Vб
Rc
Rcom
Ru,
FdR1
FdR2
FdR3
Fdf
Fd
м3
кПа
кН
1
32
3,3
1,3
1,6
4.0
11550
3125
988
3733
3653
2707
296
2737
2
133
4.0
1,3
1,6
4.0
12450
3200
1118
4024
3741
3063
338
3097
3
196
4.0
1.3
1.6
1,6
12450
3150
1107
3830
3650
3060
370
3080
4
362
3,8
1,3
1,6
4.0
12150
3175
1081
3927
3712
2961
320
2993
5
467
4.0
1.0
0,7
1,6
12450
3200
1118
4024
2198
3063
338
2232
6
532
4.0
1.0
0,7
1,6
12450
3200
1118
4024
2198
3063
338
2232
7
586
4.0
1.0
0.7
1,6
12450
3180
1120
4025
2210
3090
340
2235
8
662
3,5
1.0
0,7
1,6
11850
3150
1025
3830
2161
2808
308
2192
9
704
3,3
1,3
1,6
4.0
11550
3125
988
3733
3653
2707
296
2737
Сопоставительный анализ результатов позволил авторам скорректировать некоторые посылы расчетного метода оценки несущей способности рассматриваемых фундаментов и метод динамических испытаний.

В указанной таблице приняты следующие обозначения: 
l – длина фундамента, м; Dу – диаметр уширения, м; Vщ – объем уширения из щебня, м3Vб – объем бетона фундамента, м3Rc – расчетное сопротивление жесткого материала (щебня) уширения, кПа; Rcom – расчетное сопротивление уплотненного грунта под уширением, кПа; Ru – расчетное сопротивление грунта подстилающего слоя, кПа; FdR1, FdR2, FdR3 – определяемые расчетным путем значения несущей способности соответственно по жесткому материалу уширения, уплотненному грунту под уширением и подстилающему слою грунта природного сложения, кН.
Выполнено сравнение несущей способности фундамента по расчету и по результатам статических испытаний для девяти фундаментов.
При этом за несущую способность по расчету принимается наименьшее значение из трех FdR1, FdR2, FdR3. Как видно из таблицы 2 в восьми случаях из девяти несущая способность фундамента, полученная по результатам статических испытаний меньше на 8,5÷12,5% значений, полученных расчетным путем. Поэтому при определении несущей способности расчетным методом рекомендуется принимать коэффициент условий работы фундамента = 0,9.

Сопоставительный анализ несущей способности фундаментов по расчету и по результатам статических испытаний
Таблица 2.

п/п

ф-та
l,
м
Dу,
м
Fd, кН
Fd, кН
Δ,
%
по расчету
по испытаниям
1
32
3,3
1,3
3005
2737
–10,0
2
133
4
1,3
3400
3097
–9,0
3
196
4
1,3
3430
3080
–10,3
4
362
3,8
1,3
3280
2993
–8,7
5
467
4
1,0
2535
2240
–11,6
6
532
4
1,0
2530
2230
–12,0
7
586
4
1,0
2550
2235
–12,4
8
662
3,5
1,0
2470
2192
–11,3
9
704
3,3
1,3
3707
2740
1,2

В целом результаты сравнительного анализа позволяют сделать вывод о достаточном сходстве результатов определения расчетом несущей способности ФВК с данными статических испытаний в весьма сложных грунтовых условиях. Результаты исследований могут вносить существенные коррективы в стоимость строительства и рекомендуются к использованию в аналогичных грунтовых условиях.


Библиографический список
  1. 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.
  2. 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.
  3. Хрянина О.В., Ежов Д.А. Влияние диаметра уширения на несущую способность фундаментов в вытрамбованных котлованах // Актуальные проблемы современного фундаментостроения с учетом энергосберегающих технологий: материалы III Междунар. науч.-практ. конф. Пенза: Изд-во Пенз. госуд. ун-та арх-ры и строит-ва, 2013. С. 118-122.
  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. 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.
  6. 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.
  7. Глухов В.С., Хрянина О.В., Глухова М.В. Исследование влияния уширения фундаментов в вытрамбованных котлованах на осадку // Современные научные исследования и инновации. 2015. № 4 [Электронный ресурс]. URL: http://web.snauka.ru/issues/2015/04/51435 (дата обращения: 06.04.2015).
  8. 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.
  9. 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.
  10. 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 [Электронный ресурс]. URL: http://web.snauka.ru/issues/2015/03/50633 (дата обращения: 03.04.2015).
  11. ГОСТ 5686-94. Грунты. Методы полевых испытаний сваями. М., 1995.

 



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: