УДК 624.154

ФАКТОРЫ, ВЛИЯЮЩИЕ НА НЕСУЩУЮ СПОСОБНОСТЬ СВАЙ В ПРОБИТЫХ СКВАЖИНАХ

Хрянина Ольга Викторовна1, Харьков Дмитрий Петрович2
1Пензенский государственный университет архитектуры и строительства, кандидат технических наук, доцент кафедры геотехники и дорожного строительства
2Пензенский 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.

Ключевые слова: несущая способность, показатель текучести, сваи в пробитых скважинах


THE FACTORS INFLUENCING BEARING CAPACITY OF PILES IN THE PUNCHED HOLES

Hryanina Olga Viktorovna1, Kharkov Dmitry Petrovich2
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, 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.

Keywords: bearing capacity, fluidity index, piles in the rammed holes


Рубрика: 05.00.00 ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ

Библиографическая ссылка на статью:
Хрянина О.В., Харьков Д.П. Факторы, влияющие на несущую способность свай в пробитых скважинах // Современные научные исследования и инновации. 2015. № 6 [Электронный ресурс]. URL: http://web.snauka.ru/issues/2015/06/55212 (дата обращения: 20.11.2016).

Многие участки территории города Пензы с поверхности представлены водонасыщенными пылевато-глинистыми грунтами, обладающими сильной и неравномерной сжимаемостью [1]. Встречаются участки, например, в центральной части г. Пензы, по улицам Урицкого, Горького, Луначарского, Пушкина, Чехова и др., где мощность слабоуплотненных водонасыщенных глинистых грунтов достигает от 8-10 метров и более [2].
Инженерно-геологический разрез построен по направлению от реки Суры (улицы Урицкого-Горького) к участку, который расположен на ул. Большая Радищевская. Протяженность разреза составляет примерно один километр, абсолютные отметки поверхности изменяются от 142 до 157 метров. По данным бурения ПензТИСИЗ вскрыто следующее напластование грунтов (сверху вниз): 
1. tQIV - техногенные образования в виде насыпных грунтов. Мощность 1,5-3 м;
2. pdQIV – почвенно-растительный слой. Мощность 0,3-1,2 м;
3. aQIII – глины тугопластичные I= 0,36 второй надпойменной террасы реки Суры. Мощность 1,2-2,5 м;
4. aQIII – глины мягкопластичные I= 0,56 второй надпойменной террасы реки Суры. Мощность 5,0-8,5 м;
5. e(K2m) – глины серые и желтовато-серые, известковистые, ожелезненные, слюдистые, комковатые, полутвердые IL= 0,20. Мощность 1,8-5,0 м.
6. mK– глины серые и темно-серые, слюдисто-мергелистые, твердые IL= -0,1. Вскрытая мощность 2,0-8,8 м.
Непосредственно вблизи р. Суры мягкопластичные глины подстилаются толщей песков мелких и средней крупности с вскрытой мощностью 0,7-5,5 метров [3].
Анализ инженерно-геологических исследований выполнен авторами до глубины 15÷20 метров. 
В приведенных выше инженерно-геологических условиях возникает проблема нахождения экономически эффективного и одновременно надежного варианта фундаментов [4]. 
При малоэтажном строительстве экономически целесообразно использовать фундаменты на естественном основании с использованием эффективной формы фундамента или с применением методов улучшения и закрепления основания, например, замена слабого слоя на более прочный материал. Возможно, применение свайных фундаментов с заглублением в слабый слой при соответствующем обосновании или использование в качестве несущего слоя более плотные коренные грунты, прорезая слабые. 
При строительстве многоэтажных 14-16 этажных зданий с железобетонным или стальным каркасом в условиях уже существующей городской застройки на фундаменты передаются значительные сосредоточенные вертикальные и горизонтальные нагрузки. Классическим вариантом фундаментов для такого типа здания является фундаментная плита [5]. Но в рассматриваемых грунтовых условиях расчетная осадка плиты всегда выше предельно допустимой величины. Применение же фундаментов из забивных свай приводит к образованию сплошного свайного поля под зданием и перерасходу бетона и арматуры [6]. 
Если верхние слои площадки представлены слабыми грунтами, а подстилающие породы обладают более высокой прочностью, то целесообразно применить фундамент из набивных свай в пробитых скважинах с уширением из щебня в нижней части [7, 8, 9]. 
Технология изготовления набивных свай в пробитых скважинах (СПС) включает следующие операции. Скважину под сваю выполняют ударным способом с помощью специального навесного оборудования на грузоподъемных машинах свободным сбрасыванием пробивного снаряда с погружением обсадной трубы или без нее. После достижения необходимой глубины забой скважины заполняют щебнем или местным грунтовым материалом и трамбуют, получая уширение в нижней части ствола сваи. В завершение оставшуюся часть скважины заполняют бетонной смесью и уплотняют её трамбовкой с плоской рабочей поверхностью. 
Рассчитаем отдельно стоящий монолитный фундамент с уширением из щебня под колонну со следующими параметрами: расчетные нагрузки в уровне обреза фундамента: вертикальная = 1800 кН; горизонтальная Q = 250 кН; момент М = 400 кН·м. Здание возводится на участке, сложенном глинистыми грунтами с показателями текучести в диапазоне IL= 0,1…0,6. Форма уширения изменяется в зависимости от показателя текучести IL.
Форма уширения при втрамбовывании в дно вытрамбованного котлована жесткого материала отдельными порциями c высотой засыпки по 0,6–1,2 м принимается в виде: 
– шара (= hc) для случаев, когда ниже дна скважины залегают песчаные, за исключением пылеватых, грунты с плотностью не ниже средней или глинистые грунты со степенью влажности Sr < 0,5 и показателем текучести IL при полном водонасыщении (Sr ≥ 0,9) IL < 0,4, для которого значение коэффициента k = 0,62;
– эллипсоида вращения с соотношением осей h/dc ≥ 1,8 при влажных глинистых грунтах при I> 0,6 значения k принимаются равным k = 0,5.
Определяем радиус уширенного основания rc в зависимости от объема втрамбованного жесткого материала и формы уширения по формуле

r= k  ,

где – объем втрамбованного в дно скважины жесткого материала, м3;
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 c ≤ 2d (t - диаметр трамбовки).
Площадь поперечного сечения уширенного основания из жесткого материала в его наибольшем сечении Ас , м, принимается равной

Ас = 3,14•rс2 ,

Определяем несущую способность фундамента Fисходя из несущей способности уплотненного грунта в пределах уплотненной зоны по формуле

F= γ· γ”cR · Rcom · Aс

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

γcR – 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];

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

Aс – 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

h, м
IL
dn
Dy3
Vc3
rc
Ac2
Rcom,кПа
Fd,кН
СПС 1
5
0,10
0,4
0,8
0,5
0,49
0,75
6200
3255
0,15
5100
2678
0,20
4000
2100
0,25
3400
1785
0,30
2800
1470
0,35
2400
1260
0,40
2000
1050
0,45
1650
866
0,50
1300
683
0,55
1050
551
0,60
800
420
СПС 2
5
0,10
0,5
1
1,1
0,64
1,28
6200
5555
0,15
5100
4570
0,20
4000
3584
0,25
3400
3046
0,30
2800
2509
0,35
2400
2150
0,40
2000
1792
0,45
1650
1478
0,50
1300
1165
0,55
1050
941
0,60
800
717
СПС 3
5
0,10
0,6
1,2
1,7
0,74
1,72
6200
7465
0,15
5100
6140
0,20
4000
4816
0,25
3400
4094
0,30
2800
3371
0,35
2400
2890
0,40
2000
2408
0,45
1650
1986
0,50
1300
1565
0,55
1050
1264
0,60
800
963

Условие расчета фундамента на действие вертикальной нагрузки

£ ,

где N – расчетная нагрузка, передаваемая на фундамент (продольное усилие);
γk – коэффициент надежности, принимаемый равным 1,4 – если несущая способность определена расчетом по табличным значениям расчетных сопротивлений грунтов под нижним концом и по боковой поверхности сваи, или по результатам динамических испытаний.
Для определения степени влияния показателя текучести на несущую способность СПС построены графики зависимости F= f (IL(рис.1, 2), F=f(L) (рис.3, табл.2).

Рис.1. График зависимости несущей способности Fd от показателя текучести IL глинистого грунта при различных объемах втрамбованного щебня


Рис.2. График зависимости несущей способности Fd от показателя текучести IL глинистого грунта при Vc = 0,5 м3

Рис.3. График зависимости несущей способности Fd от глубины погружения нижнего конца сваи L и показателя текучести IL глинистого грунта 
при V= 0,5 м3

Таблица 2. Влияние глубины погружения нижнего конца сваи и показателя текучести грунта на несущую способность СПС

Глубина погружения нижнего конца сваи L, м
Несущая способность Fd,кН при Vc = 0,5 м3
IL = 0,3
IL = 0,5
5
1470
683
15
3000
1238

По результатам анализа можно сделать следующие выводы:чем больше показатель текучести глинистых грунтов, тем меньше несущая способность фундаментов в пробитых скважинах (рис. 1, рис.2, рис.3). Например, из таблицы 2 и рис.2 видно, что при глубине заложения фундамента пять метров и показателе текучести I= 0,3, несущая способность глинистого грунта Fd = 1470 кН. В случае I= 0,5 данная несущая способность составляет Fd = 683 кН, т.е. уменьшается в 2,1 раза;
при глубине заложения нижнего конца сваи 15 м (табл.2, рис.3) для глинистых грунтов в диапазоне изменения показателя текучести I= 0,3÷0,5 значения несущей способности грунта изменяются в пределах Fd = 3000 ÷ 1238 кН, т.е. отличаются в 2,4 раза;
чем меньше показатель текучести IL, тем значительнее отличается несущая способность свай в зависимости от глубины погружения в диапазоне L= 5÷15 м. Так, при I= 0,3 при изменении глубины заложения сваи L= 5÷15 м несущая способность сваи изменяется в пределах Fd = 1470÷3000 кН, т.е. возрастает примерно в 2,0 раза; а при I= 0,5 в том же диапазоне изменения длины сваи несущая способность Fd изменяется от 683 до 1238 кН, т.е. увеличивается в 1,8 раза. Поэтому при разработке наиболее оптимального варианта фундамента в диапазоне изменения показателя текучести I= 0,3÷0,5 рекомендуется также обращать внимание на выбор длины сваи.
не удается сформировать уширение с эффектом уплотнения грунтового основания в слоях глинистого грунта с показателем текучести IL > 0,6.
при проектировании свай в пробитых скважинах с уширением в нижней части выгодно назначать максимальное количество щебня Vс = 1,7 м3 исходя из размеров трамбовки, что позволит уменьшить геометрические параметры тела фундамента и тем самым снизить расход бетона и повысить несущую способность ФВК в среднем в 2 ÷ 2,5 раза


Библиографический список
  1. Кошкина Н.В. Хрянина О.В., Исаева Т.А. Инженерно-геологическая оценка четвертичных отложений Пензенского Присурья // 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. 77-80.
  2. Кошкина Н.В., Хрянина О.В., Сударушкина З.И, Немова Е.Ю. Инженерно-геологическая оценка разностей аллювия Пензенского региона // Актуальные проблемы современного строительства: материалы Междунар. науч.-техн. конф. Пенза: Изд-во Пенз. госуд. ун-та арх-ры и строит-ва, 2013. С. 144-146.
  3. Хрянина О.В. Природа физико-механических свойств глинистых грунтов территории застройки г. Пензы // Геотехника-99: материалы Междунар. науч.-практ. конф. Пенза: Изд-во ПДЗ, 1999. С. 144−147.
  4. Кошкина Н.В., Хрянина О.В., Пономарева Т.В. К вопросу изменчивости инженерно-геологических свойств грунтов // Актуальные проблемы современного фундаментостроения с учетом энергосберегающих технологий: материалы V Всероссийской науч.-практ. конф. Пенза: Изд-во Пенз. госуд. ун-та арх-ры и строит-ва, 2014. С. 40-42.
  5. Глухов В.С, Хрянина О.В., Глухова М.В. Свайно-плитные фундаменты на комбинированном основании // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического ун-та: Строительство и архитектура. Пермь: Изд-во ПНИПУ, 2014. №2. С. 229–237.
  6. Хрянина О.В., Пономарева Т.А. Рациональные фундаменты зданий на слабых грунтах // Актуальные проблемы современного фундаментостроения с учетом энергосберегающих технологий: материалы V Всероссийской науч.-практ. конф. Пенза: Изд-во Пенз. госуд. ун-та арх-ры и строит-ва, 2014. С. 76-82.
  7. 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.
  8. 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).
  9. 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.
  10. 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.

 



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:
  • Регистрация