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 F_dR и несущей способности грунта вдоль боковой поверхности фундамента F_df [8]. В рассматриваемом случае F_dR определяется как наименьшее из значений, полученных из четырех условий: 
а) несущей способности F_dR1 жесткого материала (щебня) втрамбованного в песчаную подушку;
б) несущей способности F_dR2 песчаного основания (подушки); 
в) несущей способности F_dR3 подстилающего песчаную подушку уплотненного грунтового основания.
г) несущей способности F_dR4 подстилающего уплотненную зону грунта природного сложения и плотности.
В рассматриваемых грунтовых условиях определяющей является несущая способность F_dR3. 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_u = 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» S_a определяют в зависимости от проектного значения несущей способности свай F_d по формуле

, (1)

где F_d – расчетная несущая способность сваи, кН, определяемая как сумма несущих способностей под нижним концом сваи F_dR , по ее боковой поверхности F_df по формуле

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

 (3)

где Н – высота сбрасывания пробойника (трамбовки), м;
G – вес пробойника (кН);
k_m — 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» S_к 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 S_k — фактический остаточный «отказ», равный значению погружения пробойника (трамбовки) от одного сбрасывания, м.
Величина расчетного контролируемого «отказа» S_к определяется с учетом несущей способности уширения из жесткого материала, принимаемая равной (

 , (7)

где F_d — расчетная несущая способность сваи с учетом работы только уширения из жесткого материала (щебня), равная F_dR2 ;
A_p - площадь поперечного сечения пробойника (трамбовки).
При определении расчетных «отказов» S_a и S_k 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 S_k, 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.

В указанной таблице приняты следующие обозначения: 
l – длина фундамента, м; D_у – диаметр уширения, м; V_щ – объем уширения из щебня, м³; V_б – объем бетона фундамента, м³; R_c – расчетное сопротивление жесткого материала (щебня) уширения, кПа; R_com – расчетное сопротивление уплотненного грунта под уширением, кПа; R_u – расчетное сопротивление грунта подстилающего слоя, кПа; F_dR1, F_dR2, F_dR3 – 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 F_dR1, F_dR2, F_dR3. 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 _c = 0,9.

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.

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»