Анализ ряда публикаций результатов лотковых испытаний показал, что в них не приводится обоснование выбора размеров моделей фундаментов и значения прикладываемой к ним нагрузки в зависимости от размеров лотка. На наш взгляд эта проблема заслуживает внимания, поскольку величина и площадь загружения грунтового массива предопределяют габариты области НДС СОФ. При этом ограниченная геометрия лотка может уменьшить объем исследуемой зоны, что негативно отразится на результатах опытов.

Цель работы заключается в исследовании влияния технических параметров грунтового лотка на результаты лабораторной оценки НДС СОФ для обоснованного выбора размеров опытных моделей фундаментов и величины прикладываемой к ним нагрузки. На первом этапе была поставлена задача выявления зависимости между следующими характеристиками физической модели НДС СОФ: значением нагрузки, высотой и площадью грунтового лотка. При определении границ области НДС СОФ мы руководствовались тем, что значениями возникающих в грунтовом массиве напряжений менее 10 % от величины прикладываемой нагрузки можно пренебречь. Модель позволяет под требуемые технические параметры физической модели СОФ подбирать размеры лабораторного лотка и, наоборот, под имеющееся в лаборатории оборудование назначить для опытов оптимальные размеры моделей фундаментов и значения величин прикладываемой к ним нагрузки.

Построив линии влияния, определяем размеры лотка по границе последней линии равных напряжений, так как за пределами этой линии напряжения, возникающие в грунте, не будут оказывать влияния на стенки лотка. Получив расчетные данные: величина нагрузки, глубина, ширина лотка, построим 2 графика зависимости (рис. 1):

1. h = f (P) зависимость глубины лотка о нагрузки
2. d = f (P) зависимость диаметра лотка от нагрузки

Рис.1. Зависимости параметров от величины нагрузки:

а) высоты грунтового лотка

б) диаметра грунтового лотка

Представив эти 2 зависимости на одной координационной плоскости, получим «Кривую оптимизации» (рис. 2), позволяющей по величине нагрузки определить наименьшие допустимые параметры лотка.

Рис.2. Кривая оптимизации

Дальнейшее развитие работы:

1. преобразование сосредоточенной нагрузки в распределенную
2. проведение лабораторного эксперимента

Впервые комплексный плитно-свайный фундамент был воплощен при строительстве офисных небоскребов во Франкфурте (Германия) в начале 1980-х годов (Рис. 1). Расчетами была доказана эффективность таких конструкций по сравнению с классическим свайным или плитным фундаментом. Осадка зданий оказалась более чем на 50 % ниже в сравнении с плитным фундаментом. [1,с.22] Также, рациональное распределение нагрузки в плитно-свайном фундаменте позволяет в полной мере использовать несущую способность, как свай, так и плиты и уменьшить длину свай, снизив трудозатраты на их устройство на 60%.[1,с.22]

Рисунок 1. Высотные офисные здания, Франкфурт (Германия).

Рисунок 2. Башни Петронас, Куала-Лумпур (Малайзия).

В конце XX века в условиях урбанизации и экономического роста активно развивалось высотное строительство. Так, в 1988 году окончилось строительство башен Петронас в Куала-Лумпуре (Малайзия). Изначально здание рассчитывалось как на традиционном свайном фундаменте. Однако, как показали дальнейшие расчеты, часть общей нагрузки (около 15%) воспринимается плитой (ростверком). [2, с.1245]

Рисунок 3. Международный коммерческий центр, Гонконг (Китай).

Аналогичным примером может служить Международный коммерческий центр в Гонконге – 484-метровый небоскрёб, построенный в 2010 году (Рис.3). Здание проектировалось на свайном фундаменте, однако расчеты показали, что около 30% общей нагрузки может приходиться на ростверк. [2, с.1245]

W-Tower – 156-ти метровая башня в Тель-Авиве является еще одним примером строительства зданий на комплексном плитно-свайном фундаменте. Согласно предположительным расчетам плитно-свайный фундамент даст общую осадку 5 см, около 50-70% общей нагрузки воспримут сваи. [3, с.7]

Рисунок 4. W-Tower, Тель-Авив (Израиль).

В заключение следует отметить, что применение комплексного плитно-свайного фундамента в строительстве актуально на сегодняшний день и будет развиваться в будущем. Эффективное использование несущей способности как свай, так и плиты позволит возводить здания в осложненных инженерно-геологических условиях, на слабых грунтах, без перерасхода материалов.

1. при больших величинах нагрузки на обрез фундамента (данное условие стало актуальным ввиду развития многоэтажного строительства);
2. при строительстве на основании, сложенном слабыми или насыпными грунтами, ввиду появления проблемы дефицита пригодных для строительства грунтов;
3. строительство в стесненных условиях, в связи с увеличением плотности городской застройки.

Плитно-свайный фундамент представляет собой монолитную плиту, опирающуюся на сваи. Плита воспринимает нагрузки от вышележащих конструкций, а сваи стабилизируют неравномерность осадок, уменьшают их величину. Особенность этого типа фундамента заключается в вовлечение в работу конструкции плитной части фундамента. Всего в системе «Основание-Плитно-свайный фундамент» наблюдается 5 видов взаимодействия элементов конструкции [2, с.22]:

1. Свая-свая
2. Свая-фундаментная плита
3. Между участками фундаментной плиты
4. Свая-грунт
5. Пята сваи-боковая поверхность сваи

Рисунок 1. Взаимодействие элементов конструкции плитно-свайного фундамента

Ключевую роль в поведении конструкции плитно-свайного фундамента играет распределение нагрузки между плитой и сваями, которое выражается следующим уравнением:

где  – коэффициент, учитывающий распределение нагрузки между сваями и плитной частью фундамента;

 – нагрузка от вышележащих конструкций, приходящаяся на сваи;

 – общая нагрузка от здания.

Значение  свидетельствует о том, что конструкция представляет собой плитный фундамент, сваи не воспринимают нагрузку от здания;
Если , значит фундамент работает как свайный, несущая способность плиты в расчетах не учитывается.