Направление 3. Инновационное развитие архитектурно строительного комплекса

УДК 625.7/8

ОСОБЕННОСТИ ПОГРУЖЕНИЯ СВАЙ В РАЗЛИЧНЫХ ГРУНТОВЫХ УСЛОВИЯХ

Г.А. Крыжановский, магистрант См-18МА8

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего

образования «Сибирский государственный автомобильно-дорожный университет (СибАДИ)», Омск, Россия

СибАДИАннотация. Представлен характерный фрагмент геологических условий опоры автодорожной части Крымского моста (переход через Керченский пролив). Показано подробное описание физикомеханическ х свойств, обосновывающих применение технологии устройства свайного фундамента вл яющ х на несущую способность сваи.

Ключевые слова: мост, свая, несущая способность, свойства грунтов, геологические условия.

FEATURES OF DIPPING PILES IN DIFFERENT GROUND CONDITIONS

G.А. Kryzhanovsky, undergraduate Sm-18МА8

Federal State Budget Educational Institution of Higher Education «The Siberian State Automobile and Highway University», Omsk, Russia

Abstract. A characteristic fragment of the geological conditions of the support of the road part of the Crimean bridge (crossing the Kerch Strait) is presented. A detailed description of the physicomechanical properties, justifying the use of pile foundation technology and affecting the bearing capacity of the pile, is shown.

Keywords: bridge, pile, bearing capacity, soil properties, geological conditions.

Введение

После введения в эксплуатацию автомо ильной части Крымского моста, появились мнения что конструкция подвержена неравномерной осадке опор, а также частично смещается в плане.[1] Нельзя не отметить, что возведению опор в сложнейших гидро-геологических условиях Керченского пролива сопутствовало применение особого типа фундамента, но из-за неоднородности основания по длине моста, соответственно изменялась и его конструкция.

В статье приведен пример конструкции фундамента для одной из опор автомобильной части Крымского моста, введенного в эксплуатацию и открытого в мае 2018 года.

Основная часть

В связи с возникшей необходимостью соединить автомобильной дорогой полуостров Крым с югом России (Таманский полуостров) было задумано строительство моста через Керченский пролив. Перед инженерами была поставлена сложнейшая инженерно-геологическая и гидрогеологическая задача, связанная прежде всего с грунтами, являющимися основанием для строительства мостового перехода через Керченский пролив. Суть проблемы заключалась в том, что грунты с необходимой несущей способностью залегали на достаточно большой глубине более 40 метров, при этом дополнительной задачей ставилось обеспечить сейсмоустойчивость конструкции.

Первую проблему было предложено решить с применение фундаментов на стальных трубах диаметром 1420 мм с толщиной стенки 16 20 мм, заполняемых после погружения в грунт бетоном на высоту расчетных уровней воды, также на этом участке стальная свая обрабатывалась антикоррозионным составом для увеличения долговечности. Особенность данных свай заключалась в погружении сваи одной плетью, заранее изготовленной на стапеле на суше.

185

ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ И ПРИКЛАДНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ МОЛОДЫХ УЧЕНЫХ

Сборник материалов III Международнойнаучно практической конференции

СибАДИРисунок 1 – Свая на стапеле Решением второй задачи является применение наклонного куста свай, с углом наклона 11

градусов, что повышает устойчивость опоры и конструкции в целом, но усложняет процесс погружения устройства фундамента.

Рисунок 2 – Схема фундамента опоры

При разработке и проектировании фундаментов для Керченского моста так же возникла проблема расчетов свай большой длины в соответствии с действующей нормативной базой. Актуальный СП 24.13330-2011 не содержит в себе данных для расчета свай большой длины. Также нельзя не отметить, что дополнительную трудность создает сложное неоднородное напряженнодеформированное состояние, которое и определяет несущую способность сваи, а так же ее осадку.[1]

Изменение напряженного состояния и плотности в грунтах при забивке свай могут носить и временный характер, поэтому массив может обладать временным сопротивлением погружению сваи.

Скорость погружения сваи характеризуют величиной ее погружения от одного удара - отказом сваи. По величине отказа, который замеряется при достижении сваи проектной отметки, можно судить о ее сопротивлении, поскольку, чем меньше отказ, тем, соответственно, больше несущая способность сваи.

При забивке свай в маловлажные пески плотные и средней плотности под нижним концом образуется переуплотненная зона, препятствующая дальнейшему погружению сваи вплоть до

186

Направление 3. Инновационное развитие архитектурно строительного комплекса

нулевого значения отказа, и дальнейшая попытка забить сваю может привести к разрушению ее ствола. Но дав свае «отдых», через некоторое время после релаксации напряжений, сопротивление грунта под нижним концом сваи снизится и можно продолжить ее забивку до проектной отметки, увеличивая точность получения проектного отказа сваи.

При забивке свай в глинистые грунты часть связной воды переходит в свободную, грунт на контакте со сваей разжижается (тиксотропное разжижение) и сопротивление погружению сваи наоборот – снижается, происходит так называемое засасывание сваи. Здесь также, если прекратить забивку, то через некоторое время структура грунта восстановится, и несущая способность сваи

СибАИсходя из данных та лицы 1, можно сделать выводДчто свая Ипри погружении проходит напластования различных слоев грунта, погружение в которые происходит различно. В маловлажных или сухих песчаных грунтах при за ивке свай ыстро наступает отказ. После перерыва в работе отказ возрастает. Таким образом, первоначальный отказ не является истинным. В практике строительства он получил название «ложного». Это явление о ъясняется тем, что при забивке свай происходит вытеснение воды и уплотнение грунта как вокруг ствола, так и у острия свай. Истинный отказ свай в таких песчаных грунтах может быть получен через 2—3 дня после окончания забивки.

В водонасыщенных песчаных грунтах явление ложного отказа не наблюдается. Но погружение свай в этих грунтах происходит с трудом, так как невозможно удалить воду в окружающую среду. Поэтому, во всех песчаных грунтах погружение свай сопряжено с большими трудностями.

Молоты большого веса в песчаных грунтах не дают нужного эффекта. После погружения сваи на некоторую глубину молот начинает подпрыгивать, и погружение прекращается. альнейшие попытки погрузить сваю приводят к ее разрушению. Поэтому, чтобы погрузить сваю в песчаный грунт, применяют подмыв, так как при подмыве происходит постоянное движение потока воды по поверхности ствола сваи, уменьшающее силы трения и лобового сопротивления. Подмыв не приводит к уменьшению несущей способности свай в песчаных грунтах (при обязательной добивке свай при отключенном подмыве), за исключением мелких пылеватых песков. Это объясняется тем, что в песчаных грунтах при забивке свай переход связанной воды в свободную и наоборот происходит быстро, поэтому быстро восстанавливается его структура. Кроме того, песчаные грунты не могут поглощать воду в объеме, большем объема пор, а избыточная вода при добивке сваи, если выключен подмыв, выходит наружу.

Этим следует объяснить высокую несущую способность забивных свай в песчаных грунтах. Поэтому подмыв часто применяют в песчаных грунтах. Заметное снижение прочности при подмыве происходит в пылеватых и мелких песках, но это не имеет решающего значения, так как подошву свай всегда доводят до более плотных грунтов.

В песчаные грунты трубчатые сваи можно погружать как с закрытым, так и с открытым нижним концом. При погружении с открытым концом в нижней части образуется плотная песчаная пробка, которая способствует дополнительному уплотнению грунтового основания. При погружении свайоболочек и колодцев-оболочек также следует сохранять песчаную пробку. С увеличением размеров оболочек степень уплотнения песчаной пробки уменьшается, эта пробка способствует сохранению плотности грунтового основания, образовавшейся вследствие воздействия вибрации. При этом, она затрудняет погружение оболочек, поэтому грунт из внутренней полости оболочек следует удалять, но при извлечении грунта необходимо оставлять пробку высотой не менее 3 м. Извлечение всего грунта до уровня ножа оболочки требует дополнительной затраты труда и материалов и, самое главное,

187

ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ И ПРИКЛАДНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ МОЛОДЫХ УЧЕНЫХ

Сборник материалов III Международнойнаучно практической конференции

ухудшает работу фундамента. Это важное обстоятельство должно быть учтено при проектировании и сооружении фундаментов на оболочках.[4]

Погружение свай в глинистые грунты связано с рядом особенностей. При забивке свай в глинистые грунты также возникает ложный отказ. Но в этом случае происходит явление, обратное наблюдаемому в песчаных грунтах: при непрерывной забивке свай получается увеличенный отказ, а после отдыха, наоборот, меньший отказ. Это можно объяснить тем, что при погружении свай в глинистые грунты происходит нарушение сил сцепления между частицами грунта и переход связанной воды в свободную, которая, двигаясь по поверхности ствола свай, уменьшает силы трения,

СибАДИвибрации. Разж жен е в грунтах полутвердой консистенции наступает в результате превращения части связанной воды в свободную. Поэтому в глинистых грунтах подмыв и вибропогружение не всегда желательны, так как они сн жают несущую способность свай по грунту. По СН 200—62 при вибропогружен свай х несущая спосо ность уменьшается путем введения коэффициентов: для супесей — 0,9, для сугл нков — 0,7 и для глины — 0,6. Добивку сваи до проектной глубины нужно производить ударом молота од ночного действия, который имеет большую энергию единичного удара и небольшую частоту. При до ивке подмыв не допускается.

создавая тиксотропную рубашку.

татическое приложение усилия нарушает структуру грунтов текучей консистенции, в них происходит т ксотропное разупрочнение, т. е. они разжижаются. Если грунты пластичной

консистенц , то от действ я статической нагрузки они только размягчаются. Разжижение этих грунтов возможно при в брац , а если грунты полутвердой консистенции, то только при сильной

Глинистые грунты обладают ольшими силами сцепления. В некоторых случаях они настолько велики, что при заб вке свая возвращается вместе с молотом в прежнее положение. Чтобы преодолеть с лы сцеплен я, тре уется увеличить число ударов молота. Но от чрезмерного увеличения ч сла ударов, напр мер при ви рации, происходит разжижение грунтов.

Глинистые грунты, как указано выше, могут содержать большое количество свободной воды, объем которой может превосход ть о ъем пор. В таких грунтах, т. е. в водонасыщенных, погружение свай независимо от их степени плотности чрезвычайно затруднено, так как такие грунты не уплотняются. Погружение свай в них возможно, если есть выход потока воды по поверхности ствола сваи наружу.

Глинистые грунты, которые содержат только физически связанную воду, уплотняются в процессе погружения свай. В таких грунтах во время погружения часть физически связанной воды переходит в свободную, что способствует погружению свай, а свободные поры уплотняются.

Несущая способность свай, погруженных в глинистый грунт, возрастает во времени. В практике это явление принято называть процессом «засасывания», а длительность периода, в течение которого происходит нарастание несущей способности свай до стабильной величины, называется «отдыхом». Продолжительность отдыха для разных грунтов различна — от нескольких дней до многих месяцев.

При забивке сваи молотом продолжительность отдыха составляет: для супесей — 5-10 дней, для суглинков —15- 20 дней, для тощих и пылеватых глин — 25-30 дней, для жирных глин — 30 дней и более. При устройстве свай вибропогружением машинами продолжительность отдыха увеличивается. Можно полагать, что с увеличением частоты ударов степень разжижения грунта увеличивается и соответственно увеличивается продолжительность отдыха. После наступления упрочнения грунтов их несущая способность увеличивается в 1,5—2 раза по сравнению с несущей способностью, наблюдаемой сразу после забивки свай. Однако в высокочувствительных глинах которые обладают повышенной тиксотропией, такое упрочнение не происходит, и их несущая способность остается низкой. Поэтому в таких грунтах применять сваи нецелесообразно.

При увеличении влажности прочность глин падает. Поэтому подмыв в глинистых грунтах, в отличие от песчаных, снижает несущую способность. Кроме того, глинистые грунты, особенно глина, плохо размываются. По этой причине в глинистых грунтах подмыв не рекомендуется. Погружение свай в глинах суглинках рекомендуется производить молотом, а не вибропогружателем. Молоты желательно применять тяжелые, с большой кинетической энергией, но с меньшим числом ударов, т.е. молоты одиночного действия. Погружение свай молотами и вибропогружателями в супесях дает одинаковый эффект.

При погружении свай вибропогружателем в глинах и суглинках происходит интенсивное выделение свободной воды, способствующей их разжижению. В настоящее время накоплен достаточно большой опыт, подтверждающий это положение.

Заключение

При строительстве Крымского моста в ходе устройства свайного фундамента на стальных трубах, был применен метод погружения свай большой длины целой неразрезной плетью.

Забивка сваи большой длины таким способом позволила сократить время на погружение и исключила работы по сопряжению секций, за время которых погруженную часть трубы глинистый

грунт «засасывает».

Отсутствие перерывов в погружении облегчает работу и позволяет быстрее и точнее получить отказ сваи, близкий к проектному.

188

Направление 3. Инновационное развитие архитектурно строительного комплекса

Библиографический список

1. 24 канал. Крымский мост: почему Крымский мост смещается и разрушается: объяснение экспертов [Электрон. ресурс]: [статья] / 24 канал. – Киев, 2018. – Режим доступа: https://24tv.ua/ru/pochemu_krymskij_most_smeshhaetsja_i_razrushaetsja_objasnenie_jekspertov_n1068849.

2. Хелпикс. Взаимодействие свай с окружающим грунтом. [Электрон. ресурс]: [статья] / Хелпикс.орг. – Москва, 2014. – Режим доступа: https://helpiks.org/3-89000.html.

3. ГО Т 25100-2011. «Грунты. Классификация».

4. Познайка. Поведение грунта при погружении сваи динамическим способом. [Электрон. ресурс] : [статья] /

Познайка. – Москва, 2017. – Режим доступа: https://poznayka.org/s90424t1.html.

СибАДИ5. П 24.13330-2011 «Свайные фундаменты. Актуализированная редакция СНиП 2.02.03-85*».

Научный руковод тель – Матвеев С.А., доктор технических наук, профессор кафедры Мосты тоннели.

189