книги из ГПНТБ / Трофименков Ю.Г. Полевые методы исследования строительных свойств грунтов

50

□\%

у,хгс/смг

130

значений q от 30 до 200 кгс/см2 величина .модуля деформации, определенного по формуле (34), больше при (7 = 30 кгс/см2 в

2,6 раза, а при </=200 кгс/см2— на 20%.

На рис. 72 пунктиром показана зависимость Е от q по фор­ муле, рекомендуемой СН 448-72.

Приведенные данные показывают целесообразность проведе­ ния параллельных .испытаний грунтов штампом и зондировани­

и (35), показывает, что для значений q от ІІО до 50 кгс/см2 вели­ чина модуля деформации, определенного по формуле (35), боль­ ше при (7=!ІО кгс/см2 в 2,5 раза, а при (7=50 кгс/см2— всего на 5%. На рис. 73 пунктиром показана зависимость Е от q, при­ нятая в СН 448-72.

Из приведенных данных также видна целесообразность в не­ которых случаях установления местных зависимостей Е от q, особенно для 'слабых грунтов с (7<20 кгс/см2. Вместе с тем при­ ходится учитывать, что проведение испытаний слабых грунтов штампом является трудоемкой работой. Поэтому решение о ме­ тоде определения модуля деформации следует принимать на ос­ нове тщательных технико-экономических сравнений.

Поскольку модуль деформации используется при определе­ нии осадок зданий и сооружений, остановимся на одном из возможных методов определения осадок о использованием ре­ зультатов статического зондирования, применение которого особенно целесообразно для слоистой среды.

131

Метод разработан Шмертманом [40]. Обычно осадку основа­ ния определяют, принимая какой-либо закон распределения на­ пряжения по глубине (например, Буссинеска). Шмертман на основе имеющихся теоретических решений и экспериментов о раопределении осадки фундамента на песчаном основании по глубине принимает, что .максимальная относительная осадка наблюдается на глубине ß/2.

Теоретические решения методом конечных элементов для ши­ рокого диапазона изменения диаметра фундамента от 30 см дс до 30 м показали, что осадка затухает почти полностью на глу­ бине 2В, где В—ширина (диаметр) фундамента. График относи­ тельной осадки, характеризующий так называемый коэффици­ ент влияния осадки /г, показан на рис74 (при максимальном значении Іг— 0,6 на глубине z = В/2).

кгс/см?

132

На рис. 74 показаны 'вспомогательные построения для вычис­ лений по формуле (36). На глубину до 2В под фундаментом на­ носятся значения модуля деформации различных слоев (на рис. 74 три слоя). -Определяют середину каждого слоя и -соответ­ ствующее этому уровню значение Jz. Для каждого слоя опреде­ ляют значения Jz Аг/Е и суммируют их.

Отметим, что для однородного основания с постоянным

Для определения модуля деформации песчаного основания Шмертман использует результаты статического зондирования. Им были использованы результаты зондирования голландским конусом площадью основания 10 см2, а также испытан грунт жестким штампом размером ЭОХ-ЗО см и винтовой сваей с площадью лопасти 900 см2. .Всего было использовано 12 испы­ таний штампом -и 53 испытания винтовой сваей. Используя данные испытаний для определения модуля деформации и ре­ зультаты статического зондирования, автор дает следующую формулу:

Подставив в формулу (36) значение Е по формуле (38), ав­ тор сравнил получаемые по расчету величины осадок с имеющи­ мися в литературе данными о -фактической осадке сооружений. Им рассмотрены данные по 16 площадкам е различными соору­ жениями в 10 странах мира. Сравнение показало хорошую -схо­ димость результатов: в 21 случае из 36 рассчитанных расхожде­ ния между расчетной и замеренной осадками не превышали ±20%, при этом только в трех случаях фактическая осадка пре­ вышала расчетную более чем на 20%.

Учитывая простоту расчета осадок по указанному методу и хорошую сходимость расчетных осадок с фактическими, можно рекомендовать этот .метод для ориентировочных расчетов -оса­ док песчаных оснований. При этом модуль деформации по дан­ ным статического зондирования следует принимать по формуле (38), так как разработанный метод дает наилучшую сходимость расчетных и фактических осадок именно при этом значении мо­ дуля деформации.

* В формуле (Э6) нами опущены для упрощения два коэффициента, учи­ тывающие влияние заглубления фундамента и увеличение осадки во времени. Произведение этих двух коэффициентов весьма близко к единице.

133

Определение глубины заложения фундаментов и нормативного давления на грунт

При выборе несущего слоя і(назначѳнии глубины заложения фундаментов) используют график сопротивления грунта погру­ жению конуса с учетом однородности и выдержанности слоя грунта. При этом следует иметь в виду, что сопротивление грунта погружению конуса начинает иногда резко возрастать, когда конус зонда еще не дошел на 40—50 см до плотного несу­ щего слоя. Поэтому, принимая глубину заложения фундаментов наряду с данными зондирования, необходимо использовать име­ ющиеся данные по геологическим выработкам и стремиться к тому, чтобы обеспечить некоторое заглубление фундамента в выбранный более прочный несущий слой.

При проектировании фундаментов сооружений III и IV клас­ сов с шириной подошвы от 0,6 до 1,5 м и глубиной заложения от

лять нормативные давления на суглинки и глины ів зависимо­

Для тех же условий нормативные давления для песков при­ нимаются по табл. 14 СНиЛ II-Б. 1-62* на основании данных о плотности, полученных по результатам статического зондирова­ ния (ом. табл. 20).

При проектировании сооружений I и II классов нормативные давления на грунт должны приниматься на основе комплексного изучения инженерно-геологических условий и строительных свойств грунтов лабораторными и полевыми методами.

Определение несущей способности свай

Применение статического зондирования для определения соп­ ротивления грунта под острием сваи является одним из главных направлений в использовании этого метода.

Это объясняется тем, что вдавливание зонда в грунт анало­ гично забивке сваи — зонд является как бы моделью сваи. Как показывают исследования в лотках и в натуре, происходящие при забивке свай разного поперечного сечения в грунт явления

134

для .разных свай идентичны и не зависят от их размера. Иссле­ дования погружения зондов в песчаные .грунты показали, что в грунте у нижней части зонда происходят деформации сдвига и уплотнения (сжатия), при этом наибольшие напряжения сжатия находятся примерно на 4d ниже острия зонда. Такая картина деформаций грунта показывает, что сопротивление погружению зонда должно определяться как прочностными свойствами грунта (ср, с), так и деформационными (£, ц). В связи с этим теоретическое решение задачи о сопротивлении грунта погру­ жению сваи является исключительно трудным. В этих услови­ ях 'применение зонда, имитирующего работу сваи в грунте, для определения несущей способности свай является оправданным

ивесьма целесообразным.

Внастоящее время накоплен обширный материал по резуль­

татам испытаний свай статической нагрузкой с одновременным испытанием грунтов статическим зондированием.

Результаты опубликованных за рубежом испытаний были обобщены 3. Мензенбахом в докладе «Определение допускаемой нагрузки на острие сваи при помощи статического зондирова­ ния» [37], представленном на V Международном конгрессе по механике грунтов и фундаментостроению. В докладе обобще­ ны данные 88 испытаний свай и проведенных параллельно ис­ пытаний грунта статическим зондированием. Площадь попереч­ ного сечения свай составляла 109—41084 см2, сопротивление погружению конуса— 25—180 кгс/см2. Почти во всех случаях испытания проводили в песках.

Обозначив через Fі отношение сопротивления грунта погру­ жению конуса q к предельному сопротивлению грунта под сва­ ей R, на основе математической обработки данных всех 88 ис­ пытаний Мензенбах получил следующую формулу:

Как следует из данных табл. 05, предельное сопротивление грунта под острием сваи меньше, чем под конусом пенетромет­ ра, при этом предельное сопротивление грунта уменьшается при увеличении диаметра сваи.

135

Статистическая обработка данных 88 испытаний показыва­ ет, что при /д = 2 имеется 9>5%-ная .гарантия того, что факти­ ческое соотношение сопротивления грунта под конусом пене­ трометра и под острием сваи не превысит 2.

Из данных табл. 25 видно также, что при постоянном диамет­ ре сваи разница между сопротивлением грунта под конусом пе­ нетрометра и под острием сваи уменьшается при уменьшении несущей способности грунта.

Аналогичные выводы были получены Ж. Керизелем [33] на основе проводимых им опытов и обобщения опубликованных материалов. Ж. Керизель проводил опыты по погружению свай и пенетрометров в опытном железобетонном колодце диамет­ ром 6,4 м и глубиной Ю,25 м, в который послойно укладывали песок, уплотненный вибрированием до различной заданной плотности. Обобщая имеющиеся материалы, Ж. Керизель пост­ роил графики, приведенные на рис. 75—77, которые подтверж­ дают сделанные выше выводы о том, что сопротивление грун­ та под конусом пенетрометра больше, чем под острием сваи.

.Весьма интересную интерпретацию графиков Ж. Керизеля дает Бюисон. На рис. 78 построены (для объемного веса грун­ та, равного единице) кривые предельного сопротивления грунта в зависимости от относительного погружения острия в грунт и диаметра сваи. Из графика видно, что при равном предельном

¥

136

Рис. 79. Графики обобщенных результатов опытов Керизеля в песках различ­ ной плотности

определенному предельному сопротивлению грунта и относительному заглублению острия соответствуют два диаметра, один

78 и кривых, полученных Прессом, а также Кеглером и Шейдигом в процессе испытания грунтов штампом на поверхности. Указанные опыты показали, что осадка под данной удельной нагрузкой будет минимальной при диаметре штампа около 25 см (см. рис. 2). Эти эксперименты вызвали тогда (в 1930 г.) большую дискуссию. Однако в последующем были подтверж­ дены рядом исследователей.

График, показанный на рис. 78, отличается от графиков ука­ занных исследователей тем, что при испытании свай по оси ордч-

137

нат отложено относительное заглубление острия свай, а при ис­ пытании грунтов штампом на поверхности — осадка штампа.

Заслуживает внимания тот факт, что величина «критическо­

меньше, чем под острием стаи. Из 88 испытаний, обобщенных Э. 'Мензен'бахом, в 32 испытаниях -сопротивление грунта под пенетрометром было меньше, чем под -острием сваи.

На рис. 79 показаны результаты более поздних эксперимен­ тов Ж- Керизеля, проведенных в том же колодце. Хочется обра­ тить внимание на исключительную тщательность проведения указанных экспериментов. Так, каждый опыт повторяется три раза при одной плотности, причем каждый раз после нового послойного заполнения колодца песком с заданной плотностью, которое занимало два месяца.

Как видно из этого рисунка, для очень плотного песка соп­ ротивление зондированию в значительной мере зависит от диа­ метра. Чем плотность песка -меньше, тем меньше становится влияние диаметра на сопротивление зондированию. Каждой плотности песка соответствует определенное предельное сопро­ тивление грунта погружению конуса, которое наступает с оп­ ределенной глубины, называемой критической.

138

Из рис. 79 и табл. 26 видно, что критическая глубина воз­ растает с увеличением плотности песка. Для очень плотного песка критическая глубина зависит от диаметра зонда, возрас­ тая с увеличением диаметра.

В указанных экспериментах вызывает удивление исключи­ тельно низкое значение сопротивления грунта погружению ко­ нуса: для песка с ср=35° оно равно всего 20 кгс/см2. Ж- Керизель объясняет это тем, что свежеотсыпанные пески не имеют сцепления упрочнения, которое всегда есть у песков в естествен­ ном состоянии и которое существенно увеличивает сопротивле­ ние зондированию.

Опытов в глинистых грунтах, аналогичных по масштабу опытам Ж. Керизеля, не проводилось. Вместе с тем имеющиеся данные парных испытаний грунтов сваей-штампом и зондирова­ нием показывают, что предельное сопротивление грунта под сваей несколько меньше, чем под зондом диаметром 36 мм. При этом с повышением твердости глинистых грунтов эта разница сопротивлений возрастает.

Учитывая весь накопленный опыт СНиіП П-Б.5-67 при опре­ делении несущей способности свай было рекомендовано норма­ тивное сопротивление грунта под острием забивной сваи опре­

поверхности зонда.

Эта .рекомендация СНиП П-Б.б-67 успешно применялась для определения несущей способности свай. Однако в отдельных случаях расхождения между несущей способностью сваи, опре­ деленной по данным статического зондирования и по результа­ там испытаний статической нагрузкой, оказывались значитель­ ными, что потребовало дальнейшего уточнения методики опре­ деления несущей способности свай по данным статического зон­ дирования.

Институтом «Фундаментпроект» проведено более 150 парал­ лельных испытаний забивных свай статической нагрузкой и ис­ пытаний грунта статическим зондированием с помощью уста­ новки СП-36 (С-979), разработанной институтом.

Испытания выполнялись на площадках, расположенных в различных районах Советского Союза и сложенных песчаными

иглинистыми грунтами различного возраста и происхождения. Это позволило проверить рекомендации СНиП ІІ-Б. 5-67 по

определению несущей способности забивных свай по данным

139