книги из ГПНТБ / Николаев, Б. А Погружение свай с помощью электроосмоса

VI. ВОССТАНОВЛЕНИЕ НЕСУЩЕЙ СПОСОБНОСТИ СВАЙ ПОСЛЕ ИХ ЗАБИВКИ С ПОМОЩЬЮ ЭЛЕКТРООСМОСА

12. Результаты динамических и статических испытаний свай

Для изучения вопроса восстановления несущей способности свай после их погружения с использованием электроосмоса про­

изводились исследования на ст. Мстинский мост, на опытном стенде и на мосту Строителей. После забивки свай электроосмо­ тическим способом восстановление прочности грунта происхо­ дило либо путем «отдыха», либо посредством электроосушения грунта и последующего «отдыха». На рис. 27,6 показан способ погружения свай с применением специальных свай-анодов, как

Рис. 27. Схемы расположения свай-анодов при за­ бивке свай-катодов:

а—последовательность забивки сЬай с изменением их поляр­ ности; б—центральное расположение сваи-анода

это уже было проведено в опытах на стенде. После прекраще­ ния кратковременного действия постоянного тока требуется не­ которое время для «отдыха», в течение которого происходит перераспределение и выравнивание влажности грунта вокруг

электрода. После «отдыха» несущая способность свай-катодов

восстанавливается естественным путем. Этот процесс может быть ускорен путем применения электроосушения, основанного на использовании явления осушения грунта вокруг сваи-анода под действием постоянного тока.

Электроосмотический способ погружения свай с последую­ щим электроосушением грунта, предложенный автором [9, 10],

заключается в том, что после забивки сваи-катода ее исполь­ зуют в качестве анода при забивке следующей соседней сваикатода (>рис. 27,а). Соблюдая такую последовательность в из­

менении полярности сваи-электрода, можно быстро восстано­ вить прочность грунта электроосушением. Этот способ погру­ жения свай применялся на ст. Мстинский мост и на мосту

Строителей.

59

Ниже приводятся результаты восстановления прочности грунта после погружения ©вай-катодов как за время «отдыха» сваи, так и вследствие электроосушения грунта и последующего «отдыха». Сравнение несущей способности свай, забитых обыч­ ным способом, с использованием электроосмоса и с электроосу­ шением окружающего грунта, производилось после «отдыха» с

помощью динамических и статических испытаний.

Электроосушение грунта вокруг ста л ьн ы х св а й на ст. Мстинский мост

Геологические условия площадки, на которой забивались сваи, описаны в § 6; сваи представляли собой трубы диамет­ ром 89 мм, длиной 2,8 м с пирамидальными наконечниками. Забивались они на расстоянии 0,5 м друг от друга. При этом изменялась полярность свай-электродов. Расход электроэнергии при погружении сваи-катода составлял 0,02 квт-ч. Последняя становилась анодом при забивке соседней сваи-катода и допол­ нительно служила в течение часа анодом при электроосушении грунта вокруг нее. Расход электроэнергии в этом случае состав­ лял 0,25 квт-ч при напряжении 93-100 в. Спустя 14 час. после забивки и электроосушения производились динамические испы­

тания. В табл. 17 приводятся отказы в конце забивки четырех

свай с помощью электроосмоса и обычным способом, а также отказы при добивке этих же свай с глубины 2,7 до 2,8 м через

14 час.

Отказь свай, зг(битых < помои(ью элект]юосмоса , после

электроосушения грунта и короткого «отдыха» уменьшились

более чем в два раза (1—0,6 см) и были приблизительно та­ кими же, как у свай, забитых без электроосмоса (0,6—0,8 см), но подвергнувшихся электроосушению, либо как у сваи, заби­ той обычным способом после месячного «отдыха» (0,6 см). Сле­ довательно, электроосушение грунта быстро восстанавливает несущую способность свай, забитых электроосмотическим спо­ собом.

60

Результаты динамический испытаний стальных свай, забитых с помощью электроосмоса на опытном стенде

Условия 'забивки стальных свай с помощью электроосмоса описаны в § 7. Восстановление несущей способности стальных свай 29 и 23, забитых обычным способом, и свай 26 и 22—с ис­ пользованием электроосмоса определялось динамическими ис­

Отказы при добивке свай после «отдыха» уменьшились в три — пять раз, но у сваи 26, забитой с помощью электроосмоса,

отказ (0,21 см) был немного больше, чем у сваи 29, забитой

обычным способом (0,14 см). Свая 22 при забивке и добивке имела повышенные отказы (1,7—0,34 см), что объясняется меньшим сопротивлением грунта. Свая 23 после двухмесячного «отдыха» подверглась длительному электроосушению в течение 9 час., так как служила анодом при забивке двух соседних свай. Поэтому на следующий день после электроооушения ее отказы при добивке были нулевыми. Динамические испытания показали, что после «отдыха» прочность грунта вокруг сваи-ка­

тода почти восстанавливается.

Восстановление несущей способности железо­ бетонных трубчатых свай, забитых с помощью

электроосмоса на мосту Строителей

Условия забивки железобетонных свай на мосту Строителей описаны в § 11. При сооружении свайных оснований двух опор моста исследовалась несущая способность железобетонных

трубчатых свай, забитых обычным и электроосмотическим спо­ собом, после «отдыха» либо электроосушения грунта и после­

дующего «отдыха». Десять свай подверглись динамическим ис­ пытаниям и четыре — статическим. В табл. 19 приводятся дан­

61

ные (по материалам Ленмостостроя) о динамических испыта­ ниях свай, имевших при погружении наибольшие конечные от­ казы.

Таблица 19

Результаты динамических испытаний железобетонных трубчатых свай

Конечные отказы свай 13 и 14, забитых обычным способом, составлявшие 0,55—0,88 см, за время «отдыха» (12—17 дней)

уменьшились до 0,12—0,18 см. При электроосмотическом спо­

собе забивки свай 41 и 19 конечные отказы увеличивались бо­ лее, чем в два раза, и достигали 1,4—1,1 см. После электроосушения грунта и последующего «отдыха» в течение 46—47

дней отказы были такими же, как у свай, забитых обычным

способом (0,17—0,13). Сваи 46 и 18, забитые с ослабленным

действием электроосмоса (из-за утечек тока), имели конечные отказы 0,8—1 см, после «отдыха» в течение 63—71 дней их от­ казы были нормальными и составляли 0,18—0,15 см. Сваи 50 и 51 были забиты аналогично предыдущим сваям с конечными отказами 0,7 см, но в отличие от них было произведено электроосушение грунта, после чего «отдых» продолжался 85 дней. При добавке свай отказы уменьшились до 0,13—0,2 см. Последние две сваи (30 и 31) также погружались с ослабленным действием

62

электроосмоса и имели конечные отказы 0,8—0,9 см. Для одной

сваи (30) производилось электроосушение грунта. «Отдых» про­ должался 60 дней. Однако при динамических испытаниях были получены очень большие отказы (0,3 см), превышающие отказы свай (0,18 см), забитых без электроосмоса. Понижение несущей способности свай объясняется тем, что их острие было останов­ лено в слабых водоносных грунтах, и электроосушение не уве­ личило их прочность. Поэтому была произведена добивка свай до более прочных грунтов.

Большинство свай после применения электроосмотического способа забивки являлось анодами для электроосушения окру­ жающего грунта и восстановления его прочности (см. рис. 27, а).

При отсутствии утечек така количество электроэнергии, пропу­ щенной через сваю-катод и сваю-анод, было почти одинаковое. При утечках тока количество электроэнергии, прошедшей через сваю-анод (7 квт-ч), было больше, чем через сваю-катод (3 квт-ч), и это улучшало прочность грунта. Вокруг некоторых свай (41, 50, 30) грунты осушались в два раза дольше, чем увлажнялись электроосмосом. Все сваи с электроосушением

окружающего грунта после «отдыха» при испытании показали небольшие отказы.

Динамические испытания установили, что сваи, забитые на

проектную глубину с большими отказами в слабые грунты обычным или электроосмотическим способам и с последующим электроосушением после «отдыха» при добивке, имели также

большие отказы (0,30—0,41 см). Чтобы увеличить их несущую способность, такие сваи углублялись до проектных отказов.

Если же при добивке отказы были нормальными, то сваи не углублялись.

Эти выводы подтвердились и статическими испытаниями свай, произведенными Ленмостостроем и ЛИИЖТ. Для опоры В были забиты свая 10 без электроосмоса и свая 3 с помощью электроосмоса, их конечные отказы были 0,6 и 1,4 см (см.

рис. 26, б). Через несколько дней после погружения сваи 3 про­ изводилось электроосушение грунта вокруг нее в течение 8 час. «Отдых» сваи 10 продолжался 51 день, а сваи 3 — 31 день, после чего они подверглись статическим испытаниям. На опоре А

В табл. 20 приводятся результаты статических испытаний свай,

забитых разным способом.

Глубина погружения была почти одинаковая. Сваи дости­ гали границы между ледниковыми отложениями и переотло­ женными нижнекембрийокими глинами. Если сравнить кривые,

выражающие зависимость между нагрузкой и осадкой сваи, то для свай Ю, 3 и 10а кривые почти налагаются друг на друга.

63

роосмоса

Критическая нагрузка на сваи, забитые без электроосмоса и ,-без электроосушеиия грунта, колебалась от 220 т — свая 10, до 260 т—-сваи на других опорах. Критические нагрузки для свай, погруженных обычным и электроосмотическим способом и с электроосушением грунта, были практически почти одина­

ковыми, и небольшая разница между ними объясняется не спо­ собом погружения свай, а неодинаковой прочностью грун­

тов.

Исключением из всех испытанных свай является свая За,

погруженная с очень большим конечным отказом 1,7 см. Не­ смотря на 72-дневный «отдых», критическая нагрузка на нее была очень малой (150 т), длительное электроосушение грунта почти не повысило критическую нагрузку (160 т). Это объяс­ няется тем, что свая За вошла в линзу (водоносной супеси) ме­ нее прочного грунта и поэтому была углублена до прочного грунта, после чего критическая нагрузка на нее стала свыше

240 т.

Этот случай и динамические испытания других свай пока­ зали, что если сваи погружаются с большими отказами в слабые грунты электроосмотическим или обычным способом, то, несмотря на электроосушение грунта и длительный «отдых»,

несущая способность свай, хотя и восстанавливается, но будет малой, а отказы будут большими. Поэтому такие сваи после «отдыха» должны быть испытаны и добиты до проектного от­ каза. Следовательно, статические и динамические испытания железобетонных свай на мосту Строителей показали, что после

64

забивки их с помощью электроосмоса, электроосушения окру­ жающего грунта и «отдыха» несущая способность их становится такой же, как у свай, забитых обычным способом.

На опытном стенде железобетонная свая 31, забитая с ис­ пользованием электроосмоса, и стальная свая 5, забитая обыч­

ным способом, подвергались статическим испытаниям. Так как на стенде обычным способом забивались только стальные сваи,

то оценка восстановления несущей способности сваи 31 после

«отдыха» производилась .путем сравнения достигнутой нагрузки

при статическом ее испытании с критической нагрузкой на

стальную сваю 5. Условия забивки этих свай описаны в §§ 7 и 10. Результаты статических испытаний, взятые из отчета ка­ федры «Основания и фундаменты» ЛИИЖТ за 1956 г., приво­

дятся в табл. 21. Диаметр стальной сваи 5 и диаметр наконеч­ ника-электрода железобетонной сваи 31 были одинаковыми (529 мм). Аналогичными были и геологические условия. Сваи заглублялись в моренные суглинки. Отметка острия железобе­ тонной сваи была на 1 м ниже отметки стальной.

Из табл. 21 видно, что предельно достигнутая нагрузка на

железобетонную сваю почти равна критической нагрузке на

стальную сваю. Это означает, что прочность грунта вокруг сваи 31, погруженной с помощью электроосмоса, полностью вос­ становилась спустя три месяца после забивки.

Из приведенных материалов можно сделать вывод, что не­ сущая способность свай, погруженных с помощью электроос­ моса, после «отдыха» восстанавливается. Восстановление проч­ ности грунта вокруг свай можно значительно ускорить, приме­ нив электроосушение.

VII. ПРИБЛИЖЕННЫЙ СПОСОБ РАСЧЕТА ПАРАМЕТРОВ ПОСТОЯННОГО ТОКА, ОПТИМАЛЬНОГО ОТКАЗА

ИПЛОЩАДИ ЭЛЕКТРОДОВ

13.Расчет параметров тока и оптимального отказа

для стальных свай

Степень электроосмотического водонасыще- н и я грунта в объеме, вытесняемом острием сваи при ударе молота

Вокруг сваи-катода при пропускании тока образуется зона электроосмотически водонасыщенного грунта, от величины ко­ торой зависит сопротивление грунта погружению свай. Выявить эту зону нашими опытами не представлялось возможным ввиду ее малых размеров и быстрого поглощения воды окружающим не насыщенным водой

грунтом.

Основываясь на известной формуле (5)

Вокруг зоны полного электроосмотиче­ ского водонасыщения грунта имеется вторая более широкая зона с повышенной влажностью грунта, в которой поры лишь ча­ стично' заполнены электроосмотически перенесенной водой [2]. Между этими зонами и окружающим грунтом с естественной влажностью нет резких границ. С приближением к катоду влаж­

66

где Коэ = р/С, (12а)— объемный коэффициент электроосмоса,

представляющий собой объем воды, пе­ ренесенной через 1 см2 грунта при про­ текании одного кулона электричества, в

еж3 • кулон”1,

р— удельное омическое сопротивление грун­ та в ом • см,

Кэ — коэффициент электроосмотической филь­ трации, выражающий скорость фильтра­

•в см2 (12в),

^ = "c5sa—длина образующей конуса в см (12г),

hK—высота конуса сваи в см, а.— угол заострения сваи, d—диаметр сваи в см,

h—глубина погружения сваи от одного уда­ ра молота (отказ),

t—промежуток времени действия тока меж­ ду ударами молота в сек.,

g—степень водонасыщения грунта в долях единицы,

п—пористость грунта в долях единицы.

Величина S, как это видно из формулы (12), зависит, глав­ ным образом, от конечного отказа h, времени действия и плот­ ности тока, от физического состояния грунта, размера свай и электродов. Увеличение плотности тока и времени его действия или уменьшение части объема пор, заполняемых электроосмо­ тически перенесенной водой (1—g) п, в вытесняемом острием сваи грунте при прочих равных условиях вызывает рост вели­ чины S. Согласно расчетам, произведенным по данным лабора­

торных исследований, вместе с величиной S изменяется и эко­ номия в работе от использования электроосмоса. Величина по­ гружения сваи h от удара молотом и объем вытесняемого ост­ рием сваи грунта с углублением уменьшаются. Количество же

воды, перемещаемой током к башмаку-электроду, мало изме­ няется, так как сила тока лишь немного увеличивается с глуби- '

ной. Следовательно, величина S возрастает с углублением сваи.

1 Следует иметь в виду, что истинная плотность тока на всей поверх­ ности электрода неодинаковая.

68