Сборник трудов конференции СПбГАСУ ч

Раздел 4. Лабораторные и полевые исследования грунтов и фундаментных конструкций…

Рис. 7. Схема расположения контрольных марок и величины осадок скважины №2

Рис. 8. Схема расположения контрольных марок и величины осадок скважины № 3 41

Современные геотехнологии в строительстве и их научно-техническое сопровождение

2. Результаты экспериментов

По результатам наблюдений сделан важный вывод: «приращение оса-

док поверхности грунта вокруг скважины пропорционально прираще-

нию объема превышения грунта». Осадки вызваны засасыванием шнеком близлежащих слоев грунта. Чем больше наплыв грунта, тем больше прирост осадок. Максимальная осадка при устройстве одной буронабивной сваи достигла 32 мм и приурочена к точке, находившейся непосредственно у обсадного стола (рис. 9). Радиус воронки оседания составил 4,0 м. Наблюдения за тремя различными скважинами показали примерно одинаковые значения.

Рис. 9. Воронка оседания поверхности грунта вокруг скважины

При устройстве буронабивных свай, описанных в статье А.Б.Фадеева, В.Н. Парамонова, осадки соседних зданий составили 44–96 мм, существенно больше, чем в наших экспериментальных исследованиях. Очевидно, меньшие осадки поверхности грунта в экспериментах связаны со следующими причинами. В экспериментах отсутствовала пригрузка грунта весом зданий, оказывающих дополнительное давление на забой скважины и, как следствие, дополнительное превышение объема извлеченного грунта. Можно предположить, что чем больше нагрузки от существующей застройки, тем больше превышение объема извлеченного грунта и тем больше размеры воронки оседания. Этот эффект отражен и в цитируемой статье. Осадки малоэтажно части здания были меньше, чем многоэтажной.

42

Раздел 4. Лабораторные и полевые исследования грунтов и фундаментных конструкций…

Кроме этого наши эксперименты проводились на разных сваях, находившихся достаточно далеко друг от друга. При устройстве же свайного поля воронки оседания будут накладываться, что приведет к развитию суммарной осадки, большей, чем при изготовлении одной сваи.

На примере наблюдения за тремя различными сваями при бурении можно сказать, что рост осадок и зона влияния показали примерно одинаковые результаты, близко схожиемежду собой, что отображено на графике (рис. 10).

Рис. 10. Зависимость осадки от расстояния от края обсадного стола

Заключение

На основании результатов наблюдений за устройством свай под защитой обсадных труб можно сделать следующие выводы:

1.При производстве работ по устройству буронабивных свай получено экспериментальное подтверждение явления наплыва слабого грунта в скважину, вследствие которого происходит резкое увеличение объема извлеченного грунта и, впоследствии, превышение проектного объема бетона скважины.

2.Превышение объема извлеченного грунта связано с технологией погружения обсадных труб, а именно, из-за недостаточной мощности буровой установки текучие водонасыщенные суглинки не перекрываются обсадными трубами. При использовании «метода опережающей проходки шнека» возникает эффект «вакуумного насоса».

3.Радиус зоны влияния (зона «безопасности») устройства буронабивных свай диаметром 1000-1200 мм на окружающую территорию в условиях распространения слабых пылевато-глинистых грунтов составил 4 м. Таким образом, в условиях плотной городской застройки недопустимо производить устройство буронабивных свай под защитой обсадных труб ближе 4,0 м от

43

Современные геотехнологии в строительстве и их научно-техническое сопровождение

существующих зданий без дополнительных защитных мероприятий, обеспечивающих устойчивость забоя скважины – создание противодавления весом столба воды, глинистого раствора, целика грунта и т. п.

4. Для устройства фундаментов из буронабивных свай в условиях плотной городской застройки необходимо использование современного оборудования при погружении обсадных труб, мощности которого должно хватать для полного перекрытия слабых глинистых грунтов.

УДК 624.15

А.Б. Пономарев, А.В. Захаров, М.А. Безгодов

(ПНИПУ, г.Пермь)

К ВОПРОСУ О ВЛИЯНИИ ФАКТОРА ВРЕМЕНИ НА НЕСУЩУЮ СПОСОБНОСТЬ СВАЙ

Рассмотрен положительный опыт строительства свайных фундаментов в водонасыщенных глинистых грунтах с учетом влияния фактора времени на их несущую способность. Приведены результаты экспериментальных исследований, обосновывающих принятие данного решения.

Ключевые слова: несущая способность свай, фактор времени, глинистые грунты, тиксотропное упрочнение.

The article describes the positive experience in the construction of pile foundations in saturated clay soils with consideration of the effect of the time factor in their bearing capacity. The results of experimental studies which support the adoption of this decision.

Keywords: bearing capacity of piles, the time factor, clay soils on you, thixotropic hard-

ening.

В современных условиях геотехнического строительства на первый план выходит проблема экономической эффективности и обоснованности применения различных типов фундаментов. С другой стороны не менее серьезной проблемой остается задача обеспечения конструкционной безопасности и надежности возводимых зданий и сооружений в течение всего срока их эксплуатации. Учитывая данный факт, перед научными и исследовательскими организациями занимающихся геотехническими проблемами стоит непростая задача максимального использования потенциала грунтового основания для передачи на него максимальных безопасных нагрузок.

Известен установленный строителями и исследователями разных стран факт роста несущей способности свай в глинистых грунтах, который привёл к необходимости изучения процессов, происходящих в таких грунтах при забивке и «отдыхе» свай. По результатам проведенных исследований многими авторами были предложены оптимальные сроки испытаний свай в глинистых грунтах и разработаны методы расчета несущей способности свай с учетом факторавремени(А.А. Бартоломей, В.Н. Голубков, Б.И.Далматов, А.А. Луга, идр.).

44

Раздел 4. Лабораторные и полевые исследования грунтов и фундаментных конструкций…

Однако несмотря на выполненные многочисленные исследования, как

вРоссии так и за рубежом, данный фактор не нашел отражение в современных нормативных документах, регламентирующих проектирование свайных фундаментов [1,2]. Единственным элементом в настоящее время, косвенно учитывающим фактор изменения несущей способности свай во времени,

внормативной литературе остается лишь требование проведения полевых испытаний свай с учетом «отдыха» [2]. Поэтому с практической точки строительства, применение известного в механике грунтов физического процесса тиксотропного упрочнения грунта вокруг околосвайного пространства во времени [3], ведущее к увеличению несущей способности свай в водонасы-

щенных глинистых грунтах выходит за рамки нормативной литературы и требует экспериментального обоснования. В представленной статье авторами рассматривается практический случай строительства в инженерногеологических условиях Перми, который потребовал именно такого доказательства.

Впригороде г.Перми осуществляется строительство комплекса жилых домов крупнопанельного домостроения по типовой серии 97-Н5.1. Фундаменты возводимых зданий – свайные комбинированные, под внутренние стены – безростверковые со сборными ж/б оголовками, а под наружные – ленточные, однорядные, с монолитным ж/б ростверком. В качестве элементов свайных фундаментов, под наружные стены здания приняты сваи марки С80.30-6.1, а под внутренние оси – сваи марки С90.30-6.1, соответственно, по серии 1.011.1-10, вып.1 Расчетная нагрузка на сваю составляет N=250кН.

Вгеологическом отношении площадка строительства, в пределах исследованных глубин (до 14,0м), представлена аллювиальными отложениями современного отдела четвертичной системы.

С поверхности повсеместно залегает почвенно-растительный слой мощностью до 0,1м. На площадке выделено 7 инженерно-геологических элементов:

ИГЭ- 1.Суглинок легкий пылеватый, тяжелый пылеватый, мягкопла-

стичный, редко тугопластичный (аQIV);

ИГЭ-2.Суглинок легкий пылеватый, тяжелый пылеватый, текучепла-

стичный (аQIV);

ИГЭ-3.Суглинок гравелистый, легкий пылеватый, тяжелый пылеватый,

тугопластичный (аQIV);

ИГЭ-4. Глина легкая пылеватая твердая и полутвердая (аQIV); ИГЭ-5. Глина легкая пылеватая тугопаластичная (аQIV); ИГЭ-6. Глина легкая пылеватая мягкопаластичная (аQIV); ИГЭ-7. Гравийный, галечниковый грунт (аQIV). Инженерно-геологический разрез приведен на рис. 1.

В гидрогеологическом отношении (в пределах исследованных глубин до 14,0 м) на момент изысканий (август 2012 г.) подземные воды были вскрыты повсеместно, в суглинках и глинах. Установившийся уровень подземных

45

Современные геотехнологии в строительстве и их научно-техническое сопровождение

вод был зафиксирован на глубинах 3,8–5,6 м (отметки в Балтийской системе высот). В неблагоприятный период года (в период интенсивного снеготаяния, проливных дождей) возможен подъем уровня грунтовых вод на 1–1,5 м выше от замеренного на момент изысканий. Подземные воды слабоагрессивны по содержанию агрессивной углекислоты к бетону нормальной водонепроницаемости.

Рис. 1. Инженерно-геологический разрез площадки строительства

По результатам статического зондирования отказ зонда происходит на глубине 11,4–12,8 м в гравийных и галечниковых грунтах. Значения лобового сопротивления для суглинка изменяются в пределах от 0,74 до 6,18 МПа, суглинка гравелистого – от 1,73 до 17,29 МПа, глины – от 0,74 до 1,98 МПа, гравийного и галечникового грунта – от 2,22 до 37,54 МПа.

Вмарте 2013 г. подрядной организацией были выполнены контрольные динамические испытания проектных 8 метровых свай. По результатам производственной забивки и контрольной добивки после 7–8 суток «отдыха расчетная вертикальная нагрузка на сваю, полученная по данным динамических испытаний, составила 16–18тс (160-180 кН), что существенно ниже проектной нагрузки 250 кН.

Всвязи с этим согласно [1], были выполнены расчеты по определению несущей способности и расчетной нагрузки на сваю, на основе имеющихся данных об инженерно-геологических и гидрологических условиях строительства. Расчеты показали, что при опирании свай на ИГЭ-2, несущая спо-

собность свай С80.30-6.1 составит Fd = 24,5тс (245 кН), а расчетная нагрузка на сваю N= 15,2тс (152кН), что меньше проектной нагрузки 250 кН.

Учитывая тот факт, что инженерно-геологические условия строительства представлены водонасыщенными глинистыми грунтами с коэффициентами водонасыщения Sr = 0,841- 1,026, было выполнено прогнозирование уве-

46

Раздел 4. Лабораторные и полевые исследования грунтов и фундаментных конструкций…

личения несущей способности свай во времени с учетом тиксотропного упрочнения и консолидации грунтов по методике А.А. Бартоломея [4]. Расчеты выполнялись с учетом данных инженерно-геологических изысканий, а также точек статического зондирования. Расчетами установлено, что по завершению процесса фильтрационной консолидации и тиксотропного упрочнения грунта (ориентировочно 45–60 суток после забивки свай) несущая способность 8 метровых свай возрастет до 420-480 кН, или 260-290 кН расчетной вертикальной нагрузки на сваю.

Косвенно, выполненные расчеты, были подтверждены результатами дополнительной контрольной добивки свай, выполненные подрядной организацией, которые показали, что после «отдыха» свай через 14–15 суток несущая способность составила Fd = 329–491 кН, что соответствовало расчетной нагрузке на сваю N= 204–305 кН.

Однако для подтверждения выполненных расчетов и результатов динамических испытаний, по требованию заказчика, были выполнены статические испытания трех натурных свай вдавливающими нагрузками. Для проведения испытаний разработан испытательный стенд (рис. 2).

Рис. 2. Испытательный стенд

Стенд для испытания сваи статическими вдавливающими нагрузками включал:

устройство для нагружения сваи – домкрат ДУ100П150 г/п 100 тс;

опорную конструкцию для восприятия реактивных сил система балок из двутавра I60;

анкерные сваи – 4 сваи длиной 10 м, сечением 300 300 мм;

тяжи для крепления анкерных свай к опорной конструкции – арматурныестержни 10 А400 привариваемыеквыпускамарматурыанкерныхсвай;

47

Современные геотехнологии в строительстве и их научно-техническое сопровождение

устройство для измерения осадок сваи в процессе испытания – индикаторы часового типа с ценой деления 0,01 мм.

Нагружение испытываемой сваи производилось посредством ручной насосной станции НРГ 7036 равномерно, ступенями нагрузки по 40,25 кН (1/10 от 402,5 кН). По результатам проведения испытаний были составлены графики зависимости осадки от нагрузки s=f(Р) и измерения деформации во времени s=f(t) по ступеням нагружения для каждой сваи (рис 3–5). Всего было испытано три сваи, длиной 8 м через 9, 22 и 43 дня после их погружения.

Рис. 3. Графики испытаний статической нагрузкой сваи № 52

Из анализа графиков видно, что требуемую несущую способность – 345 кН показали сваи №№ 42 и 69. Свая № 52 дала несущую способность, после отдыха через 22 дня, равную 241 кН, при общей осадке более 5мм, что

48

Раздел 4. Лабораторные и полевые исследования грунтов и фундаментных конструкций…

меньше требуемого значения. Попытка дальнейшего увеличения нагрузки на сваю привела к её срыву. При аналогичных нагрузках сваи № 42 и 69 продемонстрировали примерно такие же величины осадок в пределах 3–5 мм.

Рис.4. Графики испытаний статической нагрузкой сваи № 42

Рис. 5. Графики испытаний статической нагрузкой сваи № 69

49

Современные геотехнологии в строительстве и их научно-техническое сопровождение

Многочисленными исследованиями [6] был рассмотрен механизм работы свай в слабых водонасыщенных глинистых грунтах. На первом этапе нагружения острие сваи и боковая поверхность одновременно вступают в работу, затем при осадке 2-4мм заканчивается упругая работа грунтового основания, происходит срыв сваи по грунту, острие сваи исчерпывает свою несущую способность и на третьем этапе вся нагрузка на сваю передается на боковую поверхность. Поэтому несущая способность сваи на третьем этапе нагружения будет зависеть только от работы боковой поверхности, которая в свою очередь определяется геометрическими размерами и силами тиксотропного обжатия тела сваи грунтом. Поэтому было высказано предположение, что малая несущая способность сваи № 52 связана с прорезкой ею линз грунтов обладающих меньшими прочностными характеристиками, по сравнению со сваями №№ 42 и 69, либо процесс тиксотропного обжатия тела сваи ещё не завершился через 22 дня в данных грунтах.

Для подтверждения или опровержения высказанного предположения авторами был осуществлен геодезический мониторинг в процессе возведения здания жилого комплекса. С этой целью в уровне цоколя здания были установлены геодезические марки. Схема установки марок показана на рис. 6.

Рис. 6. Схема установки геодезических марок

Анализ геодезических наблюдений показал, что фактические осадки по завершению строительства не превысили 20–25мм, что значительно ниже

50