ИННОВАЦИИ БИЗНЕСУ

Результат выполнения научно-исследовательской работы.

Одним из направлений, обеспечивающих снижение стоимости свайных фундаментов, повы­шение их надежности является более полный учет региональных инженерно-геологических усло­вий площадок строительства. Проектирование свайных фундаментов с использованием одних лишь таблиц СНиП 2.02.03-85 (1986) не позволяет достичь оптимальных решений, так как в дан­ном нормативном документе не учтены специфичные грунтовые условия Забайкальского региона. Исходя из этого, большое значение имеет накопление и обработка материалов натурных динами­ческих испытаний свай в нашем регионе. При соответствующем количестве этих данных открыва­ется возможность разработки региональных норм по проектированию свайных фундаментов.

В настоящей работе представлены материалы исследований воздействия динамических на­грузок на сопротивление глинистых грунтов в основании свай. Эксперименты проведены на одной из строительных площадок г. Читы, выполнен анализ полученных результатов.

Динамическая нагрузка создавалась при помощи трубчатого ди­зель-молота марки С-996С с массой падающей части 1800 кг. Динамическим испытаниям были подвергнуты основания одинна­дцать свай (в том числе марки С 8-35 - 5 свай; С 10-35 - 2 сваи; С 12-35 - 2 сваи и С 11-30 - 2 сваи). Таким образом, было четыре типоразмера длины свай 8, 10, 11 и 12 м. Размер поперечного сече­ния был двух вариантов 0.3 ґ0.3 и 0.35 ґ0.35 м. Диаметр лидерных скважин составлял 0.38, 0.45 и 0.7 м, глубина сква­жин изменялась от 2.0 до 5.25 м. Построены графики измене­ния суммарного числа уда­ров дизель-молота с увеличением глубины погружения свай (рис. 1).

Кривые графиков свидетельствуют о том, что грунты на площадке по плотности сложения, и соответственно по величине сопротивления погру­жению свай в значительной мере неоднородны как в плане, так и в разрезе. Достаточно сравнить кривые графиков свай № 101 и № 147 (обе сваи марки С 8-35). У сваи № 101 график зависимостиn=f(Н)представляет собой по­логую кривую, что свидетельствует о невысоком сопротивлении грунтов забивке сваи, в то время как у сваи № 147 зависимостьn=f(Н)представ­ляет собой кривую, круто устремляющуюся вверх, особенно на последнем метре погружения, что говорит о высокой плотности грунта.

Проведем сопоставление количества ударов, приходящихся на 1 м по­гружения свай одинако­вого поперечного сечения 0.35ґ0.35 м, но разной длины: 8, 10 и 12 м (сваи № 152, 638, 1'). Параметрdnравен, соответственно 46.5; 56 и 80.9 (относительные значения 1; 1.204 и 1.74). К числу факторов, оказывающих влияние на такое соот­ношение междуdnтрех типоразмеров свай, относятся:

расстояние от поверхности грунта до середины прорезаемого слоя грунта,h_ср, (в рассматри­ваемом случае относительные значенияh_срравны 1; 1.238 и 1.676);

соотношение массы ударной части молота m ₂и массы сваи с оголов­ником m ₄(относитель­ные значения m ₂ / m ₄равны 1; 1.214 и 1.439).

После "отдыха" свай продолжительностью от 6 до 30 дней была про­ведена их добивка оди­ночными ударами молота (без подачи в камеру топ­лива). Высота падения молота была постоян­ной и составляла 1.8 м. В целом отказ свай по­сле "отдыха" уменьшился в 7.35 - 50.0 раз.

Уменьшение отказа свай после "отдыха" связано с восстановлением (упрочнением) структур­ных связей глинистых грунтов основания, нару­шенных в процессе забивки свай. Упрочнение грунта в значитель­ной степени обусловлено переходом воды из свободного состояния в физиче­ски свя­занное. Кроме того, упрочнению способствуют процессы иммобилизации свободной воды.

Следствием этих процессов является повышение сопротивления грунта сдвигу, рост сил тре­ния грунта по боковой поверхности сваи и сопротивле­ния грунта нагрузке, передаваемой ее ост­рием. Однако, как показали опыты, восстановленные структурные связи в глинистом грунте могут опять нарушиться при по­вторных динамических воздействиях (при возобновлении серийных уда­ров дизель-молота по свае).

По результатам проведенных исследований можно сделать следующие выводы:

а) грунтовые условия площадки крайне неоднородны как в плане, так и по глубине;

б) в глинистых грунтах основания на данной площадке результаты забивки свай очень сильно отличаются от результатов их контрольной добивки, проводимой после соответствующего "от­дыха" свай, поэтому достоверная оценка несущей способности оснований свай возможна только по результатам контрольной добивки свай;

в) уменьшение отказа свай после их "отдыха" связано с восстановлением (упрочнением) структурных связей глинистых грунтов основания, нару­шенных в процессе забивки свай; упрочне­ние грунта в значитель­ной степени обусловлено переходом воды из свободного состояния в физи­чески свя­занное. Кроме того, упрочнению способствуют процессы иммобилизации свободной воды.

Следствием этих процессов является повышение сопротивления грунта сдвигу, рост сил тре­ния грунта по боковой поверхности сваи и сопротивле­ния грунта нагрузке, передаваемой ее ост­рием. Однако, как показали опыты, восстановленные структурные связи в глинистом грунте могут опять нарушиться при по­вторных динамических воздействиях (при возобновлении серийных уда­ров дизель-молота по свае).

г) важным этапом исследований является проведение на данной площадке испытаний осно­ваний свай статической нагрузкой и сопоставление полученных результатов с данными динамиче­ских исследований;

д) накопление и обработка данных натурных испытаний свай позволит разработать регио­нальные нормы по проектированию свайных фундаментов.

При проведении динамических испытаний, после девяти одиночных ударов (три серии по три удара) дизель-молота (холостых ударов без подачи топлива) сваи подвергались добивке сериями ударов заведенного молота (с подачей топлива). При этом отказ свай при их добивке одиночными ударами был в несколько раз меньше отказа полученного при продолжении добивки свай заведен­ным молотом. Соответственно, значения предельного сопротивления основания свай, при их добивке одиночными (холостыми) ударами были в два - три раза выше, чем при их добивке сериями ударов заведенного молота.

Основной причиной такого различия отказов и предельного сопротивления грунтов является разрушение структурных связей между частицами несвязных грунтов вследствие передачи на них динамических воздействий, в процессе добивки свай. Степень разрушения структурных связей между частицами несвязного грунта, и соответственно, снижение его прочностных свойств, зави­сят от продолжительности и интенсивности динамических воздействий, а также от частоты удар­ных нагрузок. Одиночные (холостые, без подачи топлива) удары молота с продолжительными пау­зами, вызванными необходимостью подъема ударной части молота с помощью лебедки, не обес­печивают возникновение продолжительной вибрации в грунте, поэтому нарушение структурных связей в грунте, снижение его прочности на порядок ниже, чем при добивке сваи более частыми и сильными ударами заведенного молота.

При добивке свай заведенным молотом частота и энергия ударов по свае существенно воз­растают, вследствие чего в грунте развивается интенсивная вибрация, способствующая снижению прочности структурных связей в грунте, ослаблению сопротивления грунта погружению сваи, и, соответственно, росту значений отказов свай.

Рис. 1. Зависимость суммарного числа ударов дизель-молотаn

от глубины погружения сваи Н