ИННОВАЦИИ БИЗНЕСУ

Результат выполнения научно-исследовательской работы.

На сваи, погруженные в оттаивающие грунты, действуют силы негативного трения, сни­жающие несущую способность основания сваи. Для того чтобы правильно оценить несущую спо­собность основания сваи, не­обходимо иметь достоверные сведения о величине этих сил.

Существует несколько способов определения сил негативного трения. Согласно первому способу СНиП ii-18-76 рекомендует величину удельных сил негативного трения принимать равной 0.01 МПа. Недостатком первого способа является то, что величина негативного трения для всех слу­чаев принимается постоянной, в то время как в действительности их величина изменяется в зависимости от мерзлотно-грунтовых условий, шероховатости боковой поверхности сваи, способа погруже­ния сваи и других факторов. Вследствие этого очень часто истинные значения сил негативного трения превышают значение, принятое по СНиП.

Существует второй способ определения сил трения в оттаивающих грунтах, включаю­щий уста­новку сваи в мерзлый грунт, оттаивание мерзлого грунта вокруг испытуемой сваи и измерение действующих на сваю сил негативного трения (рис. 1).

В оттаивающий грунт 2 (рис. 1) погружается труба 1. Через полость трубы 1 погружается в мерзлый грунт 4 опорный элемент 3. По окружности трубы 1 на расстоянии не менее трех ее диаметров погружаются трубы, заполненные водой и оснащенные электрокипятильниками. Величина осадки оттаивающего грунта определяется с помощью грунтовых марок 5. На верхний торец опорного элемента 3 устанавливается динамометр 7, фиксирующий силы негативного трения, передаваемые оттаивающим грунтом 2 на трубу 1.

Недостатком второго способа является малая достоверность определения сил негативного трения в случае висячих свай, так как приня­тая схема ограничивает пере­мещение сваи под действием оседающего при оттаивании мерз­лого грунта, что способствует искажению по сравнению с реальными условиями скорости относительного перемещения сваи и грунта.

Известен третий способ определения сил трения свай в оттаивающих грунтах, включающий: установку в мерз­лый грунт 1 основной 3 и дополнительной 4 свай, верхние части которых размещают в оттаиваю­щем слое грунта 6, а нижние - на одинаковом уровне в талом грунте 2, при этом между боковой поверхностью дополнительной сваи и мерзлым грунтом образуют зазор 5; от­таивание мерзлого слоя грунта вокруг основной сваи и измерение ее осадки, вдавливание дополнительной сваи и измерение ее осадки в зависимости от нагрузки, измерение дейст­вующих на основную сваю сил трения пу­тем нанесения величины осадки основной сваи на график зависимости "нагру­зка-осадка" допол­нительной сваи.

Недостатком третьего способа является то, что силы негативного трения определя­ются у незагруженной внешней нагрузкой сваи. В реальных же условиях свая в составе фун­да­мента несет определенную нагрузку от здания или сооружения. Указанное несоответствие значи­тельно снижает точность определения сил негативного трения, так как характер ра­боты неза­груженной сваи, скорость относительного перемещения сваи и грунта, сильно от­личаются по сравнению с работой сваи в реальных условиях, что приводит к завышению сил негатив­ного трения, занижению несущей способности сваи.

Разработан более точный четвертый способ определения сил негатив­ного трения, защищенный авторским свидетельством (А.с. 1158676 СССР). Более высокая точность измерений в предложенном способе достигнута за счет того, что к основной свае 3 (рис. 2) прикладывается нагрузка n = 0,5rf(f-площадь опирания сваи,r-расчетное сопро­тивление под нижним концом свай, принимаемое как для немерзлых грунтов по соответст­вующим нормативным документам). Затем оттаивается мерзлый слой и измеряется осадка основной сваи, происходящая от совместного действия нагрузкиnи сил негативного тре­ния Р_n.Измеренная величина осадки основной сваи на­носится на график зависимости "нагрузка-осадка" дополнительной сваи и определяется ве­личина суммарной нагрузки Р_sum,действующей на основную сваю. Силы негативного тре­ния Р_n,действующие на основ­ную сваю, определяются как разность между суммарной на­грузкой Р_sumи нагрузкой n.

Согласно пятому способу силы негативного трения определяются по результатам испытаний свай статической нагрузкой с точностью, достаточной для прак­тических целей, с использованием графиков:

а) изменения во времениtосадкиsсваи под нагрузкой Р

б) зависимости скорости осадки сваиv _pl(в первый час выдерживания ступени нагрузки) от нагрузки Р

Существует шестой способ определения сил негативного трения по результатам испытаний сваи статической выдергивающей нагрузкой с помощью установок шатрового и балочного типов. Сила негативного тренияf _nприблизительно равна предельному сопротивлениюf _vtгрунта сдвигу относительно боковой поверхности выдергиваемой сваи

. (1)

Действующий в настоящее время СНиП 2.02.04-88 [9] рекомендует определять негативное трениеf _nпо опытным данным, при отсутствии таковых допускает принимать значения f _ni по табл. 2 СНиП 2.02.03-85 (седьмой способ). По результатам натурных исследований установлено, что значения f _ni , принятые по СНиП в большинстве случаев в 1.3 - 2.1 раза превышают их действительные значения.

Разработан восьмой способ косвенной количест­венной оценки сил негативного трения, действующих на сваи, по величине про­гиба ленточного ростверка. По данным натурных измерений прогиба ростверкаd, определяется суммарная сила негативного трения,p _neg, действующая на каждую из свай.

,(2)

гдеg_св- вес свай;

(3)

гдеl- длина ростверка;d- прогиб рост­верка;j_m= 1/8 -a²/(6Чl²);a=l/ 3;

В - жесткость ростверка;

Удельное значение силы негативного трения определяется по формуле

,(4)

гдеa _neg- площадь боковой поверхности сваи, в пределах которой разви­ваются силы негативного трения.

Иллюстрации

Рис. 1. Второй способ оценки сил негативного трения в оттаивающих грунтах

Рис. 2. Четвертый способ оценки сил негативного трения в оттаивающих грунтах