ИННОВАЦИИ БИЗНЕСУ

Результат выполнения научно-исследовательской работы.

При проведении исследований сопротивления основания забивных призматических свай, их взаимодействия с оттаивающими вечномерзлыми песчаными грунтами были выполнены испытания в натурных условиях 53-х опытных свай, определены физико-механические свойства вечномерзлых грунтов.

Испытаниям подвергались сборные железобетонные призматические сваи сечением 0.3 ґ0.3 0.35 ґ0.35 м, длиной 6-15 м. Сваи погружались в предварительно пробуренные скважины диаметром 0.35-0.5м и глубиной 4.0-15.0 м с последующей забивкой дизель-молотом в грунт ниже забоя скважины на глубину 0.5-3.5 м. Бурение выполнялось установками шнекового бурения БТС-2 и ВМ -802С, ударно-канатного бурения УКС-22М, забивка свай производилась дизель-молотами марки С-996С, УР-1250.

По результатам испытаний свай статической нагрузкой построены графики зависимости осадки свайSот нагрузки Р, приложенной к свае. Опытные сваи и соответствующие им графики зависимостиS=f(Р)можно условно разделить на пять групп.

К первой группе относятся сваи, осадка которых под нагрузкой, доведенной до величины 1100 кН, не превышает 10 мм. Сваи этой группы опираются нижним концом на песок гравелистый с суммарной льдистостью от 0.07 до 0.13.

Вторая группа свай имеет осадку от 10 до 20 мм под нагрузкой до 1100 кН. Под нижним концом свай этой группы находится песок крупный с суммарной льдистостью от 0.08 до 0.14. Сваи, входящие в третью группу, имеют осадку от 20 до 30 мм под нагрузкой до 1100 кН. Опираются они нижним концом на песок крупный с суммарной льдистостью от 0.15 до 0.25.

Осадка свай, относящихся к четвертой группе, под нагрузкой до 1100 кН превышала 30 мм. В основании этих свай залегают пески гравелистые, крупные с суммарной льдистостью от 0.25 до 0.3. В пятую группу входят сваи, осадка которых под нагрузкой до 600 кН превысила 40 мм. Сваи этой группы опираются на пески разной крупности (от гравелистых до пылеватых) с суммарной льдистостью, превышающей 0.30, при оттаивании насыщенные водой.

Построены графики изменения осадки свай во времени под ступенчато возрастающей нагрузкой в оттаивающих песчаных грунтах. Из графиков видно, что продолжительность испытаний свай изменялась от 13 до 67 суток. Минимальная величина осадки (свая № 14) под нагрузкой 1100 кН составляла 4.98 мм, при испытании же сваи № 17 была зафиксирована максимальная суммарная осадка 304.67 мм (не затухающая) под нагрузкой 500 кН. В основании опытной сваи № 17 залегал песок пылеватый серого цвета вечномерзлый, массивной криогенной текстуры, при оттаивании насыщенный водой с суммарной льдистостью 0.364.

Проведены исследования взаимодействия свай с вечномерзлыми грунтами оснований на каждом этапе проведения испытаний. По результатам исследований построены графики зависимости суммарной осадки сваи от суммарной нагрузки наI,II,IIIэтапах проведения испытаний. На первом этапе испытаний свай (грунт находится в вечномерзлом состоянии) максимальная осадка сваи под нагрузкой 640 кН составляла 6 мм. Грунт под нижним концом опытных свай был представлен песками разной крупности от гравелистых до пылеватых с суммарной влажностью 0.07-0.23, коэффициентом пористости 0.41-0.84, степенью влажности 0.35-0.83.

При проведении второго этапа испытаний свай (в оттаивающих грунтах) осадка свай под нагрузками от 100 до 800 кН достигала 20 мм и более. Суммарная осадка сваи под нагрузкой 600 кН составила около 15 мм. Кривая графика 2 построена по результатам испытаний группы свай, в основании которых залегали пески от гравелистых до средней крупности с суммарной влажностью 0.07-0.18, коэффициентом пористости 0.41-0.68, степенью влажности 0.35-0.74

По результатам испытаний свай, под нижним концом которых находились пески мелкие и пылеватые с суммарной влажностью 0.16-0.23, коэффициентом пористости 0.62-0.84, степенью влажности 0.72-0.83 представлена кривая графика 3. Суммарная осадка одной из свай под нагрузкой 360 кН достигла 17 мм.

Все опытные сваи, подвергнутыеIIIэтапу испытаний (в оттаявших грунтах) можно разбить на четыре группы. Под острием свай, входящих в первую группу (кривая 4), располагались пески гравелистые и крупные с суммарной влажностью 0.07-0.12, коэффициентом пористости 0.41-0.55, степенью влажности 0.35-0.6 Осадка свай под нагрузкой 1400 кН не превышала 18 мм.

Вторая группа свай (кривая 5) опиралась нижним концом на пески гравелистые и крупные с суммарной влажностью 0.12-0.15, коэффициентом пористости 0.55-0.62, степенью влажности 0.6-0.7. Максимальная осадка свай под нагрузкой 1400 кН достигла 31 мм.

При испытании свай, входящих в третью группу (кривая 6), их осадка под нагрузкой в 1260 кН превышала 70 мм. Нагрузку своим торцом сваи передевали на пески крупные и средней крупности с суммарной влажностью 0.15-0.18, коэффициентом пористости 0.62-0.68, степенью влажности 0,7-0.74

Наибольшие осадки были зафиксированы при испытании четвертой группы свай (кривая 7). Под нагрузкой в 600 кН осадка свай превышала 96 мм. В основании свай залегали пески мелкие и пылеватые с суммарной влажностью 0.16-0.23 и выше, коэффициентом пористости 0.62-0.84, степенью влажности 0.72-0.83. Из графиков нетрудно увидеть, что большая часть осадки свай под внешней нагрузкой происходит наIIиIIIэтапах испытаний в оттаивающих и оттаявших грунтах. Осадки свай наIэтапе испытаний (в вечномерзлых грунтах) в большинстве случаев незначительны по величине (не превышают 5 мм). Приведенные графики свидетельствуют о том, что наIIиIIIэтапах испытаний свай характер зависимостиS=f(N)в большей степени определяется видом песчаного грунта, его физическими характеристиками, такими, как, например, суммарная влажность, коэффициент пористости.

Проведены исследования деформируемости при оттаивании под нагрузкой от сваи в 100 кН различных видов вечномерзлых песчаных грунтов. По результатам исследований построены графики, иллюстрирующие изменение осадки свай во времени под постоянной нагрузкой в 100 кН на этапе оттаивания вечномерзлых песчаных грунтов вокруг сваи и под ее острием. Продолжительность проведения опытов колебалась от 12 до 56 суток. Значения суммарных осадок свай изменялись от 1.0 мм до 12.8 мм. Осадки большинства опытных свай не пре­вышали 3.1 мм и только при испытании опытной сваи № 5 была отмечена значительно больная осадка, равная 12.6 мм.

Нагрузка, передаваемая торцом сваи № 5, передавалась на вечномерзлый песок гравелистый, массивной криогенной те­кстуры, при оттаивании насыщенный водой. Суммарная влажно­сть песка составляла 0.198, коэффициент пористости 0.643. В целом результаты исследований показали, что сжимаемость оттаивающих песчаных грунтов под невысокой нагрузкой от сваи (100 кН) весьма незначительна.

Построены графические зависимости, полу­ченные по результатам серии опытов по исследованию деформируемости при оттаивании под нагрузкой от сваи вечномерзлых песчаных грунтов. Нагрузки на сваи в этой серии опытов были значительно большими по величине (200-640 кН), чем в преды­дущей серии и поддерживались в течение всего опыта постоян­ными по значению. Осадки свай во время опытов были различными и изменялись от 1.52 мм до 59.68 мм. Под нагрузкой 600 кН, например, испытывались опытные сваи № 11 и 16.

Осадка сваи № 11 к концу испытаний составила 1.52 мм, в то время как осадка сваи № 16 достигла 59.68 мм. Такое большое расхо­ждение в осадках опытных свай обусловлено разными физико-ме­ханическими свойствами вечномерзлых грунтов, воспринимающих нагрузку под торцом свай. В частности, под нижним концом сваи № 11 залегал песок средней крупности серого цвета, плотный, вечномерзлый, массивной криогенной текстуры с суммарной влаж­ностью 0.14, коэффициентом пористости 0.518, коэффициентом сжимаемости 0.632I/МПа, а в основании сваи № 16 находился песок средней крупности вечномерзлый, массивной криогенной текстуры, при оттаивании насыщенный водой, с суммарной влаж­ностью 0.240, коэффициентом пористости 0.710, коэффициентом сжимаемости при оттаивании 0.29 1/МПа. Причем необходимо от­метить, что деформации основания сваи № 16 носили незатухаю­щий характер.

Построены графики изменения глубины оттаивания вечномерзлого грунтаH_ОТвокруг опытных свай № 27 и № 31, осадки свайSпод нагрузками 600 и 640 кН соответственно во времениt. Суммарная осадка сваи № 27 к концу этапа испытания составила 3.24 мм, глубина оттаивания грунта от поверхности земли достигла 14.4 м, а ниже острия сваи - 6.9 м. Скорость оттаивания вечномерзлого грунта (продвижение ореола оттаивания грунта вниз) во время опыта была неравно­мерной из-за неодинакового льдосодержания различных слоев грунта, окружающих сваю.

Процесс осадки сваи также протекал очень неравномерно. Скорость осадки сваи на трех отрезках вре­мени получала значительное развитие, но затем падала почти до нуля. Объяснить это явление можно влиянием нескольких фак­торов, таких как: неравномерная скорость оттаивания грунта, неодинаковая сжимаемость при оттаивании под нагрузкой отдель­ных слоев вечномерзлого грунта, некоторое развитие и затухание действия сил негативного трения. По окончании оттаивания вечномерзлого грунта под нижним концом опытной сваи осадка постепенно стабилизировались с запаздыванием в 2-3 суток. Примерно такая же картина наблюдалась и при испыта­ния опытной сваи № 31.