ИННОВАЦИИ БИЗНЕСУ

Результат выполнения научно-исследовательской работы.

Поведение одиночных свай в различных грунтах, в том числе оттаивающих, существенно отличается от поведения в идентичных ус­ловиях свай, находящихся в группе (кусте). Физическая сущность явлений, связанных с взаимным влиянием свай в оттаивающих грунтах в достаточное степени не раскрыта.

Воздействие сил негативного трения на кусты свай в условиях оттаивающих грунтов практически не подвергалось сколько-нибудь серьезному исследованию, хотя изучение работы одиночных свай в этих условиях проводились и определенные результаты получены.

Осадки одиночных свай и кустов различны, причем на начальных стадиях нагружения осадки кустов свай всегда превосходят осадки одиночных свай. При нагрузках, близких к критическим, осадки кус­тов с эффективностью более 100 % становятся равными и меньшими осадок одиночных свай.

Нагрузка на центральную кустовую сваю, не превышающая несу­щей способности по острию одиночной сваи, будет полностью переда­ваться на острие кустовой сваи, поскольку окружающий сваю грунт по внешней границе свободен от касательных напряжений и не спосо­бен оказывать сопротивление нагружению сваи. Когда нагрузка на сваю достигнет предельной для одиночной сваи величины, начнется погружение острия с подсвайный грунт. Околосвайный грунт при пе­ремещении сваи опускается вместе с ней, встречая снизу сопротив­ление подсвайного грунта.

В отличие от одиночной сваи предельное состояние у кустовой сваи возникает прежде всего под острием и по мере дальнейшего увеличения нагрузки на сваю развиваются снизу вверх по боковой поверхности.

Межсвайный грунт, оседая под нагрузкой вместе со сваями, уменьшает сопротивление куста. Степень отрицательного влияния межсвайного грунта зависит от шага свай и свойств грунта, и сос­тавляет порядка 10 - 30 % от суммы несущих способностей, входящих в куст свай.

Расчет осадки кустов свай во времени в оттаивающих глинистых грунтах можно производить на базе пластической теории наследс­твенной ползучести. При этом грунт рассматривается как однокомпо­нентная система.

Применение крупномасштабных моделей кустов свай (масштаб 1 : 5) в грунте природного сложения и нарушенной структуры при изуче­нии работы кустов свай в оттаивающих песчаных и глинистых грунтах дает возможность осуществить переход от результатов модельных ис­пытаний к натурным конструкциям (дать качественную оценку тем или иным явлениям, а также, при определенных условиях, и количествен­ную оценку).

Полную стабилизированную осадку свайных кустов в оттаивающих глинистых грунтах можно определить по данным длительных испытаний свай или найти расчетным путем. Осадка кустов свай во времени с учетом ползучести грунта происходит в условиях сложного и неодно­родного напряженного состояния активной зоны. Решение граничной задачи приводит в данном случае к очень сложным математическим уравнениям. Такое решение в настоящее время еще не получено. При решении граничной задачи в строгой постановке и при практическом использовании возникает необходимость ввода ряда допущений и со­ответствующих коэффициентов.

В теоретическом решении очень трудно учесть такие факторы, как изменение физико-механических свойств грунта при забивке свай, процессы, протекающие в грунте после забивки, во время его оттаивания, формирование зоны уплотнения, закономерности передачи нагрузки сваями грунту в различных грунтовых условиях, развитие сил негативного трения и др.

Поэтому наиболее приемлемыми являются инженерные методы, позволяющие косвенно учесть указанные факторы. Перспективными в этом отношении являются интегральные методы с использованием для описания осадок во времени результатов испытания свай в аналогич­ных грунтовых условиях и аналитические методы расчета осадок.

В связи со слабой изученностью работы кустов свай в мерзлых, и, особенно, в оттаивающих грунтах проведены экспериментально-те­оретические исследования этой проблемы.

Установлено, что нагрузка на сваи распределяется неравномер­но в зависимости от жесткости ростверка, числа свай, расстояния между ними и состояния мерзлого и оттаивающего грунта. Как прави­ло, наиболее нагруженными являются сваи, удаленные от центра ростверка, наименее нагруженные - сваи внутри куста. Например, в кустах из 9 свай наибольшую нагрузку воспринимают угловые сваи, на 25-30 % меньшую средние сваи ряда, 50-60 % меньшую - централь­ные сваи.

Льдонасыщенные оттаивающие грунты под действием собственного веса уплотняются и оседают, нависая на боковой поверхности свай, дополнительно нагружают их. В результате снижается несущая спо­собность как отдельной сваи, так и куста в целом и развивается их дополнительная осадка. При этом сила негативного трения зависит от разности перемещений грунта основания и сваи, от прочностных и деформационных свойств грунтов, режима и скорости оттаивания и замачивания основания, расстояния между сваями в кусте, других факторов. Скорость оттаивания основания определяет интенсивность развития сил негативного трения. Чем медленее граница талой зоны продвигается вниз, тем полнее реализуется эта сила на боковой по­верхности сваи.

При малых относительных перемещениях сваи и грунта dz , ког­да на рассматриваемом участке ее длины еще не произошло полного развития сил негативного трения f _n,z , их значения будут во мно­гом определяться не только величинами указанных относительных пе­ремещений, но и соотношением скоростей развития осадки грунта и сваи.

При длительном развитии сил негативного трения, в процессе которого на рассматриваемом участке сваи относительные перемеще­ния грунта и сваи превзойдут значения так называемой "сдвиговой осадки", влияние соотношения скоростей осадки сваи и грунта не только уменьшится, но и приобретет слабопредсказуемый характер. Если в какой-то момент времени на данном участке сваи будет отме­чаться нулевая скорость развития относительных перемещений dz, то это будет свидетельствовать лишь о неизменности величины негатив­ного трения на рассматриваемом участке в данный момент времени.

При прочих равных условиях суммарное значение сил негативно­го трения, развивающихся на боковой поверхности одиночной сваи, существенно больше сил негативного трения, действующих на сваи, находящиеся в составе куста. В свою очередь, последние подвержены неравномерному воздействию сил негативного трения. Наименее под­верженными действию сил негативного трения являются сваи, распо­ложенные в центре куста, за ними идут сваи внутреннего ряда, да­лее промежуточные сваи наружного ряда и наиболее нагруженными оказываются угловые сваи.

Для установления основных закономерностей взаимодействия кустов свай с оттаивающими грунтами необходима более глубокая проработка следующих вопросов:

напряженно-деформированное состояние оттаивающих грунтов в основании, учет взаимовлияния фундаментов;

характер распределения и динамика развития сил негативного трения в различных грунтово-мерзлотных условиях;

динамика развития осадки кустов свай в различных грунтах в зависимости от расстояния между сваями, их количества, длины, размеров и конфигурации кустов в плане.

Использование полученных результатов будет способствовать совершенствованию проектных решений свайных фундаментов.