авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 || 3 |

Несущая способность буроинъекционных свай на вертикальную и горизонтальную нагрузки с учетом технологии их изготовления

-- [ Страница 2 ] --

Для определения внутренних усилий в наклонной свае при воздействии вертикальной нагрузки можно применить правило суперпозиции и разложить нагрузку на две составляющих: вертикальную и горизонтальную. При отсутствии других внешних усилий вертикальная и горизонтальная составляющая будут равны, соответственно, максимальным значениям продольного и поперечного усилий (в месте приложения нагрузки). Исходя из вышеизложенного можно выразить:

. (10)

На рис. 3 на основе допущения о справедливости принципа независимости действия сил построены графики зависимости продольного и поперечного усилия в голове сваи при воздействии вертикальной нагрузки и углах наклона сваи 5….25. Как видно из графиков продольное усилие уменьшается с увеличением угла наклона сваи (до 9 %), а поперечное усилие возрастает (до 80 %). Незначительное изменение продольного усилия в свае при углах наклона до 25 позволяет сделать вывод о том, что осадка наклонной сваи не будет существенно отличаться от осадки вертикальной сваи при прочих равных условиях. Однако увеличение угла наклона сваи приводит к значительному возрастанию поперечного и моментного усилий. Недоучет этого факта может привести к разрушению сваи по материалу при нагрузках меньших, чем ее несущая способность по грунту.

Рис. 1. Графики зависимости жесткости сваи от класса бетона и площади арматуры при диаметрах сваи 0,13……0,35 м

 Графики зависимости изгибающего-31

Рис. 2. Графики зависимости изгибающего момента от горизонтальной нагрузки при свободной от закрепления (слева) и жестко защемленной (справа) голове сваи

Рис. 3. Графики зависимости продольного и поперечного усилий в голове наклонной сваи от вертикальной нагрузки

В третьей главе выполнено сравнение значений несущей способности буроинъекционных свай на вертикальную нагрузку, полученных при полевых испытаниях в инженерно-геологических условиях Санкт-Петербурга, с величинами, рассчитанными по таблицам нормативных документов. Проведена статистическая обработка расчетных и фактических значений с учетом технологии изготовления свай. Проанализированы результаты полевых испытаний буроинъекционных свай на горизонтальную нагрузку и выполнено их сравнение с аналитическими и численными расчетами. Исследована работа наклонной сваи на вертикальную нагрузку на основе полевого испытания.

Анализ несущей способности буроинъекционных свай на вертикальную нагрузку с учетом технологии их изготовления был выполнен с помощью статистической обработки более 200 полевых испытаний свай. Полевые испытания свай были проведены ПКТИ, в основном, в центральной части Санкт-Петербурга в период с 1991 по 2007 г.г. Длина свай составила от 5 до 28 м, диаметр от 0,13 до 0,35 м. Инженерно-геологические условия испытательных площадок в основном были представлены слабой толщей пылевато-глинистых отложений мощностью 10-20 м. По боковой поверхности свай находились глинистые грунты с консистенцией от текучей до мягкопластичной с редкими прослоями песков, пылеватых и мелких, рыхлых и средней плотности. Острие изготовленных свай опиралось на грунты с консистенцией от тугопластичной до полутвердой. В статистическую выборку вошли следующие технологии изготовления буроинъекционных свай:

- с помощью проходного шнека – 86 шт. (43,0 %);

- под защитой обсадной трубы – 51 шт. (25,5 %);

- под защитой глинистого раствора – 50 шт. (25,0 %);

- сваи Titan – 13 шт. (6,5 %).

Спорным вопросом является критерий предельно допустимой осадки для сваи, на основе которого определяется ее несущая способность по грунту. Согласно требованию ГОСТ 5686-94 нагрузка при испытании сваи должна быть доведена до значения, при котором осадка сваи составляет не менее 40 мм. По рекомендациям СП 50-102-2003 если при максимальной достигнутой при испытаниях нагрузке осадка сваи окажется менее нормируемого значения, то за частное значение предельного сопротивления сваи () допускается принимать максимальную нагрузку, полученную при испытаниях. По ТСН 50-302-96 (для Санкт-Петербурга) несущая способность сваи при полевых испытаниях () принимается при вертикальной осадке равной 4 см. В связи с тем, что все испытания проводились на территории Санкт-Петербурга, проведение всех испытаний выполнялось согласно требованиям ТСН 50-302-96. При обработке результатов испытаний было установлено, что при вертикальной нагрузке равной расчетной несущей способности (), 190 свай (95 %) из всех испытанных свай получили осадку не более 2,0 см. Этот факт подтверждает вывод о том, что фактическая несущая способность буроинъекционных свай значительно превышает рассчитанную по таблицам СНиП.

Для каждой испытанной сваи была рассчитана несущая способность по таблицам СНиП. Результаты полевых испытаний и расчеты были распределены на четыре группы в зависимости от технологии изготовления свай. Для каждой группы было выполнено сравнение фактической и рассчитанной несущей способности путем соотношения их величин. Минимальное отношение составило 1,0, максимальное отношение - 3,1. Столь значительный разброс отношения может быть объяснен различием геометрических параметров изготовленных свай и недоучетом сцепления бетонного ствола сваи с грунтовым массивом. Отношение было распределено на семь интервалов с шириной каждого 0,3, то есть: 1,0 – 1,3, 1,3 – 1,6, 1,6 – 1,9, 1,9 – 2,2, 2,2 – 2,5, 2,5 – 2,8, 2,8 – 3,1.

В интервал 1,0 – 1,3 вошли соотношения, при которых , либо достаточно близко к этому условию. Интервал имеет достаточно низкое распределение частот для всех технологий (6-12,8 %), поэтому попадание в него отношения , можно объяснить следующими факторами:

- неточными инженерно-геологическими изысканиями площадки;

- дефектами изготовленных буроинъекционных свай.

В таблице 1 представлено распределение относительной частоты отношения по интервалам с учетом технологии изготовления свай.

На рис. 4 представлены сравнительные диаграммы фактических и рассчитанных величин несущей способности буроинъекционных свай с учетом технологии их изготовления. Точками на диаграммах обозначены фактические и рассчитанные значения несущей способности свай. Диагонали, выделенные пунктиром на диаграммах, соответствуют условию: . На всех диаграммах точки расположены выше диагонали, то есть фактическая несущая способность свай выше рассчитанной. Для каждой технологии построена линейная зависимость , где – эмпирический коэффициент, полученный из соотношения на основе статистической обработки (методом наименьших квадратов) экспериментальных и расчетных данных.

Полученные коэффициенты были проверены на соблюдение критерия Пирсона. При выполнении приведенного ниже условия, полученное соотношение справедливо с доверительной вероятностью 95 %:

, (11)

где - критерий Пирсона, на основе которого производится проверка выполнения условия для полученных коэффициентов;

- соотношение ;

- несущая способность сваи, рассчитанная по таблицам СНиП, кН;

- несущая способность сваи, определенная по результатам испытаний на статическую сжимающую нагрузку, при осадке сваи равной 4 см, кН.

По распределению Стьюдента получены двусторонние интервалы для коэффициентов при доверительной вероятности 95%.

В таблице 2 приведены основные статистические параметры, полученные при обработке фактических и теоретических величин. Необходимо отметить, что, несмотря на относительно большие значения среднего квадратичного отклонения, и коэффициента вариации, величины корреляции (взаимосвязи) и находятся в пределах от 0,85 до 0,93. Эти показатели свидетельствует о тесной зависимости фактической и рассчитанной несущей способности.

Таблица 1. Распределение относительной частоты отношения по интервалам

 Сравнительные диаграммы-58

 Сравнительные диаграммы-59

Рис. 4. Сравнительные диаграммы фактических и рассчитанных значений несущей способности свай при различных технологиях их изготовления

Таблица 2. Основные статистические параметры отношения

Анализ работы сваи на горизонтальную нагрузку был выполнен на основе пяти полевых испытаний свай, выполненных ПКТИ в Санкт-Петербурге на ул. Вавиловых д. 8. Геометрические параметры испытанных свай следующие:

- сваи 1, 2 длина 12 м, диаметр 0,16 м;

- свая 3 длина 13,5 м, диаметр 0,16 м;

- свая 4 длина 8,5 м, диаметр 0,15 м;

- свая 5 длина 12,5 м, диаметр 0,16 м.

Инженерно-геологические условия площадки представлены грунтами со следующими прочностными и деформативными характеристиками начиная с уровня дневной поверхности:

- песок мелкий, рыхлый, влажный, мощностью 2,0 м (E0 = 8000 кПа, = 20, c = 0);

- песок мелкий, средней плотности, влажный, мощностью 2,30 м (E0 = 12000 кПа, = 25, c = 1 кПа);

- суглинок текучепластичный, мощностью 4,0 м (E0 =6000 кПа, = 14, c = 12 кПа);

- супесь пластичная, мощностью 3,20 м (E0 = 10000 кПа, = 18, c = 15 кПа).

Острие всех свай было выполнено в суглинке полутвердой консистенции (E0 = = 27000 кПа, = 24, c = 25 кПа). Расчетная несущая способность свай на горизонтальную нагрузку составила 9,0 - 11,0 кН.

Для сравнительного анализа расчетных и фактических горизонтальных перемещений были определены перемещения свай при горизонтальных нагрузках аналитическим методом, методом СП 50-102-2003, и численными методами с помощью программ PLAXIS и SCAD.

На рис. 5 представлен график зависимости фактических и расчетных перемещений головы сваи от горизонтальной нагрузки. Как видно из графиков кривые носят различный характер. Перемещения свай 1, 2 носят линейный характер, а свай 3, 4, 5 – криволинейный. Это расхождение объясняется отличием геометрических параметров свай при их изготовлении и естественным разбросом прочностных и деформативных характеристик грунтов на площадке. Однако при незначительных перемещениях головы сваи (до 5 мм) все зависимости носят явно линейный характер. Этот факт позволяет сделать вывод о том, что при незначительных перемещениях сваи, напряженно-деформированное состояние системы: «буроинъекционная свая-грунт» находится в упругой стадии работы. Расчетные перемещения, полученные по рекомендациям СП 50-102-2003 носят линейный характер и хорошо коррелируются с полевыми испытаниями свай 1, 2, однако значительно отличаются от свай 3, 4, 5. Расчетные перемещения, полученные по программе SCAD и с помощью аналитического расчета, на основе упругой модели грунта носят линейный характер. Полученные перемещения имеют завышенные значения для свай 1, 2, но при этом заниженные величины для свай 3, 4, 5. Максимальные перемещения получились по результатам расчетов в программе PLAXIS на основе упругопластической модели грунта Мора-Кулона. Зависимость перемещений от нагрузки носит гиперболический характер, при этом значения перемещений превысили и фактические и расчетные величины. Это объясняется особенностями этой модели грунта, при которой перемещения могут перейти в пластическую стадию в отличие от упругой модели.

С учетом того факта, что горизонтальные и моментные усилия, как правило, носят знакопеременный характер, могут меняться по величине, и, как правило, являются циклическими, несущую способность свай на горизонтальную нагрузку рекомендуется принимать при перемещениях грунта, ограниченных в упругой стадии его работы. Согласно анализу различных полевых испытаний свай на горизонтальную нагрузку, упругая работа грунта и сваи возможна при перемещениях, не превышающих 3-5 мм.

Для подтверждения аналитического исследования о работе наклонной сваи на вертикальную нагрузку был выполнен анализ полевых испытаний двух вертикальных и одной наклонной сваи. Полевые испытания свай проведены ПКТИ в Санкт-Петербурге на Невском пр., д. 85. Длина всех испытанных свай составила 16,5 м, диаметр 0,132 м. Сваи 1, 2 были выполнены вертикальными, свая 3 с углом наклона к вертикали 8. Инженерно-геологические условия площадки начиная от головы сваи представлены слабыми грунтами из сильносжимаемых супесей и суглинков с консистенцией от текучей до мягкопластичной и прослоями песков средней плотности. Острие всех свай было выполнено в тугопластичном суглинке. Рассчитанная несущая способность свай по грунту составила 180 кН. Сваи были испытаны на статические нагрузки 275 и 300 кН. При проведении испытаний осадки всех свай не превысили 0,7 см и незначительно отличались по величинам. Это подтверждает гипотезу, что осадка наклонной сваи не будет значительно отличаться от осадки вертикальной сваи при прочих равных условиях. Однако при нагрузке 275 кН наклонная свая 3 была разрушена, хотя ее перемещения не превысили предельно допустимых, а предполагаемая несущая способность по грунту составляла не менее 400 кН. На рис. 6 представлен график зависимости осадки от вертикальной нагрузки для двух вертикальных свай (1, 2) и одной наклонной сваи (3).

Рис. 5. Фактические и расчетные горизонтальные перемещения головы сваи

Рис. 6. График зависимости осадки трех свай от вертикальной нагрузки

В четвертой главе приведены результаты внедрения инженерного метода расчета наклонных буроинъекционных свай на вертикальную нагрузку на примере двух объектов в Санкт-Петербурге. Произведено сравнение аналитического и численных расчетов, выполненных с помощью программ SCAD и PLAXIS.

Внедрение результатов исследований было осуществлено при реконструкции двух зданий в Санкт-Петербурге для оценки напряженно-деформированного состояния системы: «буроинъекционная свая-грунт». Одно здание является жилым и расположено на Литейном проспекте, д. 26. Фундаменты этого здания были усилены наклонными буроинъекционными сваями длиной 16 м, диаметром 0,15 м, с шагом 0,75 м и углом наклона 19. Второе здание бывшего кинотеатра «Ленинград» расположено на Потемкинской улице д. 4. Фундаменты здания были усилены наклонными буроинъекционными сваями длиной 10 м, диаметром 0,15 м, с шагом 1,0 м и углом наклона 5. При конструировании буроинъекционных свай усиления часто не учитывается, что реконструкция в условиях слабых грунтов приводит к изменению напряженно-деформированного состояния и дополнительным осадкам фундаментов. При дополнительных осадках фундаментов на наклонные сваи передаются усилия, на которые они, как правило, не рассчитаны. При этом в связи с малым диаметром свай усиления и их расстоянием в осях, как правило, 5-7 d влияние кустового эффекта у этих свай незначительно. Передаваемые на сваи усилия и их последующая осадка определяются осадкой существующих фундаментов. Буроинъекционные сваи на этих двух объектах получили недопустимые деформации: 6 см для первого здания и 4 см для второго здания. По результатам аналитического и численных расчетов внутренние усилия в буроинъекционных сваях превысили предельно допустимые значения для жилого здания расположенного на Литейном проспекте, д. 26. Для здания бывшего кинотеатра «Ленинград» усилия в сваях не превысили предельно допустимых в связи с малым углом наклона свай. При сравнении результатов расчетов, выполненных аналитическим и численным методами, было установлено, что максимальная относительная разница величин усилий составила 17 %, что говорит о хорошей сходимости всех методов и достаточной точности полученных результатов.

В таблице 3 приведены величины усилий в сваях, полученные по результатам расчетов в SCAD, PLAXIS и аналитическим методом.

Таблица 3. Величины усилий в сваях, полученные различными расчетными методами

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1. Несущая способность буроинъекционных свай на вертикальную нагрузку, рассчитанная по таблицам СНиП, занижает их фактическую несущую способность. Для более точного определения несущей способности свай по грунту на вертикальную нагрузку в зависимости от технологии их изготовления получены коэффициенты , на которые рекомендуется умножить несущую способность, вычисленную по таблицам СНиП. Если значение предельного сопротивления сваи принимается при ее осадке равной 4 см, то доверительная вероятность, что коэффициенты заключены в приведенных ниже интервалах, составляет 95 %:

- 1,4 < < 1,5 - с помощью проходного шнека (cf = 1,0);

- 1,5 < < 1,6 - под защитой обсадных труб (cf = 0,8);

- 1,5 < < 1,6 - под защитой глинистого раствора (cf = 0,8);

- 2,0 < < 2,1 - сваи Titan (cf = 0,8).

2. При статистической обработке полевых испытаний свай на статическую сжимающую нагрузку получены близкие границы интервалов для свай, изготовленных с помощью проходного шнека, под защитой обсадной трубы и глинистого раствора. Это объясняется эффектом опрессовки, которая «выравнивает» особенности устройства каждой технологии. Незначительное отличие границ интервалов для технологии проходного шнека объясняется более высоким значением коэффициента cf = 1,0 принятого по методическим рекомендациям Санкт-Петербурга. Наиболее существенное влияние на несущую способность сваи оказывает продолжительность и величина давления опрессовки бетонной смеси, а также диаметр устраиваемой скважины. Это хорошо соотносится с высокими значениями границ интервалов для свай Titan, опрессованных под высоким давлением (0,4-0,6 МПа) и выполненных с небольшими диаметрами (преимущественно 0,13-0,15 м).

Выполнить объективную оценку влияния каждой технологии на несущую способность сваи возможно лишь в каждом индивидуальном случае на конкретной площадке. Для этого необходимо учесть многочисленные факторы, малейшее изменение которых значительно повлияет на величину несущей способности. К наиболее значимым факторам относятся: диаметр скважины, способ и скорость бурения скважины, диаметр шнека, толщина стенки обсадной трубы, вид применяемого глинистого раствора, характеристики мелкозернистой бетонной смеси, вид и физико-механические характеристики грунтов, продолжительность и величина давления опрессовки.



Pages:     | 1 || 3 |
 





 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.