CC BY
6
УДК 624.131.35:624.131.524.4
ГОНЧАРОВ БОРИС ВАСИЛЬЕВИЧ, докт. техн. наук, профессор, ХАБИБУЛЛИН ИЛЬДАР ИРЕКОВИЧ,
Khaba-u@yandex. ru
ГАЛИМНУРОВА ОЛЬГА ВИТАЛЬЕВНА, канд. техн. наук, galimnurova@mail. ru
Уфимский государственный нефтяной технический университет, 450062, г. Уфа, ул. Космонавтов, 1
ОБ ИСПОЛЬЗОВАНИИ ДАННЫХ ЗОНДИРОВАНИЯ ДЛЯ ОЦЕНКИ ПРЕДЕЛЬНОЙ ГОРИЗОНТАЛЬНОЙ НАГРУЗКИ НА СВАЮ-КОЛОННУ
В статье рассматриваются результаты численных исследований, показывающие существенное отличие в характере взаимодействия сваи-колонны с массивом грунта при действии горизонтальной нагрузки от модели работы гибкой сваи бесконечной длины. Обосновывается предположение, что между величиной предельной нагрузки на сваю-колонну и лобовым сопротивлением грунта при зондировании имеется корреляционная связь. Приводятся совместные результаты испытаний свай и статического зондирования. Подтверждается наличие тесной корреляционной связи этих величин. Для практических расчетов предлагается формула определения предельной горизонтальной нагрузки по данным зондирования с учетом размеров свай-колонн, глубины погружения и процента армирования.
Ключевые слова: свая-колонна; бесконечно длинная балка; предельная горизонтальная нагрузка; статическое зондирование; коэффициент постели; бесконечно длинная гибкая свая.
GONCHAROV, BORIS VASILJEVICH, Dr. of tech. sc., prof.,
KHABIBULLIN, ILDAR IREKOVITCH,
Khaba-u@yandex. ru
GALIMNUROVA, OLGA VITALJEVNA, Cand. of tech. sc.,
galimnurova@mail. ru
Ufa State Petroleum University,
1 Cosmonauts’ st., Ufa, Bashkortostan, 4500062, Russia
EVALUATION OF THE LIMIT LATERAL LOAD ON PILE-COLUMN BY CPT DATA
The article considers the results of the numerical investigations that show the essential differences in the interaction of the pile-column and soil mass under the lateral load of the infinitely long slender pile model. The supposition of the correlation between the value of the pile-column limit load and resistance of soil under the probing is substantiated. The combined results of the pile test and CPT are given. The close correlation of these values is confirmed. The formula for the limit lateral load determination by CPT data with account of pile-column dimensions, penetration depth and reinforcement percent is suggested for the practical design.
Keywords: pile-column; infinitely long beam; limit lateral load; CPT; coefficient of subgrade reaction; infinitely long slender pile.
© Б.В. Гончаров, И.И. Хабибуллин, О.В. Галимнурова, 2012
Метод сооружения фундаментов одноэтажных производственных зданий из забивных свай, используемых в качестве колонн каркаса, был разработан и предложен институтом «БашНИИстрой» [1]. Этот метод широко использован при строительстве цехов малых предприятий, сельскохозяйственных и производственных зданий, а также свайных опор технологических трубопроводов нефтехимического производства.
Применение этого типа фундамента в виде свай-колонн, по сравнению с традиционными столбчатыми фундаментами на естественном основании, позволило получить значительный экономический эффект за счет снижения объема земляных работ, объема железобетона и трудозатрат.
Основой применения свай-колонн является метод погружения свай до заданных отметок по всей площадке без повреждения голов свай, обеспечивающий необходимую несущую способность на вертикальную нагрузку [2]. Базой для выбора глубины погружения свай-колонн служат данные статического зондирования, выполненного по всей площадке с числом скважин, позволяющим провести статистическую обработку данных [3, 4].
Наличие данных статического зондирования по всей площадке обусловливает необходимость создания метода, использующего эти данные для оценки предельных горизонтальных нагрузок на сваи-колонны. Кафедрой «Автомобильные дороги и технология строительного производства» Уфимского государственного нефтяного технического университета совместно с институтом «Баш-НИИстрой» выполнены экспериментальные исследования на трех площадках в грунтах, рекомендуемых для погружения свай-колонн с индексами текучести 0,1 < 1Ь < 0,65 и величиной лобового сопротивления 1,0 < д; < 4,0 МПа. На площадках погружены и испытаны 14 свай. Использованы сваи стандартного поперечного сечения 30x30 см, армированные стержневой арматурой 4 0 14-16 мм и проволочными каркасами.
При расчете на горизонтальную нагрузку сваи-колонны характеризуются величиной отношения глубины погружения к размеру стороны сваи, /0/й? < 25, и в проектной практике называются сваями конечной жесткости и длины. Действующий нормативный документ СП 50-102-2003 [5] не содержит методики расчета для этого класса свай, им рекомендуется модель взаимодействия с грунтом гибкой бесконечно длинной сваи.
Для разработки новой методики расчета с использованием данных зондирования на кафедре «Автомобильные дороги и технология строительного производства» Уфимского государственного нефтяного технического университета выполнены полевые исследования на трех грунтовых площадках. Основные характеристики грунтов площадок № 1, 2 и 3 приведены в табл. 1.
Таблица 1
Основные характеристики грунтов площадок № 1, 2 и 3
Наименование площадки к дс, МПа ю е
Площадка № 1 0,21 2,4 0,19 0,67
Площадка № 2 0,41 1,7 0,25 0,72
Площадка № 3 0,65 0,9 0,29 0,81
Были рассмотрены результаты статических испытаний свай на горизонтальную нагрузку. На площадке № 1 испытывались 4 сваи, на площадках № 2 и 3 - по 5 свай. Все сваи были погружены на глубину 10 = 5,0 м. На каждой площадке проводилось испытание дополнительных контрольных свай, результаты которых не использовались при статистическом анализе. Они принимались за эталоны при оценке точности предложенной расчетной формулы. Результаты статических испытаний свай на горизонтальную нагрузку приведены на рис. 1.
60
50
40
10
10
10 20 30 Д,
б
Рис. 1. Графики статических испытаний свай на горизонтальную нагрузку: а - площадка № 1; б - площадка № 2; в - площадка № 3
Н, кН
мм
а
в
При обработке результатов измерения величины предельной нагрузки Н принималась нагрузка, соответствующая перемещению сваи в уровне поверхности грунта, А = 10 мм.
График экспериментальной зависимости между величинами Н и дс для свай с глубиной погружения 10 = 5,0 на трех площадках представлен на рис. 2. По результатам статистической обработки данных установлена устойчивая корреляционная связь, подтвержденная величиной коэффициента корреляции, равной 0,85. Полученное корреляционное уравнение имеет вид
Н = 0,31 + 14,3 • Ь • дс, (1)
где Н - величина предельной горизонтальной нагрузки, кН; Ь - коэффициент, равный единице, имеющий размерность 1/м2; дс - величина лобового сопротивления зондированию, мПа.
Величина дс принимается как средняя величина лобового сопротивления по всей глубине погружения сваи-колонны.
Для использования зависимости (1) в практике проектирования дополнительно по результатам испытаний свай на горизонтальную нагрузку нами проведено исследование влияния характера армирования сваи и глубины погружения на величину предельной нагрузки.
Н, кН 60
50
40
30
20
10
• / У
•/
дс, МПа
1,0 2,0 3,0 4,0
Рис. 2. График корреляционной зависимости Н от дс
Для исследования влияния арматуры сравнивались величины предельной горизонтальной нагрузки на сваи с разным армированием на трех описанных выше площадках. Эти результаты сравнивались с результатами испытаний свай сечением 30^30 см с основным армированием четырьмя стержнями 0 14-16 мм. Величина коэффициента Ка, учитывающего влияние армирования, оценивалась отношением величины предельной нагрузки на проектируемую сваю к предельной нагрузке на эталонную сваю с основным армированием. На рис. 3, а представлены результаты испытаний свай с усиленным вариантом армирования 4 0 28 мм, максимальным в практике применения.
Рис. 3. График зависимости Н от А при арматуре сваи-колонны 4 0 28 (а) и Н от 10 (10 -глубина погружения сваи) (б)
По этой же методике был определен коэффициент К;, оценивающий влияние глубины погружения сваи-колонны. На рис. 3, б представлен график изменения предельной горизонтальной нагрузки при увеличении глубины погружения на опорной опытной площадке № 2 как средней по величине лобового сопротивления по трем площадкам.
Значения коэффициентов, учитывающих характер армирования сваи и глубину погружения, приведены в табл. 2.
Таблица 2
Значение коэффициентов Ка, К/.
Влияющие параметры Величина параметров Обозначение коэффициента Величина коэффициента
Диаметр стержней, мм, и количество стержней арматуры 4 0 14-16 Ка 1,0
4 0 22 1,1
4 0 28 1,2
Глубина погружения сваи-колонны 3,0 < 10 < 5,0 Кг 0,8
,0 II о 1,0
10 > 5,0 1,1
Для практических расчетов предлагается формула в виде
Н = Ка • Кг (0,31 + 14,3дс). (2)
Сравнение результатов расчетов свай-колонн по рекомендациям СП-50-102-2003 с результатами статических испытаний контрольных свай на трех описанных выше площадках, для всего интервала грунтов показывает, что величина расхождения составляет от -25 до 130 %. Сравнение результатов расчетов и испытаний контрольных свай с использованием предлагаемого метода показывает величины расхождений от -24 до 18 %.
Таким образом, разработан экспресс-метод определения предельной горизонтальной нагрузки на сваю-колонну по данным статического зондирования на стадии проектных изысканий без проведения статических испытаний свай, позволяющий значительно снизить стоимость и сократить сроки проектирования зданий со сваями-колоннами.
Библиографический список
1. Гончаров, Б.В. Использование зондирования для проектирования фундаментов / Б.В. Гончаров, И.Б. Рыжков, Н.Б. Гареева // Тр.БашНИИстрой. Вопросы фундаменто-строения. - Вып.74. - Т. 2. Зондирование, технология. - Уфа, 2006. - С. 7-59.
2. Гончаров, Б.В. О безотходной технологии погружения свай / Б.В. Гончаров, И.Б. Рыжков // Основания, фундаменты и механика грунтов. - 1990. - № 4. - С. 15-17.
3. Рыжков, И.Б. Статическое зондирование грунтов / И.Б. Рыжков, О.Н. Исаев. - М. : Изд-во АСВ, 2010. - 495 с.
4. Рыжков, И.Б. Корректировка приближенной оценки сопротивления свай / И.Б. Рыжков // Основания, фундаменты и механика грунтов. - 1988. - № 21. - С. 19-22.
5. СП 50-102-2003. Свод правил по проектированию и строительству. Проектирование и устройство свайных фундаментов.
