ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПРЕДЕЛЬНОЙ ГОРИЗОНТАЛЬНОЙ НАГРУЗКИ НА СВАЮ ПО ДАННЫМ СТАТИЧЕСКОГО ЗОНДИРОВАНИЯ

В материалах II Международного симпозиума по статическому зондированию[1]  отмечается, что основными задачами дальнейшего развития метода является расчет несущей способности свай и методики оценки модуля деформации глинистых грунтов. Нужно отметить, что большинство разработанных методов направлены пока на расчет свай при вертикальной нагрузке, хотя развитие новых методов расчета на горизонтальные нагрузки позволят выполнять полный комплексный расчет  фундамента по данным статического зондирования.

В развитии новых методов расчета свай по данным статического зондирования в России следует отметить работы ГУП БашНИИстрой и ОАО Фундаментпроект [2, 3, 4].

Сложившаяся практика проектирования фундаментов из забивных свай длиною более 3,0 м показывает, что при расчете на горизонтальные нагрузки используются два метода в зависимости от глубины погружения сваи:

— свая некоторой конечной длины, изгибаясь поворачивается вокруг  нулевой точки;

— свая принимается гибкой бесконечно длинной, а форма изогнутой оси описывается некоторым дифференциальным уравнением.

Группы свай классифицируются по величине отношения рабочей длины сваи в грунте l к размеру ее поперечного сечения  .  В таблице 1 приведены величины α для каждой группы.

Таблица 1

Классификация свай по группам

Величина α	α≤10	10≤α≤20	α>20
Наименование группы	Абсолютно жесткие	Конечной жесткости	гибкие

Трудности получения реальных значений предельной величины горизонтальной нагрузки на забивную сваю, определены двумя основными причинами:

— для проведения статических испытаний следует выполнить погружение пробных и анкерных свай с использованием сложных сваебойных агрегатов, особенно,  для свай длиною более  l=10,0 м, что приводит к высокой стоимости полученной информации о величине предельной нагрузки;

— вторая причина заключается в том, что рекомендуемый метод расчета по нормативным документам не позволяет учитывать нелинейность связи «нагрузка-перемещение». Поэтому расчетные данные и результаты статических испытаний имеют значительные расхождения.

Например, в работе [5] приведены результаты сравнения данных определения величины предельного сопротивления расчетным и опытным путем.

На рис.1 представлены графики выполненной проверки на опытной площадке в г. Новокузнецке для свай с глубиной погружения l₀=12,0 м.

Рисунок 1. График зависимости перемещений от величины горизонтальной нагрузки (Б.В.Бахолдин, Е.В.Труфанова)

На кафедре «Автомобильные дороги и технология строительного производства» Уфимского государственного нефтяного технического университета сделана попытка предложить метод расчета свай на горизонтальную нагрузку по данным статического зондирования для свай классификационной группы α>20 [6].

Основные положения методики предлагаемого расчета приняты следующими:

— величина предельной горизонтальной нагрузки на сваю пропорциональна величине коэффициента постели «К»;

— величина коэффициента постели принимается как для узкой гибкой балки на упругом основании согласно [7,8].

Предлагается следующая расчетная зависимость для определения величины коэффициента постели «К»

                              (1)

где Е – модуль деформации; μ – коэффициент Пуассона; d – ширина поперечного сечения свай; α – отношение глубины погружения сваи к ширине поперечного сечения сваи.

Были обработаны результаты парных испытаний грунта штампом и зондом II типа, предложена расчетная формула для определения модуля деформации по данным зондирования [9]

Е = 7,12q_s                                                     (2)

Используя [9], расчетная зависимость (1)  будет иметь вид

                                                                           (3)

где  q_s – средняя величина лобового сопротивления зонда по глубине погружения сваи.

При устройстве свайных фундаментов в слабых грунтах для прохождения массива обычно используют сваи длиною до 12-13 м. Для обоснования предлагаемого метода расчета свай по данным зондирования использованы материалы испытаний свай и данные зондирования на полигоне, расположенном в пригороде г. Уфы на пологом берегу р. Шугуровка. Покровная толща грунтов полигона представлена суглинками и глинами  полутвердой, тугопластичной и мягкопластичной консистенции, мощностью яруса (слоя) до 15,0 м, подстилаемая коренными породами уфимского яруса пермского возраста.

Опытные работы проведены на трех площадках. Результаты зондирования приведены на рис. 2а, 2б. Зондирование выполнено с использованием установки С-832М конструкции института БашНИИстрой, имеющей зонд II типа. Результаты испытаний и лабораторных исследований образцов грунта на основной площадке № 2 приведены в таблице 2.

 а)                                                    б)                                 в)

Рисунок 2. Результаты испытаний на площадках: 1а — статическое зондирование основной площадки №2; 1б – статическое зондирование площадок №1 и №3; 1в – статические испытания свай на площадке №2.

Таблица 2.

Результаты испытаний и лабораторных исследований образцов грунта

Глубина отбора, м	Наименование грунта	Естественная влажность	Удельный вес г/см3	Объемный вес г/см3	Пределы пластичности			Коэффициент пористости е	Индекс текучести IL	Штамповый модуль деформации Е, мПа
					Wp	WL	Ip
2,0	суглинок	26,0	2,72	2,01	18,4	36,7	18,3	0,69	0,40	12,5
4,0	суглинок	26,1	2,71	1,92	21,8	32,3	10,5	0,72	0,45	—
6,0	суглинок	26,2	2,66	1,98	21,5	32,6	18,0	0,77	0,32	—

На площадке №2 проводились статические испытания свай. Были получены результаты испытаний шести свай с глубиной погружения от l₀=3,5 до l₀=8,0 м на действие горизонтальной нагрузки. Результаты испытаний приведены на рис. 2в.

Так как погружение забивных свай длиною более 8,0 м осложнено дефицитом мобильных сваебойных агрегатов, предложено на базе полученной опытным путем зависимости  (рис.1в) подобрать математическую функцию для расчета свай длиной l₀= 12 м в идентичных грунтовых условиях. На рис. 3 показаны совмещенные результаты определения предельной нагрузки на сваю в зависимости от ее длины, используя опытную и  расчетную зависимости с использованием параболической функции [10]

                                                                   y=xⁿ                                          (4)

где y-величина предельной горизонтальной  нагрузки по заданному перемещению в уровне поверхности грунта; х – рабочая длина погружения сваи; n- показатель степени n<1,0.

Рисунок 3. Совмещенные результаты определения предельной нагрузки на сваю в зависимости от ее длины, используя опытную и  расчетную зависимости с использованием параболической функции

Выполненные расчеты по формуле (4) показали, что наиболее тесная сходимость получена при значении показателя степени n=0,55, в этом случае опытная графическая зависимость Н=f(l) расчетным путем может быть дополнена до сваи длиной 12,0 м.

Для разработки расчетной номограммы более удобно рассматривать выровненные графики параболической зависимости с использованием полулогарифмической сетки [11]. На рис. 4 представлен выровненный график Н=f(l₀) для грунтовых условий основной опытной площадки № 2, а также площадок №1 и №3. При построении графиков принято, что каждую площадку характеризует среднеарифметическая величина сопротивления погружению  зонда q_s  по всей рабочей длине сваи. За предельную величину горизонтальной нагрузки принимается нагрузка, при которой перемещение сваи в уровне поверхности грунта составляет ∆=10 мм.

Рисунок  4.   Выровненные графики результатов испытаний для грунтовых условий площадок №1, №2, №3

Совместная обработка данных, полученных на трех опытных площадках позволила предложить номограмму с полулогарифмической сеткой для оценки величины предельной горизонтальной нагрузки на сваю [11]. На рис.5 приведены результаты расчета предельной нагрузки для  случая: глубина погружения сваи l₀=9,0 м, средняя величина q_s =2,0 мПа по всей глубине погружения сваи.

Для данного случая величина предельной нагрузки Н_р=44 кН.

Рисунок. 5.  Номограмма для расчета горизонтальной нагрузки на сваю по данным статического зондирования экспресс-методом

Из опыта строительства свайных фундаментов с  погружением забивных свай на глубину 12…13 м бездефектное погружение в грунтовый  массив обеспечивается  при сплошном или послойном залегании глинистых грунтов от тугопластичной до текучепластичной консистенции.

Таким образом предлагаемый экспресс-метод оценки предельной горизонтальной нагрузки на сваю по результатам статического зондирования грунта может иметь достаточно широкое применение при проектировании фундаментов на сваях с глубиной погружения до 12…13 м. Например, для нефтяных районов Тюменской области характерны строительные площадки с залеганием мощных слоев слабых глинистых грунтов, что обеспечивает достаточно точные данные осредненных значений результатов статического зондирования и соответсвенно предельной нагрузки на сваю.

Библиографический список

1. Рыжков И.Б., Исаев О.Н. Статическое зондирование грунтов на современном этапе. //Материалы международного симпозиума по статическому зондированию. ОФМГ.-2012.-№1.-С. 28-
2. Рыжков И.Б., Исаев О.Н.Статическое зондирование грунтов.-М.: Изд. АСВ, 2010.-405 с.
3. Трофименков Ю.Г., Воробков Л.Н. Полевые методы исследования строительных свойств грунтов.- М.: Строиздат, 1981.-212 с.
4. Гольдфельд И.З., Смирнова Е.А. Графоаналитическая обработка результатов статических испытаний грунтов забивными сваями и зондированием // ОФМГ, № 5, 2011 г
5. Бахолдин Б.В., Труфанова Е.В. Некоторые сравнительные сопоставления расчета свай на горизонтальную нагрузку с экспериментальными данными. Проблемы механики грунтов и фундаментостроения в сложных грунтовых условиях. Конф.БашНИИстрой.Уфа, 2006,-23-28с.
6. Гончаров Б.В., Хабибуллин И.И., Галимнурова О.В. О работе предельной горизонтальной нагрузки на сваи-колонны по данным статического зондирования//ОФМГ, № 1, 2012 г.
7. Горбунов-Пасадов М.И.   Маликова   Т.А.   Расчет   конструкций   на упругом основании — М.: Сройиздат.- 1984., 635 с.
8. Сорочан Е.А.,   Трофименков   Ю.Г.   Справочник   проектировщика. Основания, фундаменты и подземные сооружения. — М: Стройиздат, 1985,479с.
9. Гареева Н.Б., Рыжков И.Б. Об определении модуля деформации грунтов статическим зондированием. Сб. трудов НИИпромстрой. Уфа, 1984,С.94-99.
10. Бронштейн И.Н., Семендяев К.А. Справочник по математике.: Москва, Наука, 1964.-608с.
11. Хованский Г.С.Основы номографии.: Москва, Изд-во «Наука», 1976.-351 с.[schema type=»book» name=»ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПРЕДЕЛЬНОЙ ГОРИЗОНТАЛЬНОЙ НАГРУЗКИ НА СВАЮ ПО ДАННЫМ СТАТИЧЕСКОГО ЗОНДИРОВАНИЯ» description=»В статье на основе существующих теоретических положений в области расчетов горизонтальной нагрузки на сваю, авторами обоснована результатами полевых исследований зависимость между величинами коэффициента постели грунта и сопротивлением погружению зонда qs. Предлагается предельную горизонтальную нагрузку определять по средней величине qs для всей глубины погружения сваи. Для практических расчетов по данным зондирования предельной горизонтальной нагрузки предлагается номограмма.» author=»Гончаров Борис Васильевич, Гареева Наталия Борисовна, Галимнурова Ольга Витальевна, Гареев Тимур Ренатович.» publisher=»БАСАРАНОВИЧ ЕКАТЕРИНА» pubdate=»2017-01-25″ edition=»ЕВРАЗИЙСКИЙ СОЮЗ УЧЕНЫХ_31.10.15_10(19)» ebook=»yes» ]