Delist.ru

Повышение несущей способности набивной сваи за счет предварительного изменения напряженного состояния основания (26.03.2009)

Автор: Негахдар Моганлу Рахматуллах

Указанным условиям удовлетворяет технология, получившая название «Песконасос», существо которой заключается в том, что в стенки предварительно пробуренной скважины в радиальном направлении под высоким давлением впрессовывается сыпучий материал. Следствием впрессовывания является увеличение модуля деформации в значительном объеме области грунта вокруг рассматриваемой вертикали, а также увеличение предельного сопротивления сдвигу.

Эффективность технологии «Песконасос» применительно к различным задачам фундаментостроения (повышение расчетного сопротивления несущего слоя фундаментов мелкого заложения, корректировка контактных напряжений тяжело нагруженных фундаментных плит и др.) была неоднократно проверена на практике. В настоящей диссертации ставится вопрос оценки эффективности применения технологии «Песконасос» с целью повышения несущей способности буровой сваи.

Из вышеизложенного формулируется следующая основная цель диссертационной

Цель диссертационной работы: Оценка и теоретическое обоснование эффективности использования технологии преобразования механических свойств грунта в околосвайном пространстве (технология «Песконасос») при решении задачи повышения несущей способности буровых свай по грунту; обобщение данных физического и численного эксперимента для обоснования инженерного метода расчета несущей способности буровой сваи с учетом выполненного преобразования механических свойств окружающего ее массива

Для достижения поставленной цели были поставлены и решены следующие

- проведены полевые и лабораторные экспериментальные исследования, подтвердившие возможность и эффективность уплотнения грунтов, взаимодействующих с боковой поверхностью буровой свай, выполненной с использованием технологии «Песконасос»;

- аналитически обоснована практическая возможность устройства набивных свай с использованием технологии «Песконасос» с целью повышения их несущей способности до несущей способности забивной сваи тех же

- разработана методика регулирования размеров зоны уплотненного грунта вокруг буровой сваи, а также методика определения характеристик грунтового массива в уплотненной зоне;

- разработана инженерная методика учета уплотнения грунта вдоль боковой поверхности буровой сваи при определении ее несущей способности на вертикальную нагрузку.

Научная новизна работы.

1. В результате анализа данных о несущей способности забивных и буровых свай по грунту, полученных с использованием классических представлений теории предельного равновесия, установлены интервалы необходимого обжатия стенок скважины при впрессовывании сыпучего материала с целью повышения несущей способности буровой сваи до значений, характерных для забивной сваи.

2. В результате численного эксперимента в линейной постановке установлено, что при рекомендованном СНиП 2.02.03-85 значении ? = 0,2 (коэффициент перехода от предельного значения средней осадки проектируемого здания или сооружения к осадке одиночной сваи) результаты расчетов на основе решения задачи средствами теории предельного равновесия и численного расчета находятся в удовлетворительном соответствии.

3. Установлено, что численные расчеты несущей способности буровой сваи как при однородном, так и преобразованном основании в нелинейной постановке при критерии предельного состояния по теории Мора-Кулона приводят к заниженной оценке несущей способности сваи по грунту. Таким образом, вопрос адекватности уравнения состояния реальному механическому поведению грунта при сложном напряженно-деформированном состоянии применительно к рассмотренной краевой задаче остается в настоящее время открытым.

Практическая значимость работы.

1. Разработана методика расчета параметров производственного процесса упрочнения основания с целью достижения задаваемой меры повышения несущей способности буровой сваи по грунту.

2. Применение разработанной методики уплотнения грунтов при устройстве набивных свай позволяет практически вдвое увеличить несущую способность их боковой поверхности, в результате чего снижается стоимость фундамента за счет сокращения числа свай в нем и уменьшения размеров ростверка. В среднем, как показали расчеты, это приводит к сокращению расхода материалов на фундамент на 10-12%.

3. Предложенная инженерная методика определения несущей способности вертикально нагруженной набивной сваи в уплотненном по технологии «Песконасос» основании, представлена в привычном для проектировщиков виде (формула 7.11 СП 50-102-2003) с использованием коэффициентов условий работы грунта на боковой поверхности сваи, рекомендуемых в диссертационной работе.

В целом настоящая работа расширяет и дополняет имеющиеся возможности улучшения строительных свойств грунтов, взаимодействующих с боковой поверхностью набивных свай, что приводит к повышению их несущей способности. Результаты этой работы будут способствовать еще более широкому внедрению свайных фундаментов в практику строительства, повышая экономичность и надежность принимаемых технических и проектных решений как в России, так и в Иране.

Достоверность результатов исследований, а также сформулированных в работе научных положений, выводов и рекомендаций обеспечена тем, что использованы положения и классические решения теории предельного равновесия грунтов, данные по определению несущей способности свай, рекомендуемые СНиП, данные сопоставления результатов расчета и проведенных экспериментов.

Реализация работы. Результаты выполненной работы могут быть использованы для существенного увеличения несущей способности буровых свай, устраиваемых в слабых грунтах, а также для уплотнения грунтов в основании фундаментов мелкого заложения. Кроме того, они могут быть использованы в практике научно-исследовательских работ, выполняемых в учебных, проектных и научно-исследовательских учреждениях, а также автором диссертационной работы в своей научной и педагогической деятельности в Иране.

На защиту выносятся.

1. Результаты теоретических и экспериментальных исследований несущей способности буровой сваи по грунту, упрочненному за счет изменения напряженно-деформированного состояния по технологии «Песконасос».

2. Методика расчета параметров упрочнения грунтового основания при заданном увеличении несущей способности буровой сваи.

3. Методика расчета механических характеристик грунта в упрочненной зоне основания.

4. Инженерный метод расчета несущей способности по грунту вертикально нагруженной набивной сваи, изготовленной с использованием технологии «Песконасос».

Публикации по результатам исследований. Основные результаты диссертации отражены в 2-х научных работах.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, выводов и рекомендаций и содержит 154 страниц, в том числе 65 рисунков, 12 таблиц и список литературы из 100 наименований.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении изложена общая концепция работы, обоснована актуальность темы, сформулированы цель и задачи диссертации, изложена научная новизна и практическая значимость работы, приведены данные о структуре и объеме диссертации.

В первой главе приводятся основные сведения о сваях и свайных фундаментах, анализируются процессы, происходящие в грунтах при погружении готовых свай и изготовлении буровых. Рассмотрены технологические решения, направленные на повышение несущей способности буровых свай по грунту с использованием различных способов изменения напряженно-деформированного состояния грунтового массива в окрестности пробуренной скважины (буронабивные, буроинъекционные сваи, сваи - РИТ), выполнена оценка каждого из рассмотренных методов критериально к решению практических задач современного фундаментостроения.

Рассмотрены и проанализированы методы расчета несущей способности свай по грунту, в большинстве которых используются схемы, где в явном виде не рассматривается изменение радиальных напряжений в грунте при образовании ствола сваи. В явном виде не учитывается и неоднородность массива в плане и по глубине, обусловленная особенностями технологии работ по изготовлению ствола сваи и особенностями инженерно-геологического строения основания.

Учитывая положительные и отрицательные стороны возможностей как современных численных методов расчета свайных фундаментов (Ю.К.Зарецкий, М.И.Карабаев, В.А.Барвашов, И.П.Бойко, В.Г.Федоровский, В.М.Кирилов, И.В.Макарова, Ф.К.Лапшин, З.Г.Тер-Мартиросян, В.В.Семенов, Д.Ю.Чунюк, и др.), так и теоретических методов, основанных на решениях теории предельного равновесия грунтового основания (В.Г.Березанцев, Го Нин, Ю.Ю.Вайчайтис, А.А.Григорян, Б.В.Бахолдин, Н.Т.Игонькин, З.Г.Тер-Мартиросян, А.П.Хамов, и др.), показана целесообразность развития инженерных методов расчета, применение которых для решения сложнейших проблем взаимодействия свай с грунтовым основанием позволяет существенно упростить расчет, обеспечив при этом приемлемую для решения инженерных задач точность, и широко используется на практике.

Во второй главе рассмотрен способ устройства буровых свай, использующий эффект предварительного напряженного состояния в грунте вдоль их боковой поверхности, создаваемого по технологии «Песконасос», разработанной и доведенной до практического использования в лаборатории «НИиППЛ ПиК» МГСУ под руководством профессора кафедры МГрОИФ, к.т.н. А.Л. Крыжановского и участии автора настоящей диссертационной работы.

Схема упрочнения грунта по технологии "Песконасос" при устройстве буровой сваи показана на рис. 1а и заключается в следующем: в скважину, защищенную обсадной трубой с бункером для песка, вставляется специальный толкатель, имеющий на своем нижнем конце эластичный баллон-нагнетатель. При подаче давления Р0 эластичная оболочка расширяется и впрессовывает окружающий ее грунт в радиальном направлении. При сбросе давления образовавшийся зазор между грунтом и нагнетателем заполняется песком из бункера. При нескольких циклах подачи и сброса давления Р0 объем впрессованного песка возрастает в пределах контура диаметром D1. Цикл многократно повторяется до получения отказа, задаваемого, например, по достигнутому давлению впрессовывания или объему впрессованного сыпучего материала.

Рис. 1. а) Схема упрочнения грунта по технологии «Песконасос»,

б) Расчетная схема по В.Г. Березанцеву

Результат упрочнения грунта в зоне действия «песконасоса» может контролироваться статическим зондированием.

Далее рассмотрен вопрос о технической возможности осуществления необходимых параметров упрочнения с использованием технологии «Песконасос» при решении задачи повышения несущей способности боковой поверхности буровой сваи в 2 и более раз.

; с=0) с включением сваи длиной L, диаметром d0.

определено в соответствии с решением В.Г. Березанцева:

загрузка...