Графо-аналитическая обработка стандартного испытания грунта основания сваей-бареттой

Введение

Глобализация межгосударственных отношений, увеличение населения городов и числа мегаполисов, совершенствование путей и средств транспорта потребовали освоения новых территорий в различных геолого-климатических условиях. Как следствие, расширилась потребность стран и предприятий в разработке строительных инноваций и обмене опытом возведения высотных сооружений, заглубленных объектов, протяженных мостов, многоярусных развязок, искусственных дамб, островов на водных акваториях [4,13,14,]. За короткий срок в строительстве возникло множество новых технологий, номенклатур материалов, видов изделий и техники, что обеспечило возможности фундирования объектов с высокими нагрузками и в сложных инженерно-геологических условиях.

Для таких условий оптимальными были признаны свайные, плитные и свайно-плитные фундаменты в монолитном или сборно-монолитном исполнении [1,3,8,9], в частности, со сваями типа баретт (далее «баретта» - БР). БР выполняются индустриально на месте будущего объекта по технологии «стены в грунте», вследствие чего они имеют конфигурацию поперечника ствола по форме линейных элементов. Нагрузки БР при испытаниях достигают (10ё28) 104 кН, а размеры поперечника и заглубление ствола a х b х L = (0,7ё1,5) х (1,0ё3,0) х (20ё100)м. Ввиду больших нагрузок и малодопустимых перекосов высотных сооружений фундаменты под такие объекты выполняют из свай типа БР, которые требуют предпроектных полевых испытаний в условиях нагружения, приближенных к работе БР в натуре. Этот процесс является длительным по времени, трудозатратным и травмоопасным.

Эффективность свайных фундаментов зависит от полноты использования нагрузками физико-механических свойств грунтов основания. В то же время значение нагрузок на сваю ограничивается осадками, не превышающими допустимые для проектируемого объекта. При этом создаваемые сваей долевые нагрузки пяты (лба) и ствола (боковой поверхности) при испытаниях по российскому ГОСТ 5686-2012 «Грунты. Методы полевых испытаний сваями» раздельно не определяются, а общая нагрузка не всегда может быть доведена до допустимой осадки. Именно последние названные характеристики – долевые нагрузки пяты и ствола, а также допустимая при общей нагрузке осадка – основа показателей экономичности проектирования согласно СП 24.13330.2011 «Свайные фундаменты. Актуализированная редакция СНиП 2.02.03-85 (с изменениями N 1, 2, 3)». Приводимые для проектирования свай нормативы - СНиПы,  ГОСТы, а также ведомственные документы не могут без натурных испытаний учесть многообразие физико-механических свойств грунтов,  индивидуальных технологий возведения и типов конструкций самих свай.

Получивший признание метод испытаний большенагруженных свай Дж.O. Остерберга «O-cell» [17] решает проблему лишь частично, обеспечивая раздельное использование работ лба и боковой поверхности. Но «O-cell» удорожает испытания и допускает спорную условность при обработке нагрузочных графиков: равенство долевых работ лба и боковой поверхности при суммарном вдавливании всей сваи сверху вниз «top–down» раздельно фиксируемым, но противонаправленным этим же долевым работам с помощью ячейки «O-cell». При этом в «O-cell» предельные по несущей способности долевые нагрузки из-за большой величины вообще редко достигаются совместно.

Покажем возможность решения отмеченных проблем на примере испытания БР под 56-этажное здание в г. Москве [8].

По данной ссылке можно скачать полный текст препринта статьи с формулами и рисунками. Итоговый текст будет доступен читателям в №12/2022 журнала «ГеоИнфо».

Выводы

1. Проектирование большенагруженных глубокозаложенных свай должно включать при инженерно-геологических изысканиях полевые испытания грунтов оснований натурными сваями предполагаемой в проекте конструкции и технологии.

2. Полевые испытания подобных свай следует предварять расчетом стендовой схемы, приближенной к условиям последующей работы сваи в фундаменте.

3. Расстояние в осях между испытуемой сваей повышенной длины как одиночной в кусте, свай-баретт и свай-анкеров упорной системы рекомендуется не меньше 0,1 глубины погружения ствола.

4. Нагрузочные графики осадка-нагрузка S–N статических испытаний грунтов сваями предпочтительно доводить до нагрузок, превышающих хотя бы на две ступени ориентировочный предел пропорциональности нагрузочного графика .

5. Полученный стандартного вида график S = f(N) целесообразно статистически обрабатывать, например, изложенным графо-аналитическим способом, позволяющим разделить испытание сваи в грунте по фазам работы грунта основания и спрогнозировать «срыв» сваи.

6. Приемы угловой аппроксимации позволяют графически выделить долевые нагрузки лба и боковой поверхности ствола в виде графиков S–N, определить доопытную нагрузку и начало включения в работу долевых нагрузок.

8. Проверка "продолженного" нагрузочного графика стандартного вида S–N выполняется с использованием линеаризованного графика φ–N, контролируемого  посредством определения равенства суммы квадратов модулей векторов долевых нагрузок квадрату вектора общей нагрузки на выбранных характеристических уровнях ординат по S и φ в координатах S–N и φ–N.

9. Определенные проверкой базовые нагрузки сваи переводятся в удельные сопротивления грунта по лбу (пяте) и стволу (боковой поверхности), позволяя более обоснованно использовать полученные данные для проектирования свай иных параметров, конструкций и технологий, чем предусмотрено обобщенными нормативами.

Литература

1. Бахолдин Б.В., 2003. Плитно-свайные фундаменты. Проектирование и особенности технологии возведения. Основания, фундаменты и механика грунтов, № 5, с. 24-272.

2. Бахолдин Б.В., Ястребов П.И., Чащихина Л.П., 2009. Исследование особенностей сопротивления грунтов в основании забивных свай. Основания, фундаменты и механика грунтов, № 2, с. 2-6.

3. Безволев С.Г., 2008. Методика расчета комбинированных плитно-свайных и свайно-плитных фундаментов. Труды НИИОСП, Вып. 99, с. 26-52.

4. Ван Импе Ф., 2005. Фундаменты глубокого заложения, тенденции и перспективы развития. Развитие городов и геотехническое строительство, № 9, с. 7-33.

5. Гольдфельд И.З., Миндич А.Л., 1971. Обработка результатов статических испытаний фундаментов. Сб. Архитектура и строительные конструкции промышленных зданий. Изд-во УралПромстройНИИпроект, г. Свердловск, с. 61–65.

6. Гольдфельд И.З., 1972. Способ построения графика S = f(p) во всем диапазоне нагрузок, вплоть до критической.  Сб. Инженерно-строительные изыскания., №2 (27), с. 44-50.

7. Гольдфельд И.З., Смирнова Е.А., 2011. Графоаналитическая обработка результатов статических испытаний грунтов забивными сваями и зондированием. ж. Основания, фундаменты и механика грунтов, № 5, с. 35-40.

8. Знаменский В.В., Бахолдин Б.В., Парфенов Е.А., Мусатова М.В., 2019. Исследование несущей способности баретт для 56-этажного жилого здания. Основания, фундаменты и  механика грунтов, № 1, с. 2-6.

9. Колодий Е.В., 2010. Сравнительный анализ современных методов оценки несущей способности свай (на примере сваи-баретты в инженерно-геологических условиях Санкт-Петербурга). Актуальные вопросы геотехники при решении сложных задач нового строительства и реконструкции, Сб. трудов научно-технической конференции, Санкт-Петербург, с. 87-95.

10. Ладыженский И.Г., Сергеенко А.В., 2016. Опыт проектирования свайных и свайно-плитных фундаментов на участке 16 ММЦД «Москва-Сити». ж. Промышленное и гражданское строительство, № 10, 2016 г.

11. Леонардс Дж.А., Челлис Р.Д., 1968.Основания и фундаменты. Гл. 3. «Свайные фундаменты». Стройиздат, Москва, с. 332-338.

12. Нарбут Р.М., 1972. Работа свай в глинистых грунтах. Стройиздат, Ленинград, с. 118.

13. Петрухин В.П., Колыбин И.В., Шулятьев О.А., 2010. Мировой опыт устройства фундаментов небоскребов и высотных сооружений. Российская архитектурно-строительная энциклопедия, Том XIII, Строительство высотных зданий и сооружений, ООО «ВНИИНТПИ», Москва, с. 288-327.

14.Петрухин В.П., Шулятьев О.А., Мозгачева О.А., 2019. Новые способы геотехнического проектирования и строительства. АСВ, Москва.

15. Chin F.K., 1970. Estimation of ultimate load of piles not carried to failure. Proceedings of the 2nd Southeast Asian Conference on Soil Engineering, Singapore, 1970, pp. 81-92.

16. Gol'dfel'd I.Z., Smirnova E.A., 2010. Application of sounding penetration test with the first type of penetrometers developed by “Fundament” to predicting pile load tests results. Geotechnical challenges in megacities, Proceedings of the International geotechnical Conference, Moscow, 2010, Vol. 3, pp. 1066-1072.

17. Schmertmann J.H., Hayes J.A., Molnit T., Osterberg J.O., 1998. O-cell testing case histories demonstrate the importance of bored pile (drilled shaft) construction technique. Proceedings of the 4th International Conference on case histories in geotechnical engineering, St. Louis, MO, USA, 1998, pp. 1103-1115.

По данной ссылке можно скачать полный текст препринта статьи с формулами и рисунками. Итоговый текст будет доступен читателям в №12/2022 журнала «ГеоИнфо».