Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

Инъекционное упрочнение оснований буронабивных свай

ВАК РФ 06.01.02, Мелиорация, рекультивация и охрана земель

Автореферат диссертации по теме "Инъекционное упрочнение оснований буронабивных свай"

АКАДЕМИЯ АГРАРНЫХ НАУК РЕСПУБЛИКИ ШАРУСЬ

БЕЛОРУССКИЙ ОРДЕНА ТГУДОЗОЛ) КРАСНОГО ЗНАМЕНИ НАУЧНО-ИССИЩОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ МШРАЦИИ И ЛУГОВОДСТВА .'..'.

На драма рукописи

ШСудхир Кукар,

ИНЪЕКЦИОННОЕ УПРОЧНЕНИЕ ОСНОВАНИЙ БУРОНАБИВНЫХ СВАЙ

Спботалмостн

06.01.02 - мелорация и орошаемое земледелии 05.23.02 - основания и йгядамаяты

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата техннче скях наук

Минск - 1993

- Работа адаавмна 8 Белорусской Государственной

политехнической академии.

Научнвй руководитель: доктор технических наук,

профессор СОБОЛЕВСКИЙ Ю.А.

Официальные оппоненты: член-корреспондент Ме*яународной инженерной академик, доктор технических наук ШНШЧ Э.И. '

кандидат технических наук СЕСЬКОВ В.Б. '

■Ведуяэе предприятие АН Минскштропроект

Защита диссертации состоится ---— 1993г.

в "_" часов на заседании специализированного совета

Д,099.03.01. в Белорусской ордена Трудового Красного знамени научно-исследовательском институте мелиорации и луговодства по адресу: 220040, г.Минск, ул. М.Богдановича, 153.

С диссертацией модно ознакомиться в библиотеке института

Автореферат разослан " ___ ... 1993г.

Ученый секретарь специализированного совета, кандидат технических наук

А.П.Лихацевич

... , ВВЕДЕНИЕ ■•'■...

Актуальность темы. Задачи ускорения научно-технича ского провеса диктуют необходимость обвспэчениясшиющм отоигостя ■роительства, в ведре кия новых аффективных конструктивных > т*х-клогичеоюьс реавяяй« повышения качества проектирования. "

За Ш5слодаиэ ле(УггЕтат1и буронабИЕНда й «Зур01гаъв1ащонтю свах аодят аиром» применение в жилищном, гражданском, промышленном сельско-хозяйственноы, а такте в мелиоративном гидротехникеском водохозяйственном строительстве Непала. Мировой опыт указывает I то» что наименее материалоаыкими и наиболее эффективными являвт-: буронабиваав сваи сислользоваяием инъекционного уцршшляя унта основания. Важным достоинством атих свай является их васо-я нэсушаа способность а малая деформативность, их оснований. •

Поиск и разработка новых конструктивных ресэний инъекционных •ай и технологий ас, чтройсгва в различных грунтовых условиях ¡лнна основывается на достаточно точней определений нэсушвй спорности свай. Однако применение инъекционных свай в нашей стране л и в целом в мировой практика сдерювается отсутствием досто-рннх катодов их расчета . Это объясняется сравнительно наболь-н количеством теоретических и экспериментальных факторов, опро-ляюших несущ» способность и дефориативность оснований свай. Цель и -задачи диссертационной работы.

Цельв диссертационной работы является совершенствование твх-логии устройства и разработка инженерного метода расчета сданной буронабивной сваи с уплотнением инъекцией под пятой и по волу несвязного водопроницаемого грунта.

В связи "с этим были поставлены следутаяе зядачи_исслезо5аяий: - обобщение технологических разработок по устройству Суро-

набивных и буроинъвкшонньк свай и существующих методов их р чета;

- иссяед'. мнив методом элехтрогидродинамических аналогий влияния икьекиии на распределение фильтрашгонных сил под пято и по боковой поверхности сваи с целью повышения ее несушей способности при различной водопроницаемости окружающего грунт

- совершенствование технологических приемов пришгьекдаи раствора под пяту сваи;

- проведение сопоставительных испытаний на моделях и в натуре свай набивных и с инъекционным упрочнением грунта;

- проведение лабораторных экспериментов для изучения кар тика внутреннего выпора в грунте и определение контактной сопротивляемости сдвигу несвязных грунтов с учетом изменчивости их свойств при инъекции;

- на основе анализа теоретических разработок и результатов экспериментальных исследований предложена расчетная завис мость для определения несущей способности фуранабивной сваи с иньекшей ствола и пяты ь несвязных грунтах.

включает:

- анализ состояния вопроса на основе литературного обзор

- моделирование методом ЭГДА качественной фильтрационной картина шгьвкшошого уплотнения грунта под пятой и по боково поверхности свай;

- экспериментальные исследования на физических моделях в лабораторных и полевых условиях технологических иродассов при инъекции;

- изучение на физических моделях картины взаимодействия боковой поверхности и пяты свай с окруэдащам грунтом;

- выирд разчегиой формулы для определения насуией способ ноаги набйвныА сваи, усиленных кн<,окм;шй их оснований.

Научная новизна и практическая ценность работы

X. Предложена усовершенствованная технология иньекши ленгного раствора под пяту и вдоль боковой поверхности бурона-вной сваи в несвязном грунте, которая дает возможность суше- \ эенно повысить ее несущую способность.

2. Разработанные расчетные зависимости с использованием зретического решения В.Г.Березанпава и уточненных в лаборэтор-с опытах деформативных.и.прочностных свойств грунта позволяет tee достоверно определять несущую способность буронабивных свай t отсутствии или наличии инъекционного упрочнения основания.

3. Выведенные расчетные зависимости могут использоваться

< назначении необходимого объема нагнетаемого цементного расгво-в несвязный грунт вокруг ствола буронабивной сваи для достиже-п требуемой ее несушей способности^

Реализация работы. Результат» исследований использованы при конструкции здания бывшего Баэилианского монастыря в Минске, ю Облсовпрофа, при задаче рекомеедашй по устройству свай* фундаментов спальных корпусов санатория "Белоруссия" в Мисхоре кный Берег Крыма).

Апвобапия_работы. Материалы исследований докладывались и лучили одобрение на научно-технических конференциях профессорс--прелодйвательского ссотава Белорусской государственной поли-хнической*академии (Минск, 1989, 1990, 1991), а также опублико-ны в материалах УП Прибалтийско-Белорусской конференции по кенэрной геологии, механике грунтов и фувдоменгостроению Прибалтийская Геотехника УП").

Публикации. Результаты исследований по теме диссертационной боты опубликованы в материалах конференции "ПриСалтийокэя Гео-хника УП".

Сгр2КТ2Еа_и_ооЪсм_Е1£21Н- Диссчртяиия соагоит из помяни.!,

пятиглав, общих выводов, трех приложений и содержит 143 стра-' ниш машинописного текста, 44 рисунков, 7 таблиц, 109 наименога ний литературы.

На зауигу выносятся следующие вопросы: .

I. Результаты;исследований методом качественной карп ны икьекиии в однородный и анизотропный по водопроницаемости грунт под пяту и на бокову» поверхность сваи. • '-,'•■ 2. Данные экспериментальных исследований на физкчесюа моделях в лабораторных и полевых условиях:технологических проиесо! инхекиии и сопротивляемости грунтов по боковой поверхности и под пятой опытных свай.

3. Усовершенствованный инъектор Т-образной формы для нагж танип раствора.под. пяту буронабивной сваи.

4. Рачеетные зависимости для определения несушей способно« ти буроНабивных свай с инъекционным упрочнением основания. .

. СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ

Во введении обоснована актуальность темы исследований и дана краткая характеристика работы.■

В^в£вой_глава дается обзор существующих конструкций н те> нологий устройства свай в грунте й определяется область их применения. Анализ состояния изучаемого вопроса, позволил выявись достоинства й недостатки различных систем свай. Установлено значительное влияние технологии устройства свай на их несущую способность.

, '.. Рассмотрены классификации устраиваемых в грунте' свай по проф. В.К.Диоховскому' и действующему в настоящее время СНиП 2.02.03-^5 "Свайные фу1щвмемты". К.Лапшин их уточняет понятиями о полном или частичном вытеснением грунта'в объема ствола сгаи.н 38мвио об-ьемп грунта материалом сваи. Дополнительно к

лому кафедрой "Основания, фундаменты и инженерная геология" белорусской государственной политехнической академии предложено зьщелять а особый класс буроикьекиионные сваи.

Путем сопоставления забивных и набивных свай показаны к преимущества и недостатки по различным критериям. При наличии могих достоинств у набивных свай отмечается относительно низкое ,'опрогивление под их концами и по стволу по сравнению с забивными, что обусловлено особенностями технологий устройства, при-юдяшей к уплотнению околосвайного грунта при. забивке свай, с щной стороны, и к ухудшению его свойств в процессе бурения сква-:ин и бетонирования стволов набивных свай, с другой. В. то же ремя создание скважин путем погружения оболочек с вытеснением рунта в стороны способствует частичному устранению данного едочета.

Анализ многочисленных источников специальной технической итературы показывает, что в странах СНГ предпочтение отдается абивным сваям, а в зарубежной строительной'практике их доля начительно ниже. Современные тенденции в области устройства абивных свай характеризуются совершенствованием технологии буре-ия скважин и бетонирования, созданием новых высокопроизводитель-ых машин и механизмов, специализированных строительных фирм и рганизаиий и др. Новые возможности открываются с использованием свайном фуцдаментостроении буроиньекиионной технологии.

За рубежом 'уронабивныа сваи широко применяются фирмами Беното" (Франция), "Зальигиттер" (ФРГ), "Франки" (Польша), и Хохтрассе вайсе" (США), "Вест пайлинг эвд констрамы кпмпени имитед", "Экономик фэувдейин лимитеД" (онглия), "Катэ" и "Мицу-иси" (Япония), и другие. Бурошгьокиионные сваи широко применяют •шэдногермянская фирма "Бчузр" (Германия), "Солета!и", Злщй" (¿раншя), "Казягрзнтс" (италия) и многие друг1«.

. "' ' . ' 6 ; ■ ■

Буронабивные и бурошлекшонные сваи могут найти широк применение в жилищном, гравданском и сельскохозяйственном строительстве Копала из-за особенностей инженерно-геологическ условий покровных, отложений.

Приводится краткое описание последовательности развития набивных свай наиболее распространенных систем: "Раймонда", "Симплекс", "Франки", частотрамбованных, вибронабивных. Из св; устраиваемых без оболочек, рассматривался виброштвьтованные, системы "Компрессоль", с камуфлетным уширенном. Помимо этого ; егся оивнка большого ряде буронабивных свай системы "Страусса' пневыонабивных, с разбуренной пятой, "Беното" й "Като", глубо! буривкх опор, свай с уплотненным забоем, виброштампованных и буронебивпых полых. , •,

Уделено внимание конструкциям и технологиям изготовление буроинъокшонных свай по системе фирмы "Бауэр" в водонасьаденш и маловлажных грунтах, а также фирмы "Солетанш" в любых грунп вых .условиях как наиболее-совершенных среди многих других сие! Двн сопоставительный анализ качеств .буронабивних и буроиньеш ных свай.

Значительный вклад в решение проблем свайного фунда- -меьтостроения внесли практические и научные разработки Абтаме! 'Н.Г., Баранова'H.H.; Бахолдина Б.В., Берозаншва В.Г., 1'ерсеш нова Н.М., Григорян A.A., Глотова U.M., Луга A.A., Силина К.С, Завриева К.С., Грутмяна М.С*, Далматова Б.И., Диоховского Б,К, Дорошкевич Н.М., Крмошкина U.M., Лплетина Н.В., Лапшина Ф.К., tЫишакоаа В.А., Никигенко М.И,, Ободопского А.ь., Иаталеева A.I Г-дя Ю.Й.; Санглсра Г. (Франция), Соболевского Ю.А., Соболеве! го Д.Ю., Сморэдинова С..И., Сколова Н.Ы. , Черпака Б. (ЧОФР), 4; драсехара Ü. и Пракаша (йщия), Корека X. Ы1?), Робинсон? К., -Naßn Х„ Хершги (США) м др.

Из. анализа выпеизложенных материалов сделан основной од о том, что способ устройства свай оказывает значительное яние на их несущую способность. Этот вывод подкреплен иссле-аниями и анализом причин деформаций здания Облсовпрофа в ске при проходке под ним тоннелей метрополитена из-за неравно-ных осадок буронабивных и буроикьекпионных свай как опор тура железобетонной плиты усиления. Здесь в качеств зашит-меры против обрушения конструкций была устроена под зданием ошная железобетонная плита, которая опиралась снаружи дома 30 буронабивных свай диаметром 630 мм длиной 13 м, во внутрен-дворике - на 153 буроикьекпионных свай диаметром 114 мм ной по 13,6 м и внутри здания - на 20 буроиньекиионных свай метром 75 мм. Если прг. проходке щитов осадки буронабивных й за счет вдавливания их в шлам составили 60-68 мм, то у оинъекпионных сззй они оказались на порадок меньше.

Выводы по первой главе позволили сформулировать основное равление диссертацио/ных исследований, нацеленное на совер-ствование технологий устройства буронабивных свай за счет зкиионного упрочнения оснований й на изучение механизма эты таких свай в несвязных грунтах.

Дается обзор методов расчета буронабив-и буроикьекпионных свай, р учетом различия технологий чх этовления.

Из приведенных классификапий и анализа вытекает, что разных типах свай грунтовая среда может претерпевать разные изменения. Окружающий сваю грунт может остэв'ться в эственноМ состояний, подвергаться уплотнению или нарушениг зственной плотности из-за разрыхления при бурении, .»сталле-шлама в забое скважины* задержек в..бетонировании, узя яки зня при твердении, заполнения скзпжин еодой и рпзчягчекяя

грунта по контакту со.сваей и т.п. Перечисленные дефекты характерны для бурокабивных и набивных свай. Бурошгьекшонныо свая в несвязных грунтах лишены охи* недостатков.

Формулы различных методов относятся к теоретическим, если делаются попытки привязать поведение свай к физико-механическим характеристикам грунтов ненарушенного слонения; к полуэыпиричес-г ким, если учитывается частичное нарушение свойств в зонах ослаблений; к эмпирическим, если параметры сопротивления грунта получают при испытаниях свай с введением поправочных коэффициентов. Каадая формула носит огпечаток тех допущений, которые били приняты при обосновании расчетных схем, увязываемых с конструкциями свай и способами их изготовления.

Рл(г;от несушей способности бетонных и железобетонных нэбигных « бзронабивных свай обычно производится по первой группе предельных состояний исходя из прочности материала свай или несущей способности грунтов оснований.Первый случай является определяющим для свай-стоек, а второй - для висячих свай.

Как за рубежом, гак ив странах СНГ определение прочности материала свай производят по общим .правилам расчета бетоннь». и железобетонных элементов и учитывает способ формирования стволов свпй при назначении расчетных сопротивлений бетона.

Расчетная несущая способность одиночных буронабивных с май при дейстьии ¿ертикальных нагрузок как предложил (1895)

определяется в вцо.е суммы двух слагаемых, первое на которых учитывает сопротивление грунта сжатию под их нижними концами а второе - сдвигу на боковой поверхности :

Г - »V+ Г, (1)

Анализ формул предложенных (^«и.«-,,. (.ХЬ95), • В¡\ ЫП-ШШ Дсуг ¿19221927), Схл^ье-Ь 1Ш1),

(моховским U940), Kfal (1921), Миняевым (1933), Бирюковым 1937), Xay, k«r¡.Set (1939), Тетй«^ .(1944), показывает, tro они отличаются разным подходом к определению значений юпротивления под нижними концами и на боковой поверхности свай i соответственно учетом сил трения между сваями и грунтом.

J4xyerW впервые вводит понятие удельного сопротивления юд нижним концом и по боковой поверхности с учетом активного и шссивного давлений й несушей способности грунта,-зависших от ггля внутреннего трения. Понятие об удельных сопротивлениях грун-'он на боковых поверхностях и под нижними концами свай нашло свое сражение и а Cfttíl 2.02.03-85. В этих нормах указанные параиетры юташвливаются по конкретным прочностным или физическим харак->еристикам грунтов. При ^том вводятся раздельно коэффициенты усло->ий работы, учитывающие технологические особенности устройства :вай.

Нами в отдельную группу ввделены методы расчета несущей Способности буроикъ!- 'ионных свай. Они в основном исходят из упущения о равномерном распределении бокового тренич по длине ;вяй. Расчетные формулы разделяются на эмпирические и теорети-1бские. Их главные отличия заключаются в назначении бокового грения с учетом давления иньекиирования или пренебрежении тако-зым, а также наличия или отсутствия сил сцепления'ме^ду стволада звай и окружавшим грунтом.

Рассмотрены зависимости, которые дапт Li-ttlToK.к. (1970), <нсгйтуг "Фуниаментпроекг", ^иг.«- (1982), RcA^f ^ (1969), MoU«T> ( 1969), $с£**Ь*Ц№2), ЦШИС Мишрммс-

jrpoe СССР, Соболевский Д.Ю. (I9üb). Все они разрабатывались треимущественно для выдергиваемых буроинъекшонных янгероа, технология устройства которих и характер работы в грумге по Зокооой поиерхнрсти чнплогичны буроинъекиконнда сваям. :

При анализе причин недостаточной несущей способности ^ буронабивных свай по грунту за счет влияния способа их изготовления использовались объекты Минского метрополитена, где автор Принимал непосредственное участие в анализе наблюдений за осадками зданий и их деформаций. При этом применялись теоретические зависимости, выведенные Ф.К.Лапщиным (1979),

Расчет састаиляшшх осадок буронабивных свай для конкретных примеров их устройства показал удовлетворительное соответствие теоретических зависимостей с результатами измерений в натуре. При этом выявлено, что сжатием стволов свай практически можно пренебречь, а наиболее существенным фактором, снимающим осадку свай, являе/оя уплотнение забоя.

На основе исследований Д.Ю.Соболевского и О.В.Попоьа {19ЙЬ) выявлена роль распорного эффекта при сдвиге по боковой поверхности свай во время их вдавливания за счет дилатансии. Такой эффект существенно может быть повыиен через инъекшонное упрочнение грунта. . .

, - Наиболее нагледнов представление о достоверности каадой из существуших расчетных формуя яри, определении несущей способности буронабивных свай дает сопоставление результатов расчетов с опытными. Анализ сопоставительных данных, приведенных в табличной ферме, показал значительный разброс как в сторону аавыие-нияЧот Ш до 30с$), так и занижения (от 53 до 9Ь%). Такое положение иоусловлено тем, что не учитывается должным образом изменчивость свойств грунта за счет особенностей технологии устройства свай. Зэ>ш*енио ко несущей сопо<;бности буронаСишшх С1'"Й па сравнению с аабиьными объясняется отсутстьием радиальная сжимавших напряженна нг. .сонтуре буровой склажины, с таете раэ^ихленлем грунта пец пятами саай или,налижем там млама. Для ус»рпн>мшя данного дефекта предлагается усовершенствовать техно-

югию устройства буронабивны свай путем Инъекционного упрочивши грунта, что выдвигает потребность в совершенствований также ' методов их расчета. Это и является далью диссертационных иссле-(ований авторе. <

Третья глава посвяиена гидродинамическому представлении !ньек1Ионного уплотнения грунтов под пятой и по отводу буронабив-1ых свай.

Анализ исследования Камбефора А., Клейнера Й.М., Ыишакова I.A. (1964)« Никитвнко К.И. и Соболевского Д.Ю. (I9B6), Чернака >. (I9Ö6), Кяайна К. и Мишове П. (1964) показывает, что в лрогес-¡е инъекиий происходит активное воздействие цементного раствора ta грунт. При этом важное значение в конкретных грунтовых усло-мях имеют состав раствора, режим и приемы его закачки в скважину. . влияние икьекши на несущую способность сваи в песчаном грунте 10ЫЧНО связывается с увеличением плошади под пятой за счет ушире-1ия скважины, а также о улучшением механических свойств "рунта ia контакте со сваей вследствие его уплотнения.

Существуют два объяснения явления уширения скважин в пес-¡ах. Согласно первому оно связано с уплотнением и цементацией кружащие го грунта. Однако опыт прессиометрических испытаний сви-;етельствует о невысоком эффекте за счет только статического воз-ействия. Исследования Камбефора А. указывают на невозможность лубокой цементации песчанного грунта вследствие обезвоживания йментиого раствора.

Согласно второе обгяснени» огжатие свободной воды йэ нв-нетавмого в скважину цементного раствора приводит к формированию |р.лв фильтрационных сил, способствующих совместно с распором жвпкины пластичным тестом уплотнению песчаного грунта в некоторм бъемо. На это указывает исследования Герсвваново U.M. »* Иолытна ¡.Б. £1940), Иванова П.Л. (I9Ö5), Соболевского Й.А. (1970), !*р-

и ;

шги К. Ц95В), Соболевского Д.Ю, 119Ь4).

Для определения диаметра ствола сваи после икьекшш в скважину раствора можно воспользоваться формулой Мишакова В.А.

Л - N {¡ТлГил^Г (2)

где 2) » Ла^с. - конечный и начальный диаметр ствола сваи после и до инъзкши, м; , ~ v г объем закачанного раствора, м3; кл- отношение удельных весов цемента и воды; Л.- водошменгное отношение цементного раствора}, I. - ^лина зоны ииъекши, м.

Анализ раное выполненных исследований Никигенко М.И.и др. Ц9Ь7), Соболевского Д.Ю. и Попова О,В. (19Ь7) позволяет выявить •особенности инъекции цементного раствора в грунт и под нижние концы буронабивных свай.

При наличии шлама юд пятой сваи закачиваемый раствор производит сначала уплотнение рыхлого осадка до состояния труню природного сложения. В последующем происходит прошсс опрессовки окружающего сваю грунтового массива с образованием уширения, что характерно также и случаю, шедв шлам в забое скважины отсутствует а забой уплотнен механическим способом.

Для определении диаметра уширения сваи под нижним конгом на глубине имевшегося рыхлого осадка (шалыа) можно использовать формулу (И). При этом также нужно учитывать, чту часть нагнетаемого раствора за счет контнкшой фильтрации отжимаемой из него избыточной ьоды будет проникать вверх г.зяаду сгаолом сваи и окру-*яь,чм груыоц. Дог 1 эгого раствора будет тем больше, чем вше Б/Ц иньекшоьной смеси. Локазана важная роль подбора составов иаьекдаонных смесей и соблюдения режима ик нагнетания. -' . й'учекие прчшсси ингокши растворов ь скважины примени-

аяьно к песчаным грунтам проводились методом ЗГД^ по мзветсной этодико к'одвлировзниЕ фильтра шн на электропроводной бумаге, редковвнной П.Ф.видьчаковым (1956). Эти опыты явились продолжецам исследований Д.Ю.Соболееского Ц9ь6). В них нами ставилась эдача учета фильтрационных сил в комплексе факторов, влиявших а деформирование грунта при устройстве стволов буронабивных ваЯ за счет упрочнения при инъедаровании измантныи раствором, ыли приняты допущения о том, чта фильтрационный поток обладает вразрывкоетью в пределах рассматриваемой области, сташонар-зстью и неизменностью граничных условий во времени в течение эедого никла закачки раствора. При моделировании на интеграторе ГДА-9/60испытуемые модели изготавливались из электропроводной умаги с различными сопротивлениями. Стволы буронабивных свай эделировались как радиальные источники. Отдельно рассматривались яучаи инъекции иод пяты при плоской фильтраций, *ормированй<з гвола сваИ при его инъзкиии через две, три и чатырэ трубки кодировалось в изотропной грунте. Опыты По изучению условий ильтраиии под пяты свай на глубину в ? и £1 их диаметров зуществлялись для изотропного и анизатропного массивов в мас-сабе 1:100. Коэффициент анизотропности принимался равным 10.

Исследования показали, что фильтрационные силы кониентри- . уются вокруг ингекторо.в и рассеиваются достаточно быстро о калением от сэаи, Следует подчеркнуть, что возле ингекторов ззникают высокие градиенты капора, «агор»» способствуй интви-лвному уплотнению окружавшего сваю песчя<;ого грунта. Уся»новле-з, что при увеличении количества иньекторов вокруг свяи происхожу более равномерное р спределение фильтрационных сил. Сдегчно включение о том, что при нагнетании раствора вдоль боковой эверхносги сваи количество инъекнионных трубок должно быть заним трем, и их следует размещать рпвном<?чно по першетру,

производя подачу раствора через них одновременно. Раздельная закачка способствует созданию несимметричной формы отвода посЛ! инъекции. ''

При изучении качественной картины распределения фильтрационных сил в грунте под пятами свай установлено, что они в изотропной среде неправлены вниз от пяты. При. »том линии равньР напоров быстро рассеиваются в стороны И,вверх, «о более плавно по глубине. Поток фильтрационных сил способствует интенсивному умотнонию грунта под пятой свей. Более благоприятные условия для уплотнения грунта имеется для более глубоких свай. У мелко* заглубленньтс свай направленные вверх фильтрационные силы могут приводить к разуплотнению и выбросу раствора к поверхности за счет контактной фильтрации.

Опытами о фильтраадонной анизотропией среды выявлено, что преобладание горизонтальной водопроницаемости грунтов способствует при шп>екиии под пятой более равномерноцуюс уплотнению в стороны и вниз по сравнению с изотропным грунтом.

^гвертая .глава содержит результаты модельных и натурных испытаний в полевых условиях работы оснований бурокабивных свй'' усиленных инъекцией цементного раствора. Приводится программа испытаний свай и грунтовые условия опытных п* падок.

В лотке были поставлены методологические опыты по отработ* ке приемов гспытаний свай на доделях масштаба 1:30. Моделировались конструктивные особенности свай и технологии их изгото ления в маловлажном песке средней крупности средней плотности.

В полевых условиях проведены исследования с крупномасштабными моделями и сваями натурных размеров. При этом опыты с моде лями позволили отрабовать приемы иньекши цементного раствора для усиления оснований свай и изучить ее влияние на несущую способность. Сделаны пять моделей свай длиной 3,0 м с началь-

ии диаметрами их стволов 114 мм. Для их изготовления примеиа-» оборудование фирмы "Бауэр".

В первом опыте ыоделировпдась базовая технология устройст-I буронабивной свам посридстчом заливки скважины шыентным . створом баз уплотнения окружавшего грунта и удаления шлама | забоя..Вторял свая выполнялась с дополнительной инъекцией мэнтного раствора под пяту. Для третьей сваи производилось ъокшонноа упрочнение грунта по боковой поверхности, а для твертой и пятой - по боковым поверхностям и под пятами. В том опыте был применен предложенный нами инъектор Т-образной рмы, что позволило повысить эффект инъекционного уплотнения унта под пятой. Грунты на данной площадке были представлены двух метров песками средней крупности и плотности с содержа-вм растительных оотатков от 3 до 10%, ниже простирались чис-з пески, срдней крупности, средней плотности.

Ц ип л ома штабных опытах было утеановлено, что за счет ьекши на боковую поверхность моделей предельны» вдавливающие илия по сравнении с заливными сваями увеличиваются в среднем [,3 раза. При инъекции здоль ствола и под пяту достигается зшение лобового сопротивления, доля которого достигала 3-0,4 от общей вдавливающей нагрузки, Контактно» сопротивление жгу песка при этом равнялось 39кПа, а сопротивление сжапг I пятой от 1ЬОО кПа у заливичх до 2900 к!1а у моделей о .екшонным упрочнением грунта. Вияхта тзчкэ роль начальной »тности окружающего свря грунта. Так, например, при ее »личении в 1,7 раза повышенна предельной несыта й способности 1вли сваи увеличивается в 2,3 раза.

Эти исследования показали, что для неглубоких свай неоохо-1а первоначальная инъекшя на бокорую поверхность с нелыо поения эффекта последующей закачки раствора под пягу.

Опытами было установлено, что несущая способность их оснований за счет инъекции ворастает от 1,3 до 3,0 раз по сравнению с заливными. Наибольшие эффект обеспечивает инъекция под пяту с использованием предложенного Т-образного тгьектора.

Испытании четырех буронабивных свай натурных размеров были выполнены н» плодадке возведения спальных корпусов санатория "Белоруссия* в Имсхо; т. йдвсь грунты представляли собой щебенис-то-дресвяные с суглинистым заполнителем отложения, подстилаемы вывегралыма и слабов^ввтрелыни черными плитчатыми аргиллитами с прослоями алевролитов. Длина свай составляла 1Ь м с их заглублением ■ скалу на два метра. Диаметр свай » I был равен одному метру; диаметры; свай № <5, 3 а 4 - 0,8 метра. Две иэ них изготавливались по базовой технологи» без инъвидаокиего упрочнения грунта, а две - о икьекшоннш упрочнением по боковой поверхноот и под пятой.

При испытании свай натурных размеров инъек.лонное упрочнение шлама в скважинах под их пяТпми дало повышение несущей слосо ности при едина кг.-1)ых осадках в среднем в I,? раза, что однако является не пределом. Здесь еще необходима более тщательная отра ботка технологии.

Ш?2£2-£2£Н посвяшена разработке инженерного метода расчета несущей способности усиленных инъекцией буронабивных свай.

Б целях обоснования расчетной схемы изучены представления о внутреннем выпоре уплотненного инъекцией грунта под пятой буро набивных свай. Анализ теоретических исследований свидетельствует о формировании под пятой сваи при ее ."чгружении вдавливающей нагрузкой упругоп ядра. Качественная картина развития зон деформи ровянин и выпирания в массиве основания при загружении моделей евчй в песчаных грунтах былп выявлена в лабораторных исследовя-нигх у сгенки лотка. Упругий клин наблюдался во всех случаях с

лнаковым наклоном граней прз» разных плотностях и элзгиестгя зла. Однако его формирована© происходи! в более плотном паске 1ькя, чем при плотности грунта. Угол при вершина упругого ша а наших опытах был близок к §0°. У своей с уширенной гой возникла полость сверху уиирения, что уменьшало зону дефор-зовзния вокруг ствола по сравнение с моделями без уширений.

Данные исследования подтвердили основные предпосылки, снятые проф. Березаноевым В.Г. э расчетной схема для свай. Эта зия и была взята а качестве исходной в наших теоретических зениях. Дополнительно были проведены экспериментальные исследо-<ия по изучении контактного сопротивления по боковой поворх-:ти свай. Опыты проводились по методике и в пркбпро ь-ашатель-^о сдвига, разработанных,Никитенко М.И. и Соболевским Д.Я. зперкменты дали возможность установить значения контактной тротивляе мости сдвигу в песках различной степен" уплотнения т заливных стволов сва.1 и в случае наличия опрессовки грунта счет инъокпии. Опытные данные обрабатывались в абсолагных и юсительных величинах. На рис.1 представлены полученные в ла-)аторных опытах параметры контактной срп[ ->?ивляеыости сдвигу, "орка согласуются с донными испытаний в полеаых условиях й с »ультатами исследований вышеупомянута авторов.

При составлении расчетной схемы для определения несушей юобности буронабивных свай с усилением шгьекшай под пяту и стволу поэтапно были рассмотрвны особенности поведения одноного грунта кпк е процессе кзготоплшшя сваи, так ае и за-(жения.

Первый этап сьязян с (¡урениеы скважины для очей ¿5 ее запояшем бетоном. При здчищеьнси г? шлама звбое грунт кмэзт оцинп-¡ые свойства по всей глубине и ниже забоя, чго характерно для :четных схем 1..;ех авторов. Прч нчличии в забое с.саажины рыхлого

осадка шлама толщиной "Ь с резко отличающимися свойствами от окружающего грунта расчетная схема представлена на рис.2. В предположении отсутствия сивпления бетонной смеси со стенками скважины давление от неё производит уплотнение шлама на величину, определяемую следующей зависимостью:

• Ак (3)

где - удельный вес бетонной смеси, кН/м3;

- коэффициент пористости шлама;

- коэфИ1"ент сжимаемости шлама, кПа"*, который легко определить по данным компрессионных испытаний пескч предельно рыхлого сложения.

Пл*. 0,12

0,60 0,70 О Я)

Рис.1. Зависимрсти.-предельного контактного сопротивления сдвигу-С'Т^р 1-от начального коэффициента пористости:! о,для. маловлажного песка средней крупности*, содержащего 3.. .5% растительных остатков в,..(1йыт^х на.лриборе вращательного сдвига. 1-е иньекцивй^,^:<^,$шъениии

'••21 .;.

' У ,

у/ У

' / у • л

Г',.'

/ ■ У/ /

ъ

Рис.2. Расчетная схема для определения уплотнения шлама давлением бетонной смеси в скважине

Среднее значение коэффициента пористости слоя шлама [юоле уплотнения давлением от веса бетона в скважине составит

(4)

Чтобы коэффициент пористости шлама после уплотнения стал здинаковым с окружающим грунтом, то есть , требуется давление Ри. . Его можно получить за счет необходимой длины ствола, шбо путем создания дополнительного давления раствора иод пяту ¡ваи. Как известно, уатвердевший бетон ствола сваи оказывает там-ганируюшиЗ эффект в скважине при инъокдаи под пяту. Он моает бить усилен посредством предшествующей ииьок1н:ы вдоль стг.о.-п. При >ольшом давлении под пяту Р и да;..ат возникать выгалкивание стро-1а сван из грунта, чему препятствует контактная сопротивляемость т счзт сил трения и сцзллеьия между ними. Чтобы этого не

троизошло, долшп соблюдаться условие:

р, > _; ,

а •

где сГ - диаметр ствола сваи, м;

X. - его длина, м;

- контактная сопротивляемость сдвигу на боковой поверхности ствола, кПя. Она может быть определена из рис.1 с учетом технологии формирования с-воля заливкой (бетонированием) или инъекцией.

Можно также решить задачу об установлении погребного объема"VI закачиваемого раствора для опрессовки шлама до плотш ти окружающего грунт;, из условия объема скелета шлама до и посл< уплотнения:

(6)

Здесь коэффициент учитывьат водоотдачу из цементного раствора в окружающий грунт. По данным исследований сотрудников кафедры ОФиИГ БГНА он может быть принят и 0,62 при В/Ц=0,Э

К* =0,70 при В/Ц=0,40 и =0,55 при В/Ц=0,60. Для промежуточных значений В/Ц раствора к: и. определяется по линейной инте] полявди. -

После опрессовки шлама до плотности окружающего грунта основание становится однородным и для определения критического давления на острие сваи можно воспользоваться формулой В.Г.Бере заниева: ' • *

БкТМ, (7)

где Ц"- - удельный вес грунта, кН/м3;

А - диаметр сваи, м;

коэффициент, являющийся функцией угла внутреннего тр ния и относительного заглубления ХчДд , определяемый по приве денным на рис.3 графикам.

зт

tm

; ш

Ш

т

ЯЯВЯЯЯННМ1 яявяяявеш ЙЯЯЯЕШВШ/

яввяяввяш ВЯВЯЙЯЦЯМ яявтав».'/

ВЯЯЯВВВ fifi

аяяяяяя'ш ммшпшщулт яяяявтиш ян яяяяшл яяяяяшш яяяя wmtm

ЯШЯЯПШ'ЛП ЯЯиГ/ЛГлГлГМ

■■к^глиаква

Я

яггаяяяяв

S2

щ:

н 20

té

: "Ч //

а

• ■ , 0 26 т. 3* S8 Цф

Рйо.З. График для определения коэффициента В» ь ферцудэ (7) по Берэзяншву

При икьехша Ш4еентнс.»о раствора под пяту и по стволу проходит опрессовка грунта с изменением aro свойств и увеличивает-поперешоэ сеченяэ сваи оо еэ длине.

Ü случае закачки раствора вдоль длины L ствола свай в ьеме V для определения с,го увеличенного диаметра 2> можно ¿пользоваться предложенной на кафедре ОФиИГ БГПА формулой;

- ^ШШ&Шj (в)

При нагнетании раствора под пяту aro объем ЛЛс. , о пред.-змий формулой tü), будет уходить на опрессовку шдаыа, а сверх зга - на создание упиренил ствола у пяты. Если принять, что эсь уширение образуете^ примерно н.ч метровой длине нижнего' Ч1й сваи, то для соответствующего-объезд заинъедяровЕЯного зтвора по формуле (8) яезно ш&ислхгь полушемшз дй&ыез/р фения & . Для наго крягц -.акоо дадоонкэ

Для значений критических нагрузок на nf.ru свай зависимости ¡обретает вед:

при однородном грунте

Р, = ;

(Ю)

- при иньекшонном упрочнении грунта

= А' (Ш

В этих формулах А и А1 - площади нижних концов свай, устраиваемых соответственно без увеличения или с увеличением диаметров их стволов при инъекции. -

Величины сопротивления на боковой поверхности свай следу в определять по формлуам:

(к)

или I . ,

рг = + трль.^

где I, ^ .Ц,

г.

(13)

(14)

Значение Т;о и Тр соответствует средним значениям пре дельных контактных сопротивлений сдвигу при отсутствии или наличии инъекционного упрочнения ня соответствует:'.«! отрезках А, и длине ствола сваи.

Суммарная несущая способность сваи составит:

+ или (15)

Расчеты по предлагаемым этим формулам и сопоставление с опытными данными показали их лучшую сходимость в сравнении с форцулами других авторов.

ОБЩ® ДОВОДЫ .

1. Дяя инженерно-геологических условий Непала экономически эдесообраано применение в гразццансаом строительстве буронабив-ах свай с шьекгаонными упрочнением основания. |

2. Изучение состояния аопрсса убеждает а необходимости )вершенстэования технологии устройства и катодов расчета буро-)бквиых свай;

3. Исследования методом ЭГДА. свидетельствует о том, что зи инъекции цементного раствора на поверхность ствола и под ?ту сваи решаицув роль оказывает напорный градиент отжимаемой >быточнрй воды 9 уплотнении окружавшего водопрони!чемс; э грунта.

4. Инъекционное упрочнение грунта в основании буронабивной )зи позволяет увеличить ее несущую способность от 1,4 до 3,2 " 13, причём аффект инъекции возрастает с глубиной

5. Предлагаемый иньектор Т-образной формы для нагнетания ютвора подя пяту дает возможность эффективно упрочнять грунт этой зона.

6. Дяя свай малого диаметра следует отдавать предпочтение гьекЦии вдоль ствола» а при большом диаметра ован - под пяту.

7. Испытания грунтов в приборе вращательного сдвига позво-ют определять контактную сопротивляемость сдвигу на боковой верхности без и с учетом иихчкциснного упрочнен»* и эффекта яатантного распора.

8. Величина контактного сопротиаг'-мя сдвигу и ньярятсиия латентного распора при вдавливании свай возрастав? о? 2,5 до 5 раза с увеличением яястнсс-. я грунта и крупности слагав;«« о зерен,

У. При вдавливании буронабивиой сечи о песчаное отивбниа д ее пятой воь.шхает конус утотненного грунта о углом При

вершине близким к 90°. г . V® : .

10. Формула профессоре ВЛ\,Бервэаядава позволяет производи опенку несу шей способности грунта, уплотнённого под пятой сваи инъекцией цементного раствора.

11. Предлагаемый метод расчета несушей способности усиленных инъекцией набивных и буронабивных свай учитывает возросшее сопротивление песчаного грунта и увеличение размеров свай.

каиия.

Соболевский Ю:, Ш'айтаров Л., Судхир Кума р. Сравнительная характеристика буронабивннх и буроинъокшонных свай (на примере усилия основания и фундаментов исторического здания в г.Минске при проходке под ним тоннелей метрополитена) //Прибалтийская геотехника - УП: Тез. докл. межресп. конф. по инженер, геологии, механике грунтов и фундаментостроению. - Рига 1991. - с.152-154,

Подписано к печати 25.01.93 г. Формат 60x84 1/16. Тираж 100 экз, Объем 1,0 уч.-изд.л. Бумага тип. М. Заказ II. Бесплатно. Отпечатано на ротапринте НПО БелНИШиГ. М.Богдановича, 153.