Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

Инъекционное упрочнение основания буронабивных свай

ВАК РФ 06.01.02, Мелиорация, рекультивация и охрана земель

Автореферат диссертации по теме "Инъекционное упрочнение основания буронабивных свай"



«у

А/

АКАДШИЯ А1РАРН1К НАУК РЕСПШИКИ БЕЛАРУСЬ:

СЕНА ТРУДОВОГО 1АТЕП.СКИЙ ИНСТ И ЛУГОВОДСТВА

БЕЛОРУССКИЙ ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ' НАУЧНО-ЙССЩОВАТЕНЬСКИЙ ИНСТИТУТ ШЮРАЦИЙ

На правах рукописи

ИНЪЕКЦИОННОЕ УЛРОЧНЕНИВ ОСНОВАНИЯ БУРОНАБЙВНШС СВАЯ

Специальности

06.01.02 - иэлорадия к орогаэмов земледелие 05.23.02 - осаовашм н фунлашнтм

Автореферат

диссертанта ва ¿оискагою ученой стэпеня кандидата технических наук

Ывяск - 1993

Работа выполнена в Белорусской Государственной

политехнической академии.

Научный руководитель: доктор технических наук,

профессор СОБОЛЕВСКИЙ Ю,А.

Официальные оппоненты: член-корреспондент Международной инженерной академии, доктор технических наук МИХНЕВИЧ Э.И. '

кандидат технических наук СЕСЪКОВ В.Е.

•Ведуяее предприятие АЛ Минскиатропроакт

Защита диссертации состоятся "4^?" ^'^ШЗг. в *аЛ-.л часов на заседании специализированного совета Д,099.ОЗ.01 в Белорусском ордена Трудового Красного знамени научно-исследовательском институте мелиорации и луговодства до адресу: 220040, г.Минск, ул. М.Богдановича, 153.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института.

Автореферат разослан З.'МвУ'И 1593г.

Ученый, секретарь специализированного совета, кандидат технических наук

А.П.Лихацевич

В В В Д Е H И Е .

Актуальность гены. Задачи ускорения ваучно-тахшпгасхого прогресса диктует необходимость обеспечения снаюния стоимости строительства, внвдрвюи новкх эффективных конструктивных ж тах-иолоппвскях р9пвяий4 повитавия качества проектирования. . • ■

За последние десятилетия буронабивнш и буроиньвкцжишые свая еаходят иирокоэ применение в яялшш,гражданской, промышленном s сальско-гозяйственном, a rate» в мелиоративном гидротехническом а водохозяйственном строительстве Непала. Мировой опыт указывает fia то, что наймапае ыатариалоемкими я наиболее аффективными являются буронабявнга сваи с использованием инъекционного упрочнения грунта основания. Важным достоинством sтих свай является их высокая на сусал сложность н малая дофоркативпость, их осяованаЯ. ■ 1 Поиск и разработка новях конструктивных реазний инъекционных овай и технологий ес устройства в разлйчнкх грунтов« условиях исканы основывается на достаточно точном опредалэгпш косуией способности свай. Однако применение инъекционных свай в вашей стране :-лк и в целом в мировой практике сдерживается отсутствием достоверных катодов их расчета . Это объясняется сравнительно неболь-шм количеством теоретических л экспериментальных факторовt определявших несущую способность и деформативность оснований свай. Поль я >залачп диссертационной рабогн.

Цельа диссертационной работы является совершенствование тех-аологии устройства и разработка инженерного катода расчета однн-эчной буронабивной сваи с уплотнениемикъокгагай под пятой и по зтводу несвязного водопроницаемого грунта. В связи с этим была поставлены следутш - обобщение технологических разработок по,' устройству .буро--

набивных и буроиньекшонных свай и сушествуюпшхметодов их рбс-чета; ■

- исслед' 1анне методом элактрогидродинамическнх аналогий влияния икьекгаи на распределение фильтрационных сил под пятой и по боковой поверхности сваи с целью повыпения ее несушей способности при различной водопроницаемости окружавшего грунта 5

- совершенствование технологических приемов при инъекции раствора под пяту сваи;

- проведение сопоставительных испытаний на моделях и в натуре свай набивных и с юлекшонным упрочнением грунта«

- проведение лабораторных экспериментов для изучения картин:* мнугренчего выпора в грунте и определение контактной со-протигяйй^оати сдвигу несвязных грунтов с учетом изменчивости их СВОЙСТВ при иньвкшш}

-на основе анализа теоретических разработок и результатов експериментальних исследований предложена расчетная зависимость для определения несушей способности (¡уронабивной сваи с инъекцией стаода и пяты ь несвязных грунтах.

Ыетодика_иссл^ований включает:

- анализ состояния вопроса на основе литературного обзора;

- моделирование методом ЭГДА качественной фильтрационной картины инъекционного уплотнения грунта под пятой и по боковой поверхности свай;

- экспериментальные исследования на физических моделях в лабораторных и полевых условиях технологических процессов при

■ ■ инъекции}' ■

—изучение на физических моделях картины взаимодействия боковой поверхности и пяты свай с окружающим грунтом;

„,:вывод разчетной формулы для определения несущей способности небивныл сьйм, усиленных яньчншей их оси:;ьааиН.

1. Предложена усовершенствованная технология иньекши

яшентного раствора под пяту и вдоль боковой поверхности бурона-)ивной сваи в несвязном грунте, которая дает возможность суше-:твенно повысить ев несушуЬ способность.

2. Разработанные расчетные зависимости с использованием теоретического решения В.Г.Березаншва и уточненных в лаборатория; опытах деформативных. и. прочностных свойств грунта позволяет ¡олее достоверно определять несущую способность буронабивных свай' фи отсутствии или наличии инъекционного упрочнения основания.

3. Выведенные расчетные зависимости могут использоваться

1ри назначении необходимого объема нагнетаемого цементного раство->а в несвязный грунт вокруг ствола буронабивной сваи для достиже-шя требуемой ее носушей способности.

Реализашя^Езботы. Результаты исследований использдваны при )зконструкции здания бывшего Базилианского монастыря в Минске, <йне Облсовпрофа, при авдаче рекомендаций по устройству свай-1ых фундаментов спальных корпусов санатория "Белоруссия" в Мисхоре [ЮжныЯ Берег Крыма).

Апробащя_ваботы. Материалы исследований докладывались и юлучили одобрение на научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава Белорусской государственной поли-гехнической'акадёмии (Минск, 1989, 1990, 1991), а также опублйко-впиы в материалах УП Прибалтийско-Белорусской конференции по шженерной геологии, механике грунтов и фувдаментостроенио ["Прибалтийская Геотехника УП").

Публикапии. Результаты исследований ар теме диссертздаоннзй работы опубликованы в материалах конференции "ПриСялтийтпп Гео-гяхника УП".

Структура и обгем работы. Диссертпиия состоит ил в.зм'знкл,

пяти глав (Обоих выводов, трех приложений и содержит 143 страницы машинописного текста, 44 рисунков, 7 таблиц, 109 наименовав ний литература.

1. Результаты исследований методом $ГДА качественной картины инъекши в однородный и анизотропный по водопроницаемости грунг под лягу и на боковую поверхность сваи.

2. Данные экспериментальных исследований на физических моделях в лабораторных и полевых уоловиях технологических процессов инхекши и сопротивляемости грунтов по боковой поверхности и

под ПК!ой опытных свай.

3. Усовершенствованный тгьектор Т-образной формы для"нагнетании рдеслсра под пяту буронабивной сваи. /

4. Рачаетныо зависимости для определения несущей способности буронабивных свай с ияьекшонным упрочнением основания.

. СОДЕРЖАНКЕ ДИССЕРТАЦИИ

Возведет!» обоснована актуальность темы исследований и .дана краткая характеристика работы..

дается обзор существующих конструкций и технологий устройства свай в грунте и определяется область их гри-менения. Анализ состояния изучаемого вопроса позволил выявить достоинства и недостатки различных систем свай. Установлено значительное влияние технологии устройства свай на их несущую способность.

■,■■■;•■; Рассмотрены классификации устраиваемых в грунте'свай по п^ф. З.л.Дмоховскому и действующему в настоящее время Ши11 £.02.03-^5 "Свайные фундаменты". Ф.К.Лашин их уточняет понятии-км о полном или частичном вытеснением грунто'в объеме ствола с гаи и замене объема грунта материалом сваи. Дополнительно к

этому кафедрой "Основания, фундаменты и инженерная геология" Белорусской государственной политехнической академии предложено выделять в особый класс буроинъекиионные сваи.

Путем сопоставления забивных и набивных свай показаны их преимущества и недостатки по различным критериям. При наличии многих достоинств у набивных свай отмечается относительно низкое сопротивление под их концами и по стволу по сравнении с забивными , что обусловлено особенностями технологий устройства, приводящей к уплотненив околосвайного грунта при забивке свай, с одной стороны, и к ухудоенип его свойств в процесса бурения скважин и бетонирования стволов нэбивных свай, с другой. В то же время создание скважин путем погружения оболочек с вытеснением грунта о стороны способствует частичному устранения данного недочета. ,

Анализ многочисленных источников специальной технической литературы показывает, что в странах СНГ предпочтение отдается забивным сваям, а й зарубежной строительной' практике их доля значительно ниже. Современные тенденции в области устройства набивных'свай характеризуются совершенствованием технологии бурения скважин и бетонирования, созданием новых высокопроизводительных иашин и механизмов, специализированных строительных -фирм и организаций и др. Новые возможности открываются с использованием в свайном фундаментостроении буроиньекшонной технологии.

За рубежом '"уронабивнда сваи широко применяются фирмами "Бенсто" (Франция), "Зальигиттер" (ФРГ), "Франки" (Польша), и "Хохтрассе вайсе" (США), "Вест пайлинг энд консгракы кокпани лимитед", "Экономик фзувдейан лимитед" (англия), "Като" и биси" (Япония), и другие. Буроинъекиионные сваи широко приментег яэиэдногермянская фирма "Бчуэр" (Германия), "Сплетаю", "Бяши" (¿раниия), "Квзагранго" .(игалйя) и шо'гие другие. '

а .

Буронабивные и буроиньекционные сваи ногу? найти широич применение в жилищном, гражданском и сельскохозяйственном строительстве Непала из-за особенностей инженерно-геологичоских условий покровных отложений.

Приводится краткое описание последовательности развития набивных свай наиболее распространенных систем; "Раймонда"« "Симплекс", "Франки", частотрамбованных, вибронабивных. Из свай устраиваемых без оболочек, рассматриваются виброштяшованные, системы "Компрессоль", с камуфлетным уширением. Помимо этого да егся оценка большого ряда буронябивных свай системы "Страусса", пневмонабивных, с разбуренной пятой, "Беното" и "Като", глубоки буровые опор, свай с уплотнённым забоем, виброштампованных и буронабивадх полых.

Уделено внимание конструкциям и технологиям изготовления буройнъекшонных свай по системе фирмы "Баузр" в-водонасышенных и маловлажных грунтах, а Также фирмы "Солетанш" в любых грунтовых условиях как наиболее-совершенных среди многих других систе! Дан сопоставительный анализ качеств буронабивних и буротгьекшш! ных свай.

Значительный вклад в решение проблем свайного фунда ментостроения внес'ли практические и научные разработки Абраменк! il.IY, Баранова H.H., Бахолдина Б.В., Берояаншва В.Г., Герсева-нова Н.М.,',Григорян A.A., Глотова Н.М., Луга A.A., Силина К.С.,-Завриева К.С., 1'рутмяна М.С., Дадматова Б.И., Диоховского Б.К., Дорошкевич Н.М, , Ермошкина Ü.M., Лалетина Н.В., Лапшина Ф.К., i Мишакоаа B.Ai, Никигеико М.И., Ободояского А.л., Паталеева A.B. Г"ця С.П., Санглора Г. (¿раииия), Соболевского Ю.А., Соболовоко-го Д.Ю., Смородинова К.И., Сколова Н.М., Чорнакп Б. (ЧС«Р), Чан-дрэеехарз В. и Пракаша (Индия), Корака Х.< (WV),. Робинсон.* К., Лмбря X., Тершги ä. (Си!А) и др.

. Из анализа выпеизложенных материалов' сделан основной ь!вод о том, что способ устройства свай оказывает значительное гапние на их несущую способность. Этот вывод подкреплен иссле-званиями и анализом причин деформаций здания Облсовпрофа в лнске при проходке под ним тоннелей метрополитена из-за неравно-;рных осадок буронабивннх и буроинъекпионных свай как опор жтура железобетонной плиты усиления. Здесь в качестве зашит-)й меры против обрушения конструкций была устроена под зданием 1лошная железобетонная плита, которая опиралась снаружи дома 1 30 буронабивных свай диаметром 630 мм длиной 13 м, во внутрен-;м дворике - на 153 буроинъекпионных свай диаметром 1X4 мм 1Иной по 13,6 м и внутри здания - на 20 буроинъекпионных свай «метром 75 мм. Если прг. проходке щитов осадки буронабивных зай за счет вдавливания их в шлам составили 60-60 км, то у гроинъекшонных сааЯ они оказались на порядок меньше.

Выводы по первой главе позволили сформулировать основное травление диссертационных исследований, нацеленное на совер-тствовзние технология устройства буронабивных свай за счет гьекпионного упрочнения оснований и на изучение механизма ¡боты таких свай в несвязных грунтах.

дается обзор методов расчета буронабив-IX и буроинъекпионных свай, р учетом различия технологий чх 1готовления.

Из приведенных классификаций и анализа вытекает, что )и разных типах свай грунтовая среда может претерпевать рзэ-[чные изменения. Окружающий сваю грунт может остав'ться в ¡тественном состоянии, подвергаться уплотненно или нарушение-:тественной плотности из-за разрыхления при бурении, -ястаплч-1я шлама в забое скважины* задержек в..бвгоиирор«1141и, узяяка 1Тоия при твердении, заполнения сктаяан водой и рпзуягчонк*

грунта по контакту со C3s.el! и т.п. Перечисленные дефекты характерны для буронабивных и набивнкс свай. Буроиньекшонные сваи в несвязных грунтах лишены отих недостатков.

Формулы различных методов относятся к теоретическим, если делаются попытки привязать поведение свай к физико-механическиа характеристикам грунтов ненарушенного сложения; к полузмпирйчест ким, если учитывается частичное нарушение свойств в зонах ослаблений; к эмпирическим, если параметры сопротивления грунта получает при испытаниях свай с введением поправочных коэффишен-тов. Каадая формула носит отпечаток тех допущений, которые бшш приняты при обосновании расчетных схем, увязываемых с конструкциями свай и способами их изготовления.

Расчет несущей способности бетонных и железобетонных нэбиг'кых я буронабивных свай обычно производится по первой группе предельных состояний исходя из прочности материала свай или несушей способности грунтов оснований. Первый случай является определяющим для свай-стоек, а второй - для висячих свай.

Как за рубежом, так и в странах GUI' определение прочности материала свай производят по общим .правилам расчета сетоннь». и келозойетонных элементов и учитывает способ формирования стволов свай при назначении расчетных сопротивлений бетона.

Расчетная кесушя способность одиночных буронабивных саай Р при действии вертикальных нагрузок как предложил Fatten- (IQ95), определяется в веде суммы двух слагаемых, первое иа которых учигывает сопротивление грунта сжатию под их нижними кокгами !:р , s второе - сдвигу на боковой поверхности Ps :

f - FV+vy (!)

Анализ формул.преддоженнтс F^utu-vi.(1ь95), • Bch.akei-jj (j.yXI-1913), iicvv* ' V1922У,1927),'• СЬе I 11У31),

•-'"' 11

Дмоховским (1940), К-Та-1 (1921), Миняевам (1933),'Бирюковым (1937), Хау, Юнг^е (1939), Тета^ (1944), показывает, что они отличаются разным подходом к определению значений сопротивления под нижними концами и на боковой поверхности свай и соответственно учетом сил трения между сваями и грунтом.

впервые вводит, понятие удельного сопротивления под нижним концом и по боковой поверхности с учетом активного и пассивного давлений и несушей способности грунта,-зависящих от угля внутреннего трения. Понятие об удельных сопротивлениях грунтов на боковых поверхностях и под нижними концами свай наило свое отражение и в СНиП 2.02.03-В5. В этих нормах указанные параметры устанавливаются по конкретным прочностным или физическим характеристикам грунтов. При -той вводятся раздельно коэффициенты условий работы, учитывающие технологические особенности устройства свай.

Нами в отдельную группу ввделены методы расчета нроувей способности бурошгье :тионных свай. Они а основном исходят из допущения о Равномерном распределении бокового гренич по длине свай. Расчетные формулы разделяются на эмпирические и теоретические. Их главные отличия заключаются в назначении бокового трения с учетом давления инъекиирования или пренебрежении таго-внм, а также наличия или отсутствия сил сцепления'между стволада свай и окружавшим грунтом.

Рассмотрены зависимости, которые дают Х^ЬТо^ ^ СХЭ'^О), институт "Фуедаментпроекг", (1982), ¿г»*»- (1969),

КоИвТ , ( 1969), ЩЖ Мишрпмс-

строе СССР, Соболевский Д.Ю. (19йЬ). Все они разрабатывались преимущественно для выдергиваемых бурошгьекшонннх анкеров, технология устройства когорих и характер работы в грунт пп боковой, поверхности аналогична <$урой«ьвкоионныи <?вчям. ;

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

Расчет составлявших осадок буронабивных свай для конкретных примеров их устройства показал удовлетворительное соответствие теоретических зависимостей с результатами измерений в натуре. При этом выявлена, что сжатием стволов свай практически можно пренебречь, а наиболее существенным фактором, снижаюаим осадку свай, является уплотнение забоя.

На основе исследований Д.Ю.Соболевского и О.В.Попоьа 1196В) выявлена роль распорного аффекта при сдвиге по боковой поверхности свай во время их вдавливания за счет дилатансии. Такой эффект существенно может быть повинен через инъекционное упрочнение • грунга. .

Наиболее нагледное представление о достоверности кеьдой из существующих расчетных формул при, определении несушей способности буронабивных свай дает сопоставление результатов расчетов с опытными. Анализ сопоставительных данных, приведенных в табличной ферме, показал значительный разброс как в сторону завше-нил (от 109 до Зиой), так и занижения (от 53 до 9Ь%). Такое положение иоусловлоно'.том, что не учитывается должным образом изменчивость свойств грунта За счет особенностей технологии . устройства свай.-..Заииненио ко несущей -српосбиэсти ' буронабивных сравнению с аабиьньми объясняется отсутстьием радиальных сжима».2шх »¿апрякени'й: ни контуре буровой ск.дашш, с также рагц.далеллем грунта поп шггами саай или изли'ж^м гвц шиша. Для . ус.грпнч»шя «аннч^о дефекта предлагается усивершена»»вагь техно-

•. :.. . ' -.v.; 13 ■

логко устройства буронабивны свай путам Инъекционного упрочнения грунта, что ввдвигает потребность в совершенствований также и методов их расчета. Это и является иелыэ диссерташонннх исследований автора.

1Е§1ья_глава посвявена гидродинамическому представлении инъекционного уплотнения грунтов под пятой и по отводу буронвбив-ных свай. -..V

Анализ исследований Камбефора А., Кяейнерв И.М., Нишакова В.А. (1984), Никитвнко К.Й. и Соболевского Д'.С. (1985), Чернакз Б. (1986), Кяайна К. и Мишове П. (1984) показывает, что в процессе инъекиии происходит активное воздействие цементного раствора на грунт. При этом важное значение в конкретных грунтовых условиях имеют состав раствора, режим и приемы его закачки в скважину. Влияние инъекции на несущую способность сваи в песчаном грунте обычно связывается с увеличением шгошади под пятой эа счет ушире-ния скважины, а также о улучшением механических свойств грунта на контакте со сваей ¿следствие его уплотнения.

Суяест"уют два объяснения явления уширения сквожин в песках. Согласно первоцу оно связано с уплотнением и цементацией окружавшего Грунта. Однако опыт прессиометрических испытаний свидетельствует о невысоком эффекте за счет только статического воздействия. Исследования Камбефора А. указывает на невозможность глубокой цементации песчанного грунта вследствие обезвоживания цементного раствора.

Согласно второму объяснен® отжатйе свободной поды и? нагнетаемого в скважину цементного раствора приводит к формированию гллв фильтрационных спл, способствую®« совместно с рвепором скважины пластичным теслом уплотнению песчаного грунта в некоторм объеме. На это указывает исследования Герсеэановп И.К» * Йолытн* Д Б; (i948), Иэянова П.Л. (1Ш&), Собблевского ЖА. (I^o), 1ер-

шги ;(. (19Ш), Соболевского Д.Ю. (I9Ü4). - : "

Для определения диамегра сгвола сваи поел? инъекции в • скважину раствора можно воспользоваться формулой Милюкова В.А.

(I9Ó4): ЩЩЩЗГ^ ^

■ч ** N U (2)

где 2) » Д.«*»е>- конечный и начальный диаметр ствола сваи после и до инъекции, м; V - объем закачанного раствора, м3; tov- отношение удельных весов шмента и воды; "V - водоцементное отношение шментного раствора; L - длина зоны икьекши, м.

Анализ раное выполненных исследований Никитенко М.И.и др. (I9d?)., Соболевского Д.Ю. и Попова О.В. (1967) позволяет выявить -особенности икьекшм цементного раствора в грунт и под нижние конш буронабивных свай.

При наличии шлама под пятой сваи закачиваемый раствор производит сначала уплотнение рыхлого осадка до состояния грунта природного сложения.' В последующем происходит прошсс опрессовки окружавшего сваю грунтового массива с образованием уширения, что характерно такжо и случаю, кг»?да шлам в забое скважины orcyrct ayer, а звбой уплотнен механическим способом. ...

Для определении диаметра уширения сваи под .нижним концом на глубине имевшегося рыхлого осадка (шалма) можно использовать формулу (2).При этом также нужно 'учитывать, ■ что часть нагнетаемого раствора за'счет контактной фильтрации отжимаемой из него : избыточной воды будет проникать вверх кевду- стиолом сваи и окру-жаь • чм груыиц. Догч агсго раствора будет том больше, чем вше Б/Ц инъекционной смеси. Локааана важная роль подбора составов и^ьекиномных.смесей и соблюдения режима ихнагисгания.

. 11-учение npuuaccu инъпкши иастворов ь скважины примени-

'■'■■■18 "'

только и песчвиьм грунтам проводились методом ЭГДЛ по мзветсной методике моделирования фильтраши на электропроводной бумаге, предложенной П.Ф.Фильчаковым (1956). Эти опыты явились продолжением исследований Д.Ю.Соболееского (ХУсб). В них нами ставилась задача учета фильтрационных сил о комплексе факторов, влияющих на деформирование грунта при устройстве стволов буронабивных свай за счет упрочнения при инъецировании цементным раствором. Были приняты допущения о том, что фильтрационный поток обладает неразрывностью в пределах рассматриваемой области, стационарностью и неизменностью граничных условий во времени в течение каждого цикле закачки растворе. При моделировании на интегратора ЗГДА-9/ЬО испытуемые модели изготавливались из электропроводной бумаги с различными сопротивлениями. Стволы буронабивных свай моделировались как радиальные источники. Отдельно рассматривались случаи инъекции под пяты при плоской фильтраций» »ормироввнке ствола сваи при его инъекции через две, три и четыре трубка но-делировалось в изотропном груите. Опыты По научению условий фильтрации под пяты', свай на глубину в 7 и '-II их дияметрон осуществлялись для изотропного и янизатропного массивов в масштабе 1:100. Коэффициент анизотропности принимался равным 10.

Исследования показали, что фильтраиионныэ силы концентрируются вокруг ннъекгоро.а и рассеиваются достаточно быстро о удалением от сваи, Следует Подчеркнуть, что возле инъекторов возникают высокие градиенты напора, кагорко способствует интенсивному уплотнению окружающего свая.песчаного грунта. У.ганоала- . но, что при увеличении количества инъенторов вокруг сваи происходит более равномерное р определение фильтрационных сил. Сделано заключение о том, что при нагнетании раствора вдоль боковой поверхности сваи количество ннъекииоаньк трубок должно быть равным трем, и их следует размешать рявномечно по периметру, •

производя подачу раствора через них одновременно. Раздельная закачка способствует созданию несимметричной формы отвода после инъекции.. ■

При изучении качественной картины .распредвденкя филъграционных сил в грунте под пятами свай установлено, что они к д изотропной среде неправлены вниз отпяты.Праэток линии равиьР напоров быстро рассеиваются в стороны и вверх« ко более плавно по глубине. Поток фильтрационных сияспособствует интенсивному упаотнению грунта под пятой сваи. Более благоприятные условия для уплотнения грунта имеются для более глубоких свай. У мелко-, заглубленных свай направленные вверх фильтрационные силы могут приводить к разуплотнению и выбросу раствора к поверхности эа счет контактной фильтраши.

Опытами с фильтрационной анизотропией среды выявлено, что преобладание горизонтальной водопроницаемости грунтов способствует при инъекции под пятой более равномерному их уплотнению в стороны и вниз по сравнении с изотропным грунтом.

Четвертая глава содержит результаты модельных и натурных; испытаний в полевых условиях работы оснований буронабивных свё<' усиленных иньекпией цементного раствора. Приводится программа испытаний свай и грунтовые условия опытных пя стад ок.

В лотке были поставлены методологические опыты по отрзбот* ке приемов ! спытаний свай не моделях масштаба 1:30. Моделировались конструктивные особенное*« свай я технологии их изгото ления в маловлажном песке средней крупности средней плотности.

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

ными диаметрами их стволов U4 мм; Для их изготовления прииаив-но оборудовано фираы "Ввуэр".

В первом опыте моделировалась базовая технология устройства бурокабивной сваи посрцдсгчам заливки скважины цементным раствором без уплотнения окружающего грунта и удаления шлама из забоя. Вторая свая выполнялась с дополнительной и'нъекшеЯ юмантного раствора под пяту. Дяя третьей саам производилось инъекционное упрочнение грунта по боковой поверхности, а для четвертой а пятой - по.боковым поверхностям й под пятами, й пятом опыте б&* применен предложенный нами инъектор Т-образной формы, что позволило повысить аффект инъекционного уплотнения 'рунта под пятой. Грунты на данной площадке были представлены \о двух метров песками средней крупности и плотности с содержа-шем растительных остаткоз от . 3 до 105»,. ниже простирались чис-?Ы9 пески, срднай крупности, средней плотности.

В мяломасштабных опигах было утоановяено, что за счет шъекиии ка боковую поверхность- моделей предельны® вдайлиеглвшма 'силия по сравнению с заливными сваями увзличивявгся в среднем > 1,3 раза. При иньедош вдоль ствола и под пяту достигается ювыаениё-лобового сопротивления, доля которого достигала 1,3-0,4 от общей вдавливавшей нагрузки. Контактное сопротивление двигу песка при этом равнялось ЗЭкПа, а сопротивление скати юд пятой от IB00 кПа у заливных до 2900 кПа у моделей с ньекшонным упрочнением грунта, Выяясич гзкяэ роль »гачячьиэй лотности окружвааего свря грунта. Tas, например, при ее величании в I,? раза поэыдоздз предельной несущай способности одели сваи увеличивается в 2,3 раза.

Эта исследования показали, что для неглубоких свчй неоохо-йма первоначальная инъекши на боковую шверхиоегь а налью пи-ыяения еффекта последующей закачки раствор» под лягу.

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

Испытания четырех буровабивных свай натурных размеров были выполнены к» площадке возведения спальных корпусов санатория "Белоруссия" в Мисхо; Здесь грунты представляли собой вебенис-то-дресвяные с суглинистда» заполнителем отложения, подстилаемые выветрелыма и слабов^ветрельми черными плитчатыми аргиллитами с прослоями Алевролитов. Длина сва# составляла 1Ь м с их заглублением в скалу на два метра. Диаметр свай № I был равен одноцу метру; диаметры; евай За 4 - 0,6 метра* Два иэ них изготавливались то базовой технологии без инъекционного упрочнения . грунта, а две - с инъекционным упрочнением по боковой поверхности и под пятой.

При испытании свай натурных размеров инъек. лонное упрочнение шлама в скважинах под их пятами дало повьшение несущей способности при одинакеаых осадках в среднем в 1,7 раза, что однако является не пределом. Здесь еще необходима более тщательная отработка технологии.

посвящена разработке инженер..ого метода расчета несушей способности усиленных инъекцией буронабивных свей.

Б целях обоснования расчетной схемы изучены представления о внутреннем выпоре уплотненного инъекцией грунта под пятой буронабивных свай. Анализ теоретических исследований свидетельствует о (формировании под пятой сваи при ее *пгружении вдавливающей нагрузкой упругого ядра. Качественная картина развития зон деформирования и выпирания в массиве основания при зягружшии моделей свай э песчаных грунтах былп выявлена в лабораторных исследованиях у сгонки лотка. Упругий клин наблюдался во всех случаях с

динаковым наклоном граней при росших плотностях и вдяеносгях щека. Однако его формирование, происходит а более плотом песке аньва, чем при ялогностп грунта. Угол пра вершине упругого :лина в наших опытах был близок к 50°. У своей с уширенной ¡ягой возникла полость сверху уширения, что уменьшало зону дефор-ироаания вокруг ствола по сравнении с моделями без уширений.

Данные исследования подтвердили основные предпосылки, [ринятыз проф. Березаниааыя В.Г. э расчетной схеыа для сзай. Эта хека и была взята в качества исходной в наших теоретических етениих. Дополнительно были провздены экспериментальные исследо-аная по изучени» контактного сопротивления по боковой поверх-осги свай. Опыты проводились по методике и в приборе ^..ааатель-ого сдвига, разработанных Никитонко М.И. и Соболевским Д.И. кепериыенты доли возможность установить значения контактной опротивляености сдвигу а носках различной степей" уплотнения ля заливных стволоз свай и в случае наличия опроссовки грунта а счет инъектш. Опытные данные обрабатывались а'абсолютных и тносигельных величинах. На рис.1 представлены полученные в ла-орагорных опытах параметры контактной сощ. ¿тивляеыости сдвигу, оторые согласуются с данными испытаний в полевьк условиях и с еэультатями исследований выиеупоыянутьк авторов.

При составлении расчетной схемы для определения несушей поссбности буронабиБиых саай с усилением инъекцией под пяту и о стволу.поэтапно-били рассмотрены особенности поведения одно-одного грунта как я процесса изготовления сваи, т'як ее и за-рутения.

Первый этап сьяэан с 'буренкем скважины для сдай и ее заявлением бетоном. При зачищенном от ид яма озбоа грунт им-звт едина-овые свойства по всей глубин» я ниже з«боя, что характерно для асчетных схем ъ.$ох авторов. Ярч наличии в забое скважины рыхлого

,'■;-. 20' .'.■,••■:■■■'.■ осадка шлама толщиной ;{• с резко отличавшимися свойствами ог окружавшего грунта расчетная схема представлена на рис.2. В предположении отсутствия сиепления бетонной смеси со стенками скважины давление от нее (^^(ЬД} производит уплотнение шлама на величину, определяемую следующей зависимостью:

Д* ^¿^ШШ ч (3)

■•■-. ие,к ,.;:;. где - удельный вес бетонной смеси, кН/м3;

- коэффициент пористости шлама;

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

0£0 0,70 0/30

Рис.1. Зависимости,-предельного контактного сопротивления .сдвигу-'С/^ьр 1 от начального кооффишента пористости.( для маловлажного песка средней крупности»..содержащего 3...55С растительных остатков в^..чдьпде* д^,щиборе вращательного сдвига. 1-е иньекдаей^; -(^.ргьекиии .

X

/ / /

£

/

ШШ

у Рь

V

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

Среднее значение коэффициента пористости слоя тлена посла уплотнения давление« от веса бетона в скважина составит

(4)

Чтобы коэффициент пористости шлама после уплотнения стал одинаковым с окружающим грунтом, то есть , требуется давление Ри. . Его можно получить за счет необходимой длины стаояа, либо путем создания дополнительного давления раствора под пягу сваи. Как известно, аатвердевший бетон ствола «ваи-оказывает таи-танируюший''эффект в скважина при инье.чшги под пяту. Он может быть усилен посредством предшествующей икьокшк вдоль ство?а. При большом давлении под пяту рЧ* юяэт аозникать Еыталкивекио ствола сваи из грунта, чему препятствует контактная сопротивляямисть за счзт сил трения и ецэплемия между ними. Чтобы этого не произошло, долю? соблюдаться условие:

А

(Б)

где с( - диямегр ствола сваи, м; ^ - его длина, м;

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

Можно также решить задачу об установлении потребного объема"Чъ закачиваемого раствора для опрессовки шлвмя до плотное ти окружающего грунт;. из условия объема скелета шлама до и после уплотнения:

Здесь коэффициент К к. учигывьет водоотдачу из цементного раствора в окружавший грунт. По данным исследований сотрудников кафедры ОФиИГ БГПА-он может быть принят » 0,62 при 3/Ц=0,50;

1С к =0,70 при В/Ц*0,40 и =0,55 при Б/Ц=0,60. Для промежуточных значений В/Ц раствора <си. определяется по линейной интерполяции. :

После опрессовки шлама до плотности окружавдего грунта основание становится однородным и для определения критического давления нв острие сваи можно воспользоваться формулой В.Г.Берз-зчнповэ: •

(?)

где ^ - удельный вес грунта, кН/м3; - диаметр сваи, м;

коэффициент, являющийся функцией угла внутреннего трения и относительного заглубления « определяемый по приведенным на рис.3 графикам.

гт

S3

О 28 39 3* S3

Рис.3. График для определения яоаффииаента ь фориуло (?) во Боразяниеву

При икьекиии шкентнс.'о раствора под пяту и по стволу проводит onpeccos'ca грунта с издаиеииом его свойств и увеличмвввт-:я попортшое саченио свая до ээ длине.

Ц случай закачки ряст вор% едоль длини V- стаола сваи в ¡бъемэ V для определения его увзличенного дипиотря 2> можно тспользоваться предяажзиной на кафедра.ОФиИГ БГИА формулой: :

J (8)

При нагнетаний раствора под пяту его оОъем Л/^, , опред^-^екыЯ формулой (Ь), будет уходить на оирессовку шлаиа, а сверх ¡того - на создание упмрения ствола у пяты. Если принять, что десь уширениа образуется примерно на иехровой. длине чшзивго'-:онш сваи, то для соответствующего объекп зяинъврфованного детвора по формула (В) ложно выслать получэамий дишезр пирения 2>" . Для ного критйчеекоз давление

Для значений критических нагрузок на пета свай зависимости [/¡«обретают вед:

24 '■•..

при однородном грунте

С, = ^-А •

- при иньекшонном упрочнении грунта

Р,' = А' (1|)

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

Величины сопротивления на соковой поверхности свай следует определять по формлуам:

рг . г,^^ (к)

или I ~ . «

Рх Г То^^, + ХрЗТЫ,

(13)

где

I* ~ ^,

(14)

Значение Т0 и Тр соответствует средним значениям предельных контактных сопротивлений сдвигу при отсутствии или наличии инъекционного упрочнения на соответствующих отрезках И А^ по длине ствола сваи.

Суммарная несущая способность сваи составит:

* 14 или р'-+ р^ (15)

Расчеты по предлагаемым атим формулам и сопоставление с опытными данными показали их лучшую сходимость в сравнении с формулами дру.-их авторов.

ощв'тщ

1. Дня ик*енерно-геодогических условий Непала экономически целесообразно применение а гражданском строительстве буронвбив-ных свай с инъекционными упрочнениам основания.

2. Изучение состояния вопроса убевдает в необходимости совершенствования технологии устройства и методов расчета буро-набивнызс свай.

3. Исследования методом ЗГДА свидетельствует о том, что три инъекции цементного раствора на поверхность ствола и под юту сваи решаюауо роль оказывает напорный градиент отжимаемой *збаточной поды о уплотнении окружесаего водопрсни»чомс; з грунта.

4. Ит.ашзгонное упрочнение грунта в основании буронзбизной ;ваи позволяет увеличить оа несуща способность от 1,4 до 3,2 из, причем эффект инъекдай возрастает о глубиной

5. Предлагаемый кяьектор Т-образной форкы для нагнетания ¡аствора подя пяту даёт возможность аффективно упрочнять грунт I этой зона.

6. Для свай малого диаметра следует отдавать предпочтение шъекции вдоль ствола, а при большом диаметра сааи - под пяту.

7. Испытания грунтов в приборе врапательного сдвига позао-шат определять контактнуо сопротивляемость сдвигу на боковой шверхиости без и с учетом инхекцноккого упрочнения н эффекта элегантного распора.

8. Величина контактного солроткБЖмшя сдвигу и напряжения [илатанткого распора при ¿давлмеании езай риорасггвт 01 2,5 до 1,5 раза, с увеличением пяотлагга г'руиуя к крупности слагаемых то ээрен. ■

9. При вдэвливании буронеСивнсЯ сваи в песчаное основание юд ее пятой возникает конус уплотненного гпунта о углом при

вершине близким к 90°.

10. Формула профессора О.Г.Березениева позволяет производит! оненку несущей способности грунта, уплотненного под пятой сваи инъскшей цементного раствора,

11. Предлагаемый метод расчета несушей способности усилан-ных инъокииеЯ набивных и буронабивных свай учитывает возросшее сопротивление песчаного грунта и увеличение размеров свай.

Соболевский 0., Шайтаров^Л., Судхир 1<умар. Сравнительная характеристика буронабивных и буроинъекшонных свай (на примере усилия основания и фундаментов исторического здания в г.Минске при проходке под ним тоннелей метрополитена) //Прибалтийская геотехника - УП: Тез. докл. меяресп. конф. по инженер, геологии, механике грунтов и фундамснтостроению. - Рига 1991. - с.152-154.

Подписано к печати 25.01.93 г. Формат 60x84 1/16. Тираж 100 екз. Объем 1,0 уч.-изд.л. Бумага, мш. И. Заказ II. Босокатно. Отпечатано на ротапринте НПО БелНИИМйГ. М;БотдановкЧа, 153.