Розрахунок опади пальового фундаменту з урахуванням опору грунту в основі ростверку

1. Вступ
2. Обгрунтування розрахункових схем для визначення допустимої навантаження і опади пальових фундаментів...
3. Розрахунок допустимої навантаження на фундамент палі з несучим ростверком
4. Розрахунок опади пальового фундаменту з несучим ростверком
5. Впровадження методики розрахунку пальових фундаментів з несучими ростверком. отриманий економічний...
6. Висновок
7. список літератури

У статті наведено методики розрахунку опади пальових фундаментів з несучими ростверком, що враховують розсіювання напружень під підошвою ростверку в межсвайном просторі. Впровадження розроблених методик дозволило скоротити вартість фундаментів до 50%.

This article presents the methods of calculating the piled-raft foundations settlement taking into account stress dissipation in interpile space beneath the raft base. Application of the developed methods allowed reducing the cost of piled-raft foundation up to 50%.

Вступ

Аналіз результатів експериментальних і теоретичних досліджень, проведених до теперішнього часу в країнах СНД і за кордоном [1], а також даних модельних досліджень, виконаних в лабораторії і на полігоні кафедри «Геотехника і екологія в будівництві» Білоруського національного технічного університету (БНТУ) [2 , 3], і натурних випробувань на будівельних майданчиках [3, 4] м Мінська дозволили виявити основні закономірності взаємодії групи паль і несе ростверку з підставою. Проведені теоретичні та експериментальні дослідження показали, що традиційні розрахункові схеми для визначення несучої здатності і опади пальових фундаментів надмірно спрощені, не враховують взаємодію елементів фундаменту, а результати розрахунків часто в кілька разів відрізняються від експериментальних даних.

Відповідно до діючих технічних нормативними правовими актами (ТНПА) осаду групи паль визначається для умовного масиву. Приймається, що грунт в межах умовного фундаменту осідає разом з палями. Така схема не дозволяє правильно відобразити роль кроку паль і врахувати взаємодію ростверку з підставою. Експериментально було встановлено [3], що при зменшенні кроку паль в групі від 6 d до 3 d без зміни розмірів умовного фундаменту осаду останнього знижувалася в 2 і більше разів. При включенні ростверку в роботу осаду фундаменту також істотно зменшується. Результати проведених досліджень спростовують широко поширене досі припущення про те, що грунт межсвайного простору осідає разом з палями. Розглянемо деякі факти, які підтверджують, що вертикальні деформації грунту межсвайного простору незначні в порівнянні з осадкою паль.

По-перше, тиск на грунт під нижніми кінцями паль в десятки разів перевищує тиск на тому ж рівні в межсвайном просторі від сил тертя уздовж їх бічних поверхонь. Отже, осаду паль повинна бути більше опади навколишнього грунту.

По-друге, вертикальні напруги від сил тертя уздовж бічних поверхонь паль різко зменшуються з віддаленням від них. Значення цих напруг в будь-якій площині, перпендикулярній її осі, можна визначити, використовуючи рішення Д. Паті (1963) [5]:

(1)

де f - розрахунковий опір ґрунту по боковій поверхні палі в межах останніх 1-2 м у вістря;

r - радіус палі;

R - відстань від осі палі до досліджуваної точки.

Епюри напруг, побудовані по залежності (1), показують, що максимальні вертикальні напруги, що виникають у бічній поверхні палі, різко згасають з віддаленням від неї (рис. 1). Ці розрахунки підтверджуються результатами експериментальних досліджень, проведених С. І. Цимбалом [6], і пояснюють відсутність значних вертикальних переміщень грунту вже на відстані менше 0,5 d від бічної поверхні палі при проведенні модельних досліджень [2].

По-третє, при досягненні палею сдвиговой опади її стовбур починає прослизати щодо навколишнього грунту без подальшого збільшення сил тертя уздовж бічної поверхні [7]. При подальшому навантаженні паль вся додаткове навантаження передається на грунт їх нижніми кінцями, і збільшення опади межсвайного грунту не відбувається (рис. 2).

Мал. 1. Епюра розподілу вертикальних напружень в рівні нижнього кінця паль від сил тертя грунту по боковій поверхні

1 - після забивання; 2 - при випробуванні

Мал. 2. Схема деформації шарів грунту близько палі

По-четверте, численні натурні і модельні випробування [2-4] показали, що при включенні ростверку в роботу несуча здатність пальового фундаменту зростає, а деформативність зменшується, що було б неможливо при осіданні навколишнього грунту разом з палями.

Результати виконаних експериментальних і теоретичних досліджень [1-4] дозволяють зробити наступні висновки.

1. Розрахунок опади пальового фундаменту як умовного масиву з певним припущенням можна застосовувати для груп з кроком паль не більше 3 d -4 d і передачею більшої частини навантаження на підставу їх бічними поверхнями. Зі збільшенням кроку паль і зменшенням частки роботи їх бічних поверхонь цей метод буде давати значну похибку. В даному випадку осадку групи паль доцільно розраховувати виходячи з опади одиночної палі з урахуванням їх взаємодії в групі.

2. Оскільки осаду групи паль значно більше ніж у навколишнього грунту, включений в роботу ростверк, осідаючи разом з ними, чинить тиск на підставу. Зі збільшенням опади напруги під ростверком зростають і розсіюються частково або повністю в межах довжини паль, зменшуючи тиск на грунт під їх нижніми кінцями. В результаті згладжування максимальних пікових напруг під вістрями паль осаду фундаменту з низьким ростверком значно менше, ніж з високим.

Обгрунтування розрахункових схем для визначення допустимої навантаження і опади пальових фундаментів з несучими ростверком

Схема перерозподілу тисків на грунт підстави від зовнішнього навантаження N при зменшенні кроку паль і включенні ростверку в роботу приведена на рис. 3. Як було встановлено вище, тиску під нижніми кінцями паль р п у багато разів перевищують тиску на тому ж рівні від сил тертя уздовж їх бічних поверхонь р б. При досить великому кроці паль (див. Рис. 3б) епюри тисків р п і р б на підставу на рівні їх нижніх кінців будуть аналогічні таким же епюрах одиночних паль (див. Рис. 3а).

Мал. 3. Схема розподілу тиску на грунти основи одиночної палі (а), групи паль з високими (б, в) і низькими (г) ростверком

Зі збільшенням кількості паль в групі без зміни зовнішнього навантаження N та розмірів фундаменту, тиск на грунт межсвайного простору р б зростає за рахунок передачі більшої частини цього навантаження бічними поверхнями паль через збільшення їх загальної площі та накладення напружень внаслідок зменшення їх кроку (див. рис. 3в). Тиск під нижніми кінцями паль р п зменшується, оскільки зростає площа їх спирання на грунт. Крім того, як показує практика, несуча здатність бічних поверхонь паль реалізується раніше, ніж їх нижніх кінців, особливо в піщаних грунтах, де значення зсувної опади становить всього кілька міліметрів [7]. Внаслідок цього при збільшенні кількості паль в першу чергу зменшуються тиску під їх нижніми кінцями.

При взаємодії ростверку з підставою (див. Рис. 3г) під його підошвою виникає тиск р р, і частина навантаження N передається на грунт межсвайного простору, розвантажуючи підставу на рівні нижніх кінців паль. При цьому в першу чергу зменшуються напруги під вістрями паль р п. За рахунок обтиску грунту в основі ростверку і виникнення горизонтальних розпірних напружень зростають сили тертя уздовж бічних поверхонь паль, а нерівномірність вертикальних напружень в рівні їх нижніх кінців зменшується. Таким чином, ефективність взаємодії ростверку з підставою пов'язана не тільки зі зменшенням частки навантаження, що припадає на палі, а й зі зниженням нерівномірності тисків на грунт в рівні їх нижніх кінців. Навантаження на підставу розподіляється більш рівномірно. Частина напруг загасає в межах межсвайного простору, не досягаючи рівня нижніх кінців паль. Осадка такого фундаменту набагато нижче, ніж групи паль з високим ростверком.

При розрахунку опади пальового фундаменту деформації бетонних конструкцій зазвичай не враховуються, а за розрахунковий переріз приймається площину на рівні нижніх кінців паль. Визначаються додаткові напруги від зовнішнього навантаження на цю площину, і з урахуванням деформаційних властивостей ґрунтів, розташованих нижче розрахункового перетину, визначається осаду фундаменту. При взаємодії ростверку з грунтом частину навантаження розсіюється в межах межсвайного простору, не впливаючи на напружений стан підстави на рівні нижніх кінців паль. Величину розсіяною навантаження можна визначити, знаючи деформаційні властивості грунту межсвайного простору і характер загасання напруг під підошвою ростверку.

Результати експериментальних досліджень показують, що у верхній частині основи групи паль з високим ростверком вертикальні напруги практично відсутні. Сили тертя уздовж бічних поверхонь паль незначні в межах 1-2 м від їх оголовків, а при забиванні паль у верхній частині основи часто утворюється зазор між її стволом і грунтом, сили тертя відсутні взагалі. З глибиною вертикальні напруги в межсвайном просторі від сил тертя уздовж бічних поверхонь зростають і в однорідних грунтах досягають максимального значення на рівні нижніх кінців паль. При включенні ростверку в роботу максимальні вертикальні напруги виникають під його підошвою і зменшуються з глибиною, як під фундаментом на природній основі.

Для оцінки можливості застосування теорії лінійно деформівних тіл при визначенні напружень в грунті межсвайного простору під підошвою ростверку виконано порівняння теоретичних і дослідних даних. На рис. 4 представлені епюри розподілу напружень в основі ростверків для фундаментів з різною кількістю і кроком паль, побудовані за експериментальними [8] і розрахунковими даними по теорії лінійно деформівних тіл.

Мал. 4. Експериментальні та теоретичні епюри розподілу напружень в основі ростверку

На рис. 4 зліва дані епюри розподілу вертикальних напружень в межсвайном просторі для груп паль з високими ростверком, праворуч - для груп паль з низькими ростверком. Епюри в підставі низьких ростверків мають седлообразную форму, оскільки напруги від тиску ростверку на грунт з глибиною загасають, а від сил тертя уздовж бічних поверхонь паль зростають. Для порівняння експериментальних і теоретичних даних побудовані епюри додаткових вертикальних напружень від взаємодії ростверку з підставою з різниці сідловидної епюри сумарних напружень в правій частині схеми і епюри для групи паль з високим ростверком в лівій її частині.

Порівняння теоретичних та досвідчених значень показує їх збіг навіть при тисках під ростверком понад 0,6 МПа. Похибка склала не більше 5%. Для розрахунку ж фундаменту на природній основі схожих розмірів з теорії лінійно деформівних тіл тиск під підошвою не повинно перевищувати розрахунковий опір ґрунту R = 0,24 МПа при заглибленні d = 1,00 м. Таким чином, значення напруг в межсвайном просторі від взаємодії ростверку з підставою з високою точністю можна визначити по теорії лінійно деформівних тіл.

Залежно від геометричних параметрів пальового фундаменту і напруг під підошвою ростверку глибина стисливої товщі Нс може бути менш або більш довжини паль L. У разі Нс <L (рис. 5) тиск під підошвою ростверку розсіюється в межсвайном просторі і не впливає на напружений стан грунту на рівні нижніх кінців паль. Якщо Нс> L (рис. 6), тиск під підошвою ростверку розсіюється в повному обсязі в межах довжини паль і на рівні їх нижніх кінців виникають додаткові напруги, що викликають збільшення опади паль. Ці висновки підтверджуються результатами експериментальних досліджень.

Мал. 5. Схема розподілу вертикальних напружень під підошвою ростверку при Нс <L

Мал. 6. Схема розподілу вертикальних напружень під підошвою ростверку при Нс> L

З графіків на рис. 4 видно, що напруги в підставі групи паль з низьким ростверком вище, ніж у групи з високим (у випадках, коли Нс <L). Аналогічні результати були отримані при дослідженні деформації грунту межсвайного простору моделей в лотку з прозорою стінкою [2]. Якщо глибина стисливої товщі Нс перевищує довжину паль L, при розрахунку опади групи паль необхідно враховувати додаткові напруги на рівні їх нижніх кінців.

Розрахунок опади пальового фундаменту з несучим ростверком являє собою рішення задачі з двома невідомими. По-перше, невідома осаду фундаменту. По-друге, невідома доля навантаження, переданої на підставу ростверком. Дане завдання може бути вирішена методом послідовних наближень, виходячи з умови рівності осад групи паль і ростверку, або графічним способом. Переймаючись значеннями опади з певним кроком, будуються графіки залежності осідання ростверку і групи паль від навантаження: sr = f (Pr) і sp = f (Pp). Підсумовуючи ці графіки, можна отримати залежність опади пальового фундаменту з несучим ростверком від навантаження spr = f (Ppr) (рис. 7).

Мал. 7. Графічний спосіб визначення опади пальового фундаменту з несучим ростверком

Графік залежності sr = f (Pr) для ростверку будується як для фундаменту на природній основі. Оскільки не вся площа підошви ростверку спирається на грунт, а частина її передає навантаження на палі, при побудові залежності sr = f (Pr) необхідно використовувати наведену площа підошви ростверку Arr. Наведена площа дорівнює різниці фактичної площі ростверку і сумі площ поперечних перерізів паль, що входять до складу фундаменту:

(2)

де Ar - площа підошви ростверку, м2;

Aci - площа поперечного перерізу палі, м2;

n - кількість паль у фундаменті.

Оскільки глибина стисливої товщі залежить від співвідношення довжини і ширини l / b фундаменту, значення l / b у наведеного та фактичного ростверків має бути однаковим.

Графік залежності sp = f (Pp) для групи паль будується з урахуванням додаткових вертикальних напружень від взаємодії ростверку з підставою на рівні нижніх кінців паль. При розрахунку опади групи буронабивних паль можна використовувати графік залежності осідання від навантаження одиночної палі, отриманий за результатами статичних випробувань. В цьому випадку осаду фундаменту визначається з урахуванням коефіцієнта групового ефекту, що характеризує збільшення опади групи паль при їх взаємодії по відношенню до одиночної палі. Підсумувавши частку навантаження, сприйняту окремо ростверком і палями, можна побудувати графік залежності осідання пальового фундаменту з несучим ростверком від навантаження spr = f (Ppr) (див. Рис. 7). З цієї залежності можна визначити осадку spr і відповідні значення частки навантаження, що сприймається роздільно ростверком Pr і палями Pp в будь-який момент навантаження фундаменту.

Умови роботи грунту в основі ростверку і фундаменту на природній основі відрізняються тим, що група паль, що представляє собою вертикальне армування основи під ростверком, перешкоджає випорю грунту з-під його підошви. Цей фактор викликає значне збільшення несучої здатності грунту в основі ростверку в порівнянні з фундаментом на природній основі. Ефективність армування буде зростати зі зменшенням кроку паль. В даний час не існує методики розрахунку, що дозволяє точно визначити граничний опір грунту, розташованого між армуючими елементами. Результати дисертаційних досліджень, виконаних С. ​​Н. Банніковим [9], показали, що в разі вертикального армування грунту його несуча здатність зростає в 2 і більше разів.

Несуча здатність групи паль визначається сумою граничних опорів грунту уздовж їх бічних поверхонь і під їх нижніми кінцями. Зрив сил тертя уздовж бічних поверхонь паль, як правило, відбувається раніше, ніж глибинний випор грунту з-під нижніх кінців. При взаємодії ростверку з підставою змінюються умови роботи грунту уздовж бічних поверхонь і під нижніми кінцями паль. У межсвайном просторі виникають горизонтальні напруги, що створюють додатковий розпір і, відповідно, сприяють збільшенню сил тертя уздовж бічних поверхонь паль, а вертикальні напруги в рівні їх нижніх кінців створюють додаткову пригрузку, що перешкоджає випорю грунту. Напруження, що виникають в підставі ростверку, сприяють збільшенню несучої здатності паль. Однак у верхній частині межсвайного простору осідання грунту, розташованого під підошвою ростверку, буде незначно відрізнятися від опади паль. Оскільки для реалізації сил тертя уздовж бічних поверхонь паль різниця цих осад повинна досягти деякого значення зсувної опади S сд, в верхній частині підстави бокова поверхня паль включається в роботу лише частково. Значення S сд залежить від виду грунту [7]: для піщаних грунтів S сд не перевищує 5 мм.

Зниження опору бічних поверхонь паль (в результаті впливу ростверку) в піщаних грунтах буде незначним, і при розрахунку несучої здатності цей фактор можна не враховувати. У глинистих ґрунтах зсувна осаду досягає 25 мм, і вплив ростверку на опір бічних поверхонь паль поширюється на набагато більшу глибину, ніж в пісках. При розрахунку несучої здатності паль в глинистих ґрунтах опір їх бічних поверхонь рекомендується не враховувати до глибини, що дорівнює В / 2 від підошви ростверку (В - ширина підошви ростверку). Значення глибини, що дорівнює В / 2, прийняте за результатами аналізу епюр загасання напруг в підставі ростверку, побудованих за експериментальними даними.

Таким чином, взаємний вплив паль і ростверку сприяє збільшенню несучої здатності цих елементів фундаменту в порівнянні зі значеннями, отриманими при їх роздільному навантаженні. Результати модельних і натурних випробувань пальових фундаментів показують, що несуча здатність групи паль з низьким ростверком часто виявляється більше сумарної несучої здатності паль і ростверку при їх роздільних випробуваннях в тих же грунтових умовах. При включенні ростверку в роботу графіки залежності осідання від навантаження s = f (P) мають більш пологий характер. Експериментально складно встановити граничний опір грунту в основі такого фундаменту, оскільки при ступінчастому завантаженні зі збільшенням опади зростають опір ростверку і горизонтальний розпір грунту уздовж бічних поверхонь паль. Деформації стабілізуються навіть при їх значеннях, істотно перевищують гранично допустимі опади.

Граничний тиск в підставі ростверку, армованого палями, з випорю грунту з-під його підошви може бути досягнуто тільки при осаді, що значно перевищує її гранично допустиме значення. За такої умови рішення даної задачі не має практичного значення. Тому при оцінці граничного навантаження на фундамент палі враховується не несуча здатність грунту в основі ростверку, а прогнозоване значення частки роботи ростверку при розрахунковій осаді. Оскільки значення навантаження, що передається ростверком на підставу, залежить від осідання фундаменту, завдання по визначенню граничного опору грунту і його деформацій вирішується спільно з використанням розглянутого вище графічного методу.

Розрахунок допустимої навантаження на фундамент палі з несучим ростверком

Допустима вертикальна навантаження на фундамент палі з несучим ростверком (з обов'язковим ущільненням ґрунту під ростверком) визначається за формулою

(3)

де Nr - навантаження, що сприймається ростверком, кН, визначається за формулою:

(4)

Npf - граничне навантаження, що сприймається групою паль, кН, визначається за формулою:

(5)

тут g cr - коефіцієнт умов роботи грунту під підошвою ростверку;

pr - середній тиск грунту під підошвою ростверку, кПа;

Arr - приведена площа підошви ростверку;

g ck - коефіцієнт умов роботи підстави фундаменту, який приймається за таблицею 4.1 Р 5.01.015.05 [10];

Fd - несуча здатність одиночної палі, кН;

F В / 2 - несуча здатність бічній поверхні одиночної палі в межах від підошви ростверку до глибини В / 2, кН. Якщо до глибини В / 2 від оголовка залягають піщані ґрунти, значення F В / 2 приймається рівним 0;

g k - коефіцієнт надійності методу випробування паль.

Розрахунок опади пальового фундаменту з несучим ростверком

Особливістю розрахунку опади пальового фундаменту з несучим ростверком є ​​облік розсіювання вертикальних напружень, що виникають при взаємодії ростверку з підставою, в межах межсвайного простору. Розрахунок опади фундаменту виконується не з повною зовнішньої навантаження N, а від її частини, яка сприймається групою паль Ppf. У разі, коли глибина стисливої товщі грунту під ростверком не перевищує довжини паль Нс <L (див. Рис. 5), напруги, що виникають під його підошвою, розсіюються в межах межсвайного простору без здійснення впливу на напружений стан грунту на рівні нижніх кінців паль. Аналіз інженерно-геологічних умов будівельних майданчиків міста Мінська показав, що при включенні ростверку в роботу в багатьох випадках можливий перехід на більш короткі палі в порівнянні з традиційними проектними рішеннями. У таких випадках стислива товща грунту в основі ростверку часто перевищує довжину паль Нс> L (див. Рис. 6). На рівні нижніх кінців паль виникають додаткові вертикальні напруги від взаємодії ростверку з основою S доп. Ці напруги викликають додаткову осадку підстави S доп Осадка пальового фундаменту з несучим ростверком визначається за формулою

(6)

де S р - осаду групи паль від навантаження Ppf згідно з розрахунком відповідно до діючих ТНПА;

S доп - додаткова осаду паль від напружень під підошвою ростверку в межсвайном просторі; S доп визначається відповідно до [10].

За умови, що Hc <L, додаткових напружень в рівні нижніх кінців паль від тиску під ростверком не виникає (S доп = 0).

Облік взаємодії ростверку з підставою дозволяє скоротити кількість паль в групі. Часто найбільш економічним рішенням є збільшення кроку паль до 4 d і більш (d - діаметр круглої або сторона прямокутної палі). У таких випадках метод розрахунку опади групи паль як умовного масиву не відображає особливостей їх взаємодії з основою, особливо при використанні буронабивних паль. Грунт межсвайного простори не ущільнюється при виїмці грунту з свердловин, і осаду групи буронабивних паль завжди більше опади одиночної палі. Осадку групи буронабивних паль Sp при відстані між ними більше 4 d доцільно визначати за осадкою одиночної палі, отриманої розрахунком або за результатами випробувань статичним навантаженням з урахуванням їх взаємного впливу, за формулою

(7)

де К g - коефіцієнт групового ефекту, отриманий на основі чисельних рішень [10], визначається в залежності від кроку паль a, їх кількості в групі n та гнучкості l / d (l - довжина палі, м; d - діаметр палі, м) ;

S 1 - осаду одиночній паль від частки навантаження, що припадає на неї в складі пальового фундаменту з несучим ростверком, визначається розрахунком відповідно до діючих ТНПА або за даними статичних випробувань.

У разі перевищення стиснутої товщини грунту в основі ростверку довжини паль (Нс> L) враховується додаткова осаду паль за формулою (6).

Впровадження методики розрахунку пальових фундаментів з несучими ростверком. отриманий економічний ефект

Економічний ефект при включенні ростверку в роботу обумовлений зменшенням необхідної довжини і кількості паль у фундаменті за рахунок передачі частини навантаження на підставу підошвою ростверку. Відповідно до даних випробувань в інженерно-геологічних умовах р Мінська кількість паль в фундаментах може бути зменшено до 50% за рахунок включення ростверку в роботу. На підставі результатів проведених досліджень розроблено та впроваджено в проектну практику «Рекомендації з розрахунку пальових фундаментів з несучими ростверком» Р 5.01.015.05 [10]. Запропоновані методи розрахунку застосовувалися при проектуванні житлових будинків в кварталі вулиць Кропоткіна - Старовіленська, Прітицкого - Бєльського, Бурдейного - Якубовського [3, 4]. Слід зазначити, що дві останні майданчики характеризуються складними геологічними умовами: заляганням у поверхні насипних ґрунтів, або заторфованних лінз і прошарків в межах стиснутої товщі грунту. В якості базового варіанту в цих випадках розглядалося пристрій традиційних фундаментів з довгих забивних паль, які пронизують слабкі грунти і передають навантаження на заглиблені міцні шари основи. Однак при влаштуванні таких фундаментів з'являється небезпека виникнення сил негативного тертя грунту уздовж бічних поверхонь паль і значного зниження їх несучої здатності, що робить даний вид фундаментів малоефективним. Альтернативним варіантом фундаменту в подібних ґрунтових умовах є короткі конічні палі з несучими ростверком. Похилі бічні поверхні паль сприяють максимальному ущільненню грунту в межсвайном просторі. Ростверк, що спирається на такий грунт, має більший опір, ніж в фундаменті з призматичних паль. Основна частина навантаження від споруди передається на верхні шари основи. Напруження розсіюються, не досягаючи прошарку слабкого грунту.

Відповідно до рекомендацій [10] в зазначених вище випадках забивні палі були замінені короткими конічними виштампуваними палями з несучими ростверком. Це рішення дозволило скоротити вартість фундаментів до 50%.

Аналогічні конструктивно-технологічні рішення були застосовані при проектуванні фундаментів православного храму в ім'я Архістратига Божого Михаїла в мікрорайоні Сухарева р Мінська. За даними досліджень під підошвою ростверку залягають такі грунти:

- супіски пилуваті середньої міцності: Е = 18 МПа, h = 4 м;

- суглинки озерні м'якопластичного: Е = 6 МПа, h = 2 м;

- суглинки з рослинними залишками: Е = 10,0 МПа, h = 1,5 м;

- заторфованние грунти і торф: Е = 3,0 МПа, h = 2,5 м;

- піски середньої міцності і міцні: Е = 25 МПа.

Спочатку був виконаний проект фундаменту, що складається з 480 забивних паль довжиною 12,0 і 14,0 м з поперечним перерізом 0,30 і 0,35 м. Палі пронизували шари заторфованних грунтів і занурювалися в несучий піщаний шар.

Аналіз інженерно-геологічних умов будівельного майданчика виявив неефективність фундаменту з довгих забивних паль. При забиванні паль атмосферне повітря потрапить в шари торфу, що призводить до інтенсивного розкладання органічних речовин, усадки грунту і розвитку сил негативного тертя.

Найбільш раціональним рішенням, в даному випадку, є передача всієї навантаження від будівлі на верхні, відносно міцні, шари основи. Розрахунок фундаментів відповідно до [10] показав, що в даних грунтових умовах ростверк здатний сприймати близько 40% навантаження від будівлі. Іншу частину навантаження сприймають конічні виштампувані палі довжиною 3,0 м і діаметром від 0,5 м в голові до 0,3 м в нижньому кінці палі.

Вартість першого варіанту фундаменту з довгих забивних паль склала 372,186 тис. Руб. (315,508 - свайне поле і котлован і 56,678 - ростверк; в цінах 1991 р), другого, з коротких конічних - 200,756 тис. Руб. (147,01 - свайне поле і котлован і 53,746 - ростверк; в цінах 1991 р). Економічний ефект впровадження розробки склав 171,43 тис. Руб. (В цінах 1991 р). Вартість фундаментів знижена майже в 2 рази. Проведені згодом випробування фрагментів фундаментів статичним навантаженням підтвердили результати виконаних розрахунків. За результатами даної роботи отримано акт впровадження пропонованої методики розрахунку.

При будівництві цеху одностадійної вироблення скловолокна в Вітебській області проектом було передбачено влаштування фундаментів із забивних паль довжиною 8 м в пилуватих водонасичених пісках. Однак випробування статичним навантаженням показали, що несуча здатність паль недостатня для сприйняття розрахункового навантаження і становить 315-325 кН при необхідному значенні 420 кН. Палі сприймають 76% навантаження від споруди.

Найбільш ефективним способом підвищення несучої здатності фундаменту палі в таких геологічних умовах є включення в роботу грунту під підошвою ростверку. Розрахунок розглянутих фундаментів, виконаний відповідно до [10], показав, що частка роботи ростверку складе не менше 34,5%, а це дозволить домогтися збільшення несучої здатності фундаментів без підвищення їх вартості.

Для оцінки достовірності розрахунків проведені випробування фрагмента пальового фундаменту з несучим ростверком. Випробувані раніше поодинокі палі були об'єднані фрагментом залізобетонного ростверку, еквівалентним площі ростверку, що припадає на одну палю в складі групи.

Результати статичних випробувань показали, що навантаження на фундамент палі може бути збільшена на 41% за рахунок включення в роботу ростверку. Дана робота була виконана на замовлення ТОВ «НВФ Будівельник» відповідно до договору № 40/08 від 3 червня 2008 р Впровадження запропонованої методики розрахунку пальових фундаментів з несучими ростверком дозволило скоротити вартість робіт по влаштуванню пальового поля на 30%.

Висновок

1 Результати проведених автором статті, а також іншими авторами теоретичних і експериментальних досліджень свідчать, що граничний опір грунту в основі ростверку з випорю з-під його підошви може бути досягнуто при опадах, що значно перевищують допустимі значення. Оскільки розрахунок граничного опору грунту під ростверком носить тільки перевірочний характер, для практичних цілей правильніше визначати передану ростверком на підставу фактичне навантаження, яка залежить від опади, що і передбачено в розробленому автором статті методі розрахунку гранично допустимого навантаження на фундамент палі з урахуванням деформаційних властивостей ґрунтів.

2 На відміну від існуючих досі підходів в розробленому автором статті методі розрахунку передбачається визначати осадку пальового фундаменту з несучим ростверком в залежності від навантаження, рівній частці роботи паль. При цьому вперше запропоновано враховувати додаткові вертикальні напруги в рівні нижніх кінців паль від взаємодії ростверку з підставою, якщо глибина стисливої ​​товщі грунту під його підошвою перевищує довжину паль.

Обидва запропонованих автором методу розрахунку відображені у впроваджених в проектну практику рекомендаціях [10] з викладом основних положень з виробництва, контролю якості та приймання робіт при влаштуванні пальових фундаментів з несучими ростверком.

3 Проведені автором дослідження дозволили встановити область застосування пальових фундаментів з несучими ростверком і уточнити методику випробування пальових фундаментів з фрагментами ростверків, а також запропонувати рекомендації з підготовки основи при влаштуванні таких фундаментів.

4 Апробація нових розрахункових передумов показала їх хорошу збіжність з експериментальними даними і можливість досягнення високих показників економічної ефективності за рахунок включення в роботу несучих ростверків та скорочення при цьому необхідної кількості і довжин паль в складі пальових фундаментів в різних грунтових умовах Білорусі. Зокрема впровадження на ряді зведених об'єктів наукових розробок автора дозволило зменшити вартість влаштування пальових фундаментів з несучими ростверком на 30% -50% в порівнянні з традиційними конструктивними рішеннями і методами розрахунку.

список літератури

1. Спільна а робота паль з ростверком в піщаних грунтах; зб. науч. тр. ПГАСА / В. А. сірчаної. Вип. 22, ч. 1. Будівництво, матеріалознавство, машинобудування. - Дніпропетровськ, 2003. - С. 252-256.

2. Дослідження напружено-деформованого стану грунту в межсвайном просторі: геотехніка Білорусі: наука і практика: зб. статей Міжнар. наук.-техніч. конф., Мінськ, 20-22 травня 2008 г. / БНТУ, В. А. сірчаної; редкол .: М. І. Нікітенко [и др.] .- Мінськ, 2008. - 239-246 c.

3. Sernov, VA The increase of bearing capacity of pile foundations taking into account soil-raft interaction / VA Sernov // Modern Building Materials, Structures and Techniques: The 10th International Conference. - Lithuania, 2010. - Р. 1153-1160.

4. Ефективні конструкції пальових фундаментів з несучими ростверком: перспективи розвитку нових технологій в будівництві і підготовці інженерних кадрів Республіки Білорусь: зб. науч. праць XVI Міжнар. наук.-методич. семінару, Брест, 28-30 червня 2009 р .: в 2 ч. / БрГТУ, В. А. сірчаної; редкол .: А. А. Борисевич [и др.]. - Брест, 2009. - Ч. II. - С. 174-178.

5. Далматов, Б. І. Проектування пальових фундаментів в умовах слабких грунтів / Б. І. Далматов, Ф. К. Лапшин, Ю. В. Россихин. - Л .: Стройиздат, 1975. - 240 с.

6. Цимбал, С. І. Експериментальне дослідження напруженого стану в основі моделі висячої палі / С. І. Цимбал; Республіка Кр. Міжвід. наук.-техн. сб .: підстави та фундаменти. - Київ: Будiвельник, 1973. - Вип. 6. - С. 134-141.

7. Лапшин, Ф. К. Розрахунок паль за граничними станами / Ф. К. Лапшин. - Саратов: Изд-во Сарат. ун-ту, 1979. - 152 с.

8. Козачок, Л. Д. Дослідження розподілу вертикальних напружень в основі кущів висячих паль з низьким ростверком: дис. ... канд. техн. наук: 05.23.02 / Л. Д. Козачок. - Л., 1979. - 174 с.

9. Банников, С. Н. Вплив армуючих елементів в грунтах на стійкість і деформованість підстав: дис. ... канд. техн. наук: 05.23.02 / С. Н. Банніков. - Мінськ, 2001. - 182 с.

10. Рекомендації з розрахунку пальових фундаментів з несучими ростверком: Р 5.01.015.05. - М. І. Нікітенко, В. А. сірчаної. - Мінськ, 2005. - 24 с.