Алексеев С.И., Мирошниченко Р.В.

Влияние выштампованных микросвай на несущую способность фундамента мелкого заложения




Экспериментальные исследования предельного сопротивления усиленного основания

Для проведения экспериментальных исследований по определению предельного сопротивления оснований был изготовлен лоток из металлических уголков, со стенками из стекла толщиной 8 мм. Стенки лотка были сделаны из стекла для возможности визуального наблюдения за развитиями процесса деформации до и после усиления оснований. Также была изготовлена специальная установка для нагружения (рис. 4) Конструкция лотка предусматривала две вертикальные пластиковые трубки с отверстиями, через которые происходило водонасыщение песка. Для наблюдения за деформациями к станине был прикреплён индикатор часового типа с точностью измерений до 0,01 мм.

Общий вид установки исследования предельного сопротивления усиленного основания.

Рис. 4. Общий вид установки. 1 – индикатор часового типа, 2 – пригрузка, 3 – штамп 15 х 4 см., 4 – стеклянный лоток.

Для проведения опытов использовался пылеватый песок, насыщенный водой. Причина выбора для испытаний пылеватого песка заключается в том, что данный грунт чаще всего служит основанием под зданиями на естественных основаниях в Санкт-Петербурге. Для песка был проведен ряд исследований: определены физические свойства песка, проведены консолидировано-дренированные испытания при постоянном всестороннем давлении в камере стабилометра. Песок в лоток укладывался в воздушно сухом состоянии с послойным уплотнением (3 см). После полной укладки песка происходило его водонасыщение. Водонасыщение осуществлялось постепенно до степени влажности Sr > 0,8.

Используемые штампы имели прямоугольную и квадратную форму. Один из штампов, при помощи которого велось наблюдение за развитиями поверхностей скольжения до и после усиления оснований, имел размер в плане 0,15х0,04м. Стороны штампа практически вплотную соприкасались со стеклянными стенками лотка. При использовании данного штампа песок в лоток укладывался послойно с горизонтальными прослойками из подкрашенного песка. Для визуального восприятия отклонений горизонтальных линий из подкрашенного песка на передней стенки лотка была выполнена разметка в виде горизонтальных линий через 3 см (рис. 5). Для масштабного восприятия на стенку лотка была прикреплена линейка. Все деформационные развития основания фиксировались цифровой фотокамерой.

Нагрузка на штамп передавалась центрировано, ступенями. Результаты отсчёта по индикатору снимались через 15 мин и заносились в журнал. Ступени нагружения были выбраны по 1 кг, каждая последующая ступень нагружения прикладывалась после условной стабилизации деформации штампа. При приближении нагрузки к предельной период стабилизации деформаций возрастал. При достижении предельного давления происходило резкое возрастание деформации.

Исследования несущей способности модели фундамента производились как на естественном основании (рис. 5, 6), так и на основании, закрепленном микросваями (рис. 7, 8). Микросваи устанавливались под углами 00, 300, 450 к вертикали. Из приведённых фотоматериалов видно, что в основаниях, незакреплённых микросваями, деформационная картина основания проявляется в большей степени, чем в закреплённых грунтах. Отмечено, что после выполнения микросвай развитие зон пластических деформаций происходит медленнее по сравнению с незакреплённым основанием. Это условие сохраняется до момента потери устойчивости свай (начало поворота относительно точки О).

Лотковые испытания штампа на незакрепленном песчаном основании с обозначенными горизонтальными слоями.

Рис. 5. Лотковые испытания штампа на незакрепленном песчаном основании с обозначенными горизонтальными слоями.

Лотковые испытания штампа на незакрепленном песчаном основании с обозначенными горизонтальными и вертикальными слоями по углам штампа.

Рис. 6. Лотковые испытания штампа на незакрепленном песчаном основании с обозначенными горизонтальными и вертикальными слоями по углам штампа.

Лотковые испытания штампа на закрепленном песчаном основании (модели микросвай под углом 450 к вертикали).

Рис. 7. Лотковые испытания штампа на закрепленном песчаном основании (модели микросвай под углом 450 к вертикали).

Лотковые испытания штампа на закрепленном песчаном основании (модели микросвай под углом 300 к вертикали).

Рис. 8. Лотковые испытания штампа на закрепленном песчаном основании (модели микросвай под углом 300 к вертикали).

После проведения серии опытов модельных испытаний со штампом 0,15 х 0,04м, было принято решение провести исследования со штампом размером в плане 0,04 х 0,053м. Выбор такого размера объясняется двумя причинами: – полностью исключить влияние стенок лотка на основание; – выполнить модель в масштабе 1:15 натурного фундамента, испытанного ранее.

Испытания также проводились для незакреплённого основания и основания, усиленного микросваями, с разными углами погружения. На основании проведённых испытаний строились графики (давление – осадка). На рис. 9 приведён график для штампа 0,04 х 0,053 м, без закрепления и с закреплением микросвай под углом 450 к вертикали. Значения предельных давлений на основание определялись отношением силы предельного сопротивления N к площади штампа F.

Графики штамповых испытаний.

Рис. 9. Графики штамповых испытаний. Ррасч. – предельное давление для незакрепленного основания, полученное с использованием формулы (1); Роп1 – предельное давление, полученное по результатам штампового испытания; РN1 – предельное давление, полученное с использованием формулы (6); РN2 – предельное давление, с использованием формулы (13) Роп2 – предельное давление, полученное по результатам штампового испытания (закрепленное основание).

Результаты эксперимента и расчёта показали, что расхождения между значениями Ррасч. и Роп1 составило порядка 23%. Все расчётные значения вычислялись на основании геометрического подобия, в виде отношения линейных размеров в соответствующих элементах натуры и модели. Предельные давления, полученные с использованием формул 6 и 13 (влияние свай), добавлялись к значению Роп1, определенному на основе эксперимента. В случае отсутствия штамповых испытаний расчётные значения РN1 и РN2 (влияние свай) следует прибавлять к Ррасч..

Из графика видно, что предельное давление РN1 (212 кПа), рассчитанное с использованием формулы 6 (момент предельного равновесия относительно т. О), значительно превышает значения РN2 (183 кПа), рассчитанное с учётом потери устойчивости микросваи.

Поскольку давление РN1 при нагружении усиленного микросваями основания, возникает раньше по сравнению с РN2, то второй этап работы усиленного основания (см. ранее) будет сопровождаться резким возрастанием осадок (см. пунктир на рис. 4) и потому не применим к расчёту.

Таким образом, количество микросвай, необходимых для усиления оснований, следует определять из условий предельного равновесия Nu(ус.1.).

<< В начало < Назад 1 2 3 Читать дальше > В конец >> 

Разделы



Авторы

Алексеев Сергей Игоревич – доктор технических наук, профессор кафедры «Основания и фундаменты» ПГУПС, член РНКМГиФ.

Основные направления научной деятельности – проектирование новых и реконструируемых фундаментов на неоднородных основаниях методом выравнивания конечных осадок. Геотехнические аспекты реконструкции зданий. Автор более 190 опубликованных работ, в том числе 10-и монографий, 10 авторских изобретений.

Мирошниченко Роман Васильевич - аспирант Петербургского государственного университета путей сообщения.



Постоянный адрес этой статьи: buildcalc.ru/Articles/Open.aspx?id=2009062801