Совместная работа пирамидальных свай с грунтом
Свая при погружении вытесняет грунт в объеме, равном объему этой сван, в результате чего вокруг нее образуется зона уплотненного грунта, обладающего повышенной прочностью. Таким образом, повышенная несущая способность коротких пирамидальных свай связана как с уплотнением грунта при их погружении, так и со спецификой взаимодействия сваи и грунта под нагрузкой.
От характеристик зоны уплотнения и ее размеров в значительной степени зависят несущая способность пирамидальных свай, а также особенности проектирования фундаментов и производства работ по их устройству. Расстояния между сваями также зависят 1 от размеров зоны уплотнения, а сохранность этой зоны является основным эксплуатационным требованием к долговечности здания.
С целью определения формы и границ зоны уплотнения в слой мелкозернистого рыхлого водонасыщенного песка (площадка № 1) вибропогружателем ВП-1 были погружены две пирамидальные сваи одинакового объема (0,366 м3), но с различными углами коничности: свая №3 длиной 2,7 м, 5°40 и свая № 4 длиной 1,6 м, 12°50.
Перед погружением сваи № 4 были выполнены работы по устройству вертикальных фиксаторов деформаций в виде скважин, наполненных графитом. Границы зоны уплотнения определяли с помощью глубинных марок, вертикальных фиксаторов, деформаций, а также методом отбора грунта режущими кольцами.
При откапывании сваи в непосредственной близости от нее и за пределами предполагаемой зоны уплотнения были отобраны монолиты грунта для определения его физико-механических характеристик и изучения изменений, происходящих в основании при погружении пирамидальной сваи.
Анализ результатов исследований позволил сделать следующие выводы. Зона уплотнения развивается у верхней части пирамидальной сваи и незначительно распространяется ниже конца сваи. На форму и размеры зоны уплотнения при одинаковых грунтовых условиях и объеме сваи оказывает влияние угол коничности. Зона уплотнения при погружении сваи №4 (а=12°50) была более развита в поперечном направлении по сравнению с зоной уплотнения вокруг сваи №3 (а=5°40). Максимальные размеры зоны уплотнения составляют 1,6 м, или 2,65 d, для сваи №4 и для сваи №3 - 27 м, или 2,5 d (d - размер верхнего сечения сваи).
В пределах зоны уплотнения плотность грунта достигает максимального значения у боковой поверхности сваи и уменьшается по мере удаления от нее. Погружение свай с большим углом коничности привело к большему увеличению плотности грунта.
Для установления влияния начальной плотности грунта на форму и границу зоны уплотнения в песчаных грунтах в мелкий песок средней плотности (площадка №2) вибропогружателем ВП-1 были погружены две сваи N° 1 и 2 длиной 2 м объемом 0,366 м3 (0=9°). Для определения границы зоны уплотнения был впервые применен метод статической пенетрации с использованием ручного пенетрометра ПД-2. Этот метод основан на определении удельного сопротивления пенетрации для неуплотненного и уплотненного после погружения сваи грунта.
Он позволяет не только снизить трудоемкость исследовательских работ, но и получить на ограниченных площадях вдвое большее количество данных о плотности грунта по сравнению с отбором образцов грунта режущими кольцами, что определяет и большую точность результатов.
Исследования показали, что граница зоны уплотнения в плане имеет форму кривой с участками отрицательной кривизны против ребер сваи. Максимальное удаление границ зоны уплотнения отмечено на глубине 0,75 м. Сравнивая размеры зон уплотнения, полученные на площадках № 1 и 2, можно отметить, что с увеличением начальной плотности грунта зона уплотнения увеличивается. В мелком песке средней плотности максимальный размер зоны в плане оказался более 3d.
Интенсивность уплотнения песка средней плотности была ниже, чем песка рыхлого. Так, при погружении сваи в рыхлый песок плотность грунта возрастала. В песках средней плотности увеличение объемной Массы составило только 6%. Следовательно, при погружении сваи в рыхлые пески преобладает Уплотнение и вытеснение грунта. В более плотных песках преобладает перемещение грунта, и деформации замечены на большем расстоянии, чем в рыхлых грунтах.
Аналогичные исследования были проведены на площадке №3 с мелкозернистым песком средней плотности с 1,60 т/м3. Во влажный песок (на глубине 1 м - водонасыщенный) была погружена свая длиной 2,7 м (а=5°40). Максимальный размер уплотнения в плане составил 1,9 м, или 3,2 d, в то время как у сваи № 3, погруженной в рыхлые пески, он достигал всего 1,6 м, или 2,6 d.
Исследования уплотнения грунта вокруг коротких пирамидальных свай с различными углами коничности проводились и на площадках с глинистым грунтом. В слой лессовидного суглинка полутвердой, твердой консистенции на площадке № 4 погружали четыре сваи.
Границы и формы зон уплотнения определялись с помощью глубинных марок, вертикальных и горизонтальных фиксаторов деформаций, контроль осуществлялся путем неоднократной закладки фиксаторов и отбора грунта режущими кольцами.
Было выявлено, что при одинаковом объеме сваи с увеличением углов коничности максимальные размеры зоны уплотнения в плане возрастают, а объем зоны уплотнения уменьшается из-за уменьшения длины свай.
На площадке №5, представленной лессовидным суглинком с| начальной плотностью сухого грунта 1,46 т/м3, границы зоны уплотнения вокруг сваи с углом коничности 12°50 были определены методом отбора грунта режущими кольцами. Сравнение результатов исследований, проведенных на площадках №5 и 4, показало, что с возрастанием начальной плотности грунта объем зоны уплотнения увеличивается.
Исследования зон уплотнения позволили установить, что границы их в плане имеют форму кривой с переменным радиусом кривизны, а оптимальным шагом между центрами сваи является расстояние в суглинках и рыхлых песках с 1,35...1,50 т/м3, равное 2d..3d, а в песках средней плотности - не менее 3d.
Таким образом, размеры и объем зон уплотнения зависят от начальной плотности грунтов, объема погружаемой сваи и угла ее коничности. На основе результатов проведенных опытов построены графики, которые используются при расчете несущей способности свай.
| << ПРЕДЫДУЩАЯ ГЛАВА Несущая способность призматической сваи | СЛЕДУЮЩАЯ ГЛАВА >> Проектирование фундаментов на сваях | |
| << Содержание >> | ||