Введение
При проектировании свайных фундаментов в сейсмических районах, при соответствующем технико-экономическом обосновании допускается применять свайные фундаменты с промежуточной подушкой из сыпучих материалов (щебня, гравия, песка крупного и средней крупности).
Отличительная особенность свайных фундаментов с промежуточной подушкой – отсутствие жесткой связи между сваями и ростверком. Поверх погруженных в грунт свай устраивают уплотненную подушку из сыпучего материала. На эту подушку устанавливают ту часть фундамента, которая в традиционных свайных фундаментах служит ростверком [4, 5].
Реальная оценка работы свайного фундамента с промежуточной песчаной подушкой, установление границы активной зоны может быть получена в результате экспериментальных исследований моделей свайных фундаментов в однородном основании.
Методика и применяемые материалы
При проведении исследований совместной работы свай с промежуточной песчаной подушкой и основанием необходимо решить следующие задачи:
- Исследовать влияние толщины песчаной подушки на несущую способность и осадку ленточных свайных фундаментов с промежуточной песчаной подушкой.
- Исследовать влияние длины свай и поперечного сечения, на несущую способность и послойные перемещения.
Для исследования деформированного состояния основания использовался штамп с размерами в плане 75х25 см. Отношение длины штампа к ширине подошвы L :В=3:1, площадь подошвы F= 1875 см 2. В качестве моделей свай использовались конусные и цилиндрические сваи (L=25 см, 50 см), которые располагались в 1 и 2 ряда. При испытаниях изменялась толщина песчаной подушки Нп = В/2, Нп = В/4, где В=25см [3, 6].
Испытания проводились в грунтовом лотке размером 1.9х2.0х1.4 м. В испытательный комплекс входило нагрузочное устройство, состоящее из главной балки и 4 анкерных винтовых свай. Нагружение штампа осуществлялось гидродомкратом ДГ-25 с образцовым манометром. Послойные деформации основания измерялись при помощи глубинных марок диаметром 10 мм, соединенных высокопрочной проволокой диаметром 0,3 мм с индикаторами часового типа с ценой деления 0,1 мм. Глубинные марки, были расположены по оси штампа по глубине Z = 0,5В, В, 2В, 3В, 4В от подошвы фундамента. По краю штампа по глубине Z = 0,5В, В, 2В, 3В, 4В от подошвы фундамента. На расстояние В от оси штампа по глубине Z = В, 2В, 3В, 4В от подошвы фундамента.
При подготовке основания в лотке песок отсыпался слоями с уплотнением ручной трамбовкой до требуемой плотности. При помощи домкрата прикладывалась ступенями нагрузка на опытный образец фундамента. Стабилизация осадки от каждой ступени считалась законченной, если приращение осадки от каждой ступени за последний 1 час наблюдений не превышало 0, 1 мм.
Обсуждение
Всего было проведено 16 серий опытов, с трехкратным повтором. Варьировалась толщина песчаной, подушки (Нп = В/2, В/4), 1 и 2 рядное расположение свай, тип свай – конусные и цилиндрические, длина свай 25см.и 50см. (L=В, 2В).
В основании находился песок средней крупности, рыхлый, Е = 12,7МПа, ω=3 %. В результате исследований установлено следующее:
при нагрузке Р=150 кПа осадка свайного фундамента с промежуточной песчаной подушкой составила 17 % и 37 % соответственно для двухрядного и однорядного расположения конусных свай при Нп =В/2 от осадки штампа без свай. Для фундамента с цилиндрическими сваями при Р=150 кПа осадка составила 61 % и 71 % соответственно для двухрядного и однорядного расположения от осадки штампа без свай при Нп =В/2 (рис. 1, 2). Характер кривой осадки имеет выраженную нелинейность, из-за отсутствия структурной прочности, характерной для грунтов нарушенной структуры.
Рисунок 1. Зависимость осадки от нагрузки ленточного фундамента из конусных
свай при L=2В, Нп=В/2
Рисунок 2. Зависимость осадки от нагрузки ленточного фундамента из цилиндрических свай при L=2В, Нп=В/2
При Р=250 кПа осадка свайного фундамента с коническими сваями при толщине песчаной подшки В/2 составляет 53 % от осадки фундамента с цилиндрическими сваями при двухрядном расположении. Осадка свайного фундамента с коническими сваями при толщине песчаной подшки В/4 составляет 79 % от осадки фундамента с цилиндрическими сваями при двухрядном расположении (рис. 3, 4).
Рисунок 3. Влияние типа свай на осадку фундамента при L=2B, Нп=B/4; 0 – штамп без свай, 1 – с цилиндрическими сваями, 2 – с коническими сваями
Рисунок 4. Влияние типа свай на осадку фундамента при L=2B, Нп=B/2; 0 – штамп без свай, 1 – с цилиндрическими сваями, 2 – с коническими сваями
Увеличение толщины песчаной подушки Нп для свайного фундамента с коническими сваями увеличивает осадку на 21–35 %, для цилиндрических свай 41–62 % при Р=250 кПа. При нагрузке Р=150 кПа уменьшение толщины песчаной подушки от Нп=В/2 до Нп=В/4 приводит к снижению осадки в 1,05–1,22 раза.
Анализ вертикальных перемещений грунта на глубине 2В и длине свай (25см., В) происходят значительные затухания перемещений, что показало для конусных и цилиндрических свай. Мощность активной зоны находится в пределах толщины 1,8В-2В от острия сваи (при сваях длиной 2В) для разных типов свай.
Выводы
-
При соотношении различных типов свай, осадка конических свай ниже, чем у цилиндрических до 80 % при различных ступенях нагружений.
-
Мощность активной зоны составляет примерно длина сваи от острия сваи, что подтверждают литературные данные [2].
-
Увеличение толщины песчаной подушки от Нп=В/4 до Нп=В/2 приводит к увеличению осадки до 30–60 %.
Рецензенты:
Савельев Валерий Владимирович, д-р техн. наук, профессор, кафедра «Строительное производство», Чебоксарский политехнический институт (филиал) МГОУ им. В. С. Черномырдина, г.Чебоксары.
Салихов Мухаммет Габдулхаевич, д-р техн. наук, профессор, зав. кафедрой АД, Поволжский государственный технологический университет, г. Йошкар-Ола.