Анализ результатов статических испытаний натурных буровых свай в глинистых грунтах при повторном нагружении

Журнал: «Строительство: новые технологии - новое оборудование», №8, 2017г.

Анализируя карту распространения парков вертикальных стальных резервуаров на территории Краснодарского края, можно сделать вывод о том, что наибольшая часть из них располагается в г. Краснодаре, г. Новороссийске, г. Туапсе, Темрюкском районе, пос. Афипском, пос. Ильском. Соответственно, основной объем парков резервуаров располагается на участках распространения пылевато-глинистых грунтов. Данный вид грунтов обладает специ­фическими свойствами, такими как неравномерная сжимаемость в водонасыщенном состоянии, тиксотропия и др. Учитывая повышенные требования к неравномерности осадок днища резервуаров [1], существует множество технических решений нивелирования неблагоприятных эффектов в их основании, а именно уплотнение, закрепление грунтов либо применение эффективных фундаментных конструкций (свайные, свайно-плитные фундаменты и др. [2–4]). Данные решения были опробованы на примере как высотных зданий, так и сооружений повышенного уровня ответственности [5–7, 11].

Опыт строительства свайных фундаментов резервуаров на глинистых грунтах показал, что при повторных нагружениях свай происходят значительные приращения осадки, которые нивелируются только к восьмому циклу нагружения-разгрузки. Так, в результате наблюдения за осадками резервуара в Темрюкском районе Краснодарского края установлено, что предельно допустимая по нормативным документам осадка (20 см) была достигнута уже на IV цикле заполнения и опорожнения резервуара. При этом в ходе гидроиспытаний осадка резервуара составляла лишь 7,8 см [8]. В целях изучения изменения деформационных характеристик грунтов в основании буровых свай при большом числе циклов нагружения был произведен анализ результатов статических испытаний натурных свай.

Для анализа использовались отчеты о результатах статических испытаний свай повторными нагружениями на глинистых грунтах в г. Краснодаре, г. Сочи, г. Адлере, Темрюкском районе, выполненные ООО «СевКавТИСИЗ», ООО «Гидротехнические сооружения», ООО «Гидротехника», ОАО ЦНИИС «НИЦ Морские берега» по программам, разработанным компанией ООО «Геотэк» совместно с кафедрой «Основания и фундаменты» Кубанского государственного аграрного университета. Всего было проведено испытаний 16 натурных буровых свай в пылевато-глинистых грунтах.

Нагружение свай производилось с помощью гидравлических домкратов. Опорная конструкция для восприятия вертикальных реактивных сил выполнялась в виде сварных стальных балок двутаврового сечения, закрепленных на арматурных выпусках анкерных свай (рис. 1). Значения нагрузки снимались по показаниям манометра и пересчитывались в тс. Для определения осадки испытываемых свай использовались два прогибомера, прикрепленные к независимой реперной системе. Для определения возможных перемещений опорной конструкции использовался нивелир.

Рис. 1. Устройство опорной конструкции

Статические испытания буровых свай производились в два-три цикла нагружения и последующей полной разгрузки усилий. Увеличение вдавливающего усилия, приложенного к испытываемым сваям, производилось ступенчато. Величина первых трех ступеней нагружения составляла 20 % от расчетной нагрузки, а всех последующих – 10 %. На каждой ступени нагружения натурной сваи снимались отсчеты по всем приборам для измерения деформаций в следующей последовательности: нулевой отсчет – перед нагружением сваи, первый отсчет – сразу после приложения нагрузки, затем последовательно через каждые 15 мин до условной стабилизации деформации (затухания перемещения). За критерий условной стабилизации деформации принималась скорость осадки свай на данной ступени нагружения, не превышающая 0,1 мм за последние 60 мин наблюдений.

Разгрузка сваи выполнялась после достижения наибольшей нагрузки ступенями, равными удвоенным значениям ступеней нагружения, с выдержкой каждой ступени не менее 15 мин. После полной разгрузки (до нуля) наблюдения за перемещением сваи проводилось в течении 60 мин, со снятием отсчетов через каждые 15 мин. Далее производился второй и третий циклы нагружения сваи по приведенной схеме.

Таблица

Сводные данные по осадке свай по циклам нагружения

№ п/п Площадка испытаний Осадка сваи, мм
За один цикл нагружения При конечной нагрузке на цикле, с начала испытаний При полной разгрузке на цикле, с начала испытаний
I нагр. II нагр. III нагр. I нагр. II нагр. III нагр. I нагр. II нагр. III нагр.
1 г. Сочи, с. Веселое, ул Таврическая 14,54 6,94 6,91 14,54 15,86 17,11 8,92 10,2 11,48
2 9,62 5,81 5,75 9,62 9,69 10,08 3,88 4,33 4,73
3 8,23 5,18 5,32 8,23 8,63 9,21 3,45 3,89 4,29
4 4,96 3,87 4,11 4,96 5,55 5,88 1,68 1,77 2,12
5 2,17 2,05 2,17 2,17 2,34 2,42 0,29 0,25 0,19
6 г. Краснодар, ул. Красная 14,46 10,54 10,65 14,46 14,67 15,67 3,93 5,02 6,00
7 32,59 13,46 12,06 32,59 37,39 40,43 23,92 28,37 29,46
8 Темрюкский район 26,5 23,3 20,9 26,5 35,2 44,9 11,9 24,0 33,3
9 г. Сочи, ул. Гастелло 5,41 5,1 4,69 5,41 5,49 5,71 0,4 1,02 1,19
10 12,47 9,25 12,47 14,6 5,35 6,92
11 г. Сочи, ул. Горького 15,22 4,78 15,22 17,46 12,68 12,79
12 58,45 21,83 27,74 58,45 75,71 98,91 53,88 71,17 94,59
13 г. Краснодар, ул. Кожевенная 14,00 8,7 8,77 14,00 15,91 16,95 7,21 8,18 8,86
14 22,67 10,85 9,83 22,67 25,35 26,76 14,5 16,93 18,19
15 15,72 6,18 5,32 15,72 16,67 17,3 10,49 11,98 12,15
16 12,15 8,32 7,73 12,15 13,42 13,96 5,1 6,23 6,6

В результате испытаний были построены зависимости осадки свай от приложенной нагрузки на нескольких циклах нагружения и разгрузки. Данные по осадке свай на каждом цикле нагружения приведены в таблице.

Учитывая специфику работы фундаментов резервуаров, в качестве основных контролируемых параметров для анализа использовались значения осадки и ее приращения на циклах нагружения, использовалось изменение приведенного модуля деформации основания в процессе испытаний. Учитывая, что испытания проводились для свай разных геометрических размеров, в различных грунтовых условиях, для корректности сравнения изменение значений контролируемых параметров оценивалось в процентах от полученных значений на первом цикле нагружения и разгрузки.

Приведенный модуль деформации основания рассчитывался по результатам статических испытаний свай по методике, предложеннной И.З. Гольдфельдом [9]:

Представленная методика позволяет определить изменение характеристик основания в процессе эксплуатации [10]. Результаты оценки увеличения приведенного модуля деформации (в процентах) при повторном нагружении приведены на рис. 2.

а

б

Рис. 2. Результаты статистической обработки статических испытаний свай: а – на второй стадии нагружения; б – на третьей стадии нагружения

По результатам работы установлено, что увеличение приведенного модуля деформации основания свай при повторном нагружении наблюдалось в 15 из 16 проанализированных испытаний. Отсутствие данного эффекта в испытании сваи № 5 объясняется тем, что перемещений в 2 мм оказалось недостаточно для активного включения в работу нижнего конца сваи. При повторном нагружении приведенный модуль деформации увеличивается в среднем на 13,7 % по отношению к полученному при первичном нагружении. С учетом интервала доверительной вероятности Р = 0,85, посчитанного на основе распределения Стьюдента, увеличение приведенного модуля деформации происходит на 7,8 %. На третьей стадии нагружения увеличение приведенного модуля деформации происходит в среднем на 17,7 %, а при Р = 0,85…8,7 % (рис. 2). Доверительная вероятность Р = 0,85 принята как требуемая для расчетов величин по второй группе предельных состояний.