CC BY
48
Вестник Евразийской науки / The Eurasian Scientific Journal https://esi.today 2019, №3, Том 11 / 2019, No 3, Vol 11 https://esj.today/issue-3-2019.html URL статьи: https://esj.today/PDF/53SAVN319.pdf Ссылка для цитирования этой статьи:
Свидерских А.В., Носков И.В. Схема работы свай винтовых конусно-спиральных в условиях сезоннопромерзающего грунтового основания // Вестник Евразийской науки, 2019 №3, https://esj.today/PDF/53SAVN319.pdf (доступ свободный). Загл. с экрана. Яз. рус., англ.
For citation:
Sviderskikh A.V., Noskov I.V. (2019). Scheme of operation of screw cone-spiral piles in the conditions of seasonally freezing soil foundation. The Eurasian Scientific Journal, [online] 3(11). Available at: https ://esj. today/PDF/53SAVN319.pdf (in Russian)
УДК 624.131.23 ГРНТИ 67.21.17
Свидерских Андрей Владимирович
ООО «Сибирская теплосбытовая компания» Филиал в г. Барнаул, Барнаул, Россия Ведущий инженер отдела реализации тепловой энергии управления по реализации тепловой энергии
E-mail: gluk_cs@mail.ru
Носков Игорь Владиславович
ФГБОУ ВО «Алтайский государственный технический университет им. И.И. Ползунова», Барнаул, Россия Заведующий кафедры «Основания, фундаменты, инженерная геология и геодезия»
Кандидат технических наук, доцент E-mail: noskov.56@mail.ru
Схема работы свай винтовых конусно-спиральных в условиях сезоннопромерзающего грунтового основания
Аннотация. В статье описаны предпосылки и актуальность исследования, поставлены задачи исследования. В соответствии с чем, актуальность исследования обусловлена несовершенством нормативной документации и недостаточной изученностью свай винтовых конусно-спиральных и их поведения в условиях морозного пучения грунтового основания без приложения нагрузки.
Приводятся основные методы расчета и схемы работы свайных фундаментов на действие тангенциальных сил морозного пучения грунтов. Описаны основные формулы для расчета деревянных свай и винтовых свай в условиях сезоннопромерзающих грунтов. Обозначены основные факторы, влияющие на величину вертикальных деформаций подъема свайного фундамента. Показаны основные результаты натурных испытаний свай винтовых конусно-спиральных на действие касательных сил пучения. Выделены основные факторы, влияющие величину вертикальных деформаций свай винтовых конусно-спиральных, в соответствии с которыми был произведен анализ полученных результатов.
На основании сравнения существующей нормативной методики расчета свай винтовых конусно-спиральных на действие касательных сил морозного пучения и результатов натурных испытаний была разработана основная схема работы сваи винтовой конусно-спиральной в условиях морозного пучения грунта.
Основная особенность схемы работы сваи винтовой конусно-спиральной заключается в учете работы спиральной части сваи. На спиральную часть сваи не действует силы морозного пучения в связи с уплотнением межвиткового грунта и «блокированием» его в пространстве
между лопастями сваи. Принятая модель достаточно точно описывает поведение сваи в сложных инженерно-геологических условиях.
Итогом проведенных исследований стала корректировка существующей формулы расчета сваи винтовой конусно-спиральной на действие касательных сил морозного пучения. Было произведено введение учета работы спиральной части и коэффициента снижения тангенциальных напряжений пучения, действующих на гладкую часть сваи за счет уплотнения околосвайного грунта в процессе устройства сваи на проектную отметку.
Ключевые слова: схема работы; винтовая свая; грунт; морозное пучение; тангенциальные силы; полевые испытания; вертикальная деформация; методика расчета; формула
Инновационный прогресс в различных сферах деятельности образует высокие темпы развития общества. Происходит развитие области технических наук. Строительная отрасль, как важная их часть, нуждается в новых, гибких и удобных решениях.
Для эффективной эксплуатации новых объектов строительства необходимо применение рациональных видов фундаментов. Они должны соответствовать современным нормативным документам и стандартам строительства. Фундамент на сваях винтовых конусно-спиральных (СВКС) обладает вышеизложенными качествами.
Однако, возникают проблемы оптимального проектирования фундамента на сваях винтовых конусно-спиральных при строительстве в сложных инженерно-геологических условиях регионов страны. Существующая нормативная документация позволяет произвести расчет работы конструкции фундамента на воздействие сил морозного пучения с рядом упрощений. Это обосновано недостаточной изученностью поведения данного вида свай в сложных инженерно-геологических условиях.
Свайный фундамент передает нагрузку от вышележащих конструкций посредством своего материала за счет части своей несущей способности или полностью в зависимости от способа устройства сваи (висячая, свая-стойка). Основная нагрузка передается через боковую поверхность сваи либо через наконечник сваи. В зависимости от этого разделяют висячие сваи и сваи-стойки.
Основной отличительной особенность свай СВКС от простых винтовых свай в том, что основная нагрузка передается за счет боковой поверхности в комплексе с зацеплением всех витков спирали в грунте, в то время как однолопастная винтовая свая обеспечивает несущую способность в основном за счет лопасти наконечника.
В регионах, имеющих достаточно длительные периоды отрицательных температур, свайный фундамент часто подвергается процессам морозного пучения грунтового основания. Данные процессы вызывают подъем сваи за счет тангенциальных сил, воздействующих на поверхность сваи и её наконечник.
Для понятия механизма работы свай в таких условиях необходимо рассмотреть ряд схем воздействия сил морозного пучения на сваи, от простых деревянных, винтовых однолопастных до свай СВКС.
Во время перехода грунта из простого состояния, в летний период, в замороженный, в период наступления длительных отрицательных температур, происходят процессы расширения грунтового основания, вызванные объемным увеличением воды за счет перехода из жидкого агрегатного состояния в твердое [1]. Любой объект, находящийся в грунте, начинает подниматься вместе с грунтом.
Свайный фундамент, как правило, заглубляют ниже границы пучинистого грунта в слабопучинистые или практически непучинистые грунты. Расстояние от поверхности грунтового основания до окончания слоя пучинистого грунта называют «активной зоной». Она используется для предсказания величины вертикальной деформации пучения, которая, в последствии, применяется для проектирования свайного фундамента.
Если пучинистые грунты имеют широкое распространение по глубине, то «активная зона» ограничивается снизу границей промерзания грунтового основания, которая определяется по многолетним наблюдениям на проектируемой площадке либо по значениям в нормативной литературе.
Величина вертикальный деформаций, вызванных силами морозного пучения грунта, зависит от множества факторов. Таких как тип грунта, его влажность перед промерзанием, плотность скелета грунта, скорость миграции влаги, скорость промерзания и др. В зависимости от этого тангенциальные силы морозного пучения увеличивают либо уменьшают свое воздействие на поверхность сваи [2].
Поскольку сваи имеют достаточно крепкую структуру по сравнению с грунтом, то основание старается вытолкнуть их наружу. В свою очередь, если свая расположена ниже границы промерзания грунтового основания, то возникают силы трения, препятствующие выдергиванию сваи, за счет трения по боковой поверхности, находящейся в талом или вечномерзлом (при наличии) грунте. Вес сваи и расчетная нагрузка на сваю также препятствует выпучиванию сваи. Принципиальная схема работы деревянной сваи в условиях промерзания грунтового основания в районах вечной мерзлоты Аляски (США) изображена на рисунке 1 [3].
Рисунок 1. Схема работы деревянной сваи в условиях морозного пучения грунта: W - вес сваи; L - расчетная нагрузка на сваю; hi - толщина пучинистого грунта; h2 -толщина талого грунта; Ыз - заглубление сваи в слой вечномерзлого грунта; sk - сила трения между сваей и талым грунтом; Ti - тангенциальные силы морозного пучения, выдергивающие сваю; T2 - тангенциальные силы в вечномерзлом грунте, удерживающие сваю от выпучивания на поверхность [3]
Таким образом существуют силы, способствующие и препятствующие выдергиванию сваи из толщи грунта. Тангенциальные силы морозного пучения зависят от типа грунта, его влажности, плотности, однако воздействие его ограничено площадью воздействия на сваю, а именно её боковой поверхностью (Р х И) и наконечником сваи (если свая расположена в зоне промерзания грунта). Аналогично определяется зона воздействия сил трения талого и вечномерзлого грунта, однако они воздействуют только на боковую поверхность сваи, но также зависят от типа, влажности и плотности грунта и других факторов. Нагрузка на сваю и её собственный воздействуют только на оголовок сваи, и в работе сваи на воздействие сил морозного пучения не зависят от площади приложения данных нагрузок.
Следовательно, работу деревянных свай в условиях морозного пучения грунтового основания можно выразить в формуле 1:
Выдергивающие силы < Удерживающие силы
Свая не будет подниматься в случае, если правая часть уравнения будет больше или равна левой части. То есть, если силы морозного пучения действующие на поверхность сваи, расположенной в зоне промерзания, будут ниже, чем сумма сил трения по боковой поверхности сваи, расположенной в талом и вечномерзлом грунте (при наличии), собственного веса сваи и расчетной нагрузки на сваю.
Понимание величины силы морозного пучения позволит спрогнозировать и предотвратить возможные разрушения фундамента вышележащих конструкций. Так, например, исследования американских ученых позволили предотвратить разрушения множества мостов, расположенных в центральной части Аляски, где величина морозного пучения достигала порядка 14 дюймов (36 см).
В регионах, где вертикальные деформации пучения достигают высоких значений, применение деревянных свай крайне затруднено, поскольку необходимо достаточно сильное заглубление фундамента для достаточного сопротивления силам морозного пучения, особенно для малонагруженных зданий и сооружений. Для решения данной проблемы целесообразно применять винтовые сваи.
Винтовые сваи имеют ряд преимуществ относительно забивных, буронабивных и других видов свай. Имея в своей конструкции винтовой наконечник и, погружая его ниже границы промерзания, позволяет эффективно сопротивляться выдергивающим нагрузкам пучения. Наконечник выполняет роль анкера, а малый диаметр ствола сваи снижает воздействующие силы морозного пучения. Однако есть несколько серьезных ограничений применения данного вида свай. Они не могут быть устроены в скальных грунтах и грунтах с прослойками из крупнообломочных пород. При высоких крутящих моментах возможно повреждение антикоррозионного покрытия.
Наконечник сваи погружают чуть ниже границы промерзания или ниже границы пучиноопасного грунта (при отсутствии других пучинистых грунтов, расположенных ниже). В таком случае, удерживающими силами будут являться: нагрузка от собственного веса сваи, расчетная нагрузка на сваю, несущая способность сваи на выдергивание за счет лопастей сваи, расположенных ниже зоны пучения грунтового основания [4]. Принципиальная схема работы винтовой сваи на действие сил морозного пучения изображена на рисунке 2.
или
h1 x P x T1 < W + L + (h2 x P x sk) + (hs x P x T2)
(1)
V
w
I
w I
ПучинистыСп t грунт t t T
ПучинистыСп t грунт I tT
h
промерзания
Граница
Непучинистьй грунт
Рисунок 2. Схема работы винтовой сваи в условиях морозного пучения грунта: Ж - вес сваи; L - расчетная нагрузка на сваю; h (И}) - толщина пучинистого грунта; И2 - толщина талого грунта; Т- тангенциальные силы морозного пучения, выдергивающие сваю; sk - сила трения между сваей и талым грунтом; F„ - несущая способность сваи на выдергивание, удерживающая сваю от выпучивания на поверхность (составлено автором)
Тогда формула 1 может быть модифицирована для винтовых свай и примет следующий вид (формула 2):
Аналогично формуле 1 вертикальные деформации пучения будут отсутствовать в случае, если правая часть уравнения будет больше или равна левой части. То есть, если силы морозного пучения действующие на поверхность сваи, расположенной в зоне промерзания, будут ниже чем сумма сил трения по боковой поверхности сваи, расположенной в талом грунте, собственного веса сваи, несущей способности на выдергивание сваи и расчетной нагрузки на сваю.
Теоретические основы работы гладких забивных и винтовых свай в условиях морозного пучения грунта вошли в методику расчета винтовых свай по устойчивости и прочности на воздействие сил морозного пучения грунтов. Проверку следует производить в соответствии с нормами проектирования и строительства зданий и сооружений на свайных фундаментах в сезоннопромерзающих пучинистых грунтах и правилами СП 24.13330.20111.
В целях разработки реальной схемы работы свай винтовых конусно-спиральных в условиях сезоннопромерзающего грунтового основания, в зимних условиях проведены испытания 16 свай FM 24 76*(3,5)*2000 фирмы «BAU» (вес одной сваи составляет 16,2 кг) на экспериментальной площадке с грунтовым основанием, сложенным супесями и суглинками лёссовидными пластичными сильнопучинистыми, в период с 2010 по 2013 годы. Результатом
1 СП 24.13330.2011. Свайные фундаменты. М.: ОАО «ЦПП», 2011. 90 с. Страница 5 из 11
h x P x T < W + L + Fn + (h2 x P x sk)
(2)
53SAVN319
испытаний стало наличие вертикальных деформаций, находящихся в пределах ошибки измерений [5].
Нижеприведенные условия, в которых сваи СВКС находятся в пучинистом грунте, позволяют сделать предположение, что небольшая площадь соприкосновения свай СВКС с грунтом, в сочетании со спиралью, не позволяют свае СВКС перемещаться с грунтом (выпучиваться), даже при глубоком его промерзании.
Данное предположение связано с расчетом винтовых сваи на воздействие сил морозного пучения. Расчет винтовых свай по устойчивости и прочности на воздействие сил морозного пучения грунтов следует производить в соответствии с нормами проектирования и строительства зданий и сооружений на свайных фундаментах в сезоннопромерзающих пучинистых грунтах и правилами СП 24.13330.2011.
Устойчивость свайных фундаментов на действие касательных сил морозного пучения грунтов следует проверять по п. Ж.2 Приложения Ж СП 24.13330.2011 по следующему условию:
где Tfh - расчетная удельная касательная сила пучения, кПа, определяемая, как правило, опытным путем.
При отсутствии опытных данных, допускается принимать значение Tfh по таблице Ж.1 СП 24.13330.2011 в зависимости от глубины промерзания-оттаивания, вида и характеристик грунта. В зависимости от вида поверхности фундамента, приведенные значения умножают на коэффициенты: при гладкой бетонной необработанной поверхности - 1; при шероховатой бетонной поверхности, с выступами и кавернами до 5 мм - 1,1-1,2, до 20 мм - 1,25-1,5; при деревянной антисептированной поверхности - 0,9; при металлической без специальной обработки поверхности - 0,8.
Для проведенных натурных испытаний свай СВКС:
Tfh = 62,5 0,8 = 50 кПа,
где Afh - площадь боковой поверхности смерзания сваи в пределах расчетной глубины сезонного промерзания-оттаивания грунта, м2 - 0,0692 3,14162 = 0,435 м2;
F - расчетная нагрузка на сваю, кН, принимаемая с коэффициентом 0,9 по наиболее невыгодному сочетанию нагрузок и воздействий, включая выдергивающие (ветровые, крановые и т. п.);
Frf - расчетное значение силы, удерживающей сваю от выпучивания вследствие трения его боковой поверхности о талый грунт, лежащий ниже расчетной глубины промерзания, кН;
Yc - коэффициент условий работы, принимаемый равным 1,0;
Yk - коэффициент надежности, принимаемый равным 1,1.
Поскольку внешняя нагрузка на испытанные свай СВКС на сваю отсутствовала, то действует только нагрузка от собственного веса сваи СВКС, следовательно, F = 0,161 кН.
Кроме того, свая находится полностью в зоне промерзания грунта, следовательно,
Ff = 0.
Первое слагаемое в формуле (3) равно r^Afh = 50 0,435 = 21,75 кН.
Подставив значения в формулу (3), видим, что условие не выполняется, следовательно, свая СВКС должна будет выдавлена силами пучения вверх.
Однако результаты проведенных полевых испытаний свай СВКС свидетельствуют об обратном.
Значит, первое слагаемое в формуле (3) меньше или равно F.
Следовательно, после погружения и после «отдыха» винтовых свай СВКС, фактические касательные силы пучения в околосвайной зоне незначительны. Об этом свидетельствуют полученные деформации в результате проведенных испытаний [5], которые находятся в пределах погрешности измерений, так что формула (3) требует корректировки для расчета свай СВКС на действие сил морозного пучения.
Проведенный анализ позволяет выдвинуть следующе предположение (гипотезу) о работе свай СВКС в пучинистом грунте.
При погружении сваи СВКС в межвитковых промежутках грунт не разрыхляется, а наоборот - уплотняется спиралью, уменьшая пористость грунта. Происходит «отжатие» грунтовой воды и, во-первых, увеличивается несущая способность сваи, а, во-вторых, исключается возможность возникновения сил морозного пучения в зоне спиральной части сваи [6].
Испытания, проведенные в лабораторных условиях грунта, отобранного с экспериментальной площадки, показывают, что при увеличении плотности грунта морозоопасность снижается, и грунт становится практически не пучинистым. Так, для инженерно-геологического элемента №3 экспериментальной площадки плотность скелета грунта равна 1,66 г/см3 и находится в пределах от 10 до 20 ударов, что соответствует наличию пучинистых свойств для суглинка [7; 8]. Тем не менее, пучения грунта не происходило, следовательно, околосвайный грунт уплотнился до более высокого диапазона, при котором пучинистые свойства уменьшаются, и грунт становится практически не пучинистым.
Однако опыты, проведенные в Китае [9; 10], свидетельствуют об обратном: при увеличении витков, находящихся в зоне промерзания грунтового основания, морозоопасность возрастает, и единственным фактором, который может повлиять на уменьшение действия касательных сил морозного пучения, становится увеличение количества витков в зоне ниже границы промерзания. Данное утверждение справедливо, и соответствует формуле (3). Однако испытания проводились с предварительной установкой сначала сваи, а затем уже засыпкой грунта. Это привело к искажению полученных результатов, поскольку отсутствует процесс монтажа, близкий к реальному (полевому), при котором происходит завинчивание сваи с одновременным уплотнением околосвайного грунта в зоне спирали.
Для получения объективной картины работы сваи СВКС в пучинистом грунте предложена схема, с учетом всех составляющих процесса морозного пучения (рисунок 3 а).
Также необходимо рассмотреть межвитковой промежуток более детально. Это позволит понять механизм работы спиральной части (рисунок 3б).
Таким образом существуют силы, способствующие и препятствующие выпучиванию сваи из толщи пучинистого грунта. Тангенциальные силы морозного пучения зависят от типа грунта, его влажности, плотности.
В тоже время воздействие этих сил ограничено площадью взаимодействия со сваей, а именно её боковой поверхностью (u х h) и нижним концом сваи, если свая полностью находится в зоне промерзания (пучения) грунта. В данном случае конструктивные особенности нижней части сваи СВКС (конус) позволяют практически исключить воздействия сил морозного пучения за счет низкой площади соприкосновения с грунтом. Тангенциальные силы морозного пучения в около свайной зоне снижены за счет уплотнения грунта во время прохождения спиральной части сваи СВКС на проектную отметку. На спиральную часть сваи СВКС не
действует силы морозного пучения за счет снижения площади поверхности, участвующей в работе. Грунт в межвитковом промежутке не работает на пучение поскольку зажат между жесткими лопастями. Сумма вертикальных сил в данном промежутке равна нулю за счет «блокирования» данных сил между лопастями. Кромка лопасти настолько тонкая, что силы морозного пучения в данных точках на кромках лопастей практически равны нулю и ими можно пренебречь. В результате прохождения сваи СВКС на проектную отметку на границе 1 и 2 (рисунка 3б) нарушается целостность сопряжения, а также давление Pl и P2 в этих точках разно направленны. За счет этого происходит снижение сил трения на границе грунтов 1 и 2. Происходит проскальзывание грунта 2 относительно грунта 1 на границе этих слоев. Следовательно, в зоне спиральной части воздействие сил морозного пучения на сваю отсутствует или настолько незначительно, что им можно пренебречь.
а)
б)
Ж - вес сваи; Ь - расчетная нагрузка на сваю; Н1 - толщина пучинистого грунта выше границы спиральной части; Н2 - длина спиральной части; Т - тангенциальные силы морозного пучения, выдергивающие сваю; 1св - длина сваи; 1 - пучинистый грунт природной плотности; 2 - уплотненный спиралью пучинистый грунт; Р1 - давление пучинистого грунта природной плотности; Р2 - давление уплотненного спиралью пучинистого грунта
Рисунок 3. Схема работы сваи СВКС в условиях морозного пучения грунта (составлено автором)
Следовательно, устойчивость свай СВКС на действие касательных сил морозного пучения грунтов, с учетом формулы 1, и вышеизложенного можно выразить:
У
^fh^fhU(lce - Ю - F Frf (4)
,
где afh - коэффициент, учитывающий снижение касательных сил пучения; u - периметр ствола сваи - ndcB = 3,14 * 0,0692 = 0,2173 м2; h2 - длина спиральной части (0,9 м); Tfh, F, Frf, Yc, Yk - то же, что и в формуле 3.
afh-50-0,2173-(2 - 0,9) - 0,161 < 0.
Для того, чтобы выполнялось условие, касательные силы морозного пучения, воздействующие на сваю, должны быть значительно снижены. Определим значение
коэффициента afh из выражения 4:
afh = 0,161/50-0,2173-(2 - 0,9) = 0,0135.
Значит касательные силы морозного пучения снижены в 74,24 раз. Основными факторы, вызывающие данное снижение, является:
1. Уплотнение спиралью околосвайного грунта;
2. Снижение влажности околосвайного грунта за счет отжатия грунтовой воды при устройстве сваи на проектную отметку.
Таким образом, предположение (гипотеза) о схеме работы свай СВКС в пучинистом грунте, находит своё подтверждение, как в области расчета, так и в рамках полученных результатов полевых натурных испытаний.
Выводы
1 Полученные результаты свидетельствуют о существенных различиях в работе свай СВКС при воздействии сил морозного пучения в отличие от забивных и набивных свай.
2 Небольшая площадь соприкосновения фундамента на сваях СВКС с грунтом в сочетании со спиралью не позволяет фундаменту двигаться даже при глубоком промерзании грунта.
3 При завинчивании в межвитковых промежутках грунт не разрыхляется, а наоборот - уплотняется спиралью, уменьшая пористость грунта. Происходит отжатие грунтовой воды и увеличение несущей способности сваи.
4 Предположение (гипотеза) о схеме работы свай СВКС в пучинистом грунте, находит своё подтверждение, как в области расчета, так и в рамках полученных результатов полевых натурных испытаний.
ЛИТЕРАТУРА
1. Швецов Г.И. Лессовые просадочные грунты Западной Сибири, их инженерно-геологические, геоэкологические свойства и их изменение под влиянием техногенных воздействий [Текст] / Г.И. Швецов, И.В. Носков // Ползуновский альманах. - 2000. - № 3. - С. 176-187.
2. Осипов В.И. Природа прочностных и деформационных свойств глинистых пород [Текст] / В.И. Осипов. - Москва: Изд-во МГУ, 1979. - 232 с.
3. Pewe T.L. Frost heaving of piles with an example from Fairbanks, Alaska / T.L. Pewe, R.A. Paige. - Washington: USA Government printing office, 1963. - Pp. 333-407.
4. Perko H.A. Helical Piles. A practical guide to design and installation / H.A. Perko. -New Jersey: John Wiley & Sons, Inc., 2009. - P. 512.
5. Носков И.В., Свидерских А.В. Работа свай винтовых конусно-спиральных в условиях морозного пучения грунтов // Вестник гражданских инженеров. 2019. № 1 (72). С. 67-75.
6. Носков И.В., Цысь Д.И., Криворотов А.П. Исследование работы многолопастных винтовых свай «BAU» в условиях морозного пучения грунтов // Ползуновский вестник. 2012. № 1. С. 131-137.
7. Моисеева О.Л. Исследование уплотненных лессовых грунтов и влияние физико-механических характеристик на их степень пучинистости [Текст] / О.Л. Моисеева, Б.М. Черепанов // Ползуновский вестник. - 2014. - № 1. - С. 104-106.
8. Свидерских А.В. Анализ изменения характеристик лессового грунта при оптимальной влажности в зависимости от плотности [Текст] / А.В. Свидерских, Б.М. Черепанов // Молодежь-Барнаулу : материалы XVI городской науч.-практ. конф. молодых ученых, 17-25 ноября 2014 г. - Барнаул, 2014. - С. 277-280.
9. Nabizadeh F., Choobbasti A. J. Field Study of Capacity Helical Piles in Sand and Silty Clay // Transportation Infrastructure Geotechnology. 2017. Vol. 4, Issue 1. Pp. 3-17.
10. Teng-fei Wang, Jian-kun Liu, Hua-gang Zhao, Ya-long Shang, Xiao-qiang Liu. Experimental study on the anti-jacking-up performance of a screw pile for photovoltaic stents in a seasonal frozen region // Journal of Zhejiang University-SCIENCE A (Applied Physics & Engineering). 2016. Vol. 17, Issue 7. Pp. 512-524.
Sviderskikh Andrey Vladimirovich
Siberia heatsales company Barnaul branch, Barnaul, Russia E-mail: gluk_cs@mail.ru
Noskov Igor Vladislavovich
Polzunov Altai state technical university, Barnaul, Russia
E-mail: noskov.56@mail.ru
Scheme of operation of screw cone-spiral piles in the conditions of seasonally freezing soil foundation
Abstract. The article describes the timeliness and terms of reference of research, it is set tasks of research. Whereby, the timeliness of research is conditioned by imperfection of requirements documents and insufficient information on screw cone-spiral piles and their behavior in frost heave of soil foundation conditions without load apply.
The basic methods of computation and the scheme of operation of pile foundations on the effect of tangential forces of frost heave of soils are given. The basic formulas for computation wooden piles and screw piles in the conditions of seasonally frozen soils are described. The main factors affecting the magnitude of the vertical deformations of pile foundation lifting are indicated. The main results of field tests of screw cone-spiral piles on the effect of tangential heaving forces are shown. It is identified the main factors affecting the magnitude of the vertical deformations of screw cone-spiral piles, according to which the obtained results were analyzed. Based on a comparison of the existing regulatory method for computation screw cone-spiral piles for the effect of tangential frost heave forces and the results of field tests, the basic scheme of the screw cone-spiral piles in frost heave conditions was developed. The main feature of operation scheme of screw cone-spiral pile is to recordkeeping the work of the spiral part of the pile. The spiral part of the pile is not affected by frost heave forces due to the compaction of the inter-turn soil and its "blocking" in the space between the pile blades. The assumed models accurately describe the behavior of the pile in difficult engineering and geological conditions.
The result of the research was the update of the existing formula for computation the screw cone-spiral pile on the effect of the tangential frost heave forces. It is made the introduction of recordkeeping the work of the spiral part and the coefficient of reducing the tangential heave stresses acting on the smooth part of the pile due to compaction of near-pile soil during the installation of the pile to the design elevation.
Keywords: scheme of operation; screw pile; soil; frost heave; tangential forces; field tests; vertical deformation; computation method; formula
