Научная статья на тему 'НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОЕ СОСТОЯНИЕ СЛАБЫХ И НАСЫПНЫХ ГРУНТОВ, АРМИРОВАННЫХ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫМИ И ГРУНТОВЫМИ СВАЯМИ СООТВЕТСТВЕННО'

НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОЕ СОСТОЯНИЕ СЛАБЫХ И НАСЫПНЫХ ГРУНТОВ, АРМИРОВАННЫХ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫМИ И ГРУНТОВЫМИ СВАЯМИ СООТВЕТСТВЕННО Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

CC BY
45
14
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Журнал
Вестник МГСУ
ВАК
RSCI
Ключевые слова
СВАЙНО-ПЛИТНЫЙ ФУНДАМЕНТ / ОКРУЖАЮЩИЙ И ПОДСТИЛАЮЩИЙ ГРУНТЫ / НАСЫПНЫЕ ГРУНТЫ / РАДИАЛЬНЫЕ НАПРЯЖЕНИЯ / АНАЛИТИЧЕСКИЙ МЕТОД / НДС ЯЧЕЙКИ

Аннотация научной статьи по строительству и архитектуре, автор научной работы — Тер-Мартиросян Завен Григорьевич, Тер-Мартиросян Армен Завенович, Акулецкий Александр Сергеевич

Введение. Подавляющее большинство строительных территорий характеризуется сложными инженерно-геологическими условиями, представленными наличием в основании слабых грунтов. Встречаются площадки строительства, на которых наблюдается большая толща насыпных грунтов. В данных условиях проектировщиками применяются: закрепление, армирование грунтов; значительное заглубление подземной части зданий и т.д. Приводятся постановки и решения задач взаимодействия железобетонных свай со слабыми грунтами, а также взаимодействия грунтовых свай с насыпными грунтами в составе свайно-плитного фундамента, которые позволяют определить приведенный модуль деформации и коэффициент постели. Материалы и методы. Для описания изменения касательных напряжений в зависимости от глубины принимался закон в виде τ(z)=τ0е-αz. Решение изложено аналитическим и численным методами. Проведено сравнение полученных результатов аналитическим решением поставленной задачи с результатами, полученными в программном комплексе PLAXIS 3D. Результаты. Получены закономерности распределения общей нагрузки на свайно-плитный фундамент между свайным полем и ростверком. Аналитические решения подкреплены графической частью, выполненной с помощью программы Mathcad. Показаны зависимости осадки от нагрузки, рассчитанной аналитическим и численным методами. Получено выражение для нахождения напряжений на различных участках ствола сваи и под плитой ростверка. Рассмотрены теоретические и практические аспекты устройства щебеночных свай. Дано теоретическое обоснование уплотнения насыпных грунтов щебеночными сваями по специальной технологии. Определена зависимость для установления приведенного модуля деформации для массивов насыпного грунта, армированного грунтовыми сваями. Выводы. Сравнительная оценка результатов решений, полученных аналитическим и численным методами, показала хорошую сходимость. Данные решения можно применять для предварительного определения осадки свай в составе свайно-плитного фундамента. Подбор оптимального соотношения длины сваи и ее диаметра позволяет максимально эффективно использовать несущую способность сваи. Для насыпных грунтов, армированных грунтовыми сваями, можно подобрать оптимальный приведенный модуль деформации, варьируя шаг грунтовых свай.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по строительству и архитектуре , автор научной работы — Тер-Мартиросян Завен Григорьевич, Тер-Мартиросян Армен Завенович, Акулецкий Александр Сергеевич

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

STRESS-STREIN STATE OF WEAK AND FILLED SOILS REINFORCED WITH REINFORCED CONCRETE AND SOIL PILES, RESPECTIVELY

Introduction. The overwhelming majority of construction areas are characterized by difficult engineering and geological conditions, represented by the presence of weak soils at the base. There are construction sites on which a large thickness of fill soil is observed. In these conditions, designers apply: soil consolidation, soil reinforcement, significant deepening of the underground part of buildings, etc. This article presents the formulation and solution of the problems of interaction of reinforced concrete piles with weak soils, as well as the interaction of soil piles with bulk soils as part of a pile-slab foundation, which allow one to determine the reduced deformation modulus and the bedding value. Materials and methods. To describe the change in shear stresses depending on depth, a law was adopted in the form τ(z)=τ0е-αz. The solution is presented by analytical and numerical methods. The results obtained were compared by the analytical solution of the problem with the results obtained in the PLAXIS 3D software package. Results. Regularities of the distribution of the total load on the pile-slab foundation between the pile field and the grillage have been obtained. The analytical solutions in the article are supported by the graphical part, performed using the Mathcad program. Numerical simulation of the problem was carried out in the PLAXIS 3D software package. The dependence of the settlement on the load, calculated by analytical and numerical methods, is shown. An expression is obtained for defining the stresses in different sections of the pile shaft and under the grillage slab. The theoretical and practical aspects of the construction of crushed stone piles are considered. The theoretical substantiation of compaction of bulk soils with crushed stone piles using a special technology is given. A dependence is obtained for determining the reduced modulus of deformation for bulk soil mass reinforced with soil piles. Conclusions. Comparative evaluation of the results of solutions obtained by analytical and numerical methods showed good convergence. The solutions obtained can be used to preliminary determination of the settlement of piles as part of a pile-slab foundation. Selection of the optimal ratio of the pile length and its diameter allows the most effective use of the bearing capacity of the pile. For bulk soils, reinforced with soil piles, it is possible to select the optimal reduced modulus of deformation by varying the pitch of the soil piles.

Текст научной работы на тему «НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОЕ СОСТОЯНИЕ СЛАБЫХ И НАСЫПНЫХ ГРУНТОВ, АРМИРОВАННЫХ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫМИ И ГРУНТОВЫМИ СВАЯМИ СООТВЕТСТВЕННО»

ПРОЕКТИРОВАНИЕ И КОНСТРУИРОВАНИЕ СТРОИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ.СТРОИТЕЛЬНАЯ МЕХАНИКА. ОСНОВАНИЯ И ФУНДАМЕНТЫ, ПОДЗЕМНЫЕ СООРУЖЕНИЯ

УДК 624.154+624.13 DOI: 10.22227/1997-0935.2021.9.1182-1190

Напряженно-деформированное состояние слабых и насыпных грунтов, армированных железобетонными и грунтовыми

сваями соответственно

З.Г. Тер-Мартиросян, А.З. Тер-Мартиросян, А.С. Акулецкий

Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет

(НИУ МГСУ); г. Москва, Россия

АННОТАЦИЯ

Введение. Подавляющее большинство строительных территорий характеризуется сложными инженерно-геологическими условиями, представленными наличием в основании слабых грунтов. Встречаются площадки строительства, на которых наблюдается большая толща насыпных грунтов. В данных условиях проектировщиками применяются: закрепление, армирование грунтов; значительное заглубление подземной части зданий и т.д. Приводятся постановки и решения задач взаимодействия железобетонных свай со слабыми грунтами, а также взаимодействия грунтовых свай с насыпными грунтами в составе свайно-плитного фундамента, которые позволяют определить приведенный модуль деформации и коэффициент постели.

Материалы и методы. Для описания изменения касательных напряжений в зависимости от глубины принимался ч- ч- закон в виде i(z)=i0e_az. Решение изложено аналитическим и численным методами. Проведено сравнение полу-

ченных результатов аналитическим решением поставленной задачи с результатами, полученными в программном сч сч комплексе PLAXIS 3D.

Результаты. Получены закономерности распределения общей нагрузки на свайно-плитный фундамент между свайным полем и ростверком. Аналитические решения подкреплены графической частью, выполненной с помощью про> (П граммы Mathcad. Показаны зависимости осадки от нагрузки, рассчитанной аналитическим и численным методами.

Получено выражение для нахождения напряжений на различных участках ствола сваи и под плитой ростверка.

с м 2

ОН (о Рассмотрены теоретические и практические аспекты устройства щебеночных свай. Дано теоретическое обосно-

вание уплотнения насыпных грунтов щебеночными сваями по специальной технологии. Определена зависимость

ш

ф ф

для установления приведенного модуля деформации для массивов насыпного грунта, армированного грунтовыми

2 з сваями.

О тг

Н ¡J Выводы. Сравнительная оценка результатов решений, полученных аналитическим и численным методами, пока-

зала хорошую сходимость. Данные решения можно применять для предварительного определения осадки свай в составе свайно-плитного фундамента. Подбор оптимального соотношения длины сваи и ее диаметра позволяет с -J3 максимально эффективно использовать несущую способность сваи. Для насыпных грунтов, армированных грун-

2- -2 товыми сваями, можно подобрать оптимальный приведенный модуль деформации, варьируя шаг грунтовых свай.

о

§ ^ КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: свайно-плитный фундамент, окружающий и подстилающий грунты, насыпные грунты, ради-

-о альные напряжения, аналитический метод, НДС ячейки, PLAXIS 3D

S ¡=

О (л

со с ДЛЯ ЦИТИРОВАНИЯ: Тер-Мартиросян З.Г., Тер-Мартиросян А.З., Акулецкий А.С. Напряженно-деформирован-

2 ное состояние слабых и насыпных грунтов, армированных железобетонными и грунтовыми сваями соответственно //

ОТ "§ Вестник МГСУ. 2021. Т. 16. Вып. 9. С. 1182-1190. DOI: 10.22227/1997-0935.2021.9.1182-1190

ОТ Е

ЕЕ о

£ ^ Stress-strein state of weak and filled soils reinforced with reinforced

concrete and soil piles, respectively

(9

a

§ Zaven G. Ter-Martirosyan, Armen Z. Ter-Martirosyan, Aleksandr S. Akuleckij

^ i= Moscow State University of Civil Engineering (National Research University)

92 § (MGSU); Moscow, Russian Federation

. s -

P W ABSTRACT

Introduction. The overwhelming majority of construction areas are characterized by difficult engineering and geological condi-

S tions, represented by the presence of weak soils at the base. There are construction sites on which a large thickness of fill soil is

¡E £ observed. In these conditions, designers apply: soil consolidation, soil reinforcement, significant deepening of the underground

jj jj part of buildings, etc. This article presents the formulation and solution of the problems of interaction of reinforced concrete

U > piles with weak soils, as well as the interaction of soil piles with bulk soils as part of a pile-slab foundation, which allow one to

determine the reduced deformation modulus and the bedding value.

© З.Г. Тер-Мартиросян, А.З. Тер-Мартиросян, А.С. Акулецкий, 2021 Распространяется на основании Creative Commons Attribution Non-Commercial (CC BY-NC)

Materials and methods. To describe the change in shear stresses depending on depth, a law was adopted in the form i(z)=x0e"az. The solution is presented by analytical and numerical methods. The results obtained were compared by the analytical solution of the problem with the results obtained in the PLAXIS 3D software package.

Results. Regularities of the distribution of the total load on the pile-slab foundation between the pile field and the grillage have been obtained. The analytical solutions in the article are supported by the graphical part, performed using the Mathcad program. Numerical simulation of the problem was carried out in the PLAXIS 3D software package. The dependence of the settlement on the load, calculated by analytical and numerical methods, is shown. An expression is obtained for defining the stresses in different sections of the pile shaft and under the grillage slab. The theoretical and practical aspects of the construction of crushed stone piles are considered. The theoretical substantiation of compaction of bulk soils with crushed stone piles using a special technology is given. A dependence is obtained for determining the reduced modulus of deformation for bulk soil mass reinforced with soil piles.

Conclusions. Comparative evaluation of the results of solutions obtained by analytical and numerical methods showed good convergence. The solutions obtained can be used to preliminary determination of the settlement of piles as part of a pile-slab foundation. Selection of the optimal ratio of the pile length and its diameter allows the most effective use of the bearing capacity of the pile. For bulk soils, reinforced with soil piles, it is possible to select the optimal reduced modulus of deformation by varying the pitch of the soil piles.

KEYWORDS: pile-slab foundation, surrounding and underlying soils, fill soils, radial stresses, analytical method, SSS of cells, PLAXIS 3D

FOR CITATION: Ter-Martirosyan Z.G., Ter-Martirosyan A.Z., Akuletckij A.S. Stress-strein state of weak and filled soils reinforced with reinforced concrete and soil piles, respectively. Vestnik MGSU [Monthly Journal on Construction and Architecture]. 2021; 16(9):1182-1190. DOI: 10.22227/1997-0935.2021.9.1182-1190 (rus.).

ВВЕДЕНИЕ

Подавляющее большинство строительных территорий характеризуется сложными инженерно-геологическими условиями, представленными наличием в основании слабых грунтов. В данных условиях проектировщиками применяются: закрепление грунтов [1-6], армирование грунтов [7-10], значительное заглубление подземной части зданий и т.д. Но в качестве основного типа фундамента на таких площадках рассматривают свайный фундамент [11-19]. При взаимодействии свай большой длины с окружающим и подстилающим грунтами в составе свайно-плитного фундамента возникает сложное и неоднородное напряженно-деформированное состояние (НДС), на которое существенное влияние оказывает шаг (2Ь), диаметр ^ = 2а), длина свай (I) (рис. 1) [20]. При увеличении количества свай, оценка НДС системы ростверк - свая - грунтовый массив осложняется, в том числе под нижним концом свай при взаимодействии с подстилающими слоями и в контактной зоне между ростверком и грунтом. Количественная оценка НДС показывает закономерности распределения

2b

внешней нагрузки на свайно-плитный фундамент между свайным полем и ростверком, а также позволяет определить его осадку.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

Напряженно-деформированное состояние слабых грунтов, армированных железобетонными сваями

В настоящей статье приводятся постановки и решения по количественной оценке НДС ячейки свай-но-плитного фундамента с учетом устройства свай в грунтовом массиве. Это дает возможность определить закономерности распределения общей нагрузки на фундамент между свайным полем и ростверком в межсвайном пространстве, а также выявить осадку сваи в составе свайно-плитного фундамента.

Постановка и решение задачи аналитическим методом

Рассмотрим НДС секции свайно-плитного фундамента с заданными свойствами грунта, а также размерами и граничными условиями (рис. 1). Полагаем, что трение между секциями отсутствует и жесткость ростверка и сваи значительно превышает жесткость грунта:

Е >> Е , Е >> Е

рост. гр.' св. гр.

(1)

■/////////////.

Рис. 1. Схема для выделения расчетной ячейки свайно-плитного фундамента

Fig. 1. Scheme for highlighting the design cell of the pile-slab foundation

Отмечаем, что взаимное перемещение свай и грунтов происходит без возможности проскальзывания. При этом возникают реактивные напряжения под ростверком, в уровне оголовка свай, на боковой поверхности и под нижним концом свай, которые необходимо определить (рис. 2).

Начало координат поставим в уровень пяты сваи и направим ось г вверх. На стволе сваи выделим элементарный слой высотой dz, показан штриховкой на рис. 2. Нормальные напряжения с в данном элементарном слое появляются при приложении распределенной нагрузки р (кПа) на расчетную ячейку. На боковой поверхности сваи возни-

< п

iH

kK

G Г

S 2

0 со § СО

1 S

y 1

J со

u-

^ I

n °

S 3 o

=s (

oi

о §

E w § 2

n g

S 6

Г œ t ( an

S )

Î!

! о

о» в

■ г

s □

s У

с о !!

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

M 2 О О 10 10

l

сч N о о

N N

СП СП

¡г <и

U 3 > (Л С И

u «в <0 ф

¡1

ф ф

о £

о

от

ОТ

2 , v

flz а

о о со < со S:

8 « Si §

от " от IE

Е о

^ с

ю о

S «

о Е

СП ^

т- ^

a aa

сК ' Е, aa2E,

Sc(z) = 2Т°

z 2тп z + р3— + —L— +

3 Е. aa Е„

+ Рз

aa2 Ес ^

na(\-v2)K 2т0

(8)

4G,

aa2E,

Рис. 2. Расчетная схема для определения НДС ячейки Fig. 2. Calculation scheme for determining the SSS of a cell

кают касательные напряжения t(z). Исходя из этого можно записать условие равновесия элементарного слоя сваи длиной dz:

2nai:(z)dz = na2daz. (2)

Отсюда получаем:

где v2 и 02 — деформационные параметры грунта под нижним концом сваи; K < 1 — коэффициент, учитывающий глубину приложения нагрузки на пяту сваи.

Граничные условия для рассматриваемой ячейки отличаются от условий для одиночной сваи [21]. Примем для ячейки свободное вертикальное перемещение, а на дне ячейки полное отсутствие перемещений.

В таком случае закон распределения касательных напряжений т^, г) меняется по радиусу г следующим образом [22]:

т(г) = та(Ь - г)2/(Ь - а)2, (9)

где та — касательные напряжения на контуре сваи; а < г < Ь, т(а) = та, т(Ь) = 0.

Сдвиговую деформацию элементарного слоя грунта вокруг сваи можно определить по следующей зависимости:

л=у{г)=Ж

dr П ' G,

(10)

(3)

Закон изменения касательных напряжений в зависимости от глубины принимаем в виде:

ф) = т0е- (4)

Подставляя выражение (4) в (3), получаем:

где и 01 — осадка и модуль сдвига окружающего грунта соответственно.

Подставляя т(г) из выражения (9) в (10), получаем:

S(z,r) = -J

Ф) ip-rf Gi (6-е)2

= t(Z)

ib-rf 3Gi(6-a):

- + C2, (11)

Константу С2 найдем при r = b, т.е. S(b,r) =

(5)

= Sr

/ \ L

- изменение на границе ячейки приня-

Константу С находим из граничных условий на уровне пяты сваи. При z = 0, где с(0) = р3 — давление под подошвой сваи (рис. 2). Окончательно получаем:

2тп _ 2тп

--0-е~а2 + р3+ (6)

аа аа

С помощью полученного выражения определим осадку сваи:

то линейным (рис. 2).

Осадка столба грунта высотой Ь от действия распределенной нагрузки р1 под ростверком:

p$L

где E =

L

(12)

(13)

l /E1 + (L-1)/E2 Тогда максимальная осадка на поверхности

сваи:

z 2т0 z (П Е, аа Е„

'i-i" L

где Ес — модуль упругости ствола сваи.

Постоянную интегрирования С1 находим из условия z = 0. Осадка сваи равна осадке круглого штампа. В таком случае получаем окончательное выражение для нахождения осадки сваи в зависимости от глубины z:

-„ - • (14)

30, р ' В соответствии с расчетной схемой (рис. 2) имеется четыре неизвестных компоненты НДС: р1, р , ру т0. Для определения неизвестных потребуется четыре уравнения.

Исходя из равновесия всей ячейки запишем:

п Ь2р = п о2р2 + п(Ь2 - о2)р1, (15)

С.1182-1190

где р — приложенная нагрузка на ячейку. Условие равновесия сваи:

п а2р2 = п а2р3 + 2па1 |0' (16)

При условии, что тг = т0ет™, и после интегрирования получаем:

Последним уравнением примем условие равенства осадок грунта (12) и сваи (8) в уровне оголовка сваи (г = I):

na2 р2

■ na1 ръ ■

"(b-a) 3 Gl

+ SD =

aaE,

/ Рз^ ! 2т0 is. aa2E,

е~ы +

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

a

(17)

Следующим условием является равенство осадок грунта (12) и сваи (8) на уровне пяты сваи (г = 0):

+ Pi-

na

(1 -v2)K 2т0

4 G,

2 j-. aa Я

(19)

(0-а) 3G:

+ S.

1-1

яа(1 -v2)K

4 G,

(18)

Полученные выше четыре уравнения, объединенные в систему уравнений, позволят найти неизвестные компоненты НДС:

7 7 / О 7 \

nb р = na p2+n\b -a \рх

na2p2 = na2p3 - т0

3Gj

1--

V

a

7ta

4G,

(20)

-al

l0

3Gj ' яо£с

2xn

2 17

aa

e_a/ na(l-v2)K 3 4G,

2t„

2 с

aa ¿L

Решение системы уравнений можно получить с помощью программного комплекса Mathcad.

Осадку свайно-плитного фундамента определим по формуле:

P$zL Л {Рг-Рг)№ яя(1-у2)ЛГ

+ -----1-ръ—-—

S =

1-1

. LJ

4 G,

(21)

где — коэффициент невозможности бокового расширения грунта; в — коэффициент невозможности бокового расширения материала сваи.

Полученное решение можно использовать для определения приведенного модуля деформации массива грунта с учетом устройства свай, приравнивая осадку ростверка и осадку рассматриваемой системы. Также появляется возможность определения коэффициента постели для решения практических инженерных задач.

Постановка и решение задачи численным методом

Решение поставленной задачи было также получено численным методом конечных элементов с помощью программы PLAXIS 3D, которая предназначена в том числе для количественной оценки НДС массивов грунта (рис. 3).

Ниже приведены результаты определения осадки сваи по формуле (21) и численным методом (рис. 4) при:

a = 0,5 м; b = 2,0 м; l = 30 м; L = 40 м; El = 30 МПа; E2=40 МПа.

Напряженно-деформированное состояние насыпных грунтов, армированных грунтовыми сваями

Большое количество площадок характеризуется наличием большой толщи насыпных грунтов.

Основными мероприятиями, которые позволяют их использовать в качестве основания, являются: поверхностное уплотнение, глубинное уплотнение грунтовыми сваями, прорезка грунтов свайными фундаментами.

При глубинном уплотнении насыпных грунтов используют буронабивные грунтовые сваи, которые имеют экономическую выгоду по сравнению с железобетонными сваями. Данные сваи совместно с уплотненным окружающим грунтом (ячейка) служат несущими элементами, способными воспринимать значительные нагрузки. В инженерной практике применяют разные технологии изготовления свай из крупнозернистого и крупнообломочного грунтов. В одном из способов используется домкрат, уплотняющий значительным усилием (до 200 т) порцию материала сваи в забой лидирующей скважины. В результате возникают существенные радиальные и тангенциальные напряжения, которые способствуют уплотнению насыпных грунтов. При этом происходит уплотнение не только окружающего грунта, но и уплотнение самого тела сваи.

Подбор длины щебеночной сваи выполняется на всю глубину насыпных грунтов. По результатам расчета подбирается шаг свай. Так как изготовление грунтовых свай оказывает значительное влияние на грунтовый массив, рекомендуется назначать расстояние между сваями не более трех диаметров инструмента. Равномерная расстановка свай обеспечивает получение одинаковых свойств уплотненного основания по всей площади строительства. На рис. 5 показано типовое расположение грунтовых свай.

< п

8 8 i H

kK

G Г S

o

n со

l D

y 1

J со I

s °

DD S o

=¡ (

oi о n

E СО § 2

n g

D 6

> œ t ( an

DD )

Í!

о n

■ г

s S

s у с о DD lOO

M M

о о 10 10

г10-3 m]

<N <N О О <N <N

ел ел

X Ф

0 3 > (Л С « Л

10 (О

<0 Ф

11

1 I

51

о

1,00 0,00 - 1,00 - 2,00

- 3,00

- 4,00

- 5,00

- 6,00

- 7,00

- 8,00 - 9,00

- 10,00 - 11,00 - 12,00

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

- 13,00

- 14,00

- 15,00

- 16,00

Z

L

[kN/m2]

2000,00

1750,00

1500,00

1250,00

1000,00

750,00

500,00

250,00

0,00

- 250,00

- 500,00

- 750,00 - 1000,00

- 1250,00

- 1500,00

- 1750,00

- 2000,00

- 2250,00

- 2500,00

- 2750,00

- 3000,00

- 3250,00

Рис. 3. Изополя вертикальных перемещений и вертикальных напряжений в расчетной ячейке при p = 50 кПа Fig. 3. Isofields of vertical displacements and vertical stresses in a computational cell at p = 50 kPa

50

100

Нагрузка p, кПа Load p, kPa

150 200

250

300

350

о о

CO <•

Я =

z ■ ^

w 1

со 5

^ w

.H о

CL ° с

LO CD

S «в

° §

cn ^

T- J^

z £

w £

S3

i =

О 1Л ф ф

во >

й a

га cd

О *

20

40

60

80

100

120

Рис. 4. Графики зависимости осадки от нагрузки, рассчитанной аналитическим и численным методами Fig. 4. Graphs of dependence of settlement on load, calculated by analytical and numerical methods

z

X

X

0

0

С.1182-1190

Рис. 5. Схема шахматного расположения свай Fig. 5. Scheme of the staggered arrangement of piles

При изготовлении щебеночной сваи происходит расширение лидирующей скважины, возникает НДС, отличающееся от природного (рис. 6).

Решение данной задачи сводится к решению дифференциального уравнения вида:

d2 u 1 du u

dr r dr r

где u — перемещения в радиальном направлении, при этом:

Е

о, =

1 —V

du u — + v — dr r

E

°e =

1—v

u du —+ v — r dr

Приведем окончательный вид уравнения:

°ЛГ) =

ukr\

2 „2 „2 2

l-yz r{ -n E

ЧЛ

2 „2

1-И r{

О, +Ой

du

e„ = —=

l + v-\(l-v)

2 E ukrx

ukr\

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

dr

■ \

M

/

u

e„ = — =

ukr\

i \

e,+en =

'2

Рассмотрим взаимодействие щебеночной сваи с окружающим и подстилающим грунтами и ростверком в составе свайно-плитного фундамента. Предполагается свободное перемещение по внешнему контуру и условие компрессионного сжатия сваи и окружающего грунта (рис. 7).

Как известно, при статическом воздействии на ростверк нагрузкой р происходит ее перераспределение между сваей и окружающим грунтом.

Запишем условие равновесия:

р = рш + рг(1 - ш), (25)

где ш = а2 / Ь2, а и Ь — радиусы сваи и грунтового цилиндра.

Запишем условие равенства осадок:

£ = £ = £ , (26)

р с г ^ у '

т р = т р = т р , (27)

с с р г р г-* г ^ у '

где тс и тг — коэффициенты относительной сжимаемости сваи и грунта соответственно.

Данные выражения приводят к зависимостям:

д.

Л =Рр

ЯдЮ + ilj, (l - ffl) '

ЕТ

Eca> + ET(l-o») •

(28)

(22)

■ (23)

При этом выражения для нахождения приведенного модуля деформации:

Епр = Ею + Ег(1 - ш). (29)

Полученное выражение для определения приведенного модуля армированного массива позволяет подобрать оптимальное значение для восприятия внешней нагрузки, варьируя шаг щебеночных свай.

(24)

где ик — заданное перемещение.

Величина расширения скважины определяется исходя из тех деформационных характеристик насыпного грунта, которые необходимо получить для безопасного эксплуатирования здания.

Рис. 6. Схема расширения диаметра скважины при изготовлении щебеночной сваи

Fig. 6. Diagram of the expansion of the borehole diameter in the manufacture of crushed stone piles

< П

i H

kK

G Г

S 2

o n

l S y i

J CD I

n

s 3 o

=s (

oi n

E СЯ § 2

n g

s

Г œ tt (

SS )

!!

! о

о в ■ j

s □

W у с о

<D Ж 9090

M M

о о 10 10

сч N о о сч N

сп ел

к <и и з

> (Л С И 2

U «в

<ö щ

¡1

ф Ф

о ё

о

о о

со <

cd S:

Si §

ОТ "

от Е

Е о

CL° ^ с Ю о

S «

о Е

СП ^ т- ^

от от

£ w

iE 3s

О tn

Slz SZ ж Slz sz ж S7

а + а = const

r t

EV V1

EV V2

E

«z

•4v

2a

S(r) = const

E2 >> E

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

///////////////////////////

+_2b_^

Рис. 7. Расчетная схема щебеночной сваи с окружающим грунтом и ростверком по схеме «свая - стойка» Fig. 7. Design scheme of a crushed stone pile with surrounding soil and grillage according to the "rack - pile" scheme

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

В результате решений были получены зависимости осадки свайно-плитного фундамента от нагрузки

при расчете по формуле (21) и в программном комплексе PLAXIS 3D. Сравнительная оценка результатов решений, полученных аналитическим и численным методами, показала хорошую сходимость (рис. 4). Определены закономерности распределения общей нагрузки на свайно-плитный фундамент между свайным полем и ростверком в межсвайном пространстве. Дано расчетно-теоретическое обоснование технологии уплотнения насыпных грунтов щебеночными сваями. Рассмотрено решение взаимодействия сжимаемой щебеночной сваи с окружающим насыпным грунтом и ростверком.

Полученные решения позволяют подобрать оптимальное соотношение длины сваи и ее диаметра для наиболее эффективного использования несущей способности грунтов под пятой сваи.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ И ОБСУЖДЕНИЕ

При взаимодействии свайно-плитного фундамента с окружающим и подстилающим грунтами возникает сложное НДС, при котором происходит общая нагрузка на фундамент между свайным полем и ростверком в межсвайном пространстве. Полученные зависимости перераспределения внешней нагрузки на свайно-плитный фундамент между сваей и ростверком дают возможность оптимально подобрать шаг свай, при котором происходит наиболее эффективное включение в работу и сваи, и ростверка. Данное решение позволяет находить не только осадку фундамента, но и напряжения на различных участках ствола сваи и под плитой ростверка.

ЛИТЕРАТУРА

1. Абелев М.Ю., Абелев К.М. Геотехнические исследования площадок строительства, сложенных слабыми водонасыщенными глинистыми грунтами // Геотехника. 2010. № 6. С. 30-33.

2. Ибрагимов М.Н., Семкин В.В. Закрепление грунтов инъекцией цементных растворов. М. : Изд-во АСВ, 2012. 254 с.

3. Бройд И.И. Струйная геотехнология: учебное пособие. М. : Ассоц. строит. вузов, 2004. 440 с.

4. Малинин А.Г. Струйная цементация грунтов. М. : Стройиздат, 2010. 165 с.

5. Garassimo A. Design Procedures for Jet-Grouting // Seminar onjet grouting. Singapore, 1997.

6. Yahiro T., Yoshida H., Nishi K. The development and application of Japanese grouting system // Water Power and Dam Construction. 1975. Issue 2.

7. Караулов А.М. Практический метод расчета вертикально армированного основания ленточных и отдельно стоящих фундаментов транспортных сооружений // Вестник ТГАСУ. 2012. № 2 (35). С. 183-190.

8. Кравцов В.Н., Якуненко С.А., Лапатин П.В. Исследование вертикально армированных основа-

ний плитных фундаментов грунтобетонными микросваями и апробация их результатов в производственных условиях // Вестник Полоцкого государственного университета. Серия F. Строительство. Прикладные науки. 2015. С. 40-47.

9. Нуждин М.Л. Экспериментальные исследования усиления грунтового основания свайных фундаментов армированием жесткими включениями // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Строительство и архитектура. 2019. Т. 10. № 3. С. 5-15. DOI: 10.15593/2224-9826/2019.3.01

10. Мирсаяпов И.Т., Шарафутдинов Р.А. Расчетная модель несущей способности и осадок грунтового основания, армированного вертикальными и горизонтальными элементами // Известия Казанского государственного архитектурно-строительного университета. 2016. № 3 (37). С. 179-187.

11. Тер-Мартиросян А.З., Ле Дык Ань, Ману-кян А.В. Влияние разжижения грунтов на расчетную несущую способность сваи // Вестник МГСУ. 2020. Т. 15. № 5. С. 655-664. DOI: 10.22227/19970935.2020.5.655-664.

г

12. Бартоломей А.А., Омельчак И.М., Юшков Б.С. Прогноз осадок свайных фундаментов. М. : Стройиздат, 1994. 380 с.

13. Готман Н.З., Сафиуллин М.Н. Расчет и проектирование усиления плитного фундамента грун-тоцементными сваями // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Строительство и архитектура. 2017. Т. 8. № 4. С. 64-73. DOI: 10.15593/2224-9826/2017.4.07

14. Дорошкевич Н.М., Знаменский В.В., Куди-нов В.И. Инженерные методы расчета свайных фундаментов при различных схемах их нагружения // Вестник МГСУ. 2006. № 1. С. 119-132.

15. Уткин В.С. Расчет надежности висячих свай по критерию несущей способности грунта основания фундамента // Строительство: наука и образование. 2018. № 4 (30). С. 1. DOI: 10.22227/23055502.2018.4.1

16. Wei Dong Guo. Theory and Practice of Pile Foundations. CRC Press, 2019. 576 p.

17. Prakash S., Sharma H.D. Pile foundation in engineering practice. John Wiley and Sons, Inc, 1991. 768 p.

18. Viggiani C., Mandolini A., Russo G. Piles and Pile Foundations. CRC Press, 2012. 296 p.

19. Madabhushi G., Knappett J., Haigh S. Design of Pile Foundations in Liquefiable Soils. CRC Press, 2009. 232 p. DOI: 10.1142/P628

20. Тер-Мартиросян З.Г., Нгуен Занг Нам. Взаимодействие свай большой длины с неоднородным массивом с учетом нелинейных и реологических свойств грунтов // Вестник МГСУ. 2008. № 2. С. 3-14.

21. Тер-Мартиросян З.Г., Акулецкий А.С. Взаимодействие сваи большой длины с окружающим многослойным и подстилающим грунтами // Вестник МГСУ. 2021. Т. 16. № 2. С. 168-175. DOI: 10.22227/1997-0935.2021.2.168-175

22. Тер-Мартиросян З.Г., Тер-Мартиросян А.З. Механика грунтов. М. : Изд-во АСВ, 2020. 952 с.

Поступила в редакцию 10 сентября 2021 г. Принята в доработанном виде 24 сентября 2021 г. Одобрена для публикации 24 сентября 2021 г.

Об авторах: Завен Григорьевич Тер-Мартиросян — доктор технических наук, профессор, профессор кафедры механики грунтов и геотехники; Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет (НИУ МГСУ); 129337, г. Москва, Ярославское шоссе, д. 26; SPIN-код: 9613-8764, ORCID: 0000-0001-9159-6759, Scopus: 35621133900, ResearcherlD: Q-8635-2017; ter-martyrosyanzg@mgsu.ru;

Армен Завенович Тер-Мартиросян — доктор технических наук, исполняющий обязанности директора Института строительства и архитектуры, руководитель научно-образовательного центра «Геотехника»; Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет (НИУ МГСУ); 129337, г. Москва, Ярославское шоссе, д. 26; ORCID: 0000-0001-8787-826X; РИНЦ ID 496327; gic-mgsu@mail.ru;

Александр Сергеевич Акулецкий — аспирант кафедры механики грунтов и геотехники; Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет (НИУ МГСУ); 129337, г. Москва, Ярославское шоссе, д. 26; ORCID: 0000-0001-5752-1120, РИНЦ ID: 981728; akula.92@inbox.ru.

REFERENCES

< п i H

kK

G Г

S 2

0 С/з § С/3

1 D

y 1

J со

u-

^ I

n °

cd 3 o

=s (

oi

о §

1. Abelev M. Y., Abelev K.M. Geotechnical studies of construction sites on soft water-saturated clay soils. Geotechnics. 2010; 6:30-33. (rus.).

2. Ibragimov M.N., Semkin V.V. Consolidation of soils by injection of cement mortars. Moscow, Publishing house ASV, 2012; 254. (rus.).

3. Broyd I.I. Jet geotechnology. Moscow, Publishing house of Assots. builds. universities, 2004; 440. (rus.).

4. Malinin A.G. Jet grouting of soils. Moscow, Stroyizdat, 2010; 165. (rus.).

5. Garassimo A. Design Procedures for Jet-Grouting. Seminar onjet grouting. Singapore, 1997.

6. Yahiro T., Yoshida H., Nishi K. The development and application of Japanese grouting system. Water Power and Dam Construction. 1975; 2.

7. Karaulov A.M. Practical method for calculation of vertical reinforced beds of strip foundations

of isolated transport facilities. Vestnik of TSUAB. 2012; 2(35):183-190. (rus.).

8. Kravtsov V., Jakunenko S., Lapatsin P. Research of vertical reinforced by soil-concrete micro-piles slab foundations' ground bases and testing results in indastrial practice. Herald of Polotsk State University. Series F. Civil Engineering. Applied Sciences. 2015; 4047. (rus.).

9. Nuzhdin M.L. Experimental studies of pile foundation ground base reinforced with hard inclusions. Bulletin of PNRPU. Construction and Architecture. 2019; 10(3):5-15. DOI: 10.15593/2224-9826/2019.3.01 (rus.).

10. Mirsayapov I.T., Sharafutdinov R.A. The computational model of bearing capacity and foundation of soil sediment, reinforced by vertical and horizontal elements. News of the Kazan State University of Architecture and Engineering. 2017; 3(37):153-158. (rus.).

11. Ter-Martirosyan A.Z., Le Duc Anh, Manuky-an A.V. Influence of soil liquefaction on the design bearing

E w § 2

n g

D 66

r 6 t ( an

CD )

i!

! о о» в

■ T

s У

с о !!

M 2 О О 10 10

■s

capacity of a single pile. Vestnik MGSU [Monthly Journal on Construction and Architecture]. 2020; 15(5):655-664. DOI: 10.22227/1997-0935.2020.5.655-664 (rus.).

12. Bartolomey A.A., Omel'chak I.M., Yush-kov B.S. Pile foundation settlement forecast. Moscow, Stroyizdat, 1994; 380. (rus.).

13. Gotman N.Z., Safiullin M.N Calculation and design of reinforcing slab foundations with soil-cement piles. Bulletin of PNRPU. Construction and Architecture. 2017; 8(4):64-73. DOI: 10.15593/22249826/2017.4.07 (rus.).

14. Doroshkevich N.M., Znamensky V.V., Kudi-nov V.I. Engineering methods for calculating pile foundations for various loading schemes. Vestnik MGSU [Proceedings of Moscow State University of Civil Engineering]. 2006; 1:119-132. (rus.).

15. Utkin V.S. Friction pile reliability analysis with respect to the foundation soil bearing capacity. Construction: Science and Education. 2018; 4(30):1. DOI: 10.22227/2305-5502.2018.4.1 (rus.).

16. Wei Dong Guo. Theory and Practice of Pile Foundations. CRC Press, 2019; 576.

17. Prakash S., Sharma H.D. Pile foundation in engineering practice. John Wiley and Sons, Inc, 1991. 768 p.

18. Viggiani C., Mandolini A., Russo G. Piles and Pile Foundations. CRC Press, 2012; 296.

19. Madabhushi G., Knappett J., Haigh S. Design of Pile Foundations in Liquefiable Soils. CRC Press, 2009; 232. DOI: 10.1142/P628

20. Ter-Martirosyan Z.G., Nguyen Giang Nam. Interaction of long piles with a heterogeneous massif taking into account the nonlinear and rheological properties of soils. Vestnik MGSU [Proceedings of Moscow State University of Civil Engineering]. 2008; 2:3-14. (rus.).

21. Ter-Martirosyan Z.G., Akuletskii A.S. Interaction between a long pile and multi-layer underlying soils. Vestnik MGSU [Monthly Journal on Construction and Architecture]. 2021; 16(2):168-175. DOI: 10.22227/1997-0935.2021.2.168175 (rus.).

22. Ter-Martirosyan Z.G., Ter-Martirosyan A.Z. Soil Mechanics. Moscow, ASV Publ., 2020; 952. (rus.).

N N

o o

tv N

en en * <u

u 3 > in E M

to <0

<0 0

¡1

<D <1J

O g

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

o

Received September 10, 2021.

Adopted in revised form on September 24, 2021.

Approved for publication on September 24, 2021.

Bionotes: Zaven G. Ter-Martirosyan — Doctor of Technical Sciences, Professor, Professor of the Department of Soil Mechanics and Geotechnics; Moscow State University of Civil Engineering (National Research University) (MGSU); 26 Yaroslavskoe shosse, Moscow, 129337, Russian Federation; SPIN-code: 9613-8764, ORCID: 0000-00019159-6759, Scopus: 35621133900, ResearcherID: Q-8635-2017; ter-martyrosyanzg@mgsu.ru;

Armen Z. Ter-Martirosyan — Doctor of Technical Sciences, Professor, Acting Director of the Institute of Construction and Architecture, Head of Research and Educational Center "Geotechnics"; Moscow State University of Civil Engineering (National Research University) (MGSU); 26 Yaroslavskoe shosse, Moscow, 129337, Russian Federation; SPIN-code: 9467-5034, ORCID: 0000-0001-8787-826X, ResearcherID: Q-8635-2017; gic-mgsu@mail.ru;

Aleksandr S. Akuleckij — postgraduate student of the Department of Soil Mechanics and Geotechnics; Moscow State University of Civil Engineering (National Research University) (MGSU); 26 Yaroslavskoe shosse, Moscow, 129337, Russian Federation; ORCID: 0000-0001-5752-1120, ID RISC: 981728; akula.92@inbox.ru.

o o CO <

8 « ™ §

co "

co E

E o

CL ° c

LT> O

s «

o E

CD ^

T- ^

co CO

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.