УДК 624.15 Аспірант Д.А. Карпенко НДІБК

СТАТИЧНЕ ВИПРОБУВАННЯ ПАЛЬ З РОЗШИРЕННЯМ В ЛЕСОВИХ ГРУНТАХ, ЩО НЕ ПРОСІДАЮТЬ

ВІД ВЛАСНОЇ ВАГИ

Подані результати натурних досліджень взаємодії буронабивної палі з розширенням в лесових ґрунтах, які не просідають від власної ваги при замочуванні. Визначення несучої здатності буронабивної палі окремо по бічній поверхні та для розширення за даними статичних випробувань. Особливості роботи таких паль в лесових ґрунтах.

The article represents the results of full-scale investigation concerning the interaction of the bored belled piles in loessial soils that subside no under the dead weight in artificial saturation of soil. The bored pile capacity along the pile shaft and belly capacity are individually determined based on the static test data. Features of work of such piles are in loessial soils.

На сьогоднішній час пальові фундаменти знайшли широке

застосування у промисловому та цивільному будівництві. У багатьох

містах України при будівництві житлових будинків використовують саме

цей вид фундаментів. Їх застосування особливо доцільно при складній

інженерно-геологічній будові основи в умовах щільної міської забудови.

Технологія виготовлення буронабивних паль дозволяє звести до мінімуму

вплив вібраційних дій і є цілком безпечною для навколишніх будівель.

Підвищення несучої здатності паль забезпечується за допомогою

створення розширення паль. Це, в більшості випадків, дає можливість

підвищити їх несучу здатність в 1,5....2,5 рази при незначному збільшенні

витрат праці і використаних матеріалів.

В Україні будівництво на лесових ґрунтах в більшості випадків

ведеться на пальових фундаментах. Це пов’язано з суттєвим збільшенням

ваги будівель і споруд у новому будівництві, необхідністю проведення

реконструкції та обмеженням ділянок забудови. Незважаючи на це, стан

проектування таких будівель при влаштуванні буронабивних паль з

розширенням на просідаючих ґрунтах до цього часу багато в чому є

невизначеним. Але удосконалення пальових фундаментів, зниження їх

собівартості можливе лише на основі більш повного і точного дослідження

несучої здатності паль, роботи ґрунтового масиву в цілому.

Найбільш достовірні дані по несучій здатності буронабивних паль

можна отримати тільки при їх випробуванні статичним стискуючим

навантаженням. З цією метою був виконаний аналіз випробування паль

статичним стискуючим навантаженням на одному із майданчиків м.

Запоріжжя, проведеним Запорізьким відділенням НДІБК Мінрегіонбуду

України за участю автора.

Дослідні дві палі були виготовлені “сухим” способом за допомогою

установки СО-2 і шнекової колони діаметром 500мм.

При випробуванні дослідних паль статичними осьовими стискуючими

навантаженнями, для сприйняття висмикуючих (реактивних) зусиль від дії

домкрату на палю, були використані анкерні гвинтові палі. Ці палі

складалися із забірника діаметром 550мм і подовжувачів діаметром 89мм,

які з’єднанні між собою шляхом спеціальних пальців. Закручування

анкерних гвинтових паль виконувалося буровою установкою ”АЗА-3” на

базі автомобіля ”ЗИЛ-131”.

Навантаження на палі передавалось за допомогою 2-х гідравлічних

домкратів ДГО-200. Загальний вигляд установки для випробування палі

приведено на рис. 1.

Рис. 1 - Загальний вид установленого випробувального стенду

З метою наближення роботи дослідних паль до роботи в натурних

умовах, було передбачено водонасичення навколо їх стовбура всієї лесової

товщі до Sr >0,8 [4].

Замочування просідаючої товщі ґрунту проводилось після

виготовлення паль до початку і в процесі їх випробувань. Для прискорення

замочування ґрунту подача води відбувалася через чотири дренажні

свердловини Ø350мм, які об’єднані у верхній частині приямком глибиною

0,8м. Дренажні свердловини і приямок засипалися щебенем розміром

24…40мм.

Для контролю зміни вологості ґрунту в процесі замочування

влаштовувалась спостережувальна свердловина. В період замочування

ґрунту і в процесі всього випробування паль в приямку підтримувався

постійний рівень води. Кількість води, яка заливалась в приямок і

свердловини, визначалась за допомогою водоміру. Вологість ґрунту

додатково контролювалась як в процесі замочування, так і після

випробування паль відбором проб із свердловин, які бурилися на 2м нижче

підошви п’яти палі на відстані 1м від дослідної палі.

Осідання (переміщення) паль при їхньому навантаженні

вимірювались за допомогою прогиномірів типу 6ПАО, що

встановлювались симетрично відносно дослідної палі на реперні пристрої

(з точністю 0,01мм).

В геологічному відношенні майданчик складений лесовими

суглинками (ІГЕ-2) і глинами (ІГЕ-3), залягаючими на алювіальних глинах

(ІГЕ-4) і пісках (ІГЕ-5).

Лесові суглинки просідають при додаткових навантаженнях,

потужність просідаючої товщі без врахування насипних ґрунтів складає до

4.5м, обмежується шаром непросідаючих ґрунтів і встановленим рівнем

підземних вод техногенного горизонту. Під дією власної ваги лесові

ґрунти не просідають.

Підземні води були виявлені на глибині 4,2м і 11.0м від поверхні

землі.

Фізико-механічні характеристики ґрунтів наведені в таблиці 1. Таблиця 1 - Показники фізико - механічних властивостей ґрунтів дослідного

майданчика

Найменуваннягрунту

ІГЕ-1a

Показникипластичності,дол. од.

WL

Wp

Природна вологість,

Wдол.

од.

Коефіцієнт порис-

тості, е

дол

. од.

Коефіцієнт водона

-сичення

Sr, дол

. од.

Показниктекучості IL,дол. од.

природної

вологості

при водона

-сиченні

Питома вага

грунту

, кН

/м3

Модульдеформації

грунту Е, МПа Кутвнутріш-ньоготертя, град.

Пито-ме зчеп-лення,

кПа

природної

вологості

водонасиченого

23

29

54

3

18

12

14

38

15.3

19.4

15.7

-

17.0

20.9

16.8

30.2

16.58

17.47

19.33

18.44

17.54

-

0.50

0.06

0.02

-

-0.03

-0.05

-0.28

-

0.23

0.27

0.79

0.60

0.83

0.87

0.90

0.77

0.22

0.25

0.26

0.10

0.10

0.22

0.18

-

0.17

0.26

0.31

-

0.27

0.48

0.49

-

№ІГЕ

ІГЕ-2

ІГЕ-3

ІГЕ-4

ІГЕ-5

техногенні грунти

лесовий суглинок

глина напівтверда

алювіальна глинапісок дрібний,

середньої щільності

Початковий тиск

просідання

PкПа

130

-

Ip

------- - - - --

-

-

Дослідні палі довжиною l = 7.6м, Ø600мм з розширеною п’ятою

Ø1100мм спиралась на напівтверді глини ІГЕ-3. Положення паль на

геологічному розрізі наведено на рис.2.

Дані статичних випробувань натурних паль на стиск приведені на

графіку (рис. 3).

Величина граничного опору палі на стиск визначалась при

граничному осіданні Su=8см [1] та коефіцієнті переходу ξ=0,2 [2]. Несуча

здатність одиночної палі по ґрунту приймалась рівною Fd=Fu [2].

В результаті випробувань ґрунтів дослідними палями, несуча

здатність ґрунту і розрахункове-допустиме навантаження на одиночну

палю складає 583кН.

Експериментально встановлено, що просідаючі властивості лесових

ґрунтів виникають не відразу по всій товщі, а поступово по мірі

замочування просідаючої товщі і по глибині. Замочування зверху води в

грунт визиває зміну його фізико-механічних властивостей, які визначають

зусилля між палею і ґрунтом.

№2 №1

Техногенний грунт(насипні суглинки, грунтизворотної засипки)

Суглинок лесовий,жовто-бурий

Глина лесова,червоно-бура

Глина зеленовато-сіра,алювіальна

Пісок жовтий, дрібний,середньої щільності,алювіальний

Умовніпозначення

Літологічнівиди грунтів

Рис. 2 - Інженерно-геологічна модель просідаючої основи з

дослідними палями №1 і №2

Аналіз результатів дослідження показав, що замочування ґрунту навколо випробувальних паль для визначення їх несучої здатності з врахуванням зняття бічного тертя і зміни консистенції ґрунту під п’ятою палі необхідно виконувати на очікуваному розрахунковому навантаженні. В цьому випадку робота досліджувальної палі буде відповідати роботі паль в фундаменті будівлі в період експлуатації у випадку аварійного замочування. Завчасне замочування основи до навантаження характеризує роботу палі, яка відрізняється від фактичної і характеризується зменшеною несучою здатністю.

Якщо в першому випадку працює переважно бічна поверхня, то в другому випадку розширена частина п’яти включається в роботу при значному навантаженні. На графіках S=f(N) спостерігається полога сходинка, яка відповідає моменту закінчення формування ущільненого ядра під розширеною п’ятою палі.

Деформації шарів ґрунту, які прилягають до стовбуру над розширенням, при переміщенні палі не відбувається і робота стовбура палі вище рівня розширення не впливає на роботу розширення.

Проведена експериментальна робота підтверджує доцільність використання прискореної методики випробування паль з замочуванням через дренажні свердловини. Ця методика дозволяє виконувати випробування в широких масштабах і видавати результати проектним організаціям в необхідні реальні терміни.

Рис. 3 - Графіки залежності S=f(N) за результатами випробування одиночних паль на стиск (№1 і №2)

Згідно проведених досліджень, встановлено, що несуча здатність утвореного розширення в нижній частині палі складає в порівнянні з звичайною палею у 1,6 рази більше, що відповідає ґрунтовим умовам майданчика.

Буронабинвні палі з розширеною п’ятою при умові прорізання усієї просідаючої товщі відповідають сучасним вимогам фундаментобудування будівель і споруд на просідаючих ґрунтах і мають достатню несучу здатність, яка забезпечує передачу збільшених навантажень від будівель підвищеної поверховості.

Необхідно відмовитися від визначення розрахункового опору під нижнім кінцем і по бічній поверхні паль в залежності від показника консистенції ґрунту IL, який не характеризує для лесових ґрунтів його

фактичної міцності. Це потребує покращення методики попереднього розрахунку несучої здатності паль з розширенням в лесових ґрунтах.

Список використаних джерел

1. СНиП 2.02.01–83 Основания зданий и сооружений. – М.:

Стройиздат, 1985. – 40с.

2. СНиП 2.02.03–85 Свайные фундаменты (зі зміною №1 до СНиП

2.02.03-85 // Будівництво і стандартизація. – 2001. – № 4). – М.: Стройиздат,

1985. – 45с.

3. ДБН В.1.1-5-2000 Частина II. Будинки і споруди на просідаючих

ґрунтах // Державний комітет будівництва, архітектури та житлової

політики України. Київ, 2000. – 83с.

4. ДСТУ Б В.2.1-1-95 (ГОСТ 5686 – 94). Ґрунти. Методи польових

випробувань палями: введ. 01.04.96. – К.: Укрархбудінформ, 1996. – 57с.

5. Заключение о техническом состоянии строительных конструкций

объекта незавершенного строительства жилого дома №17 по ул. Чаривной

в г. Запорожье. ЗО НИИСК, г. Запорожье – 2006.

6. Научно-технический отчет. Том 1. Исследовать, разработать и

внедрить в практику строительства рациональные схемы, конструкции и

методы подготовки основания 9-этажных жилых домов на просадочных

грунтах и подрабатываемых территориях. ЗО НИИСК. г. Запорожье, 1974 –

73с.