ИННОВАЦИИ БИЗНЕСУ

Исследования сил негативного трения проводились в грунтовом лотке размером в плане 520 х 600 мм, высотой 1310 мм. Схема грунтового лотка в плане расположена на рис. 1. В состав установки входят: грунтовый лоток, упорная рама, к которой крепится динамометр. На дне лотка размещена резиновая камера, заполненная водой. Сверху на камеру укладывалась подвижная плита, затем лоток заполнялся песчаным грунтом (песок мелкий, желтого цвета, в воздушно-сухом состоянии, аллювиального происхождения). Укладка песка осуществлялась с послойным уплотнением. Затем в грунт забивалась модели свай. В опытах использовались дюралюминиевые модели свай круглого поперечного сечения диаметром 12 мм, длиной 940 мм.

Голова модели сваи крепилась к динамометру растяжения с последующим приложением к ней усилия начального натяжения, равного собственному весу модели свай и крепежных приспособлений. Для наблюдений за перемещениями грунта в лоток закладывались 4 грунтовых марки и одна поверхностная марка (рис. 1), осадка которых фиксировалась индикаторами часового типа марки ИЧ-50.

После снятия начальных (нулевых) отсчетов открывался выпускной клапан и вода постепенно выпускалась из камеры. Скорость истечения воды контролирова­лась. По мере выхода воды из камеры, ее объем уменьшался, верхний свод камеры постепенно опускался вместе с плитой. Вследствие этого постепенно оседал грунт в лотке и часть своего веса передавал на модель куста свай, подвешенную на динамометрах растяжения. Таким образом, на боковой поверхности моделей свай развивались силы негативного трения. Измерение величины этих сил (их суммарного значения) выполнялось с помощью динамометра. Эксперименты проводились с моделями кустов из 4 свай. Шаг свай с со­ставлял 3.33d, в одном из опытов (№ 4) шаг свай с был равен 10.83d.

Результаты экспериментов представлены в табл. 1.

Таблица 1. Результаты исследований сил негативного трения,

воздействующих на кусты из четырех свай

Согласно таблице 1 максимальные значения удельных сил негативного тренияf _nв этих опытах изменялись от 9.068 до 14.743 кПа.В опытах № 4 и № 5 рядом с испытываемым кустом свай располагались ранее забитые и испытанные модели свай. В опыте № 4 каждая свая куста с двух сторон граничила с ранее забитыми на расстоянии (3.33 - 3.75)dсваями, шаг опытных свай составлял 10.83d. В опыте № 5 испытываемый куст из четырех свай со всех сторон окружен ранее забитыми на расстоянии (3.33 - 3.75)dсваями.

В опыте № 1 максимальное удельное значение сил негативного тренияf _nсоставило 9.068 кПа, это самое низкое значение по сравнению с другими четырьмя опытами. С другой стороны осадка грунта в лотке в течение всего опыта составила всего 13.11 мм, что в 3 - 4 раза меньше чем в опытах № 2 - 5. Из этого можно сделать вывод о том, что для максимального развития сил негативного трения осадки грунта 13.11 мм явно недостаточно. В этом можно убедиться на примере опыта № 2, являющегося продолжением опыта № 1.

В опыте № 2 суммарная осадка грунта составила 40.62 мм, а максимальное удельное значение сил негативного тренияf _nдостигло 13.467 кПа, что в 1.485 раз превышает значениеf _n,полученное в опыте№ 1.

Опыт № 3 является повторением опыта № 2. Перед его проведением грунт в лотке и куст свай были приведены в исходное положение, т.е. был произведен подъем грунта на величину 82 мм, а куст свай был добит в грунт на эту же величину. При проведении опыта осадка суммарная осадка грунта составила 59.26 мм, а максимальное удельное значение сил негативного тренияf _nзафиксировано равным 10.923 кПа, что в 1.23 раз меньше значенияf _n, полученного в опыте № 2.

Одной из причин некоторого снижения сил негативного тренияf _nпри проведении опыта № 3 является нарушение (в процессе добивки куста свай) структурных связей между частицами грунта в околосвайной зоне, а также контактных связей между боковой поверхностью сваи и частицами песчаного грунта.

В опыте № 4 суммарная осадка грунта составила 50.095 мм, а максимальное удельное значение сил негативного тренияf _nравнялось 11.747 кПа.

При проведении опыта № 5 получено наибольшее значение сил негативного тренияf _n,которое составило14.743кПа, что в 1.09 - 1.63 раза превышаетзначенияf _n,полученные в опытах № 1 - № 4. Суммарная осадка грунта в опыте составила 49.802 мм.

Главной причиной развития больших по величине сил негативного трения является, то обстоятельство, что испытываемый куст был со всех сторон окружен ранее забитыми на расстоянии (3.33 - 3.75)dсваями. Благодаря этому грунт, окружающий опытные сваи, был в большей степени уплотнен, чем в предыдущих опытах. Вследствие этого нормальное давление на боковую поверхность свай, и соответственно, силы трения были существенно выше по сравнению с опытами № 1 - № 4.

По результатам опытов построены совмещенные графики изменения во времени сил негативного трения и осадки околосвайного грунта (рис. 2 - рис.6). Рассмотрим кривые графика опыта № 1 (рис. 2). Графики свидетельствуют о цикличном изменении сил негативного трения. На рис. 2 отмечено три цикла роста сил негативного трения с последующим их падением. В процессе осадки грунта отмечался постепенный рост сил негативного трения, при смене направления перемещения грунта на противоположное (подъем грунта), происходил резкий спад сил негативного трения. При возобновлении осадки грунта силы негативного трения вновь возрастали, и достигали примерно того же уровня, что в предыдущем цикле.

Следует отметить, что на кривых графиковf _n= f(t)отмечены также участки, на которых, не смотря на продолжающийся рост осадки грунта, силы негативного трения снижаются на 3 - 7 %. Причем уменьшениеf _nпроисходит как в виде резкого спада (рис. 4 - рис. 6), так и в виде постепенного, растянутого во времени снижения (рис. 4 и 5).

Анализ графиков зависимостиf _n= f(t)позволяет сделать вывод о том, что процессы развития сил негативного трения в песчаных грунтах достаточно сложны и требуют углубленного изучения для выявления факторов, определяющих развитие этих сил.

В число таких факторов входят вид грунта, расположенного в околосвайном пространстве, характеристики его физико-механических свойств, технология погружения свай, шероховатость их боковой поверхности, величина и скорость осадки грунта, степень проявления дилатантного распора грунта в околосвайной зоне, глубина расположения рассматриваемого слоя грунта, величина бокового пригруза (поверхностная нагрузка), вид заполнителя пазух между боковой поверхностью сваи и стенками лидерной скважины, другие факторы.

Иллюстрация

Рис. 1. Схема грунтового лотка с моделью куста

из четырех свай в плане

Рис. 2. Изменение во времени сил негативного трения

и осадки околосвайного грунта. Опыт № 1

Рис. 3. Изменение во времени сил негативного трения

и осадки околосвайного грунта. Опыт № 2

Рис. 4. Изменение во времени сил негативного трения

и осадки околосвайного грунта. Опыт № 3

Рис. 5. Изменение во времени сил негативного трения

и осадки околосвайного грунта. Опыт № 4

Рис. 6. Изменение во времени сил негативного трения

и осадки околосвайного грунта. Опыт № 5