ИННОВАЦИИ БИЗНЕСУ

Исследования сил негативного трения проводились в грунтовом лотке размером в плане 520 х 600 мм, высотой 1310 мм. Принципиальная схема установки представлена 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 забивались модели свай. В опытах использовались дюралюминиевые модели свай круглого поперечного сечения диаметром 12 мм, длиной 940 мм.

Голова моделей свай крепилась к ростверку, а последний - к динамометру с последующим приложением к нему усилия начального натяжения, равного собственному весу моделей свай, ростверка и крепежных приспособлений. Для наблюдений за перемещениями грунта в лоток закладывались 4 грунтовых марки и одна поверхностная марка (рис. 2 и 3), осадка которых фиксировалась индикаторами часового типа марки ИЧ-50, с точностью измерений 0.01 мм.

После снятия начальных (нулевых) отсчетов открывался выпускной клапан и вода постепенно выпускалась из камеры. Скорость фильтрации воды контролировалась. По мере выхода воды из камеры, ее объем уменьшался, верхний свод камеры постепенно опускался вместе с плитой. Вследствие этого грунт в лотке постепенно оседал, и часть своего веса передавал на модели кустов свай, подвешенные на динамометрах растяжения. Таким образом, на поверхности моделей свай развивались силы негативного трения.

Измерение величины этих сил (их суммарного значения) выполнялось с помощью динамометра. Эксперименты проводились с моделями куста из 2-х свай. Шаг свай с составлял 3.33d. Результаты эксперимента представлены в табл. 1.

Таблица 1

Результаты исследований сил негативного трения,

действующих на кусты из двух свай

Согласно таблице 1 проведено четыре опыта с кустами из двух свай. Макси­мальные значения удельных сил негативного трения в этих опытах изменялись от 7.388 до 15.26 кПа. В опытах № 1 - № 2 испытываемые кусты располагались на рас­стоянии 7.08dот ближайшего ряда ранее забитых моделей свай. Опыт №1 являлся первоначальным, а опыт № 2 проводился повторно, после добивки свай в грунт на 40 мм, после первоначального опыта. В первоначальном опыте максимальные зна­чения удельных сил негативного тренияf _n,maxсоставляли 8.055 - 8.92 кПа, в по­вторном - значенияf _n,maxбыли на 8.3 - 12.4 % меньше, чем в первоначальном опыте и составили 7.38 - 7.81 кПа.

В опытах №№ 3 и 4 испытываемые кусты располагались на расстоянии 3.33dот ближайшего ряда ранее забитых моделей свай, т.е. в 2.1 раза ближе, чем в двух предыдущих опытах. Следует также отметить, что с обеих сторон длинной стороны куста ранее были забиты такие же модели свай, что способствовало еще большему уплотнению грунта в околосвайной зоне. В результате этого максимальные значе­ния удельных сил негативного тренияf _n,maxпревысили в 1.6 - 1.8 раза, значения, полученные в опытах № 1 и № 2 и составляли 12.49 - 15.26 кПа. В повторном опыте (№ 3) значенияf _n,maxбыли на 11.8 - 18.2 % меньше, чем в первоначальном (№ 4).

По результатам опытов построены совмещенные графики изменения во вре­мени сил негативного трения и осадки околосвайного грунта (рис. 4 - рис. 7). Рас­смотрим кривые графика, построенные по данным опыта № 1 (рис. 4). Графики сви­детельствуют о неравномерном характере роста сил негативного трения. На кривых графиковf _n=f(t)(рис. 4) отмечены участки пяти типов:

а - быстрого роста сил негативного трения;

б - замедленного роста сил негативного трения;

в - постоянных значений сил негативного трения;

г - замедленного снижения сил негативного трения;

д - резкого спада сил негативного трения.

Проведем анализ совмещенных графиков зависимостиf _n=f(t)иs=f(t). Быст­рый рост сил негативного тренияf _n(участок а) чаще всего происходит в условиях значительного роста осадкиsоколосвайного грунта. Замедленный рост сил нега­тивного тренияf _n(участок б) наблюдается как при замедлении темпов роста осадкиsоколосвайного грунта, так и в условиях продолжающейся с высокой скоростью осадкойsгрунта.

Практически постоянные значения сил негативного трения f _n (участок в) выяв­лены в период интенсивной осадкиsоколосвайного грунта. Медленное снижение сил негативного трения f _n (участок г) отмечено в условиях продолжающейся с высо­кой скоростью осадкойsгрунта.

Резкий спад сил негативного трения f _n (участок д) происходит при прекращении осадки околосвайного грунта и незначительном перемещении грунта вверх относи­тельно сваи.

Суммарная осадка грунта внутри куста свай при проведении опытов составляла от 30.2 до 54.22 мм. Осадка грунта, расположенного за пределами куста свай 9.5 - 22.9 % превышала осадку грунта расположенного внутри куста и изменялась в пре­делах от 37.11 до 59.39 мм. Продолжительность опытов составляла от 103.5 до 355.0 час

На рис. 8 представлены графики зависимости сил негативного трения от осадки

околосвайного грунта (f _n=f(s)), полученные по данным опыта № 1. Также как и на графиках зависимостиf _n=f(t)кривыеf _n=f(s)имеют идентичные участки пяти ти­пов. Для большей наглядности на рис. 12 представлен увеличенный фрагмент гра­фика зависимостиf _n=f(s), характеризующий изменение сил негативного трения.

По результатам опытов № 2 - № 4 также построены графики зависимостиf _n=f(t)иf _n=f(s)(рис. 5 - 7; рис. 9 - 11). Кроме того, на рис. 13 представлен фрагмент графика зависимостиf _n=f(s), характеризующий изменение сил негативного трения на заключительной стадии опыта № 3. Фрагмент графика охватывает интервал пе­ремещения грунта от 41.0 до 47.72 мм.

График зависимостиf _n=f(s)(рис. 13) имеет пилообразный вид, за счет того, что на одних участках происходит резкий подъем значений сил негативного тренияf _n, а на других, смежных с ними, наоборот, происходит их резкий спад. Такое коле­бание сил негативного трения связано с периодическим проскальзыванием грунта относительно куста свай, сменяющимся расклиниванием грунта, вследствие его объемных деформаций при сдвиге (дилатансия). В первом случае нормальное дав­ление на ствол сваи уменьшается, во втором, наоборот, увеличивается, что влечет за собой пропорциональное изменение сил негативного трения.

При перемещении грунта вниз относительно куста свай развиваются силы тре­ния скольжения, сменяющиеся на некоторых локальных участках силами трения ка­чения. Соотношение этих сил зависит от размеров и степени окатанности песчаных частиц.

Иллюстрация

Рис. 1. Схема установки для исследования сил негативного трения,

действующих на модель куста свай

Рис. 2. Схема грунтового лотка с моделями куста

из двух свай в плане (опыты № 1 и 2)

Рис. 3. Схема грунтового лотка с моделями куста

из двух свай в плане (опыты № 3 и 4)

Рис. 4. Изменение во времени сил негативного трения

и осадки околосвайного грунта. Опыт № 1

Рис. 5. Изменение во времени сил негативного трения

и осадки околосвайного грунта. Опыт № 2

Рис.6. Изменение во времени сил негативного трения

и осадки околосвайного грунта. Опыт № 3

Рис. 7. Изменение во времени сил негативного трения

и осадки околосвайного грунта. Опыт № 4

Рис. 8. Зависимость сил негативного трения от осадки

околосвайного грунта (опыт № 1)

Рис. 9. Зависимость сил негативного трения от осадки

околосвайного грунта (опыт № 2)

Рис. 10. Зависимость сил негативного трения от осадки

околосвайного грунта (опыт № 3)

Рис. 11. Зависимость сил негативного трения от осадки

околосвайного грунта (опыт № 4)

Рис. 12. Фрагмент кривых графика зависимости сил негативного трения

от осадки околосвайного грунта (опыт № 1)

Рис. 13. Фрагмент кривых графика зависимости сил негативного трения

от осадки околосвайного грунта (опыт № 3)