ИННОВАЦИИ БИЗНЕСУ

Результат выполнения научно-исследовательской работы.

Свайные фундаменты, устраиваемые на многолетнемерзлых грунтах по принципуII, с допущением оттаивания мерзлых грунтах в процессе эксплуата­ции здания, подвергаются воздействию сил негативного трения, развивающихся при осадке оттаивающего грунта, окружающего сваи. При большой длине свай и мощной толще оттаивающих грунтов силы негативного трения могут достигать высоких значений, способных преодолеть сопротивление грунтов под острием свай и вызвать дополнительную осадку свайных фундаментов.

Чаще всего это происходит при опирании острия свай на ослабленный грунт, структура которого была нарушена в процессе производства свайных работ и многолетнемерзлый грунт ненарушенной структуры, имеющий невысокую прочность в момент оттаивания.

На практике, свайные фундаменты, испытывающие неравномерную осадку в оттаивающих грунтах, часто усиливаются монолитной железобетонной лентой, устраиваемой с целью снятия со свай части внешней нагрузки, и повышения жесткости фундаментно-цокольной части здания, для уменьшения неравномерности его осадок.

Рассмотрим работу однорядного ленточного свайного фундамента с высоким ростверком, усиленного монолитной железобетонной лентой. Исходные данные следующие: глубина погружения свай - от 15 до 19 м, размеры поперечного сечения - 0.35ґ0.35 см, сваи сборные, составные по длине;

из-за несоответствия технологии свайных работ сложным мерзлотно-грунтовым условиям площадки, многие сваи оказались опертыми на грунт нарушенной структуры (обрушившийся на забой лидерной скважины с ее стенок), не обладающий достаточной для восприятия сил негативного трения несущей способностью;

в результате выполнения работ по усилению здания, свайный фундамент с высоким ростверком сечением 0.6ґ0.5 м был трансформирован в фундамент с низким ростверком сечением 1.4ґ1.2 м.

Вследствие этого изменился характер взаимодействия свайного фундамента с оттаивающими и оттаявшими грунтами основания, заключающийся в том, что нагрузка на основание стала передаваться не только сваей, но и подошвой низкого ростверка.

Можно условно выделить три стадии взаимодействия усиленного свайного фундамента с оттаивающим основанием. Согласно расчетной схеме к свайному фундаменту кроме внешней нагрузкиNприложена дополнительная нагрузкаF _n, вызванная развитием сил негативного тренияf _nпо боковой поверхности свай. Появление и развитие сил негативного трения обусловлено передачей (за счет трения) толщей оттаивающего грунта (в которой происходят процессы уплотнения и осадки) на ствол свай части своего веса.

Под действием внешней нагрузкиNи сил негативного тренияf _nпроисходит вдавливание свай в подсвайный грунт, при этом одновременно (учитывая жесткое сопряжение между собой сваи, ростверка и монолитной железобетонной ленты) происходит осадка монолитной ленты. В процессе осадки околосвайного грунта происходит депланация (искривление) его слоев. Это связано с тем, что в непосредственной близости от ствола сваи величина осадки грунта значительно меньше осадки грунта расположенного на большем расстоянии от сваи. В данном случае грунт, примыкающий к стволу сваи, как бы «виснет» на свае, горизонтальные слои грунта искривляются. Выпуклая часть слоев обращена вниз.

На первой стадии взаимодействия элементов системы «основание-фундамент» вся нагрузка, приложенная к фундаменту, передается на основание торцом сваи. При этом следует учесть, что фактическая глубина погружения свай отличалась от проектной на величину от 0.5 до 4.0 м и более. Кроме того, отмечено обрушение грунта со стенок скважин в пределах значительной глубины лидерного бурения из-за отсутствия креплений стенок скважин обсадными трубами. Забивка составных по длине свай, масса которых составляла около 6.0 т, выполнялась трубчатым дизель-молотом, масса падающей части которого была недостаточной, и составляла всего лишь 2.5 т.

Поэтому уместно предполагать о существовании нескольких вариантов фактического опирания острия свай, погруженных на разную глубину, а именно:

1) на разрыхленный шнеком и неизвлеченный на поверхность грунт, подстилаемый немерзлым грунтом;

2) то же, подстилаемый многолетнемерзлым грунтом:

а) слоисто-сетчатой текстуры; б) массивной текстуры;

3) на грунт нарушенной структуры, обрушившийся на забой со стенок лидерной скважины, подстилаемый немерзлым грунтом;

5) на многолетнемерзлый грунт ненарушенного сложения:

а) слоисто-сетчатой текстуры; б) массивной текстуры;

6) на немерзлый грунт ненарушенного сложения.

При опирании торца свай на грунт с низкой несущей способностью, а это практически пять первых вариантов опирания свай, на первой стадии будет наблюдаться значительное вдавливание острия свай в этот грунт.

По мере вдавливания сваи будет происходить включение в работу (по передаче нагрузки на грунт) монолитной ленты. В данном случае наступает вторая стадия взаимодействия элементов системы «основание-фундамент», при которой происходит частичное перераспределение нагрузки, передаваемой на грунт фундаментом, от торца сваи, к подошве монолитной ленты.

При вступлении в работу монолитной ленты процесс вдавливания острия свай в подсвайный грунт будет ослабевать, особенно это заметно в случае опирания острия свай на ослабленный грунт нарушенного сложения, находящийся в состоянии предельного равновесия. В конечном итоге процесс осадки фундамента в целом существенно замедлится.

В определенные моменты, когда суммарная нагрузкаN_сум(N_сум=N+F _n) превышает предельную величину несущей способности основания происходит проскальзывание (микросрыв) сваи относительно окружающего ее грунта, при этом силы негативного трения падают до нуля, и развиваются противоположно направленные силы положительного трения. В результате этого процесс осадки сваи относительно окружающего грунта затухает.

При продолжении уплотнения и осадки оттаявшего грунта в околосвайном пространстве силы негативного трения развиваются вновь, и при определенном их суммарном значении микросрыв сваи повторяется, с последующим прекращением ее осадки. Эти процессы, имеющие циклический характер, повторяются до тех пор, пока не возрастет до определенного уровня сопротивление грунта под острием сваи, и не снизятся максимумы суммарных сил негативного трения.

Третья стадия взаимодействия элементов системы «основание-фундамент» характеризуется прекращением процессов уплотнения и осадки оттаявшего грунта в околосвайном пространстве, замещением сил негативного трения силами положительного трения. На данной стадии развивается сопротивление грунта и под острием свай, и по ее боковой поверхности, и под подошвой монолитной железобетонной ленты.

Использование полученных результатов будет способствовать совершен­ствованию проектных решений свайных фундаментов.