О ПРОЕКТИРОВАНИИ СВАЙ В ПРОСАДОЧНЫХ ГРУНТАХ

Написал ЦОиМТС, 23 сентября 2013

При проектировании свай, прорезающих просадочные грунты и заглубленных в непросадочные суглинки и супеси, часто возникает ситуация, когда требуется применять сваи длиной 20...24 м и более [1]. При этом их несу­щая способность значительно меньше, чем по статическим испытаниям с замачиванием, нап­ример, как по результатам испытаний, прове­денных в 2011 г. на строительной площадке жи­лого дома № 5 в микрорайоне "Покровский" в Красноярске.

Площадка сложена до глубины 13 м просадочными суглинками твердой и полутвердой консистенций, причем до 6...7 м грунты проса­дочные повсеместно, а ниже - переслаивание просадочных и непросадочных слоев. Показа­тель текучести в водонасыщенном состоянии составляет для просадочных грунтов более единицы, для непросадочных суглинков 0,42...0,67 при коэффициенте водонасыщения 0,9. Тип грунтовых условий по просадочности II, рассчитанная просадка менее 10 см.

Ниже до глубины 35 м залегают твердые и полутвердые суглинки с линзами и прослоями твердых супесей с коэффициентом пористости 0,7...0,75 и коэффициентом водонасыщения 0,35...0,7. Грунты делювиального генезиса.

Подземные воды обнаружены на глубине 33,5 м, где суглинки имеют многочисленные ма­ломощные прослойки пылеватых песков.

В этих грунтовых условиях необходимо бы­ло применить забивные сваи длиной не менее 24 м с расчетной нагрузкой 450 кН. Однако пог­ружать такие сваи практически невозможно даже мощными молотами. Обычно свая легко проходит просадочную толщу мощностью 12...15 м, но после погружения в непросадочные суглинки, часто содержащие прослои и линзы песков, на 2...3 м резко уменьшается отказ, по­этому для погружения сваи на 22...24 м требу­ется более 1,5 тыс. ударов молота, что приводит к её разрушению. Бурение лидерных скважин на глубину просадочной толщи и даже предва­рительное заполнение их водой эффекта не да­ет. Приходится бурить лидерные скважины глубиной до 20 м, чтобы погрузить сваю до не­сущего слоя - песка или плотного суглинка.

На опытной площадке были испытаны две забивные сваи сечением 30X30 см, глубиной погружения 19,5 м (№ 1 и 2) и две буронабивные диаметром ствола 320 мм и уширением диамет­ром 600 мм такой же длины (№ 5 и 6). Сваи № 3 и 4 (их предполагалось изготовить набивными в пробитых скважинах) не были испытаны. За­бивные составные сваи погружены штанго­вым дизель-молотом СП-7 массой ударной час­ти 3,0 т и с лидерными скважинами глуби­ной 6,0 м; отказ в конце забивки составил 0,2 см/удар. Скважины для буронабивных свай выполнялись шнековым бурением, уширения - с помощью уширителя [2]. Стенки скважины закреплялись раствором жидкого стекла на всю глубину.

Сваи были испытаны в грунтах природной влажности. Затем после замачивания грунтов через траншеи шириной 0,5 м и глубиной 1,5 м вокруг свай и дренажные скважины глубиной 16,0 м были проведены повторные испытания. На каждую сваю было вылито 800 м³ воды, ко­эффициент водонасыщения грунтов после за­мачивания составил 0,92...0,96, показатель те­кучести просадочных грунтов - 1,4, непросадочных суглинков - 0,56...1,18 до глубины 20,7 м и 0,68 глубже.

Незагруженные сваи при замачивании оса­док не получили, что свидетельствует об отсут­ствии или небольшой отрицательной силе тре­ния. По-видимому, это связано с особенностью грунтов, просадки которых под собственным весом при замачивании были в 2,5...3 раза меньше, чем рассчитанные по данным лабора­торных испытаний [3]. Просадки грунтов вок­руг сваи не зафиксированы.

Результаты испытаний представлены на рис. 1. В грунтах природной влажности сваи не были испытаны до незатухающих деформаций из-за опасения их разрушения. Испытание сваи №1 в замоченных грунтах прекращено из- за её поломки.

Было установлено, что несущая способность свай в замоченных грунтах больше рассчитан­ной по нормам, составляющей 150...200 кН.

Такие же результаты были получены и на других площадках Красноярска (см. таблицу) [3]. Испытания свай проводились в соответствии с действовавшими в то время нормативами.

* - Испытания не завершены
Одной из причин расхождения между рас­считанной и фактической несущей способ­ностью свай в замоченных грунтах является неточное определение показателя текучести замоченного грунта I_Lsal, рассчитываемого по коэффициенту пористости и пределам плас­тичности. Во-первых, используется завышен­ный коэффициент пористости, который опре­деляется по образцам, разуплотненным и уве­личенным в объеме в результате снятия при­родного давления [4], что повышает на 40%. Во-вторых, пределы пластичности, особенно влажности на границе раскатывания W_p существенно занижаются попаданием в об­разцы суглинка песчаных частиц. Непросадочные глинистые грунты содержат прослои и линзы песков толщиной 2...4 см, в связи с чем попадание песчинок в образцы неизбежно. Для суглинков Красноярска W_p=0,12...0,17, а без линз песка W_p = 0,19...0,22. Искажение W_p уве­личивает I_Lsat до 0,6...0,9 и делает эти суглинки, залегающие до глубины 20...25 м, непригодны­ми в качестве оснований свай.

Причину занижения несущей способности в замоченных просадочных грунтах, в частнос­ти, для забивных свай, можно объяснить так­же тем, что значения R и f в нормах получены путем статистической обработки результатов испытаний свай, погруженных в пластичные глинистые грунты [5], а применяются для рас­чета свай, забитых в твердые грунты. Несущая способность последних будет гораздо выше, так как вокруг свай образуется уплотненная зона, а в пластичных - грунт в основном выпи­рается на поверхность. В этом можно убедить­ся, сравнив результаты статических испыта­ний забивных свай, погруженных в пластичные и твердые глинистые грунты, а затем за­моченные [3].

Следовательно, расчет несущей способнос­ти свай в просадочных грунтах, основанный на расчетном показателе текучести замочен­ного грунта, требует корректировки. В [6] ре­комендовалось рассчитывать несущую спо­собность свай в зависимости от коэффициен­та пористости, что, на наш взгляд, позволяет избежать сомнительных значений показателя текучести.

В Красноярске на основании статистической обработки результатов полевых испытаний свай получены расчетные сопротивлений R и f для забивных свай в твердых глинистых, в том числе просадочных, грунтах в зависимости от коэффициента пористости. Эти значения ис­пользованы при составлении региональных норм [7, 8], которые прошли 25-летнюю провер­ку практикой проектирования, строительства и эксплуатации зданий [3]. Деформаций зданий, построенных в 1970-е годы на сваях, прорезаю­щих просадочную толщу и заглубленных в непросадочные суглинки, не отмечается, за исключением девятиэтажных домов в Верхних Черемушках, где допущено отступление от проекта - вместо глубины 12... 16 м сваи были погружены на 8... 10 м и не прорезали всю про­садочную толщу.

Оценить несущую способность свай в замо­ченных глинистых грунтах можно с помощью коэффициентов. Такой подход практикуется давно в различных регионах страны, например, в Нижнем Новгороде [9]. Эти коэффициенты можно получить путем сравнения параллель­ных испытаний свай в грунтах природной влажности и замоченных. Для грунтов Красно­ярска отношение предельного сопротивления свай в замоченных грунтах F_u,sat к сопротивле­нию в грунтах природной влажности F_u приве­дено на рис. 2. Разброс значений объясняется различной пористостью грунтов, разной глуби­ной погружения свай в непроеадочные грунты и т.д. При полной прорезке просадочной толщи и глубине погружения свай более 7 м это соот­ношение не превышает 0,8, а неполной прорез­ке и длине свай более 9 м равно 0,7. Эти коэф­фициенты характерны для просадочных грун­тов Красноярского края; для других регионов они могут быть другими.

Расчетная нагрузка на сваи с учетом зама­чивания грунтов по предлагаемой методике должна подтверждаться расчетом по деформа­циям, учитывающим осадки, связанные с уменьшением модуля деформации грунтов при замачивании, пригрузкой сваи, силами отрица­тельного трения, а при неполной прорезке про­садочной толщи - дополнительные просадки грунта под нижними концами свай. Характер­но, что деформации зданий на сваях (напри­мер, в Верхних Черемушках) связаны не с де­фицитом несущей способности, что подтверж­дено статическими испытаниями, а с осадками грунтов под нижними концами.

Можно применять и другие способы опреде­ления несущей способности свай. Идеальным методом являются статические испытания с замачиванием грунтов основания до начала проектирования, однако организовать их даже на вновь осваиваемых площадках очень слож­но

Во многих регионах накоплены результаты испытаний свай, которые могут быть использо­ваны для составления местных строительных норм.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1.СП 24.13330-2011. Свайные фундаменты. Актуа­лизированная редакция СНиП 2.02.03-85.
2.Патент №2377366. Способ устройства буронабив­ной сваи и расширитель скважины для его осуществле­ния/ Н.Ф. Буланкин, В.А. Король//Бюллетень изобре­тений. - 2009. - № 36.
3.Козаков Ю.Н., Буланкин Н.Ф., Шишканов Г.Ф., Король В.А. Особенности применения свай в Восточной Сибири. - Красноярск, 1992 - 268 с.
4.Алексеев М.М., Часовских В.А., Любич Л.Г. Учет факторов, влияющих на несоответствие лабораторных и натурных определений при расчете просадки// Ос­нования и фундаменты. - Киев, 1978.
5.Луга А.А. К нормам расчетных сопротивлений свай по грунту // Исследование несущей способности оснований фундаментов. - М., 1965. - С. 105-114.
6.Руководство по проектированию свайных фунда­ментов зданий и сооружений, возводимых на просадоч­ных грунтах. - М.: Стройиздат, 1969. - 30 с.
7.Рекомендации по определению несущей способ­ности свай в региональных грунтах Красноярского края. - Красноярск: Красноярский Промстройниипро- ект, 1981. - 42 с.
8.ВСН 67-09-15-87. Проектирование и строитель­ство свайных фундаментов из забивных свай с уче­том региональных особенностей грунтов Красноярско­го края. Минуралсибстрой СССР. - Красноярск: Крас­ноярский Промстройниипроект, 1987. - 80 с.
9.Финаев И.В. Несущая способность свай в лессо­вых грунтах// Ускорение научно-технического прог­ресса в фундаментостроении. - Т. II. - М., 1987. - С. 69- 70.

© Ю.Н. Козаков, Н.Ф. Буланкин, 2013

Буланкин Николай Федорович - Начальник центра обследования и мониторинга технического состояния ОАО "Красноярский Промстройниипроект", почетный строитель РФ (Красноярск, Россия).Автор более 100 опубликованных работ, в том числе одной монографии, 20 изобретений и патентов.

Козаков Юрий Николаевич - Кандидат технических наук, профессор Сибирс­кого федерального университета, главный специа­лист ООО "Красаэропроект" (Красноярск, Россия). Автор 120 опубликованных работ, в том числе двух монографий, восьми изобретений.

Имя *
E-mail *
Комментарий *
Контрольные цифры *	Показать другое число