Телефон: +7 (383)-235-94-57

АНАЛИЗ ПРОЕКТНОГО РЕШЕНИЯ ПО УСТРОЙСТВУ СВАЙНЫХ ФУНДАМЕНТОВ ПРИ РЕМОНТЕ УЧАСТКА АВТОМОБИЛЬНОЙ ДОРОГИ

Опубликовано в журнале: Инженерные решения №3(4)

Автор(ы): Гандельсман Артём Игоревич, Гандельсман Игорь Анатольевич

Рубрика журнала: Строительство и архитектура

Статус статьи: Опубликована 18 апреля

DOI статьи: 10.32743/2658-6479.2019.3.4.107

Библиографическое описание

Гандельсман А.И., Гандельсман И.А. АНАЛИЗ ПРОЕКТНОГО РЕШЕНИЯ ПО УСТРОЙСТВУ СВАЙНЫХ ФУНДАМЕНТОВ ПРИ РЕМОНТЕ УЧАСТКА АВТОМОБИЛЬНОЙ ДОРОГИ // Инженерные решения: эл.научный журнал. –2019 – №3(4). URL: https://journaltech.ru/archive/4/107 (дата обращения: 13.11.2019). DOI: 10.32743/2658-6479.2019.3.4.107

Гандельсман Артём Игоревич

студент 1 курса магистратуры ВлГУ,

РФ, г. Владимир

Гандельсман Игорь Анатольевич

канд. техн. наук, доц. кафедры ВлГУ,

РФ, г. Владимир

ANALYSIS OF DESIGN SOLUTION FOR THE INSTALLATION OF PILE FOUNDATIONS DURING THE REPAIR OF THE ROAD SECTION

 

Artem Gandelsman

first-year master student of the Vladimir state university,

Russia, Vladimir

Igor Gandelsman

candidate of sciences, associate professor of the Vladimir state university,

Russia, Vladimir

 

АННОТАЦИЯ

Проведен анализ проектного решения фундаментов моста, выявлены основные проблемы реализации решения, установлены закономерности совместной работы грунтов оснований и конструкций, предложены мероприятия для реализации решения. 

ABSTRACT

The analysis of the design solution of the bases of the bridge is carried out, the main problems of implementation of the decision are revealed, consistent patterns of collaboration of soil of the bases and designs are determined, actions for implementation of the solution are proposed.

 

Ключевые слова: мост, грунт, свая, молот.

Keywords: bridge, soil, pile, hammer.

 

При ремонте автомобильной дороги «Пекша-Ларионово-Караваево» в Петушинском районе Владимирской области качестве фундаментов опор моста приняты свайные фундаменты из забивных свай С8-35Т5 и С12-35Т5 по серии 3.500.1-1.93 вып.1. Бетон свай класса В25. Рабочая арматура ø25 АIII (А400). Масса свай составляет 2,5 и 3,7 т соответственно. Расстояние между осями забивных свай принято 1,5 м. Отметки «острия» свай расположены на абсолютных отметках 105,60 м и 103,6 м.

Расчетная нагрузка на сваи опор моста №№ 1,8 составляет 29,2 т, опор №№ 2-7- 27,9 т. Несущая способность свай, на сваи опор №№ 1,8- 43,1 т, опор №№ 2-7- 31,1 т (при коэффициенте надежности γк=1,75).

Для погружения свай выбран дизель-молот С-330 с массой ударной части 2,5 т.

Задачами данной работы была оптимизация параметров проектного решения и производства работ по устройству свайных фундаментов опор моста с целью возведения надежной и экономичной конструкции.

Согласно данных инженерно-геологических изысканий в геологическом строении основания принимают участие четвертичные и нижнемеловые отложения. По результатам исследований выделено 3 инженерно-геологических элемента:

ИГЭ-1: Почвенно-растительный слой. Насыпной грунт: песок средней крупности с щебнем известняка. Мощность ИГЭ-1 составляет 0,3- 0,4 м.

ИГЭ-2: Песок средней крупности, средней плотности, водонасыщенный, (aQIV). Мощность ИГЭ-2 составляет 6,5- 6,8 м.

ИГЭ-3: Глина тугопластичная, слюдистая, водонасыщенная (KI). Вскрытая мощность ИГЭ-3 составляет 2,8-3,2 м.

Прочностные характеристики грунтов приведены в таблице 1.

Подземные воды при изысканиях встречены на глубине 0,3- 0,4 м, что соответствует абс. отметкам 113,30- 113,32 м.

 

Рисунок 1. Инженерно-геологический разрез 

 

В рабочем проекте в качестве несущего слоя выбраны грунты ИГЭ-3 с более низкими прочностными характеристиками, чем вышезалегающие грунты ИГЭ-2. Изыскания проводились на глубины 10 м (абс. отметка 103,60- 103,72 м), что не достаточно для исследования активной зоны грунта при абс. отметке «острия» свай 103,6 м.

При погружении сваи должны проходить через толщу песков средней крупности, средней плотности мощностью 6,5- 6,8 м. Глубина погружения свай трения, как правило, зависит от сопротивления трения боковой поверхности всех слоев грунта и сопротивления острия сваи, опирающегося своим концом на уплотненное ядро опорного пласта, образовавшегося при забивке.

При забивке свай в пески плотные и средней плотности под нижним концом образуется переуплотненная зона, препятствующая дальнейшему погружению сваи вплоть до нулевого значения отказа, и дальнейшая попытка погрузить сваю может привести к разрушению ее ствола.

В нашем случае расстояние между осями смежных свай составляет 1,5 м, т.е. 4,3 размера поперечного сечения свай. Сваи начинают работать как одиночные с расстояния между ними более 6 размеров поперечного сечения. Таким образом, в нашем случае, последующие сваи будут погружаться в грунт, уплотненный при устройстве предыдущих. С учетом вышесказанного, коэффициент пористости (начальный е=0,62) при производстве работ уменьшится, грунт переходит в плотное состояние. Полностью прогнозировать изменение состояния грунта не возможно из-за недостаточности данных отчета по инженерным изысканиям.

Таблица 1.

Таблица нормативных и расчетных характеристик грунтов

Наименование грунта

Насыпной грунт, tQIV

Песок средней крупности, aQIII

Глина тугопластичная,

 KI

 Влажность природная W

Не нормируется

0,203

0,293

 Влажность на границе текучести WL

водонасыщенный

0,418

 Влажность на границе пластичности WP

0,214

 Показатель текучести IL

0,387

 Число пластичности Ip

0,204

 Коэффициент пористости e

0,62

0,77

 Плотность грунта ρ (г/см3)

1,98

1,90

 Плотность частиц грунта ρs (г/см3)

2,66

2,62

 Степень влажности Sr

0,87

0,99

 Удельное сцепление С (кПа)

0,8

11,9

 Угол внутреннего трения φº (град)

33

20

 Модуль деформации Е (МПа)

28

12

 

При проведении статического зондирования отмечен рост лобового сопротивления при погружении зонда на 5 м с 6,2 до 13,6 МПа с резким падением после прохождения грунтов ИГЭ-2.

 

 

Рисунок 2. Схемы передачи нагрузки на грунт основания: а – одиночной сваей; б – группой свай 

 

Согласно рекомендациям НИИОСП
им. Н.М. Герсеванова заглубление сваи в пески средней крупности, крупные, гравелистые следует проектировать на 1-2 м, при залегании кровли этих грунтов до 3 м ниже дна котлована заглубление в них предусматривается до 2-4 м. Невозможна пробивка линз этих грунтов большей мощности без проведения дополнительных мероприятий (лидерное бурение, подмыв, вибропогружение).

В песок сваи забиваются тяжело из-за самоуплотнения песка, целесообразно провести лидерное бурение шнеком 300 мм.

Весьма эффективно погружение свай в водонасыщенные пески вибрированием. При этом происходит интенсивное уплот­нение песка вокруг погружаемых свай, они получают более вы­сокую несущую способность, чем забитые сваи.

График изменения qc по глубине погружения зонда (МПа) График изменения qc по глубине погружения зонда (МПа)

 

Рисунок 3. Графики лобового сопротивления грунта при зондировании

 

Применение подмыва для погружения свай в пески приво­дит к их разрыхлению, поэтому последний метр сваи забивают без подмыва. Нижний конец сваи должен быть заглублен в грунт, не подвергавшийся размыву. Под влиянием динамиче­ских воздействий песок вокруг сваи уплотняется.

В случаях, когда по проекту сваями предусматривается вынужденная пробивка больших толщ песков, в связи с необходимостью применения молотов с большой энергией удара, марка бетона свай по прочности на сжатие может приниматься выше проектной, устанавливаемой рабочими чертежами типовых конструкций свай.

Необходимая «кубиковая» прочность бетона свай на сжатие sк, кгс/см2, в этом случае для успешной забивки свай может быть определена по формуле

где

Э-максимально необходимая для забивки сваи энергия удара молота, кгс×см;

r-толщина прокладки в наголовнике, см;

En-модуль упругости прокладки;

l-длина сваи, см;

Еб-модуль упругости бетона

Q-вес ударной части молота, кгс;

q-вес сваи, кгс;

F-площадь поперечного сечения сваи, см2.

В нашем случае Ϭк= 21 431,5 кг/см2. Для свай, изготовленных из бетона класса В25 Ϭк= 18 500 кг/см2.. Таким образом, прочность материала сваи недостаточна для ударного погружения ее до проектной отметки. Следует применять ударостойкие сваи.

В проектном решении предложен молот с ударной частью массой 2,5 т. Для погружения свай в пески средней плотности масса ударной части молота должна в 1,25 раза превышать массу сваи. В нашем случае масса ударной части для 8-ми метровых свай- 3,125 т, для 12-ти метровых свай 4,625 т.

Формально энергия удара для погружения сваи составляет 18,9 кДж, что позволяет применять молот С-330, но из-за рассеивания энергии удара он будет не эффективен в данных грунтовых условиях. Более целесообразно применение более тяжелых гидромолотов (масса ударной части 5- 6 т) с большей энергией удара и меньшим ее рассеиванием.

Исследуя результаты статического зондирования на отметке острия сваи, получаем значения частного значения предельного сопротивления сваи: 49,15 т и 58,05 т соответственно. Следовательно, несущая способность свай составляет 39,32 т и 46,44 т. Расчетная нагрузка на сваю- 22,5 т и 26,5 т соответственно. Таким образом, несущая способность сваи по результатам статического зондирования, недостаточна для восприятия внешней приложенной нагрузки.

При расчете практическим методам по табл. СП 24.13330.2011 «Свайные фундаменты» расчетная нагрузка на сваю с абс. отметкой острия 103,6 м составляет 55,6 т.

Следует отметить, что по данным статического зондирования, получаем значения частного значения предельного сопротивления сваи: 60,48 т и 91,78 т. Следовательно, несущая способность свай составляет 48,38 т и 73,42 т. Расчетная нагрузка на сваи- 27,6 т и 42,0 т, соответственно. Следует, повторно рассмотреть вопрос определения длины сваи для обеспечения несущей способности.

Для погружения свай целесообразно применение гидромолота с массой ударной части не менее 5 т.

Погружение свай производить в лидерные скважины диаметром 300 мм, длиной на 1 м менее длины свай. Окончательную длину лидера определить по результатам пробной забивки.

В качестве основания принять грунты ИГЭ-2 пески средней крупности, средней плотности. Отметка «острия» свай- 108,6 м.

В данных грунтовых условиях более эффективно устройство фундаментов из буронабивных свай в обсадной трубе. Диаметр сваи 500 мм. Отметка «пяты» свай- 108,6 м. Армирование рабочей арматурой ø22 АIII, вспомогательная ø10 АI. Бетон свай кл. В20 W6 F75 с осадкой конуса для различных способов укладки:

  • 10…16 см – для метода вертикально перемещаемой трубы (ВПТ);
  • 3…7 см – при сбрасывании через бункер с направляющей труб.

Для уплотнения бетонной смеси и обеспечения лучшего контакта бетона с грунтом извлечение трубы производится поступательными и вращательными движениями с последовательным подниманием ее на 20…30 см и опусканием на 10-15 см.

По результатам проведенного анализа внесены изменения в проектное решение: оптимизирована длина свай, подобрано с учетом местной технической базы оборудование для их погружения, уточнена технологическая схема производства работ.

 

Список литературы:

  1. СП 24.13330.2011. Свайные фундаменты. Актуализированная редакция СНиП 2.02.03-85
  2. СП 11-105-97 «Инженерно-геологические изыскания для строительства».
  3. Руководство по проектированию свайных фундаментов: НИИОСП им. Н.М. Герсеванова -М., 1980.- С.201.
  4. Н.М. Глотов и др. Основания и фундаменты мостов: Справочник- М.: Изд. Транспорт, 1990.- С.240.