Напряженно-деформированное состояние неоднородного грунтового массива, взаимодействующего с барретами большой длины тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.23.02, кандидат наук Сидоров, Виталий Валентинович

• Сидоров, Виталий Валентинович
• кандидат наук
• 2013

Оглавление диссертации кандидат наук Сидоров, Виталий Валентинович

ГЛАВА 1...................................................................................................................................- 9 -

1. Обзор существующих методов расчета одиночных баррет и их групп в составе барретно-плитного фундамента по I и II предельным состояниям.....................................- 9 -

1.1. Использование барретных фундаментов в современном строительстве, отличия от традиционных фундаментов глубокого заложения..........................................................- 9 -

1.2. Существующие методы оценки несущей способности баррет...............................-14 -

1.2.1. Аналитические методы определения несущей способности баррет...................- 14 -

1.2.2. Использование экспериментального метода полномасштабных испытаний баррет для определения их несущей способности......................................................................- 22 -

1.3. Существующие методы оценки деформаций одиночных баррет и их групп в составе барретно-плитного фундамента.............................................................................................33

1.4. Выводы по главе...............................................................................................................36

ГЛАВА 2......................................................................................................................................38

2. Теоретические основы количественной оценки НДС при взаимодействии длинных баррет с массивом грунта численными методами...................................................................38

2.1. Общие положения............................................................................................................38

2.2. Современные грунтовые модели, используемые в геотехническом моделировании для описания взаимодействия конструкций фундаментов с массивом грунта.................39

2.2.1. Упругоидеальнопластическая модель Мора-Кулона.................................................40

2.2.2. Модель упрочняющегося грунта (Hardening soil)......................................................43

2.2.3. Модель упрочняющегося грунта при малых деформациях (Hardening soil small strain).........................................................................................................................................46

2.2.4. Модифицированная модель Cam-Clay........................................................................47

2.3. Использование программного комплекса PLAXIS 3D для моделирования работы одиночных и групповых баррет под нагрузкой...................................................................49

2.3.1. Общие положения.........................................................................................................49

2.3.2. Процесс моделирования одиночной длинной барреты, взаимодействующей с массивом грунта......................................................................................................................49

2.3.3. Особенности моделирования барреты в составе барретно-плитного фундамента в ПК PLAXIS 3D.........................................................................................................................54

2.4. Выводы по главе 2............................................................................................................55

ГЛАВА 3......................................................................................................................................57

3. НДС массива грунта, вмещающего одиночные и групповые барреты. Аналитические и численные решения.....................................................................................................................57

3.1. Общие положения............................................................................................................57

3.2. Взаимодействие одиночной длинной несжимаемой барреты с однородным грунтовым основанием...........................................................................................................57

3.3. Взаимодействие одиночной длинной несжимаемой барреты с двухслойным и многослойным грунтовым основанием.................................................................................63

3.4. Взаимодействие одиночной длинной барреты конечной жесткости с однослойным и многослойным основанием....................................................................................................66

3.5. Взаимодействие одиночной длинной сжимаемой барреты конечной жесткости с грунтовым основанием, обладающим упругопластическими свойствами.......................70

3.6. Взаимодействие группы длинных баррет в составе барретно-плитного фундамента с однослойным и многослойным основанием.........................................................................77

3.7. Противооползневые мероприятия с помощью длинных баррет.................................93

3.8. Определение «критической» длины барреты............................................................99

3.9. Выводы по главе 3..........................................................................................................105

ГЛАВА 4....................................................................................................................................107

4. Сравнение численных и аналитических методов расчета баррет с экспериментальными данными......................................................................................................................................107

4.1. Введение..........................................................................................................................107

4.2. Применение методики аналитического прогнозирования НДС одиночной барреты на примере полномасштабного эксперимента на объекте строительства высотного здания в г. Санкт-Петербурге...............................................................................................108

4.3. Применение методики аналитического прогнозирования НДС одиночной барреты на примере полномасштабного эксперимента на объекте строительства в Гонконге... 115

4.4. Применение методики аналитического прогнозирования НДС одиночной барреты на примере полномасштабного эксперимента на объекте строительства в Бангкоке.... 123

4.5. Применение методики аналитического прогнозирования НДС групповой барреты на примере прогнозирования деформаций основания при строительстве высотного коплекса в г. Москва по адресу Ленинградский проспект, д.39.......................................133

4.6. Выводы по главе........................................................................................................-140 -

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ ПО ДИССЕРТАЦИИ.................................................................-141 -

Приложение А......................................................................................................................-143 -

Примеры расчета взаимодействия длинной барреты с грунтом, обладающим пределом прочности..........................................................................................................................-143 -

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК.................................................................................- 153 -

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Напряженно-деформированное состояние неоднородного грунтового массива, взаимодействующего с барретами большой длины»

Введение. Актуальность темы диссертации

В настоящее время при строительстве высотных зданий и сооружений повышенной ответственности широко применяются барреты большой длины, представляющие собой фундаменты глубокого заложения (наподобие буровых свай), имеющие большое поперечное сечение прямоугольной формы (0.8x2.8 м, 1.5x3 м и др.). В составе барретно - плитного фундамента барреты могут нести значительные нагрузки, достигающие нескольких тысяч тонн, что имеет важное значение при передаче больших нагрузок от высотных зданий и тяжелых сооружений. Достоверная оценка взаимодействия длинных баррет (длиной более 20 м) с окружающим неоднородным грунтовым массивом необходима для количественной оценки несущей способности одиночных баррет и баррет в составе барретно -плитного фундамента, в том числе несущей способности на уровне пяты и по боковой поверхности барреты, а также для прогноза осадок одиночной барреты и группы баррет в составе плитного фундамента.

Целью диссертационной работы является изучение и совершенствование существующих методов количественной оценки взаимодействия одиночной барреты и группы баррет в составе барретно — плитного фундамента с неоднородным грунтовым массивом аналитическим и численным методами с учетом нелинейных свойств деформирования грунтовых напластований и конечной жесткости баррет.

Практическое значение работы

Для достижения поставленной цели были рассмотрены следующие задачи.

1. Взаимодействие одиночной длинной несжимаемой барреты с однородным грунтовым основанием.

2. Взаимодействие одиночной длинной несжимаемой барреты с двухслойным и многослойным грунтовым основанием.

-53. Взаимодействие одиночной длинной барреты конечной жесткости с однослойным и многослойным основанием.

4. Взаимодействие одиночной длинной барреты конечной жесткости с грунтовым основанием, обладающим упругопластическими свойствами.

5. Взаимодействие группы длинных баррет с однослойным и многослойным основанием в составе барретно-плитного фундамента.

6. Оценка эффективности противооползневых мероприятий с использованием длинных баррет.

Научная новизна проведенной работы состоит в следующем:

1. Поставлены впервые и решены задачи о взаимодействии одиночной барреты с однородным линейно деформируемым и многослойным грунтовым массивом аналитическим методом.

2. Разработан графоаналитический способ решения задачи о взаимодействии длинной барреты с грунтовым массивом, позволяющий определить зоны предельного равновесия на поверхности ствола, необходимые для расчета осадки барреты как от деформации сдвига окружающего грунта, так и упругого сжатия ствола барреты.

3. Решена задача о взаимодействии барреты с окружающим грунтом и ростверком в составе барретно-плитного фундамента аналитическим методом, которая позволяет определить все компоненты НДС, в том числе напряжения и перемещения (осадки).

4. Дано количественное обоснование эффективности использования баррет в качестве противооползневых сооружений на основе численного моделирования НДС оползневого склона методом конечных элементов.

5. Дана количественная оценка «критической» длины барреты, при которой происходит полное исчерпание несущей способности как по боковой поверхности, так и под пятой барреты.

6. Для всех рассмотренных в диссертации аналитических задач разработана простая методика использования их результатов путем введения начальных параметров в готовые системы уравнений, которые удобно решать с помощью любых математических программ.

Полученные в диссертационной работе результаты исследования позволяют:

- совершенствовать методы количественной оценки взаимодействия одиночной барреты и группы баррет в составе барретно-плитного фундамента с неоднородным нелинейно-деформируемым грунтовым массивом аналитическими и численными методами с учетом конечной жесткости баррет;

- дать научное обоснование особенностям взаимодействия длинных баррет с неоднородным грунтовым массивом, в том числе особенностям распределения нагрузки по боковой поверхности и по пяте барреты при постоянной нагрузке;

- совершенствовать методы расчета фундаментов с использованием длинных баррет, включая определение несущей способности одиночной барреты и осадки барретно-плитного фундамента в различных грунтовых условиях аналитическими и численными методами. Реализация работы;

В диссертационной работе будут даны рекомендации по использованию предлагаемого метода расчета НДС в системе «одиночная баррета-грунтовый массив» и «баррета в группе - грунтовый массив» для использования в инженерной практике. Также результаты работы будут использоваться в практике научно — исследовательских работ на кафедре Механики грунтов и геотехники МГСУ, а также в организациях, занимающихся проектированием и строительством высотных зданий и ответственных сооружений.

Апробация работы

Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на Тринадцатой международной межвузовской научно-практической конференции молодых ученых, докторантов и аспирантов «Строительство - формирование среды жизнедеятельности» (Москва, 14-21 апреля 2010 г.), Четырнадцатой международной межвузовской научно-практической конференции молодых ученых, докторантов и аспирантов «Строительство - формирование среды жизнедеятельности» (Москва, апрель

2011 г.), Международной научно-технической конференции «Численные методы расчетов в практической геотехнике» (Санкт-Петербург, 3 февраля

2012 г.), Общероссийской конференции молодых ученых, научных работников и специалистов: «Геотехника: теория и практика» (Санкт-Петербург, 3 февраля, 2013 г.).

Достоверность результатов исследования заключается в том, что поставленные в диссертационной работе задачи решены на основе законов современной прикладной механики грунтов. Численные задачи решались с помощью программного комплекса РЬАХ1Б, сертифицированного в соответствии с действующими нормативными документами на территории России и использующий современные грунтовые модели. Все результаты аналитических решений и численного моделирования показали хорошую сходимость с данными реальных испытаний баррет и данными мониторинга строящихся зданий.

На защиту выносятся:

- результаты теоретических и экспериментальных исследований взаимодействия одиночных и групп баррет конечной жесткости с однородным и многослойным грунтовым основанием и их анализ;

- результаты численного моделирования одиночных и групп баррет при их взаимодействии с грунтовым массивом, обладающим упругими и упругопластическими свойствами. Сравнение с

аналитическими решениями и данными экспериментов и мониторинга;

- постановка и решение задач для аналитического описания поведения одиночных длинных баррет и их групп под нагрузкой для применения полученных результатов в инженерной практике.

Диссертационная работа выполнена на кафедре Механики грунтов и геотехники МГСУ в период обучения в аспирантуре в 2009-2013 годах под руководством заслуженного деятеля науки РФ, профессора, доктора технических наук З.Г. Тер-Мартиросяна.

Публикации

Основные результаты диссертации опубликованы в 9 печатных работах, из них 4 в научных журналах по списку ВАК РФ. Структура и объем диссертации:

Диссертация состоит из введения, 4-х глав, основных выводов, Приложения А и библиографического списка из 65 наименований. Работа изложена на 159 страницах машинописного текста, включающего 12 таблиц и 66 рисунков.

Автор выражает искреннюю благодарность своему научному руководителю Почетному академику РААСН, Заслуженному деятелю науки РФ, академику АВН РФ и Нью-Йоркской АН, почетному профессору МГСУ, доктору технических наук З.Г. Тер-Мартиросяну, а также всем оказавшим помощь в работе над диссертацией.

ГЛАВА 1

1. Обзор существующих методов расчета одиночных баррет и их групп в составе барретно-плнтного фундамента по I и II предельным состояниям

1.1. Использование барретных фундаментов в современном строительстве, отличия от традиционных фундаментов глубокого заложения

Термин «баррета» впервые появился во Франции. В существующих источниках по гражданскому строительству [Ramaswamy, Pertusier, 1986; Davidson, 1987; Morrison, Pugh, 1990; Johnson, 1992] термин «баррета» означает изготавливаемую на месте сваю, формируемую в узкой и глубокой траншее под защитой бентонитового или полимерного раствора оборудованием для выполнения подпорных стен типа «стена в грунте». Также нередко предпочтительнее использовать железобетонные элементы, подобные секции «стены в грунте» для передачи значительной вертикальной нагрузки от сооружения на более прочные слои, лежащие на некоторой глубине, чем возводить массивные подземные конструкции, сопровождающиеся огромными выемками грунтового материала из основания. По P.P. Дэвидсону [1987] первой компанией, предложившей барреты в строительстве была компания Soletanche Enterprise во Франции в 1963 году, когда она представила барреты как логическое продолжение уже всемирно известной технологии выполнения подпорных стен. Барреты представляют собой в плане прямоугольную секцию. Известны составные формы, такие как T,H,Y- образные, которые используются в некоторых фундаментах (в угловых зонах и при сложной конфигурации зданий и сооружений) [Ramaswamy, Pertusier, 1986].

Технология устройства баррет аналогична устройству панели подпорной стены. Для каждой барреты первой стадией является откопка траншеи до проектной глубины под защитой бентонитового или полимерного раствора, форма которой выполняется оборудованием для вертикальной проходки (гидравлический или тросовый грейфер, гидрофреза). Далее производится установка арматурного каркаса в траншею с бентонитовым раствором и бетонирование методом вертикально-поднимаемой трубы (ВПТ) тяжелым железобетоном, который вытесняет глинистый раствор из траншеи. С помощью механического долота и гидрофрезы стало возможным осуществление проходки через все типы грунта (включая полускальные и скальные породы), достигая таким образом грунта, обеспечивающего требуемую несущую способность [КатаБшату, РегЬшег, 1986; ОапсЫэ, 1992]. Бентонитовый раствор в траншее необходим для обеспечения устойчивости ее стенок, что обеспечивается поддержанием уровня бентонита на расчетной отметке выше уровня грунтовых вод. Качество бентонитового раствора и его чистота контролируется на всех этапах устройства барреты в соответствии с составом, представленным в спецификации к проекту.

Процессу бетонирования как правило предшествует промывка траншеи «свежим» бентонитовым раствором (раствор проходит регенерацию и используется повторно в несколько циклов), подаваемым снизу, а также зачистка дна траншей от шлама грейферным оборудованием.

Ставшие уже традиционными круглые сваи зачастую оказываются неэффективными и неэкономичными, когда очень высокие нагрузки от несущих колонн здания передаются на глубоко залегающий несущий слой. Барреты предоставляют альтернативу буровым круглым сваям большого диаметра. Это возможно за счет развитой боковой поверхности баррет (отношения площади боковой поверхности к размеру несущего элемента), за счет которой они способны нести значительно большую нагрузку, чем сваи. К тому же, в барретно-плитном фундаменте чаще всего часть нагрузки

воспринимается плитой ростверка значительной толщины, объединяющей барреты [Каценбах, 2010]. Элемент прямоугольной формы можно расположить таким образом, чтобы обеспечивалась необходимая изгибная жесткость в выбранном направлении. Здесь барреты выигрывают в возможности воспринимать значительно большие вертикальные нагрузки и изгибающие моменты по сравнению со сваями. Полномасштабные эксперименты на двух барретах, расположенных в двух различных направлениях [Mazzucato, Natali, 1988] и двух буровых свай и барреты подтверждают преимущества баррет. Часто барреты используют на тех объектах, где в качестве ограждения котлована устраивается «стена в грунте», так как это позволяет продолжить использование того же оборудования для устройства барретного фундамента. А это выгодно как с экономической точки зрения, так и с временной.

За последние тридцать лет барретные фундаменты стали широко применяться по всему миру. Нередко одна баррета может заменить несколько традиционных круглых свай, что приводит к увеличению компактности, экономичности и «экологичности» фундамента. Хорошими примерами этому могут послужить несколько крупных объектов, реализованных в мире. Барреты различной длины (от 45 до 105 м) использовались в фундаменте одного из самых высоких объектов в мире — башен близнецов PETRONAS в Коала-Лумпур (Малайзия) (Baker, 1994, 1996). На объекте ОДЦ «Охта» в г. Санкт-Петербурге, где в качестве фундамента под высотную часть (396 м, 78 этажей) в проекте рассматривались барреты различных размеров от 1.5x2.8 м до 1.5x12 м. Успешно построен и эксплуатируется комплекс высотных зданий по адресу: г. Москва, Ленинградский пр-т, д.39 (офисный центр для размещения центральных офисов компаний «Сименс» и «АФК Система». В Киеве комплекс Mirax Plaza был запроектирован на барретном фундаменте из баррет сечением 2.8x0.8 и длиной 33м. Другие объекты с применением

баррет, а также случаи устройства последних для исследований их работы в различных типах основания будут приведены ниже.

Однако, даже при столь широком применении по всему миру, было сделано относительно мало исследований по фундаментальному изучению поведения баррет под нагрузкой, хотя имеется достаточно спорных вопросов касаемо как несущей способности одиночных баррет и их групп, так и расчета по деформациям. Одной из важнейших проблем является достоверное определение передачи внешней нагрузки на боковые поверхности барреты и ее пяту. От характера такого распределения напрямую зависит ее эффективность (особенно в случае длинных баррет длиной более 25 метров), когда в определенных условиях чрезмерное заглубление не приносит желаемого физического и экономического эффекта). Если правильно оценить несущую способность длинных баррет по боковой поверхности и спроектировать ее для наиболее полной мобилизации трения, то можно достичь значительного экономического эффекта как на стадии проекта (в период испытаний баррет), так и на стадии строительства.

В настоящее время методов расчета осадок и несущей способности баррет как таковых не представлено как в зарубежной литературе и нормативных документах, так и в отечественных изданиях. Обычно расчет баррет сводят либо к использованию методов для буровых опор (drilled shaft) (США), [O'Neil, Reese, 1999] или буровых свай (Европа) [Linder, Siebke, 1998].

Изучению вопросов осадок и несущей способности одиночных свай и свайных фундаментов посвящены работы таких отечественных ученых, как Бартоломей A.A. [1982,1994], Бахолдин Б.В. [1991], Безволев С.Г., Готман Н.З. [2003], Григорян A.A., Далматов Б.Щ1973], Дорошкевич Н.М. [1959], Егоров К.Е., Знаменский В.В. [1971], Луга A.A. [1963], Тер-Мартиросян

З.Г.[2007-2009], Ухов С.Б., Федоровский В.Г., Цытович H.A. и многих других.

Буровые опоры представляют собой вертикальную несущую конструкцию, выполненную бурением в грунте цилиндрической полости большого диаметра (обычно от 1 до Зм, хотя современное буровое оборудование способно бурить полости диаметром более 6м) и заполненную бетоном (с наличием армирования или без него). Длина таких элементов может достигать 75 метров. Эти опоры могут выполняться как сухим методом, так и под защитой бентонитового раствора. Такие конструкции рассчитывают на вертикальные центральные нагрузки, боковые нагрузки, крутящие моменты, наклонные к осям нагрузки и их комбинации. В России также для расчета баррет используют методики, разработанные для буровых свай. Эти допущения не учитывают различие в геометрии свай и баррет, что сказывается на их поведении под нагрузкой, изменении напряженно-деформированного состояния как в период устройства фундамента, так и в процессе восприятия вертикальной и горизонтальной нагрузки.

По мнению некоторых ученых, с ростом длины барреты увеличивается роль трения по боковой поверхности, особенно в плотных слоях грунта, причем усилие на уровне низа баррет может составить всего 10-20% от общего усилия, приложенного в верхней части [Lei, 2001; Fellenius, 1999; Тер-Мартиросян, 2008; Thasnanipan, 2001; Ishihara, 2010]. Следовательно, недоиспользуется несущая способность грунтов под пятой баррет. Очевидно, что существует оптимальная глубина погружения барреты при заданном поперечном сечении, в заданных инженерно-геологических условиях, когда максимально используется несущая способность грунтов как на контакте с боковой поверхностью, так и под пятой баррет. Поэтому очень важным является достоверная оценка несущей способности грунтов под пятой баррет.

- 141.2. Существующие методы оценки несущей способности баррет

1.2.1. Аналитические методы определения несущей способности баррет

Под несущей способностью баррет понимается такая нагрузка, которую баррета может воспринять без исчерпания прочности грунтового основания под подошвой и по боковой поверхности барреты. Либо нагрузка, при которой баррета получает такие перемещения, при которых ее эксплуатация в составе фундамента не представляется возможной. Предельная критическая нагрузка ри соответствует напряжению под подошвой барреты, при котором происходит исчерпание несущей способности грунта основания. При этом в основании формируются развитые области предельного равновесия (зоны сдвига).

Впервые задача об определении предельной критической нагрузки на фундамент для плоской задачи была решена в 1920-1921 гг. Л. Прандтлем и Г. Рейснером в предположении невесомого основания (у=0) [Ухов и др., 1994] Ими было получено следующее выражение для предельной нагрузки на основание на определенной глубине от поверхности:

ри = {у'й + с ■ щ<р) -с (1.2.1)

1 — БШ (р

где у' - удельный вес грунта выше уровня приложения нагрузки;

с! — глубина приложения нагрузки от поверхности грунта;

(рис- прочностные характеристики грунта, угол внутреннего трения и удельное сцепление соответственно.

В случае идеально связных грунтов (<р—0, сфО) формула (1.2.1) будет иметь вид:

р« = 5Л4с + у!(1 - для плоской задачи;

ри = 5.7с + у'с! - для случая осесимметричной задачи.

Рис. 1.1. Линии скольжения при предельной полосовой нагрузке для невесомого основания (у=0) (по Прандтлю-Рейснеру)

Экспериментальные исследования показали, что пренебрежение собственным весом грунта основания приводит к заниженным значениям предельной критической нагрузки. Притом в схеме Прандтля-Рейснера не учтено образование уплотненного ядра, формирующегося под центральной частью подошвы фундамента. Представленное решение развивалось в трудах К. Терцаги, В.Г. Березанцева, М.В. Малышева, А. Како, Ж. Керизеля и других.

Наиболее полным выражением для определения предельной нагрузки на основание, учитывающим различные факторы (формы фундамента и наклона нагрузки) является формула Ж.Б. Хансена [1970]:

р" =с-Мс'Бе+г^'Ы(]^(1+0.5-г-В-Мг-5г, (1.2.2)

где - табличные коэффициенты;

- факторы формы загружаемой площади.

Стоит отметить, что реализация предельного давления на основание на большой глубине (для баррет глубиной более 20 м) практически невозможно, так как большая доля нагрузки воспринимается боковой поверхностью

баррет. А передача значительных нагрузок возможна только в случае исчезновения взаимодействия на контакте боковой поверхности барреты и окружающего грунта, т.е. при ее «срыве», когда для каждого слоя грунта основания касательные напряжения становяться максимальными и выполняется условие Мора-Кулона - т* = <7- tg(p + с. Но такой «срыв» возможен в случае значительной осадки грунтов под подошвой барреты. А этот случай маловероятен на большой глубине от поверхности. Поэтому целесообразно определять несущую способность исходя не из критериев потери несущей способности длинной барреты, а для предельных проектных деформаций основания (соответственно в пределах реальных эксплуатационных нагрузок на основание).

Самым распространенным способом определения несущей способности баррет в России на сегодняшний день является рассмотрение их как висячих буронабивных и буровых свай по рекомендациям (СП 24.13330.2011 — "Свайные фундаменты"):

^ = ус{уск -Я-А+и^ус/-/1-Ы), (1.2.3)

где ус - коэффициент условий работы сваи в грунте, принимаемый в случае опирания сваи на глинистый грунт со степенью влажности 8Г<0.9 и на лессовые грунты ус = 0.8, в остальных случаях ус = 1;

Уся - коэффициент условий работы грунта под нижним концом сваи; уся = 1 во всех случаях, за исключением свай с камуфлетными уширениями и буроинъекционных свай РИТ, для которых этот коэффициент следует принимать равным 1,3, и свай с уширением, бетонируемым подводным способом, для которых у ся = 0,9, а также опор воздушных линий электропередачи;

И. - расчетное сопротивление грунта под нижним концом сваи, (принимается по таблице);

А - площадь опирания сваи, равная площади поперечного сечения, м2;

и — периметр поперечного сечения сваи, м;

- коэффициент условий работы грунта на боковой поверхности сваи, при бурении с бентонитовой промывкой = 0,60 для всех видов грунтов, принимается по табл. 7.5;

^ - расчетное сопротивление 1-го слоя грунта на боковой поверхности

сваи, кПа, принимается из таблицы 7.2;

/г,- - толщина ьго слоя грунта, соприкасающегося с боковой поверхностью сваи, м;

В этой формуле выражение и^ус/'А'Ы характеризует несущую способность элемента (сваи, барреты) по боковой поверхности. Чтобы перейти от боковой поверхности сваи к боковой поверхности барреты вычисляют среднее удельное сопротивление по всей толще грунтовых

напластований /у (приходящееся на 1 м поверхности рабочего элемента) и значение сопротивления по боковой поверхности для площади барреты.

Причем /б иногда находят с помощью автоматизированных программ для определения несущей способности круглых свай, таких как «БАЗИС», «\¥тЬазе», «Фундамент-1» и др.

Расчетное сопротивление Я, кПа грунта под нижним концом свай определяется в случае крупнообломочных и песчаных грунтов по формуле:

Я = §ПЬа<\{а\у\ й+(хгаъу\Н), (1-2.4)

где а/, а.2, аз, а4 - безразмерные коэффициенты, принимаемые по таблице в зависимости от расчетного значения угла внутреннего трения грунта основания;

у{- расчетное значение удельного веса грунта, кН/м в основании сваи (при водонасыщенных грунтах с учетом взвешивающего действия воды);

у{- осредненное (по слоям) расчетное значение удельного веса грунтов,

Л

кН/м , расположенных выше нижнего конца сваи (при водонасыщенных грунтах с учетом взвешивающего действия воды);

с! - диаметр буровой сваи, м;

И - глубина заложения сваи, м, отсчитываемая от природного рельефа или от уровня планировки в случае срезки;

В случае глинистых грунтов в основании значение принимают Я по таблице СП 24.13330.2011.

Недостатком данной методики является игнорирование разницы геометрической формы фундаментов. Также необходимо отметить, что максимальная рассматриваемая глубина расположения пяты сваи составляет 40 м, в то время как низ барретного фундамента нередко оказывается значительно глубже.

В 2009 году на кафедре Механики грунтов, оснований и фундаментов МГСУ разработан аналитический метод определения несущей способности баррет большой длины [Тер-Мартиросян, 2009]. Этот метод основан на учете того факта, что грунт под подошвой баррет находится в трехосном напряженном состоянии. Предельное сопротивление грунта определяется по аналогии с методом определения предельной нагрузки под пятой длинной сваи большого диаметра по формуле:

1—ъххир 1 -ътср где а2 = аг8+<Тге,аге = ^-^о = у-2-^о (1.2.6)

ъ — глубина погружения свай; - коэффициент бокового давления;

Л iiib МП tL 4^-ii-* ШШ - __ 4 ■

<Тге - упругое сопротивление отжатию грунтов в стороны при погружении сваи и зависит от модуля деформации грунта и диаметра сваи, т.е.

_ 2-<У28-Гс2 +СО-Е-(Г22-ГС2) поп\

аге--ГС2-{\-У) + Г22-{\+У) '

где п - радиус сваи, гг « 5 п - радиус влияния сваи;

Е и V - модуль деформации и коэффициент Пуассона грунта под пятой сваи соответственно; а>=/1-1, коэффициент, зависящий от соотношения вертикальных перемещений к его радиусу, т.е.

( Г

1-

Г с ,

/

(1.2.8)

При использовании этого метода значение R может более чем в 4 раза превышать значение расчетного сопротивления R, определенное по таблице 7.7 СП 50-102-2003 для глубины 40 м. Соответственно предельное значение нагрузки по подошве в первом приближении можно перенести на площадь барреты, при этом получить значительно превышающие значения, полученные по методике СП, приведенные выше. Однако, при решении задачи для круглой сваи использовалось известное решение Лява в перемещениях для трубы определенной толщины. В случае барреты слой грунта, отжимаемый на уровне подошвы в сторону имеет сложную форму, которую можно принять в первом приближении эллиптической.

Несущая способность баррет в США часто определяется по одним формулам с буровыми опорами большого диаметра (drilled shafts). Общая формула несущей способности:

Qc = Qsc+Qtc-W, (1.2.9)

где Qsc - сопротивление опоры по боковой поверхности;

{1- сопротивление концевой опоры (пяты);

Ж— вес буровой опоры.

Данное уравнение является условием равновесия для опоры под сжимающей нагрузки. Методика определения несущей способности делится на случаи дренированного поведения (такой случай характерен для гравелистых или крупных песков и для глинистых грунтов при очень медленном нагружении, в обоих случаях избыточное поровое давление равно 0 и задача решается в эффективных напряжениях).

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Сидоров, Виталий Валентинович, 2013 год

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

Бартоломей, A.A. Основы расчета осадок свайных фундаментов по предельно допустимым осадкам. / A.A. Бартоломей. - М., 1982. - 223 с.

Бартоломей, A.A., Омельчак, И.М., Юшков, Б.С. Прогноз осадок свайных фундаментов. / A.A. Бартоломей, И.М. Омельчак, Б.С.Юшков. - М.: Стройиздат, 1994.

Бахолдин, Б.В., Джантимиров, Х.А., Разводовский, Д.Е. Несущая способность свай в кусте. Сборник «Свайные фундаменты». — М.: Стройиздат, - 1991. - С. 41-44.

Васенин, В.А. Численное моделирование испытаний буронабивных свай и барреты для строительства высотного здания в Санкт-Петербурге // Геотехника. - 2010. - №5. - С.38-47.

Горбунов-Посадов, М.И., Сивцова, Е.П. Проверка свай на проскальзывание. / М.И. Горбунов-Посадов, Е.П. Сивцова Е.П. // Труды НИИ оснований и фундаментов. -М.: Гостройиздат, 1966. -№56. С. 36-41.

Готман Н.З. Определение параметров сплошного свайного поля из забивных свай // Основания, фундаменты и механика грунтов. -2003. - №2. -С. 2-6.

Григорян, A.A. Свайные фундаменты зданий и сооружений на просадочных грунтах. / A.A. Григорян. -М.: Стройиздат, 1984. -161 с.

Далматов, Б.И. Определение осадки свайных фундаментов с учетом рассеивания напряжения в стороны // Механика грунтов, основания и фундаменты: Тезисы докл. 31 конф. ЛИСИ. - JL: ЛИСИ, 1973. С.3-6.

Девальтовский, Е.Э. Исследование работы свайных фундаментов с учетом их взаимодействия с межсвайным грунтом: дис. ...канд.техн.наук. / Девальтовский Евгений Эдуардович. -Ленинград, 1982.

i#il*h^üttw mtimmtmmtiwii'mwif л r ff. "

Дорошкевич, H.M. Исследование напряжений в грунте при свайных фундаментах: дис. ...канд. техн. наук. / Дорошкевич Нина Михайловна. —М., 1959.

Дорошкевич, Н.М. Кудинов, В.И. Учет влияния совместной работы свай в кустах на их несущую способность // Сб. тр. МИСИ - М., 1973. - №115.

Дорошкевич, Н.М. Основы проектирования свайных фундаментов по предельным деформациям. //В сб. Механика грунтов, основания и фундаменты: сб. трудов МИСИ.- №115. - М., 1973, с.102-109.

Дорошкевич, Н.М., Знаменский, В.В., Кудинов, В.И. Инженерные методы расчета свайных фундаментов при различных схемах их нагружения // Вестник МГСУ. -№1,2006, с. 119-132.

Знаменский, В.В. Работа свайного фундамента в глинистых грунтах и расчет их по деформациям: дис. ... канд. техн. наук. / Знаменский Владимир Валерьянович. -М.,1971.

Каценбах, Р., Леппла, Ш., Фоглер, М., Дунаевский, P.A., Куттиг, X. Опыт оптимизации стоимости фундаментов высотных зданий // Жилищное строительство. -2010. - №5. - С.7-13.

Луга, A.A. Методические указания к расчету осадок одиночных свай. / A.A. Луга. - М., 1963

Маций, С.И. Противооползневая защита. / Маций С.И. - Краснодар.: АлВи -дизайн, 2010.-288с.

МГСН 4.19-2005 «Временные нормы и правила проектирования многофункциональных высотных зданий и зданий - комплексов в городе Москве». -М., 2005.

МДС 50-1.2007 «Проектирование и устройство оснований, фундаментов и подземных частей многофункциональных высотных зданий и зданий -комплексов ». - М., 2007.

Пилягин, A.B. Исследование осадок свайных кустов: дисс. ...канд.техн.наук. 05.23.02 / Пилягин Алексей Васильевич. -Л.: ЛИСИ, 1969. -210 с.

Пилягин, A.B. Определение осадок свайных фундаментов методом ограниченной сжимаемой толщи. — Фундаменты многоэтажных зданий в условиях сильносжимаемых грунтов: Свайные фундаменты. / A.B. Пилягин-Л., 1968.-62-70 с.

Равель, У., Мазьери, Д., Ролле, М. Охта Центр - испытание баррет двунаправленной статической нагрузкой // Солетаншстрой, 2010 г.

Сальников, Б. А. Исследование несущей способности свайных фундаментов в слабых глинистых грунтах: дис. ... канд. техн. наук. / Сальников Борис Александрович. -М.,1969. - 301 с.

СНиП 2.02.01-83. Основания зданий и сооружений - М.:ФГУП ЦПП, 1986. -48 с.

СП 116.13330.2012 Инженерная защита территорий, зданий и сооружений от опасных геологических процессов. Основные

положения.Актуализированная редакция СНиП 22-02-2003. — М.: ФАУ "ФСЦ", 2012.-60 с.

СП 24.13330.2011. Свайные фундаменты. Актуализированная редакция СНиП 2.02.03-85. -М.: ФАУ "ФСЦ" , 2011. - 86 с.

Тер-Мартиросян, З.Г., Тер-Мартиросян, А.З. Предложения по выбору и расчетному обоснованию проектных решений фундаментной конструкции подземной части общественно-делового центра «Охта» и к научному сопровождению проекта и строительства нулевого цикла / З.Г. Тер-Мартиросян. - М., 2009.

Тер-Мартиросян, З.Г. Механика грунтов. / З.Г. Тер-Мартиросян. - М.: АСВ, 2009. - 500 с.

Тер-Мартиросян, З.Г., Нгуен Занг Нам. Взаимодействие длинных свай с двухслойным упруго-ползучим основанием // Вестник гражданских инженеров СПбГАСУ. - Санкт-Петербург, 2007. -№1(10). - С. 52-55.

Тер-Мартиросян, З.Г., Нгуен Занг Нам. Взаимодействие сваи большой длины с неоднородным массивом грунта // Вестник МГСУ — №2, 2008. — С. 3-14.

Тер — Мартиросян, З.Г., Сидоров, В.В. Взаимодействие длинной барреты с однослойным и двухслойным основанием // Жилищное Строительство. — 2010.-№1.-С. 36-39.

Ухов, С.Б., Семенов, В.В., Знаменский, В.В., Тер-Мартиросян, З.Г., Чернышев, С.Н. Механика грунтов, основания и фундаменты / Ухов С.Б., Семенов В.В., Знаменский В.В., Тер-Мартиросян З.Г., Чернышев С.В. - М.: АСВ, 1994.-520 с.

Хамов, А.П. К расчету осадки свайных фундаментов с учетом нелинейной зависимости осадки от нагрузки. //В сб. Строительство в районах Восточной Сибири и Крайнего Севера. - Красноярск —1971. - № 17.

Хамов, А.П. О взаимном влиянии свай в однорядном свайном фундаменте и группе свай // Основания, фундаменты и механика грунтов. - М., 1972.

Югай, O.K. Особенности работы фундаментов из свай большой длины при действии центральной нагрузки: дис. ...канд.техн.наук. / Югай Олег Константинович.-М., 1982.- 150 с.

Baker, C.N., Azam, Т., Joseph, L.S. Settlement analysis for 450 meter tall KLCC Towers. In vertical and horizontal deformations of foundations and embankments // proc. of Settlement '94 (eds A.T. Yeung, G.Y. Felio). Geotech. Spe. Publ.№40, ASCE, Vol.2, 1994, P. 1650-1671.

Baker, C.N., Drumright, E.E., Joseph, L.M., Azam, T. The taller the deeper // Civil Engineering (The Geoenviromental Special Issue), ASCE, 66, №11,1996, 3A-6A.

Burland, J.B. Discussion (session 4 - drilling muds) // Grouts and drilling muds in engineering practice. Butterworths, London. UK, 1963.P.223-225.

Cernak, B. The time effect of suspension on the behavior of piers // Proceedings of 6th European Conference on Soil Mechanics and Foundation Engineering, Vienna. Austria, 1976. Vol.1, P.lll-114.

Chen, Y.J., Kulhawy, F.H. Case History Evaluation of the Behavior of Drilled Shafts Under Axial and Lateral Loading // Cornell University, New York, 1994.

Cho, NJ., Kulhawi, F.H. Experimental study of undrained behavior of drilled shafts during static and cyclic inclined loading // Cornell University Geotechnical engineering group, New York, 1995.

Davidson, R.R. Foundations innovations cut costs // J.Civil Engineering, ASCE, 57, №12, 1987, P.54-56.

Duncan, J.M., Chang, C.Y. Nonlinear analysis of stress and strain in soil. ASCE J. of the Soil Mechanics and Foundations. Div.,96,1970, p. 1629-1653.

Ishihara, K. Recent advances in pile testing and diaphragm wall construction in Japan // Geotechnical Engineering,41,1/4, 2010, P.97-122.

Fellenius, B.H., Altaee, A., Kulesza, R., Hayes, J. O-cell testing and FE Analysis of 28m deep barrette in Manila, Philippines // American Society of Civil Engineering, Journal of geotechnical and environmental engineering. 1999, Vol. 125, №7, pp. 566-575.

Fleming, W.G.K., Sliwinski, Z.J. The use and influence of bentonite in bored pile construction // CIRIA Rep. No. PG3, Construction Industry Research and Information Association. London. UK, 1977.

Gandais, M. Keynote paper: France. In Piling: European practice and worldwide trends (ed. M.J. Sands) // Thomas Telford Ltd., London, 1992, P.38-43.

Hamza, M., Ibrahim, M.H. Base and shaft grouted large diameter pile and barrettes load tests // Proceedings Geotech -Year 2000, Developments in Geotechnical Engineering, Bangkok. Thailand, 2000. Vol.2. P.219-228.

Hansen, J.B., Revised and extended formula for bearing capacity // Bulletin 28, Danish Geotechnical Institute, Copenhagen, 1970, 5-11.

Hill, R. The Mathematical Theory of Plasticity / Oxford University Press, London, UK, 1950.

Ho, K.S. Behaviour of the instrumented trial barrette for the Hang Seng Bank Headquarters Building // Spec. Proj. Report SPR 12/93, Geotechnical Engineering Office, Department of Civil Engineering, Hong Kong, 1993.

Ho, C.E., Lim, C.H. Barrettes designed as friction foundations: a case history // Proceedings of 4th International Conference on Case Histories in Geotechnical Engineering, St, Louis, Missouri. USA, 1998. P.236-241.

Janbu, N. Soil compressibility as determined by oedometer and triaxial tests. Proc. ECSMFE Wiesbaden,1,1963, P. 19-25.

Johnson, E.G., Johnson, K.E., Erikson, C.M. Deep foundation elements installed by slurry wall techniques // In Slurry walls: design, construction and quality control (eds. D.B. Paul, R.R. Davidson, N.J. Cavalli), ASTM STP 1129, Philadelphia, 1992, P.207-224.

Kienberger, H. Diaphragm walls as load bearing foundations // Diaphragm walls and anchorages. Institution of Civil Engineers. London. UK, 1975. P. 19-21.

Kondner, R.L. A hyperbolic stress strain formulation for sands.2.Pan.Am.ICOSFE Brazil, 1,1963, p.289-324.

Kulhawy, F., Trautmann, C., Beech, G., O'Rourke, T., McGuire, W., Wood, W., Capano, C. Transmission line Structure Foundation for Uplift-Compression Loading // Report EL-2870 , EPRI, Palo Alto, Feb 1983, 412 p.

Linder, W.R., Siebke, H.H. The new European Standard EN 1536 "Execution of bored piles" // Proc. 3th Int. Geotech Seminar on Deep Foundations on bored and auger piles, (eds W.F. van Impe, W. Haegeman). A.A. Balkema, Rotterdam, 1998 P.299-307.

Lei, G. Behaviour of excavated rectangular piles (barrettes) in granitic saprolites // Department of Civil Engineering Hong Kong University of Science and Technology. Clear Water Bay, Kowloon, Hong Kong. August 2001.

Mazzucato, A., Natali, A. Analysis of non-linear behaviour of reinforced concrete diaphragm walls under horizontal load // Proceedings of the first International Geotechnical Seminar on Deep Foundations on Bored and Auger Piles (ed. W.F. van Impe). A.A. Balkema, Rotterdam, 1988, P.239-244.

Melan, E. Der Spannungszustand der durch eine Einzelkraft im Innern Beanpruchten Halbschibe // Zeitschrift fur angewandte Mathematik. — 1932. — B.12f.6.

Morrison, J., Pugh E. Tsim Sha Tsui Cultural Centre - Foundations and Superstructure// Proceedings Instn. Civil Engineers, Part 1, Vol.88, 1990, P.765-781.

Mindlin, R. Force at a point in the interior of a semi-infinite solid // Physics. 1936. V.7.-Pr. 192-202.

O'Neil, M.W., Reese, L.C. Drilled shafts: construction procedures and design

methods // Federal Highway Administration Publ. № FHWA-IF-99-025,U.S. Department of Transportation, 1999.

Osterberg, J.O., The Osterberg load test method for drilled shafts and driven piles // Proceedings of the seventh international conference of piling and deep foundation. Published by deep foundation institute. Vienna, Austria, 1998.

Ramaswamy, S.D., Petrusier E.M. Construction of barrets for high-rise foundation. J. // Construction Engineering, ASCE, 112, №4, 1986, P.455-462.

Shanz, T. Zur Modellierung des Mechanichen Verhaltens von Reibungsmaterial en. Habilitation. Stuttgart Universität, 1998.

Shanz, T., Vermeer, P.A., Bonnier, P.G. The hardening soil model: Formulation and verification. In R.B.J. Brinkgreve, Beyond 2000 in Computional Geotechics, Balkema, Rotterdam, 1999, p.281-290.

Thasnanipan, N., Maung, A.W., Aue, Z.Z. Record load test on a large barrette

tVi

and its performance in the layered soils of Bangkok // 5 International Conference on deep foundation practice incorporating piletalk international 2001. Singapore.

Vesic , AS, "Bearing capacity of shallow foundations", Chap.3 in Foundation // Engineering Handbook, Ed. H.Winterkorn and HY Fang, Van Nostrand Reinhold, New York, 1975, 121-147.

Von Soos, P. Properties of soil and rock (in German). In:Grundbautaschenbuch Part 4. Ernst i Sohn, Berlin, 1990.

Wood, M.D, Soil Behavior and Critical State Soil Mechanics. Cambridge University Press, 1990.