Кафедра автомобильных дорог и городских сооружений | Структура и сотрудники СФУ

Кафедра автомобильных дорог и городских сооружений

e-mail: VServatinsky [at] sfu-kras [dot] ru
телефон: +7 (391) 206-27-50

Подразделения

Серватинский Вадим Вячеславович
доцент, заведующий
+7 (391) 206-27-50, VServatinsky [at] sfu-kras [dot] ru, страница сотрудника
Артемьева Наталия Александровна
доцент
+7 (391) 206-27-64, nartemeva [at] sfu-kras [dot] ru, страница сотрудника
Богданов Игорь Яковлевич
доцент
+7 (391) 206-27-50, Ibogdanov [at] sfu-kras [dot] ru, страница сотрудника
Воротынова Ольга Владленовна
доцент
+7 (391) 206-27-64, ovorotynova [at] sfu-kras [dot] ru, страница сотрудника
Гавриленко Татьяна Валентиновна
доцент
+7 (391) 206-27-50, tvgavrilenko [at] sfu-kras [dot] ru, страница сотрудника
Гавриш Валентина Владимировна
доцент
+7 (391) 206-27-50, VGavrish [at] sfu-kras [dot] ru, страница сотрудника
Горяева Елена Владимировна
доцент
Жуков Виктор Ильич
профессор
+7 (391) 206-27-50, VZhukov [at] sfu-kras [dot] ru, страница сотрудника
Журавлев Виктор Юрьевич
доцент
Иванова Людмила Алексеевна
доцент
+7 (391) 206-27-50, LAIvanova [at] sfu-kras [dot] ru, страница сотрудника
Иванова Ольга Анатольевна
ассистент
+7 (391) 206-27-50, OAIvanova [at] sfu-kras [dot] ru, страница сотрудника
Крафт Светлана Леопольдовна
доцент
Криворотова Елена Сергеевна
специалист
Преснов Олег Михайлович
доцент
Сабинин Виктор Леонидович
доцент
+7 (391) 206-27-50, vsabinin [at] sfu-kras [dot] ru, страница сотрудника
Савич Александр Сергеевич
специалист
Семенов Максим Юрьевич
старший преподаватель
+7 (391) 206-27-64, MSemenov [at] sfu-kras [dot] ru, страница сотрудника
Фомина Людмила Юрьевна
доцент
+7 (391) 206-27-64, lyfomina [at] sfu-kras [dot] ru, страница сотрудника
Холодов Сергей Павлович
доцент
+7 (391) 206-27-64, Skholodov [at] stu-kras [dot] ru, страница сотрудника
Чайкин Евгений Александрович
старший преподаватель
+7 (391) 206-27-64, echaykin [at] sfu-kras [dot] ru, страница сотрудника
Щербань Виктор Николаевич
инженер
+7 (391) 206-27-50, VNShcherban [at] sfu-kras [dot] ru, страница сотрудника
Янаев Евгений Юрьевич
доцент
+7 (391) 206-28-24, EYanaev [at] sfu-kras [dot] ru, страница сотрудника

Лаборатория городских инженерных сооружений и фундаментов

Лю-тинхай Валентина Васильевна
заведующий
+7 (391) 206-27-50, vlyutinhay [at] sfu-kras [dot] ru, страница сотрудника

Лаборатория инженерной геодезии

Терпилова Оксана Викторовна
заведующий
+7 (391) 206-56-67, OTerpilova [at] sfu-kras [dot] ru, страница сотрудника
Все сотрудники на странице подразделения: isi.sfu-kras.ru

Сваи с уширенной пятой

Свайный фундамент является одним из наиболее распространенных видов фундаментов в сложных грунтовых и климатических условиях России (большая глубина промерзания, воздействие сил морозного пучения и др.).

Особое место по эффективности занимают фундаменты из буронабивных свай с уширенной пятой, работающие на вертикальную нагрузку.

Однако отдельные вопросы применения такого свайного фундамента остаются слабо изученными. К ним относятся вопросы рационального выбора размеров уширенной пяты буронабивной сваи для увеличения ее несущей способности.

Эффективность (удельная несущая способность) применения такого уширения будет зависеть от его размеров.

С ростом радиуса R уширения удельная несущая способность (отношение несущей способности сваи к ее объему) такой сваи вначале растет, а затем снижается.

В связи с этим вопрос выбора радиуса R уширения становится особенно важным.

Для эффективного применения уширения необходимо назначать R = Rопт, дающий максимальное значение показателя K/m (удельная несущая способность).

В работах предложена схема расчета радиуса R = Rопт обеспечивающая наибольшую удельную несущую способность (эффективность) конструкции.

Выбор размеров уширения для буронабивных свай с уширенной пятой

В работах [1,2,3,4] показано, что буронабивные сваи с уширенной пятой — эффективная свайная конструкция, работающая на выдергивание. Такой тип работы широко встречается для коротких свай в условиях большой глубины промерзания df , т.е. в условиях Сибири и большей части Европейской территории России.

Технология свай ТИСЭ [5,6,7] предполагает изготовление в нижней части сваи уширения в виде полусферы (с помощью специального ножа-плуга).

Так как объем (а, следовательно и стоимость) цилиндрической части сваи растет пропорционально квадрату радиуса скважины, а уширения — кубу радиуса полусферы R, эффективность (удельная несущая способность на выдергивание, несущая способность отнесенная к объему сваи, кН/м3) применения такого уширения будет непостоянна.

Вначале она будет расти, достигая максимума, а затем снижаться, при больших значениях R. Таким образом, актуальным становится вопрос выбора радиуса R полусферической части сваи, который обеспечит наибольшую удельную несущую способность конструкции.

Определим значение Rопт (в приведенном ранее смысле) в зависимости от других параметров сваи.

Объем цилиндрической части сваи Vц равен:

Vц = πr2ℓ,
где r — радиус скважины;
— длина сваи.

Объем полусферической части сваи Vп определится:

Vп = (4πR3 / 3) / 2 = 2πR3 / 3

Учитывая, что объем центральной части уширения в пределах радиуса r и высотой h ≈ R входит в объем цилиндрической части сваи Vц, его нужно вычесть из Vп.

Тогда:

Vп = 2πRR3 / 3 − πrR2R.

Небольшая погрешность, возникающая за счет замены h на R, не превышает 3% и на точность дальнейших расчетов существенно не влияет.

Таким образом, объем сваи с уширением Vуш равен:

Vуш = Vц + Vп = πr2ℓ + 2πR3 / 3 − πr2R.

Объем сваи без уширения Vc определится:

Vс = Vц = πr2ℓ.

Так как нас интересует насколько растет объем сваи за счет уширения, введем показатель m.

m = Vуш/Vс = (Vц + Vп)/Vц = (πr2ℓ + 2πR3 / 3 − πr2R) / (πr2ℓ) = 1 + (2R3 / 3)/(r2ℓ) − R / ℓ.

При росте R несущая способность сваи на выдергивание (в дальнейшем несущая способность сваи) также растет.

Несущая способность сваи без уширения Fd с по (7.14)[8] будет равна:

Fdc = γc2πrγcffℓ

где f — расчетное сопротивление грунта по боковой поверхности ствола сваи, кПа; ввиду малой длины сваи может быть принято постоянным.

Для сваи с уширением несущая способность Fd уш определится:

Fd уш = γc2πRγcffℓ.

Введем показатель K, равный отношению несущих способностей.

K = Fd уш / Fdc = γc2πRγcffℓ / (γc2πrγcffℓ) = R / r.

Показателем эффективности применения уширения (как отмечено ранее) будет отношение удельной несущей способности сваи с уширением к этому же показателю для цилиндрической. То есть отношение прироста несущей способности K приросту объема сваи m (т.е. стоимости).

В таблице приведены значения K/m в зависимости от радиуса уширения R при значениях = 1,0 м и r = 0,1 м.

R,мmKK/m
0,100,971,01,031
0,151,0751,51,395
0,201,332,01,50
0,251,792,51,396
0,302,503,01,20
0,353,503,51,00
0,404,904,00,81

Из рассмотрения таблицы можно видеть зависимость предполагаемую ранее. Удельная несущая способность сваи с уширением растет с ростом R от 1,0 до 1,50 (при R = 0,20 м), а затем падает до 1,0 и менее по сравнению с цилиндрической формой (что совершенно недопустимо на практике).

Для эффективного применения уширения необходимо назначать R, дающий максимальное значение показателя K/m (отношение удельных несущих способностей свай с уширением к цилиндрической ).

Для определения Rопт необходимо взять производную от K/m по R, приравнять ее нулю и из этого выражения найти R = Rопт.

K / m = (R / r)/(1 + (2 R3 / 3) / (r2ℓ) − R / ℓ).   (1)

Решение уравнения третьей степени, полученного после дифференцирования, весьма громоздко. Поэтому найдем Rопт для обратной величины m / K (минимальный прирост объема сваи на 1 кН несущей способности).

m / K = (1 + (2 R3 / 3) / (r2ℓ) − R / ℓ) / (R / r) = r / R + (2R2) / (3rℓ) − r / ℓ;

(m / K)׀ = (r / R + (2R2) / (3rℓ) − r / ℓ)׀ = 4R / (3rℓ) − r / R2.

Отсюда:

4R / (3rℓ) − r / R2 = 0; R = Rопт = (3r2ℓ / 4)1/3.   (2)

Для значений приведенных к таблице Rопт равно:

Rопт = (30,12 1,0 / 4)1/3 = 0,196 м;

K / m = (R / r) / (1 + (2 R3 / 3) / (r2ℓ) − R / ℓ) = 1,96 / (1 + 20,1963 / (30,01*1,0) − 0,196) = 1,508.

Удельная несущая способность такой сваи на выдергивание будет в 1,508 раза выше, чем у цилиндрической.

Выводы

  1. Для свай, изготовленных по технологии ТИСЭ, работающих на выдергивание, размер уширения определяет удельную несущую способность всей конструкции.
  2. Для обеспечения максимальной удельной несущей способности свай радиус уширения должен приниматься по выражению (2).

Литература

  1. Рекомендации по учету и предупреждению деформаций и сил морозного пучения грунтов. — М.: ПНИИИС, 1986.
  2. Невзоров А.Л. Фундаменты на сезоннопромерзающих грунтах. — М.: Изд. АСВ, ISBN 5–93093–031–7, 2000.
  3. Рекомендации по совершенствованию конструкций и норм проектирования искусственных сооружений, возводимых на пучинистых грунтах с учетом природных условий БАМа. — М.: ВНИИТС, 1981.
  4. СП 131.13330.2012. Строительная климатология. — М.: Минрегион России НИИСФ РААСН, 2012.
  5. ВСН 5–71 Временные указания по устройству коротких буронабивных бетонных и бутобетонных свай для малоэтажных сельских зданий. — М.: Минсельстрой СССР,1971.
  6. Холодов С.П. Малонагруженные фундаменты в условиях большой глубины промерзания. Системы. Методы. Технологии. Братский государственный университет. ISSN 2077–5415, вып. 2, с. 138–141, 2015.
  7. Холодов С.П. Расчет буронабивной сваи с уширением в климатических условиях Сибири. Системы. Методы. Технологии. Братский государственный университет. ISSN 2077–5415, вып. 2, с. 138–142, 2017.
  8. СП 24.13330.2011. Свайные фундаменты. — М.: Минрегион России ОАО «ЦПП», 2010.

Контакты

Сибирский федеральный университет, 660041, Россия, Красноярск, проспект Свободный 79, тел. +7 (391) 244-82-13, факс. +7 (391) 244-86-25.

Кафедра автомобильных дорог и городских сооружений»; +7 (391) 252-78-72.

УДК 624.139.26

Холодов С. П., канд. техн. наук, доц.; skholodov [at] sfu-kras [dot] ru.

Вы можете отметить интересные фрагменты текста, которые будут доступны по уникальной ссылке в адресной строке браузера.