К.т.н., доцент Шилибеков С.К.
Таразский государственный
университет им. М.Х.Дулати, Казахстан
К ВОПРОСУ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СОПРОТИВЛЕНИЯ ФУНДАМЕНТА ПО РЕЗУЛЬТАТАМ
ВЫТРАМБОВЫВАНИЯ КОТЛОВАНА
При устройстве фундаментов в
вытрамбованных котлованах (ФВК) возникает необходимость в проведении полевых испытаний для
определения их несущей способности, так
как применяемые расчетные методы не гарантируют приемлемую точность.
Общепринятым
стандартным (эталонным) методом надежной оценки несущей способности фундаментов
является испытание статической нагрузкой.
В республике Казахстан, при участии автора
данной статьи, разработан отраслевой стандарт ОСТ РК 5.01-01-2004 ''Фундаменты
из забивных блоков. Методы испытаний'', позволяющие получить достаточно
надежные результаты.
Серьезной проблемой при проведении
испытаний являются большая продолжительность и большие финансовые затраты. В
связи этим проектировщики часто прибегают к динамическому методу оценки несущей
способности ФВК. При этом методе
определение сопротивления фундамента производится по результатам
вытрамбовывания котлована.
В
использовании и развитии динамического метода наметились несколько направлении.
Крутов
В.И. [1] для определения несущей способности ФВК предложил эмпирическую формулу
(1)
где
- энергия затраченная на вытрамбовку котлована под фундамент;
- эмпирические
коэффициенты.
Применение данной формулы ограничена только
суглинистыми грунтами, имеющими влажность близкой к оптимальной. Кроме того,
суммарная величина энергии, затраченная на вытрамбовку коррелируется с
величиной несущей способности в однородных по глубине грунтах. При залегании в
верхней части вытрамбованного котлована более плотных грунтов, несмотря на
большие затраты энергии, эти слои существенной роли в формировании несущей
способности ФВК не будут играть.
Сальниковым
Б.А. [2] предложен метод, основанный на определении коэффициента динамичности,
предложена формула определения несущей способности ФВК при данном ''отказе''.
Этот метод очень сложен для производственного применения.
Гончаров
Б.В. [3] предлагает величину предельной нагрузки на ФВК определять по формуле
(2)
где 
- энергия удара;
-остаточный отказ;
– коэффициент.
Величина коэффициента 
является приближенной
интегральной величиной, учитывающей разницу между динамическим усилием и
сопротивлением статической нагрузке. Одним из критериев, который характеризует
площадь сечения трамбовки, ее форму и
угол заострения принят коэффициент выпора kv, который
определяется как отношение объема выпора грунта (
) к объему вытрамбованного котлована (
).
Для
расширения области применения (по типам грунтов) метода, предложенного
Гончаровым Б.В., были проведены натурные полевые исследования при устройстве ФВК неглубокого заложения, без
уширения основания.
Площадка была сложена супесчаным грунтом, имеющим следующие
характеристики: плотность твердых частиц грунта 2,70 т/м3; плотность
грунта в сухом состоянии 1,48…1,56 т/м3; коэффициент пористости
0,73…0,82; влажность на границе раскатывания 0,16…0,18; влажность на границе
текучести 0,20…0,22; природная влажность 0,10…0,11.
До начала работ по
вытрамбовыванию котлованов производилась подготовка экспериментальных площадок. Она заключалась в планировке
поверхности площадок и проведении работ по увлажнению грунтов основания до оптимальной
влажности. Увлажнение грунтов основания до оптимальной влажности
осуществлялось с поверхности путем заливки расчетного количества воды на пятно
будущего котлована. Первые опыты по увлажнению грунтов площадки расчетным
количеством воды, определенным по формуле (5) ''Руководства…'' [4], показали на
необходимость корректировки данной формулы с учетом местных грунтовых условий.
Опытное вытрамбовывание котлованов
осуществлялось путем сбрасывания трамбовки с высоты 2,5 м, при влажности
грунта близкой к оптимальной. Ориентировочное значение оптимальной влажности
грунта основания принималось равной W0 = Wp - (1 – 3 %) =14–15%.
В опытах производились
измерения горизонтальных и вертикальных перемещений поверхности грунта вблизи
котлованов при вытрамбовывании.
Измерение перемещений выполнялось по маркам забитым в грунт до начала процесса
вытрамбовывания, с интервалом 5 – 10 см, вдоль центральной оси котлована
по одной из ее сторон. Поверхностные марки представляли собой деревянные
пластины с размерами 50х50 мм и толщиной 8 мм, со стержнем в центре длиной 100
мм. Вертикальные перемещения поверхности грунта измерялись по маркам с помощью
специальной нивелирной линейки, а горизонтальные – путем измерений от
неподвижной точки (репера) до центра марок. По полученным данным были построены
графики изменения перемещений поверхности грунта, по мере удаления от края
котлована.
Максимальные значения
горизонтальных перемещений наблюдаются непосредственно у стенки котлована, а
вертикальные- на расстоянии 20…25 см от края котлована. Характерно, что
вертикальные и горизонтальные перемещения поверхности грунта (выпор) вблизи
котлована наблюдается при последних 3-4 ударах и имеет место понижение
поверхности грунта у стенки котлована. Перемещения резко уменьшаются по мере
удаления от края котлована.
После проведения работ по вытрамбовыванию котлованов производилось
бетонирование котлованов. После набора бетоном требуемой прочности проводились
статические испытания, при неблагоприятных условиях (супеси пластичной
консистенции).
Проведенные испытания
фундаментов в вытрамбованных котлованах на вертикальные статические нагрузки
показывают, что во всех случаях характер зависимости осадок фундаментов S от нагрузки N
носит слабовыраженный
криволинейный характер, т.е. на
графиках отсутствует “срыв”. Поэтому значение расчетного сопротивления фундамента
в вытрамбованном котловане вертикальной нагрузке, согласно '' Руководства…''[4],
принималось равной нагрузке, соответствующей расчетной величине осадки опытного
фундамента, определяемой по формуле
Δ = ξ Su
(3)
При проведении
исследования ставилась задача определить границы изменения величины
коэффициента β при
использовании формулы (2), для определения несущей способности ФВК
неглубокого заложения без уширения.
По результатам
испытаний ФВК неглубокого заложения в пластичных супесчаных грунтах были
рассчитаны величины коэффициентов kv и 
, которые приведены в таблице.
|
Коэффициент выпора kv |
0,04 |
0,08 |
0,16 |
|
Коэффициент |
23 |
20 |
14 |
Для рекомендации и
обоснования использования на практике рассмотренного метода, т.е применения
величины выпора грунта в качестве критерия оценки несущей способности ФВК по
результатам вытрамбовывания котлована под фундамент, необходимо дальнейшее
накопление экспериментальных данных и обобщение результатов.
Литература
1.
Крутов В.И., Багдасаров
Ю.А., Рабинович И.Г. Фундаменты в вытрамбованных котлованах. - М.: Стройиздат,
1985.- 164с.
2.
Сальников Б.А.,Бадеев
А.И. Определение несущей способности ФВК динамическим способом./Транспортное строительство,№6,1988-с.29-30.
3.
Гончаров Б.В. и др. О
динамическом контроле несущей способности ФВК./ Тр.НИИпромстрой.- Уфа, 1991-
с.64-71.
4.
Руководство по
проектированию и устройству фундаментов в вытрамбованных котлованах.- М.:
Стройиздат, 1981.- 56с.