Силы нагружающего трения на сваи

Исследования сил нагружающего, трения на буронабивные и тензометрические сваи в Запорожье выполнялись на опытных участках, сложенных лессами и лессовидными суглинками, которые на глубину 18—22 м обладали просадочными свойствами с расчетной просадкой грунтов от собственного веса 85— 95 см. Опытные сваи опирались, как правило, на непросадочные красно-бурые суглинки и располагались в котлованах размером в плане 10X50 и 25X50 м, в которых происходили просадки грунтов, близкие к расчетным.

Результаты выполненных исследований показали, что испытанные сваи, несмотря на полную прорезку просадочных грунтов и отсутствие на них внешней нагрузки, при замачивании окружающих просадочных грунтов получили просадки, которые по абсолютной величине всего лишь на 10—70% оказались меньше просадок грунтов на прилегающей площади. В частности при испытаниях в Хортицком жилмассиве (см. рис. 23) при максимальной просадке поверхности грунта в котловане 785 мм просадка свай С-1 и С-2 равнялась 331 и 460 мм и на 30—70% оказалась меньше просадки прилегающего грунта. Совместная просадка свай и прилегающего к ней грунта продолжалась лишь в первые 15 дней, в дальнейшем при просадке грунта более 200 мм произошло проскальзывание грунта по свае, после чего интенсивность просадки свай уменьшилась, а грунта несколько возросла. По приведенным на рис. 23 данным достаточно четко прослеживаются области нависания просадочного грунта на сваи, в пределах которых просадки грунтов за счет влияния сваи значительно снижаются. Диаметр этой области для сваи С-1 в данных грунтовых условиях оказался равным 3,5 м и сваи С-2—5 м.

Вскрытие одной из буронабивных свай, просадка которой при отсутствии нагрузки равнялась 775 мм, а окружающего грунта 785 мм, позволило установить, что под пятой сваи после просадки грунта образовалась уплотненная зона глубиной 0,8 м и диаметром 2 м; в пределах уплотненной зоны объемная масса скелета грунта повысилась с 1,68 до 1,95 т/м³ и в среднем на 0,14 т/м³. Аналитические подсчеты отметили практически полное совпадение суммарных объемов сжатия грунта в пределах уплотненной зоны при просадке пяты сваи и по увеличению объемной массы скелета грунта. Для достижения фактически полученных значений объемной массы скелета грунта и размеров уплотненной зоны дополнительная нагрузка от сил нагружающего трения на сваю должна быть равна не менее 800—1000 кН.

Замер сил нагружающего трения по одной из тензометрических свай показал, что величины их возрастают по мере повышения просадки грунта. При просадке сваи 0,27 м силы нагружающего трения на глубине 4; 8 и 12 м соответственно равнялись 0,034, 0,028 и 0,026 МПа. При этих значениях дополнительная нагрузка на сваю диаметром 0,6 м за счет нависания грунта в пределах глубины от 0 до 12 м оказалась равной 660 кН.

Рис. 25. Графики изменения во времени: а — усилий в динамометрах; б — осадок свай (по опытам Григорян А. А. и Григоряна Р. Г.).

Силы нагружающего трения по боковой поверхности свай при просадках грунтов от собственного веса в Никополе изучались на опытном участке, сложенном на глубину до 30 м лессами и лессовидными суглинками. Две тензометрические сваи диаметром 0,6 и 0,5 м длиной 16 и 22 м, а также четыре буронабивные сваи диаметром 0,5 м с уширением 1,6 м и длиной 16 м были расположены в котловане размером в плане 20X20 м. Просадки грунтов замеряли по поверхностным и глубинным маркам, установленным на глубину до 20,7 м (рис. 25). Динамометры в тензометрической свае I располагались на глубинах, м: 1 — 15,7; 2— 10; 3-6,1, а в свае II на глубинах: 4 — 21,7; 5—12,7; 6 — 9,2 м.  Тензометрические сваи I и II до замачивания грунтов, были загружены нагрузкой соответственно 550 и 600 кН.

При замачивании грунтов в течение 70 суток просадка глубинной марки, установленной на глубине 6,2 м, составила около-300 мм, загруженных тензометрических свай I и II около 280 и 190 мм, а сваи III, служившей одним из анкеров при загрузке сваи I, порядка 100 мм. Как видно из рис. 25, динамометры в сваях включались в работу постепенно по мере продвижение фронта увлажнения грунта вниз. Значительное увеличение усилий в динамометрах совпадает с началом развития просадок грунта. Наибольшие усилия зафиксированы динамометром 1 расположенным у пяты загруженной сваи I. При осадке сваи около 200 мм усилия в динамометре возросли до 832 кН, т. е. на 282 кН превысили вертикальную нагрузку на сваю. По полученным данным максимальная величина дополнительной нагрузки на сваю I за счет сил нагружающего трения при просадке окружающего грунта равняется 282 кН и нарастает скачками, чему по-видимому, способствуют значительные перемещения просадочного грунта относительно сваи.

Динамометры 2 и 3 вскоре вышли из строя, поэтому их показания на рис. 25 отсутствуют.

Таким образом, рассмотренные некоторые результаты исследований взаимодействия свай с окружающим их грунтом свидетельствуют о том, что при просадках окружающих грунтов по боковой поверхности свай развиваются силы нагружающего трения, которые приводят к созданию дополнительной нагрузки на сваи и соответственно к дополнительным их осадкам. Силы нагружающего трения на сваи должны зависеть от осадок свай и максимальные их величины должны наблюдаться при полной просадке окружающего грунта и осадках свай, не превышающих обычно допускаемых для них величин, т. е. 2—4 см.