Прогноз увеличения во времени несущей способности свай

В статье поставлена цель изучить этапы увеличения несущей способности свай под длительной нагрузкой во времени. В статье рассмотрены испытания свай под длительной нагрузкой и определение изменения несущей способности свай. Проведен сравнительный анализ параметров после забивки свай во времени. В результате анализа выявлены принципы увеличения несущей способности.

Ключевые слова: забивные сваи, несущая способность, нагрузки, отдых.

Многочисленные лабораторные и полевые исследования показали, что по мере консолидации и тиксотропного упрочнения глинистых грунтов происходит увеличение несущей способности свай во времени.

С целью изучения закономерностей увеличения несущей способности свай во времени при их работе в глинистых грунтах были проведены статические испытания свай длиной 5–12 м на специальных экспериментальных площадках. Испытания проводились в глинистых грунтах мягко- и тугопластичной консистенции, в некоторых случаях с прослойками текучепластичной консистенции. «Отдых» сваям давался от 1 до 55–60 сут. Была испытана 91 свая.

На рис. 1, а приведены графики «осадка-нагрузка» одиночных свай и на основе этих графиков построена кривая изменения несущей способности одиночных свай в зависимости от времени (рис. 1, б), которая показывает, что первые 6 суток происходит быстрый рост восприятия нагрузки сваи, а к 20–25 сут этот рост затухает. Испытания фундамента из четырех модельных свай, забитых на той же площадке, проводились в том же порядке, так же построены графики «нагрузка-осадка» в зависимости от сроков испытания (рис. 2, а) и на основе этих графиков построена кривая изменения несущей способности свайных фундаментов во времени (рис. 2, б). Если ее сопоставить с кривой (см. рис. 2, б) изменения несущей способности одиночной сваи, то можно заметить, что они подобны, только у куста время увеличения несущей способности больше.

Рис. 1. Результаты статических испытаний одиночных свай(а) и изменение их несущей способности во времени (б). 1- сразу после забивки; 2,3,4,5,6 — после забивки соответственно через 6,14,21,28,45 сут.

При сопоставлении этих кривых установлено, что у фундаментов с количеством свай 9, 16, 25 наблюдается скачкообразный рост несущей способности во времени. Первоначально в течение 6–7 сут. происходит резкое увеличение несущей способности, а затем наступает спад роста, который продолжается приблизительно неделю у куста из 9 свай и около 10–11 сут. у фундамента из 25 свай. Эту часть кривой мы назвали «площадкой текучести», так как время идет, а увеличение несущей способности почти не происходит. После периода спада наступает период повторного интенсивного увеличения несущей способности, который продолжается приблизительно 6–7 сут. у куста из 9 свай и 10–11 сут. у фундамента из 25 свай.

Затем происходит медленное затухание роста несущей способности и полностью заканчивается у фундаментов из 9 свай к 40–45 сут и к 60–100 сут у фундаментов из 16–25 свай.

Появление «площадки текучести» объясняется разностью скоростей рассасывания дополнительного порового давления в межсвайном и околосвайном пространстве. Первоначально в течение 6–8 сут. рассасывается дополнительное поровое давление в околосвайном пространстве, что приводит к мгновенному увеличению силы трения по наружным граням угловых и средних свай крайних рядов фундамента [1].

Само по себе время длительного «отдыха» сваи не является очевидным фактором, влияющим на увеличение несущей способности сваи. В то же время для свай, работающих в нагруженной конструкции, отмечается однозначное увеличение несущей способности по сравнению с одиночной. Это можно объяснить следующим:

1. Известно, что повторное нагружение свай вызывает меньшее приращение осадок, чем первичное нагружение. В процессе погружения свай в свайном поле часто наблюдается выпор ранее погруженных свай, в связи с чем под острием сваи грунт имеет более низкие механические характеристики, чем природный. Первичное нагружение сваи приводит уплотнению или выдавливанию этого прослойка и погружению острия сваи до природного слоя грунта. Если свая не получила выпора, первичное нагружение вызовет уплотнение слоя грунта под острием. В связи с этим повторное нагружение производится в грунте с более высокими механическими характеристиками. Испытания же свай в конструкциях и представляют собой повторное нагружение, причем в течение более длительного времени первичного нагружения, когда реализуются осадка сваи и уплотнение грунта, большие, чем при относительно кратковременных статических испытаниях.
2. При нагружении основания весом здания в нем создается напряженное состояние, вызывающее увеличение горизонтальных напряжений на боковую поверхность свай по сравнению с природными горизонтальными напряжениями и приводящее к увеличению сил трения по боковой поверхности. Проблема прогноза изменения несущей способности свай, испытывавших внешнюю нагрузку в течение длительного времени, остается открытой и актуальной и требует проведения специальных исследований. Не исключено, что в процессе исследований окажется, что отпадает необходимость оценки несущей способности таких свай и проектирование оснований сооружений при изменении нагрузок следует выполнять только по второй группе предельных состояний [2].

Увеличение несущей способности происходит по причине, что при устройстве свай в водонасыщенные глинистые грунты появляются дополнительные сдавливания в поровой воде, возникает разрушение структурной взаимосвязи скелета грунта. С течением времени наблюдается релаксация напряжений, поровое давление падает, а давление в скелете грунта возрастает до стабилизированных значений. Одновременно начинается тиксотропное упрочнение грунта. Оно вызвано развитием в грунте новых структурных связей вследствие увеличения их количества в единице объема при сжимание грунта сваями и слеживание грунта под воздействием возникших напряжений.

Литература:

1. Бартоломей А. А., Омельчак И. М. Увеличение несущей способности свай и свайных фундаментов во времени при работе в водонасыщенных глинистых грунтах.
2. Парамонов В. Н., Тихомирова Л. К. Изменение несущей способности забивных свай во времени // Реконструкция городов и геотехническое строительство. 2000. № 1. С. 127–131.