Главная страница >> Водонасыщенные глинистые грунты >> Проектирование основания с песчаными сваями

Проектирование основания с песчаными сваями

При проектировании основания с песчаными сваями сначала определяют, какое значение модуля общей деформации должны иметь сильносжимаемые водонасыщенные глинистые грунты после их уплотнения, чтобы сооружение, которое строится на этой площадке, имело меньшие осадки, чем это допускается для нормальной эксплуатации сооружения данного типа. Затем определяют значение угла внутреннего трения и сцепления грунтов основания, при которых фундаменты проектируемого сооружения будут устойчивыми.

По данным компрессионных опытов и испытаний образцов на срезных приборах определяют максимальное значение пористости (коэффициента пористости), при котором грунт будет иметь данный модуль общей деформации и необходимые значения угла внутреннего трения и сцепления. Площадь сечения всех песчаных свай определяют по формуле


,


где - коэффициент пористости грунтов природного сложения до уплотнения;
- то же, после уплотнения;
- отношение площади сечения песчаных свай к площади уплотняемого основания .

Обычно песчаные сваи устраивают под всем зданием. Крайние сваи располагают за пределами крайних осей фундаментов на расстоянии от них 2-2,5 м. В некоторых случаях при устройстве песчаных свай для фундаментов промышленных сооружений (когда сваи забивают под отдельные фундаменты или только под крайние ленты фундаментов) песчаные сваи располагают на площади таким образом, чтобы крайний их ряд находился за краем фундамента (на расстоянии 0,2-0,3 ширины фундамента). Площадь уплотняемого основания принимается равной площади, оконтуренной песчаными сваями. Общее количество песчаных свай в пределах уплотняемого основания определяют по формуле


,


где - площадь песчаной сваи.

Песчаные сваи считаются качественно изготовленными, если при их устройстве в созданную скважину (в трубу) будет засыпано необходимое количество песка. Необходимое количество песка на 1 пог. м песчаной сваи определяется по формуле


,


где   - удельный вес песка, засыпаемого в скважины;
- весовая влажность песка во время устройства песчаных свай.

Длина песчаных свай принимается такой, чтобы свая прорезала всю сжимаемую толщину грунтов основания, но не менее двух ширин фундамента для прямоугольных фундаментов и не менее трех-четырех ширин для ленточных.

Приведенный метод расчета песчаных свай следует считать приближенным, так как в расчете не учитывается фактическое напряженное состояние, возникающее при устройстве песчаных свай в водонасыщенных грунтах. В действительности задача о работе песчаных свай и об их влиянии на консолидацию грунтов должна быть решена из учета следующего явления. После того как в водонасыщенное глинистое основание внедряется инвентарная свая, частицы грунта перемещаются от ее центра к периферии (к поверхности инвентарной сваи), т. е. грунт сразу получает «деформацию». В результате этой деформации вокруг сваи возникают напряжения, которые по мере удаления от поверхности инвентарной сваи затухают. В зависимости от вида грунтов напряжения после забивки инвентарной сваи распределяются по радиусу либо линейно (для аллювиальных грунтов, по данным А. З. Попова), либо по параболе (для засоленных илов и других грунтов с цементационными связями между частицами). После извлечения инвентарной трубы и заполнения сваи песком образуется вертикальная песчаная дрена, вокруг которой имеется напряженная зона.

Под действием поля напряжений в различных точках грунтового основания вокруг песчаной сваи возникает различное поровое давление, под действием которого вода фильтрует из грунта в песчаную сваю-дрену.

Метод расчета песчаных свай с учетом зоны уплотнения вокруг сваи приведен ранее.

В 1959 г. на юге КНР под руководством Ю. М. Абелева были проведены большие натурные эксперименты по устройству и исследованию песчаных свай. Этот район на глубине 45-85 м был сложен слабыми илами морского происхождения. Естественная влажность грунтов составляла 32-48%, влажность на пределе текучести 29,5-49,3%, объемный вес скелета грунта 1,1-1,26 гс/см3. По результатам компрессионных опытов модуль общей деформации грунтов был равен 18,3-25,6 кгс/см2. Угол внутреннего трения грунтов, определенный при их испытании по методике быстрого сдвига, был равен 7-13°, а сцепление - 0,06-0,1 кгс/см2. Примененные на этой площадке железобетонные висячие сваи длиной до 35 м испытывали осадку 50-70 см.

На опытной площадке размером 11,4X16,6 м было забито несколько песчаных свай диаметром 42 см. Сваи забивали при помощи обсадной трубы с самораскрывающимся башмаком на глубину 16 м. Предварительно их устраивали по периметру участка, а затем от него к центру площадки.

После устройства свай (на расстоянии 75 см между центрами) над ними была устроена песчаная подушка толщиной 50 см, а поверх песчаной подушки уложен железобетонный ящик размером в плане 6X9 м. Опытный фундамент нагружали металлическими слитками таким образом, чтобы давление увеличивалось на 0,5 кгс/см2. За условную стабилизацию осадки при каждой ступени нагрузки принималась осадка, равная 1 мм/сутки. Кроме того, в основании на глубине 1,5; 3; 6 и 9,0 м были заложены глубинные марки.

Исследования показали, что применение песчаных свай увеличивало модуль общей деформации грунтов примерно до 100 кгс/см2.

Анализ осадок глубинных марок подтвердил, что осадки в опыте соответствовали расчетным значениям, определенным по теории линейно-деформируемых тел. Несколько больше расчетной оказалась осадка марки, расположенной на глубине 9 м. Вероятно, эпюра распределения напряжений в нижней части активной зоны несколько отличается от эпюры вертикальных напряжений, построенной по теории линейно-деформируемых тел. Эти данные хорошо совпадают с нашими натурными исследованиями, проведенными на оз. Сиваш описанными ранее.

На этой же площадке были исследованы и другие типы искусственных оснований - железобетонные сваи различной длины, песчаные дрены с песчаной подушкой толщиной 3,5 м (песчаная подушка служила и пригрузочной насыпью). Результаты этих исследований приведены в табл. III.2.

Как видно из таблицы, песчаные сваи являются наиболее эффективным методом создания искусственного основания при строительстве промышленных и гражданских сооружений на больших толщах слабых водонасыщенных глинистых грунтов.