книги / Расчет осадок ленточных свайных фундаментов

тах. Полевые эксперименты проводились на двух площадках. Грунты первой площадки характеризовались следующими пока­ зателями: удельный вес 2,68—2,72 т/м3, объемный вес 1,81— 1,9 т/м3, коэффициент пористости 0,84—0,9, природная влаж­ ность 19,2—30%, влажность «tf пределе текучести 26—33%, на границе раскатывания 14—20%, консистенция тугопластичная, мягкопластичная. В плоскости острия грунт находился в туго­ пластичном состоянии. Угол внутреннего трения 20—26°, удель­ ная сила сцепления 0,2—0,33 кгс/см2.

Грунты второй площадки характеризовались следующими показателями: удельный вес 2 , 6 8 т/м3, объемный вес 1 , 8 т/м3.. Коэффициент пористости 0,76, природная влажность 16%, влаж­ ность на пределе текучести 24%, на пределе раскатывания 15%. Угол внутреннего трения 20°, сила сцепления 0,12 кгс/см2. В пло­ скости острия свай залегал мелкозернистый пылеватый песок мощностью 2 м.

На рис. 30 приведены экспериментальные (при проведении опытов на второй площадке) и расчетные графики изменения осадки во времени при загружении свай постоянными нагрузка­ ми 15, 20, 30, 35 тс. Опыты проводились со сваями длиной 5,6 м, сечением 30X30 см. Константы А, В, b были определены по гра­ фику «осадка — время» при нагрузке 20 тс. Используя эти константы, определяем осадки во времени для других нагрузок.

Проведенные исследования показали, что разработанная ме­ тодика позволяет с достаточной для практики точностью рассчи­ тывать осадку свай во времени при их загружении постоянны­ ми нагрузками.

Анализ зависимости осадок свай и свайных фундаментов во времени при различных постоянных во времени нагрузках по­ казал, что экспериментальные данные можно подразделить на

следующие группы.

1. Кривые осадок во временидостаточно большом диапазоне нагрузок подобны, т. е.

если рассматривать семейство кривых осадок в один и тот же момент времени от начала загрузки, то сваи, загруженные в п раз большей нагрузкой* будут иметь в п раз большую осадку.

Рис. 30. Изменение осадок во време­ ни при постоянных нагрузках:

----- теоретические; ---------- экспери­ ментальные)

2. В семействе кривых осадок во времени подобны только те, которые получены при небольшом диапазоне нагрузок. С увели­ чением нагрузок подобие нарушается и тем сильнее, чем выше нагрузка. Семейство подобных кривых осадок во времени при постоянных нагрузках можно описать с помощью уравнения на­ следственности в форме Лидермана—Розовского:

Это соотношение используют обычно в теории ползучести для описания поведения вязко-упругих материалов, у которых кри­ вые податливости не совпадают, но подобны кривые ползу­ чести, т. е. деформация есть произведение функций напряжения и времени:

В этой формуле деформация е заменена осадкой S, а напря­ жение а нагрузкой на сваю р. При постоянных во времени на­ грузках

а ядра ползучести в виде функции (36) и (37).

После подстановки ф(р) и Kit—т) в уравнение (45) получим выражение для описания семейства подобных кривых осадок во

Неизвестными в этих уравнениях являются константы А и С.

Вид этой функции по характеру совпадает с эксперименталь­ ными кривыми «нагрузка—осадка» для свай: в начале процес­ са нагружения сваи зависимость «нагрузка—осадка» имеет прямолинейный характер, а с некоторого момента времени зави­ симость становится нелинейной и при дальнейшем увеличении нагрузки осадка резко возрастает (рис. 31).

Таким образом, использование для аппроксимации осадок свай в зависимости от нагрузки гиперболического ареатангенса

Свсегда меньше единицы

[55].Следовательно, произведение предельной нагрузки рпр на

значение С должно быть меньше единицы. Однако произведение должно быть близко к единице, так как только в этом случае можно описать всю кривую, приблизившись к асимптоте рар. Ис­ ходя из этого примем рпр С=0,99, тогда

Дальнейшие уточнения (рщ> С=0,99 или 0,9999) не приве­ дут к новому результату. Поэтому можно считать, что констан­

та С обладает приемлемой устойчивостью для практических рас­ четов.

Для определения константы А используем следующий оче­ видный экспериментальный факт. Пусть свая загружена посто­ янной нагрузкой, величина которой находится в пределах про­ порциональной части диаграммы «нагрузка — осадка». В данном случае свая погружается вначале быстро, затем скорость осад­ ки уменьшается и, наконец, происходит стабилизация осадки, т. е. возрастание осадки за достаточно большой промежуток времени будет настолько незначительным по сравнению с вели­ чиной осадки, происходящей в начале процесса, что им можно пренебречь.

Следовательно, при t —оо из уравнения (47) следует:

Под S подразумевается стабилизированная осадка во време­ ни для заданной нагрузки р. Решение выражения (51) относи­ тельно А дает:

Arth (р С)

Для исследования семейства кривых осадок, которые нельзя считать подобными, можно использовать линейное интегральное

(45). Действительно, если положить, что <p(S)=S, то из выра­

Таким образом, если формула (53) содержит в себе одновре­ менно (54) и (55), то возможна аппроксимация семейства кри­ вых «осадка — время» как в области подобия, так и там, где подобие нарушается.

Обработка экспериментальных данных осадки свай в глини­ стых грунтах подтверждает применимость уравнения (53) в ши­ роком диапазоне нагрузок (рис. 31).

Сравнение расчетных и экспериментальных осадок свай се­ чением 30X30 см, длиной 10 м, испытанных в слое мелкозерни­ стых пылеватых песков, приведено на рис. 32. Для определения параметров С и А иопользованы опытные кривые «осадка—на-

грузка» и «осадка—время» при р = 26 тс. Из графиков осадка во времени видно, что располагая указанным минимумом экспериментальных данных, можно описать семейство «осад­ ка — время» при любой нагрузке.

Формулы (45) и (53) применимы для определения осадок одиночных свай. Для определения осадок ленточных свайных фундаментов к этим формулам необходимо добавить множитель 1 + /С, где К — коэффициент, учитывающий дополнительную осадку от взаимовлияния соседних свай, принимаемый по гра­ фику рис. 25.

3. РАСЧЕТ ОСАДОК СВАИ И СВАЙНЫХ ФУНДАМЕНТОВ ВО ВРЕМЕНИ

ПРИ ПЕРЕМЕННЫХ НАГРУЗКАХ

В практике применения свайных фундаментов существуют различные случаи их загружения. При монтаже каркаса про­ мышленных зданий, строительстве крупнопанельных домов при статических испытаниях свай нагрузка передается ступенями. При возведении кирпичных зданий происходит равномерное или плавное возрастание нагрузки. После окончания строительства и сдачи здания в эксплуатацию нагрузка на фундамент посто­

янна.

Исследования действительных осадок свайных фундаментов при однорядном расположении свай [5, 6 ] показали, что в пери­

упрощается, если на сваю действует постоянная во времени на­

Выражение (60) может быть использовано при определении осадки свай от отдельной ступени нагрузки или при определении осадки в период эксплуатации, когда нагрузка постоянна.

При передаче нагрузки на сваю ступенями осадку во време­

/ММ; /ММ — ступени нагрузки во времени.

Значения функции <р и ядра ползучести К приведены ранее [формулы (35) — (37) ].

Подставляя выражения (35) и (36) в уравнение (61), полу­ чим формулу для расчета осадок свай от ступенчатой нагрузки

определения осадок свай во времени при их работе в глинистых грунтах:

S = — arctg ~ [Р (0 + A [ft t\ 1 P2 Û х + --. + Pn tn Х]).(63)

Методика определения констант Л, В, Ь, X была изложена выше.

Для сравнения расчетных осадок свай при переменных во времени нагрузках с действительными осадками рассмотрим не­ сколько примеров.

1. Свая сечением 25X25 см, длиной 5 м была испытана ста­ тической нагрузкой на площадке, сложенной слоем мелкозер­ нистого пылеватого песка средней плотности. Результаты испы­ таний приведены на рис. 33 (кривая 1). На рис. 33,6 приведены

б)

графики роста нагрузки и осадки во времени от каждой ступе­ ни нагрузки. По графику осадки во времени от первой ступени нагрузки определены константы: В при t=0, S=0,78 см\ А при

2 . Ряд из трех свай. Сваи сечением 25X25 см забиты на глу­ бину 5 м. Расстояние между сваями 3d. Напластование грунтов площадки: суглинок коричневый полутвердый 1,7—2 м\ суглинок

рис. 34, б. Константы В, Ь, А определены по графику осадки во

пяти ступеней нагрузки (рис. 34).

Формулы (62) и (63) могут быть использованы для опреде-

Рис. 34. Зависимость осадки от ступенчатой нагрузки и времени для ряда из трех свай

/ — по данным испытаний; 2 — теоретическая

нями. Эти формулы могут быть использованы и для определе­ ния осадок ленточных свайных фундаментов. В ленточных свайных фундаментах происходит взаимовлияние свай. Поэто­ му при использовании формул (62) и (63) для определения осадок ленточных свайных фундаментов к ним необходимо до­ бавить множитель (1 + /(), где К — коэффициент, учитывающий дополнительную осадку от взаимовлияния соседних свай, при­ нимаемый по графику рис. 25.

Расчет осадок свай и свайных фундаментов во времени при плавном возрастании нагрузки

При возведении кирпичных зданий нагрузка возрастает рав­

Формула для определения осадок свай во времени с учетом ползучести глинистых грунтов при монотонном возрастании на­ грузки имеет вид: