ПРАКТИЧЕСКИЙ ОПЫТ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ СВАЙНО-ПЛИТНОГО ФУНДАМЕНТА ИЗ ЗАБИВНЫХ СВАЙ С ПРОМЕЖУТОЧНОЙ ПОДУШКОЙ Ткачев И.Г.

Кубанский государственный аграрный университет имени И.Т. Трубилина


Номер: 3-3
Год: 2017
Страницы: 86-90
Журнал: Актуальные проблемы гуманитарных и естественных наук

Ключевые слова

свая, фундамент, свайно-плитный фундамент с промежуточной подушкой, слабый грунт, pile, foundation, pile-raft foundation with intermediate layer, soft soil

Просмотр статьи

⛔️ (обновите страницу, если статья не отобразилась)

Аннотация к статье

В настоящей статье рассмотрен пример реализации свайно-плитного фундамента с промежуточной подушкой из забивных свай для многоэтажного здания, возведенного на слабых глинистых грунтах в сейсмическом районе. Приведены методы расчета и конструирования фундамента, а также обоснована его высокая эффективность.

Текст научной статьи

В любом крупном городе часто возникает необходимость освоения территорий, ранее считавшихся непригодными для строительства. К таким участкам можно с уверенностью отнести заболоченные, частично подтопляемые, а также участки со значительной толщей слабых и сильно сжимаемых грунтов [4]. В таких условиях особую роль играют фундаментные конструкции - их надежность оказывает большое влияние работу всего здания в целом [9]. Недоучет различных факторов при выборе типа фундамента может повлиять на работу грунтового массива, в связи с чем в основании фундамента высотного здания могут развиться значительные неравномерные деформации. С ростом высоты чувствительность конструкций здания и его инженерных систем к неравномерным осадкам возрастает [5]. Рис. 1 - Визуализация генерального плана застройки жилого комплекса Решая задачу по поиску рационального типа фундаментов для группы 10-этажных жилых домов, возведённых в Тахтамукайском районе республики Адыгея (рисунок 1), были проанализированы данные инженерно-геологических изысканий, а также условия территориального расположения исследуемого жилого комплекса. Застройка квартала состоит из одиннадцати блоков, которые в свою очередь насчитывают от одной до трех монолитных железобетонных секций. Площадка строительства жилого комплекса располагается в пгт. Яблоновский. В геоморфологическом отношении участок приурочен к III правобережной надпойменной террасе р. Кубань. Территория участка строительства сложена четвертичными техногенными и аллювиальными отложениями, изученными до глубин 20,0 м. Сейсмичность является основным фактором, осложняющим строительство. Для сооружений нормального уровня ответственности по СП 14.13330.2011 [1], (карта ОСР-97-А) и по ТСН 22-301-2002 [2] фоновая сейсмичность пгт. Яблоновский для объектов нормального уровня ответственности составляет 8 баллов. Здание представляет собой монолитный железобетонный каркас с несущими продольными и поперечными стенами высотой 30,3м. Фундаментная часть здания представлена в виде фундаментной плиты высотой 500мм. Нагрузка, передаваемая основанию десятиэтажным зданием, составляет 200-250кПа. Первоначально был рассмотрен вариант плитного фундамента на естественном основании [6]. Для всех жилых домов были выполнены расчеты деформаций по нормативной методике, описанной в СП 22.13330.2011 [3]. В ходе данных расчетов было установлено, что прогнозируемая осадка блоков составит от 16,5 до 22 см, что значительно превышает нормативный максимум. Для проверки влияние слоев мягкопластичных глин в пределах сжимаемой толщи на деформируемость системы были проведены пространственные расчеты в MIDAS GTS NX [7]. Результаты вычислений (рисунок 2) подтвердили аналитический расчет осадки методом послойного суммирования. В такой ситуации требуется переход на свайный вариант фундаментов для данного здания, при этом необходимо выполнить подбор вида и геометрических характеристик свай [10]. Рис. 2- Результаты расчетов осадки плитного фундамента трехсекционного жилого дома в ПК MIDAS GTS NX Инженерно-геологические условия площадки строительства и физико-механические характеристики грунтов сведены в таблице 1. Таблица 1 Физико-механические свойства грунтов площадки строительства многоэтажных жилых домов в пгт. Яблоновский, Республика Адыгея № п\п Полное наименование грунта Мощность, м Плотность ρ, г/см3 Угол внут. трения φ, град Сцепление С, кПа Модуль общей деформации Е, МПа 1 Супесь пластичная 2,0 - 2,6 1,9 28 13 7,9 2 Песок пылеватый, средней плотности, разжижаемый 1,5 - 4,6 1,96 28 - 17,8 3 Песок мелкий, средней плотности 6,2- 7,4 1,98 31 - 24,6 4 Песок мелкий, плотный 1 - 1,5 2,03 34 - 31,7 5 Песок средней крупности, плотный более 3,2 2,06 36 - 39,8 5а Песок средней крупности, средней плотности Более 2,5 2,05 35 - 37,3 6 Глина мягкопластичной консистенции 0,3 - 0,5 1,86 12 23 9,7 Первоначально для данного здания рассматривался свайный фундамент из забивных свай. Данный фундамент является наиболее технологичным и надежным в условиях отсутствия плотной городской застройки, где нет влияния динамических нагрузок при забивке свай на соседние здания и сооружения. При подборе геометрических характеристик забивных свай учитывалась сейсмичность площадки строительства 8 баллов, снижающая расчетную несущую способность свай до 25%. Для достижения необходимой несущей способности свай их необходимо было выполнить составного сечения 350х350 мм и длиной 20 м с шагом по полю 5-6 диаметров. После расстановки свай в плане их общее количество составило 541 штук. Для проверки данного технического решения было проведено численного моделирование его работы в ПК MIDAS NX. По результатам моделирования установлено, что использование свайного фундамента в таких грунтовых условиях обеспечивает нормативные требования по деформируемости основания (Smax˂Su), то есть по второй группе предельных состояний. Однако проанализировав результаты горизонтальных усилий в сваях выявлено, что их значения превышают прочность грунта окружающего сваю. Следовательно, при расчетной сейсмичности 8 баллов необходимо увеличить количество свай в основании исследуемого здания и расставлять их по более мелкой сетке в плане. При пробном устройстве фундамента с шагом свай 3-4 d установлено, что до проектной отметки при таком шаге элементов невозможно добить сваи, что связано с переуплотнением песчаных грунтов основания. Учитывая вышеперечисленные трудности при устройстве фундаментов зданий, был выполнен поиск технического решения, обеспечивающего снижение горизонтальных усилий в сваях [11]. Данное решение заключается в разделении фундамента на две составляющие: фундаментную плиту и вертикально армированное основание, взаимодействующие между собой посредством промежуточной подушки (скользящего слоя) [8], что во много раз снижается влияние сейсмичности на техническое решение фундаментов. Используя данный факт, было выполнено пространственное моделирование грунтового массива, вертикально армированного жесткими элементами. В качестве армирующих элементов приняты готовые железобетонные сваи сечением 350х350мм длиной 10м. Снижение длины элементов обусловлено более полным использованием расчетной несущей способности свай (отсутствие горизонтальных нагрузок), а также уменьшением осевого расстояния между ними до 3-4 d и расстановки в плане исключительно под несущими стенами здания. При такой расстановке требуемое количество свай составило 579 штук. Рис.3 - Результаты пространственного моделирования вертикально-армированного основания плитного фундамента исследуемого жилого дома Проанализировав результаты, выявлено, что деформации системы относительно первоначального варианта (плитного фундамента) снизились на 84%, а усилия, передаваемые на сваи, находятся в пределах, не превышающих расчетных значений. Переход к сваям длиной 10 м обеспечивается соблюдением требований двух групп предельных состояний, а показатели материалоемкости снижаются в 1,5 раза. Таблица 2 Результаты сравнения рассчитанных фундаментов на объекте трехсекционного 10-этажного жилого дома Тип фундамента Максимальная осадка, мм Сваи Кол-во свай, шт Кол-во пог. м Кол-во материала, м3 Сечение, мм Длина, м Шаг, диаметров Плитный 247,4 - - - - - - Свайный 77,7 350х350 20 5-6d 541 10820 1325,45 Свайный с промежуточной подушкой 131,8 350х350 10 3-4d 579 5790 709,275 Анализ результатов расчётов в программном комплексе позволил выявить следующее: 1) Выбор рационального технического решения плитного фундамента высотного здания, вида свай, осевого расстояния между ними позволяют снизить стоимость фундамента с соблюдением требований обеих групп предельных состояний; 2) Использование щебёночной подушки между оголовками свай и фундаментной плитой толщиной порядка 0,4-0,6м позволяет компенсировать сейсмическое воздействие, а также распределить вертикальное давление от надземного сооружения на сваи более равномерно; 3) Установлено, что за счёт работы промежуточного слоя нагрузка на сваи снижается при вовлечении в работу плитной части фундамента. что подтверждается расчётами; 4) Выявлено, что вертикальными армирующими элементами не воспринимаются горизонтальные усилия и изгибающие моменты, возникающие при сейсмическом воздействии на фундаменты зданий; 5) Для всех жилых домов рассчитанная величина максимальных и неравномерных деформаций основания оказалась ниже рекомендуемой действующими нормами.

Научные конференции

 

(c) Архив публикаций научного журнала. Полное или частичное копирование материалов сайта возможно только с письменного разрешения администрации, а также с указанием прямой активной ссылки на источник.