К вопросу расчета свай, погруженных в лидирующие скважины и буронабивных

Оригинальная статья / Original article УДК 624.15

DOI: 10.21285/2227-2917-2017-3-77-81

К ВОПРОСУ РАСЧЕТА СВАЙ, ПОГРУЖЕННЫХ В ЛИДИРУЮЩИЕ СКВАЖИНЫ И

БУРОНАБИВНЫХ

a b

© Т.Г. Калачук , Н.Н. Оноприенко

Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова, Российская Федерация, 308012, г. Белгород, ул. Костюкова, 46.

Резюме. Цель. Расчет и проектирование оснований и фундаментов зданий и сооружений базируется на положениях нормативных документов, которые постоянно совершенствуются. Свайный фундамент является одной из конструкций, обеспечивающих надежность и прочность зданий и сооружений в сложных инженерно-геологических условиях строительной площадки. С целью обеспечения надежности системы «основание - фундамент - конструкция» необходимо накапливать научно-практический опыт в этом направлении. Методы. В статье рассматривается работа сваи, погруженной в лидирующую скважину. На основе результатов экспериментальных и теоретических исследований предложена методика расчета бокового сопротивления сваи, погруженной в лидирующие скважины. Результаты. Приводится формула определения бокового сопротивления сваи с учетом величины обжатия ствола. Выводы. Предложенные результаты исследования могут быть полезны в соответствующих программных продуктах при проектировании. Ключевые слова: свая, лидирующая скважина, грунт, боковое сопротивление, буронабивная свая.

Формат цитирования: Калачук Т.Г., Оноприенко Н.Н. К вопросу расчета свай, погруженных в лидирующие скважины и буронабивных // Известия вузов. Инвестиции. Строительство. Недвижимость. 2017. Т. 7, № 3. С. 77-81. DOI: 10.21285/2227-2917-2017-3-77-81

TO THE QUESTION OF PILES CALCULATIONS WHICH ARE DIPPED INTO LEADING PEEPS AND

AUGER RIGS

© T.G. Kalachuk, N.N. Onoprienko

Belgorod State Technological University named after V.G. Shukhov, 46 Kostyukova St., Belgorod 308012, Russian Federation

Abstract. Purpose. Calculation and design of the foundations and basements of buildings and constructions is based on the statements of normative documents that are constantly improved. Pile foundation is one of the constructions that provides safety and endurance of the buildings and constructions in difficult engineering and geological conditions of a development site. In order to provide endurance of the system «basement - foundation - construction» it is necessary to accumulate scientific and practical experience in this direction. Methods. In this article we consider the work of a pile, dipped into the leading hole. On the basis of experiment results and theoretical researches we offered the methods of calculation of a side resistance of a pile, dipped into the leading holes. Results. We present the formula to define side resistance of a pile taking into account the size of the barrel reduction. Conclusions. The offered results of the research can be useful in the particular program products during the designing. Keywords: pile, leading hole, ground, side resistance, auger pile

For citation: Kalachuk T.G., Onoprienko N.N. To the question of piles calculations which are dipped into leading peeps and auger rigs. Izvestiya vuzov. Investitsii. Stroitel'stvo. Nedvizhimost' [Proceedings of Universities. Investment. Construction. Real estate], 2017, vol. 7, no. 3, pp. 77-81. (In Russian) DOI: 10.21285/2227-2917-2017-3-77-81

аКалачук Татьяна Григорьевна, кандидат технических наук, доцент, доцент кафедры городского кадастра и инженерных изысканий, е-mail: tatyana.calachuk@yandex.ru

Tatiana G. Kalachuk, candidate of technical sciences, associate professor, Department of urban cadastre and engineering survey, e-mail: tatyana.calachuk@yandex.ru ьОноприенко Наталья Николаевна, кандидат технических наук, доцент, доцент кафедры городского кадастра и инженерных изысканий, е-mail: dstt_80@mail.ru

Natalia N. Onoprienko, candidate of technical sciences, associate professor, Department of urban cadastre and engineering survey, e-mail: dstt_80@mail.ru

ISSN 2227-2917 (print) Известия вузов. Инвестиции. Строительство. Недвижимость Том 7, № 3 2017

ISSN 2500-154X (online) Proceedings of Universities. Investments. Construction. Real estate Vol. 7, No. 3 2017

Введение

Свайный фундамент считается одной из немногих конструкций, обеспечивающих надежность и прочность зданий и сооружений в сложных инженерно-геологических условиях строительной площадки [1-4].

При необходимости прорезания сваей прослоек плотных грунтов в целях обеспечения ее целостности и сохранности, а также погружения до проектной отметки применяют лидерные скважины. В этом случае их устраивают обычно на 5 см меньше диагонали поперечного сечения погружаемой сваи на глубину не более 0,9 длины сваи.

Лидерные скважины рекомендуется применять также при забивке свай в водона-сыщенные глинистые грунты, которые не успевают уплотняться в процессе забивки сваи, что может привести к вертикальным деформациям грунтов и вызвать выпор погруженных ранее свай, разрушение стыков составных свай, фундаментных конструкций близ-расположенных зданий и сооружений [5-11].

Смещение свай в плане не должно превышать 3-5 см. Еще более жесткие требования к устройству безростверковых свай-

ных фундаментов с опиранием цокольных панелей непосредственно на головы свай. Без применения предварительно пробуренных в заданных точках скважин обеспечить такую высокую точность погружения свай очень затруднительно [12-17].

Однако сваи, погруженные в лидирующую скважину, обладают меньшим сопротивлением, зависящим от размеров скважины.

Материал и методы исследования

Используя зависимости, ранее полученные для учета напряженного состояния грунта вдоль боковой поверхности свай [1], можно теоретически установить влияние радиальных напряжений, действующих вокруг ствола. Объем деформаций грунта в единичном по высоте сечении в пластичной области вокруг сваи диаметром d, погруженной в лидирующую скважину диаметром бп\

Подставляя в (1) значение деформации объема е^ в точке с координатой г по формуле

получим:

" (2) +fcr?g<pf V н 1+|iJ 1+jiJ

Приняв объем деформации в единич- AVПЛ + А^,уПр = 0,25^ - dп2),

ном сечении в упругой области по (2), под- решая которое, найдем:

ставим соответствующее значение Д^л и ДVупр в уравнение

1 - £

Р = -1 2

[ 2^2 (1 - ¡12) - Р0 (2 - ¡)\ ' " ^ ^

V - а1 -

Преобразуем (4) с учетом ссХд<р = скдф — Р0 и = —^ = т, получим:

Ъ 1

1 - £

р = |-0,5Е

124и(\ - м 2) - Ро (2 - ¡) / ' н ^ 0) *9 0 При диаметре лидирующей скважины, равном диаметру сваи (т = 1), из (5) находим

Р = Ро - с  Щф.

При отсутствии лидирующей скважины ($л = 0, т = 0) из (4) получим формулу

1-£

е е 1 2 - -

Р =144,(1 -„2)-2Ро(2-(рн +Сс'^ >-~сс,ф Давление обжатия вокруг сваи, погруженной в лидирующую скважину, может быть определено с учетом релаксации напряжений на основе

0,5Е

Ы

Известия вузов. Инвестиции. Строительство. Недвижимость Том 7, № 3 2017 ISSN 2227-2917

Proceedings of Universities. Investment. Construction. Real estate Vol. 7, No. 3 2017 ISSN 2500-154X

P =

i-г

1-2^

H + (E - H)e

t[PH(1 + ,) - P0 ] + E

1 + ^

(PH+c ctg(p -P0)-

ynp

- с  с^ф +Р0).

Работа сваи, погруженной в лидирующую скважину, аналогична работе ствола буронабив-ной сваи, при устройстве которой скважина диаметром бскв расширяется до необходимого диаметра.

Радиальное расширение скважины обозначим

d - d

и искв

2

С учетом этого формула (5) примет вид

' 2 Eu (d - u) d 2

1-4 2

P =

(P + c  ctgV - Po) - c  ctgV + Po.

[2Гн (1 - я2) - Р0(2 - я) По аналогии с (7) можно рассматривать вопрос и с учетом релаксации напряжений. В этом

случае

+ с ' ct9<P ~ ра) ~ с ' ct9<P + Ра

2

n

Результаты исследования и их обсуждение

Многочисленные расчеты, выполненные для буронабивных свай по формуле (9), показали, что давление обжатия очень мало зависит от коэффициента поперечного расширения грунта, незначительно возрастает с увеличением модуля деформации грунта (причем этот рост постоянно уменьшается с

увеличением Е). В большей степени давление обжатия зависит от прочностных характеристик грунта - с и ф - и от величины радиального расширения скважины, причем с увеличением и возрастание Р происходит медленнее.

Величина давления обжатия Р, кПа Pressure value of reduction of Р, kPa

С, кПа / С, kPа Ф, ° U, см / U, cm

1 2 3 4

10 8 16,13 17,59 19,79 21,74

16 23,76 27,70 34,11 40,26

24 32,82 40,29 53,24 66,40

20 8 29,65 32,33 30,37 39,95

16 40,91 47,69 53,73 69,32

24 53,72 65,95 87,14 108,79

30 8 42,37 46,15 51,92 57,02

16 56,23 65,54 80,71 95,27

24 71,76 87,98 110,25 145,13

В качестве примера приведем в таблице результаты расчетов по формуле (9) для буронабивной сваи, устроенной в скважине диаметром 60 см в грунте с Е = 10 МПа, ц = 0,1. В примере принято Р„ = 0. Сопротивление грунта по боковой поверхности свай, погруженных в лидирующие скважины и бу-

ронабивных, определяется с использованием наибольшего давления обжатия по формуле f _ + с.

Заключение

Полученные в ходе исследования результаты и данные могут быть использованы проектировщиками, а также приняты во внимание инженерами-строителями в целях по-

ISSN 2227-2917 (print) Известия вузов. Инвестиции. Строительство. Недвижимость Том 7, № 3 2017

ISSN 2500-154X (online) Proceedings of Universities. Investments. Construction. Real estate Vol. 7, No. 3 2017

вышения эффективности при расчете и строительстве свайных фундаментов, а также в соответствующих программных продуктах при проектировании.

Статья подготовлена в рамках Программы развития опорного университета на базе БГТУ им. В.Г. Шухова.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Далматов Б.И., Лапшин Ф.К., Рос-сихин Ю.В. Проектирование свайных фундаментов в условиях слабых грунтов / под ред. Б.И. Далматова. Л.: Стройиздат, Ленингр. отд-ние, 1975. 240 с.

2. Оноприенко Н.Н., Калачук Т.Г. Перспективы развития инженерных изысканий для индивидуального жилищного строительства // Вестник Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова. 2016. № 5. С. 11-15.

3. Allen E., Iano J. Fundamentals of building construction: Materials and methods. J. Wiley&Sons, 2008. 1010 p.

4. Fudge J., Brown S. Prefabricated modular concrete construction // Buildingengi-neer. 2011. № 86 (6). P. 20-21.

5. Bonic Z., Curcc G.T., Trivunic M., Da-vidovic N., Vatin N. Some methods of protection of concrete and reinforcment of reinforced-concrete foundations exposed to environmental impacts // Procedia Engineering. 2015. № 1 (117). P. 424-435.

6. Usmanov R., Mrdak I., Vatin N., Mur-gul V. Reinforced soil beds on weak soils // Applied Mechanics and Materials. 2014. Vol. 633-634. P. 932-935.

7. Bosvell D.A. A preliminary exemination of the thixotropy of some sedimentary rocks // The quarterly journal of the geological Society of London. 1949. Vol. 104. P. 499-526.

8. Golder H.O. A note on piles in sensitive clays // Geotechnique. 1957. № 4.

9. Lamb W. The structure of inorganic soil // Proc. ASCE. 1953. Vol. 79.

10. Seed H.B., Chen C.K. Thixotropic characteristics of compacted clays // Proc. ASCE, 1957. Vol. 83, issue 4. P. 1-35.

11. Seed H.B., Rees L.C. The action of soft clay along friction piles // Proc. ASCE. 1955. Vol. 81.

12. Черныш А.С., Калачук Т.Г., Аших-мин П.С. Исследование работы сваи-инъектора в армированном геомассиве // Известия Орловского государственного технического университета. Серия: Строительство и транспорт. 2008. № 4-20. С. 49-53.

13. Калачук Т.Г., Юрьев А.Г., Каря-кин В.Ф., Меркулов С.И. Повышение несущей способности опорной конструкции в дисперсных грунтах // Промышленное и гражданское строительство. 2014. № 11. С. 73-75.

14. Dijkstra J., Broere W., Heeres O.M. Numerical simulation of pile installation // Computers and Geotechnics. 2011. Vol. 38, № 5. P.612-622.

15. Chandrasekaran Sr. Offshore Structural Engineering: Reliability and Risk Assessment. CRC Press, 2016. 254 р.

16. Practical Rock Mechanics. CRCPress, 2015. 31 р.

17. Van Impe W.F., van Impe P. Deep Foundations on Bored and Auger Piles // BAP V: 5th International Symposium on Deep Foundations on Bored and Auger Piles (BAP V), 8-10 September 2008. CRC Press, 2016. 358 р.

REFERENCES

1. Dalmatov B.I., Lapshin F.K., Ros-sikhin Yu.V. Proyektirovanie svaynykh funda-mentov v usloviyakh slabykh gruntov [Design of pile foundations in the conditions of weak grounds]. Leningrad: Stroyizdat Publ., 1975. 240 p.

2. Onoprienko N.N., Kalachuk T.G. Prospects of development of engineering survey for individual housing construction. Vestnik Bel-gorodskogo gosudarstvennogo tekhnolog-icheskogo universiteta im. V.G. Shukhova [Vestnik of Belgorod State technological university in honor of V.G. Shukhov], 2016, no. 5, pp. 11-15.

3. Allen E., Iano J. Fundamentals of building construction: Materials and methods. J. Wiley and Sons, 2008. 1010 p.

4. Fudge J., Brown S. Prefabricated modular concrete construction. Building engineer, 2011, no. 86 (6), pp. 20-21.

5. Bonic Z., Curcc G.T., Trivunic M., Da-vidovic N., Vatin N. Some methods of protection of concrete and reinforcment of reinforced-concrete foundations exposed to environmental impacts. Procedia Engineering, 2015, no. 1 (117), pp. 424-435.

6. Usmanov R., Mrdak I., Vatin N., Mur-gul V. Reinforced soil beds on weak soils. Applied Mechanics and Materials, 2014, vol. 633-634, pp. 932-935.

7. Bosvell D.A. A preliminary exemination of the thixotropy of some sedimentary rocks. The quarterly journal of the geological Society of London, 1949, vol. 104, no. 516.

Известия вузов. Инвестиции. Строительство. Недвижимость Том 7, № 3 2017 ISSN 2227-2917

Proceedings of Universities. Investment. Construction. Real estate Vol. 7, No. 3 2017 ISSN 2500-154X

8. Golder H.O. A note on piles in sensitive clays. Geotechnique, 1957, no. 4.

9. Lamb W. The structure of inorganic soil. Proc. ASCE, 1953, vol. 79.

10. Seed H.B., Chen C.K. Thixotropic characteristics of compacted clays. Proc. ASCE, 1957, vol. 83.

11. Seed H.B., Rees L.C. The action of soft clay along friction piles. Proc. ASCE, 1955. vol. 81.

12. Chernysh A.S., Kalachuk T.G., Ashi-khmin P.S. Investigation of work of pile-injector in the reinforced geoland. Izvestiya Orlovskogo gosudarstvennogo tekhnicheskogo universiteta. Seriya: Stroitelstvo i transport [News of Orel state technical university. Series: Building and transport], 2008, no. 4-20, рр. 49-53.

13. Kalachuk T.G., Yuriev A.G., Kar-yakin V.F., Merkulov S.I. Increase the bearing

Критерии авторства

Калачук Т.Г., Оноприенко Н.Н. имеют равные авторские права. Калачук Т.Г. несет ответственность за плагиат.

Конфликт интересов

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Статья поступила 24.04.2017 г.

capacity of supporting structures in dispersed soils. Promyshlennoe i grazhdanskoe stroitelstvo [Industrial and civil building], 2014, no. 11, pp. 73-75.

14. Dijkstra J., Broere W., Heeres O.M. Numerical simulation of pile installation. Computers and Geotechnics, 2011, vol. 38, no. 5, pp. 612-622.

15. Chandrasekaran Sr. Offshore Structural Engineering: Reliability and Risk Assessment. CRC Press, 2016. 254 p.

16. Practical Rock Mechanics. CRC Press, 2015. 31 p.

17. William F. Van Impe, Peter van Impe. Deep Foundations on Bored and Auger Piles - BAP V: 5th International Symposium on Deep Foundations on Bored and Auger Piles (BAP V), 8-10 September 2008. CRC Press, 2016. 358 p.

Contribution

Kalachuk T.G., Onoprienko N.N. have equal author's rights. Kalachuk T.G. bears the responsibility for plagiarism.

Conflict of interests

The authors declare no conflict of interests regarding the publication of this article.

The article was received 24 April 2017

ISSN 2227-2917

Известия вузов. Инвестиции. Строительство. Недвижимость Том 7, № 3 2017 Proceedings of Universities. Investments. Construction. Real estate Vol. 7, No. 3 2017