Сила выпора свайных кустов

Сила выпора свайных кустов

Силы выпора, действующие на свайные кусты при набухании грунта, изучались при невозможности их подъема (hsw,p = 0), для чего устраивали анкерную систему, служившую упором при подъеме кустов и обеспечивавшую неподвижность. Методика проведения эксперимента позволила раздельно определить касательные и нормальные силы выпора.

Характер суммарных сил выпора свай разной длины

Силы выпора проявляются практически сразу после начала замачивания. По мере роста деформации грунта суммарные силы выпора возрастают. После 1,5 — 2 мес замачивания они достигают своего максимального значения Fmax, затем уменьшаются и к моменту стабилизации подъема слоев грунта, которая наступает через 6,5 — 7 мес после начала замачивания, составляют 0,26 и 0,28 Fmax соответственно для куста из свай длиной 3 и 5 м.

В любой момент времени силы выпора растут с увеличением длины свай в кусте. Для кустов из свай длиной 5 м они в среднем в 1,6 — 2 раза больше, чем для кустов из свай длиной 2 м. Однако, несмотря на значительный рост сил выпора с увеличением длины свай, подъем кустов, как было показано ранее, при длинных сваях меньше, чем при коротких. Это еще раз подтверждает влияние тормозящего эффекта на подъем кустов при увеличении длины свай.

Изменение суммарных сил выпора F, действующих на отдельные сваи в кусте при набухании грунта, для кустов из пяти свай. На силы выпора, действующие на каждую сваю в кусте, влияют как длина свай, так и место расположения их в кусте, при этом последнее обстоятельство более значительно. Так, при сваях длиной 3 м силы выпора Fmax для крайней сваи на 35 — 40 % больше, чем для средней; при сваях длиной 5м— соответственно на 45 — 49 %.

Если же взять разность между значениями сил выпора Fmax для крайних свай длиной 5 и 3 м, она составляет 30 кН; для средних — 13 кН. Как видно из приведенных данных, наблюдается эффект снижения суммарных сил выпора для свай, расположенных в средней части свайного фундамента. Этот эффект положительно сказывается на величине подъема свайного куста, уменьшая его.

Минимальные значения сил выпора, замеренные после 7 мес замачивания, близки как для крайних, так и для средних свай в кусте длиной 3 и 5 м и находятся в пределах 18 —31 кН, составляя 25 — 35 % Fmax. Необходимо, отметить, что силы выпора стабилизируются для средней сваи в кусте значительно быстрее, чем для крайней, а минимальные значения достигают 35 % Fmax, после чего практически не снижаются.

Силы выпора в значительной степени зависят от перемещения слоев грунта. При увеличении подъема поверхности силы выпора растут, при этом для куста из свай длиной 5 м более значительно. Рост сил выпора продолжается до определенного значения, соответствующего подъему поверхности грунта, составляющему 95 мм. Затем, несмотря на продолжающийся подъем грунта, силы выпора падают. В связи с тем, что перемещения куста невозможны, можно предположить, что суммарные силы выпора в данном случае равны сумме нормальных сил выпора и сил трения набухающего грунта по боковой поверхности свай.

Силы выпора для крайней сваи в кусте с подъемом поверхности грунта растут значительно быстрее, чем силы, действующие на среднюю сваю, и достигают своего максимального значения при hsw = 86 мм, тогда как для средней сваи при hsw = = 108 мм. Стабилизация сил выпора происходит при подъеме поверхности более чем на 140 мм.

Зависимость суммарных сил выпора от относительного подъема свайных кустов (отношение подъема куста к подъему поверхности грунта в данный момент времени hsw>p/hsw) имеет сложный характер. Силы выпора резко возрастают до мак-симальных значений при относительном подъеме, равном 0,20 и 0,56 для куста из свай длиной соответственно 5 и 3 м. При дальнейшем увеличении относительного подъема суммарные силы выпора при длине свай в кусте 5 м падают, а при длине свай 3 м снижаются более плавно.

Из зависимости максимальных суммарных сил выпора, действующих на отдельные сваи в кусте, от длины свай следует, что для крайних свай в кусте значения Fmax растут с увеличением длины свай более значительно, чем для средних; при этом разность этих значений с ростом длины свай увеличивается. Минимальные значения сил выпора незначительно отличаются друг от друга, несмотря на разную длину свай. Основное отличие заключается в том, что зависимость Fmax от длины свай для крайней сваи имеет линейный характер, а для средней — нелинейный. Построенные зависимости говорят о неравномерности распределения суммарных сил выпора на сваи, расположенные в кусте, т. е. место расположения свай в кусте в значительной мере влияет на силы выпора, приходящиеся на них.

В связи с тем, что суммарные силы выпора, действующие на отдельные сваи в кусте, в значительной степени зависят от длины сваи, очевидно, что суммарные силы выпора, действующие на куст, также будут зависеть от глубины заложения свайного фундамента. С увеличением глубины заложения свайного фундамента как максимальные, так и минимальные силы выпора увеличиваются. Максимальные суммарные силы выпора растут более значительно.

Характер изменения суммарных сил выпора, действующих на свайный фундамент при набухании грунта, и данные статических испытаний показывают, что предотвратить подъем кустов путем увеличения нагрузки на них невозможно. Действительно, подъем свайного фундамента будет отсутствовать при приложении внешней нагрузки, равной N. В процессе набухания силы выпора уменьшаются до Fmin.

Следовательно, если на свайный фундамент действует нагрузка, способная уравновесить максимальные силы выпора, то в период стабилизации процесса набухания грунта произойдет его осадка. Исключить возможную осадку можно, уменьшая нагрузку на свайный фундамент до величины Fmin, т. е. несущую способность определять исходя из минимальных значений сил выпора. Однако в этом случае максимальные силы выпора Fmax будут значительно превышать внешнюю нагрузку N, вследствие чего произойдет подъем свайного фундамента. Таким образом, устранить подъем свайного фундамента, как и подъем одиночной сваи, путем увеличения нагрузки не представляется возможным, его можно лишь уменьшить до определенной величины.