Зависимость горизонтального давления набухания

Зависимость горизонтального давления набухания

В связи с объемным характером деформаций набухания в замачиваемом массиве возникали дополнительные горизонтальные напряжения набухания, которые фиксировались с помощью месдоз, установленных в опытных сваях. Показания месдоз перед замачиванием принимали за нулевые отсчеты. От них и отсчитывали горизонтальные напряжения набухания.

Грунты замачивали через 25 сут после бетонирования свай, что позволило исключить участие физико-химических процессов, связанных с твердением бетона, в формировании напряженного состояния на контакте сваи с набухающим грунтом.

Зависимость горизонтального давления набухания

До глубины 2 м эта зависимость имеет вид, близкий к линейной. Дальнейшее увеличение глубины в меньшей степени влияет на горизонтальное давление набухания и с достаточной для практических целей точностью можно считать, что набухающие слои, расположенные на глубине более 2 м, характеризуются постоянным горизонтальным давлением набухания, равным 0,06 МПа. Некоторое уменьшение горизонтального давления набухания связано с неоднородностью основания и, в частности, с увеличением числа слабонабухающих и ненабухающих прослоек грунта.

Приведенные данные свидетельствуют о том, что опытные сваи перед испытаниями в замоченном грунте всесторонне обжаты набухшим грунтом.

Испытания показали, что изменение первоначального положения сваи под действием горизонтальной нагрузки продолжается до тех пор, пока она не займет нового положения равновесия. При этом уравновешивание внешней нагрузки со стороны основания происходит вследствие как развития в грунте реактивного сопротивления горизонтальным деформациям, гак и изменения в процессе перемещения сваи объемного напряженного состояния от набухания.

Напряженное состояние, предшествующее испытаниям, нарушается в результате различной интенсивности горизонтальных давлений набухания на участках сваи, перемещающихся ”на грунт” и ”от грунта”. Так, на первых участках горизонтальные давления набухания не зависят от положения сваи в грунте, поскольку приращение напряжений на этих участках определялось реактивным сопротивлением грунта горизонтальным деформациям. В то же время уменьшались горизонтальные давления набухания на участках сваи, перемещающихся ”от грунта”.

Обработка показаний месдоз, установленных в свае со стороны приложения нагрузки до точки нулевых перемещений, позволила получить нелинейную зависимость степени снижения горизонтальных давлений набухания от перемещения участка сваи ”от грунта”. С удалением участка сваи ”от грунта” горизонтальное давление набухания резко уменьшается. Так, перемещение сечения сваи от первоначального положения на 2 — 3 мм приводит к падению давления набухания на 70 — 80%.

Итак, если перед испытаниями горизонтальные давления набухания были уравновешены, то после приложения к свае внешней нагрузки образуется неуравновешенная часть горизонтальных давлений набухания, оказывающая сопротивление перемещениям сваи. Эпюры неуравновешенной части горизонтальных давлений набухания, полученные в результате суммирования давлений набухания, действующих с обеих сторон сваи диаметром 0,8 м на различных этапах ее загружения. На перемещающихся ”от грунта” участках сваи там, где месдозы отсутствовали, горизонтальные давления набухания вычисляли путем уменьшения давлений, установившихся в этих сечениях перед испытаниями. Степень снижения давлений определялась в зависимости от перемещения сечения сваи.

Сопротивление грунта горизонтальным деформациям приводит к увеличению контактных напряжений на участках сваи, перемещающихся ”на грунт”. Для всех ступеней нагружения опытных свай реактивный отпор грунта определялся по величине приращения напряжений по отношению к установившимся на начало испытаний горизонтальным давлениям набухания.

Эпюры распределения реактивных давлений грунта по длине сваи

Анализ эпюр показывает, что реактивное сопротивление примыкающего к поверхности набухшего грунта реализуется при незначительных перемещениях сваи. Дальнейшее увеличение нагрузки и перемещений сваи приводит к появлению в верхних слоях грунта пластических деформаций, что сначала замедляет, а затем и прекращает рост реактивного отпора грунта в этой зоне. Эпюра сопротивления грунта приобретает параболическое очертание. Одновременно сечение с максимальным значением реактивного давления понижается до глубины 1,5 м. Ниже точки нулевых перемещений реактивные давления грунта на сваю возрастают с глубиной практически линейно. Наибольшая ордината реактивного давления в нижней части сваи в 1 — 1,5 раза превышает наибольшую ординату в верхней части.

Установлено, что с ростом горизонтальных перемещений сваи значение уменьшается. Зависимость имеет нелинейный характер. Наиболее резко значение с0 уменьшается при возрастании перемещений сваи от 0 до 1 см. Коэффициент К практически не зависит от перемещения сваи и равен в среднем 0,4-107 Н/м4. Аналогичная картина взаимодействия горизонтально нагруженной сваи с набухшим грунтом получена и в результате испытаний свай диаметром 0,45 и 0,65 м.

В набухшей хвалынской глине было испытано 24 сваи. Сопоставляя экспериментально полученные значения несущей способности горизонтально нагруженных свай с результатами расчетов по СНиП 2.02.03—85 (для набухшего состояния хвалынских глин принято К = 0,6-107 Н/м4), можно сделать следующие выводы: 1) сопротивление свай горизонтальным нагрузкам в набухшей хвалынской глине в среднем в 2 раза выше расчетных; 2) для свай одного диаметра с уменьшением относительного заглубления сваи расхождение теоретических и опытных данных увеличивается.

Полученные результаты свидетельствуют о том, что основные расчетные предпосылки, принятые в СНиПе, в неполной мере отражают физическую картину взаимодействия горизонтально нагруженной сваи с набухающим грунтом. Более обоснованное проектирование свай в набухающих грунтах возможно лишь при учете отмеченных выше двух принципиально различных групп сопротивления на боковой поверхности свай. Первая из них обусловливает сопротивление набухшего грунта горизонтальным деформациям, а вторая — изменения в процессе перемещения сваи объемного напряженного состояния от набухания.