Рекомендации по совершенствованию методов расчёта несущей способности буровых свай в инженерно-геологических условиях Санкт-Петербурга

Для корректного предварительного назначения несущей способности буровых свай выполнен анализ результатов испытаний 73 свай диаметром от 151 до 750 мм длиной от 4 до 36 м и сравнение с расчетными значениями. Выбор расчетного аппарата произведен в рамках СНиП, т.е. в рамках, доступных для проектирования.

При расчете несущей способности свай были рассмотрены следующие рабочие гипотезы:

Гипотеза 1 (методика СНиП): при изготовлении буровых свай происходит нарушение природной структуры грунта; дополнительное уплотнение грунта (характерное для свай, погружаемых в грунт в готовом виде) отсутствует. Эти предпосылки положены в основу методики СНиП 2.02.03-85, где несущая способность буровых свай определяется по формуле (11): расчетное сопротивление под нижним концом определяется по табл. 7, расчетное сопротивление на боковой поверхности - по табл. 2 с учетом понижающих коэффициентов по табл. 5.

Гипотеза 2: при изготовлении буровых свай не происходит нарушения природной структуры; грунт вокруг сваи уплотняется за счет разницы удельного веса бетона и грунта. Такие базовые предпосылки лежат в основе определения несущей способности забивных свай по формуле (8) СНиП 2.02.03-85: расчетное сопротивление под нижним концом определяется по табл. 1, расчетное сопротивление на боковой поверхности - по табл. 2 без понижающих коэффициентов.

Гипотеза 3: Свая работает как глубокая опора; при изготовлении происходит нарушение природной структуры. Несущая способность определяется как сумма составляющих по нижнему концу и по боковой поверхности. Несущая способность по нижнему концу определяется по формуле (16) СНиП 2.02.01-83, несущая способность по боковой поверхности - по расчетному сопротивлению грунта из табл. 2 СНиП 2.02.03-85 с учетом понижающих коэффициентов по табл. 5 этого же СНиП.

Гипотеза 4: Свая работает как глубокая опора; нарушения природной структуры грунта вокруг сваи не происходит. Несущая способность определяется как сумма составляющих по нижнему концу и по боковой поверхности. При этом несущая способность по нижнему концу определяется по формуле (16) СНиП 2.02.01-83, несущая способность по боковой поверхности - по расчетному сопротивлению грунта из табл. 2 СНиП 2.02.03-85 без понижающих коэффициентов.

Аналитический анализ ситуации и статистическая обработка результатов исследований включают следующие возможные объективные и субъективные ошибки:

Неточность данных об инженерно-геологическом напластовании грунтов. Оценка несущей способности сваи выполняется на основании инженерно-геологических данных по скважине, ближайшей к свае. При этом ближайшая скважина может оказаться на расстоянии десятков метров от сваи.

Естественный разброс физико-механических свойств грунтов. Как природная среда, грунты имеют существенную изменчивость свойств и в горизонтальном и в вертикальном направлениях. В связи с этим результаты статических испытаний одинаковых свай, находящихся в пределах "видимости" одной и той же скважины, могут заметно отличаться друг от друга.

Неточность принятых прочностных характеристик грунтов под нижними концами. В большинстве рассмотренных случаев при инженерно-геологических изысканиях прочностные характеристики грунтов принимаются по таблицам нормативных документов на основании физических характеристик.

Неточность определения фактической несущей способности по графикам статических испытаний (ошибки экстраполяции). Как отмечалось выше, во многих испытаниях, по которым проводился анализ, нагрузка не доводилась до срыва, а в одном из испытаний осадка составила всего 1,2 мм при нагрузке 80 т. В этих случаях ожидаемая фактическая несущая способность определялась условно путем экстраполяции графика "нагрузка-осадка" до ординаты 2 см. Кривая экстраполяции строилась с учетом испытаний ближайших свай либо с учетом испытаний аналогичных свай в похожих инженерно-геологических условиях.

Рис. 1. Диаграмма соответствия рассчитанной несущей способности свай по гипотезе 1 и несущей способности, определенной на основании результатов статических испытаний

На рис. 1 представлена диаграмма, на которой по горизонтальной оси показана несущая способность сваи F1Т, рассчитанная согласно гипотезе 1, а по вертикальной оси – несущая способность F (фактическая или ожидаемая), определенная по результатам статических испытаний. Диагональная тонкая линия на графике соответствует идеальному совпадению результатов расчета и испытаний. Результаты расчета и статических испытаний практически совпали только в 5 случаях (Указанные случаи аномально низкой несущей способности свай по информации, полученной в СПб ГЭКК ОФиПС, характеризуются тем, что сваи не были доведены до грунтов, принятых в проекте в качестве несущего слоя.) (т.е. в 7% рассмотренных случаев), в остальных случаях фактическая несущая способность оказалась выше рассчитанного значения. Среднеквадратическое отклонение результатов расчета от фактического значения несущей способности для данной выборки составило 107 т. Для того чтобы оценить, в какой степени метод расчета СНиП занижает несущую способность буровых свай, определим коэффициент k уравнения прямой вида F=k×F1T методом наименьших квадратов. Результаты статистического анализа дают величину коэффициента k=1,756 при коэффициенте корреляции R=0,9. Таким образом, фактическая несущая способность, в среднем, оказывается в 1,756 раза выше рассчитанной по СНиП.

Другое по теме

Программа вступительных экзаменов по физике в 2004г. (МГУ)
Настоящая программа составлена на основе ныне действующих учебных программ для школ и классов с углубленным изучением физики. При подготовке к экзамену основное внимание следует уделить выявлению сущности физических законов и явлений, умению истолковывать физический смысл величин и понятий, а также умению применять ...

Нанотехнологии, наноматериалы, наноустройства
Краткая справка об авторе: профессор факультета вычислительной математики и кибернетики Московского государственного университета им. М.В.Ломоносова, ведущий научный сотрудник Института прикладной математики им. М.В.Келдыша РАН. Если уж стальной кубик или кристаллик соли, сложенный из одинаковых атомов, может обнаруж ...