close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Совместная работа свай и анкерных свай в составе конструкции противооползневых сооружений на автомобильных дорогах (Краснодарский край).

код для вставкиСкачать
На правах рукописи
РЯБУХИН АЛЕКСАНДР КОНСТАНТИНОВИЧ
СОВМЕСТНАЯ РАБОТА СВАЙ И АНКЕРНЫХ СВАЙ
В СОСТАВЕ КОНСТРУКЦИИ ПРОТИВООПОЛЗНЕВЫХ
СООРУЖЕНИЙ НА АВТОМОБИЛЬНЫХ ДОРОГАХ
(КРАСНОДАРСКИЙ КРАЙ)
05.23.11 – Проектирование и строительство дорог,
метрополитенов, аэродромов, мостов и транспортных тоннелей
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени
кандидата технических наук
Волгоград 2013
Работа выполнена в федеральном государственном бюджетном
образовательном
учреждении
высшего
профессионального
образования «Кубанский государственный аграрный университет»
Научный
руководитель:
Доктор технических наук, профессор
Маций Сергей Иосифович
Официальные
оппоненты:
Доктор технических наук, профессор Бондарев
Борис Александрович, профессор кафедры «Строительные материалы» ФГБОУ ВПО «Липецкий
государственный
технический
университет»,
г. Липецк;
Кандидат технических наук, доцент Туманов
Сергей Леонидович, декан факультета «Автомобильные дороги и транспортные сооружения»
ФГБОУ ВПО «Волгоградский государственный
архитектурно-строительный
университет», г. Волгоград.
Ведущая
организация:
ФГБОУ
ВПО
«Московский автомобильнодорожный государственный технический университет» (МАДИ), г. Москва.
Защита состоится «31» октября 2013 года в 10-00 часов на
заседании диссертационного совета Д 212.026.04 при ФГБОУ ВПО
«Волгоградский государственный архитектурно-строительный
университет» по адресу:
400074, г. Волгоград, ул. Академическая, 1, ауд. Б-203.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ
ВПО «Волгоградский государственный архитектурно-строительный
университет».
Автореферат разослан «__» сентября 2013 г.
Ученый секретарь
диссертационного совета
Акчурин
Талгать Кадимович
3
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ДИССЕРТАЦИИ
Актуальность темы. В настоящее время, в процессе строительства олимпийских объектов, особенно актуальна проблема возникновения оползней на автомобильных дорогах Краснодарского
края, что связано с вынужденной подрезкой склонов, устройством
значительных выемок и насыпей в глинистых грунтах, а также высокими строительными и эксплуатационными нагрузками на откосах и склонах. Активизация оползневых процессов приводит к
нарушению устойчивости, недопустимым деформациям, разрушению инженерных конструкций. Данное обстоятельство приводит к
ежегодным финансовым потерям.
В качестве мероприятий по укреплению и защите от обрушения
ослабленных склонов и участков откосов применяются типовые сооружения из буронабивных свай, с заделкой в несмещаемые подстилающие грунты (коренные породы), объединенные монолитным
железобетонным ростверком. Данное решение конструкции, как
правило, оптимальное, а в ряде случаев и единственно возможное в
сложившихся инженерно-геологических условиях. Но в последнее
время все более широкое распространение получает применение в
составе конструкции противооползневых сооружений анкеров, что
позволяет значительно снизить стоимость сооружения в целом.
Вместе с тем, механизм взаимодействия элементов свайноанкерной конструкции противооползневых сооружений изучен недостаточно. Надежность и безопасность работы подобных сооружений обеспечивается применением завышенных коэффициентов запаса, а также выбором больших, чем требуется типоразмеров элементов конструкций. В результате возникает увеличение трудоемкости и материалоемкости строительства удерживающих сооружений, что отрицательно сказывается на их экономической эффективности.
Цель работы – разработка методики по наиболее рациональному определению типоразмеров анкерных свай в зависимости от параметров буронабивных свай противооползневых сооружений и
внедрение данной методики в практику проектирования и строительства инженерной защиты территорий.
Задачи исследований:
рационализировать существующие методики расчета свайных и
4
анкерных конструкций противооползневых сооружений на автомобильных дорогах;
определить границы предельных горизонтальных перемещений
для буронабивных свай;
определить границы максимальных деформаций для анкерных
свай в реальных условиях в районе г. Сочи;
систематизировать результаты натурных испытаний анкеров и
предельных горизонтальных перемещений для буронабивных свай;
получить количественные зависимости между типоразмерами
анкеров и параметрами буронабивных свай.
Методы исследований: сопоставление полученных результатов расчета горизонтальных перемещений для буронабивных свай с
известными теоретическими исследованиями и экспериментальными данными; аппроксимация зависимостей предельных горизонтальных параметров для буронабивных свай и типоразмеров анкерных свай, полученных графическими методами; математическое
моделирование работы свайно-анкерных сооружений (упругопластическая модель) по методу конечных элементов.
Достоверность результатов подтверждена сопоставлением с
данными известных экспериментальных и аналитических исследований полученных численных результатов, применением геотехнических современных широко известных программных комплексов,
внедрением предлагаемой методики на многочисленных ответственных объектах Краснодарского края при проектировании мероприятий инженерной защиты территорий и последующим мониторингом сооружений.
Научная новизна заключается в следующем:
усовершенствован метод расчета конструкций сооружений и их
элементов в части определения предельно допустимых деформаций
для свай различного диаметра и длины;
определены предельно допустимые деформации для анкерных
свай в реальных условиях в районе г. Сочи с применением прогрессивных методов и технологий, повышающих полноту и достоверность информации, обосновывающей проектные решения;
разработана и апробирована методика по определению типоразмеров анкерных свай в зависимости от параметров буронабивных
свай для более рационального проектирования мероприятий и конструкций по инженерной защите транспортных сооружений от воз-
5
действия опасных природных и природно-техногенных процессов
(оползни, сейсмика и др.);
положения диссертационной работы отражены в ОДМ 218.2.0262012 «Методические рекомендации по расчету и проектированию
свайно-анкерных сооружений инженерной защиты автомобильных
дорог».
Практическая значимость работы состоит в том, что разработанная методика по определению наиболее рациональных типоразмеров анкерных свай в зависимости от параметров буронабивных
свай позволяет в кратчайшие сроки принимать наиболее надежное и
эффективное конструктивное решение противооползневого сооружения.
Реализация результатов работы осуществлена при проектировании инженерной защиты на автомобильных дорогах регионального и межмуниципального значения в Краснодарском крае; на автомобильной дороге Обход г. Сочи (3-й Пусковой комплекс); на автомобильной дороге «Дублер Курортного проспекта г. Сочи»; на железной дороге «Адлер-Аэропорт»; на транспортной развязке на пересечении ул. Донская и ул. Виноградная; на транспортной развязке
«Стадион» в г. Сочи; на малой объездной автодороге в г. Сочи; на
участках ликвидации ЧС на автодороге М-27 «Джубга-Сочи» («Курортный проспект»).
Апробация работы. Основные положения и результаты работы
докладывались и получили одобрение на конференциях инженерностроительного факультета Кубанского государственного аграрного
университета (Краснодар, 2009-2013); Всероссийских научнопрактических конференциях аспирантов, докторантов и молодых
ученых (Краснодар, Новочеркасск, 2009-2012), Международной
конференции молодых ученых геотехников (Швеция, Гетеборг,
2012), а также была заслушана на кафедре «Информатика и вычислительная математика» ВолгГАСУ (Волгоград, 2013).
Публикации.
По теме исследования опубликовано 10 научных работ, включая
3 статьи в рецензируемых научных журналах. Диссертант является
одним из соавторов отраслевого дорожного документа ОДМ
218.2.026-2012 «Методические рекомендации по расчету и проектированию свайно-анкерных сооружений инженерной защиты автомобильных дорог».
6
Личный вклад автора состоит
в определении предельно допустимых деформаций для свай различного диаметра и длины;
в систематизации данных натурных испытаний и определении
предельно допустимых деформаций для анкерных свай в реальных
условиях в районе г. Сочи;
в разработке и апробации методики по определению наиболее
рациональных типоразмеров анкерных свай в зависимости от параметров буронабивных свай в составе конструкции противооползневых сооружений.
Научные положения, выносимые на защиту:
1. Предельно допустимые деформации для свай различного
диаметра и длины определены исходя из условий прочности конструкций и могут быть использованы при проектировании противооползневых и удерживающих сооружений на автомобильных дорогах на площадках строительства в районе г. Сочи в качестве ограничивающих условий.
2. Разработанные рекомендации учитывают зависимости предельных параметров для буронабивных свай и типоразмеров анкерных свай типа Titan.
3. Разработанная методика и рекомендации позволяют наиболее
рационально подобрать типоразмеры анкерных свай типа Titan для
различных параметров буронабивных свай сооружений инженерной
защиты на площадках строительства в районе г. Сочи.
Структура и объем работы.
Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, выводов, списка используемой литературы, из 116 наименований и 1
приложения. Общий объем работы 132 страницы, в том числе 124
страницы основного текста, содержащего 47 иллюстраций и 7 таблиц.
Диссертационные исследования проведены на кафедре строительных материалов и конструкций Кубанского государственного
аграрного университета в период с 2009 по 2013 гг. под руководством доктора технических наук, профессора Мация Сергея Иосифовича, которому выражаю искреннюю благодарность. Автор очень
признателен за помощь и ценные советы кандидату технических
наук, доценту кафедры оснований и фундаментов Ещенко Олегу
Юрьевичу и кандидату технических наук, доценту кафедры строительных материалов и конструкций Безугловой Екатерине Вячесла-
7
вовне.
8
СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Во введении обоснована актуальность выбранной темы диссертационной работы, поставлены цель и задачи исследований, отмечены научная новизна и практическая значимость, обоснована достоверность полученных результатов, сформулированы положения,
выносимые на защиту.
В первой главе рассматриваются существующие методики
определения горизонтальных перемещений для буронабивных и анкерных свай, приведен анализ эффективности свайно-анкерных
конструкций.
Проблемам стабилизации оползневых подвижек и устойчивости
склонов посвящены труды многих зарубежных и отечественных
ученых: Т. Ямагами, Л. Т. Чена, В. П. Хонга, Р. Хенесса, Х. Г. Паулоса, Т. Мацуи, М. Кимуры, Т. Ито, К. Виджиани, Т. Адаши, М. А.
Шубина, Г. М. Шахунянца, Д. М. Шапиро, К. Ш. Шадунца, В. К.
Цветкова, В. Г. Федоровского, З. Г. Тер-Мартиросяна, Л. М. Тимофеевой, Л. Р. Ставницера, Г. П. Постоева, С. И. Мация, Н. Н. Маслова, Э. В. Калинина, В. Д. Казарновского, Э. М. Доброва, А. Л.
Готмана, Л. К. Гинзбурга, А. Н., Ф. Г.-О. Габибова, А. Н. Богомолова, А. И. Билеуша, A. А. Бартоломея и многих других.
Самыми распространенным способом укрепления оползнеопасных участков автомобильных дорог в Краснодарском крае является
устройство буронабивных свай, заглубленных в несмещаемые грунты. В последние 10-15 лет все чаще в практике строительства совместно с буронабивными сваями применяется устройство анкерных
свай типа Titan (или аналог). Данная технология позволяет увеличивать несущую способность свайных противооползневых сооружений.
Применение данной технологии позволяет изменить расчетную
схему противооползневого сооружения относительно типовых решений, что приводит к снижению напряжений в конструкции. Буронабивная свая, защемленная в коренные породы, работает как
консольный элемент. При добавлении в конструкцию сооружения
анкера (например, в ростверк), расчетная схема меняется на простую балку. В результате возможно без потери эффективности
уменьшить параметры сооружений (диаметр и длину свай, уменьшив величину заделки в коренные породы) и, учитывая большую
9
разницу в цене устройства буронабивной сваи и анкера, снизить
стоимость строительства противооползневых сооружений до 30%.
Проектированию по отдельности свайных противооползневых
сооружений и анкерных посвящено множество работ российских и
зарубежных ученых, разработано множество нормативных документов и рекомендаций. Вопрос их совместной работы в конструкции противооползневых сооружений по состоянию на настоящий
момент не отражен в российских нормативных документах, что вызывает определенные трудности при проектировании и строительстве подобного рода конструкций. Задача по учету деформаций (перемещений) для анкерных и буронабивных свай особенно актуальна
в современном проектировании противооползневых конструкций,
так как проектировщик при определении максимально допустимых
деформаций, а именно горизонтальных перемещений свай, должен
руководствоваться техническим заданием.
Однако отсутствие четких требований не позволяет обозначить
указанные параметры (предельные перемещения) сооружения. В
соответствии с существующей нормативной документацией, при
отсутствии ограничений в техническом задании, для жилищногражданского строительства горизонтальные перемещения допускается принимать равными 10 мм.
При проектировании противооползневых конструкций ограничение по горизонтальным перемещениям (10 мм) для свай различной длины (с разными величинами консольной части и заделки) и
различного диаметра (с разными значениями жесткости) не может
быть идентичным. В данном случае основными критериями для
определения максимальных перемещений как свай, так и самой
конструкции, является обеспечение их нормальной эксплуатации и
работоспособности, т.е. такие перемещения, при которых конструкция остается в нормальном состоянии и удовлетворяет требованиям
безопасности и надежности.
Аналогичная ситуация в нормативной документации и с ограничением перемещений анкерных сооружений. Однозначные требования и указания для применения при проектировании таких конструкций отсутствуют.
Во второй главе приведены результаты исследования диапазона допустимых горизонтальных перемещений буронабивных свай
противооползневых сооружений.
10
При проектировании противооползневых конструкций для защиты строящейся автодороги от опасных инженерно-геологических
процессов на объектах: «Строительство автомобильной дороги
Джубга-Сочи до границы с Республикой Грузия на участке обхода
г. Сочи ПК0-ПК194 пусковой комплекс N2 ПК45-ПК82 и пусковой
комплекс N3 ПК82-ПК134, Краснодарский край» в 2007-2009 г.г.;
«Строительство центральной автомагистрали г. Сочи «Дублер Курортного проспекта»; «Строительство транспортной развязки на пересечении ул. Донской и Виноградной в г. Сочи» и др., расчетные
перемещения свай в свайных сооружениях, полученные с применением известных методик и использованием программного комплекса конечно-элементного анализа Plaxis, составили от 5 до 120 мм.
При этом запас прочности конструкции не исчерпался, конструкция
удовлетворяла требованиям безопасности и надежности как в процессе строительства, так и в процессе эксплуатации.
В обозначенных расчетах определяющим критерием являлась
прочность самой сваи. Принимая, что несущая способность сваи,
воспринимающей оползневую нагрузку, должна быть обеспечена,
(параметры сваи назначаются в зависимости от оползневого давления), определять максимальные перемещения необходимо по расчетам второй группы предельных состояний (по деформациям). В
данном случае расчет должен производиться по прогибам (горизонтальным перемещениям) и на раскрытие трещин. Учитывая, что
требования по прогибам назначены исходя из физиологических и
эстетико-психологических критериев, конструкция имеет значительный запас прочности, что снижает ее эффективность и повышает стоимость сооружений.
Следовательно, расчет максимальных деформаций свай должен
определяться исходя из расчета свай на максимально допустимое
раскрытие трещин. Максимальное раскрытие трещин железобетонной конструкции составляет 0,3 мм. Эта величина обусловлена обратимостью химических процессов, происходящих в бетоне. При
большем раскрытии процесс становится необратимым, что приводит к разрушению бетона, коррозии арматуры и, как результат, деформациям сооружения.
Таким образом, возможно определить максимальные горизонтальные перемещения свай, задаваясь исходным условием, что максимальное раскрытие трещин составляет 0,3 мм.
11
Ширину раскрытия нормальных трещин ( acrc ) определяют по
формуле:
acrc
s
1
2
3
ls ,
Es
(1)
где
– коэффициент, учитывающий неравномерное распределение относительных деформаций растянутой арматуры между
трещинами;
– коэффициент, учитывающий продолжительность действия нагрузки;
1
2
– коэффициент, учитывающий профиль продольной арматуры;
3
– коэффициент, учитывающий характер нагружения;
E s – модуль упругости стали;
ls – базовое расстояние между смежными нормальными трещинами (без учета влияния вида поверхности арматуры);
– напряжение в продольной растянутой арматуре в нормальном сечении с трещиной от соответствующей внешней нагрузки.
s
Определив момент, при котором образуются трещины шириной
раскрытия 0,3 мм, возможно на основании расчета железобетонных
элементов по прогибам определить деформации для свай различного диаметра и длины. В рассматриваемом случае, для свободно
опертых и консольных элементов максимальный прогиб ( f ) определяют по формуле:
f
1
где r
S l2
1
r
,
(2)
max
– полная кривизна в сечении с наибольшим изгибаюmax
щим моментом, от нагрузки, при которой определяется прогиб;
l – длина консольной части сваи (изменяемый параметр);
S – коэффициент, зависящий от расчетной схемы.
12
Рис. 1. Перемещения оголовков буронабивных свай
различного диаметра и величины консольной части
По результатам анализа исследований диапазона перемещений
буронабивных свай установлено, что характер увеличения допустимых деформаций свай при отображении на графике имеет вид возрастающей параболы (рис. 1). Для исследуемого диапазона минимальные перемещения оголовков буронабивных свай составили
0,13 см (для сваи диаметром 1200 мм и величиной консольной части
2 м), а максимальные – 22,46 см (для сваи диаметром 1200 мм и величиной консольной части 26 м).
При аппроксимации табличных значений получены полиномные функции зависимости значений перемещений свай ( f ) от их
диаметра и величины консольной части ( l ) следующего вида:
f (l ) =
1 2 1
1
l +
l- ,
х1
х2 х3
(3)
где х1 , х 2 , х 3 – коэффициенты полиномной функции, определяемые в зависимости от диаметра свай в соответствии с таблицей 1.
13
Таблица 1.
Коэффициенты полиномной функции в зависимости от диаметра свай
Диаметр
№ п/п
х2
х3
х1
сваи, мм
1
630
14,78
6217,39
916,67
2
820
18,02
2967,87
1533,23
3
1000
24,08
2485,53
1533,23
4
1200
30,09
6949,90
1668,53
В третьей главе приведены результаты натурных испытаний
анкерных свай типа Titan производителя компании Ischebeck (Германия). Анкерные сваи данного производителя наиболее часто применяются в геотехническом строительстве на территории Российской Федерации как при строительстве котлованов, тоннелей,
устройстве и реконструкции фундаментов и зданий, так и в качестве
основных или дополнительных мероприятий по стабилизации
оползневых процессов.
Принципиальное отличие рассматриваемых анкерных свай от
обычных анкеров состоит в том, что анкерная свая не имеет четко
выраженного корня, т.к. забетонирована на всю длину и работает по
всей боковой поверхности, а не только в заделке. Процесс устройства анкерной сваи (непрерывное бетонирование при бурении с постоянным изливом рабочего теста) более технологичен и позволяет
в какой-то мере зацементировать грунты оползневой толщи. Данное
обстоятельство приводит к повышению физико-механические характеристики грунтов и увеличению общей устойчивости закрепляемого массива.
В настоящее время отсутствуют специальные рекомендации,
позволяющие апробированными расчетными методами определить
значения перемещений анкерных свай в заданных инженерногеологических условиях. В сложившейся ситуации искомые перемещения определяют непосредственно на строительной площадке
при проведении соответствующих испытаний.
С целью определения средних перемещений анкерных свай в
реальных условиях при строительстве противооползневых сооружений на автомобильных дорогах Краснодарского края были выполнены испытания в соответствии с регламентирующими нормативными документами и использованием стандартного оборудования (рис. 2).
14
Рис. 2. Пример испытания анкерной сваи сооружения ПС-1-9/1 на
транспортной развязке Псахе автодороги Дублер Курортного проспекта
Рис. 3. Сводные данные результатов натурных испытаний анкерных
свай в реальных инженерно-геологических условиях Сочинского района
15
В результате натурных испытаний более 65 анкерных свай в реальных инженерно-геологических условиях Сочинского района
Краснодарского края (рис. 3) установлено, что значения перемещений для анкеров различного типа, длины заделки и грунтовых условий составляют в среднем 6,5 мм. Данное значение необходимо
учитывать при проектировании комбинированных свайно-анкерных
сооружений, принимая во внимание разницу перемещений свайной
и анкерной частей конструкции.
В четвертой главе представлены рекомендации по проектированию свайно-анкерных конструкций и внедрение полученных результатов исследования в практику строительства и эксплуатации.
Проведены сопоставление и анализ результатов расчетов сооружений (рис. 4) с натурными испытаниями на реальных объектах Сочинского района Краснодарского края. Расчеты выполнены в программных комплексах GeoStudio и Plaxis (рис. 5, 6). При аппроксимации полученных данных установлена следующая зависимость
между расчетными
р и натурными н перемещениями:
н=0,3 р
Рис. 4. Сопоставление результатов расчетов перемещений
комбинированных свайно-анкерных сооружений
с натурными испытаниями анкерных свай
(4)
16
1.286
64
64
ИГЭ-2а
59
59
Транспортная нагрузка
типа НК /44,9 кПа/
Высота
ИГЭ-3
54
54
49
49
44
44
39
39
ИГЭ-8 Неритмичное чередование
алевролита и аргиллита
34
0
5
10
15
20
25
30
35
40
34
45
Расстояние
Система высот Балтийская
Грунт: ИГЭ-2а Глина легкая пылеватая полутвердая
Удельный вес: 19.76
Сцепление: 26
Угол внутреннего трения: 8
Грунт: ИГЭ-3 Глина дресвяная пылеватая полутвердая
Удельный вес: 20.25
Сцепление: 38
Угол внутреннего трения: 10
Рис. 5. Анализ совместной работы буронабивных и анкерных свай
(расчеты в программных комплексах Geostudio и Plaxis).
Сооружение на транспортной развязке «Раздольное»
Объект:
Сечение:
Стадия:
17
2.350
ИГЭ-2
60
60
58
58
ИГЭ-12
56
56
54
54
52
Высота, м
50
52
Транспортная нагрузка
типа НК /44,9 кПа/
ИГЭ-13
50
48
48
46
46
44
44
ИГЭ-15'
42
42
40
40
38
38
36
36
34
34
ИГЭ-15
32
32
30
30
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
Расстояние, м
Система высот Балтийская
Грунт: ИГЭ-2 - Насыпной слежавшийся грунт
Удельный вес: 19,8 kN/m³
Сцепление: 76 kPa
Угол внутреннего трения: 8 °
Модуль деформации: 15 800 kPa
Грунт: ИГЭ-13 - Глина легкая пылеватая тверда
Удельный вес: 20,6 kN/m³
Сцепление: 77 kPa
Угол внутреннего трения: 6 °
Модуль деформации: 11 800 kPa
Грунт: ИГЭ-12 - Глина легкая полутвердая
Удельный вес: 19,2 kN/m³
Сцепление: 34 kPa
Угол внутреннего трения: 9 °
Модуль деформации: 11 900 kPa
Грунт: ИГЭ-15a' - Выветрелый трещиноватый м
Удельный вес: 23,3 kN/m³
Сцепление: 50 kPa
Угол внутреннего трения: 15 °
Модуль деформации: 40 000 kPa
Рис. 6. Анализ совместной работы буронабивных и анкерных свай
(расчеты в программных комплексах Geostudio и Plaxis).
Сооружение на транспортной развязке «Псахе»
18
Во всех рассмотренных случаях расчетные данные по перемещениям конструкции превышают, в ряде случаев в несколько раз,
значения перемещений анкерных свай, полученные по результатам
натурных испытаний.
Важно отметить следующее:
1. Сопоставление натурных и расчетных ситуаций проводилось
на основании рабочей документации, подтвержденной исполнительной документацией и данными авторского надзора за строительством сооружений;
2. Расчетные створы располагались в соответствии с инженерно-геологическими профилями (в соответствии с отчетом), подтверждены необходимым количеством скважин и геофизическими
исследованиями;
3. По специальным указаниям испытания выполнялись для анкерных свай, расположенных непосредственно в расчетном створе.
Таким образом, учитывая вышеизложенные факторы, удалось в
значительной мере минимизировать вероятность наиболее часто
встречающейся ошибки при моделировании расчетной ситуации,
связанной с недостоверностью исходных данных (материалов инженерно-геологических изысканий, соответствием фактически выполненных мероприятий и предусмотренных проектом и т.д.).
При конструировании свайно-анкерных сооружений важно учитывать различие в максимально допустимых деформациях буронабивных и анкерных свай. Предусмотреть какие-либо компенсационные мероприятия в железобетонной, объединяющей анкерные
сваи конструкции, либо в бетонной части самой анкерной сваи –
весьма затруднительная задача.
Гораздо более простым и эффективным методом является незначительная модернизация стандартной конструкции крепления
оголовка анкерной сваи (рис. 7). При этом конструирование выполнено на основании многочисленных данных натурных испытаний,
исходя из условия, что значение перемещений анкерных свай составляет 6,5 мм. В качестве компенсирующих различие в деформациях мероприятий может быть использован любой материал, легко
деформирующийся под действием нагрузки (каучук, монтажная пена, пенополистирол и пр., поз. 12, рис. 7). Толщина данной демпферной прокладки принимается в зависимости от полученных расчетных перемещений свайно-анкерного сооружения.
19
Рис. 7. Конструкция крепления анкерной сваи с учетом мероприятий,
компенсирующих различие деформаций свай и анкерных свай.
1 – анкерная штанга; 2 – соединительная муфта; 3 – центратор;
4 – буровая коронка; 5 – шаровая фиксирующая гайка;
6 – сферическая шайба; 7 – анкерный датчик; 8 – защитный колпак;
9 – выравнивающая сфера; 10 – плита под выравнивающую сферу;
11 – защитная труба ПНД; 12 – демпферная прокладка, компенсирующая
разницу в деформациях буронабивных и анкерных свай
В соответствии с вышеизложенным, предложена следующая
методика учета различных деформаций буронабивных и анкерных
свай при конструировании свайно-анкерных сооружений:
1. Определение расчетных перемещений комбинированного
свайно-анкерного сооружения в программных комплексах
GeoStudio и Plaxis;
2. Определение разницы ( U ) в деформациях конструкции
( U ) и анкерных свай ( U а ):
U
U Uа ,
(5)
3. Применение при конструировании узла крепления анкерной
сваи компенсационной демпфирующей прокладки, толщиной равной разнице в деформациях ( U ).
20
Рис. 8. Оползневая нагрузка, воспринимаемая буронабивными сваями,
в зависимости от диаметра и величины консольной части
Зависимость типоразмеров анкерных свай от диаметров буронабивных свай и величины консольной части предлагается определять
исходя из значений моментов раскрытия трещин предельно допустимой величиной 0,3 мм. Тогда, учитывая допущение, что оползневое давление, приходящееся на сваи сооружения, распределяется
по треугольной эпюре, результирующая давления будет находиться
на расстоянии 1/3 от уровня заделки сваи в коренные породы. При
этом, для каждого диаметра сваи, возможно определить максимальную нагрузку, которую способна выдержать рассматриваемая свая,
в зависимости от величины консольной части. С увеличением плеча
максимальная нагрузка будет уменьшаться.
По результатам анализа исследований зависимости оползневой
нагрузки, которую способны воспринимать буронабивные сваи,
установлено, что характер уменьшения допустимой нагрузки на
сваи при отображении на графике имеет вид степенной функции
(рисунок 6). Для исследуемого диапазона минимальные значения
нагрузки составили 78,63 кН (для сваи диаметром 630 мм и величиной консольной части 12 м), а максимальные – 2586,21 кН (для сваи
диаметром 1200 мм и величиной консольной части 2 м).
При аппроксимации табличных значений были получены сле-
21
дующие степенные функции зависимости значений оползневой
нагрузки, которую может воспринять буронабивная свая ( Еоп ), от
их диаметра и величины консольной части ( l ) следующего вида:
Еоп (l ) = y l 1 ,
(6)
где y – коэффициент степенной функции, определяемый в зависимости от диаметра свай в соответствии с таблицей 2.
Учитывая прочностные характеристики анкерных свай типа
Titan и полученные зависимости оползневой нагрузки, которую может воспринять буронабивная свая, от их диаметра и величины консольной части, рекомендуется принимать типоразмер анкерной сваи
в зависимости от параметров свайного сооружения в диапазоне соответствующих нагрузок (рис. 9).
Таблица 2.
Коэффициенты степенной функции в зависимости от диаметра свай
№ п/п
Диаметр сваи, мм
Значение коэффициента y
1
630
943,54
2
820
2181,05
3
1000
3308,83
4
1200
5172,39
Рис. 9. Зависимость типоразмеров анкерных свай типа Titan
от параметров свайного сооружения
22
ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ
1. В соответствии с проведенными исследованиями значения
перемещений оголовков буронабивных свай ( f ) определяются в зависимости от их диаметра и величины консольной части ( l ) как
f (l ) =
1 2 1
1
l +
l - , где х 1 , х 2 , х 3 – коэффициенты, принимаемые в
х1
х2 х3
зависимости от диаметра свай.
2. На основании выполненных натурных испытаний анкерных
свай в реальных инженерно-геологических условиях Сочинского
района Краснодарского края средние значения перемещений для
анкерных свай различного типа, длины заделки и грунтовых условий составляют 6,5 мм.
3. В соответствии с проведенными исследованиями функцию
зависимости значений оползневой нагрузки, которую может воспринять буронабивная свая ( Еоп ), от их диаметра и величины консольной части ( l ) определяют как Еоп (l ) = y l 1 , где у – коэффициент,
принимаемый в зависимости от диаметра свай.
4. Типоразмер анкерной сваи типа Titan принимается в зависимости от параметров свайного сооружения в диапазоне соответствующих нагрузок, с учетом прочностных характеристик анкерных
свай и полученных зависимостей оползневой нагрузки, которую
может воспринять буронабивная свая.
5. Разработаны мероприятия, компенсирующие различие в
максимально допустимых деформациях буронабивных и анкерных
свай в конструкции свайно-анкерных сооружений.
23
СПИСОК ОСНОВНЫХ РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ
ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ
Работы, опубликованные в рецензируемых научных журналах и изданиях:
1. Рябухин, А.К. Исследование диапазона перемещений анкерных свай в
инженерно-геологических условиях Сочинского района Краснодарского края
/ А.К. Рябухин [и др.] // Труды Куб. гос. аграрн. ун-та. – 2012. – Вып. 6 (39). –
С. 255–159.
2. Рябухин, А.К. Исследование диапазона допустимых горизонтальных
перемещений буронабивных свай противооползневых сооружений / А.К. Рябухин [и др.] // Вестн. Волгогр. гос. архит.-строит. ун-та. Сер.: Стр-во и архитектура. – 2013. – Вып. 30 (49). – С. 47–49.
3. Рябухин, А.К. Рациональное проектирование свайно-анкерных конструкций / А.К. Рябухин [и др.] // Труды Куб. гос. аграрн. ун-та. –2013. – Вып.
2 (41). – С. 160–163.
Публикации в других изданиях, материалах конференций:
4.
Рябухин, А.К. Технология повышения эффективности мероприятий
защиты от опасных инженерно-геологических процессов (землятрясений,
оползней) за счет применения свайно-анкерных конструкций / А.К. Рябухин
[и др.] // Научное обеспечение агропромышленного комплекса : материалы 3
Всерос. науч.-практ. конф. молодых ученых. / Куб. гос. аграрн. ун-т, Краснодар. – Краснодар, 2009. – С. 419–421.
5.
Рябухин, А.К. Применение современных геотехнологий при проекти-
ровании и строительстве транспортной развязки в г. Сочи / А.К. Рябухин [и
др.] // Научное обеспечение агропромышленного комплекса : материалы 4
Всерос. науч.-практ. конф. молодых ученых. / Куб. гос. аграрн. ун-т, Краснодар. – Краснодар, 2010. – С. 466–468.
6.
Рябухин, А.К. Применение деформационных швов в противооползне-
вых сооружениях / А.К. Рябухин [и др.] // Научное обеспечение агропромыш-
24
ленного комплекса : материалы 5 Всерос. науч.-практ. конф. молодых ученых. / Куб. гос. аграрн. ун-т, Краснодар. – Краснодар, 2011. – С. 504–505.
7.
Рябухин, А.К. Определение объема водоцементного раствора для
устройства анкерных свай типа Titan, применяемых при строительстве олимпийских объектов в г. Сочи / А.К. Рябухин // Научное обеспечение агропромышленного комплекса : материалы 5 Всерос. науч.-практ. конф. молодых
ученых. / Куб. гос. аграрн. ун-т, Краснодар. – Краснодар, 2011. – С. 545–547.
8.
Рябухин, А.К. Моделирование оползневых процессов в г. Сочи на ос-
нове данных натурных наблюдений / А.К. Рябухин [и др.] // Механика грунтов в геотехнике и фундаментостроении : Материалы Всерос. науч.-техн.
конф. / Южно-рос. гос. техн. ун-т (Новочеркасск. политехн. ин-т), Новочеркасск. – Новочеркасск, 2012. – С. 404–409.
9.
Рябухин, А.К. Comprehensive geotechnical monitoring of the landslide
processes and the retaining structures in the city of Sochi / А. Ryabukhin // EYGEC
2012 – setting the scene for future European geotechnical research : Proceedings of
the 22nd European Young Geotechnical Engineers Conference. / Chalmers university, Sweden, Goteborg. – Гетеборг, 2012. – С. 293–296.
Отраслевые дорожные методические документы:
10.
Методические рекомендации по расчету и проектированию свайно-
анкерных сооружений инженерной защиты автомобильных дорог : ОДМ
218.2.026-2012. : утв. Фед. дор. аг-м РОСАВТОДОР. – М., 2012. – 81 с.
25
РЯБУХИН АЛЕКСАНДР КОНСТАНТИНОВИЧ
СОВМЕСТНАЯ РАБОТА СВАЙ И АНКЕРНЫХ СВАЙ
В СОСТАВЕ КОНСТРУКЦИИ ПРОТИВООПОЛЗНЕВЫХ
СООРУЖЕНИЙ НА АВТОМОБИЛЬНЫХ ДОРОГАХ
(КРАСНОДАРСКИЙ КРАЙ)
Специальность 05.23.11 – Проектирование и строительство дорог,
метрополитенов, аэродромов, мостов и транспортных тоннелей
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени
кандидата технических наук
Подписано в печать 01.07.13 г. Заказ 18/4 Тираж 110 экз. Печ. л. 1,0
Формат 60 х 84 1/16
Бумага офсетная. Печать трафаретная.
Федеральное государственное бюджетное образовательное
учреждение высшего профессионального образования
«Кубанский государственный аграрный университет»
350044, г. Краснодар, ул. Калинина, 13
Отпечатано в типографии
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа