Совместная работа свай и анкерных свай в составе конструкции противооползневых сооружений на автомобильных дорогах (краснодарский край)
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 Доктор технических наук, профессор руководитель: Маций Сергей Иосифович Официальные Доктор технических наук, профессор Бондарев оппоненты: Борис Александрович, профессор кафедры «Стро ительные материалы» ФГБОУ ВПО «Липецкий государственный технический университет», г. Липецк;
Кандидат технических наук, доцент Туманов Сергей Леонидович, декан факультета «Автомо бильные дороги и транспортные сооружения» ФГБОУ ВПО «Волгоградский государственный архитектурно-строительный университет», г. Волгоград.
Ведущая ФГБОУ ВПО «Московский автомобильно организация: дорожный государственный технический универ ситет» (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 Акчурин диссертационного совета Талгать Кадимович ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ДИССЕРТАЦИИ Актуальность темы. В настоящее время, в процессе строи тельства олимпийских объектов, особенно актуальна проблема воз никновения оползней на автомобильных дорогах Краснодарского края, что связано с вынужденной подрезкой склонов, устройством значительных выемок и насыпей в глинистых грунтах, а также вы сокими строительными и эксплуатационными нагрузками на отко сах и склонах. Активизация оползневых процессов приводит к нарушению устойчивости, недопустимым деформациям, разруше нию 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 со оружения из буронабивных свай, с заделкой в несмещаемые под стилающие 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 свайно анкерной конструкции противооползневых сооружений изучен не достаточно. Надежность и безопасность работы подобных сооруже ний обеспечивается применением завышенных коэффициентов за паса, а также выбором больших, чем требуется типоразмеров эле ментов конструкций. В результате возникает увеличение трудоем кости и материалоемкости строительства удерживающих сооруже ний, что отрицательно сказывается на их экономической эффектив ности.
Цель работы – разработка методики по наиболее рационально му определению типоразмеров анкерных свай в зависимости от па раметров буронабивных свай противооползневых сооружений и внедрение данной методики в практику проектирования и строи тельства инженерной защиты территорий.
Задачи исследований:
рационализировать существующие методики расчета свайных и анкерных конструкций противооползневых сооружений на автомо бильных 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 результа тов расчета горизонтальных перемещений для буронабивных свай с известными теоретическими исследованиями и экспериментальны ми данными;
аппроксимация зависимостей предельных горизон тальных параметров для буронабивных свай и типоразмеров анкер ных свай, полученных графическими методами;
математическое моделирование работы свайно-анкерных сооружений (упруго пластическая модель) по методу конечных элементов.
Достоверность результатов подтверждена сопоставлением с данными известных экспериментальных и аналитических исследо ваний полученных численных результатов, применением геотехни ческих современных широко известных программных комплексов, внедрением предлагаемой методики на многочисленных ответ ственных объектах Краснодарского края при проектировании меро приятий инженерной защиты территорий и последующим монито рингом 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 прогрес сивных методов и технологий, повышающих полноту и достовер ность информации, обосновывающей проектные решения;
разработана и апробирована методика по определению типораз меров анкерных свай в зависимости от параметров буронабивных свай для более рационального проектирования мероприятий и кон струкций по инженерной защите транспортных сооружений от воз действия опасных природных и природно-техногенных процессов (оползни, сейсмика и др.);
положения диссертационной работы отражены в ОДМ 218.2.026 2012 «Методические рекомендации по расчету и проектированию свайно-анкерных сооружений инженерной защиты автомобильных дорог».
Практическая значимость работы состоит в том, что разрабо танная методика по определению наиболее рациональных типораз меров анкерных свай в зависимости от параметров буронабивных свай позволяет в кратчайшие сроки принимать наиболее надежное и эффективное конструктивное решение противооползневого соору жения.
Реализация результатов работы осуществлена при проектиро вании инженерной защиты на автомобильных дорогах регионально го и межмуниципального значения в Краснодарском крае;
на авто мобильной дороге Обход г. Сочи (3-й Пусковой комплекс);
на авто мобильной дороге «Дублер Курортного проспекта г. Сочи»;
на же лезной дороге «Адлер-Аэропорт»;
на транспортной развязке на пе ресечении 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» («Ку рортный проспект»).
Апробация работы. Основные положения и результаты работы докладывались и получили одобрение на конференциях инженерно строительного факультета Кубанского государственного аграрного университета (Краснодар, 2009-2013);
Всероссийских научно практических 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 вычис лительная 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 проекти рованию свайно-анкерных сооружений инженерной защиты авто мобильных дорог».
Личный вклад автора состоит в определении предельно допустимых деформаций для свай раз личного 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 пара метров буронабивных свай в составе конструкции противооползне вых сооружений.
Научные положения, выносимые на защиту:
1. Предельно допустимые деформации для свай различного диаметра и длины определены исходя из условий прочности кон струкций и могут быть использованы при проектировании противо оползневых и удерживающих сооружений на автомобильных доро гах на площадках строительства в районе г. Сочи в качестве огра ничивающих условий.
2. Разработанные рекомендации учитывают зависимости пре дельных параметров для буронабивных свай и типоразмеров анкер ных 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, вы водов, списка используемой литературы, из 116 наименований и приложения. Общий объем работы 132 страницы, в том числе страницы основного текста, содержащего 47 иллюстраций и 7 таблиц.
Диссертационные исследования проведены на кафедре строи тельных материалов и конструкций Кубанского государственного аграрного университета в период с 2009 по 2013 гг. под руковод ством доктора технических наук, профессора Мация Сергея Иосифо вича, 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 строи тельных материалов и конструкций Безугловой Екатерине Вячесла вовне.
СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Во введении обоснована актуальность выбранной темы диссер тационной работы, поставлены цель и задачи исследований, отме чены научная новизна и практическая значимость, обоснована до стоверность полученных результатов, сформулированы положения, выносимые на защиту.
В первой главе рассматриваются существующие методики определения горизонтальных перемещений для буронабивных и ан керных 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. Пау лоса, 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. Тимо феевой, Л. Р. Ставницера, Г. П. Постоева, С. И. Мация, Н. Н. Мас лова, Э. В. Калинина, В. Д. Казарновского, Э. М. Доброва, А. Л.
Готмана, Л. К. Гинзбурга, А. Н., Ф. Г.-О. Габибова, А. Н. Богомоло ва, А. И. Билеуша, A. А. Бартоломея и многих других.
Самыми распространенным способом укрепления оползнеопас ных участков автомобильных дорог в Краснодарском крае является устройство буронабивных свай, заглубленных в несмещаемые грун ты. В последние 10-15 лет все чаще в практике строительства сов местно с буронабивными сваями применяется устройство анкерных свай типа Titan (или аналог). Данная технология позволяет увеличи вать несущую способность свайных противооползневых сооруже ний.
Применение данной технологии позволяет изменить расчетную схему противооползневого сооружения относительно типовых ре шений, что приводит к снижению напряжений в конструкции. Бу ронабивная свая, защемленная в коренные породы, работает как консольный элемент. При добавлении в конструкцию сооружения анкера (например, в ростверк), расчетная схема меняется на про стую балку. В результате возможно без потери эффективности уменьшить параметры сооружений (диаметр и длину свай, умень шив величину заделки в коренные породы) и, учитывая большую 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 доку ментов и рекомендаций. Вопрос их совместной работы в конструк ции противооползневых сооружений по состоянию на настоящий момент не отражен в российских нормативных документах, что вы зывает определенные трудности при проектировании и строитель стве подобного рода конструкций. Задача по учету деформаций (пе ремещений) 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 жилищно гражданского строительства горизонтальные перемещения допуска ется принимать равными 10 мм.
При проектировании противооползневых конструкций ограни чение по горизонтальным перемещениям (10 мм) для свай различ ной 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 конструк ция остается в нормальном состоянии и удовлетворяет требованиям безопасности и надежности.
Аналогичная ситуация в нормативной документации и с огра ничением перемещений анкерных сооружений. Однозначные тре бования и указания для применения при проектировании таких кон струкций отсутствуют.
Во второй главе приведены результаты исследования диапазо на допустимых горизонтальных перемещений буронабивных свай противооползневых сооружений.
При проектировании противооползневых конструкций для за щиты 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 Ку рортного проспекта»;
«Строительство транспортной развязки на пе ресечении ул. Донской и Виноградной в г. Сочи» и др., расчетные перемещения свай в свайных сооружениях, полученные с примене нием известных методик и использованием программного комплек са 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 про цессе 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 давле ния), определять максимальные перемещения необходимо по расче там второй группы предельных состояний (по деформациям). В данном случае расчет должен производиться по прогибам (горизон тальным перемещениям) и на раскрытие трещин. Учитывая, что требования по прогибам назначены исходя из физиологических и эстетико-психологических критериев, конструкция имеет значи тельный запас прочности, что снижает ее эффективность и повыша ет стоимость сооружений.
Следовательно, расчет максимальных деформаций свай должен определяться исходя из расчета свай на максимально допустимое раскрытие трещин. Максимальное раскрытие трещин железобетон ной конструкции составляет 0,3 мм. Эта величина обусловлена об ратимостью химических процессов, происходящих в бетоне. При большем раскрытии процесс становится необратимым, что приво дит к разрушению бетона, коррозии арматуры и, как результат, де формациям сооружения.
Таким образом, возможно определить максимальные горизон тальные перемещения свай, задаваясь исходным условием, что мак симальное раскрытие трещин составляет 0,3 мм.
Ширину раскрытия нормальных трещин ( acrc ) определяют по формуле:
s acrc ls, (1) 1 2 Es где – коэффициент, учитывающий неравномерное распреде ление относительных деформаций растянутой арматуры между трещинами;
– коэффициент, учитывающий продолжительность дей ствия нагрузки;
– коэффициент, учитывающий профиль продольной арматуры;
– коэффициент, учитывающий характер нагружения;
E s – модуль упругости стали;
ls – базовое расстояние между смежными нормальными тре щинами (без учета влияния вида поверхности арматуры);
– напряжение в продольной растянутой арматуре в нормаль s ном сечении с трещиной от соответствующей внешней нагрузки.
Определив момент, при котором образуются трещины шириной раскрытия 0,3 мм, возможно на основании расчета железобетонных элементов по прогибам определить деформации для свай различно го диаметра и длины. В рассматриваемом случае, для свободно опертых и консольных элементов максимальный прогиб ( f ) опре деляют по формуле:
S l f (2), r max где r – полная кривизна в сечении с наибольшим изгибаю max щим моментом, от нагрузки, при которой определяется прогиб;
l – длина консольной части сваи (изменяемый параметр);
S – коэффициент, зависящий от расчетной схемы.
Рис. 1. Перемещения оголовков буронабивных свай различного диаметра и величины консольной части По результатам анализа исследований диапазона перемещений буронабивных свай установлено, что характер увеличения допусти мых деформаций свай при отображении на графике имеет вид воз растающей параболы (рис. 1). Для исследуемого диапазона мини мальные 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 ве личиной консольной части 26 м).
При аппроксимации табличных значений получены полином ные функции зависимости значений перемещений свай ( f ) от их диаметра и величины консольной части ( l ) следующего вида:
12 1 f (l ) = l+ l-, (3) х1 х2 х где х1, х 2, х 3 – коэффициенты полиномной функции, определяе мые в зависимости от диаметра свай в соответствии с таблицей 1.
Таблица 1.
Коэффициенты полиномной функции в зависимости от диаметра свай Диаметр х2 х х № п/п сваи, мм 1 630 14,78 6217,39 916, 2 820 18,02 2967,87 1533, 3 1000 24,08 2485,53 1533, 4 1200 30,09 6949,90 1668, В третьей главе приведены результаты натурных испытаний анкерных свай типа Titan производителя компании Ischebeck (Гер мания). Анкерные сваи данного производителя наиболее часто при меняются в геотехническом строительстве на территории Россий ской 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 устрой ства анкерной сваи (непрерывное бетонирование при бурении с по стоянным изливом рабочего теста) более технологичен и позволяет в какой-то мере зацементировать грунты оползневой толщи. Данное обстоятельство приводит к повышению физико-механические ха рактеристики грунтов и увеличению общей устойчивости закрепля емого массива.
В настоящее время отсутствуют специальные рекомендации, позволяющие апробированными расчетными методами определить значения перемещений анкерных свай в заданных инженерно геологических условиях. В сложившейся ситуации искомые пере мещения определяют непосредственно на строительной площадке при проведении соответствующих испытаний.
С целью определения средних перемещений анкерных свай в реальных условиях при строительстве противооползневых соору жений на автомобильных дорогах Краснодарского края были вы полнены испытания в соответствии с регламентирующими норма тивными документами и использованием стандартного оборудова ния (рис. 2).
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 В результате натурных испытаний более 65 анкерных свай в ре альных инженерно-геологических условиях Сочинского района Краснодарского края (рис. 3) установлено, что значения перемеще ний для анкеров различного типа, длины заделки и грунтовых усло вий 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 проектиро ванию свайно-анкерных конструкций и внедрение полученных ре зультатов исследования в практику строительства и эксплуатации.
Проведены сопоставление и анализ результатов расчетов сооруже ний (рис. 4) с натурными испытаниями на реальных объектах Со чинского района Краснодарского края. Расчеты выполнены в про граммных комплексах GeoStudio и Plaxis (рис. 5, 6). При аппрокси мации полученных данных установлена следующая зависимость р и натурными н перемещениями:
между расчетными н=0,3 р (4) Рис. 4. Сопоставление результатов расчетов перемещений комбинированных свайно-анкерных сооружений с натурными испытаниями анкерных свай 1. 64 ИГЭ-2а 59 Транспортная нагрузка ИГЭ-3 типа НК /44,9 кПа/ 54 Высота 49 44 39 ИГЭ-8 Неритмичное чередование алевролита и аргиллита 34 0 5 10 15 20 25 30 35 40 Расстояние Система высот Балтийская Грунт: ИГЭ-2а Глина легкая пылеватая полутвердая Удельный вес: 19. Сцепление: Угол внутреннего трения: Грунт: ИГЭ-3 Глина дресвяная пылеватая полутвердая Удельный вес: 20. Сцепление: Угол внутреннего трения: Рис. 5. Анализ совместной работы буронабивных и анкерных свай (расчеты в программных комплексах Geostudio и Plaxis).
Сооружение на транспортной развязке «Раздольное» Объект:
Сечение: Стадия:
2. ИГЭ- 60 58 ИГЭ- 56 54 52 Транспортная нагрузка ИГЭ- 50 типа НК /44,9 кПа/ Высота, м 48 46 44 ИГЭ-15' 42 40 38 36 34 ИГЭ- 32 30 0 5 10 15 20 25 30 35 40 Расстояние, м Система высот Балтийская Грунт: ИГЭ-2 - Насыпной слежавшийся грунт Грунт: ИГЭ-13 - Глина легкая пылеватая тверда Удельный вес: 19,8 kN/m Удельный вес: 20,6 kN/m Сцепление: 76 kPa Сцепление: 77 kPa Угол внутреннего трения: 8 ° Угол внутреннего трения: 6 ° Модуль деформации: 15 800 kPa Модуль деформации: 11 800 kPa Грунт: ИГЭ-12 - Глина легкая полутвердая Грунт: ИГЭ-15a' - Выветрелый трещиноватый м Удельный вес: 19,2 kN/m Удельный вес: 23,3 kN/m Сцепление: 34 kPa Сцепление: 50 kPa Угол внутреннего трения: 9 ° Угол внутреннего трения: 15 ° Модуль деформации: 11 900 kPa 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» Во всех рассмотренных случаях расчетные данные по переме щениям 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 исполни тельной документацией и данными авторского надзора за строи тельством сооружений;
2. Расчетные створы располагались в соответствии с инженер но-геологическими профилями (в соответствии с отчетом), под тверждены необходимым количеством скважин и геофизическими исследованиями;
3. По специальным указаниям испытания выполнялись для ан керных 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 ин женерно-геологических изысканий, соответствием фактически вы полненных мероприятий и предусмотренных проектом и т.д.).
При конструировании свайно-анкерных сооружений важно учи тывать различие в максимально допустимых деформациях бурона бивных и анкерных свай. Предусмотреть какие-либо компенсаци онные мероприятия в железобетонной, объединяющей анкерные сваи конструкции, либо в бетонной части самой анкерной сваи – весьма затруднительная задача.
Гораздо более простым и эффективным методом является не значительная модернизация стандартной конструкции крепления оголовка анкерной сваи (рис. 7). При этом конструирование выпол нено на основании многочисленных данных натурных испытаний, исходя из условия, что значение перемещений анкерных свай со ставляет 6,5 мм. В качестве компенсирующих различие в деформа циях мероприятий может быть использован любой материал, легко деформирующийся под действием нагрузки (каучук, монтажная пе на, пенополистирол и пр., поз. 12, рис. 7). Толщина данной демп ферной прокладки принимается в зависимости от полученных рас четных перемещений свайно-анкерного сооружения.
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 рав ной разнице в деформациях ( U ).
Рис. 8. Оползневая нагрузка, воспринимаемая буронабивными сваями, в зависимости от диаметра и величины консольной части Зависимость типоразмеров анкерных свай от диаметров бурона бивных свай и величины консольной части предлагается определять исходя из значений моментов раскрытия трещин предельно допу стимой величиной 0,3 мм. Тогда, учитывая допущение, что ополз невое 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 максималь ную 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 величи ной 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 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 зависи мости от диаметра свай в соответствии с таблицей 2.
Учитывая прочностные характеристики анкерных свай типа Titan и полученные зависимости оползневой нагрузки, которую мо жет воспринять буронабивная свая, от их диаметра и величины кон сольной части, рекомендуется принимать типоразмер анкерной сваи в зависимости от параметров свайного сооружения в диапазоне со ответствующих нагрузок (рис. 9).
Таблица 2.
Коэффициенты степенной функции в зависимости от диаметра свай Значение коэффициента y № п/п Диаметр сваи, мм 1 630 943, 2 820 2181, 3 1000 3308, 4 1200 5172, Рис. 9. Зависимость типоразмеров анкерных свай типа Titan от параметров свайного сооружения
ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ 1. В соответствии с проведенными исследованиями значения перемещений оголовков буронабивных свай ( f ) определяются в за висимости от их диаметра и величины консольной части ( l ) как 12 1 l -, где х 1, х 2, х 3 – коэффициенты, принимаемые в f (l ) = l+ х1 х2 х 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 усло вий составляют 6,5 мм.
3. В соответствии с проведенными исследованиями функцию зависимости значений оползневой нагрузки, которую может вос принять буронабивная свая ( Еоп ), от их диаметра и величины кон сольной 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 зави симости от параметров свайного сооружения в диапазоне соответ ствующих 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.
СПИСОК ОСНОВНЫХ РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ Работы, опубликованные в рецензируемых научных журналах и из даниях:
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. Ря бухин [и др.] // Вестн. Волгогр. гос. архит.-строит. ун-та. Сер.: Стр-во и архи тектура. – 2013. – Вып. 30 (49). – С. 47–49.
3. Рябухин, А.К. Рациональное проектирование свайно-анкерных кон струкций / А.К. Рябухин [и др.] // Труды Куб. гос. аграрн. ун-та. –2013. – Вып.
2 (41). – С. 160–163.
Публикации в других изданиях, материалах конференций:
Рябухин, А.К. Технология повышения эффективности мероприятий 4.
защиты от опасных инженерно-геологических процессов (землятрясений, оползней) за счет применения свайно-анкерных конструкций / А.К. Рябухин [и др.] // Научное обеспечение агропромышленного комплекса : материалы Всерос. науч.-практ. конф. молодых ученых. / Куб. гос. аграрн. ун-т, Красно дар. – Краснодар, 2009. – С. 419–421.
Рябухин, А.К. Применение современных геотехнологий при проекти 5.
ровании и строительстве транспортной развязки в г. Сочи / А.К. Рябухин [и др.] // Научное обеспечение агропромышленного комплекса : материалы Всерос. науч.-практ. конф. молодых ученых. / Куб. гос. аграрн. ун-т, Красно дар. – Краснодар, 2010. – С. 466–468.
Рябухин, А.К. Применение деформационных швов в противооползне 6.
вых сооружениях / А.К. Рябухин [и др.] // Научное обеспечение агропромыш ленного комплекса : материалы 5 Всерос. науч.-практ. конф. молодых уче ных. / Куб. гос. аграрн. ун-т, Краснодар. – Краснодар, 2011. – С. 504–505.
Рябухин, А.К. Определение объема водоцементного раствора для 7.
устройства анкерных свай типа Titan, применяемых при строительстве олим пийских объектов в г. Сочи / А.К. Рябухин // Научное обеспечение агропро мышленного комплекса : материалы 5 Всерос. науч.-практ. конф. молодых ученых. / Куб. гос. аграрн. ун-т, Краснодар. – Краснодар, 2011. – С. 545–547.
Рябухин, А.К. Моделирование оползневых процессов в г. Сочи на ос 8.
нове данных натурных наблюдений / А.К. Рябухин [и др.] // Механика грун тов в геотехнике и фундаментостроении : Материалы Всерос. науч.-техн.
конф. / Южно-рос. гос. техн. ун-т (Новочеркасск. политехн. ин-т), Новочер касск. – Новочеркасск, 2012. – С. 404–409.
Рябухин, А.К. Comprehensive geotechnical monitoring of the landslide 9.
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 universi ty, Sweden, Goteborg. – Гетеборг, 2012. – С. 293–296.
Отраслевые дорожные методические документы:
Методические рекомендации по расчету и проектированию свайно 10.
анкерных сооружений инженерной защиты автомобильных дорог : ОДМ 218.2.026-2012. : утв. Фед. дор. аг-м РОСАВТОДОР. – М., 2012. – 81 с.
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, Формат 60 х 84 1/ Бумага офсетная. Печать трафаретная.
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Кубанский государственный аграрный университет» 350044, г. Краснодар, ул. Калинина, Отпечатано в типографии