Analysis of the influence of anchor piles on test results

Abstract


The paper considers the main problems of design and calculation of deep foundations of high-rise buildings in the form of piles-barrettes. The results and methodology of field tests of barrette piles for the foundation of a 56-storey residential building in Moscow are presented. The characteristics of engineering-geological conditions of the future construction site and design solutions for pilot tests are presented. Given a large cross-section of the barrette, which involves a significant amount of pile-type soil mass with the formation of a complex stress-strain state, to obtain reliable results and verification of the calculated model is recommended to perform numerical tests in full compliance with the field experiment, taking into account the anchored piles. The paper describes the method and the results of the numerical calculation of the load-carrying capacity of a barrette taking into consideration the modeling of an anchoring system in the Midas GTS NX program complex by the finite-element method and shows the basic possibility of using the program complex and the described method for practical purposes with an admissible accuracy. The paper contains diagrams of vertical displacements of a barrette head as a function of the applied load in full-scale tests and a general evaluation of the carrying capacity of a barrette pile obtained by numerical solutions. It is found that by taking into account the anchoring system (beams and piles) in the numerical simulation, the calculation results obtained are the most accurate to the field tests in describing the behavior of the pile under load in comparison with the calculation of a single barrette pile. In spite of the fact that the barrette bottom is embedded into the rocky soils, the barrette piles are referred to the hanging piles according to the interaction conditions with the soil due to the significant load transfer along the lateral surface.

Full Text

Проектирование и строительство свайных фундаментов высотных зданий возможно только на основе адекватных геологических изысканий, натурных испытаний свай и численных расчетов методом конечных элементов (МКЭ) (Мангушев и др. [1, 5], Katzenbach, Leppa [2], Katzenbach и др. [3], Kulhawy, Phoon [4], Ильичёв и Мангушев [6]). Одним из вариантов свайных фундаментов являются сваи-баретты – особый вид буровых свай, которые могут воспринимать значительные вертикальные, горизонтальные и моментные нагрузки, особенно действующие вдоль их вытянутой стороны (рис. 1). Бареттные фундаменты используются при значительных нагрузках, часто применяются для строительства высотных зданий и служат альтернативой буронабивным сваям, в частности, когда требуется производство большого количества свай значительного диаметра. Благодаря большим размерам они могут принимать на себя большие нагрузки как по грунту, так и по материалу (Ishihara [7], Тер-Мартиросян и др. [8], Сидоров и Степанищев [9]). Баретты выполняются в плане в виде прямоугольников и различных вариаций из них. При выборе параметров форм баретт ориентируются на конструктивную схему здания, нагрузки от стен, колонн и других конструктивных элементов. Однако очень часто значения, полученные расчетами, значительно отличаются от результатов полевых испытаний свай вертикальной нагрузкой (Мангушев, Никитина [10, 11], Мангушев и др. [12], Algin и др. [13]).

About the authors

R. A. Mangushev

Saint-Petersburg State University of Architecture and Civil Engineering

N. S. Nikitina

National Research Moscow State University of Civil Engineering

I. Yu. Tereshchenko

Giproatom

References

  1. Мангушев Р.А., Дьяконов И.П., Полунин В.М. Численные расчеты в геотехнической практике. - М.: АСВ, 2022.
  2. Katzenbach R., Leppa S. Realistic modelling of soil-structure interaction for high-rise buildings // Procedia Engineering. - 2015. - No. 117. - P. 162-171.
  3. Katzenbach R., Leppa S., Choudhury D. Foundation systems for high-rise structures. - Boca Raton: CRC Press, 2017.
  4. Kulhawy F.K., Phoon K.K. Drilled shaft side resistance in clay soil to rock // Design Performances of Deep Foundation. - ASCE (special publication), 1993. - P. 172-183.
  5. Сваи и свайные фундаменты. Конструкции, проектирование и технологии / Р.А. Мангушев, А.Л. Готман, В.В. Знаменский, А.Б. Пономарев. - М.: АСВ, 2015.
  6. Справочник геотехника. Основания, фундаменты и подземные сооружения: издание второе, дополненное и переработанное / под общ. ред. В.А. Ильичева и Р.А. Мангушева. - М., 2016. - 1040 с.
  7. Ishihara K. Recent advances in pile testing and diaphragm wall construction in Japan // Geotechnical Engineering. - 2010. - P. 97-122.
  8. Тер-Мартиросян З.Г., Сидоров В.В., Струнин П.В. Теоретические основы расчета фундаментов глубокого заложения - свай и баррет // Вестник ПНИПУ. Строительство и архитектура. - 2014. - Т. 5, № 2. - C. 190-216.
  9. Сидоров В.В., Степанищев К.Ю. Исследование взаимодействия баррет с основанием с учетом их размера и формы // Вестник ПНИПУ. Строительство и архитектура. - 2017. - Т. 8, № 3. - C. 78-88.
  10. Mangushev R.A., Nikitina N.S. Evaluation and analysis of bearing capacity of bored piles and deep-laid pilebarrette for high-rise building on loose ground based on calculations and field tests // International Journal for Computational Civil and Structural Engineering. - 2018. - No. 14 (2). - P. 109-116.
  11. Mangushev R.A., Nikitina N.S. Bearing capacity of deep foundation for high-rise facility on weak soils: Comparing of analysis results and experimental data // International Journal for Computational Civil and Structural Engineering. - 2019. - No. 15 (1). - P. 90-97.
  12. Algin H.M., Ekmen A.B., Yenmez L. 3D Finite elements analysis of barrette piled raft foundations // Teknik Dergi. - 2021. - P. 9443-9458.
  13. Мангушев Р.А., Ершов А.В., Осокин А.И. Современные свайные технологии. - М.: АСВ, 2010.
  14. Мангушев Р.А. Численные, аналитические и полевые методы оценки несущей способности свай и свай-баррет глубокого заложения в слабых грунтах Санкт-Петербурга // Сб. ст. междунар. науч.-техн. конф. - СПб.: СПбГАСУ, 2012. - С. 44-52.
  15. Петрухин В.П., Поспехов В.С., Шулятьев О.А. Опыт проектирования и мониторинга глубокого котлована // НИИОСП им. Н.М. Герсеванова. Сб. науч. тр. 99. - 2008. - С. 139-148.
  16. Исследование несущей способности баретт для 56-этажного жилого здания / В.В. Знаменский, Б.В. Бахолдин, Е.А. Парфенов, М.В. Мусатов // Основания, фундаменты и механика грунтов. - 2019. - № 1. - С. 2-6.
  17. Шулятьев О.А. Основания и фундаменты высотных зданий. - М.: АСВ, 2020.
  18. Шулятьев О.А. Фундаменты высотных зданий // Вестник ПНИПУ. Строительство и архитектура. - 2014. - Т. 5, № 4. - C. 202-244.
  19. Мирный А.Ю., Тер-Мартиросян А.З. Области применения современных механических моделей грунтов // Геотехника. - 2017. - № 1. - С. 20-26.
  20. Daniel S.H.L. Finite Element Mesh Generation. - N.Y.: CRC Press, 2015.
  21. Bhattacharya D., Prashant A. Mesh size sensitivity and effect of perturbation intensity on coupled undrained instability analysis in sands // Selected Papers From Sessions Of The Eighth International Conference On Case Histories In Geotechnical Engineering, Philadelphia, Pennsylvania. - 2019. - P. 1-10.

Statistics

Views

Abstract - 85

PDF (Russian) - 68

Refbacks

  • There are currently no refbacks.

Copyright (c) 2023 Mangushev R.A., Nikitina N.S., Tereshchenko I.Y.

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License.

This website uses cookies

You consent to our cookies if you continue to use our website.

About Cookies