Construction and Geotechnics

Статья посвящена вопросу выбора расчетной схемы крупномасштабных горизонтально нагруженных буронабивных свай. Крупномасштабные сваи – длинные сваи большого диаметра. Представлен обзор подходов к определению расчетной схемы горизонтально нагруженной сваи. Определены факторы, оказывающие влия-ние на характер деформирования сваи, но не учтённые в существующих методиках. Для определения характера деформирования свай проведена серия опытов численного моделирования одиночных горизонтально нагруженных свай с различными комбинациями геометрических параметров сваи и грунтовых условий. Численное моделирование производилось в программном комплексе Plaxis 3D. В качестве модели грунта использовалась упруго-пластическая модель Кулона – Мора. По результатам численного моделирования получен критерий, позволяющий отнести работу сваи к одной из схем: жёсткой, гибкой или конечной жесткости. Даны определения этих схем деформирования с точки зрения поворота оси сваи вокруг точки нулевых перемещений, изгиба ствола, использования грунта и материала сваи.

Строительство капитальных объектов на территориях Крайнего Севера чаще всего осуществляют по I принципу проектирования. Однако при строительстве линейно-протяженных объектов встречаются локальные зоны, сложенные оттаявшими многолетнемерзлыми грунтами, на которых не обеспечена требуемая проектом несущая способность свай. Локальные оттаявшие зоны образованы вследствие природных процессов либо техногенных явлений. Для обеспечения надежной работы свайного фундамента применены сезонно действующие охлаждающие устройства, обеспечивающие локальное промораживание околосвайного грунта. Согласно анализу работ Л.Л. Васильева, С.Л. Вааза, С.С. Вялова, В.И. Макарова понижение температуры грунтового основания с –0,3 до –1,0 °C позволяет повысить несущую способность свайного фундамента в 2,5 раза, так как прочность мерзлых грунтов в большей степени зависит от температуры, чем от литологического состава. В результате проведенных численных, маломасштабных и натурных экспериментов по термостабилизации оттаявшего многолетнемерзлого грунтового основа-ния с одиночной сваей установлено, что у боковой поверхности сваи формируется ядро мерзлого грунта, форма и геометрические параметры которого также опреде-лены. Несущая способность сваи возрастает вследствие увеличения контактной рабочей поверхности за счет формирования мерзлого грунтового уширения. Разработана аналитическая методика расчета осадки одиночной сваи с ледогрунтовым уширением, основанная на методе В.З. Власова применительно к упругому основанию. Представлен пример расчета одиночной сваи в термостабилизи-руемом оттаявшем основании. Предлагаемая методика верифицируется по данным результатов натурных экспериментальных исследований, проводимых на экспери-ментальной площадке, расположенной в Ямало-Ненецком автономном округе.

Рассмотрены колебания большеразмерного свайного фундамента совместно с грунтовым основанием на основании численного исследования, включающего апробированные квазистатические методы в контактной постановке задачи, а также сложные комбинированные пространственные и контактные модели с кинематической моделью сейсмического воздействия. Продемонстрированы недостатки квази-статического линейно-спектрального метода расчета, в том числе необоснованное занижение перерезывающих усилий в сваях. Показаны примеры развития резонанс-ных эффектов при учете пространственных сейсмических волн в дисперсном грун-товом основании, увеличивающие внутренние усилия до трех раз и приводя¬щие к риску разрушения фундамента. Подтверждены теоретические положения и эффективность замены отдельных свай укрупненными динамическими свайными ячейками.