Актуализация линейной телескопической модели осадки сваи

Введение. Показана целесообразность повышения точности и общности упрощенных решений для расчета осадки одиночных свай. Такие решения рекомендованы строительными нормами РФ для оценки величины проектной осадки свай, а также применяются для определения параметров контактных моделей при разработке конструкций свайных фундаментов.

Материалы и методы. Выполнены теоретический анализ и сопоставление методов расчета, основанных на аппроксимации работы сваи в упругом полупространстве. Осуществлена проверка и разработана актуализация зависимостей основного аналитического решения, исходящего из телескопической схемы работы вмещающего сваю упругого массива.

Результаты. Представлены результаты сопоставления расчетов различными методами. Анализ выявил ряд расхождений в зависимости от параметров свай и грунтового основания. Разработаны рекомендации по применению рассмотренных решений и установлена область их использования — оценка начального линейного сопротивления сваи и соответствующих параметров контактной модели, применяемой для конструирования свайного фундамента.

Выводы. Упрощенные решения для расчета осадки одиночных свай востребованы строительной практикой, повышение точности и общности таких решений обеспечивает определение адекватных параметров контактных моделей для разработки надежных и рациональных конструкций свайных фундаментов. Область использования актуализированного решения — оценка начального линейного сопротивления сваи. Достоинством актуализированного решения является четко выделенная доля пяты сваи, что позволяет отдельно оценить работу ее боковой поверхности, в частности, в актуальных задачах с выдергивающей нагрузкой на сваю или по учету «выключения» пяты сваи из-за рыхлого шлама под пятой буронабивной сваи.

1. Федоровский В.Г., Левачев С.Н., Курилло С.В., Колесников Ю.М. Сваи в гидротехническом строительстве : учебное пособие. М. : Изд-во АСВ, 2003. 238 с.

2. Fleming K., Weltman A., Randolph M., Elson K. Piling Engineering. 3rd ed. CRC Press, 2020. 408 p.

3. Poulos H.G., Davis E.H. Pile Foundation Analysis and Design. Sydney : Rainhom-Bridge Book Co., 1980. 398 p.

4. Tomlinson M.J., Woodward C.J. Pile Design and Construction Practice: 6th ed. London : CRC Press Taylor & Francis Group, 2015. 574 p.

5. Бартоломей А.А., Омельчак И.М., Юшков Б.С. Прогноз осадок свайных фундаментов. М. : Стройиздат, 1994. 380 с.

6. Poulos H.G., Davis E.H. The settlement behaviour of single axially loaded incompressible piles and piers // Géotechnique. 1968. Vol. 18. Issue 3. Рp. 351–371. DOI: 10.1680/geot.1968.18.3.351

7. Poulos H.G. Settlement of single piles in nonhomogeneous soil // Journal of the Geotechnical Engineering Division. 1979. Vol. 105. Issue 5. Pp. 627–641. DOI: 10.1061/ajgeb6.0000799

8. Федоровский В.Г. Расчет осадок свай в однородных и многослойных основаниях : дис. … канд. техн. наук. М., 1974. 198 с.

9. Randolph M.F., Wroth C.P. Analysis of deformation of vertically loaded piles // Journal of the Geotechnical Engineering Division. 1978. Vol. 104. Issue 12. Рp. 1465–1488. DOI: 10.1061/ajgeb6.0000729

10. Randolph M.F., Wroth C.P. An analysis of the vertical deformation of pile groups // Geotechnique. 1979. Vol. 29. Issue 4. Pp. 423–439. DOI: 10.1680/geot.1979.29.4.423

11. Randolph M.F. Design Methods for Pile Groups and Piled Rafts // Proceeding of the 13th International Conference on Soil Mechanics and Foundation Engineering (ICSMFE). 1994. Vol. 5. Pp. 61–82.

12. Mylonakis G., Gazetas G. Settlement and additional internal forces of grouped piles in layered soil // Geotechnique. 1998. Vol. 48. Issue 1. Рp. 55–72. DOI: 10.1680/geot.1998.48.1.55

13. Боков И.А., Федоровский В.Г. Об учете неоднородности грунта по глубине в расчетах осадки свай // Основания, фундаменты и механика грунтов. 2021. № 4. С. 2–6. EDN QIVGYU.

14. Тер-Мартиросян З.Г., Тер-Мартиросян А.З., Ермошина Л.Ю. Осадка и длительная несущая способность сваи // Промышленное и гражданское строительство. 2021. № 9. С. 18–23. DOI: 10.33622/0869-7019.2021.09.18-23. EDN HEIXNL.

15. Безволев С.Г. Аналитическое решение для расчета дополнительных осадок свайных полей // Строительная механика и расчет сооружений. 2012. № 4 (243). С. 58–65. EDN PCOHRJ.

16. Федоровский В.Г., Безволев С.Г. Метод расчета свайных полей и других вертикально армированных грунтовых массивов // Основания, фундаменты и механика грунтов. 1994. № 3. С. 11–15. EDN KSYPMF.

17. Banerjee P.K., Davies T.G. The behaviour of axially and laterally loaded single piles embedded in nonhomogeneous soils // Geotechnique. 1978. Vol. 28. Issue 3. Рp. 309–326. DOI: 10.1680/geot.1978.28.3.309

18. Butterfield R., Banerjee P.K. The elastic analysis of compressible piles and pile groups // Geotechnique. 1971. Vol. 21. Issue 1. Рp. 43–60. DOI: 10.1680/geot.1971.21.1.43

19. Слепак М.Э. Осадки и НДС пластично-мерзлого грунта в основании центрально-нагруженной сваи // Реология грунтов и инженерное мерзлото­ведение. 1982. С. 154–158.

20. Rajapakse R.K.N.D. Response of an axially loaded elastic pile in a Gibson soil // Geotechnique. 1990. Vol. 40. Issue 2. Рp. 237–249. DOI: 10.1680/geot.1990.40.2.237

21. Lee C.Y., Small J.C. Finite-Layer Analysis of Axially Loaded Piles // Journal of Geotechnical Engineering. 1990. Vol. 117. Issue 11. Рp. 1706–1722. DOI: 10.1061/(asce)0733-9410(1991)117:11(1706)

22. Viggiani C., Mandolini A., Russo G. Piles and Pile Foundations. UK : Spon Press, 2012. 278 p.

23. Готман А.Л., Гавриков М.Д. Расчет длинномерных буронабивных свай на вертикальную нагрузку // Основания, фундаменты и механика грунтов. 2024. № 4. С. 2–8. EDN MSBJDN.

24. Шарафутдинов Р.Ф., Разводовский Д.Е., Закатов Т.С. Инженерный метод прогноза осадки одиночных свай с учетом упругопластического поведения грунта // Основания, фундаменты и механика грунтов. 2024. № 3. С. 7–15. EDN OFOAVE.

25. Савинов А.В. Применение свай, погружаемых вдавливанием, при реконструкции исторической застройки городов : автореф. дис. ... д-ра техн. наук. Волгоград, 2008. 34 с. EDN NKJRJL.

26. Geddes J.D. Stresses in foundation soils due to vertical subsurface loading // Geotechnique. 1966. Vol. 16. Issue 3. Pp. 231–255. DOI: 10.1680/geot.1966.16.3.231

27. Барвашов В.А. Расчет на ЭЦВМ осадки свай от вертикальной нагрузки и определение перемещений грунта вокруг свай // Труды 3-й науч.-техн. конф. молодых научных работников НИИ оснований. 1967. С. 20–23.

28. Frank R. Etude theorique du comportement des pieux sous charge vertical; introduction de la dilatance. Paris : France, 1974. 238 p.

29. Cooke R.W. Settlement of friction pile foundations // Proceeding Conference on Toll Buildings. 1974. Рp. 7–19.

30. Coyle H.M., Reese L.C. Load transfer for axially loaded piles in clay // Journal of the Soil Mechanics and Foundations Division. 1966. Vol. 92. Issue 2. Рp. 1–26.

31. Пискунов Н.С. Дифференциальное и интегральное исчисление. Т. 2. М. : Наука, 1985. 576 с.

32. Boussinesq J. Applications des Potentiels a l’Etitude de l’Equilibre et du Mouvement des Solides Elastiques. Paris : Gauthier-Villiars, Imprimeur-Libraire, 1885.

33. Scott R.F. Foundation analysis. New Jersey, USA : Prentice Hall, 1981. 545 p.

34. Schleicher F. Zur Theorie des Baugrundes // Zeitschrift für Angewandte Mathematik und Mechanik. 1925. No. 5. P. 199; Bauingenieur. 1926. Vol. 48. No. 7. Pp. 931–935; Vol. 49. Pp. 949–952.

35. Giroud J.P. Таbles pour 1е са1cul des fondations. Vol. 1: Tassement. Paris : Dunod, 1972. 383 p.

36. Ильичев В.А., Аникьев А.В. Система с полутора степенями свободы как динамическая модель неоднородного основания // Труды института НИИОСП им. Н.М. Герсеванова. 1987. № 85. С. 30–32.

37. Mindlin R.D. Force at a Point in the Interior of a Semi-Infinite Solid // Physics. 1936. Vol. 7. Issue 5. Pp. 195–202. DOI: 10.1063/1.1745385

38. Nishida Y. Vertical stress and vertical deformations of ground under a deep circular uniform pressure in the semi-infinite // Proceedings of the 1st International Society for Rock Mechanics Congress. 1966. Vol. 2. Pp. 493–498.

39. Нгуен Занг Нам. Определение осадки круглого штампа с учетом его заглубления // Строительство — формирование среды жизнедеятельности : сб. тр. 4-й Междунар. науч.-практ. конф. молодых ученых, аспирантов и докторантов. 2006. С. 40–43.

40. Знаменский В.В. Работа свайного фундамента в глинистых грунтах и расчет их по деформациям основания : автореф. дис. … канд. техн. наук. М., 1971. 14 с.

41. PLAXIS 2D-v.9 Finite Element Code for Soil and Rock Analyses: User Manual. Rotterdam : Balkema, 2008.

42. Моссаковский В.И. Основная смешанная задача теории упругости для полупространства с круговой линией раздела граничных условий // Прикладная математика и механика. 1954. Т. 18. № 2. С. 187–196.

43. Ефремов М.Г., Коновалов П.А., Михеев В.В. К вопросу о распределении послойных деформаций грунта в сжимаемой толще глинистых и песчаных оснований (по материалам полевых испытаний) // Основания, фундаменты и механика грунтов. 1963. № 6. С. 5–7. EDN XYWMZF.

44. Федоровский В.Г., Безволев С.Г. Прогноз осадок фундаментов мелкого заложения и выбор модели основания для расчета плит // Основания, фундаменты и механика грунтов. 2000. № 4. С. 10–18. EDN WESCFN.

45. Шарафутдинов Р.Ф., Безволев С.Г. Определение сдвиговой ползучести глинистых грунтов полевыми и лабораторными методами при изысканиях под свайные фундаменты // Российский форум изыскателей : сб. докл. III Междунар. науч.-практ. конф. 2022. С. 271–275. EDN TGREAF.