Инженерный метод определения осадки сваи с учетом допускаемой упругопластической работы грунта

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. Отмечены ограничения существующих методов расчета одиночных свай.

Материалы и методы. Выполнены анализ и усовершенствование инженерной методики, в которых осадка одиночной сваи рассчитывается по упругим зависимостям по данным нормативной оценки нагрузки, воспринимаемой трением грунта о боковую поверхность ствола сваи, и нагрузки, передаваемой на грунт пятой сваи при рабочей нагрузке на сваю. Соотношение этих нагрузок отражает влияние упругопластической работы грунта в диапазоне допускаемой на сваю расчетной нагрузки.

Результаты. Рассмотрены альтернативные инженерные решения задачи определения осадки сваи с учетом практической упругопластической работы грунта в диапазоне допускаемой на сваю расчетной нагрузки. Разработано уточненное решение этой задачи, обеспечивающее более практичные результаты расчетов осадок свай, отвечающие концепциям и эмпирической базе действующих норм проектирования РФ. Представлены сопоставления результатов расчетов различными методами. Разработанное ранее аналитическое упругое и обоснованное в данной статье упругопластическое инженерное решения описывают трансформацию начального линейного сопротивления грунта к его упругопластическому сопротивлению при допускаемой на сваю расчетной нагрузке. Совместное применение этих решений обеспечивает разработку надежной и рациональной конструкции свайного фундамента посредством расчета по нелинейной контактной модели.

Выводы. Разработанное инженерное решение для определения осадки сваи с учетом практической упругопластической работы грунта следует использовать для проектной оценки осадки сваи от допускаемой на нее рабочей нагрузки и параметров линейных и нелинейных контактных моделей. Адекватность разработанного решения обес­печивается применением хорошо зарекомендовавшим себя в геотехнической практике учетом концентрации напряжений и деформаций в примыкающих к месту передачи нагрузки областях грунта.

1. Алексеев А.Г., Безволев С.Г. Актуализация линейной телескопической модели осадки сваи // Вестник МГСУ. 2025. Т. 20. № 5. С. 718–733. DOI: 10.22227/1997-0935.2025.5.718-733. EDN WIOGQO.

2. Федоровский В.Г., Левачев С.Н., Курилло С.В., Колесников Ю.М. Сваи в гидротехническом строительстве : учебное пособие. М. : Изд-во АСВ, 2003. 240 с. EDN QNKHAN.

3. Бартоломей А.А., Омельчак И.М., Юшков Б.С. Прогноз осадок свайных фундаментов. М. : Стройиздат, 1994. 384 с.

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

5. Fleming K., Weltman A., Randolph M., Elson K. Piling Engineering. 3rd ed. Boca Raton, FL : CRC Press Taylor & Francis Group, 2020. 406 p.

6. 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

7. 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.

8. 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

9. Schleicher F. Zur Theorie des Baugrundes // Zeitschrift für Angewandte Mathematik und Mechanik. 1925. Bd. 5. S. 199; Bauingenieur. 1926. Bd. 7. Heft 48. S. 931–935. Heft 49. S. 949–952.

10. Giroud J.P. Tables pour le calcul des fondations. T.1. Tassement. Paris : Dunod, 1972. 383 p.

11. 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.

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

13. 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.7

14. Безволев С.Г. Общая методика расчета напряженно-деформированного состояния массива грунта с упрочняющими или ослабляющими элементами // Основания, фундаменты и механика грунтов. 2008. № 3. С. 2–8. EDN SKFDDP.

15. 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.

16. 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

17. 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

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

19. 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

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

21. Готман Н.З. Определение сопротивления сдвигу грунта по боковой поверхности забивных свай в численных расчетах // Основания, фундаменты и механика грунтов. 2018. № 6. С. 8–13. EDN YWZHML.

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

23. Голубков В.Н. Вопросы исследования свайных фундаментов и проектирования по деформациям : автореф. дис. … д-ра техн. наук. М., 1969. 35 с.

24. Tomlinson M., Woodward J. Pile Design and Construction Practice. 6-th edition. London : CRC Press Taylor & Francis Group, 2015. DOI: 10.1201/b17526

25. Poulos H.G. Tall Building Foundation Design. London : CRC Press Taylor & Francis Group, 2017. DOI: 10.1201/9781315156071

26. Барвашов В.А., Экимян Н.Б., Аршба Э.Т. Методы оценки несущей способности свай при действии вертикальной нагрузки. М. : ВНИИИС, 1986. 69 с.

27. 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.

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

29. Силин К.С., Глотов Н.М., Завриев К.С., Луга А.А. Свайные фундаменты. М. : Транспорт, 1975. 432 с.

30. Geddes J.D. Boussinesq-Based Approximations to the Vertical Stresses Caused by Pile-Type Subsurface Loadings // Geotechnique. 1969. Vol. 19. Issue 4. Pp. 509–514. DOI: 10.1680/geot.1969.19.4.509

31. 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

32. 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

33. 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.

34. 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.

35. Флорин В.А. Основы механики грунтов. Т. 1: Общие зависимости и напряженное состояние оснований сооружений. Л. ; М. : Госстройиздат, 1959. 357 с.

36. Nishida Y. Vertical stress and vertical deformation 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.

37. Смолянский М.Л. Таблицы неопределенных интегралов. М. : Физматгиз, 1963. 112 с.

38. Harr M.E., Lovell C.W. Vertical stresses under certain axisymmetrical loading // Highway Research Record. 1963. Vol. 39. Pp. 68–81.

39. Безволев С.Г. Методика учета деформируемости неоднородного упругопластического основания при расчете фундаментных плит // Основания, фундаменты и механика грунтов. 2002. № 5. С. 8–14. EDN VZFWXG.

40. Федоровский В.Г., Безволев С.Г., Дунаева О.М. Методика расчета фундаментных плит на нелинейно-деформируемом основании // Нелинейная механика грунтов : тр. IV Рос. конф. СПб., 1993. С. 81–86.

41. Ladd C.C., Germaine J.T., Lancellotta R., Jamiolkowski M.B. New developments in Field and Laboratory Testing of Soils // 11th International Conference on Soil Mechanics and Foundation Engineering. 1985. Vol. 1. Pp. 57–154.

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

44. Клепиков С.Н. Расчет конструкций на упругом основании. Киев : Будiвельник, 1967. 184 с.

45. Клепиков С.Н. Расчет сооружений на деформируемом основании. Киев : НИИ Строительных конструкций, 1996. 203 с.

46. Безволев С.Г. Проблемы проектирования и расчета фундаментов при применении больших групп свай и других вертикальных элементов преобразования грунтового массива // Геотехника. 2011. № 3. С. 30–67. EDN OWGMPZ.