Файл: Фисенко, Г. Л. Укрепление откосов в карьерах.pdf

откоса. В противном случае в результате осыпей сваи обнажаются и перестают воспринимать давление вышележащих пород.

Аналогичный процесс происходит в случаях, когда откос усту­ па включает отдельные прослои сыпучих пород.

Глубина заделки концов свай в ненарушенный массив ниже потенциальной поверхности скольжения зависит от прочности по­ род и давления на сваи со стороны призмы обрушения. Эта глуби­ на в каждом конкретном случае определяется расчетом.

С подобной задачей в строительной практике сталкиваются ис­ следователи и проектировщики, определяя оптимальную глубину забивки свай, работающих на горизонтальную нагрузку. Наиболее известны в этой области работы профессоров И. Н. Прокофьева, Н. В. Яропольского, Н. В. Лалетина, В. Г. Березанцева, Б. Н. Жемочкина. Большие экспериментальные работы проведены ВНИИГС и Фундаментпроектом. Однако в связи со сложностью характера взаимодействия системы «свая — грунт» не решена проблема ра­ боты сваи на горизонтальную нагрузку.

Сваи, работающие на горизонтальную нагрузку, отличаются от свай, помещенных в деформирующийся массив, характером и рас­ пределением нагрузки. Кроме того, забивные сваи работают в ус­ ловиях полупространства, в то время как поверхность скольжения в массиве находится в замкнутом пространстве. Эти различия влияют на напряженное состояние среды в верхней зоне замка сваи, но ниже этой зоны условия не меняются.

Для решения поставленной задачи использовался метод проф. Б. Н. Жемочкина [24], примененный им для расчета заделки стержня в упругом полупространстве. Этот метод основан на пред­ положении, что деформации, возникающие в материале заделки (в нашем случае в горных породах), не выходят за пределы упру­ гих. С точки зрения точности метод Б. Н. Жемочкина относится к инженерным методам расчета. Теоретической его основой является курс сопротивления материалов, поэтому для расчетов принима­ ются следующие исходные условия (рис. IV. 13, а):

поперечное сечение сваи мало по сравнению с длиной и для расчета на изгиб применимы обычные формулы сопротивления материалов; при изгибе сваи ее поперечное сечение по всей длине остается неизменным, т. е. перемещения по ширине сваи всегда одинаковы; нагрузка на упругое полупространство распределяется равномерно по ширине сваи; поперечное сечение сваи может быть как прямоугольным, так и круглым.

Между сваей и стенками скважины (упругой средой) помешен ряд бесконечно малых абсолютно жестких «стержней-связей» на равных расстояниях друг от друга. Усилия от свай упругой среде передаются только через них. Чтобы сосредоточенные силы не вы­ зывали бесконечно больших перемещений, нагрузку равномерно распределяем по длине и ширине участков (с — длина, b — шири­

121

и горной породой, получается ступенчатой. Величина ступени тем

шесть участков (максимально 10).

Расчет производится в следующей последовательности. Услов­ ные связи заменяются силами Х0, Хи Х2,..., Хп. В точке 0 добавля­ ется закрепление-заделка (рис. IV, 13, б). Кроме сил X, неизвест­ ными будут также угол поворота сваи в заделке и ее перемещение...

"Т777

Уравнения составляются исходя из того, что суммарные переме­ щения по направлению каждой силы равны нулю. Например, пере­ мещение по направлению силы Х{ складывается из перемещения от действия всех сил, из перемещения от поворота сваи на угол фо, равного фоCLf и перемещения U0. Уравнение для i-ой силы X имеет вид:

ме этих уравнений, составляются еще два уравнения равновесия:

делке разбивается на пять-шесть участков, система содержит семьвосемь уравнений. Для ее решения необходимо предварительно рассчитать коэффициенты к каждой силе, входящей в уравнения,, а также определить величину деформаций — перемещения и угол поворота в каждом сечении.

На современном уровне развития методов решения сложных практических задач с помощью вычислительной техники наиболее целесообразным является использование различных графиков и таблиц, рассчитанных на ЭЦВМ для конкретных условий.

На рис. IV. 14 приведены графики, рассчитанные для определе­ ния необходимой длины замков свай набивного типа. Арматурой

122

в сваях такого типа служат бывшие в употреблении железнодо­ рожные рельсы тяжелого типа. В связи с тем что упругие харак­ теристики горных пород, для укрепления которых применяется свайная крепь, близки, оказалось возможным рассчитать такие графики. То же самое относится и к сваям набивного типа, в ко­ торых в качестве арматуры применяются рельсы тяжелого типа и, следовательно, упругие характеристики свай также мало отлича­ ются. Но необходимо учитывать, что значения длин замков, полу­ чаемые по этим графикам, приближенны.

а

При работе свай на горизонтальную нагрузку породы на неко­ торую глубину от поверхности деформируются в результате сдви­ га. По данным проф. В. Г. Березанцева [7], глубина зоны сдвига

а = (0,16 — 0,20) h,

где h — длина замка сваи.

Опыты-свидетельствуют о том, что даже в грунтах среднего ка­ чества необратимые деформации распространяются только на не­ которую глубину от поверхности. Ниже зоны сдвига происходит уплотнение грунта и пластические деформации постепенно перехо­ дят в упругие. Следовательно, если глубину заделки замка сваи увеличивать соответственно мощности зоны остаточных деформа­ ций (зоны сдвига), то он окажется в зоне упругих деформаций.

няемые на карьерах сваи с арматурой из рельсов тяжелого типа).

123

Для пользования графиками необходимо знать предельное со­ противление пород сжатию, а также величину давления призмы обрушения; при работе свай на срез — величину перерезывающей силы, при изгибе — величину изгибающего момента и перерезываю­ щей силы.

Порядок пользования графиками следующий. По оси абсцисс находится точка с соответствующим предельным сопротивлением пород сжатию. Эта точка может оказаться справа или слева от кривой интересующего нас изгибающего момента или поперечной силы. В первом случае принимается глубина заделки, соответ­ ствующая давлению горных пород (точка пересечения кривой мо­ мента и силы с осью ординат). Во втором случае предельное со­ противление пород сжатию меньше напряжений, вызываемых дав­ лением призмы обрушения. Следовательно, сваю необходимо за­ глубить ниже зоны разрушения пород. Для нахождения глубины этой зоны из точки на оси абсцисс проводится прямая, параллель­ ная оси ординат, до пересечения с нужной кривой момента или по­ перечной силы, а из точки их пересечения — прямая, параллельная оси абсцисс, до пересечения с осью ординат. Полученное таким образом приращение глубины суммируется с постоянной глубиной для данной кривой момента или силы. Промежуточные значения получаются интерполированием.

данным напряжением, а слева от нее — кривую с соответствующим моментом. Искомая глубина заделки от действия изгибающего мо­ мента hi = l,25 м. На графике IV, 14,6 перерезывающей силе Q= = 50 тс соответствует глубина заделки /12 = 0,55 м. Напряжения при этом намного меньше заданных. Тогда полная глубина заделки замка сваи h = 1,25+0,55= 1,8 м.

При том же значении изгибающего момента Дсж=400 кгс/см2. На графике рис. IV. 14, а, находим приращение глубины Aftj = = 0,53 м. Тогда полная глубина h = 1,25 + 0,53 + 0,55 = 2,33 м.

Из графика рис. IV. 14, б видно, что при отсутствии изгибаю­ щих моментов, даже при больших значениях поперечной силы, максимальная глубина заделки сваи составляет 0,75 м.

По данным В. С. Миронова 141], оптимальная глубина забивки свай в грунты средней прочности составляет 4—5 м. Увеличение глубины заметного эффекта не оказывает. То же самое наблюда­ ется на моделях уступа, изготовленных из оптически активных ма­ териалов и укрепленных сваями различной длины. Таким образом, минимальную глубину, с учетом некоторого запаса, можно прини­

124

пробуренные скважины арматуры того или иного вида и ее после­ дующего бетонирования.

Работы по установке свай подразделяются на три этапа: а) бурение скважин под сваи;

б) спуск арматуры в скважину и подготовка скважины к бе­ тонированию или цементации;

в) заливка в скважину предварительно изготовленного бетона или цементного раствора с одновременной цементацией окружаю­ щих сваю пород.

В качестве гибкой арматуры используются стальные стержни, периодического профиля (см. табл. IV. 5). Связанные поперечной арматурой (хомутами), они образуют каркас, который опускают в скважину и заливают бетоном. Рабочие стержни изготовляют из горячекатанной стали периодического профиля, преимущественно классов А:11-^А-П1. Расчетные сопротивления сталей, прини­ маемые для железобетонных конструкций, приведены в табл. IV. 6- [59].

Диаметр применяемых стержней обычно колеблется от 6 до 40 мм. В качестве поперечной арматуры применяется круглая сталь марки Ст. 0 и Ст. 3 диаметром — 6—8 мм.

тов вязаных каркасов расчетное сопротивление проволоки принимается как для горячека­ таной стали класса A-I (п. 1).

125