Введение к работе
Актуальность темы диссертации. В современных условиях строительные организации сталкиваются с проблемой устройства свайных фундаментов в зонах примыкания к существующим зданиям и сооружениям. Широко применяемые в настоящее время методы погружения свай, такие как ударный, вибрационный и виброударный, зачастую неприемлемы в данных условиях ввиду опасных динамических воздействий на существующие здания.
В условиях плотной городской застройки безопасное устройство свайных фундаментов может быть достигнуто применением буронабивных свай. Но в этом случае возникают сложности с обеспечением сплошности ствола сваи, контролем качества бетонирования и низкой производительностью оборудования.
Сопоставительный анализ проблемы по целому ряду факторов позволяет заключить, что в большинстве случаев предпочтение следует отдавать готовым сваям, если обеспечить щадящий режим их погружения в грунт. Такую возможность предоставляет метод статического вдавливания .
Погружение свай статическим вдавливанием обеспечивает сохранность рядом стоящих зданий и достижение высокой несущей способности свай.
Основные преимущества погружения свай методом вдавливания — отсутствие динамических воздействий на фундаменты и конструкции рядом расположенных зданий и сооружений, отсутствие шума и загазованности воздуха, а также снижение энергозатрат по сравнению с работой традиционного сваебойного оборудования. .
Вдавливание свай может производиться, как правило, в тех же грунтовых условиях, что и погружение забивным, вибрационным или другим способом. В настоящее время вдавливание свай успешно применяется в Москве, Санкт-Петербурге, Томске, Киеве, Одессе, Саратове, Кемерове, Омске и других городах.
Необходимость производства свайных работ в стесненных условиях плотной застройки исторического центра городов определила потребность совершенствования оборудования для погружения свай методом вдавливания.
Метод статического погружения имеет значительный недостаток. Как правило, усилие вдавливания превышает вес самой установки, установка поднимается и зависает на свае. Необходимо компенсировать реакцию вдавливаемой сваи. Применение анкерного устройства устраняет этот недостаток, при этом не возникает динамического влияния на поверхность основания при отрыве установки от грунта, как в случае использования вспомогательного пригруза.
В связи с вышесказанным возникает необходимость в изучении вопроса взаимодействия силовых факторов в системе «погружатель — свая — грунтовое основание - анкерное устройство» и совершенствования оборудования для погружения свай методом вдавливания.
Объектом исследования является конструктивно-технологическая система «погружатель — свая — грунтовое основание — анкерное устройство».
Предмет исследования — закономерности взаимодействия элементов внутри системы «погружатель — свая - грунтовое основание - анкерное устройство».
Цель диссертационной рабо їм — повышение эффективности погружения свай за счет обоснования конструкіишю-технологических параметров оборудования для вдавливания с применением анкерного устройства.
Для достижения указанной цели необходимо было решить следующие задачи:
систематизировать методы погружения и классифицировать оборудование для вдавливания свай;
разработать математическую модель процесса взаимодействия сваи и анкерного устройства с грунтом основания;
подтвердить адекватность математической модели;
разработать методику расчета основных конструктивно-технологических параметров сваевдавливающего оборудования;
предложить рекомендации по производству работ с применением оборудования для вдавливания свай.
Методологической базой исследований является анализ исследуемого технологического процесса, основные научные положения теоретической механики и механики грунтов, методы математического моделирования. Для обработки данных использованы методы математической статистики.
Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается методологической базой исследований, основанной на фундаментальных и достоверно изученных положениях, достаточным объемом экспериментальных данных, сравнением результатов аналитических выражений с экспериментальными данными, полученными при проведении опытов по вдавливанию свай, испытанию моделей прессиометрического анкера.
Научная новизна работы: разработана классификация оборудования для погружения свай вдавливанием, позволяющая выбрать наиболее эффективный тип оборудования; составлено математическое описание процесса вдавливания сваи в грунт основания; получены аналитические зависимости, позволяющие определять рациональные с точки зрения энергоемкости параметры вдавливаемой сваи.
Практическая ценность работы состоит в том, что установленные в работе
закономерности процесса взаимодействия вдавливаемой сваи и
прессиометрического анкера с грунтом основания позволили разработать методику
выбора и расчета основных параметров сваевдавливающих установок и
вспомогательного оборудования к ним, что позволяет проектным и строительным
организациям обоснованно осуществлять разработку сваевдавливающего
оборудования применительно к конкретным грунтовым условиям .
Реализация работы: методика' расчета и техническое задание на проектирование сваевдавливающего оборудования переданы проектным организациям региона, разработан ряд конструктивных решений сваевдавливающего и вспомогательного оборудования, новизна которых защищена свидетельствами на изобретения: свидетельства на полезную модель №23444,
№23445 от 20.05.02, № 23629 от 27.06.2002; подана заявка на изобретение «Способ изготовления комбинированной сваи методом вдавливания»; результаты исследований используются в учебном процессе при чтении лекций по дисциплине «Основания и фундаменты» для студентов специальности 270102 «Промышленное и гражданское строительство» и 270105 «Городское строительство и хозяйство».
Личный вклад автора: сделан анализ существующих конструкций сваевдавливающего оборудования, сформулированы цель и задачи исследования. Выполнены основные части теоретических и экспериментальных исследований, обобщение и оценка их результатов, разработана методика расчета конструктивно-технологических параметров сваевдавливающего оборудования. Проведено сравнение эффективности применения бурового и сваевдавливающего оборудования.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы
докладывались и получили одобрение на: Всероссийской научно-практической
конференции «Пути повышения качества и эффективности строительства,
реконструкции, содержания автомобильных дорог и искусственных сооружений на
них» (Барнаул, 2001); Международной научной конференции «Проблемы
автомобильных дорог России и Казахстана» (Омск, 2001); Международной научно-
технической конференции «Архитектура и строительство» (Томск, 2002);
Международной научно-практической конференции «Дорожно-транспортный
комплекс, экономика, экология, строительство и архитектура» (Омск, 2003);
Международном геотехническом симпозиуме «Фундаментостроение в сложных
инженерно-геологических условиях» (Санкт-Петербург, 2003); 43-й
Международной научно-технической конференции Ассоциации автомобильных инженеров «Проблемы создания и эксплуатации автомобилей, специальных и технологических машин в условиях Сибири и Крайнего Севера» (Омск, 2003); Международной научно-технической конференции «Дорожно-транспортный комплекс как основа рационального природопользования» (Омск, 2004); International Geotechnical Symposium "Geotechnical aspects of natural and man-made disasters". June 2005, Astana, Kazakhstan; Международной научно-технической конференции «Наука и образование в XXI веке: динамика развития в евразийском пространстве» (Казахстан, Павлодар, 2006); Международной научно-технической конференции «Проблемы механики грунтов и фундаментостроения в сложных грунтовых условиях» (Уфа, 2006); Международном конгрессе, посвященном 45-летию факультета «Транспортные и технологические машины», «Машины, технологии и.процессы в строительстве». (Омск, 2007).
Публикации. По материалам выполненных исследований опубликовано 19 статей, получено 3 свидетельства на полезную модель.
На защиту выносятся: математическая модель процесса взаимодействия системы «погружатель - свая — грунтовое основание - анкерное устройство», расчетные зависимости для определения сил сопротивления погружению сваи и
несущей способности анкера, работы, затраченной на изготовление комбинированной сваи с уширсмнсм, методика определения рациональных параметров сваевдавливающего и вспомогательного оборудования, новая конструкция установки для погружения свай методом статического вдавливания, анкерного устройства, технология изготовления комбинированной сваи с уширенной пятой.
Структура и объем работы: диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, общих выводов, библиографического списка использованной литературы и приложений. Общий объем диссертации - 156 страницы машинописного текста, в том числе 10 таблиц, 54 рисунка. Библиографический список использованной литературы- 152 наименования, приложения- 15 страниц.
