Основные допущения предлагаемой методики. Вычисление осреднённого модуля деформации условного объёма уплотнённого основания

Рассмотрим задачу определения осреднённого модуля деформации грунтового основания, усиленного выштампованными микросваями, на основе допущения, что при выполнении данных микросвай усиления грунтового основания [4] (http://www.buildcalc.ru/Books/2009062801/Default.aspx), под подошвой ленточного фундамента (рис. 4.1) в основании образуется не однородная среда, состоящая в общем случае из следующих компонентов:

1. Грунтового массива с модулем деформации Е_гр и объёмом V_гр.
2. Микросвай усиления основания (ствол сваи с модулем деформации Е_св≈100…130 мПа, с объёмом V_св), расположенных под различным углом.
3. Уплотнённой оболочки грунта радиусом 0,2 м вокруг изготовленной сваи, с втрамбованным щебнем и модулем деформации Е_угр=1,11Е_гр. и объёмом V_угр.[2].

Рис. 4.1. Пример проектного решения по устройству выштампованных микросвай усиления основания под внутреннюю стену реконструируемого здания.

Тогда, для основания усиленного микросваями, средневзвешенное (осреднённое) значение модуля деформации основания Е_ср, в соответствии с принятыми допущениями, можно определить исходя из следующего выражения:

, (4.1)

где Е_св, Е_угр, Е_гр – соответственно модули деформации материала сваи, уплотнённой оболочки грунта вокруг сваи и грунтового массива; V_св,V_угр, V_гр – объёмы, занимаемые соответственно сваями, уплотнённым грунтом вокруг свай и оставшимся грунтовым массивом в общем условном объёме V = b² уплотнённого основания на единицу длины (рис. 4.1); b – ширина подошвы ленточного фундамента.

Для n-го количества микросвай усиления основания, обычно диаметром d=0,22м (из условий технологических параметров изготовления), имеющих длину ℓ=b/cosα (пересекающих всю условную зону основания толщиной b) и выполненных под углом (α) к вертикали, получим:

V_св=(πd²/4)^.ℓ^.n=(πd²/4)^.b n/cosα; (4.2)

Для уплотнённой оболочки грунта радиусом 0,2 м вокруг изготовленной сваи или при d₁ = 0,6м, получим:

V_угр=(πd₁²/4- πd²/4)^.ℓ^.n=(πd₁²/4- πd²/4)^.b^.n/cosα=π/4(d₁²- d²)^.b^.n/cosα; (4.3)

Тогда V_гр*  составит:

V _гр=V-V_св-V_угр= b²-(πd²/4)^.b^.n/cosα-(πd₁²/4)^.b^.n/cosα+(πd²/4)^.b^.n/cosα=

=b(b - πd₁^2.n/4^. cosα); (4.4)

Подставляя полученные значения V_св,V_угр,V_гр в исходную формулу (4.1) можно вычислить Е_ср.

Таким образом, предложенная методика в соответствии с принятыми допущениями, для вычисления Е_ср позволяет определить осреднённую деформационную характеристику для усиленного грунтового основания в зависимости от исходных модулей деформации (Е_св, Е_угр, Е_гр), ширины подошвы фундамента (b) и количества (n) микросвай усиления на единицу длины фундамента.

В результате, принятое конструктивное решение по усилению грунтового основания в виде устройства выштампованных микросвай, даёт возможность расчётным способом прогнозировать изменение модуля деформации уплотнённого основания. Полученная осреднённая характеристика модуля деформации усиленного основания будет определять развитие осадок реконструируемых зданий (расчёт по деформациям или по II предельному состоянию) при дополнительном их нагружении (замена перекрытий, строительство мансард или этажей).

* при небольших размерах фундамента и частом шаге микросвай, может быть принято минимальная величина V_гр равная 0. В этом случае весь условный объём уплотнённого основания занимают микросваи и уплотнённый грунт вокруг них.