Расчет свайных оснований ГTC - Учет взаимовлияния свай при действии горизонтальных нагрузок

1. Учет взаимовлияния свай при действии горизонтальных нагрузок

Как уже было отмечено, за рубежом при изучении взаимовлияния горизонтально нагруженных свай грунт рассматривается, как правило, в виде линейно-деформируемого полупространства. Однако полученные при этом результаты исследований существенно отличаются от реальных условий: во-первых, они дают линейный график "нагрузка—смещение" для одиночных свай и группы свай; во-вторых, взаимное влияние между сваями через грунт оказывается линейным по нагрузке и полностью симметричным, т. е. полученное расчетами влияние от передней (в направлении действия нагрузки) сваи на заднюю тождественно обратному вли янию. Как в предлагаемой расчетной модели преодолевается первый недостаток с помощью нелинейного коэффициента постели (кривые р, и), изложено в § 6. Здесь речь пойдет о модификации "упругого" решения, которая позволит частично избавиться от обоих недостатков. Причем наиболее важным в исследовании взаимодействия опор является получение расчетным путем перераспределения усилий между сваями в группе, соответствующего работе реального грунтового основания. На основании анализа расчетных и экспериментальных данных полученный способ учета взаимного влияния свай используется в расчете, основанном на кривых нелинейного деформирования р, и (или σ, и) .
Для того чтобы осуществить только экспериментальные исследования эффекта взаимовлияния свай, потребовалось бы чрезвычайно большое число испытаний в различных грунтовых условиях, с изменением геометрических и жесткостных параметров групп и свай, а также при изменении характера закрепления их в верхнем строении и вида внешней нагрузки.
Поэтому были проведены комплексные расчетно-теоретические и экспериментальные исследования. Подход к рассмотрению свайных групп в обоих случаях основан на следующих одинаковых предпосылках: особенности работы группы в целом и каждой отдельной сваи куста оцениваются по поведению одиночной опоры в идентичных условиях;
группа свай рассматривается как система взаимодействующих пар свай, в которой каждая свая воздействует на соседние, т. е. куст представляется в виде комбинации "дуэтов" свай;
общий эффект от взаимодействия всех соседних свай представляет сумму отдельных "элементарных" взаимодействий.
Такой подход дает возможность провести анализ всех факторов взаимовлияния на группах из двух опор. Для перехода к кустам с большим числом свай необходимо экспериментально определить возможность суммирования "элементарных" взаимовлияний и вид суммирующей функции.

Рис. 38. Схема к расчету по программе "Куст"
Теоретический этап исследований включал разработку метода расчета групп свай на действие горизонтальной нагрузки, проведение этим методом большого числа расчетов в широком диапазоне изменения параметров грунта и свай, а также осуществление анализа полученных результатов с точки зрения эффекта взаимовлияния. Предложенный метод основан на представлении грунта линейно-деформируемым полупространством с постоянными по глубине упругими характеристиками G и v. Связь между нагрузкой, напряжениями и перемещениями определяется решением о сосредоточенной горизонтальной силе, действующей в упругом полупространстве [20]. Расчетная схема (рис. 38) основана на методе фиктивных сил (фиктивной нагрузки), который, как и метод граничных интегральных уравнений (ГНУ), по существу, является методом потенциала.
Отличие от классического метода граничных интегральных уравнений заключается в том, что фиктивные силы прикладываются не на границе объёмов Vi (боковые поверхности опор), а на некотором расстоянии от нее (по осям взаимодействующих свай) и интегральные уравнения не выписываются в явном виде, а заменяются условиями в точках коллокации. В связи с этими упрощениями все вычисления, предшествующие решению системы, можно провести по аналитическим конечным точным формулам, тогда как в ГИУ осуществляется численное интегрирование.
Принципиальное отличие метода фиктивных сил от существующих решений заключается в введении условия разрыва сплошности основания, позволяющего учесть отрыв грунта от поверхности сваи в зоне

Кроме того, учет реального диаметра сваи (расположение точек коллокации на образующей сваи) как в поперечном (по оси Оу), так и в продольном (по оси Ох) направлении позволяет более точно оценивать эффект взаимовлияния между соседними сваями, поскольку диаметры их соизмеримы с межсвайными расстояниями.
Решение задачи осуществляется итерационным способом, что наилучшим образом согласуется с построенной на методе фиктивных сил расчетной схемой и позволяет в линейной постановке получить некоторую нелинейность результатов за счет учета условий отрыва грунта от Поверхности сваи.
Графики H0 и (рис. 39,а) для голов свай показывают, что расчет с учетом отрыва в отличие от расчета методами теории упругости приводит к увеличению горизонтальной деформируемости группы с ростом смещений, однако "нелинейность" графика H0, и в этом случае не настолько велика, чтобы соответствовать работе реального грунта (см. рис. 31). Поэтому основным результатом расчета с учетом отрыва является получение различий в нагруженности свай группы, согласующихся с данными экспериментов. Так, в результате взаимодействия свай произошло перераспределение усилий между ними: большая нагрузка воспринимается передней сваей, а меньшая — задней, что видно из графика на рис. 39,б. построенного для одного из расчетных сечений, расположенных на глубине z - 0,5 м от поверхности грунта. Если в чисто упругой постановке сумма сжимающих и растягивающих напряжений Σσχ1 для передней сваи равна сумме растягивающих и сжимающих напряжений для задней сваи Σσχ2, то действующие на них нагрузки Η1 и Н2 равны.
Учет отрыва позволяет избавиться от преувеличения растягивающих напряжений в контактной зоне: на тыловых гранях обеих свай растягивающие напряжения получены близкими к нулю. В связи с этим общее воздействие грунта на каждую сваю будет определяться главным образом сжимающими напряжениями на лицевой образующей сваи, а они имеют заметно большую интенсивность у передней сваи.
Подробное изложение метода расчета свай с разрывом сплошности среды, алгоритма и программы "Куст", а также результатов исследований приводится в [15].

Результаты расчетно-теоретического этапа работ, определившие основные факторы, влияющие на эффект взаимодействия, позволили более целенаправленно провести экспериментальные исследования. Методика проведения опытов, характеристики моделей свай и грунта, используемая аппаратура и измеряемые параметры напряженно-деформированного состояния свай и прилегающего массива грунта были приведены выше. Рекомендации по определению расчетных характеристик практического метода расчета, полученные на основании совместного анализа данных экспериментального и расчетно-теоретического этапов работ, приводятся ниже:

1. Эффект взаимодействия близко расположенных свай через грунтовую среду приводит к значительному увеличению горизонтальной деформативности групп и снижению их сопротивляемости по сравнению с тем же числом одиночных опор. На рис. 40 приведены экспериментальные зависимостидля одиночных свай и нескольких типов кустов Д-I и Д-V с защемлением опор в ростверке и со свободной головой, испытанных в водонасыщенных песках. Для групп свай нагрузка Н0 определялась как средняя интенсивность нагрузки на сваи, т. е. (n — число свай). Как видно из графиков, возрастание деформативности зависит от числа свай в группе, расстояния между ними и взаиморасположения свай (конфигурации куста). Для оценки группового эффекта взаимодействия можно использовать коэффициент взаимовлияния группы:
   
2. Помимо изменения общей деформативности свайного куста, взаимовлияние вызывает неравномерность в распределении усилий между отдельными сваями. Измерения зарегистрировали существенные неравномерности не только в значениях H0 (рис. 40), но и в остальных параметрах напряженного состояния моделей. Это можно проследить на рис. 41, где для одиночной сваи и свай в составе двух групп (Д-II, Д-IV) показаны моменты, действующие на уровне защемления их голов в ростверке. Характер изменений в распределении изгибающих моментов по длине свай можно проследить на рис. 42, где даны результаты измерений при испытании свай К-Ι и К-II в песчаных грунтах естественной влажности и в полностью водонасыщенных (взвешенных).

Можно отметить, что взаимовлияние приводит к снижению горизонтальной сопротивляемости у всех свай групп, однако в большей степени оно сказывается на задних (относительно направления действия силы) сваях, которые при тех же горизонтальных смешениях воспринимают существенно меньшую нагрузку, и вследствие этого в них действуют меньшие изгибающие моменты. Как и в предыдущем случае, эта разница зависит от общего числа взаимодействующих свай и положения данной сваи в кусте.
Действующие на сваи горизонтальные усилия и эпюры изгибающих моментов характеризуют напряженное состояние свай, в то время как напряжения внутри грунтового массива и реактивный отпор в контактной зоне описывают состояние грунтового основания, степень включения его в работу при взаимодействии с поверхностью свай группы.
Эпюры контактных давлений, построенные для одного из этапов нагружения свай (рис. 43), показывают осредненное по ширине сваи реактивное давление грунта, максимальное значение которого для передней сваи на 10—15 %, а для задней почти на 50% меньше, чем у одиночной. Такой характер восприятия внешних усилий группами свай объясняется сложными и многофакторными процессами, происходящими в прилегающем к сваям массиве грунта, главным образом в верхней его части. Из этих процессов можно выделить два основных — наложение зон напряженно-деформированного состояния и разрушение грунта с образованием свободных объемов и полостей. 

Рис. 41. Распределение усилий и моментов между сваями в группах в песках естественной влажности по экспериментальным данным (       ) и по расчету на ЭВМ (о) для одиночной сваи и группы свай Д-II (а, в) и для одиночной сваи и группы свай Д-IV б, г)

Процессы, связанные с наложением зон напряженно-деформированного состояния, отмечались еще в работах В. Н. Голубкова [7]. Они в значительной мере определяют изменения в поведении передних свай, на которые влияние от соседних передается главным образом через ненарушенные объемы грунта. Задние сваи как бы подталкивают впередистоящие, вследствие чего снижается их сопротивляемость действию нагрузок и увеличивается деформативность.

Рис. 42. Распределение изгибающих моментов и реактивного отпора грунта между сваями группы К-11а по экспериментальным данным ( ) и по расчету на ЭВМ (●, ○, ◘) для песка естественной влажности (а) и водонасыщенного (б) одиночной сваи К-1 (7), передней сваи группы (2) и задней сваи группы (3)

Рис. 43. Распределение напряжений Ох в массиве водонасыщенного грунта и на контакте со сваей (●) на четырех этапах нагружения (1-4) одиночной сваи К-I (◘) и группы свай К-IIа (○)
Процессы, связанные с разрушением и разуплотнением грунта, сказываются, в основном, на работе тыловых свай. Так, более медленное нарастание на них контактных давлений (показаны на рис. 43 черными точками) и меньшее их значение объясняется тем, что за передней сваей образуется свободная от грунта полость, в которую перемещается лежащий в промежутке между сваями грунт. Естественно, что горизонтальная сопротивляемость такого участка основания будет, во-первых, существенно уменьшена, во-вторых, практически не будет происходить ее роста с увеличением перемещений и, в-третьих, на нее в меньшей степени будут влиять изменения первоначальной плотности укладки грунта и его влажность, особенно при значительных горизонтальных смещениях. Подтверждением установленного отрицательного влияния щелеобразования на сопротивляемость задних свай в группе могут служить полученные данные о напряженном состоянии между опорами, показывающие, насколько различается характер затухания напряжений перед передней и задней сваями. Кривая напряжений перед тыловой сваей круто идет вниз, и вблизи впереди стоящей сваи напряжения практически равны нулю. В то же время впереди группы (и у одиночной сваи) напряжения затухают более плавно: при удалении от центра сваи на расстояния S=1d, 2d, 3d их средние значения составляет соответственно 96, 60 и 28% действующих на контакте и распространяются по направлению действия силы на расстояние более (5-6)d.
В полностью водонасыщенных грунтах пустоты за деформируемыми сваями не наблюдались. Однако разуплотнение основания в этих зонах и чрезвычайно низкая несущая способность затекающего в них песка приводит к тем же эффектам, что и в грунтах естественной влажности.
При ином расположении двух взаимодействующих свай (например, под некоторым углом к направлению действия горизонтальной силы), а также в группах с большим числом свай взаимовлияние определяется совместным действием этих двух процессов. При этом из результатов экспериментов следует, что чем больше роль эффектов разрушения, тем большие изменения наблюдаются в работе сваи. А поскольку преобладание того или другого явления определяется в первую очередь местоположением рассматриваемой сваи, можно предположить, что эффекты взаимовлияния зависят главным образом от геометрии свайного куста. 

Кроме того, зарегистрированные значительные неравномерности в напряженном состоянии свай и прилегающего грунта основания, а также наблюдения за деформациями верхней части засыпки позволяют отметить схематичность тех расчетных предложений, в которых для свайных кустов, подверженных действию горизонтальной или комбинированной нагрузки, используется метод эквивалентного фундамента. Так, даже в наиболее компактных группах, состоящих из пяти свай, не наблюдалось массивов грунта, работающих как единое целое со сваями. Грунт в верхней части призмы выпора оказался рассеченным трещинами на зоны, вертикальные и горизонтальные смещения которых зависели от их местоположения относительно свай.
Для оценки характера работы каждой сваи в составе группы будем использовать коэффициент взаимовлияния

1. При рассмотрении особенностей проявления эффекта взаимодействия на различных этапах нагружения можно отметить следующее. Из расчетно-теоретических исследований, выполненных по разработанной программе без учета отрыва ("упругое" решение) и с учетом отрыва грунта от поверхности свай следует, что взаимовлияние не зависит от интенсивности нагружения и горизонтальных перемещений верха свай. Экспериментальные данные в основном подтверждают этот вывод. Так, интегральные графики Н, и, полученные для различных свайных групп и отдельных свай, входящих в их состав, зависимости для действующих в теле свай изгибающих моментов, данные о распределении контактных давлений и напряжений в массиве грунта показывают, что взаимовлияние начинает проявляться с самых начальных моментов нагружения и сохраняется по мере роста нагрузки. По приведенным в табл. 8 коэффициентам взаимовлияния а на всем диапазоне перемещений по всем испытаниям кустов видно, что в большинстве случаев интенсивность взаимовлияния сохраняется практически постоянной. Отдельные отклонения коэффициента а от его среднего значения вызваны, по-видимому, погрешностями опыта, а не физическими закономерностями взаимодействия свай. Все эти случаи относятся к испытаниям свай достаточно большой длины и небольшой относительной жесткости, приведенная длина адl которых значительно превышает показатель СНиП П-17-77, равный 4,0.

1. Из сказанного следует, что все изменения в системе "сваи—грунт", вызывающие существенное увеличение относительной жесткости свай

Таблица 8

(адl < 4-5), должны приводить к возрастанию эффекта взаимовлияния с первых этапов нагружения. Следовательно, максимальное взаимодействие должно быть между абсолютно жесткими, недеформируемыми сваями.
С целью выяснения этого вопроса были проведены эксперименты с изменением плотности укладки грунта, его водонасыщением и с варьированием параметров свай (табл. 8). Диапазон приведенных длин свай находился в пределах 3 < aдl < 1СН-12, что соответствует наиболее характерным типам свай гидротехнических сооружений. Наиболее жесткими были сваи А-II при глубине погружения l= 1,5 м. Поскольку их показатель приведенной длины адl ≈ 3, они могут быть отнесены к сваям средней гибкости. Заметим, что здесь и далее под показателем приведенной длины понимаем значение адl, определенное при u0/d ≈ 0,03; коэффициент взаимовлияния а при этом есть среднее значение на всем интервале деформирования.
Опыты проводились с группами из двух взаимодействующих свай в трех типах грунта по плотности, а с двумя видами групп Д-V только в песках средней плотности и плотных, при этом основания представлены грунтами естественной влажности и полностью водонасыщенными. Полученные результаты выявляют тенденцию усиления взаимодействия свай при уменьшении плотности грунтов, особенно при переходе от грунтов средней плотности к рыхлым, однако снижение значений коэффициента а при этом не превышает 10—12%. Отметим, что водонасыщение видимых изменений в характер взаимовлияния свай не вносит. Отсюда следует, что для длинных свай изменение характеристик грунта в пределах средней плотности и плотных (что чаще всего встречается в естественных условиях) на взаимодействие свай практически не влияет. Столь же незначительно сказывается на взаимовлияние свай уменьшение глубины их погружения, а также увеличение их изгибной жесткости.
Расчетным путем был рассмотрен диапазон изменения относительной длины свай в пределах 5 < l/d < 100 для различных значений показателя относительной жесткости свай 1< 1 10-6. В опытах этот интервал
был несколько уже: изменение глубины погружения находилось в пределах 23 < l/d < 67, а показатель приведенной длины не снижался при этом ниже трех. Результаты исследований показали, что уменьшение длины сваи до l/d = 20 и увеличение их гибкости до ддl=3 приводит к несущественному возрастанию эффекта взаимовлияния (изменение коэффициента а не превышает 10%). И лишь для коротких (l/d < 20) жестких свай (адl<1) взаимодействие возрастает более чем на 10—20 %.

1. Расчеты по программе "Куст" с учетом отрыва грунта в зоне растягивающих напряжений выявили несущественный эффект взаимодействия, при различных способах крепления голов свай, им в практике расчетов можно пренебречь. Для экспериментальной опенки влияния вида прикладываемой нагрузки и степени защемления голов свай сравнивались результаты испытаний свай Д-II, выполненных в следующих условиях:

а) шарнирное приложение горизонтальной нагрузки (M0=0 — сваи со свободной головой) ; б) горизонтальная нагрузка при отсутствии возможности поворота головы (Ψ0=0° — абсолютно жесткое закрепление свай); в) действие только моментной нагрузки. Опыты проводились в песках средней плотности и естественной влажности, а также водонасыщенных. Они показали, что коэффициент взаимовлияния а от указанных факторов нагружения не зависит (табл. 8). Более подробно этот вопрос рассмотрен в [14, 18].
Можно отметить, что при двух крайних способах приложения горизонтальной силы (M0=0; ψ0=0) коэффициенты взаимовлияния совпадают идеально. Аналогичные результаты получены и в других сериях опытов. Несколько больший разброс наблюдался в значениях а, определенных в испытаниях на действие моментной нагрузки. Однако какой- либо закономерности в этих расхождениях установить не удалось. Они вызваны, по-видимому, большими погрешностями в экспериментальной части, связанными с незначительной деформативностью системы, — наибольшие смещения свай в уровне поверхности грунта не превышали u0/d = 0,1 по условию прочности материала моделей.

1. Таким образом, многочисленные факторы, определяющие характер работы свай и их сопротивляемость действию горизонтальной нагрузки (такие, как геометрические и жесткостные параметры свай, способ крепления в верхнем строении, плотность и водонасыщенность грунта основания), практически не сказываются на эффекте взаимовлияния свай в составе группы и значениях коэффициента взаимовлияния а. Основным фактором, определяющим взаимовлияние являются геометрические параметры свайного куста, т. е. число и расположение взаимодействующих опор.

В экспериментах по аналогии с расчетно-теоретическими исследованиями для описания взаимного расположения свай были использованы два параметра; S — расстояние между осями взаимодействующих свай, выраженное в диаметрах, β — угол между направлением действия горизонтальной силы и линией, соединяющей центры рассматриваемых свай. Расстояние между двумя сваями изменялось в диапазоне от 2 до 10 диаметров, на каждом из которых было рассмотрено несколько возможных углов β.
В результате обработки экспериментального и расчетного материала были получены зависимости а от расстояния S и утла β (рис. 44). Видно, что взаимовлияние интенсивно затухает с ростом расстояния между сваями. Если при S = 2d максимальное снижение сопротивляемости свай составляет порядка 45 % (а = 0,55), то при S = 7d оно не превышает 2-10 %, а при увеличении расстояния до 10 d практически никаких изменений в поведении свай не было зарегистрировано.
Кроме того, существенное влияние на поведение свай оказывает их расположение относительно линии действия горизонтальной силы. Увеличение угла β от 0 до 180° приводит к возрастанию эффекта взаимодействия

Таблица 9

Примечание. В числителе приведены опытные коэффициенты а для грунтов естественной влажности, в знаменателе - для полностью водонасыщенных.

Для подтверждения возможности использования принципа суммирования взаимовлияний в реальных условиях в табл. 9 приводятся результаты испытаний групп в сравнении с параметрами взаимовлияния, определенными расчетным путем по (49). При этом значения аij (элементарные взаимовлияния) брались с графиков рис. 44.
Выбранный способ суммирования дает хорошее соответствие результатам экспериментов. В то же время можно утверждать, что при расположении нескольких свай друг за другом взаимовлияние распространяется главным образом на соседние сваи. Действительно, если для грунта Д-IIIб ограничить влияние от первой сваи, распространив его только на вторую и исключив третью, и, наоборот, от третьей — только на вторую (в табл. 9 значения даны в скобках), наблюдается более точное отображение реального распределения нагрузок между сваями и большее соответствие общего для группы коэффициента взаимовлияния.
Таким образом исходя из полученных кривых р, и (или σ, и) новых закономерностей эффекта взаимовлияния свай можно установить эмпирическую зависимость для коэффициентов а, корректирующую исходные (для одиночной сваи) значения K0 и рпр. Если при этом принять, что вид функции, связывающей линейный участок с ветвью предельного состояния, остается без внимания, то взаимодействие свай в грунтовой среде может быть учтено формулой вида

Вид зависимости и входящие в нее параметры были подобраны на основании большого объема предварительных расчетов по программе РСК-1 (см. § 15). Рассчитывались, во-первых, испытывавшиеся в экспериментах группы из двух взаимодействующих свай и, во-вторых, сваи реальных размеров в группах различной конфигурации. В обоих случаях это были длинные гибкие сваи, для которых основным фактором взаимодействия является их взаимное расположение. Результаты сравнения расчетных и опытных коэффициентов а в широком диапазоне изменения параметров rij и β приводятся на рис. 44. На рис. 45 показаны экспериментальные кривые нелинейного деформирования σ, и и их аппроксимация с помощью зависимостей (36), (50). Видно, что принятые зависимости обеспечивают как необходимую точность задания исходных данных, так и удовлетворительную сходимость в отражении эффекта взаимодействия системы "свая—грунт— свая".
Для групп с числом свай больше двух можно принять наиболее простой способ определения суммарного влияния нескольких окружающих свай на отдельную сваю — путем перемножения отдельных элементарных коэффициентов взаимовлияния а, такое решение подтверждается экспериментальными и расчетно-теоретическими данными. Тогда окончательное выражение для описания характеристики кривой нелинейного деформирования каждой сваи куста принимает вид

где K0Z, ΡZпр — начальный коэффициент горизонтального отпора и предельный горизонтальный отпор для одиночной сваи на глубине z; П —  функция суммирования элементарных взаимовлияний, принятая в виде перемножения; - коэффициент условий работы, учитывающий возможные изменения грунтовых условий при погружении свай.
В данную зависимость целесообразно вводить некоторые ограничения по числу учитываемых во взаимодействии свай.
Результаты экспериментов показывают, что воздействие от свай не может распространяться за пределы соседних с ней свай, на вторую и последующие сваи. В связи с этим при определении общего влияния рекомендуется учитывать лишь те сваи, которые находятся в соседстве с данной. В расчете это условие удобно реализовать введением ограничения по расстояниям. Поскольку свайные кусты гидротехнических сооружений имеют, как правило, квадратное, прямоугольное и круговое плановое расположение, можно ограничить зону распространения влияния критическим расстоянием.
Все вышеприведенные результаты были получены в опытах, которые проводились при обязательном соблюдении идентичности грунтовых и прочих условий работы одиночной сваи и рассматриваемых кустов. Это позволило выявить эффект взаимовлияния в "чистом" виде и установить основные определяющие его параметры. В реальных конструкциях на характер поведения свай под нагрузкой, и в частности на их взаимодействие в составе группы, могут оказывать влияние возможные изменения в состоянии грунта естественного залегания, вызванные погружением нескольких близко расположенных опор, а также повторно действующие нагрузки.

При этом изменение сопротивляемости свай горизонтальным нагрузкам будет происходить в зависимости от вида грунта и его первоначального состояния, числа, взаимного расположения свай и последовательности их установки, способа и скорости их погружения, а также времени до начала приложения нагрузки. Как известно, наиболее интенсивно уплотняются рыхлые пески, а наибольших размеров зоны уплотнения достигают в плотных песках, например в результате забивки свай в песок рыхлого сложения удельный вес в уплотненной зоне изменился от 14,5 до 21,5 кН/м³, а в плотных песках — от 19,0 до 22,0 кН/м³.
В экспериментах наряду с отсыпкой и послойным уплотнением грунта засыпки использовалось погружение свай в водонасыщенный грунт вибрационным методом. Устройство свайного фундамента с помощью вибратора в песках средней плотности, находящихся в полностью водонасыщенном состоянии, показало, что погружение одиночной сваи и группы из двух свай при расстоянии между ними более 3d не ведет к существенным изменениям в плотности верхних слоев грунта.
Наиболее значительное увеличение плотности сложения грунта наблюдалось у групп свай Д-IV, Д-Va и Д-V, где удельный вес и пористость после погружения свай составили соответственно γск = 18,1 кН/м³ и ϵ = 0,48; γск = 18,4 кН/м³ и ϵ = 0,47; γск = 18,2 кН/м³ и ϵ= 0,48. Незначительные расхождения в параметрах состояния грунта связаны, по-видимому, с общностью вида групп.
Максимальная плотность сложения грунта, близкая к предельной, зарегистрирована в более компактной группе свай Д-Va. Результаты зондирования околосвайного массива грунта показали, что в зоне, окруженной сваями, формируется уплотненное ядро, имеющее наибольшую плотность. По мере удаления от центра куста плотность сложения песка снижается и на расстоянии порядка 8-10 диаметров свай от центра, или 5-7 диаметров от границы группы, принимает постоянные значения первоначальной укладки.
Зарегистрированное изменение плотности сложения грунта повлекло за собой заметное увеличение несущей способности кустов (рис. 46). Так, их горизонтальная сопротивляемость возросла в среднем: у группы свай Д-IV в 1,35 раза; у группы Д-Va в 1,47 раза; у группы Д-V6 в 1,41 раза. Это произошло в соответствии со степенью уплотнения грунта в центральной части кустов.

Рис. 46. Графики Н0, u, составленные по результатам испытаний групп свай в водонасыщенных грунтах при условии вибропогружения (   ) и установленных с послойной отсыпкой (----------------------------------- )

В табл. 10 приведены данные о распределении нагрузки между сваями группы Д-V6, испытанной в водонасыщенном грунте с уплотнением и без него.
Видно, что наряду с общим изменением горизонтальной сопротивляемости группы (увеличился в 1,41 раза) уплотнение вызвало заметное изменение в распределении усилий между сваями, особенно на первых ступенях нагрузки до u0/d = 0,14-0,2. Формирование в центре свайной группы более плотного грунтового ядра, которое оказывает большее сопротивление горизонтальному перемещению задних свай, чем менее плотный грунт перед передними, вызывает некоторое снижение эффекта взаимовлияния и приводит к более равномерному распределению нагрузок между сваями. Так, передняя свая № 2 и средние № 1 и 3 воспринимают на начальных ступенях равные нагрузки. Однако по мере разрушения переуплотненной зоны в процессе деформирования группы происходит увеличение неравномерности в нагружении свай, которая на последних ступенях достаточно близка к условиях испытаний групп в грунтах без уплотнения. Аналогичные результаты получены в опытах со сваями групп Д-IV и Д-Va. Отсюда следует, что в процессе погружения свай происходит уплотнение песчаного грунта в околосвайном пространстве, вследствие чего горизонтальная сопротивляемость группы увеличивается, а эффект взаимовлияния (неравномерность распределения усилия) на начальных этапах несколько снижается. Тем не менее уплотнение грунта полностью не компенсирует эффекта взаимовлияния, и работа сваи в составе группы существенно отличается от поведения идентичной изолированной сваи.

Таблица 10

Для выработки надежных рекомендаций по уплотнению грунта при погружении групп свай, имеющихся данных, особенно для условий работы гидротехнических сооружений, явно недостаточно. Кроме того, ошибка при определении степени уплотнения (увеличение горизонтальной сопротивляемости грунта) не идет в запас расчета, что может вызвать нежелательные последствия для конструкции. В связи с этим наиболее объективными следует считать поправки в исходные значения K0i и рпр на основании испытаний грунтов полевыми или лабораторными методами после забивки пробной сваи в районе строительства. При отсутствии таких данных для наиболее подверженных до уплотнению песков, рыхлых и средней плотности, находящихся в полностью водонасыщенном состоянии, можно рекомендовать увеличение K0i и рпр на 30% от их первоначального значения при погружении трех и более свай, расположенных на расстоянии r < (5—6)d, т. е. принимать коэффициент условий работы в (51) тх = 1,3.
С целью определения степени влияния циклического характера приложения нагрузки на эффект взаимодействия было проведено испытание моделей К-Ι и К-ΙΙ в песке средней плотности естественной влажности и водонасыщенном. Сравнивая работу группы свай в статическом и циклическом режимах, можно заметить, что коэффициенты взаимовлияния общие для группы αф изменились крайне незначительно в обоих видах грунта.

Расчет свайных оснований гидротехнических сооружений / С. Н. Левачев, В. Г. Федоровский, Ю. М. Колесников и др. — Москва: Энергоатомиздат, 1986.  .— (Б-ка гидротехника и гидроэнергетика; Вып. 86).
Излагаются методы расчета инженерных гидротехнических сооружений на свайных основаниях: подпорных стен, причальных, оградительных и судоподъемных сооружений, фундаментов сооружений континентального шельфа и других электростанций. Приводятся программы расчета на ЭВМ, разработанные на базе экспериментальных исследований, расчетов и опыта проектирования, даются конкретные примеры расчетов.
Рассчитана на инженеров-гидротехников: проектировщиков и исследователей.