Павел Михайлович Сазонов, заведующий лабораторией геокриологических и геотехнических исследований № 8
2-я Институтская ул., д. 6, стр.12, Москва, 109428
Pavel M. Sazonov, Head of the Laboratory of Geocryological and Geotechnical Research № 8, Research Institute of Bases and Underground Structures (NIIOSP) named after N.M. Gersevanov
2nd Institutskaya Street, Building 12, Moscow, 109428
Введение. Буроопускные сваи широко применяются в строительстве на многолетнемерзлых грунтах (ММГ) по принципу I. Современные проекты всё чаще используют цементно-песчаный раствор (ЦПР), однако его тепловое взаимодействие с грунтом и сваей, а также прочность смерзания на контакте изучены недостаточно. Это приводит к занижению расчётной несущей способности и неоправданному перерасходу материалов.
Цель. Разработать методику определения несущей способности буроопускной сваи в ММГ при использовании ЦПР, учитывающую тепловыделение при гидратации цемента и частичное твердение раствора до замерзания.
Материалы и методы. Выполнена серия теплотехнических расчётов в программном комплексе «Борей 3D» для различных типоразмеров свай, диаметров скважин и температур ММГ. Проведены лотковые эксперименты, моделирующие часть буроопускной сваи. Прочность смерзания ЦПР с бетонной поверхностью определена по ГОСТ 12248.8 для каждого сочетания температуры (от –1 до –6 °С) и времени выдержки при положительной температуре (1–7 сут.). Аппроксимация выполнена двухэтапным методом наименьших квадратов с линеаризацией и нелинейным уточнением.
Результаты. Получена номограмма времени замерзания раствора в зависимости от его объёма и температуры ММГ. Установлено, что при выдержке ЦПР до 7 сут. при положительной температуре прочность смерзания возрастает в 1,5 раза по сравнению с песчаным раствором. Выведена эмпирическая формула определения сопротивления ЦПР сдвигу по поверхности смерзания с бетонной сваей.
Выводы. Предложена методика расчёта несущей способности буроопускной сваи с ЦПР. Данная методика позволит оптимизировать проекты свайных фундаментов на ММГ, снизить избыточный запас прочности, что приведет к экономии материалов без ущерба для надежности фундамента.
Introduction. Slurried piles are widely used in construction on permafrost soils according to Principle I. Modern projects increasingly employ cement-sand mortar (CSM), yet its thermal interaction with the soil and the pile, as well as the freeze-bond strength at the contact interface, remain insufficiently studied. This leads to an underestimation of the design bearing capacity and unjustified overconsumption of materials.
Aim. To develop a method for determining the bearing capacity of a slurried pile in permafrost using CSM, taking into account the heat release during cement hydration and partial hardening of the mortar prior to freezing.
Materials and methods. A series of thermotechnical calculations was performed using the Borey 3D software package for various pile types, borehole diameters, and permafrost temperatures. Tray experiments simulating a segment of a slurried pile were conducted. The freeze-bond strength of CSM with a concrete surface was determined according to GOST 12248.8 for each combination of temperature (from –1 to –6 °C) and curing time at positive temperatures (1 to 7 days). Approximation was performed using a two-stage least squares method with linearization and nonlinear refinement.
Results. A nomogram of mortar freezing time as a function of mortar volume and permafrost temperature was obtained. It was found that when CSM is cured for up to 7 days at positive temperatures, the freezebond strength increases by a factor of 1.5 compared to sand mortar. An empirical formula for determining the shear resistance of CSM along the freeze-bond interface with a concrete pile was derived.
Conclusions. A calculation method for the bearing capacity of a slurried pile with CSM is proposed. This method will allow optimization of pile foundation designs on permafrost and reduce excessive safety margins, leading to material savings without compromising foundation reliability.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.