Численное моделирование работы забивных свай в грунте для Элистинской СЭС

Специалисты ГК «ГлавФундамент» выполнили расчет несущей способности грунта для объекта «Строительство солнечной электростанции «Элистинская СЭС 115,6 МВт» (Руспублика Калмыкия) методом численного моделирования работы забивной сваи в грунте.

Грунтовые условия площадки строительства

В соответствии с данными инженерно-геологических изысканий участок строительства до глубины 30 м представлен пятью инженерно-геологическими элементами:

• ИГЭ 1 – суглинок легкий пылеватый твердый среднепросадочный, при водонасыщении текучепластичный среднезасоленный;
• ИГЭ 2 – суглинок тяжелый пылеватый твердый слабопросадочный, при водонасыщении тугоплатичный среднезасоленный;
• ИГЭ 3 – суглинок тяжелый пылеватый твердый непросадочный, ненабухающий, слабозасоленный;
• ИГЭ 4 – суглинок легкий пылеватый тугопластичный непросадочный, ненабухающий, незасоленный;
• ИГЭ 5 – глина легкая пылеватая твердая непросадочная, ненабухающая, незасоленная.

Чтобы оценить геотехническую ситуацию, необходимо было рассмотреть основные факторы, которые могли привести к развитию деформаций проектируемых опор.

Преобладающее значение имело наличие в основании просадочных грунтов (ИГЭ 1), которые по своим свойствам относятся к специфическим. Указанные грунты распространены повсеместно, а суммарная вскрытая мощность слоя доходит до 10,0 м

Определение несущей способности грунтов

При проектировании свайных фундаментов количество свай и их размещение определяются расчетом по первой группе предельных состояний, т.е. по несущей способности, которая в свою очередь определяется геометрическими размерами свай, инженерно-геологическими условиями площадки строительства и технологией устройства фундамента.

Ввиду работы сваи в просадочных грунтах специалисты ГК «ГлавФундамент» выбрали наихудший случай для расчета:

• свая расположена в пределах ИГЭ 1;
• приняты наименьшие значения механических параметров грунта;
• модуль деформации принят в замоченном состоянии.

Численные расчеты выполнялись в геотехнических программных комплексах, реализующих метод конечных элементов.

Моделировались следующие виды воздействий:

1. Для оценки несущей способности на вдавливание.

Этап 1. Моделирование исходного напряженно-деформированного состояния грунтового массива.

Этап 2. Задание вдавливающей нагрузки с фиксацией вертикального перемещения сваи S=40 мм.

2. Для оценки несущей способности на выдергивание.

Этап 1. Моделирование исходного напряженно-деформированного состояния грунтового массива.

Этап 2. Задание выдергивающей нагрузки с фиксацией вертикального перемещения сваи S=25 мм.

3. Для оценки несущей способности на действие горизонтальной нагрузки.

Этап 1. Моделирование исходного напряженно-деформированного состояния грунтового массива.

Этап 2. Задание горизонтальной нагрузки с фиксацией перемещения головы сваи в уровне приложения нагрузки S=10 мм.

Для каждого расчета назначалась своя геометрическая модель. Размеры модели принимались так, чтобы ее границы не влияли на результаты расчетов.

По результатам расчетов:

1. допускаемая вдавливающая нагрузка на одиночную сваю составит:

• для сваи глубиной погружения 1800 мм – 4,76 кН (0,48 т);
• для сваи глубиной погружения 2000 мм – 5,21 кН (0,52 т).

2. допускаемая выдергивающая нагрузка на одиночную сваю составит:

• для сваи глубиной погружения 1800 мм – 3,58 кН (0,36 т);
• для сваи глубиной погружения 2000 мм – 4,33 кН (0,43 т).

3. допускаемая горизонтальная нагрузка на одиночную сваю составит 2,74 кН (0,27 т). При этом горизонтальное перемещение составит:

• 10 мм в уровне приложения нагрузки;
• 6,95 мм в уровне земли.

Результаты расчета свидетельствует о невозможности применения свай запланированной конструкции, так как они не удовлетворяют требованиям к несущей способности и деформативности. На основании полученных данных был осуществлен подбор конструкции сваи с достаточной жесткостью сечения, а также даны рекомендации по оптимальной глубине погружения опор.