1. УДК 624.15
Корнієнко Микола Васильович., к.т.н, проф., кафедри
Київського національного університету будівництва і
архітектури
Карпенко Дмитро Анатолійович, м н.с., ДП Науково-
дослідний інститут будівельних конструкцій
БУРОВІ ПАЛІ З РОЗШИРЕННЯМ – ШЛЯХ БЕЗПЕЧНОГО БУДІВНИЦТВА НА
ЛЕСОВИХ ПРОСІДАЮЧИХ ҐРУНТАХ ВІД ВЛАСНОЇ ВАГИ
Bored piles with expansion - safe way construction in subsiding
soils under the dead weight
Анотація: показано переваги влаштування буронабивних паль з
розширенням проти звичайних паль, що використовуються на лесових
ґрунтах, які просідають під дією власної ваги. Зроблено пояснення до
особливості проявлення сили негативного тертя по бічній поверхні паль.
Поданий висновок про доцільність і надійність влаштування буронабивних
паль з розширенням на лесових територіях півдня України.
Ключові слова: лесові ґрунти, буронабивні палі з розширенням,
негативне тертя.
Аннотация: показаны преимущества при устройстве буронабивных
свай с расширением против обычных свай на лессовых грунтах, которые
проседают под действием собственного веса. Сделаны пояснения к
особенности проявления сил отрицательного трения по боковой
поверхности свай. Представленный вывод о целесообразности и
надежности устройства буронабивных свай с расширением на лессовых
территориях юга Украины.
Ключевые слова: лессовые грунты, буронабивные сваи с
уширением, отрицательно трение.
Annotation: the advantages of the device at the bored piles with the
extension against the usual piles in loess soils, which subside under its own
weight. Made explanations to the characteristic features of the forces of
negative friction on the lateral surface of piles. Submitted by the conclusion on
the feasibility and reliability of the device of bored piles with an extension to the
loess areas south of Ukraine.
Key word: loessial soil, Bored piles with expansion, negative friction
pile.
В Україні проблема будівництва на просідаючих ґрунтах від власної
ваги, залишається однією із самих актуальних. Зона поширення таких
ґрунтів приведена на рис.1. Складність цієї проблеми найчастіше

2. обумовлена дуже глибоким розміщенням підстеляючих малостисливих
глинистих ґрунтів. Замочування просідаючих ґрунтів техногенними і
атмосферними водами, визиває зміну природного напруженого стану,
фізико-механічних властивостей ґрунтів і сприяє розвитку деформацій
ґрунтових масивів інколи на дуже велику глибину. Як підтверджує
практика, забудова таких ділянок лесових територій є складною, так як при
фундаментах неглибокого закладання навіть при влаштуванні потужних
ґрунтових подушок відбуваються деформації просідання, що спричиняють
руйнування несучих конструкцій будівель і споруд.
В сьогоднішніх умовах проголошені нормами [1] методи стабілізації
і закріплення лесових ґрунтів за рахунок випалювання, силікатизації чи
попереднього замочування не дієздатні по декільком причинам, основною
з яких є економічна. Використання пальових фундаментів в таких
ґрунтових умовах теж має свої проблеми, що в першу чергу пов’язані з
вибором типу та конструкції паль, які обов’язково повинні прорізати
лесову товщу.
Луцьк
Львів
Ужгород
Івано-
Франківськ
Тернопіль
Рівне
Житомир
Хмельницький
Вінниця
Київ
Чернігів
Суми
Полтава Харків
Луганськ
Донецьк
Запоріжжя
Дніпропетрівськ
Херсон
Сімферополь
Миколаїв
Одеса
Кіровоград
Черкаси
Чернівці
- території, що можуть просідати під дією
власної ваги при водонасиченні
Рис. 1 - Схема поширення лесових ґрунтів на території України,
які можуть просідати під дією власної ваги

3. При влаштуванні пальових фундаментів на просідаючих ґрунтах
великої потужності (20…30м), можуть виникати додаткові (довантажуючі)
сили, що в нормах задекларовані як “негативне” тертя [2].
Явище негативного тертя відоме здавна. Ще в 30-х роки на нього
звернув увагу Терцагі при аналізі аварій споруд, які були зведені в
Голландії на палях, що прорізали товщу мулу. Випадки аварійних осідань
пальових фундаментів в результаті впливу на них оточуючого
просідаючого ґрунту були описані пізніше в багатьох державах, в тому
числі і в Україні. Це тертя не тільки понижує величину несучої здатності
паль по ґрунту в цілому (за рахунок зняття сил підтримуючого тертя на
певній ділянці їх бічної поверхні), а й створює додаткове навантаження до
визначеного від надземної частини будівлі, що значно понижує
ефективність використання звичайних паль в таких умовах.
N
R
q
1
2
3
-f
+f
f=0
- частина лесової товщі, що просідає
при дії власної ваги грунту;1
- лесовий просідаючий грунт, деформації
якого неперевищують осідання палі під
навантаженням;
2
- підстеляючий шар непросідаючого
грунту.3
Умовні позначення:
Рис. 2 – Опір грунту по бічній поверхні палі при розвитку сил
негативного тертя
Причинами виникнення негативного тертя в умовах сучасної міської
забудови при наявності лесових просідаючих ґрунтів можуть бути:

4. - просідання поверхневих шарів лесової товщі під власною вагою
при їх водонасиченні, коли опереджаючі деформації оточуючого ґрунту
викликають нависання його на стовбурі палі;
- додаткове привантаження основи при плануванні будівельних
майданчиків підсипкою з метою підвищення відмітки території;
- завантаження поверхні ґрунту тривалими діючими навантаженнями
(на деяких промислових підприємствах навантаження на підлоги
перевищують 300 кН/м2
);
- змінення об’ємної ваги ґрунтів (зняття виважувальної дії води) в
результаті пониження рівня ґрунтових вод;
- дія на грунт автотранспорту і промислових установок, які здатні
визвати додаткове просідання лесових водонасичених товщ передусім
всього за рахунок динамічної дії.
Тільки при умові заглиблення в несучі підстеляючі непросідаючі
ґрунти пальові фундаменти забезпечують надійність експлуатації будівель
та споруд в даних ґрунтових умовах.
В цілому для різних конструкцій паль можливі такі розрахункові
схеми одиночних паль, що влаштовані в лесових ґрунтах значної
потужності (див. рис. 3). На рис. 3в, 3г додатково виділено зону впливу
оточуючого ґрунту на роботу розширення, висота якої визначається кутом
φmt/4, який в умовах водонасичення буде змінюватись. Прості розрахункові
схеми наглядно показують, що палі з розширенням мають суттєві переваги
в сприйнятті навантажень, так як при однаковому діаметрі стовбура сили
негативного тертя для звичайної палі та для палі з розширенням
залишаються рівними.
В зв’язку з тим, що сили тертя, які передаються на палі є значними,
збільшення діаметру паль не дає ефективності і їх влаштування в окремих
випадках стає недоцільним. Хоча технологія влаштування паль з
розширенням не є ідеальною, вона в підстеляючих глинистих ґрунтах

5. практично забезпечує виготовлення розширення потрібних розмірів.
Загальний вигляд бурових паль з розширенням приведений на рис. 4.
fi,пр. fi,пр. fi,пр.
fi,пр.
fi,непр. fi,непр. fi,непр. fi,непр.
h'sl.g
Hsl
Hsl
Hsl
Hsl
mt
а) і в) - лесовий грунт природної вологості;
б) і г) - водонасичений лесовий грунт
hsl.g
h'sl.g
hsl.g
mt
Рис. 3 – Розрахункові схеми одиночних паль в лесових ґрунтах, що
просідають під дією власної ваги: Hsl – лесова товща; h’
sl.g – товща лесового ґрунту,
що просідає під дією власної ваги на величину осідання палі під навантаженням;
hsl.g – зона просідання лесового ґрунту від власної ваги
Незважаючи на простоту розрахункових схем одиночних паль, що
працюють в лесових ґрунтах, фактичне визначення несучої їх здатності по
ґрунту аналітичними методами є утрудненими. На це впливають величини
φ, с, γ, υ, Е, які змінюються в значному діапазоні при водонасиченні
лесових ґрунтів.
Багатофакторний аналіз підтверджує, що надійність прогнозування
цих показників в умовах водонасичення і зміни напружено-деформованого
стану (НДС) основи є низькою і в сьогоднішніх умовах не може
забезпечити їх практичну реалізацію.

6. Рис. 4 – Фрагмент стовбура бурової палі з розширенням
При використанні формул норм [2, 3], що базуються на табличних
значеннях опору ґрунту під нижнім кінцем та по бічній поверхні палі R і f,
також не можуть дати надійних для практики величин несучої здатності
паль. Це пов’язано з тим, що табличні значення є усередненими для
лесових ґрунтів, які можуть значно відрізнятися по гранулометричному та
мінералогічному складу, щільності і вологості, структурній міцності, що
таблицями не враховується.
Вказані підходи значно ускладнюються при визначенні сил
негативного тертя та підтримуючого тертя в перехідній зоні (див. рис. 2)
Реальна оцінка несучої здатності паль в лесових ґрунтах може бути
зроблена тільки за даними випробування статичним навантаженням. Як
приклад, приведені графіки S = f (N) випробування палі Ø500 мм, що були
заглиблені в підстеляючі непросідаючі тверді суглинки, які прорізали
лесову товщу Hsl = 11,6…12 м. Загальна довжина паль 23 м [4].
Випробувались дві палі: 1 - без розширення; 2 - з розширенням D =1600 мм
(див. рис. 5).

7. Рис. 5 - Графіки залежності S = f (N) за результатами випробування одиночних
буронабивних паль різної конструкції на стиск: 1 – паля звичайного
діаметру; 2 – паля з розширенням
Як видно з графіків на рис. 5, є значний резерв в визначенні
фактичної несучої здатності паль з розширенням по ґрунту. На жаль на
сьогодні, для паль з розширеною п’ятою за рекомендаціями норм [2],
маємо необґрунтоване неповне використання несучої здатності паль, що
приводить на практиці до додаткової витрати матеріалів та підвищення
вартості фундаментів. До того ж, цей спосіб підпорядкований кінцевому
результату визначення допустимого навантаження на одиночну палю.
Найбільша точність по визначенню довантажуючих сил тертя може
бути встановлена при випробуванні паль статичним навантаженням на
стиск та висмикування (при цьому глибина палі на висмикування повинна
відповідати розрахунковій глибині розвитку зони довантажуючого тертя).
Для приведення прикладу величина Fd палі без розширення склала
1280 кН, а в разі проявлення негативного тертя 807 кН. Для палі з
розширенням відповідно 2070 кН та 1340 кН. Цим підтверджується
2
1
400 800 1200 1600 2000 2400 2800 3200 3600 40000
N, кН
S, мм
Fd1 Fd2
∆S = 0,2 Su.mt
40
80
120
160
200
240

8. ефективність використання паль на лесових просідаючих ґрунтах під
власною вагою. Також для визначення довантажуючого тертя можна
враховувати дані статичного зондування (зі збільшуючим коефіцієнтом
умов роботи порівняно з визначенням підтримуючого тертя). Тільки для
попередньої оцінки можна використовувати методи визначення
негативного тертя, що наведені в нормах [2].
На протязі останніх років із стрімким розвитком комп’ютерної
техніки та обчислювальних комплексів, з’явилась можливість більш
точніше визначати та аналізувати розвиток НДС ґрунтової основи за
допомогою чисельного моделювання. На рис. 6 приведена модель “паля-
просідаючий грунт” з локальним замочуванням ґрунту навколо палі.
Проявлення сил негативного тертя пов’язане зі зміною НДС на значній
відстані від стовбура палі. При цьому зона зміни збільшується до поверхні.
Також, встановлено, що на величину несучої здатності значно впливають
зміни ґрунту під розширенням за рахунок ущільнення ґрунту. При цьому
показники міцності і деформативності можуть збільшуватись на 10% і
більше.
Процес поступової інфільтрації води в грунт і обводнення його діє на
палю двояко: з однієї сторони, по мірі надходження води в лесові ґрунти
відбувається водонасичення все більшого об’єму ґрунту і все більша
частина стовбуру палі піддається дії нависаючого ґрунту. З іншої сторони,
по мірі обводнення знижуються сили зчеплення на контакті палі з ґрунтом.
Тобто, при замочуванні лесових ґрунтів питоме зчеплення і кут
внутрішнього тертя зменшується більш ніж на 10…15% [5, 6].

9. Рис. 6 Ізополя осідання палі з розширенням
В усіх випадках палі з розширенням мають достатню несучу
здатність для зведення будівель і споруд з підвищеними навантаженнями.
При цьому деформації основи є мінімальними. Це дає можливість
уникнути відмови пальових фундаментів в умовах підтоплення лесових
територій, для яких спостерігаються просідання під власною вагою.
Отже, буронабинвні палі з розширеною п’ятою при умові прорізання
усієї просідаючої товщі відповідають сучасним вимогам
фундаментобудування будівель і споруд на просідаючих ґрунтах і мають
достатню несучу здатність, яка забезпечує передачу збільшених
навантажень від будівель підвищеної поверховості.
Список використаних джерел
1. ДБН В.1.1-5-2000 Частина II. Будинки і споруди на просідаючих
ґрунтах // Державний комітет будівництва, архітектури та житлової
політики України. Київ, 2000. – 83с.
2. СНиП 2.02.03–85 Свайные фундаменты (зі зміною №1 до СНиП
2.02.03-85 //Будівництво і стандартизація. – 2001. – № 4). – М.: Стройиздат,
1985. – 45с.
3. Руководство по проектированию и устройству фундаментов из
буронабивных свай и опор-колонн. НИИСП Госстроя УССР. Киев, 1991 –
154с.
4. Корнієнко М.В., Карпенко Д.А. Несуча здатність буронабивних
паль з розширенням в лесових ґрунтах за результатами статичних

10. випробувань. // Основи і фундаменти: Міжвід. наук.- тех. зб. – Вип. 31. –
К.: Будівельник, 2008, с. 54…63.
5. Карпенко Д.А. До моделювання напружено-деформованого стану
лесової основи буронабвиної палі з розширенням. // Основи і фундаменти:
Міжвід. наук.- тех. зб. – Вип. 30. – К.: Будівельник, 2006, с. 47…52.
4. Корнієнко М.В., Карпенко Д.А. Чисельне моделювання роботи
стовпчастих пальових фундаментів з розширенням в лесових ґрунтах. –
Будівельні конструкції: Міжвідомчий науково-технічний збірник наукових
праць (будівництво) / ДНДІБК Міністерства регіонального розвитку та
будівництва України. – Вип.71: В 2-х кн.: Книга 1. – Київ, НДІБК, 2008 –
с. 406-415.
7. СНиП 2.02.01–83 Основания зданий и сооружений. – М.:
Стройиздат, 1985. – 40с.
8. ДСТУ Б В.2.1-1-95 (ГОСТ 5686 – 94). Ґрунти. Методи польових
випробувань палями: введ. 01.04.96. – К.: Укрархбудінформ, 1996. – 57с.