Принятая методика исследований позволила проследить изменение нормальных контактных напряжений при бетонировании фундаментов и после твердения бетонной смеси в траншее. Вопрос о величине и характере распределения нормальных обжимающих напряжений является одним из основных, определяющих сопротивление грунта трению по контактной поверхности.
Применительно к набивным сваям в настоящее время существуют различные мнения как в отношении величины этих напряжений, равных или превышающих природные, так и учета этих напряжений. Испытаниями натурных образцов установлено, что фактически действующие нормальные обжимающие напряжения значительно превосходят по величине природные напряжения при коэффициенте бокового давления, соответствующем состоянию покоя грунта.
К процессам, сопровождающим твердение бетонной смеси, и которые могут оказать воздействие на формирование нормальных напряжений, следует отнести набухание и усадку. Измерения, выполненные при помощи мессдоз, свидетельствуют о том, что усадочные явления в бетоне, приготовленном на портландцементе и твердеющего в условиях грунтового массива, незначительно снижают нормальные напряжения на боковой поверхности щелевых фундаментов и в практических расчетах могут не учитываться. При этом величина нормальных напряжений практически не зависит от сжимающей нагрузки, действующей на фундамент. Аналогичные результаты для набивных свай получены в работе Ф. К Лапшина.
Результаты экспериментальных исследований сопротивления грунта трению по боковой поверхности для нанатурных фундаментов: 1—после бетонирования; 2 — при статических испытаниях я натурных фундаментов и крупномасштабных моделей позволили сопоставить фактическую несущую способность боковой поверхности и подошвы с расчетной по СНиП. Сопоставление фактической и расчетной несущей способности показывает, что расчетный метод занижает общую несущую способность щелевых фундаментов в твердых элювиальных суглинках примерно в 2 раза, а в слабых аллювиальных суглинках — примерно в 1,5 раза.
При этом опытные значения величины несущей способности боковой поверхности выше, чем по СНиП, в прочно-структурных грунтах в 2,15 раза, а под подошвой в 1,9 раза. Для слабых грунтов эти значения превышают расчетные соответственно в 1,46 и в 1,07 раза. Природные нормальные напряжения на боковой поверхности фундаментов при коэффициенте бокового давления в состоянии покоя для прочноструктурных грунтов, меньше опытных в 7—10 раз. Нормальные напряжения с учетом коэффициента активного давления грунта показывают хорошую сходимость с опытными значениями. Однако в слабых грунтах на глубинах 3 и 4 м (фундамент СН-3) расчетные величины превышают опытные. В то же время следовало бы предположить, что в слабых грунтах опытные значения нормальных напряжений должны превосходить расчетные из-за меньшей устойчивости стенок траншеи. Сопротивление грунта трению, вычисленное по формуле Кулона, свидетельствует о довольно значительном занижении расчетных значений по сравнению с опытными.
В большей мере это относится к прочноструктурным : грунтам. Одной из наиболее вероятных причин может служить анизотропия грунта и, в частности, ее влияние на прочностные характеристики С и Ф, которые определяются стандартными методами при отборе монолитов и испытании образцов на сдвиг в горизонтальной плоскости, в отличие от работы боковой поверхности фундамента в вертикальном направлении.
Для учета влияния анизотропии применительно к щелевым фундаментам можно рекомендовать определение прочностных характеристик грунтов при помощи разработанного в Уральском политехническом институте им. С. М. Кирова прессиометра поступательного сдвига. Лабораторные испытания на сдвиг образцов грунтов, отобранных в горизонтальном и вертикальном направлениях на площадке № 1, показали, что в вертикальном направлении угол внутреннего трения в среднем на 10%, а величина удельного сцепления на 30% выше, чем в горизонтальном. Учет анизотропии грунта значительно улучшает сходимость результатов расчета по формуле Кулона с экспериментальными значениями.
Тем не менее, необходимо отметить — для щелевых фундаментов представляется перспективным изучение : формирования нормальных обжимающих направлений с учетом давления бетонной смеси. Экспериментальные исследования деформированного состояния грунта проводили на натурном фундаменте СН-2 и модели С-6. Наибольший прирост деформаций на каждом уровне происходит на первых ступенях нагружения фундаментов, что объясняется восприятием внешней нагрузки на этих стадиях работы боковой поверхностью. В I и II уровнях деформации грунта затухали на расстоянии, равном примерно тройной ширине фундамента, , а в уровнях III и IV — 1,8—2,2 в. Причем деформация, , начиная со ступени нагрузки, равной 500 кН, превосходила 2/3 общей ее удаленности от фундамента. Это свидетельствует о достаточно раннем образовании деформированной зоны грунта. Интенсивность нарастания деформаций снижается по мере полной реализации сопротивления грунта, которая наступала примерно при 10 мм в верхней части и 3—3,5 мм—в нижней.
Объем деформированного грунта Мужается к подошве. В 1988 г. Центральной строительной лабораторией треста «Тагилстрой» проведены статические испытания опытных натурных конструкций щелевых фундаментов на вертикальную сжимающую и горизонтальную нагрузки. Испытания на вертикальную сжимающую нагрузку проводили при помощи загрузочной платформы грузоподъемностью 400 т, 2 гидравлических домкратов ДГ-200 и ручной насосной станции НСР-400. Деформации измеряли прогибомерами. Испытания на горизонтальную нагрузку проводили, прикладывая нагрузку враспор между испытываемым и -анкерным фундаментами на высоте 250мм ниже обреза подколонника. Анализ результатов осложняется тем, что испытание опытного фундамента ФМС-1 не было закончено по техническим причинам.
Тем не менее, представляет интерес сравнение несущей способности фундамента, полученной расчетным методом по формулам (2) и (11) СНиП 2.02.03—85 с использованием материалов разведочных скважин, расположенных вблизи опытных конструкций, и по результатам статических испытаний. Замечена тенденция занижения несущей способности фундамента при расчете по нормам. Настоящие испытания проводили в тугопластичных суглинках с показателем текучести к = 0,4, подстилаемых на глубине 3,5 м твердыми грунтами, т. е. фундамент прорезал слой тугопластичного суглинка и заглублялся на 0,5 м в твердые грунты.
Результаты выполненных испытаний натурных фундаментов в различных грунтовых условиях свидетельствуют о значительном занижении их несущей способности расчетным методом, но имеющегося материала еще недостаточно для более широких обобщений и выводов. Перемещение верха подколонника на 7,5 мм под воздействием поперечной силы 500 кН, приложенной вдоль продольной оси фундамента, свидетельствует о высоком сопротивлении щелевых фундаментов в плоскости действия нагрузок и значительно превосходит действующие расчетные усилия. В процессе испытания разрушения узла сопряжения подколонника с подземной частью не наступало.