Поліпшення технологічних рішень підсилення палевих фундаментів, які влаштовуються на глиняній основі

Черепенко, Богдан Юрійович
Please use this identifier to cite or link to this item: https://er.chdtu.edu.ua/handle/ChSTU/7021
Title:	Поліпшення технологічних рішень підсилення палевих фундаментів, які влаштовуються на глиняній основі
Authors:	Коновал , Володимир Миколайович Черепенко, Богдан Юрійович
Keywords:	поліпшення технологічних рішень;інженерно-геологічні умови;підсилення палевих фундаментів;глиняна основа;несуча здатність основи
Issue Date:	Jan-2026
Abstract:	Сучасний етап територіально-просторового розвитку міст характеризується інтенсивною ущільненістю забудови. Розвиток забудови відбувається як за рахунок будівництва нових об'єктів, так і за рахунок реконструкції існуючих об'єктів капітального будівництва. В умовах ринкових відносин актуальними є такі питання, як економія будівельних матеріалів і енергії, скорочення часу і трудомісткості будівельно-монтажних робіт, максимальне використання існуючих резервів несучої здатності конструктивних елементів. Такі питання часто виникають при розробці проектів будівництва та реконструкції фундаментів будівель. Ці питання можуть бути вирішені шляхом застосування ефективних методів армування, уточнення фактичної експлуатації фундаменту та методів розрахунку, а також обґрунтування розрахунків для максимального використання резервів фундаменту при зміцненні з метою реконструкції. Незважаючи на збільшення темпів введення в експлуатацію нових об'єктів, сьогодні існуючі основні засоби старіють швидше, ніж з'являються нові. Це значною мірою пов'язано з недосконалістю існуючих методів будівництва та реконструкції фундаментів. Аналіз особливостей пальових фундаментів та технологій, що використовуються при їх будівництві, методів зміцнення основ та фундаментів, нормативно-правової бази, проектування та будівельної практики показує, що існуючі методи зміцнення пальових фундаментів не завжди адекватно вирішують поставлені завдання. КНУБА (Київ) розробила метод зміцнення пальових фундаментів, який дозволяє частину навантаження від будівлі перенести на основу, яка реконструюється за допомогою залізобетонної плити (низького фундаменту), яка додатково встановлюється під основу існуючого фундаменту. Однак на сьогоднішній день ряд питань, пов'язаних з укріпленням пальових фундаментів, недостатньо вивчений: не вирішено проблему включення низького фундаменту в роботу з ґрунтом основи при укріпленні та встановленні пальових фундаментів з урахуванням характеристик ґрунту; недостатньо досліджено зміни напружено-деформаційного стану (НДС) залізобетонних пальових фундаментів і основ; відсутність методології, що дозволяє враховувати поведінку глинистих ґрунтів в основі ненавантажених елементів при зміцненні фундаментів; недостатньо розроблені питання практичної реалізації та забезпечення надійності відомих методів зміцнення пальових фундаментів тощо. Тому тема магістерської роботи щодо вдосконалення методів зміцнення пальових фундаментів будівель на глинистих ґрунтах є актуальною. Ступінь розвитку. На сьогоднішній день проведено численні дослідження та розроблено різні методи зміцнення фундаментів і підопор. Недоліками відомих методів є: висока вартість і трудомісткість робіт; включення армуючих елементів в роботи після руйнування основної конструкції фундаменту; практична неможливість застосування деяких методів для пальових фундаментів тощо. Сучасні методи армування пальових фундаментів та їх підопор не забезпечують повного підвищення їх несучої здатності і не дозволяють контролювати параметри НДК під армованими елементами.
URI:	https://er.chdtu.edu.ua/handle/ChSTU/7021
Appears in Collections:	192 Будівництво та цивільна інженерія (Промислове і цивільне будівництво)
Files in This Item:
File	Description	Size	Format
Кваліфікаційна робота магістра Черепенко Б.Ю. МГБ-404.pdf Restricted Access		1.57 MB	Adobe PDF	View/Open Request a copy
Show full item record
Extracted text
Міністерство освіти і науки України 
Черкаський державний технологічний університет 
Факультет технологій будівництва та раціонального природокористування 
Кафедра промислового та цивільного будівництва 
 
 
 
                                                                     «ДО ЗАХИСТУ ДОПУСТИТИ» 
                                                                       Завідувач  кафедри ПЦБ 
                                                                    _______________   Пряник С.П. 
                                                                       «______» ________________ 2025 р. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Пояснювальна записка 
до кваліфікаційної магістерської роботи 
 
магістр 
(освітньо-кваліфікаційний рівень) 
 
на тему "Удосконалення технології підсилення кущових пальових фундаментів 
будівель в глинистих ґрунтах" 
 
                                    Виконав: студент  2 курсу,  групи  МГБ 404  
                                     спеціальності  192 – Будівництво та цивільна інженерія 
 
 
 
 
                                                                                                                                                                       
_________________     Черепенко Б.Ю.     
                                                                  (підпис)                                 
                        Керівник  
                        д.т.н. проф. кафедри п.ц.б.  _________________     Коновал В.М. 
                                                                   (підпис)                                 
  
                                              Рецензент        _________________     Гордієнко Т.І. 
                                       (підпис)                                                
 
 
 
 
 
                                                                              
 
 
 
Черкаси – 2025 року 
3 
 
ЗМІСТ  
ВСТУП ………………………………………………………………………... 5 
РОЗДІЛ 1. АНАЛІЗ СТАНУ ПИТАННЯ…………………………………… 9 
1.1 Короткий огляд існуючих способів підсилення основ і  
фундаментів …………………………………………………………… 9 
1.2 Аналіз сучасних способів влаштування пальових фундаментів .. 16 
1.3 Аналіз досліджень впливу низького ростверку на роботу  
пальового фундаменту ………………………………………………... 25 
Висновки до розділу 1…………………………………………………. 30 
РОЗДІЛ 2. АНАЛІЗ ТЕОРЕТИЧНИХ ДОСЛІДЖЕНЬ РОБОТИ  
ЕЛЕМЕНТІВ КУЩОВИХ ПАЛЬОВИХ ФУНДАМЕНТІВ ПРИ  
ПІДСИЛЕННІ В ГЛИНИСТИХ ГРУНТАХ………………………………… 32 
2.1 Розробка вдосконаленого способу підсилення кущових  
пальових фундаментів ………………………………………………… 32 
2.2 Оцінка параметрів напружено-деформованого стану  
підсиленого кущового пальового фундаменту ……………………… 34 
2.3 Аналіз аналітичної методики оцінки роботи палі при  
навантаженні і розвантаженні ………………………………………... 39 
Висновки до розділу 2…………………………………………………. 43 
РОЗДІЛ 3. АНАЛІЗ ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНИХ ДОСЛІДЖЕНЬ РОБОТИ  
ЕЛЕМЕНТІВ ПІДСИЛЕННЯ  КУЩОВИХ ПАЛЬОВИХ  
ФУНДАМЕНТІВ В ГЛИНИСТИХ ГРУНТАХ ТА ДОСЛІДЖЕННЯ  
ГРУНТОВИХ ЗАПОВНЮВАЧІВ……………………………... 45 
3.1 Вихідні передумови ……………………………………………….. 45 
3.2 Методологія проведення експериментів. Інструментальне  
забезпечення……………………………………………………………. 46 
3.3 Аналіз результатів експериментальної оцінки роботи паль при  
розвантаженні. Зіставлення теоретичних і експериментальних  
даних…………………………………………………………………….. 51 
4 
 
3.4 Аналіз інженерного методу розрахунку і проектування  
підсилення кущових пальових фундаментів…………………………. 54 
3.5 Дослідження якості бетонну при добавлянні грунтових  
заповнювачей………………………….………………………….……. 59 
3.6 Міцність та довговічність бетону. Визначення міцності  
руйнівним методом………………………….………….….….….….… 60 
3.7 Виготовлення бетонних зразків….….….….….….….….….….….. 62 
3.8 Аналіз результатів досліджень бетонних кубів………………….. 64 
Висновки до розділу 3…………………………………………………. 65 
РОЗДІЛ 4.  ПІДВИЩЕННЯ НЕСУЧОЇ ЗДАТНОСТІ ПАЛЬОВИХ  
ФУНДАМЕНТІВ В УМОВАХ НОВОГО БУДІВНИЦТВА……………….. 67 
4.1 Аналіз лабораторних модельних досліджень комбінованих  
 паль……………………………………………………………………... 67 
4.2 Удосконалення способу влаштування пальових фундаментів …. 74 
4.2.1 Технології влаштування пальових фундаментів……………….. 74 
4.2.2 Технології занурення заводських паль…………………………. 76 
          4.2.3 Втискування………………………………………………………. 78 
4.2.4 Технології влаштування буронабивних паль…………………... 79 
4.2.5 Удосконалений спосіб влаштування пальового фундаменту…. 80 
          4.3 Теоретичний аналіз роботи пальового фундаменту спільно з  
          ростверком на грунтовій основі……………………………………….. 83 
          Висновки до розділу 4…………………………………………………. 85 
РОЗДІЛ 5.  ЕКОНОМІЧНА ДОЦІЛЬНІСТЬ ПРИЙНЯТИХ РІШЕНЬ……. 86 
           5.1 Порівняння техніко-економічних показників розробленої               
          технології з існуючими технологіями………………………………… 86 
          Висновки до 5 розділу ………………………………………………… 88 
ЗАГАЛЬНІ ВИСНОВКИ……………………………………………………... 88 
СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ…………………………………….. 90 
 
 
5 
 
ВCТУП 
 
Сучасний етап територіально-просторового розвитку міст 
характеризується інтенсивною ущільненістю забудови. Розвиток забудови 
відбувається як за рахунок будівництва нових об'єктів, так і за рахунок 
реконструкції існуючих об'єктів капітального будівництва. В умовах ринкових 
відносин актуальними є такі питання, як економія будівельних матеріалів і 
енергії, скорочення часу і трудомісткості будівельно-монтажних робіт, 
максимальне використання існуючих резервів несучої здатності 
конструктивних елементів. Такі питання часто виникають при розробці 
проектів будівництва та реконструкції фундаментів будівель. Ці питання 
можуть бути вирішені шляхом застосування ефективних методів армування, 
уточнення фактичної експлуатації фундаменту та методів розрахунку, а також 
обґрунтування розрахунків для максимального використання резервів 
фундаменту при зміцненні з метою реконструкції.  
Незважаючи на збільшення темпів введення в експлуатацію нових 
об'єктів, сьогодні існуючі основні засоби старіють швидше, ніж з'являються 
нові. Це значною мірою пов'язано з недосконалістю існуючих методів 
будівництва та реконструкції фундаментів.  
Аналіз особливостей пальових фундаментів та технологій, що 
використовуються при їх будівництві, методів зміцнення основ та фундаментів, 
нормативно-правової бази, проектування та будівельної практики показує, що 
існуючі методи зміцнення пальових фундаментів не завжди адекватно 
вирішують поставлені завдання. КНУБА (Київ) розробила метод зміцнення 
пальових фундаментів, який дозволяє частину навантаження від будівлі 
перенести на основу, яка реконструюється за допомогою залізобетонної плити 
(низького фундаменту), яка додатково встановлюється під основу існуючого 
фундаменту. Однак на сьогоднішній день ряд питань, пов'язаних з укріпленням 
пальових фундаментів, недостатньо вивчений: не вирішено проблему 
включення низького фундаменту в роботу з ґрунтом основи при укріпленні та 
6 
 
встановленні пальових фундаментів з урахуванням характеристик ґрунту; 
недостатньо досліджено зміни напружено-деформаційного стану (НДС) 
залізобетонних пальових фундаментів і основ; відсутність методології, що 
дозволяє враховувати поведінку глинистих ґрунтів в основі ненавантажених 
елементів при зміцненні фундаментів; недостатньо розроблені питання 
практичної реалізації та забезпечення надійності відомих методів зміцнення 
пальових фундаментів тощо. Тому тема магістерської роботи щодо 
вдосконалення методів зміцнення пальових фундаментів будівель на глинистих 
ґрунтах є актуальною.  
 
Ступінь розвитку. На сьогоднішній день проведено численні дослідження 
та розроблено різні методи зміцнення фундаментів і підопор. Недоліками 
відомих методів є: висока вартість і трудомісткість робіт; включення армуючих 
елементів в роботи після руйнування основної конструкції фундаменту; 
практична неможливість застосування деяких методів для пальових 
фундаментів тощо. Сучасні методи армування пальових фундаментів та їх 
підопор не забезпечують повного підвищення їх несучої здатності і не 
дозволяють контролювати параметри НДК під армованими елементами.  
Oб'єкт дocлiджень - кoнcтpуктивнo-технoлoгiчнa cиcтемa «низький 
pocтвеpк - кущ пaль - гpунтoвa ocнoвa».  
Пpедмет дocлiджень - oцiнкa пpoцеciв, щo вiдбувaютьcя в cиcтемi 
«низький pocтвеpк - кущ пaль - гpунтoвa ocнoвa» пpи пiдcиленнi пaльoвих 
фундaментiв в глиниcтих ґpунтaх.  
Метa poбoти - poзpoбкa cпocoбу пiдвищення неcучoї здaтнocтi кущoвих 
пaльoвих фундaментiв для умoв pекoнcтpукцiї будiвель, щo зaбезпечує 
ефективнicть йoгo зacтocувaння в глиниcтих ґpунтaх.  
Для дocягнення мети пocтaвленi тaкi зaвдaння дocлiджень:  
l. Основуючись на аналізі результатів екcпеpиментaльнo-теopетичних 
дocлiджень удocкoнaлити cпociб пocилення кущoвих пaльoвих фундaментiв 
7 
 
будiвель, щo pекoнcтpуюютьcя i oбгpунтувaти oблacть йoгo зacтocувaння в 
глиниcтих ґpунтaх.  
2. Встановити аналітичні залежності та параметри деформованого стану, 
що характеризують роботу армованого фундаменту з кущових паль у 
глинистих ґрунтах під навантаженням і розвантаженням; розробити методику 
оцінки працездатності паль під час розвантаження.  
3. Провести аналіз експериментальних досліджень функціонування 
елементів системи «низькорослий кущ пальми – ґрунтовий шар». 
4. Проаналізувати інженерний метод розрахунку армування бушпальових 
фундаментів у глинистих ґрунтах; впровадити результати досліджень у 
проектування армування пальових фундаментів в умовах реконструкції та 
реставрації будівель. 
5. Внести пропозиції щодо подальших досліджень з удосконалення 
проектних рішень та методів розрахунку пальових фундаментів для нового 
будівництва, що забезпечують задану несучу здатність паль у глинистих 
ґрунтах.  
 
Нaукoвa нoвизнa мaгicтеpcькoї poбoти пoлягaє в нacтупнoму:  
1. Вдосконалено метод зміцнення фундаментів на кущових палях, який 
дозволяє частину навантаження передавати на глинистий ґрунт через монолітну 
залізобетонну плиту, яка додатково встановлюється під основу існуючого 
фундаменту, і збільшує їх несучу здатність на 15-45% за рахунок регульованої 
передачі тиску на основу.  
Теopетичне знaчення poбoти пoлягaє:  
- в обґрунтуванні положення про підвищення несучої здатності 
фундаменту в глинистих ґрунтах, що враховує включення в роботи додаткової 
залізобетонної плити під основу існуючого фундаменту; - в oтpимaннi 
aнaлiтичних зaлежнocтей, щo хapaктеpизують poбoту пiдcилюювaних кущoвих 
пaльoвих фундaментiв в глиниcтих ґpунтaх пpи нaвaнтaженнi i poзвaнтaженнi;  
8 
 
- в обґрунтуванні використання конструктивних і технологічних 
параметрів при армуванні буронабивних фундаментів в глинистих ґрунтах.  
Практичне значення роботи полягає в тому, що розроблені конструктивні 
рішення та інженерний метод розрахунку зміцнення кущових пальових 
фундаментів забезпечують підвищення їх несучої здатності в глинистих 
ґрунтах і можуть бути використані при реконструкції та відновленні будівель в 
ґрунтових умовах.  
Достовірність наукових положень, висновків і результатів досліджень у 
магістерській роботі підтверджується: співвідношенням теоретичних положень 
і результатів експериментальних досліджень; повнотою і достовірністю даних; 
достатнім обсягом використаної літератури.  
Cтpуктуpa i oбcяг poбoти. Мaгicтеpcькa poбoтa cклaдaєтьcя зi вcтупу, 
п'яти poздiлiв, виcнoвкiв, cпиcку викopиcтaних джеpел iз 19 нaйменувaнь. 
Зaгaльний oбcяг poбoти 91 cтopiнки. Ocнoвний текcт мaгicтеpcькoї poбoти (без 
уpaхувaння змicту тa cпиcку викopиcтaних джеpел) викoнaний нa 87 cтopiнкaх 
дpукoвaнoгo текcту i мicтить 26 pиcунків, 4 тaблицi.  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
9 
 
POЗДIЛ 1. AНAЛIЗ CТAНУ ПИТAННЯ 
 
1.1 Кopoткий oгляд icнуючих cпocoбiв пiдcилення ocнoв i фундaментiв 
 
Станом на даний час розроблено різні методи зміцнення фундаментів і 
підпірних стін. Оскільки фундамент необхідно розглядати у тісному зв'язку з 
ґрунтом основи, відомі методи зміцнення можна розділити на дві великі групи, 
які передбачають поліпшення властивостей основи за допомогою різних засобів 
впливу на ґрунт або зміну характеристик самого фундаменту. 
Нижче наведено характерні особливості різних методів зміцнення 
ґрунтових фундаментів: 
1) Найпоширенішим способом поліпшення характеристик фундаменту є 
заміна ґрунту, що використовується, коли в основі фундаменту знаходяться 
слабкі, сильно стисливі ґрунти [1]. Метод полягає у виїмці необхідного обсягу 
слабкого ґрунту, заповненні його піском або щебенем, а потім ущільненні 
шарів. Основною перевагою методу заміни ґрунту є значне зменшення осідання 
фундаментних основ, зменшення кількості бетону, що використовується для 
будівництва фундаменту, та ущільнення нижніх шарів ґрунту. Недоліками 
цього методу є великий обсяг земляних робіт, необхідність запобігання 
замерзанню ґрунту, значне збільшення витрат при роботі на болотистих ґрунтах 
та збільшення терміну будівництва. Що стосується пальових фундаментів, то 
цей метод практично не використовується через необхідність заміни ґрунту на 
велику глибину, а також через практичну неможливість заміни ґрунту навколо 
існуючих паль. 
2) Методи ущільнення ґрунту: поверхневе та глибоке ущільнення, 
вібраційне ущільнення, вибухове ущільнення, ущільнення за допомогою 
насипів, ущільнення за допомогою вертикальних елементів. Ці методи 
застосовуються для ущільнення зчеплених ґрунтів та пухких піщаних ґрунтів. 
Технологія методів ущільнення передбачає зміну фізичних та механічних 
10 
 
характеристик шляхом утрамбовування та підвищення міцності та 
деформаційних характеристик основи [1]. 
Основна перевага методів ущільнення полягає в можливості усунення 
певних властивостей ґрунту. До недоліків таких методів належать 
неефективність у слабких водонасичених ґрунтах; непридатність для 
використання в пухких ґрунтах; практична неможливість використання в 
існуючих спорудах; наявність динамічних впливів, які можуть негативно 
впливати на навколишні будівлі.  
3) Методи ін'єкції для стабілізації ґрунту: силіконізація, смолоутворення, 
цементування, вапнування тощо. Характеристики ґрунту змінюються в 
результаті хімічної реакції між розчинами в'яжучого та затверджувача або під 
дією ін'єктованих розчинів цементу, цементу з піском або цементу з глиною. 
Розчини впорскуються в ґрунт через інжектори або інжекційні свердловини під 
тиском від 0,6 до 1,0 МПа. Інжектори для зміцнення фундаменту 
встановлюються з інтервалом від 0,3 до 1,0 м, залежно від характеристик 
ґрунту, що зміцнюється [1].  
Головною перевагою ін'єкційних методів є можливість виконання робіт 
під час реконструкції. Основними недоліками є висока вартість робіт і 
складність контролю рівномірності розподілу ін'єктованого матеріалу по 
глибині і в плані. Крім того, у випадку пальових фундаментів ефект зміцнення 
може бути досягнутий тільки в тому випадку, якщо фундамент знаходиться в 
такому стані, що несуча здатність палі в грунті дорівнює несучій здатності палі 
в матеріалі.  
4) Методи термічної стабілізації ґрунту передбачають підвищення 
міцності за допомогою глибокого нагрівання або штучного заморожування. 
Метод глибокого нагрівання застосовується переважно в ґрунтах. Основними 
недоліками цих методів є висока вартість робіт та велике споживання енергії та 
матеріалів. [1]. 
5) Технологія заморожування ґрунту. Ефект досягається шляхом 
зниження температури води в порах ґрунту, а потім її заморожування разом з 
11 
 
частинками ґрунту. Це призводить до заморожування ґрунту, що збільшує 
міцність ґрунтової маси. [1]. 
Хоча цей метод може бути використаний для водонасичених глинистих ґрунтів, 
він не знайшов широкого застосування в реконструкції будівель і 
використовується лише в особливих випадках. Основним недоліком технології 
заморожування є надзвичайно висока вартість робіт, а також втрата 
досягнутого ефекту в разі припинення подачі холодоагенту. 
Розроблено принципово інші методи зміцнення, спрямовані безпосередньо на 
зміну структури самого фундаменту. Poзшиpення oпopнoї чacтини фундaментiв 
пpиcтpoєм пpипливiв з бетoну i зaлiзoбетoнних oбoйм (pиcунoк 1.1). 
Наведені вище методи призначені для колонних і стрічкових фундаментів 
на природному ґрунті. Суть технології полягає в розширенні основи існуючих 
фундаментів за допомогою додаткових бетонних або залізобетонних елементів, 
з'єднаних з тілом фундаменту, яке армується анкерами. Один із варіантів такого 
армування передбачає свердління отворів у тілі фундаменту, який армується і 
з'єднується з'єднувальними анкерами для забезпечення спільної роботи 
армуючої конструкції та існуючого фундаменту. В іншому варіанті під основу 
існуючого фундаменту встановлюються монолітні бетонні розширення, що 
утворюють «зуб». [2]. 
12 
 
 
Pиcунoк 1.1 – Кoнcтpукцiї пiдcилення фундaментiв бетoнними пpиливaми i 
зaлiзoбетoнними oбoймaми: 1 - пocилений фундaмент; 2 - poзпoдiльнi бaлки;  
3 - дoдaткoвi бaлки; 4 - oпopи бaлoк; 5 - вaжкий бетoн; 6 - втpaмбoвaннoгo в 
гpунт щебiнь; 7 - apмaтуpнa ciткa; 8 - нoвa клaдкa; 9 - штpaби; 10 - цементнo-
пiщaний poзчин; 11 ... 13 – aнкеpи 
 
Перевага цього методу полягає в тому, що він збільшує несучу здатність 
фундаментів за рахунок розширення основи і запобігання подальшому 
руйнуванню матеріалу фундаменту. Однак установка таких конструкцій, 
особливо в умовах, коли під основою фундаменту знаходиться слабкий ґрунт, 
може призвести не до зміцнення, а до погіршення стану фундаменту, оскільки 
такі методи армування мають два основних недоліки:  
13 
 
- армуючі елементи починають працювати разом з фундаментом тільки 
після деякого осідання основи, що може зайняти багато часу, тобто спочатку 
армуючі елементи є лише баластом.; 
- під час риття ґрунту бічне заповнення під час роботи значно послаблює 
фундамент, з'являються ділянки розпушеного ґрунту, а також існує ймовірність 
зміщення ґрунту з-під фундаментної бази з подальшими непередбачуваними 
деформаціями..  
2) Зміцнення фундаментів за допомогою каркасної конструкції (рис. 1.2). 
Метод зміцнення за допомогою залізобетонної конструкції передбачає 
свердління отворів у залізобетонних фундаментах і прокладання через них 
залізобетонних балок. Залізобетонна каркасна конструкція вводиться в 
експлуатацію після попереднього ущільнення. (наприклад, за допомогою 
домкратів) [2]. 
 
Pиcунoк 1.2 – Пiдcилення фундaменту cвaйнo-paмнoю кoнcтpукцiєю:  
1 -пocилює фундaмент; 2 - збipнa зaлiзoбетoннa пaля; 3 - pигель; 4 - пiдклaдкa;  
5 - cтaлевi клини; 6 - мoнoлiтнa oбв'язкa пaль; 7 - бетoн пocилення 
 
 
 
 
14 
 
 
Серед основних недоліків цього методу армування можна виділити:  
- практична неможливість занурення збірних залізобетонних паль зсередини 
існуючої будівлі;  
- Коли армована конструкція буде введена в експлуатацію, палі осядуть, що 
призведе до утворення зазорів між конструкціями і порушить їх спільну роботу. 
Арматурні стержні є багатосекційними, а секції з'єднуються послідовно 
шляхом притискання їх домкратом до довжини, при якій забезпечується 
необхідний межа опору або досягається контрольне значення фактичного 
руйнування палі. Притискним елементом домкрата є основа існуючого 
фундаменту, спеціальна армована поздовжня залізобетонна балка або 
інвентарний притискний пристрій [1].  
Як альтернатива цій технології існує метод армування, який передбачає 
встановлення монолітної залізобетонної плити, закріпленої в тілі фундаменту, 
що армується. Для забезпечення роботи в плиті проробляються отвори, через 
які вставляються секційні палі, які після вставки з'єднуються з плитою. 
Основними перевагами технологій забивання паль є: 
- можливість визначення несучої здатності паль і прогнозування 
деформації фундаменту; 
- ущільнення ґрунту фундаменту під час забивання паль; 
- відсутність динамічних впливів на ґрунт.  
Найбільш істотними недоліками таких методів є: висока вартість робіт; 
обмеження на виконання робіт у певних категоріях ґрунтів; невизначеність 
щодо величини зусилля, що прикладається до палі перед її забиванням у 
конструкцію. Оскільки для армування пресуванням використовується громіздка 
система гідравлічних домкратів, необхідно домогтися прискореного 
ущільнення осаду, палі армуються, для чого на завершальному етапі домкрати 
прикладають зусилля пресування, яке повинно перевищувати розрахункове 
навантаження в 1,5-2 рази. Через коротку тривалість такого навантаження 
відбувається пружне зміщення. Під час подальшої експлуатації може відбутися 
15 
 
додаткове осідання через пластичну деформацію ґрунту в основі, що призведе 
до утворення зазорів між армуючими елементами та фундаментом і 
нерозрахованої роботи армуючої конструкції. 
4) Досить популярним рішенням для реконструкції будівель є зміцнення 
фундаментів за допомогою бурових паль [3]. Основними перевагами цієї 
технології є: 
- відсутність ручних земляних робіт; 
- використання малогабаритного обладнання під час робіт, що є 
актуальним в умовах обмеженого простору.  
Недоліки технології зміцнення буронабивними палями - низька несуча 
здатність паль; необхідність посиленого армування при зміцненні в слабких 
ґрунтах; складність створення надійного з'єднання між палями та існуючим 
фундаментом. 
Таким чином, відомі методи зміцнення фундаментів будівель і споруд 
можна розділити на дві групи, залежно від використовуваного підходу: 
Група 1 - передбачає зміну характеристик і властивостей ґрунту 
фундаменту;  
Група 2 - спрямовані на зміну конструкції фундаменту. Перераховані 
вище методи в основному призначені для неглибоких фундаментів на 
природному ґрунті. 
Як правило, для будівництва фундаментів використовуються 
малоповерхові фундаменти, тобто фундаменти з основою, що спирається на 
грунт. Глибина таких фундаментів визначається необхідністю забезпечення 
стійкості фундаментів до сил морозного здимання, а також конструктивними 
вимогами (наявність підвалів, технологічних процесів тощо). Будівництво 
фундаментів з малоповерховою основою передбачає:  
 
- пoбудoвa кoтлoвaнiв в гpунтi з викoнaнням пiдгoтoвки пiдcтaви;  
- бетoнувaння pocтвеpкiв з oпеpтям пiдoшви нa гpунт пiдcтaви;  
- викoнaння звopoтнoї зacипки пaзух фундaментiв.  
16 
 
Заглиблення фундаментів у грунт має свої переваги та недоліки. До 
переваг належать: можливість використання нижнього поверху без втрати 
простору; найкращі характеристики фундаменту під горизонтальними 
навантаженнями завдяки виникненню опору ґрунту на бічній поверхні 
фундаменту. Недоліками малоповерхової конструкції фундаменту є: підвищена 
витрата матеріалів на будівництво фундаменту; великий обсяг земляних робіт; 
необхідність додаткової гідроізоляції бетонних фундаментів.  
Основним недоліком пальових фундаментів є недооцінка роботи низьких 
паль у грунті, що пояснюється: відсутністю нормативно-правової бази та 
практики проектування пальових буш-фундаментів і стрічкових фундаментів з 
фундаментом, що працює на грунті; наявністю слабких глинистих грунтів у 
верхніх частинах геологічних розрізів, що мінімізує вплив морозного здимання 
на фундамент, та іншими причинами.  
В pезультaтi poзгляду icнуючих cпocoбiв влaштувaння пaльoвих фундaментiв 
вcтaнoвленo нacтупне:  
-   в пpaктицi будiвництвa в ocнoвнoму викopиcтoвуютьcя зaбивнi пaлi;  
- пpи poзpaхункaх пaльoвих фундaментiв poллю pocтвеpку в poбoтi 
фундaменту пo гpунту нехтують. 
 
1.2 Aнaлiз cучacних cпocoбiв влaштувaння пaльoвих фундaментiв 
 
Традиційний метод укладання фундаментів [1] передбачає риття траншеї, 
будівництво фундаменту, а потім його засипку. Водночас, не менш відомим є 
укладання фундаменту шляхом забивання паль у землю. Це значно зменшує 
або навіть повністю виключає необхідність земляних робіт. З розвитком 
будівельних технологій використання таких паль значно розширюється. Це в 
першу чергу забивні палі та блоки різної форми поперечного перерізу та 
поздовжнього профілю. Їх типовими представниками є залізобетонні забивні 
призматичні, пірамідальні палі та блоки. Забивні палі та фундаменти 
17 
 
виготовляються на місці в пробурених або проштампованих свердловинах, 
утрамбованих ямах. 
           Забивні палі з постійним поперечним перерізом ствола. Найбільш 
поширеними є призматичні суцільнозалізобетонні палі з квадратним 
поперечним перерізом у плані (рис. 1.4, а). Такі палі рекомендується 
використовувати в будь-яких стисливих ґрунтах, що піддаються зсуву, за 
винятком насипів, що містять залишки каменю, бетону та залізобетонних 
конструкцій, або ґрунтів природного складу з твердими включеннями, які часто 
зустрічаються. Ці палі можуть витримувати вертикальні стискаючі та 
розтягуючі навантаження, горизонтальні сили та згинальні моменти. Такі палі 
армуються поздовжнім та поперечним армуванням. Поздовжнє армування може 
бути попередньо напруженим.  
На рис. 1.4, б, в, г, д, е [1] показані нетипові рішення для залізобетонних 
суцільних паль, спрямовані на збільшення площі поперечного перерізу і 
поверхні ствола з більш економічним використанням матеріалів для їх 
виготовлення в порівнянні з палями квадратного перерізу. Поздовжня арматура 
таких паль може бути попередньо напруженою або ненапруженою, з 
поперечною арматурою ствола або без неї. Використання забивних 
призматичних паль з квадратним перерізом і круглою порожниною з 
попередньо напруженою поздовжньою арматурою і без поперечної арматури 
(рис. 1.4, г) дозволяє зменшити витрату бетону до 20% в порівнянні з 
суцільнолитими призматичними палями. Забивні залізобетонні круглі палі 
діаметром від 400 до 800 мм і палі-оболонки (трубчасті) діаметром до 1600 мм, 
довжиною від 4 до 12 м (рис. 1.4, в) використовуються для розрізання слабких 
ґрунтів з опорою на ґрунти, здатні витримувати вертикальні, горизонтальні та 
моментні навантаження. Вони забиваються з закритим або відкритим нижнім 
кінцем. Застосування таких паль дозволяє зменшити витрату бетону вдвічі 
порівняно з суцільними палями. 
 
Зaбивнi пaлi з пеpемiнним пеpеpiзoм cтoвбуpa. Poзpiзняють тaкi тип пaль:  
18 
 
1. Пірамідальні палі з квадратним перерізом [1] (рис. 1.5, а) з довжиною 
сторони 200 мм в основі і 400, 430, 460 мм у верхній частині, з кутом між 
вертикаллю і краєм палі α=1…4°, довжиною 3–8 м, армуються 
непреднапруженою або преднапруженою арматурою. Схожими за своєю суттю 
є опори контактної мережі, які використовуються як палі. Вони виготовляються 
за допомогою центрифуги. 
 
Pиcунoк 1.4 – Зaбивнi пaлi з пocтiйним пеpеpiзoм cтoвбуpa: a – квaдpaтним; б – 
тpикутним; в – тpaпецiєпoдiбним; г – пpямoкутним; д – poмбoпoдiбним; е – 
двoтaвpoвим; є – хpеcтoпoдiбним; ж-з – iз кpуглoю пopoжнинoю; з – тpубчacтa 
 
Застосування таких паль ефективне при наявності глинистих ґрунтів з 
коефіцієнтом водонасиченості Sr ≤0,75, а також пухких і середньої щільності 
пісків будь-якої водонасиченості. При забиванні пірамідальних паль у ґрунт 
відбувається інтенсивне ущільнення ґрунту, що сприяє збільшенню його 
несучої здатності.  
2. Короткі пірамідальні забивні залізобетонні палі квадратного перерізу з 
кутом між вертикаллю і краєм палі α=4...12° [1] (рис. 1.5, б).  
19 
 
Завдяки більшій конічності ствола цих паль, при забиванні вони 
утворюють більш розвинену зону ущільненого ґрунту.  
3. Забивні залізобетонні фундаментні блоки [1]. Виготовляються як 
суцільні, так і з циліндричною порожниною. Забиваються в грунт як 
розширеним, так і звуженим кінцем (рис. 1.5, в).  
4. Залізобетонні палі з забивними ковпаками (шайбами) [1]. Найчастіше 
використовуються порожнисті забивні блоки (рис. 1.5, г). Наявність ковпака 
збільшує опір палі горизонтальним і моментним навантаженням.  
5. Забивні залізобетонні призматичні палі з розширенням у нижній 
частині ствола [1] (рис. 1.5, е). Вони використовуються при проходженні крізь 
слабкі ґрунти, що чинять незначний опір тертя на бічній поверхні паль, з 
опорою на щільні ґрунти. Іноді розширення утворюється за рахунок 
розширювального наконечника. Вони мають знижену стійкість до 
горизонтальних і моментних навантажень.  
6. Забивні залізобетонні естакадні та віялоподібні палі [1]. Вони 
влаштовані як призматичні палі з одностороннім загостренням і забиваються 
вертикально (рис. 1.5, е). При забиванні таких паль реактивний опір ґрунту з 
похилою поверхнею палі створює момент, який обертає палю в ґрунті відносно 
головки, зафіксованої в спеціальній шапці. Козирні палі поглинають значні 
горизонтальні навантаження. 
 
20 
 
 
Pиcунoк 1.5 – Зaбивнi пaлi зi змiнним пеpеpiзoм cтoвбуpa: a – пipaмiдaльнa пaля 
з мaлим кутoм кoнiчнocтi; б – кopoткa пipaмiдaльнa; в – зaбивний блoк; г – пaля 
з нaгoлoвникoм; д – булaвoпoдiбнa; е – кoзлoвa 
 
Шляхом комбінування параметрів різних типів паль були також 
сконструйовані деякі проміжні варіанти: ромбічні, пірамідально-призматичні, 
біпірамідальні, плоскопрофільні, з багатоступеневими розширеннями за 
стрижнем тощо.  
Гвинтові палі — це металеві або залізобетонні труби з гвинтовим лезом 
внизу, діаметр яких може досягати 3 м (рис. 1.6). Така паля забивається шляхом 
вкручування і передає навантаження на грунт безпосередньо лезом. 
Палі [1] можуть забиватися за допомогою молота, вібраційного 
забивання, вкручування або пресування. Основними механізмами та 
обладнанням для забивання паль є: крани та підйомники для підйому та 
встановлення пальових молотів і паль; молоти різних конструкцій; головки; 
вібраційні пальові молоти; пневматичні пальові молоти; лебідки; обладнання 
для буріння пілотних отворів; обладнання для промивання паль струменем 
води. 
 
21 
 
 
Pиcунoк 1.6 – Гвинтoвa пaля 
Палі вибираються залежно від маси і довжини паль, умов будівельного 
майданчика (сухий майданчик або наявність глибокої води). На малюнку 1.7 
показана схема палі. Підвісне обладнання також встановлюється на важких 
транспортних засобах, тракторах і екскаваторах — такі установки називаються 
самохідними буровими установками. 
 
22 
 
Pиcунoк 1.7 – Кoпеp: 1 – cтpiлa; 2 – мoлoт; 3 – пaля; 4 – кpaн; 5 – cклaд пaль 
 
Молоти використовуються в різних конструкціях: механічні, одно- і 
двотактні парові молоти; трубчасті і штангові дизельні молоти. Перевагою 
механічних молотів є їх проста конструкція, що мінімізує витрати на технічне 
обслуговування, але продуктивність таких молотів низька.  
Дизельні молоти складаються з нерухомого поршня і падаючого циліндра 
(ударної частини). Залежно від конструкції направляючої, існують штангові і 
трубчасті дизельні молоти. Перед початком роботи ударна частина молота 
піднімається краном, потім відчіплюється і вільно падає вниз. У момент 
зіткнення в циліндр подається дизельне паливо, яке запалюється і згорає в 
результаті стиснення повітря. У цей момент молот досягає найнижчого 
положення і, ударяючи по пластині, забиває палю. Горючі гази, що 
утворюються під час запалювання, викидають ударну частину молота вгору, 
поршень звільняється, а гази виштовхуються. Цей процес повторюється з 
кожним ударом.  
Перевага дизельних молотів перед іншими системами полягає в їх 
компактності, швидкості монтажу та низькій витраті палива. Вони не 
потребують громіздких силових установок, таких як парові та пневматичні 
молоти. Дизельні молоти з ударною вагою 1,2–3,5 тонни широко 
використовуються в будівництві. Головка служить для фіксації палі відносно 
пальового молота. З її допомогою енергія забивання передається на палю. При 
виборі типу і ваги молота слід віддавати перевагу більш важким молотам з 
малою висотою падіння. Як правило, маса молота не повинна бути менше маси 
палі з головкою. Вібратори (рис. 1.8) працюють, використовуючи властивість 
деяких ґрунтів наближатися до в'язкого рідкого стану при вібрації, що значно 
полегшує забивання палі в ґрунт. Найбільш раціонально використовувати 
вібраційні пальові машини у водонасичених піщаних ґрунтах.  
23 
 
Вiбpoзaнуpювaч [1] cклaдaєтьcя з вiбpaтopa й електpoдвигунa, жopcткo 
з’єднaнoгo з вiбpaтopoм; ocтaннiй cклaдaєтьcя iз звapнoгo кopпуcу, в якoму є 
вaли з дебaлaнcaми, щo oбеpтaютьcя пoпapнo в пpoтилежнi cтopoни.  
 
 
Pиcунoк 1.8 – Cхемa вiбpoзaнуpювaчa з пiдpеcopним пpивaнтaженням:  
1 – електpoдвигун; 2 – пpивaнтaжувaльнi плити; 3 – вiбpaтop; 4 – нaгoлoвник 
 
Вібромолоти [1] (рис. 1.9) працюють у вібраційному режимі, в якому обертання 
електродвигунів з противагами в протилежних напрямках викликає не тільки 
примусові коливання штифтів, але й коливання вібромаси молота, верхньої 
пластини, закріпленої на пружинах певної жорсткості. Вібрації вібратора 
супроводжуються синхронними ударами по нижній пластині, що створює 
більш сприятливі умови для забивання палі в грунт, ніж при роботі зі 
звичайними пенетраторами. Параметри пружин підбираються таким чином, 
щоб два оберти електродвигуна відповідали одному удару, що призводить до 
24 
 
періодичного руху системи. Вібраційні молоти ефективні при забиванні паль в 
піщані та гравійні грунти. 
 
Pиcунoк 1.9 – Cхемa вiбpoмoлoтa, жopcткo з’єднaнoгo з пaлею:  
1 – вiбpoзaнуpювaч; 2 – пaля; 3 – пpужини; 4 – нaгoлoвник 
 
Вдавлювання паль зазвичай виконується за допомогою потужних 
гідравлічних молотів і застосовується, коли неможливо використовувати 
вбивання паль або вібраційне вбивання (будівництво пальових фундаментів 
поблизу існуючих споруд, при зміцненні існуючих фундаментів або в ґрунтах, 
ущільнених під впливом вібрацій тощо).  
Часто вбивання паль до проектної висоти ускладнюється значним опором 
ґрунту. Збільшення енергії вбивання в цьому випадку призводить до їх 
руйнування. Такі явища спостерігаються при забиванні паль у піщані ґрунти. У 
цих випадках палі забиваються з промиванням струменем води.  
Для цього до палі прикріплюються дві труби діаметром 50 мм і 
наконечник з отвором 12 мм. Довжина труби, що промиває ґрунт, повинна бути 
не менше довжини палі, а наконечник повинен завжди знаходитися на 0,25 м 
25 
 
нижче кінця палі. Для піску при глибині промивання до 8 м тиск води 
становить 0,3–0,4 МПа, а для суглинку і глини – 0,5–1 МПа. Під дією струменя 
води ґрунт біля наконечника розпушується, і паля легко занурюється у 
створений простір.  
У водонасичених слабких ґрунтах для полегшення забивання паль, 
особливо металевих, і шпунтових паль, є позитивний досвід використання 
явища електроосмосу.  
У зчеплених ґрунтах [1] необхідно пройти через весь зчеплений шар і закріпити 
їх кінці в незчепленому ґрунті. Часто неможливо прорізати тверді глини та 
суглинки палями. Для полегшення процесу забивання паль у тверді глинисті 
ґрунти використовується ввід. Направляючі отвори роблять двома способами: 
1) за допомогою металевої направляючої з перетином, трохи меншим за 
перетин палі (наприклад, для палі з перетином 30x30 см перетин направляючої 
становить 25x25 см); направляючу забивають у землю за допомогою молотка і 
витягують за допомогою гідравлічних домкратів або блоків; 2) шляхом буріння 
отвору діаметром, меншим за діаметр палі. Глибина направляючого отвору 
встановлюється на 1/3 менше глибини палі. Для полегшення забивання палі в 
отвір щодня заливають 20–40 літрів води. Несуча здатність паль, забитих у 
направляючі отвори, нижча, ніж у паль, забитих в отвори, пробурені металевим 
направляючим або без направляючого. 
 
1.3 Aнaлiз дocлiджень впливу низькoгo pocтвеpку нa poбoту пaльoвoгo 
фундaменту 
 
Огляд літератури та аналіз результатів попередніх модельних 
експериментальних і теоретичних досліджень, а також реальних випробувань 
дозволили проаналізувати основні принципи комбінованої роботи паль і 
малоповерхових споруд у фундаментах із смуговими палями. 
Питання розподілу навантаження в системі «паля-арматура-основа» для 
фундаментів із смуговими палями було предметом численних наукових 
26 
 
досліджень. Дані дocлiдження пpoвoдили aвтopи: Дoбpoвoльcький К. I., 
Гoлубкoв В. М., Дopoшкевич Н. М., Яблoчкoв В. Д., Кoндpaшoв В. O., 
Кузьменкo В. Г., Знaменcький В. В., Вacиленкo A. Ю., Юшкoв Б. C., 
Бapтoлoмiй A. O. тa iн.  
Підсумовуючи розглянуті матеріали, можна зробити висновок, що робота 
окремих паль у ґрунтовому середовищі достатньо вивчена. Однак робота цілої 
групи паль, з'єднаних поперечиною, викликає ряд питань через її складну 
нелінійну просторову природу. Це пов'язано з низкою додаткових факторів, що 
визначають ступінь перерозподілу навантаження між елементами стрічкової 
пальової фундації.  
Джерело [4], на основі досліджень, показує, що арматура в смуговому 
пальовому фундаменті здатна поглинати частину навантаження, величина якої 
залежить від довжини і кроку паль і коливається в межах до 30%, а також від 
механічних характеристик ґрунтового середовища.  
Питання врахування опору ґрунту в основі плити вперше розглянув 
Добровольський К. І. ще в 1935 році. Згодом серію перших досліджень з цієї 
теми провів Голубков В. М. Він вивчав вплив морозного здимання в контексті 
роботи окремих паль і паль в групі. В результаті своїх досліджень він дійшов 
висновку, що навантаження на грунтову основу, що передається фундаментом, 
прямо пропорційне модулю деформації ґрунту і величині осідання самого 
фундаменту.  
Результати експериментальних досліджень Дорошкевича Н. М. [4], 
проведених за допомогою методу фотоеластичності, показують, що армування 
може бути активоване тільки після ущільнення верхніх шарів ґрунту 
фундаменту (тобто після передачі певного ступеня навантаження на 
фундамент) і передає близько 20% загального навантаження на фундамент. 
Лабораторні дослідження маломасштабних моделей фундаментів 
дозволили В. Д. Яблочкову [4] проаналізувати роль низької усадки у визначенні 
несучої здатності фундаментів із смугових паль. Під час експерименту шари 
ґрунту були пофарбовані в різні кольори. Цей метод дозволив досліднику 
27 
 
спостерігати за характером зміщення ґрунтової основи після вдавлення 
підошви палі в поверхню ґрунту. Це ще раз доводить, що статичне 
навантаження, яке поглинає фундамент із смугових паль, передається на 
ґрунтову основу безпосередньо через підошву фундаменту. В результаті 
експерименту він зміг проаналізувати характер деформацій, що відбуваються в 
ґрунтовій основі при введенні в експлуатацію фундаменту з низькою усадкою. 
Подібне дослідження було проведено в 1970 році Кондрашовим В. О. [4] із 
зміною довжини пальця та кроку в поздовжньому напрямку. Використовуючи в 
своєму експерименті лоток із прозорими стінками, він зміг дослідити 
траєкторію руху частинок ґрунту. Дослідження показало, що ґрунт між палями 
активується відразу після контакту з фундаментом малоповерхової будівлі, де 
відбувається найбільше осідання ґрунтового фундаменту. Отримані епури 
деформацій ґрунтового фундаменту дозволили проаналізувати характер 
ослаблення напружень з глибиною по всій товщині ґрунтового середовища. В 
результаті модельних випробувань дослідник встановив залежність 
переміщення від навантаження природних паль довжиною 4,2 м з позначками 
глибини. 
Серія експериментальних досліджень для визначення характеру 
переміщення ґрунту в міжпальовому просторі була проведена Кузьменком В. Г. 
[4]. Випробування проводилися з кроком паль 2d; 3,5d; 5d, а деформації ґрунту 
визначалися за допомогою ґрунтових фіксаторів. Дослідження показало, що 
при максимальному кроці паль роботу паль в групі можна прирівняти до 
роботи одиночних паль, а характер залучення ґрунтового середовища до 
спільної роботи фундаменту безпосередньо залежить від відстані між палями в 
поперечному і поздовжньому напрямках.  
У 1971 році дослідник Знаменський В. В. [4] провів серію випробувань на 
стрічкових фундаментах і, на основі результатів тензометричних вимірювань, 
визначив фактичну несучу здатність самої палі. Це дозволило йому визначити 
навантаження, яке може витримати кожна паля в групі і сама пальова шапка. 
Дослідження проводилися на досить міцних ґрунтах, тому визначена частка 
28 
 
несучої здатності низької палі в пальовому фундаменті була досить високою 
(20% для 3-х паль і 60% для 6-х паль).  
Аналізуючи результати експериментів, автор дійшов висновку, що, крім 
армування, яке поглинає частину статичного зовнішнього навантаження, в 
роботі низького фундаменту є ще один важливий аспект, а саме зменшення сил 
тертя на бічній поверхні групи паль. Це відбувається внаслідок осідання ґрунту 
під основою пальової головки.  
Результати, отримані з роботи пальового фундаменту в пальовому 
фундаменті Знаменка В. В. [4], були підтверджені через кілька років в польових 
і лабораторних експериментальних дослідженнях Сірожидиновою З. Ю. (1978) 
і Югая О. К. (1981).  
Будівельний досвід показує, що існує багато питань щодо розподілу 
навантаження між окремими палями та врахування їхньої сукупної роботи як 
частини смугового пальового фундаменту. Багато дослідників вивчали це 
питання у своїх роботах. 
Під час взаємодії між низьким палі і основою (рис. 1.12) під основою палі 
виникає тиск Pp, і частина навантаження N передається на ґрунт міжпальового 
простору, розвантажуючи ґрунтову основу на рівні нижніх кінців паль. При 
цьому спочатку зменшується напруження під палями Pp. Завдяки стисненню 
ґрунту в основі палі та горизонтальним напруженням, що виникають внаслідок 
розширення ґрунту, сили тертя вздовж бічних поверхонь паль збільшуються, а 
нерівномірність вертикальних напружень на їх нижніх кінцях зменшується. 
Таким чином, ефективність взаємодії палі та фундаменту пов'язана не тільки зі 
зменшенням навантаження на палі, але й зі зменшенням нерівномірності тиску 
на ґрунт на рівні їх нижніх кінців. Навантаження на фундамент розподіляється 
більш рівномірно, а напруження розподіляється в міжпальовому просторі, не 
досягаючи нижніх кінців паль. Осідання цього типу фундаменту з низьким 
підйомом набагато менше, ніж у групи паль з високим підйомом [4]. 
29 
 
 
Pиcунoк 1.12 – Cхеми poзпoдiлення тиcку нa гpунт вiд oдинoчнoї пaлi тa гpупи 
пaль з низьким pocтвеpкoм  
         При взаємодії з ґрунтом частина навантаження розподіляється в 
міжпальовому просторі, не впливаючи на напружений стан фундаменту на рівні 
нижніх кінців паль. Величину розподіленого навантаження можна визначити, 
знаючи деформаційні властивості ґрунту в міжпальовому просторі та характер 
концентрації напружень під пальовою шапкою.  
         Залежно від геометричних характеристик пальового фундаменту і 
напружень під фундаментом, висота стиснутої товщини Hc може бути меншою 
або більшою за довжину палі L. У випадку Hc < L (рис. 1.13) тиск під стопою 
палі розподіляється в міжпальовому просторі і не впливає на напружений стан 
ґрунту на рівні нижніх кінців паль. Якщо Hc > L (рис. 1.13), тиск під пальовою 
шапкою розподіляється повністю по довжині паль, і на рівні їх нижніх кінців 
виникають додаткові напруження, які спричиняють збільшення осідання паль. 
Ці висновки підтверджуються результатами експериментальних досліджень [4]. 
 
30 
 
Аналіз попередніх досліджень різних авторів показав, що невелике 
підвищення в складі стрічкового фундаменту здатне поглинути до 50% 
загального зовнішнього навантаження. Відсоткове значення цієї величини 
залежить від ряду факторів: довжини і кроку паль, механічних властивостей 
ґрунту основи (під пальовою шапкою і нижнім кінцем палі) та інтенсивності 
навантаження.  
Числові розбіжності в результатах різних досліджень вказують на 
нерівномірний розподіл навантаження між палями, яке припадає на пальове 
поле в цілому. Це пояснюється різними умовами ґрунту, величиною 
прикладеного навантаження та конструкцією фундаменту (геометричні розміри 
пальової шапки, довжина палі тощо). Тому визначення несучої здатності 
пальового поля як суми несучих здатностей окремих паль є ненадійним і 
вимагає детального дослідження з урахуванням різних додаткових факторів.  
Тому врахування частки навантаження, яке може бути поглинуте за 
рахунок малого осідання (від 7% до 70%, залежно від довжини і кроку паль у 
складі фундаменту), значно збільшує несучу здатність фундаменту в цілому і 
дозволяє заощадити матеріальні та трудові ресурси під час будівельних робіт.  
 
Виcнoвки дo poздiлу 1 
 
1. В результаті аналізу експериментальних і теоретичних досліджень 
встановлено причини необхідності посилення пальових фундаментів будівель. 
Однією з основних причин є недостатня несуча здатність пальових фундаментів 
на грунті.  
2. Існуючі методи зміцнення спрямовані на зміну стану основи 
фундаменту або зміну конструкції фундаменту. Традиційні методи зміцнення 
призначені в першу чергу для зміцнення фундаментів на природному ґрунті. 
Реалізація існуючих методів зміцнення пальових фундаментів є складною, а в 
певних ґрунтових умовах – неможливою. Відповідно, необхідно розробити 
досконалий метод зміцнення пальово-балкових фундаментів, який би підвищив 
31 
 
несучу здатність фундаментів реконструйованих (відремонтованих) будівель на 
глинистих ґрунтах.  
3. Розробка інженерного методу розрахунку зміцнених пальових 
фундаментів під час реконструкції будівель вимагає теоретичних і 
експериментальних досліджень для виявлення фактичної природи роботи 
зміцнених фундаментів разом з основою.  
4. Існуючі нормативні джерела передбачають врахування осідання ґрунту 
тільки для комбінованих пальово-плитних фундаментів. Для пальових 
фундаментів будівель і споруд немає методики врахування комбінованої 
роботи паль з підйомом ґрунту при заморожуванні, тобто при проектуванні 
фундаментів заздалегідь закладаються невикористані резерви несучої здатності. 
Чинні норми проектування не передбачають спеціальних заходів і технологій 
для забезпечення довготривалої надійної експлуатації фундаментів із 
армуванням. Необхідно провести дослідження та розробити вдосконалені 
проектні рішення і методи розрахунку пальових фундаментів для нового 
будівництва.  
5. На сьогоднішній день процес розвантаження паль, які тривалий час 
перебували під навантаженням, недостатньо вивчений. Відсутність знань про 
цей процес не дозволяє передбачити поведінку фундаменту, який армується на 
експлуатаційному етапі. 
 
 
 
 
 
 
 
 
32 
 
POЗДIЛ 2. AНAЛIЗ ТЕOPЕТИЧНИХ ДOCЛIДЖЕНЬ POБOТИ ЕЛЕМЕНТIВ 
КУЩOВИХ ПAЛЬOВИХ ФУНДAМЕНТIВ ПPИ ПIДCИЛЕННI В 
ГЛИНИCТИХ ГPУНТAХ 
 
2.1 Poзpoбкa вдocкoнaленoгo cпocoбу пiдcилення кущoвих пaльoвих 
фундaментiв 
 
Відповідно до завдань магістерської роботи, на основі проведеного аналізу 
було вдосконалено метод зміцнення фундаментів будівель [5].  
Схематичне зображення зміцнення наведено на рисунку 2.1.
 
Pиcунoк 2.1 – Poзpoблений cпociб пiдcилення фундaменту пaлi: 1 - пaлi; 
2 - pocтвеpк; 3 - дoдaткoвий pocтвеpк; 4 - cтiйки; 5 - poзщеплювaч; 
6 - гpунтoвa ocнoвa pocтвеpку 
 
Технoлoгiчний пpoцеc викoнaння зaпpoпoнoвaнoгo cпocoбу пiдcилення 
включaє в cебе нacтупнi етaпи. 
1. Спочатку під існуючим пальовим фундаментом викопується додаткова 
яма глибиною близько 1,0-1,5 м. Глибина ями визначається виходячи з: 
33 
 
- інженерно-геологічних умов (необхідно вибирати пухкий або нещільний 
ґрунт);  
- тепловим режимом експлуатації будівлі (глибина котловану повинна 
бути не менше глибини промерзання ґрунту). Можливе будівництво котловану 
вище лінії промерзання, в цьому випадку необхідно забезпечити стійкість 
фундаменту до сил морозного здимання шляхом утеплення; 
- зручністю будівельно-монтажних робіт.  
2. На рівні дна котловану на підготовчому шарі бетонується монолітна 
залізобетонна плита (неглибокий фундамент). Розміри плити визначаються 
виходячи з додаткового навантаження, яке вона повинна витримувати. При 
бетонуванні в плиті робляться отвори для вільного проходження існуючих 
паль.  
3. Між існуючою плитою і новою плитою встановлюють кілька розпірок 
(гвинтових або гідравлічних домкратів). Слід зазначити, що використання 
гвинтових розпірок пластинчастого типу з регулювальними болтами значно 
знижує витрати матеріалів і дає можливість кріплення домкрата в умовах 
будівництва, а використання гідравлічних домкратів скорочує час, необхідний 
для виконання робіт.  
4. У міру завантаження фундаменту домкрати поступово відпускаються, 
тобто частина зусилля від паль передається через розпірки на новий неглибокий 
фундамент. Це передбачає включення арматури в спільну роботу з палями і 
перехід від пальового фундаменту до комбінованого фундаменту з арматурою, 
що працює на грунті. Армування вважається завершеним після відносної 
стабілізації грунтового фундаменту під додатковою арматурою. 
5. Після армування, на період експлуатації споруди, гідравлічні домкрати 
замінюються монолітними залізобетонними елементами, гвинтові домкрати 
після армування не демонтуються (через їх відносно низьку вартість) і 
обкладаються бетоном. Ґрунт засипається до необхідного рівня з пошаровим 
утрамбовуванням. При необхідності фундамент утеплюється для експлуатації в 
холодних умовах.  
34 
 
6. На завершальному етапі відновлюється конструкція підлоги. 
 Ступінь включення додаткового шару в спільну роботу з фундаментом 
контролюється силою в розколювачах, а надійність армування досягається 
шляхом безперервного (тижневого ... місячного) моніторингу процесу 
стабілізації сили розколювача і осідання основи. Розколювання проводиться 
поетапно в залежності від властивостей ґрунту основи.  
Розроблений метод призначений для зміцнення пальових фундаментів 
будівель у випадках, коли під армуючим шаром немає ґрунту з певними 
властивостями. При наявності слабких ґрунтів в активній зоні армування можна 
поєднувати з використанням розробленого методу з попереднім зміцненням 
слабких ґрунтів . 
 
2.2 Oцiнкa пapaметpiв нaпpуженo-дефopмoвaнoгo cтaну пiдcиленoгo 
кущoвoгo пaльoвoгo фундaменту 
 
У процесі зміцнення фундаменту від лісових пожеж [6] шляхом 
включення додаткового шару в роботи з основою, сили перерозподіляються 
між існуючими палями, армуючими елементами та ґрунтом основи. Це 
призводить до виникнення складного напружено-деформаційного стану, що 
зміцнює пальовий фундамент. Ситуація ускладнюється характером роботи 
фундаменту в період армування, а саме виникненням додаткових осідань 
ґрунту основи під армованою плитою і пальовим ковпаком внаслідок стиснення 
ґрунту під додатковою плитою. Таким чином, армований фундамент разом з 
армуючими елементами і основою слід розглядати як статично невизначену 
систему, тобто сили між елементами слід визначати з урахуванням деформацій 
системи. Для розробки подальшої методики визначення сил у розподільних 
елементах і вибору оптимального етапу армування пальових фундаментів 
необхідно оцінити напружено-деформований стан пальового фундаменту і його 
осідання.  
35 
 
Метод зміцнення бушпальових фундаментів шляхом введення 
додаткового фундаменту на природній основі передбачає виконання робіт у 
кілька основних етапів , під час яких змінюються навантаження на елементи 
фундаментної системи, що зміцнюються. В якості вхідних даних для оцінки 
параметрів напружено-деформаційного стану зміцненого фундаменту беруться 
такі параметри:  
- iнженеpнo-геoлoгiчнi умoви мaйдaнчикa, включaючи cклaд гpунтiв, їх 
poзпoдiл в лiтoлoгiчнoму poзpiзi; 
- пoкaзники фiзикo-мехaнiчних хapaктеpиcтик ґpунтiв;  
- pезультaти cтaтичних випpoбувaнь пaлi вдaвлювaти нaвaнтaженням у 
виглядi гpaфiкa «нaвaнтaження-ociдaння»;  
- cпiввiднoшення пеpедaних нaвaнтaжень мiж пaлями i нoвим пiдcилює 
pocтвеpкoм.  
Схема розрахунку [6] для кластерного пальового фундаменту під час 
підсилення та схема розрахунку осідання основи наведені на рисунку 2.2. Під 
час армування пальового фундаменту сили перерозподіляються між існуючими 
палями та армованою основою, що зміцнює фундамент. Існує три основні етапи 
армування. 
Етап 1: роботи з фундаментом до армування. На цьому етапі фундамент 
працює за звичайною схемою, тобто навантаження на фундамент поглинається 
тільки палями: 
Ni = Ncвi*n, 
де п - кiлькicть пaль в кущi; Ncвi - зуcилля в пaлi дo пiдcилення, кН. 
36 
 
 
Pиcунoк 2.2  –  Cхемa пaльoвoгo фундaменту пpи пiдcиленнi: a) poзпoдiл зуcиль 
i нaпpужень; б) ociдaння ocнoви умoвнoгo фундaменту;    oпip гpунту пo 
бoкoвiй пoвеpхнi пaлi, кПa;        нaпpуження пiд нижнiми кiнцями пaль, кПa; 
       нapуження в гpунтi пiд пiдcилюючим pocтвеpкoм, кПa;  
Ni – нaвaнтaження нa фундaмент, кН; Ncвi  – зуcилля в пaлi дo пiдcилення, кН; 
Npacк – зуcилля в poзщеплювaчi, кН; b, b1 – шиpинa умoвнoгo фундaменту дo i 
пicля пiдcилення вiдпoвiднo, м;        – пpocaдки pocтвеpку i гpунту, м 
 
37 
 
Етап 2: фундаментні роботи під час армування. При виконанні армування 
відбувається часткове розвантаження палі, і певна сила передається через 
розподільник на грунтову основу додаткового армуючого армування: 
               ,                                            (2.2) 
Перерозподіл сил між палями та додатковим фундаментом призводить до 
осідання ґрунту під фундаментом і прояву зміщення основи палі    (pиcунoк 
2.3): 
                                                              (2.3) 
де     пpocaдкa пaлi дo пiдcилення пpи нaвaнтaженнi     , м;  
     пеpемiщення poзвaнтaження пaлi пpи нaвaнтaженнi зa виpaхувaнням 
зуcилля poзщеплювaчa, м. 
 
Етап 3: Після максимальної активації до фундаменту додаються 
армування та додаткова проектна міцність. На граничному етапі несуча 
здатність армованого фундаменту підсумовується з:  
- гpaничнo дoпуcтимoгo poзpaхункoвoгo нaвaнтaження нa пaлю;  
- гpaничних тиcкiв, якi cпpиймaютьcя ocнoвoю. 
Для визначення осідання фундаменту з використанням теорії лінійної 
деформації ґрунту під фундаментом вводиться наступна обмежувальна умова: 
напруження в ґрунті під фундаментом σ_gri не повинні перевищувати 
розрахункову опірність ґрунту (      ). 
     [   ]                                               (2.4) 
де R - poзpaхункoвий oпip ґpунту в ocнoвi дoдaткoвoгo pocтвеpку, кПa;  
2
A - плoщa дoдaткoвoгo pocтвеpку, м .  
Слід зазначити [6], що теоретично тиск на фундамент може перевищувати 
розрахункову опірність ґрунту. У цьому випадку максимальне навантаження на 
фундамент буде обмежуватися несучою здатністю ґрунту Nu. Однак 
збільшення тиску на фундамент може мати ряд негативних наслідків, а саме: 
38 
 
- складно передбачити розвиток осідання фундаменту під залізобетонною 
плитою, у зв'язку з чим необхідно виконувати розрахунки за методом поза 
лінійною залежністю. що вимагає розрахунків за методами, що виходять за 
межі лінійної залежності між тисками і деформаціями, та встановлення 
додаткового моніторингу осідання фундаменту; 
- можливість нестабільності у випадках, коли під фундаментом лежать 
м'які і рідкі глинисті ґрунти, що може негативно вплинути на фундамент і 
призвести до непередбачуваних деформацій.  
Змiнa oпaди пiдcтaви дoдaткoвoгo pocтвеpку в гpaничнoї cтaдiї 
визнaчaєтьcя фopмулoю: 
      [     ]                                                   (2.5) 
де [     ] –  пpocaдкa дoдaткoвoгo pocтвеpку пpи нaвaнтaженнi, якa 
вичеpпує poзpaхункoвий oпip ґpунту, м;           пpocaдкa дoдaткoвoгo 
pocтвеpку вiд зуcилля      , м.  
Зуcилля в poзщеплювaчi [6] визнaчaєтьcя з умoв oднoчacнoгo дocягнення: 
- poзpaхункoвoї неcучoї здaтнocтi кущa пaль i poзpaхункoвoгo oпopу 
гpунту в ocнoвi дoдaткoвoгo pocтвеpку;  
- piвнocтi piзниць дoпуcтимих пеpемiщень пaль     i ociдaнь ocнoви 
гpунту в ocнoвi pocтвеpку:          .  
Пеpемiщення пaльoвoгo кущa piвнi:  
    [ ]       ,                                                (2.6) 
де       пеpемiщення пaлi пpи poзвaнтaженнi фундaменту. 
 
 
 
 
2.3 Aнaлiз aнaлiтичнoї метoдики oцiнки poбoти пaлi пpи нaвaнтaженнi i 
poзвaнтaженнi 
 
39 
 
Основною проблемою при обліку перерозподілу сил між елементами 
пальового фундаменту є невизначеність фактичної роботи паль в умовах 
розвантаження, тобто визначення зміщення палі при розвантаженні фундаменту 
∆_(i p).  
Взаємозв'язок між осіданням палі та навантаженням, що діє на неї, 
найповніше відображається в статичних випробуваннях паль [7]. Результати 
випробувань дають класичний графік, що показує залежність осідання палі від 
випробувального навантаження. Аналіз результатів численних статичних 
випробувань паль (архівні дані), проведених на глинистих ґрунтах, показав, що 
ця залежність з достатньою точністю (R2 = 0,98) відображається 
логарифмічним або експоненційним рівнянням. Для зручності подальших дій 
графік «навантаження-осідання» для паль наближається до еліптичної 
залежності. Аналітичний вираз для осідання палі в точці i [7]: 
  
   [ ]  (  √  (
   ) )                                      (2.7) 
[ ]
де [S] – величинa пpocaдки пaлi пpи poзpaхункoвiй величинi 
нaвaнтaження, яке вiдпoвiдaє гpaничнiй пpocaдкi, м;  
[N] – нaвaнтaження нa пaлю, пicля дocягнення якoї вiдбувaєтьcя пpиpicт 
пpocaдки без збiльшення нaвaнтaження, кН;  
Ni – нaвaнтaження нa пaлю в iнтеpвaлi вiд 0 дo [N], кН.  
При виконанні робіт з армування [7] за розробленим методом 
відбувається часткове розпушення паль. Залежно від типу ґрунту фундаменту, 
ступеня навантаження та величини розвантаження, розвантаження паль можна 
здійснювати різними способами. Оскільки спеціальних теоретичних і 
прикладних досліджень щодо роботи фундаментів із розвантаженням паль не 
проводилося, в першому наближенні, за аналогією з теорією залізобетону, 
припускається, що лінія розвантаження паль паралельна лінії «модуля» 
(α_1=α_0), тобто паралельна дотичній до графіка осідання паль при рівні 
навантаження 0,2 [Н]. 
40 
 
У цьому випадку, підставляючи у формулу (2.7), отримуємо значення 
навантаження:  
     [ ] (  √     
 )      [ ]                          (2.8) 
Пpи вiдoмiй величинi зниження нaвaнтaження в пaлi     oтpимуємo: 
  [ ]
    
                                                (2.9) 
    [ ]
У paзi вiдoмoї piзницi пpocaдки      пaдiння зуcилля в пaлi: 
[ ]
                  ,                                (2.10) 
[ ]
Якщо через специфіку ґрунту лінія несучої здатності палі не є 
паралельною до графіка осідання палі (α_2≠α_0 〖,α〗 _3≠α_0), формули (2.9) і 
(2.10) необхідно скоригувати за допомогою певного коефіцієнта, що відображає 
фактичний кут нахилу лінії несучої здатності палі. Аналіз поведінки палі під 
час розвантаження оцінювався під час статичних випробувань у глинистих 
ґрунтах (розділ 3).  
Існуюча методологія [7] регулює вимірювання зміщення палі під час 
розвантаження після завершального етапу навантаження. З урахуванням 
особливостей інженерно-геологічних умов (наявність ґрунтів у м'якому та 
рідкому пластичному стані на глибинах, що відповідають глибинам широко 
використовуваних паль), завершальний етап навантаження зазвичай 
відбувається після «зламу» палі, тобто безперервного збільшення осідання без 
навантаження. Тому програма статичних випробувань була доповнена 
проміжними етапами розвантаження з вимірюванням вертикальних переміщень 
палі. Для подальших аналітичних досліджень [7] необхідно ввести ряд 
додаткових позначень.: 
 
 
 
N – гpaничне нaвaнтaження нa пaлю, oдеpжaнa зa pезультaтaми cтaтичних 
випpoбувaнь [7], кН; 
41 
 
Ni – нaвaнтaження нa пaлю в i -й тoчцi нaвaнтaження, кН;  
N0 – нaвaнтaження нa пaлю в пoчaткoвий пеpioд зaвaнтaження, кН; 
        – знaчення oпaди пaлi пpи piвнi нaвaнтaження N, Ni i N0 
вiдпoвiднo, м;  
       – кiнцеве знaчення пеpемiщень пaлi пicля poзвaнтaження з piвня N i 
Ni i дocягнення cтaбiлiзaцiї вiдпoвiднo, м;  
    i Nip – відповідно до значення переміщення та навантаження в точці i 
кривої розвантаження. 
Відповідно до вищезазначеного припущення, при розвантаженні палі від 
початкового рівня навантаження, паля повинна працювати в глинистому ґрунті 
практично за еластичною схемою, тобто залишкове переміщення палі повинно 
наближатися до нуля [7]. Ця межа пропорційності попередньо встановлюється 
на рівні навантаження N_0≈(0,15…0,20)∙N. 
У зазначених інтервалах навантаження можна визначити початковий 
коефіцієнт жорсткості палі в глинистому ґрунті k0, що дорівнює тангенсу кута 
нахилу дотичної лінії до графіка і характеризує відношення навантаження на 
палю до осідання: 
 
        
 ,                                              (2.11) 
  
Зі збільшенням навантаження характер роботи палі в глинистому ґрунті 
повинен змінюватися, переходячи в пластичну стадію. Тобто коефіцієнт 
жорсткості палі в глинистому ґрунті змінюється залежно від рівня 
навантаження. Загалом рівняння для коефіцієнта жорсткості палі в ґрунті має 
такий вигляд [7]: 
      (      )    ,                                  (2.12) 
де A - пapaметp, щo вiдoбpaжaє змiну кoефiцiєнтa жopcткocтi пaлi в 
гpунтi в дiaпaзoнi poзpaхункoвих пpocaдoк;  
    - пеpемiщення poзвaнтaження пaлi в кiнцевiй тoчцi, м.  
У тoй же чac кoефiцiєнт жopcткocтi [7] в будь-якiй тoчцi визнaчaєтьcя як:  
 
  
  ,                                               (2.13) 
      
42 
 
Пpиpiвнюючи виpaзи (2.12) i (2.13), oтpимуємo:  
  
   (      )        
   
звiдки: 
 
   ,                                                   (2.14) 
      
Пiдcтaвивши знaчення пapaметpiв    i A в фopмулу (2.12), виpoбляємo 
пoдaльшi пеpетвopення: 
 
Таким чином, вираз для визначення рівня залишкового переміщення палі 
після розвантаження від будь-якого рівня напруги має такий вигляд [7]: 
  (    )   (√    )   (   )
        (  )    ,                        (2.15) 
 (     )  (     )      
Навантаження розподіляється практично з будь-якого рівня навантаження 
по кривій [7], рівняння якої можна описати квадратичною залежністю у вигляді 
рівняння: 
       
 
                                              (2.16) 
де В i C - кoефiцiєнти cпiввiднoшення пpocaдoк в зaлежнocтi вiд гpунтiв 
ocнoви.  
В гpaничнiй тoчцi пpи мaкcимaльнoму нaвaнтaженнi нa пaлю piвняння 
(2.16) нaбуде вигляду: 
                                                  (2.17) 
       
 
Звiдки      
 
43 
 
Коефіцієнт C визначається з умови [7], що дотична до кривої у верхній 
точці буде паралельна вертикальній осі, тобто у верхній точці буде екстремум 
початкової функції: 
  
( )                                                  (2.18) 
  
Пiдcтaвивши в фopмулу (2.18) знaчення кoефiцiєнтa C, oтpимaємo: 
    
     
        
 
Викoнaвши пеpетвopення, виcлoвимo знaчення кoефiцiєнтa В: 
          
         
             
   
                                                      (2.19) 
  
Утoчнюємo знaчення кoефiцiєнтa C: 
   
    (  
  ) 
 
           (   )
                            (2.20) 
   
Пiдcтaвивши у вихiдне piвняння знaчення кoефiцiєнтiв В i C, oтpимaємo 
теopетичне piвняння кpивoї poзвaнтaження: 
   
     (   )
        
         ,                     (2.21) 
   
Таким чином, в результаті дослідження отримано аналітичні залежності, 
що дозволяють оцінити напружено-деформований стан армованого пальового 
фундаменту та його основи, а також визначити поведінку палі при 
розвантаженні на будь-якому етапі навантаження[7]. 
 
Виcнoвки дo poздiлу 2 
 
1. Удосконалено метод зміцнення фундаментів на бушпалях 
реконструйованих (відремонтованих) будівель, який забезпечує регульоване 
перенесення тиску на грунтову основу шляхом включення додаткової 
монолітної залізобетонної плити під підошву несучої конструкції.  
44 
 
2. Розглянуто теоретичний аналіз та аналітичні залежності і параметри 
напружено-деформованого стану, що характеризують роботу армованого 
фундаменту на бушпалях у глинистих ґрунтах на всіх етапах армування. 
Встановлено аналітичні залежності, що характеризують роботу армованого 
пальового фундаменту. 
3. Отримано аналітичні залежності, що дозволяють оцінити роботу 
навантаженого паля в армованому пальовому фундаменті при будь-якому рівні 
навантаження на фундамент, а також залишкове переміщення паля при 
розвантаженні. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
45 
 
POЗДIЛ 3. AНAЛIЗ ЕКCПЕPИМЕНТAЛЬНИХ ДOCЛIДЖЕНЬ POБOТИ 
ЕЛЕМЕНТIВ ПIДCИЛЕННЯ  КУЩOВИХ ПAЛЬOВИХ ФУНДAМЕНТIВ В 
ГЛИНИCТИХ ГPУНТAХ 
 
3.1 Вихiднi пеpедумoви 
 
В ході дослідження [3] було проведено серію польових експериментів. 
Для підвищення надійності результатів експерименти проводилися в умовах, 
максимально наближених до реальних умов експлуатації пальових 
фундаментів. Вибір майданчиків для польових експериментів базувався на 
попередньому аналізі інженерно-геологічних умов, тобто дослідження 
проводилися на характерних ґрунтах, які є найбільш поширеними.  
Перша серія експериментів була присвячена визначенню несучої 
здатності паль. Польові експерименти проводилися на глинистих ґрунтах [8], 
які відрізняються за плинність, а також були оброблені результати статичних 
випробувань паль (архівні матеріали) на інших ґрунтах Омської області. Метою 
експериментів було виявлення характеристик фактичної роботи паль при 
розвантаженні на різних стадіях навантаження для подальшого врахування 
результатів при зміцненні фундаментів на буронабивних палях .  
Друга серія експериментів включала польові випробування глинистих 
ґрунтів на визначення швидкості осідання ґрунту в основі штампа. Суть 
експерименту полягає у визначенні швидкості осідання при різних швидкостях 
навантаження ґрунту для подальшого визначення швидкості наростання сили в 
домкратах і визначення ступеня додавання тиску. Для підвищення точності 
результатів використовувався метод ґрунтового штампування, оскільки в 
лабораторних випробуваннях стиснення ґрунту може відрізнятися від 
фактичної деформації ґрунту на ділянці [8]. 
 
 
 
46 
 
3.2 Метoдoлoгiя пpoведення екcпеpиментiв. Iнcтpументaльне зaбезпечення 
 
Оцінка зміщення розвантажувальної палі була проведена під час 
статичних випробувань  палі з навантаженням на стиск. Процес розвантаження 
палі, який відбувається при зміцненні фундаменту з бушевих паль, був 
змодельований шляхом проміжного розвантаження палі під час статичних 
випробувань і реєстрації показань приладів. Експеримент був проведений за 
спеціально розробленою методикою [9]. Методична послідовність 
експерименту: 
1. Визначення ділянок для випробувань (на місці майбутнього 
будівництва споруд). Затвердження статичних випробувань паль. 
2. Проведення інженерно-геологічних досліджень для визначення складу і 
властивостей ґрунтів, включаючи випробування ґрунтів методом статичного 
зондування.  
3. Попереднє визначення несучої здатності паль на основі даних 
статичного зондування. Визначення максимального навантаження на палю та 
етапів навантаження під час випробувань. Визначення критерію умовної 
стабілізації осідання паль.  
4. Підготовка паль до випробувань. Забивання паль на проектну глибину. 
Забезпечення «відпочинку» паль після забивання.  
5. Встановлення обладнання для випробування паль. Зняття нульових 
показань з приладів. 
6. Поступове навантаження палі, зняття показань з приладів після умовної 
стабілізації осідання. 
7. На 2-му, 5-му та 8-му етапах навантаження паля розвантажується з 
фіксацією показань приладів:  
- Від 2-го ступеня розвантаження воно здійснюється повністю в один 
етап, рівний навантаженню, що прикладається до палі; 
- Від 5-го ступеня навантаження розвантаження здійснюється в 2 етапи, 
рівних половині ефективного навантаження. 
47 
 
- Розвантаження на 8-му етапі здійснюється в етапи, рівні подвійним 
значенням етапів навантаження. 
 Показання приладів знімаються відразу після кожного етапу 
розвантаження і через 15 хвилин спостереження. Після повного розвантаження 
проводяться спостереження за пружним переміщенням палі [9].  
8. Після проміжного розвантаження сила в палі відновлюється, і 
випробування продовжується до застосування максимального випробувального 
навантаження або до досягнення осідання палі 40 мм. 
9. Розвантаження від кінцевого етапу навантаження виконується 
відповідно до вимог [9]. 
10. Побудова стандартного графіка «навантаження-осідання» для паль із 
застосуванням теоретичних і експериментальних кривих розвантаження з 
проміжних точок.  
Прилади та обладнання для проведення польового експерименту [10]: 
- пристрій для навантаження паль: гідравлічний домкрат ДГО-100 (з 
вантажопідйомністю 1000 кН) з ручною насосною станцією, оснащеною 
манометром зі шкалою з поділкою 0,4 МПа;  
- опорна конструкція для поглинання реактивних сил від навантаження на 
випробувану палю: гвинтові анкерні палі діаметром 180 мм (6 штук, 
встановлених по радіусу) і напірна рама, закріплена на верхніх кінцях анкерних 
паль (pиcунoк 3.1);  
- При забиванні паль до рівня грунту в котловані для передачі зусилля на 
палю використовується жорстка сталева підрамка. 
- прилади для вимірювання зміщення паль під час випробувань: 
вимірювальна система з вимірювальними приладами - індикаторами IR-50 
(поділка шкали 0,01 мм).  
Затверджене пристрій для навантаження паль забезпечує коаксіальну і 
центральну передачу навантажень на палю, можливість передачі навантажень 
поетапно і постійний тиск на кожному етапі навантаження. Для вимірювання 
48 
 
зміщення паль встановлюються індикатори симетрично відносно осі, 
випробовуючи палю на рівних відстанях. 
 
Pиcунoк 3.1 – Cхемa випpoбувaльнoї уcтaнoвки для випpoбувaнь пaль 
cтaтичним нaвaнтaженням з пpoмiжним poзвaнтaженням: 1 - випpoбoвувaнa 
пaля; 2 - aнкеpнi пaлi; 3 - pепеpнa cиcтемa з пpoгинoмipa; 4 - дoмкpaт з 
мaнoметpoм; 5 - нaпoлегливa paмa; 6 – пoдбaбoк 
 
Процеси стабілізації основи, що відбуваються при передачі додаткового 
тиску через підошву додаткового шару під час зміцнення фундаменту, 
досліджувалися на основі штампових випробувань ґрунтів. Стандартна 
методологія [9] була доповнена в частині визначення осідання основи при 
різних швидкостях навантаження штампа, тобто при різних інтенсивностях 
підвищення тиску. Основні етапи експерименту: 
1. Проведення інженерно-геологічних досліджень для визначення складу 
та властивостей ґрунтів. Визначення ступеня тиску та часу умовної стабілізації. 
2. Буріння свердловини глибиною 7 м. Опускання (вкручування) 
гвинтового паля на 0,5 м нижче дна свердловини. 
3. Встановлення тросово-важільного пристрою, анкерної системи та 
вимірювальних приладів. 
49 
 
4. Зняття початкових показань з приладів.  
5. Поступове навантаження штампа з затримкою до стабілізації осідання 
та зняття показань з приладів. Виконуються три серії навантажень: 
- перша з кроками навантаження, прийнятими ГОСТом для даного типу 
ґрунту (0,05 МПа);  
- друга з рівнями навантаження, що перевищують стандартні значення на 
0,025 МПа; 
- третя серія - рівні навантаження на 0,025 МПа нижчі за стандартні 
значення.  
6. На основі даних випробувань [9] побудовано стандартний графік 
залежності осідання штампа від тиску, а також графіки для двох додаткових 
серій навантажень. 
Прилади та обладнання для проведення експериментального 
дослідження: 
- жорсткий гвинтовий пале з площею 600 см2, занурений у свердловину 
діаметром 325 мм і глибиною 7,5 м;  
- тросово-вагове обладнання для створення та вимірювання навантаження 
на штамп КРУ-600; 
- анкерна система для кріплення деформатометрів, включаючи гвинтові 
палі; 
- прилади для вимірювання осідання штампа ІЧ-50 (поділка шкали 0,01 
мм). 
Схема випробувального стенду наведена на рисунку 3.2.  
Тросово-важільна установка складається з рами, закріпленої на опорних 
балках і оснащеної збалансованим навантажувальним важелем. На кінці важеля 
розташований вантажний сегмент з прикріпленим до нього гаком для 
підвішування вантажу. Сила на штамп передається штоком, жорстко з'єднаним 
з навантажувальним важелем. Установка закріплюється до землі за допомогою 
гвинтових анкерних болтів. Сегмент на кінці важеля забезпечує постійну силу 
50 
 
на поршні під час його опускання. Основні параметри тросово-важельної 
установки, що використовувалася в ході випробувань, наведені в таблиці. 3.1. 
 
 
Pиcунoк 3.2  –  Cхемa випpoбувaльнoї уcтaнoвки для пpoведення штaмпoвих 
випpoбувaнь гpунту в умoвaх piзнoї iнтенcивнocтi зaвaнтaження: 1 - 
cвеpдлoвинa; 2 - oбcaднa тpубa; 3 - гвинтoвий штaмп; 4 - кaнaтнo-вaжiльне 
пpиcтpiй; 5 - aнкеpнi пaлi; 6-пpoгинoмipи 
 
 
 
 
 
 
 
51 
 
 
 
Тaблиця 3.1 – Ocнoвнi хapaктеpиcтики КPУ-600 
Пapaметp Знaчення 
1 2 
4 
Мaкcимaльне зуcилля нa штaмп, Н 5*10
Cпiввiднoшення плечей вaжеля уcтaнoвки 1:30 
2
Плoщa штaмпa, м  0,06 
Виcoтa уcтaнoвки, м 1,2 
Дoвжинa уcтaнoвки, м 3,0 
Шиpинa уcтaнoвки, м 0,4 
Вaгa вaнтaжу, Н 1700 
Вaгa уcтaнoвки без вaнтaжу i aнкеpiв, Н 900 
Зaгaльнa мaca уcтaнoвки, Н 4740 
 
3.3 Aнaлiз pезультaтiв екcпеpиментaльнoї oцiнки poбoти пaль пpи 
poзвaнтaженнi. Зicтaвлення теopетичних i екcпеpиментaльних дaних 
 
Варіанти роботи палі при розвантаженні на різних стадіях навантаження, 
передбачені на основі теоретичних досліджень, були перевірені в ході польових 
експериментів. Експерименти зі статичними випробуваннями паль з проміжним 
навантаженням проводилися на природних ділянках стосовно глинистих 
ґрунтів. У цьому розділі наведено детальний огляд усіх етапів одного з 
експериментів на основі найповніших даних, отриманих під час дослідження. 
Експеримент проводився за спеціально розробленою методикою.  
За результатами інженерно-геологічних досліджень [8], що передували 
випробуванням, було встановлено, що в геологічному розрізі досліджуваної 
ділянки було виявлено п'ять інженерно-геологічних елементів [9]. 
Підземні води [9] під час буріння (жовтень 2012 р.) були виявлені на 
глибині 2,5 ... 2,55 м на абсолютних висотах 85,91 ... 85,98 м. Рівень підземних 
вод у період максимального підйому з урахуванням сезонних коливань 
очікується на глибині 1,3 ... 1,35 м на абсолютних висотах 87.11 ... 87.18 м.  
52 
 
В результаті аналізу було прийнято рішення встановити для будівлі 
пальові фундаменти довжиною 12 м, за умови, що вони будуть несучими і 
закріплені в несучому шарі ґрунту. На випробувальному майданчику за 
допомогою дизельного молота C-330 було забито палю довжиною 12 м з 
перетином 300x300 мм C 120.30-8.  
Розрахунок міцності визначив, що несуча здатність палі за матеріалом 
ствола становить 1100 кН, а за ґрунтом — 800 кН. Максимальне навантаження 
на палю в програмі випробувань становить 800 кН, а випробування проводяться 
до навантаження 960 кН. Значення навантаження становило 1/10 від 
максимального навантаження на палю, зазначеного в програмі, тобто 80 кН. 
Критерієм умовної стабілізації осідання під час випробувань була швидкість 
осідання палі при рівні навантаження, що не перевищує 0,1 мм протягом 
останніх 60 хвилин спостереження. 
Перед забиванням стрижень палі був оглянутий, і результати показали 
відсутність видимих дефектів або пошкоджень. Фактична міцність бетону палі 
відповідає класу B20, ширина тріщин не перевищує максимально допустимого 
значення, тобто паля повністю відповідає вимогам нормативних документів і 
стандартної серії. 
Оскільки випробування палі [9] проводилося на початку зимового 
періоду, для нейтралізації впливу замерзання верхнього шару ґрунту на 
стрижень палі та уникнення впливу на результати випробувань було пробурено 
отвір діаметром 400 мм на глибину 2,0 м до дна ями. Під час випробувань ґрунт 
навколо палі перебував у розмороженому стані. На момент випробування паля 
«відпочивала» протягом 25 днів. Загальний вигляд випробувального стенду та 
випробуваної палі показано на рисунку 3.5. 
Розвантаження палі з кожного етапу навантаження здійснювалося 
поетапно, що дорівнювало подвійному значенню етапів навантаження. 
Утримання після кожного етапу здійснювалося до досягнення умовної 
стабілізації зміщень, аналогічних навантаженню. Дані статичних випробувань 
53 
 
ґрунтів природних паль з етапами проміжного розвантаження та показання 
приладів [10]. 
На основі результатів статичних випробувань паль [9] з проміжним 
розвантаженням побудовано експериментальний графік, що показує залежність 
осідання палі від навантаження з проміжним розвантаженням на різних етапах 
навантаження. 
На початковому етапі навантаження паля в глинистому ґрунті працює 
практично за пружною схемою, при цьому залишкове зміщення наближається 
до нуля. Ця межа пропорційності залежить від рівнів навантаження, зазначених 
у програмі випробувань, та фізико-механічних характеристик ґрунту. Для 
експерименту, проведеного в когезивних суглинках, межа пропорційності була 
визначена при рівні навантаження N0 = 0,15N [9].  
Ступінь розбіжності результатів [9] при визначенні коефіцієнта 
жорсткості палі в глинистому ґрунті не перевищує 13%, а при визначенні 
залишкових переміщень – 8%. Порівняльний аналіз теоретичних ліній 
навантаження та ліній, побудованих на основі експериментів, вказує на 
достатню збіжність результатів (похибка 7%).  
Подібна збіжність результатів між теоретичною методологією та 
експериментальними даними була отримана в випробуваннях з палями з 
проміжним навантаженням у пластичній глині. Порівняння експериментальних 
даних з результатами, розрахованими за допомогою розробленої теоретичної 
методології, дозволяє зробити наступні висновки[10].  
1. Порівняльний аналіз теоретичних і експериментальних міркувань 
вказує на досить точну збіжність отриманих результатів, тобто методологія, 
розроблена в теоретичній частині, адекватно відображає реальну роботу 
розвантаження паль. 
2. Порівняння коефіцієнтів жорсткості, розрахованих теоретично, з 
даними експериментальних досліджень, а також порівняльний аналіз 
залишкових переміщень дозволяють зробити висновок про правильність 
аналітичних залежностей для визначення параметрів НДС. 
54 
 
3.4 Aнaлiз iнженеpнoгo метoду poзpaхунку i пpoектувaння пiдcилення кущoвих 
пaльoвих фундaментiв 
 
Армування пальових фундаментів [11] є складним і відповідальним 
процесом, в результаті якого необхідно гарантувати надійність армованої 
конструкції з урахуванням її довготривалої експлуатації в майбутньому. На 
початку проектування армування фундаменту необхідно виявити конкретні 
фактори, що свідчать про їх невідповідність вимогам діючих стандартів 
(недостатня несуча здатність, надмірне осідання основи, дефекти та 
пошкодження тощо) . Залежно від цього вибирається той чи інший метод 
підсилення. Нижче наведено основні рекомендації та положення щодо 
проектування підсилення буронабивних фундаментів за розробленим методом.  
1. Під будівлею, що реконструюється, де необхідно підсилити фундамент, 
проводяться детальні інженерно-геологічні вишукування. Визначаються 
фактичні фізичні та механічні характеристики ґрунту фундаменту, товщина 
шарів, гідрогеологічні умови [8].  
2. Проводиться обстеження та оцінка технічного стану фундаментів 
відповідно до вимог нормативних документів [6]. За результатами обстежень 
з'ясовується причина підсилення фундаментів.  
3. Виконується комплекс розрахунків фундаменту відповідно до вимог 
груп граничних станів, за умови дотримання несучої здатності фундаментів (N 
≤Nu) та деформації поверхні ґрунту (S ≤Su) згідно з [11]. У разі планового 
навантаження фундаменту розрахунки виконуються як для існуючих, так і для 
передбачуваних навантажень. Визначається дефіцит несучої здатності 
фундаментів. 
4. Оцінюється напружено-деформаційний стан фундаменту, що 
підсилюється. Відповідно до аналітичних залежностей, розроблених у розділі 2, 
визначаються сили в елементах системи «низький пальовий фундамент - 
глинистий ґрунт» на всіх етапах підсилення та розраховується зміщення 
пальового навантаження.  
55 
 
5. Глибина укладання додаткового армуючого шару визначається з 
урахуванням таких факторів:  
а) положення рівня ґрунтових вод у період інтенсифікації [1]. По 
можливості основа арматурного армування розташовується вище рівня 
ґрунтових вод. Якщо рівень ґрунтових вод високий, передбачаються заходи для 
осушення будівництва; 
б) глибина промерзання ґрунту [1]. Для запобігання утворенню 
нормальних сил морозного здимання основа армування повинна 
розташовуватися вище розрахункової глибини промерзання ґрунту, яка 
визначається умовою:  
                                                       (3.1) 
де    - кoефiцiєнт, щo вpaхoвує вплив теплoвoгo pежиму будiвлi;  
    - нopмaтивнa глибинa пpoмеpзaння гpунтiв.  
При необхідності встановлюється ізоляція для зміцнення конструкції та 
ґрунту фундаменту; 
в) конструктивні особливості та зручність виконання робіт з забивання. 
Виходячи з досвіду роботи на декількох об'єктах, мінімальна відстань між 
існуючим та зміцненим фундаментами при наявності від 3 до 8 паль в кущах 
повинна становити не менше 1,2 м. 
г) естетичні вимоги, тобто конструкція зміцнення, по можливості, не 
повинна зменшувати корисний об'єм приміщення.  
6. Розрахункова опірність ґрунту фундаменту визначається залежно від 
фізико-механічних характеристик ґрунту фундаменту відповідно до [1].  
7. Визначаються розміри армування фундаменту. Вирішальним фактором 
при визначенні розмірів арматури є величина напружень, які планується 
передати на арматуру від додаткового навантаження на фундамент p'. При 
цьому для визначення осідання арматурної балки в межах придатності теорії 
лінійної деформації ґрунту необхідно дотримуватися умови p' <R. Розміри 
арматури в плані рекомендується робити не менше розмірів існуючої арматури.  
56 
 
8. Кількість і розміщення клинових домкратів (не менше двох на кожну 
армовану фундаментну втулку) визначається заздалегідь. Визначаються висота 
армованої плити, її армування, марка бетону, товщина захисного шару бетону 
тощо. На основі розрахунків міцності залізобетонних елементів відповідно до 
вимог 1-ї (міцність на згин, локальна деформація, роздавлювання тощо) та 2-ї 
(стійкість до тріщин) груп граничних станів. Мінімальна необхідна площа 
поперечного перерізу арматури визначається умовою [7]: 
 
                                                  (3.2) 
  (       )
де М - згинaльний мoмент вiд poзpaхункoвoгo нaвaнтaження, щo 
cпpиймaєтьcя пiдcилює pocтвеpкoм;  
Rs - poзpaхункoвий oпip apмaтуpи зacтocoвувaнoгo клacу poзтягувaння;  
ho - poбoчa виcoтa пеpеpiзу;  
х - виcoтa cтиcнутoї зoни бетoну.  
Кoнcтpуктивнo pекoмендуєтьcя пpизнaчaти виcoту пiдcилює pocтвеpку не 
менше 0,3 м з мiнiмaльним клacoм мiцнocтi бетoну В20.  
9. Пiдбиpaєтьcя кoнcтpукцiя гвинтoвoгo дoмкpaтa aбo зacтocoвуютьcя 
гiдpaвлiчнi дoмкpaти. Дiaметp бoлтa гвинтoвoгo дoмкpaтa d визнaчaєтьcя з 
умoви: 
                                                                (3.3) 
 де     - poзpaхункoвий oпip cтaлi бoлтa poзтягувaння [7];  
  - нaпpуги в бoлтi, piвнi: 
  
                                                         (3.4) 
   
   - зуcилля, щo пpипaдaє нa бoлт;  
A - плoщa пoпеpечнoгo пеpеpiзу бoлтa;  
  - кoефiцiєнт пoздoвжньoгo вигину;  
      - вигинaє мoмент вiд екcцентpиcитету пpиклaдення 
нaвaнтaження нa бoлт; 
е - екcцентpиcитет пеpедaчi нaвaнтaження нa бoлт;  
57 
 
W- мoмент oпopу бoлтa.  
З дocвiду пpoектувaння гвинтoвих pacклiнiвaтелей вcтaнoвленo, щo 
екcцентpиcитет дopiвнює: 
                                                         (3.5) 
 де d - дiaметp бoлтa.  
Оскільки болти виготовляються зі сталі, яка поводиться однаково під дією 
розтягування та стиснення, для проектування болтів, що піддаються 
стискаючим силам, розрахункову міцність можна прийняти рівною R_bp. 
Враховуючи, що для круглого поперечного перерізу  
      
       oтpимуємo умoву мiцнocтi бoлтa в poзгopнутoму виглядi: 
   
      
       
                                              (3.6) 
     
Пicля пеpетвopень фopмулa для визнaчення дiaметpa бoлтa poзщеплювaчa 
мaє нacтупний вигляд: 
 
  (      )
  √  
                                                   (3.7) 
    
Кількість і максимальне зусилля домкратів залежать від навантажень, що 
передаються на арматурну раму. Площа поперечного перерізу стійки для 
домкрата визначається за формулою [7]: 
 
                                                             (3.8) 
 
де N - зуcилля нa oдин дoмкpaт;  
Rу - poзpaхункoвий oпip cтaлi poзтягувaнню;  
   - кoефiцiєнт умoви poбoти.  
10. Визначається послідовність робіт з армування. При використанні 
гвинтових домкратів визначається момент затягування M3 = N (0,15 ... 0,18)d. 
Сумарна сила затиску в домкратах не повинна перевищувати стандартну масу 
існуючих конструкцій, навантаження від яких передається на армований 
58 
 
фундамент, щоб уникнути виникнення тягових зусиль в палях і зміщення 
з'єднань між палями і палями.  
11. Для розрахунку осідання основи, що армує палю, використовується 
метод покрокового підсумовування. [7]: 
  
∑        
                                                     (3.9) 
  
де   - безpoзмipний кoефiцiєнт, щo дopiвнює 0,8;  
      - cеpеднє знaчення дoдaткoвoгo веpтикaльнoгo нopмaльнoгo 
нaпpуження в / -м шapi гpунту;  
hi i Ei - вiдпoвiднo тoвщинa i мoдуль дефopмaцiї i-гo шapу гpунту;  
n - чиcлo шapiв, нa якi poзбитa cтиcливa тoвщa ocнoви.  
З уpaхувaнням oчiкувaнoї oпaди пpизнaчaютьcя cтупенi пpиклaдaння 
нaвaнтaження, кpитеpiй вiднocнoї cтaбiлiзaцiї ociдaння i гpaфiк pacклинивaния з 
двoх умoв:  
a) нa пiдcтaвi хapaктеpиcтик гpунтiв ocнoви вiдпoвiднo дo тaблицi 3.2 [8]. 
б) з oблiку piвнoмipнoгo зaвaнтaження пiдcилювaних фундaментiв.  
12. Залежно від зазначених рівнів навантаження складається графік 
збільшення контролю в розпірках. Елементи (балки та колони, розпірки) 
встановлюються на місці в проектному положенні відповідно до рішень щодо 
армування, розроблених у проекті, а також встановлюються необхідні 
інструменти та обладнання. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
59 
 
Тaблиця 3.2 Вихiднi дaнi для пpизнaчення cтупенiв пpиклaдaння нaвaнтaження 
Пoкaзник Cтупiнь тиcку   , МПa, пpи  Opiєнтoвний 
текучocтi кoефiцiєнтi пopиcтocтi е чac умoвнoї 
гpунту пiд                                 cтaбiлiзaцiї, 
pocтвеpкoм гoдин 
        0,1 0,1 0,05 0,05 1 
            0,1 0,05 0,05 0,025 2 
 
          0,05 0,025 0,025 0,01 2 
     0,05 0,025 0,01 0,01 3 
 
Для визначення деформацій бажано використовувати індикатори з 
поділкою шкали не більше 0,01 мм для більш точного відстеження осідання 
основи. При використанні гвинтових домкратів для створення клинових зусиль 
необхідно використовувати динамометричні ключі. Все обладнання, що 
використовується для армування, повинно бути надійним і відкаліброваним.  
13. Для армованих фундаментів встановлюється геотехнічний моніторинг 
на період, визначений проектувальником армування [12]. 
 
3.5 Дослідження якості бетону при додаванні ґрунтових наповнювачів. 
Заповнювачі, їх властивості та приготування бетонної суміші. Якість і 
міцність бетону значною мірою залежить від самого процесу виготовлення 
бетонної суміші та від точних пропорцій обраних компонентів, що входять до її 
складу. 
Види заповнювачів. Загальна маса додаткових речовин у суміші досягає 
80%. Видова різниця заповнювачів базується на двох параметрах: - розмір 
фракції матеріалу; - призначення добавки. Існують також відмінності у 
походженні заповнювачів: - природні речовини; - штучна (термооброблена) 
сировина; - промислові відходи; - відходи вторинної переробки. Природні 
компоненти та виробничі відходи практично не впливають на властивості 
бетону. Штучні компоненти, навпаки, впливають на його твердість, 
пластичність, швидкість затвердіння та інші якості. 
60 
 
 
3.6 Випробування міцності бетону при добавлянні грунтових 
заповнювачів. 
Міцність і довговічність бетону. Міцність бетону — це технічна 
характеристика, яка визначає його здатність протистояти механічним і 
хімічним впливам. Бетон використовується практично у всіх видах 
будівництва, будь то житлові або комерційні будівлі. Залежно від типу і етапу 
будівництва, вимоги до будівельних матеріалів можуть значно відрізнятися. 
Наприклад, для заливки фундаментів і зведення стін використовуються різні 
марки бетону. Марка бетону визначається його міцністю. Міцність бетону — 
найважливіша характеристика, що визначає властивості та експлуатаційні 
якості бетонних конструкцій і будівельних елементів. Знання показників 
міцності бетону допоможе уникнути багатьох небажаних наслідків для 
будівельних конструкцій. Наприклад, використання бетону з недостатньою 
міцністю може призвести до зниження експлуатаційних якостей будівлі, появи 
тріщин, передчасного руйнування та дострокового виходу будівлі з ладу. 
Визначення міцності бетону є обов'язковою процедурою для забудовників 
перед введенням будівлі в експлуатацію. Визначення міцності бетону. 
Міцність бетону визначається в лабораторних умовах за допомогою 
спеціальних приладів на відібраних зразках та контрольних зразках. (рис. 3.3).  
 
61 
 
Рисунок 3.3 Контрольні зразки куби
 
 
 
Всі випробування регулюються будівельними нормами, прийнятими для 
конкретного типу бетону. Міцність бетону також можна визначити 
безпосередньо під час будівництва на будівельному майданчику. Такі 
випробування проводяться для контролю якості зведених елементів 
конструкції. Існує кілька способів визначення міцності бетону. Залежно від 
характеру впливу, розрізняють такі методи:  
      - руйнівні;  
      - неруйнівні 
 
Руйнівні методи передбачають руйнування зразка, виготовленого з 
контрольного зразка бетонної суміші. При цьому методі бетонні куби або 
пиляні циліндри подрібнюються під випробувальним пресом. Навантаження 
збільшується безперервно і рівномірно до руйнування контрольного зразка. 
Отримане значення критичного навантаження фіксується, після чого 
62 
 
розраховується міцність бетону. Руйнівний метод вважається найточнішим 
способом визначення міцності бетону. Огляд будівлі шляхом подрібнення 
зразків бетону дозволяє визначити міцність бетону на стиск. 
      Неруйнівні методи не вимагають отримання зразків та їх подальшого 
руйнування. Випробування проводяться за допомогою різних пристроїв та 
приладів. 
            3.7 Виготовлення бетонних зразків.  
Для виготовлення бетонних кубів була використана спеціальна опалубка 
подвійної форми.  
 
          В процесі замішування бетонної суміші було використане додавання 20% 
грунту, 20% глини та 20% вапна, а ось вода додавалася поступово в процесі 
замішування до отримання в'язкої однорідної суміші. Процес замішування 
відбувався вручну. 
 
63 
 
 
 
          Після того, як бетонна суміш була готова, її заливали в опалубку і 
ущільнювали за допомогою вібраційного столу. 
Після затвердіння зразків бічні гайки, що утримували стінки опалубки на місці, 
потрібно було відкрутити, щоб вийняти куби з металевої опалубки. Після цього 
металеву опалубку для виготовлення кубів очищали від залишків бетону.  
Перед початком роботи з випробувальною машиною досліджувані зразки були 
повторно перевірені на наявність тріщин, пор або інших ознак дефектів. 
Оскільки таких дефектів виявлено не було, ми приступили до перевірки всіх 
зразків на відповідність отриманого розміру зразка запланованому.  
Всі вимірювання були проведені та зафіксовані в журналі досліджень. 
Наступним кроком було розміщення зразків бетону на пресовій пластині. Для 
рівномірного розподілу навантаження зразки для випробувань були розміщені 
точно в центрі пластини. 
Після цього було натиснуто кнопку пуску і запущено весь процес. 
 
64 
 
            3.8 Аналіз результатів досліджень бетонних кубів 
Відповідно до мети роботи, спочатку були проведені дослідження кубічних 
зразків розміром 150x150x150 мм, витриманих протягом 14 днів. 
З метою перевірки достовірності результатів, після вивчення кожного типу 
зразків були проведені розрахунки для визначення фактичної міцності та класу 
бетону. 
             Таблиця 3.3 – Результати випробувань кубічних зразків у віці 14 діб 
Назва зразка Максимальне навантаження F, кН Максимальне напруження, мПа Клас бетону 
C 25/30 
Куб Вапно 652.5 29 
С 20/25 
Куб Земля 562.5 25 
С 8/10 
Куб Глина 225.0 10 
 
 
 
Визначення класу бетону проводилось по таблиці 4.7 в ДСТУ Б В.2.7-176:2008 
 
65 
 
 
 
 
Виcнoвки дo poздiлу 3 
1. В результаті аналізу експериментальних досліджень, проведених в 
природних умовах на будівельних майданчиках, встановлено реальну природу 
роботи розвантажувальних паль.  
2. В результаті аналізу експериментальних досліджень роботи армованих 
пальових фундаментних елементів встановлено зміну коефіцієнта жорсткості 
паль в глинистому ґрунті на різних стадіях навантаження і розвантаження з 
точністю до 13% в порівнянні з аналітичним методом.  
3. Аналіз результатів дозволив встановити, що розроблений метод оцінки 
ефективності паль дозволяє визначити величину залишкового переміщення 
паль під час розвантаження, ступінь розбіжності між експериментальними та 
теоретичними даними становить 8%. На основі експериментальних досліджень 
було визначено оптимальну швидкість навантаження розколювача та величину 
ступенів тиску на додаткову армуючу пластину з фізико-механічних 
характеристик ґрунту фундаменту.  
4. При визначенні ступеня збільшення навантаження на фундамент слід 
використовувати існуючу методику [9] проведення штампувальних 
випробувань ґрунтів. 
5. З дослідження зразків бетону з використанням ґрунтових наповнювачів 
випливає, що використання вапна є найміцнішим серед обраних матеріалів як 
наповнювач, а використання глини є неефективним через її питому поверхню, 
яка поглинає багато води, що згодом призводить до утворення великої кількості 
пор після висихання та крихкої структури. 
 
 
 
 
66 
 
POЗДIЛ 4.  ПIДВИЩЕННЯ НЕCУЧOЇ ЗДAТНOCТI ПAЛЬOВИХ 
ФУНДAМЕНТIВ В УМOВAХ НOВOГO БУДIВНИЦТВA 
 
4.1  Aнaлiз лaбopaтopних мoдельних дocлiджень кoмбiнoвaних пaль 
 
Одним із способів підвищення ефективності забивних паль є їх 
будівництво з використанням розширюваних елементів [13]. При встановленні 
таких паль під час розширення елементів навколо ствола палі створюється 
ущільнена зона, в межах якої збільшується міцність ґрунту і зменшується його 
деформованість. Палі, виготовлені в свердловинах методом ущільнення, мають 
вищу несучу здатність, ніж палі, сформовані в свердловинах традиційними 
методами буріння з виїмкою ґрунту [1]. Збільшення несучої здатності паль 
пояснюється поліпшенням структурних властивостей ґрунту в результаті його 
ущільнення в кільцевій зоні навколо свердловини.  
У даній роботі проведено модельні дослідження комбінованих паль, 
конструкція і технологія яких розроблені на кафедрі БГГД Вінницького 
національного технічного університету.  
Відомий композитний палі включає стрижень, виготовлений з 
вертикальних елементів, кожен з яких має жолобоподібні виїмки та виступи з 
похилими краями на одній зі своїх сторін, які чергуються, де конфігурація 
виїмок елементів відповідає конфігурації виступів, а верхні частини елементів 
скріплені між собою. 
Недоліком цієї палі є підвищене енергоспоживання при забиванні через 
необхідність подолання сил тертя між похилими поверхнями виїмок і виступів.  
Найближчим [13] за технічною суттю та досягненням результату є паля, 
що включає вал, виготовлений з вертикальних елементів з виїмками на 
протилежних краях, причому виїмки виконані з криволінійною поверхнею, а 
вал оснащений роликовими елементами, розташованими у відповідних отворах 
і мають діаметр не менше діаметра кола, вписаного в отвір. 
67 
 
До недоліків цього технічного рішення належать низька несуча здатність, 
оскільки паля передає навантаження переважно через одну бічну поверхню, та 
низька надійність через можливість подальшого переміщення елементів під час 
експлуатації конструкції.  
В ocнoву кopиcнoї мoделi [13] пocтaвленo зaдaчу cтвopення пaлi, в якiй зa 
Зміна конструкції збільшує несучу здатність і надійність.  
Завдання досягається тим, що паля включає в себе вал, виготовлений з 
вертикальних елементів з виїмками на протилежних краях і роликовими 
елементами, де виїмки виконані з вигнутою поверхнею, роликові елементи 
можуть мати різний діаметр, а простір, що утворюється при роз'єднанні 
вертикальних елементів, заповнюється бетоном.  
На рис. 4.1 показано палю до розділення елементів, на рис. 4.2 показано 
палю в зануреному стані, а на рис. 4.3 показано палю в зануреному стані для 
використання в якості якоря.  
Паля включає в себе шахту, виготовлену з вертикальних елементів 1 і 2 з 
виїмками 3 на протилежних краях, роликові елементи 4, які можуть мати різний 
діаметр. Виїмки 3 мають криволінійну поверхню, а простір 6 між елементами 1 
і 2 заповнений бетоном.  
Перед установкою палі [13] у свердловину 5 вертикальні елементи 1 і 2 
вирівнюються за допомогою виїмок 3 таким чином, щоб верхній кінець одного 
вертикального елемента 2 знаходився над іншим, а в виїмках встановлюються 
котячі елементи 4. З'єднані вертикальні елементи 1 і 2 разом із встановленими 
котильними елементами 4 з'єднуються на час занурення в свердловину за 
допомогою легко роз'ємних затискачів.  
Запропонований палю будують наступним чином. Палю зі зібраними 
вертикальними елементами 1 і 2 та встановленими ковзними елементами 4 
забивають у заздалегідь підготовлену свердловину 5. Потім забивають 
вертикальний елемент 2, що призводить до розділення вертикальних елементів 
1 і 2 з ущільненням ґрунту стінок свердловини 5 уздовж бічної поверхні палі. 
Під час роз'єднання простір 6, що утворився між вертикальними елементами, 
68 
 
заповнюється бетоном, який ущільнюється під час забивання вертикального 
елемента 2.  
При використанні паль [13] для поглинання стискаючих навантажень 
(рис. 4.2) котильні елементи 4 встановлюються в свердловину перед 
установкою елементів, при цьому нижня частина палі має менший діаметр, ніж 
верхня частина. Після розведення елементів палі під час установки, завдяки 
різним діаметрам котячих елементів, паля набуває форми клина з меншими 
розмірами в нижній частині і більшими розмірами на рівні поверхні ґрунту. 
При цьому бічна поверхня палі краще взаємодіє з ґрунтом стінок свердловини 
завдяки появі вертикального опору ґрунту. 
Збільшення несучої здатності також є результатом збільшення, порівняно 
з прототипом, площі бічної поверхні, площі опори нижнього кінця палі за 
рахунок бетонного заповнення простору між вертикальними елементами та 
взаємодії з ґрунтом у нижній частині вертикального елемента 2. 
При використанні паль як анкерів (рис. 4.3) у верхній частині палі 
встановлюється котячий елемент 4 меншого діаметра.  
Надійність роботи підвищується за рахунок фіксації елементів палі в 
робочому положенні за допомогою бетону. 
69 
 
 
Pиcунoк 4.1 – Кoнcтpукцiя пaлi в пpoцеci зaнуpення в cвеpдлoвину 
 
Pиcунoк 4.2 – Кoнcтpукцiя пaлi в зaнуpенoму cтaнi 
70 
 
 
 
Pиcунoк 4.3 – Кoнcтpукцiя пaлi в якocтi aнкеpнoї 
 
Програма модельних експериментальних робіт [13] передбачала: 
1. Дослідження опору вертикальному навантаженню еталонного палі – 
палі з постійним поперечним перерізом. 
2. Дослідження технології встановлення комбінованих паль зазначеної 
конструкції.  
3. Дослідження горизонтальних деформацій ґрунтової маси навколо 
пальового елемента, що поширюються під час його виготовлення в ґрунті 
залежно від розміру клинового елемента. 
4. Дослідження залежності «навантаження-осідання» моделей. 
Модельні експерименти проводилися на маломасштабних (масштаб 1:10) 
елементах у лабораторії механіки ґрунтів кафедри будівництва, міського 
господарства та архітектури Вінницького національного технічного 
університету. 
71 
 
Фізичне моделювання пальових фундаментів [13] на маломасштабних 
моделях є найбільш доступним і, як показує досвід, дозволяє отримати досить 
надійну якісну картину поведінки пальових фундаментів під навантаженням. 
Його перевагою є можливість багаторазового повторення та широкого 
варіювання розмірів і розміщення паль.  
Дослідження [13] на комбінованих пальових моделях проводилися в 
металевій ґрунтовій ванні розмірами 1800 мм × 1000 мм і глибиною 1200 мм. В 
якості ґрунту планувалося використовувати середньозернистий пісок.  
У таблиці 4.1 наведено характеристики піску, який використовувався для 
дослідження. 
 
Тaблиця 4.1 – Фiзикo-мехaнiчнi хapaктеpиcтики ґpунту в лoтку 
Нaзвa хapaктеpиcтики Пicoк cеpедньoї щiльнocтi 
3
Щiльнicть, г/cм  1,73 
Вoлoгicть 0,06 
Кут внутpiшньoгo теpтя, ° 36 
Питoме зчеплення, кПa 2 
Мoдуль дефopмaцiї, МПa 32 
 
Щільність піщаної основи планується контролювати вагою за допомогою 
методу «різального кільця» відповідно до вимог [14]. Вміст вологи буде 
визначатися шляхом сушіння до постійної ваги, також відповідно до [14].  
На початку експерименту пісок виймали з лотка, а потім укладали 
шарами, висота яких не перевищувала 15 см. Кожен шар ущільнювали 
трамбувальним інструментом до заданої щільності.  
В якості моделей паль використовували дерев'яні елементи циліндричної 
форми d=50 мм. Для порівняння використовували суцільну палю та палю, що 
складалася з двох елементів довжиною 500 мм.  
Отвори для забивання паль [13] розташовувалися вздовж осі з опорною 
балкою. Палі забивалися, а для прикладання сили до палі використовувався 
домкрат, яка визначалася за допомогою стандартного динамометра. 
 
72 
 
 
Pиcунoк 4.5 – Випpoбувaння мoделi пaлi 
 
Pиcунoк 4.6 – Гpaфiк зaлежнocтi нaвaнтaження-ociдaння пpи piзних дiaметpaх 
пaлi: 1 – дiaметp пaлi 50 мм; 2 – дiaметp пaлi 65 мм; 3 - дiaметp пaлi 70 мм 
 
Нaвaнтaження нaдaвaлocь дo тих пiр пoки пaля не дocягaлa тoчки 
ociдaння 50мм.  
Нa кpивiй №1 [13] зaлежнicть ociдaння-нaвaнтaження пaлi пpи дiaметpi 
50м. Нa кpивiй №2 зaлежнicть ociдaння-нaвaнтaження пaлi пicля poзcуву її 
73 
 
елементiв дo дiaметpa poзмipaми в пеpеpiзi 65*50 мм, пicля чoгo нa пaлю тaкoж 
нaдaвaлocь зуcилля дo piвня ociдaння 50мм.  
Нa кpивiй №3 - зaлежнicть ociдaння-нaвaнтaження пaлi пicля poзcуву її 
елементiв дo дiaметpa poзмipaми в пеpеpiзi 70*50 мм, пicля чoгo нa пaлю тaкoж 
нaдaвaлocь зуcилля дo piвня ociдaння 50мм. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
4.2 Удocкoнaлення cпocoбу влaштувaння пaльoвих фундaментiв 
 
4.2.1 Технoлoгiї влaштувaння пaльoвих фундaментiв 
 
На тлі розвитку багатоповерхового та висотного житлового будівництва 
на фундаментах, представлених слабкими ґрунтами, особливого значення 
набуло використання пальових технологій [13], які при досягненні щільних 
ґрунтів дозволяють створювати надійні конструкції з високою несучою 
здатністю та мінімальною нерівномірною осіданням.  
Розглянемо дві технології пальового фундаменту [13], які широко 
використовуються в даний час: забивання готових заводських залізобетонних 
паль і установка бурових паль в грунт на будівельному майданчику.  
Використання заводських призматичних паль, циліндричних 
порожнистих паль-оболонок, що забиваються пресуванням, вібрацією або 
74 
 
ударом, може бути раціональним при застосуванні певних технологічних 
прийомів і конструктивних рішень, таких як:  
- створення прохідних отворів шляхом зворотного розпушування ґрунту 
шнеком без виїмки. Ця технологічна техніка дозволяє значно зменшити опір 
ґрунту проникненню, при цьому несуча здатність палі зменшується на 10-15%; 
розпушування ґрунту шнековим транспортером при роботі поблизу близько 
розташованих будівель і споруд надійно забезпечує їх цілісність;  
- висока якість матеріалу (марка бетону) паль забезпечується гарантією 
виробника.;  
- Використання складених паль збільшеної довжини забезпечує легкість 
транспортування їх невеликих секцій до місця роботи..  
Зварний наконечник палі забезпечує рівномірну міцність поперечного 
перерізу ствола палі під статичними та динамічними навантаженнями; контроль 
статичної сили стиснення дозволяє визначити несучу здатність палі на кінцевій 
стадії стиснення, що в деяких випадках дозволяє уникнути дорогих статичних 
випробувань; 
- енергоспоживання при забиванні паль методом пресування зменшується 
в 1,5-3,5 рази порівняно з ударними та вібраційними методами забивання паль; 
- використання гідравлічних копачів дозволяє встановлювати палі 
м'якими методами за рахунок регулювання висоти ударної частини і частоти 
ударів, а також використання додаткового статичного попереднього 
навантаження.  
У вітчизняній практиці фундаментобудування [13] в останні роки набули 
поширення забивні палі як універсальний і ефективний метод будівництва, що 
виключає динамічні впливи на сусідні будівлі і споруди.  
Найбільш поширеними є такі технології забивання паль.  
Бурові палі з вилученням ґрунту: 
- установка паль методом роторного буріння з промиванням і утриманням 
ствола свердловини глиняним розчином; 
75 
 
- безперервношнековий бур - свердловина будується за допомогою 
безперервношнекового (плоского) бура;  
- встановлення паль під захистом обсадних труб з видаленням ґрунту за 
допомогою шнеків або спеціальних бурових інструментів, прикріплених до 
кінця телескопічного стрижня; 
- технологія подвійного обертання. Свердловина буриться під захистом 
обсадної труби, що обертається, всередині якої порожнистий шнек обертається 
в протилежному напрямку.  
Технології встановлення паль без видалення ґрунту: 
- шляхом вкручування порожнистої обсадної труби з втраченим 
башмаком. У міру витягування труби порожнина, що утворилася в ґрунті, 
заповнюється бетоном;  
- шляхом вібрації обсадної труби з втраченим башмаком у ґрунт; 
- шляхом забивання порожнистої обсадної труби з втраченим башмаком і 
витягування її за допомогою вібратора; - шляхом вкручування порожнистої 
бурової труби, оснащеної еліптичним шнеком. При витягуванні порожнистої 
труби під тиском подається бетонна суміш, яка витісняє ґрунт із свердловини 
(ця технологія також називається «витісняючими палями»).  
Слід зазначити, що будь-який тип палі [13] з дефектами в бетонному 
стволі, спричиненими відхиленнями від технологічного режиму встановлення 
пальових фундаментів, належить до групи ризику через можливу недостатню 
несучу здатність як ґрунту основи, так і матеріалу палі. 
Проаналізувавши досвід встановлення пальових фундаментів [13], можна 
зробити висновок, що використання будь-якої технології становить небезпеку 
для навколишніх будівель, оскільки технологічні процеси, пов'язані з 
виконанням робіт, негативно впливають на сусідні будівлі та споруди, 
спричиняючи можливі пошкодження. 
Вибір технологій встановлення паль та пальових фундаментів повинен 
здійснюватися залежно від розташування будівельного майданчика відносно 
76 
 
навколишніх будівель та інженерно-геологічних характеристик ґрунту 
фундаменту. 
 
  
 
4.2.2 Технoлoгiї зaнуpення зaвoдcьких пaль 
 
Нормативні документи класифікують заводські палі, виготовлені за 
технологією занурення, на такі типи [15]:  
а) забиті в грунт без виїмки або в свинцеві колодязі за допомогою 
молотів, вібраційних забивних пристроїв, вібраційних, віброударних і 
віброущільнювальних пристроїв, а також залізобетонні пальові кожухи 
діаметром до 0,8 м, забиті вібраційними молотами без виїмки або з частковою 
виїмкою ґрунту і не заповнені бетонною сумішшю;  
б) залізобетонні пальові кожухи, забиті вібраційним обладнанням з 
розкопкою ґрунту і частково або повністю заповнені бетонною сумішшю.  
Крім того, забиті залізобетонні палі з площею поперечного перерізу до 
0,8 м включно і пальові кожухи діаметром 1 м і більше поділяються наступним 
чином:  
а) за способом армування - палі та пальові кожухи з непереднапруженим 
поздовжнім армуванням і переднапруженим армуванням стержневим або 
дротяним поздовжнім армуванням;  
б) за формою поперечного перерізу - на квадратні, прямокутні, т-подібні 
та подвійні т-подібні поперечні перерізи, квадратні з круглим отвором, 
порожнисті з круглим поперечним перерізом;  
в) за формою поздовжнього перерізу - призматичні, циліндричні та з 
похилими бічними краями (пірамідальні, трапецієподібні, ромбічні);  
г) за конструктивними особливостями - суцільні та складені палі 
(виготовлені з окремих секцій - ланок);  
77 
 
д) за конструкцією нижнього кінця - палі з загостреним або плоским 
нижнім кінцем і порожнисті палі із закритим або відкритим нижнім кінцем. 
  
Основним недоліком [13] ударного методу забивання паль є його 
динамічний вплив на навколишнє середовище: ґрунт, будівельні конструкції та 
споруди, людей. У зв'язку з цим до визначення технологічних параметрів 
забивання паль у міських умовах висуваються особливі умови.  
Для зменшення динамічного впливу ударів палі забиваються в 
попередньо пробурені свердловини. Так, встановлено, що при забиванні паль у 
попередньо пробурені свердловини за допомогою молотів амплітуда зміщення 
ґрунту зменшується: для піщаних ґрунтів у 1,7-2,0 рази, для глинистих ґрунтів у 
2,0-2,5 рази, при співвідношенні площі лідера до площі палі 0,5-0,7. При 
буровому розпушуванні ґрунту для зазначених площ амплітуда зміщення 
ґрунту зменшується: для піщаних ґрунтів у 1,5 раза, а для глинистих ґрунтів у 2 
рази [15]. Слід зазначити, що буріння також застосовується при наявності в 
ґрунті важкопрохідних шарів (гравій, щільний пісок, тверді глинисті ґрунти), 
які перешкоджають забиванню палі до проектної висоти. Провідні свердловини 
зазвичай розташовують на 5 см менше діагоналі поперечного перерізу 
зануреної палі. Глибина свердловин повинна бути нижче основи фундаменту 
існуючої будівлі або досягати основи щільного шару ґрунту, але не 
перевищувати 0,9 довжини палі в ґрунті. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
78 
 
4.2.3 Втиcкувaння 
 
Досвід експлуатації заводського обладнання для забивання паль [13] 
(UVS) продемонстрував його ефективність при роботі на відстані до 1,2 м від 
існуючих будівель і споруд (за умови, що палі забиваються в попередньо 
розпушений ґрунт); поблизу комунікацій; у слабких ґрунтах, як альтернатива 
буровим технологіям, коли існує ризик неприпустимої деформації ґрунту.  
До переваг технології забивання паль належать: 
а) гарантована заводська якість палі в грунті (що не можна сказати про 
буронабивні палі, де бетон укладається в грунт);  
б) на основі кінцевого зусилля вбивання можна передбачити несучу 
здатність палі в грунті без додаткових випробувань; 
в) порівняно з буровими технологіями, немає зимового підвищення цін і 
технологічних перерв для підігріву бетону; 
г) при роботі на рівні грунту можна додати палі на 5-6 м до проектної 
висоти без викопування котловану (для бурових технологій палі 
подовжуються).  
До недоліків технології забивання паль належать: 
а) при забиванні паль поруч з існуючими спорудами частина палі не може 
бути забита через громіздкість обладнання; 
б) наявність щільних ґрунтів може перешкоджати забиванню палі в 
несучий шар; 
в) порівняно з буровими палями, стандартні заводські палі мають 
обмеження за довжиною та розрахунковим навантаженням.  
 
 
 
 
 
 
79 
 
4.2.4 Технoлoгiї влaштувaння буpoнaбивних пaль 
 
Нормативні документи розрізняють такі технології встановлення бурових 
паль [15]: 
а) забивні бетонні та залізобетонні палі, що встановлюються в ґрунті 
будівельного майданчика шляхом укладання бетонної суміші в отвори, 
утворені в результаті примусового переміщення ґрунту; 
б) бурові залізобетонні палі, що встановлюються в ґрунті шляхом 
заповнення заздалегідь пробурених отворів бетонною сумішшю.  
Палі класифікуються за способом встановлення: 
а) встановлюються шляхом занурення інвентарних труб, нижній кінець 
яких закривається металевою заглушкою, що залишається в ґрунті, або 
бетонною заглушкою, з подальшим витяганням цих труб у міру заповнення 
свердловин бетонною сумішшю;  
б) віброутрамбовані, встановлені в свердловинах шляхом заповнення 
свердловин жорсткою бетонною сумішшю, яка ущільнюється вібраційним 
трамом у вигляді труби з загостреним нижнім кінцем;  
в) в утрамбованому ложі, влаштованому шляхом утрамбовування в ґрунт 
свердловин пірамідальної або конічної форми з подальшим заповненням 
бетонною сумішшю.  
Буронабивні палі [13] за способом виготовлення класифікуються 
наступним чином: 
а) суцільного перерізу з розширеннями або без них, бетоновані в 
свердловинах, пробурених з обсадними трубами або без них; 
б) порожнистого круглого перерізу, виготовлені за допомогою 
багатосекційного вібратора; 
в) з ущільненим дном, виготовлені шляхом утрамбовування щебеню на 
дні свердловини;  
80 
 
г) з камуфльованим каблуком, встановленим шляхом буріння свердловин 
з подальшим розширенням вибухом або за допомогою інвентарного 
розширювача з подальшим заповненням свердловин бетонною сумішшю;  
d) бурові діаметром 0,15 - 0,25 м, встановлені в пробурених свердловинах 
шляхом закачування в них дрібнозернистої бетонної суміші або цементно-
піщаного розчину, або бурові ін'єкції з ущільненням навколишнього ґрунту 
шляхом обробки свердловини за допомогою технології імпульсного розряду 
(палі PIT); 
e) цементування, яке здійснюється за допомогою порожнистого шнека.  
До недоліків цієї технології належать: 
а) можливе часткове ущільнення або розпушення стінок по всій довжині 
свердловини; 
б) складний контроль якості ствола палі (порушення цілісності бетонного 
ствола); 
в) труднощі при роботі в зимових умовах. 
 
 
4.2.5 Удocкoнaлений cпociб влaштувaння пaльoвoгo фундaменту 
 
У магістерській роботі пропонується вдосконалений метод будівництва 
фундаменту з регульованим армуванням для нового будівництва (рис. 4.7), 
який надалі будемо називати фундаментом з палями та балками [16]. Суть 
розробленого рішення щодо влаштування такого фундаменту реалізується за 
допомогою наступної технологічної послідовності.  
1. На початку робіт палі забиваються відповідно до розробленої проектної 
документації. Палі забиваються на проектну глибину. Технологія забивання 
може відрізнятися від традиційного забивання методом статичного пресування. 
2. Після забивання на верхніх поверхнях паль влаштовується 
вирівнювальний шар. Цей шар може бути виконаний з цементно-піщаного 
81 
 
розчину міцністю не менше 10 МПа для забезпечення необхідної міцності 
з'єднання.  
Товщина вирівнювального шару залежить від ступеня пошкодження та 
нерівності поверхні палі. Відразу після нанесення розчину на верхній кінець 
палі його вирівнюють, щоб забезпечити паралельність верхньої поверхні 
вирівнювального шару. Перевіряють висоту верхніх кінців паль.  
3. Наступний етап передбачає встановлення демпфуючої вставки. Цей 
елемент в конструкції пальового фундаменту виготовлений з еластичного 
матеріалу, призначеного для забезпечення двоступеневого навантаження 
пальового фундаменту і передачі тиску на грунт під основою споруди. 
 
Pиcунoк 4.7 –  Poзpoблений фундaмент пaлi:  
1 - пaлi; 2 - pocтвеpк; 3 - виpiвнюючий шap; 4 - демпфуючa вcтaвкa;  
5 - зaпoбiжний кoжух; 6 - гpунтoвa ocнoвa pocтвеpку 
 
4. На верхній частині демпфуючої вставки встановлюється захисний 
кожух, який забезпечує безперешкодне стискання вставки у вертикальній 
площині, а також утримує вставку на палях під час монтажу та захищає її від 
механічних пошкоджень. Таким чином, захисний кожух сприяє конструктивній 
роботі демпфуючих вставок та надійній активації системи утримання.  
82 
 
5. Після остаточного монтажу всіх елементів у проектному положенні 
проводяться роботи з укріплення паль і укладання бетонної суміші. З цього 
моменту пальовий фундамент починає працювати за двоступеневою схемою.  
Спочатку (на першому етапі робіт) [16] відбувається невелике осідання 
палі, викликане стисненням демпфуючих вставок і ґрунту основи під впливом 
маси свіжоукладеного бетону. Під час подальшого будівництва надземної 
частини будівлі навантаження на фундамент поступово збільшується. Під дією 
додаткового навантаження під основою виникають напруження, ґрунт 
фундаменту поступово осідає, а вертикальні деформації демпферних вставок 
збільшуються. У цьому випадку фундамент працює як фундамент на природній 
основі.  
      У певний момент навантаження призводить до максимально можливої 
деформації демпфуючої вставки, тобто з'єднання між стрижнем і штифтом 
блокується. Після того, як всі деформації реалізовані, матеріал вставки стає 
практично нестисливим. Починається другий етап роботи фундаменту, тобто 
передача основних вертикальних сил на грунт через палі. Це призводить до 
значного зменшення вертикального осідання, оскільки після закриття з'єднання 
між пальовою шапкою і палею фундамент починає функціонувати як 
звичайний фундамент. Двоступенева робота пальового фундаменту забезпечує 
передачу тиску на грунт під фундаментом.  
Запропонований метод [16] дозволяє збільшити несучу здатність пальових 
фундаментів у новому будівництві за рахунок включення пальової шапки в 
двоступеневу роботу, що забезпечується захисною демпфуючою вставкою між 
пальою та арматурою. Розроблений метод в основному призначений для 
пальових буш-фундаментів, які виготовляються з використанням 
залізобетонних паль з шарнірним з'єднанням між пальою та арматурою і 
працюють під центральними стискаючими навантаженнями. 
 
 
83 
 
4.3 Теopетичний aнaлiз poбoти пaльoвoгo фундaменту cпiльнo з pocтвеpкoм нa 
гpунтoвiй ocнoвi 
 
Наявність демпфуючої вставки відрізняє запропоновану конструкцію від 
традиційної не тільки за конструктивними та технологічними особливостями, 
але, що найважливіше, з точки зору функціонування такого фундаменту, тобто 
його здатності перерозподіляти навантаження та регулювати деформації [9]. З 
урахуванням наявності вставки між пальою та арматурою пальовий фундамент 
стає системою, що включає пальову шапку, яка спочатку функціонує як 
фундамент на природній основі, демпферну вставку та палю. Нижче наведено 
основні параметри конструктивних елементів системи «пальова шапка + 
демпферна вставка + паля».  
Пальова шапка. Конструктивні особливості пальових шапок [9] для пальових 
фундаментів (виготовлених з монолітного залізобетону) дозволяють ігнорувати 
прогини залізобетонної конструкції пальової шапки від стиснення і згину при 
визначенні загальних деформацій системи. Поведінка ґрунту під фундаментом 
характеризується (на основі експериментальних і теоретичних досліджень) 
графіком «σ_g-∆_g», який відображає взаємозв'язок між напруженнями і 
осіданнями. 
Розрахунковий опір ґрунту під підошвою взуття визначається відповідно 
до вимог [9]:  
Пала. Результати розрахунків осідання паль та аналізу чисельних даних 
статичних випробувань природних паль дозволяють припустити, що осідання 
паль залежить від осьових навантажень на стиск. . 
Як відомо, забивні палі працюють за рахунок наявності сил тертя на 
бічній поверхні та сил опору під нижнім кінцем. Відповідно, максимально 
допустиме розрахункове навантаження на палю складається з двох основних 
складових: несучої здатності ґрунту на бічній поверхні Ncв,гp і під нижнім 
кінцем палі Ncв,остр. Співвідношення цих складових можна визначити 
декількома способами: 
84 
 
- теоретично, за допомогою формул і таблиць [9] залежно від фізичних і 
механічних характеристик ґрунту;  
- на основі результатів статистичної обробки результатів статичного 
зондування;  
- на основі даних статичних випробувань природних паль або еталонних 
паль, що піддаються навантаженню.  
Демпфуюча вставка. Для забезпечення надійної роботи матеріал 
демпфуючої вставки повинен мати відносно низький модуль пружності. Крім 
того, матеріал повинен бути здатний до майже повної деформації (більше 90% 
від загальної товщини). Порівнюючи характеристики пальового фундаменту з 
демпфуючою вставкою з характеристиками звичайного пальового фундаменту, 
можна визначити можливий характер деформації матеріалу демпфуючої 
вставки. Узaгaльнений гpaфiк дефopмувaння мaтеpiaлу демпфуючoї вcтaвки, 
неoбхiдний для poбoти cвaйнopocтвеpкoвoгo фундaменту. 
 
Розглянемо напружено-деформаційний стан [9] системи «покрівля + 
демпфуюча вставка + паля». Загалом ця система є статично невизначеною, і для 
її розв'язання потрібно чотири рівняння. На рис. 4.11 а показані сили, що 
виникають на елементах фундаменту від осьової центрально прикладеної сили 
стиснення Ni. Проекція сил на вертикальну вісь дозволяє отримати перше 
рівняння рівноваги на i-му кроці навантаження. 
85 
 
 
Pиcунoк 4.11 – Cхемa: a) зуcиль в елементaх фундaменту; б) дефopмaцiй i 
пеpемiщень oкpемих елементiв; в) cпiльних дефopмaцiй 
 
Ступінь збільшення несучої здатності фундаменту залежить від 
розрахункової опору ґрунту в основі фундаменту [9]. Чим вищі фізичні та 
механічні характеристики ґрунту фундаменту, тим більшим є навантаження, 
яке може бути передане на основу за рахунок забезпечення гарантованого 
контакту з основою фундаменту завдяки наявності демпфуючої вставки. 
 
Виcнoвки дo poздiлу 4 
 
1. Розроблено вдосконалений метод будівництва пальових фундаментів 
для нових будівель, який дозволяє збільшити несучу здатність фундаментів за 
рахунок передачі тиску на грунт основи через опорну плиту за допомогою 
захищених демпфуючих елементів .  
2. Розглянуто параметри напружено-деформаційного стану фундаменту 
на буронабивних палях з урахуванням наявності демпфуючої вставки.  
3. Чисельні експерименти показують, що при використанні демпфуючих 
вставок несуча здатність пальового фундаменту в глинистому ґрунті 
86 
 
збільшується на 30% порівняно з пальовими фундаментами, що працюють без 
демпфуючих вставок.  
 
 
 
 
 
 
POЗДIЛ 5.  ЕКOНOМIЧНA ДOЦIЛЬНICТЬ ПPИЙНЯТИХ PIШЕНЬ 
 
5.1 Пopiвняння технiкo-екoнoмiчних пoкaзникiв poзpoбленoї 
технoлoгiї з icнуючими технoлoгiями 
 
Перевага розробленого методу зміцнення пальово-балкового фундаменту 
може бути продемонстрована в порівнянні зі зміцненням аналогічного 
фундаменту за допомогою термічного методу. Наприклад, було взято 4-
пальовий фундаментний буш з палями C60.30. 
Розрахунок варіантів зміцнення пальових фундаментів будівель на 
глинистих ґрунтах проводився на 1 м2 зміцненої площі фундаменту. 
Термічний метод [17] використовується для ущільнення мулових і 
суглинних ґрунтів. Основою методу є підвищення міцності зв'язків за 
допомогою високих температур (спекання) шляхом спалювання горючих 
матеріалів у свердловинах. Приклади: сонячна олія, мазут, природний газ. 
Свердловини повинні мати діаметр до 20 см і глибину від 6 до 15 метрів. 
Недоліком цього методу є його висока вартість. Діаметр ущільненого ґрунту 
становитиме близько трьох метрів. 
Вapтicть теpмiчнoгo cпocoбу зaкpiплення гpунту  нa 1 м2 зміцненої площі 
фундаменту кoштує 1523,75*1*6=9142,5 гpн згiднo з [18]. 
3
Вapтicть цементaцiї гpунту  нa 1м  кoштує 1450*1*6=8700 гpн. 
87 
 
Для порівняння вартість матеріалів і робіт по зміцненню даного 
фундаменту була розрахована з урахуванням вартості армування, розробленого 
в рамках проектних робіт. розробленого в рамках магістерської дипломної 
роботи. Слід зазначити, що окремі кошториси для розрахунку вартості 
зміцнення фундаментів шляхом введення морозозахисного бар'єру не 
розроблялися. Тому при розрахунку витрат використовувалися ціни, які 
найбільш відповідають виконуваним технологічним операціям. 
 Ocнoвнi вapтicнi пoкaзники нaведенi в тaблицi 5.1. 
 
Тaблиця 5.1 – Вapтicть пiдcилення кущoвoгo пaльoвoгo фундaменту 
 
Вapтicть, тиc. гpн. 
Нaзвa мaтеpiaлу 
мaтеpiaлу poбiт 
Poзpoбкa гpунту вpучну - 0,32 
Бетoн клacу мiцнocтi В7 нa пpиcтpiй пiдгoтoвки 0,16 0,12 
Вaжкий бетoн клacу В20 для пiдcилюючoгo pocтвеpку 0,515 0,43 
Apмaтуpa пiдcилюючoгo pocтвеpку 0,36 0,335 
Пpoкaтнa cтaль нa пpиcтpiй cтiйoк i гвинтoвих дoмкpaтiв 0,83 0,61 
Apмaтуpнa ciткa для oмoнoлiчувaння елементiв 
0,14 0,125 
пiдcилення 
Poзчин цементнo-пiщaний М200 для oмoнoлiчувaння 0,06 0,04 
Paзoм 2,065 1,98 
 
Слідувано, вapтicть пiдcилення кущoвoгo пaльoвoгo фундaменту 
cтaнoвить 8090 гpн., щo нa 13,01% (1052.50 грн.) дешевше вiд вapтocтi 
змiцнення гpунту теpмiчним cпocoбoм тa нa 7,01% (567.10 грн.) вiд вapтocтi 
змiчнення гpунту cпocoбoм цементaцiї. Цiни poбiт взятi згiднo з [19]. 
 
 
Виcнoвки дo 5 poздiлу 
 
88 
 
1.Poзpaхункaми визнaченo, щo cумapнi витpaти нa викoнaння пiдcилення 
кущoвoгo пaльoвoгo фундaменту зaпpoпoнoвaним cпocoбoм нa 13,01% (1052.50 
3
грн.) тa 7,01% (567.10 грн.) нa 1м  нижче, нiж пpи викopиcтaннi iнших метoдiв. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
ЗAГAЛЬНI ВИCНOВКИ 
 
1. Удосконалено метод зміцнення пальових фундаментів будівель, що 
реконструюються, який забезпечує регульоване перенесення тиску на грунтову 
основу шляхом включення додаткової монолітної залізобетонної плити під 
Метод призначений для зміцнення пальових фундаментів на глинистих ґрунтах 
і забезпечує підвищення несучої здатності до 45%.  
2. На основі теоретичних досліджень елементів системи «низький 
фундамент - пальовий фундамент - ґрунтове підґрунтя» отримано аналітичні 
залежності та параметри напружено-деформованого стану, що характеризують 
роботу армованого пальового фундаменту в глинистих ґрунтах на всіх етапах 
армування. 
3. В результаті аналізу експериментальних досліджень роботи армованих 
елементів пальового фундаменту встановлено зміну коефіцієнта жорсткості 
паль у глинистому ґрунті на різних стадіях навантаження і розвантаження з 
точністю до 13%. Підтверджено, що розроблений метод оцінки роботи паль 
дозволяє визначити величину залишкового переміщення паль при 
89 
 
розвантаженні, ступінь розбіжності між експериментальними і теоретичними 
даними становить 8%. На основі аналізу експериментальних досліджень було 
визначено оптимальну швидкість навантаження розколювачів та величину 
рівнів тиску на додаткову армуючу пластину з урахуванням фізико-механічних 
характеристик ґрунту фундаменту. 
4. Розроблено метод будівництва пальових фундаментів для будівель в 
умовах нового будівництва, який дозволяє збільшити їх несучу здатність за 
рахунок регульованої передачі тиску на грунт під основою під фундаментом 
через демпфуючі елементи. Встановлено систему допустимих рівнянь і 
алгоритм розрахунку, що дозволяє проектувати пальовий фундамент з 
демпфуючими вставками. Чисельно реалізовано кінцево-елементну модель 
запропонованого пальового фундаменту, встановлено підвищення несучої 
здатності на 30 % при установці в глинистих ґрунтах.  
Подальші дослідження за темою магістерської роботи планується 
проводити в напрямку розширення сфери застосування розроблених рішень, 
вдосконалення методів розрахунку та впровадження технічних рішень у 
практику будівництва та реконструкції будівель. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
90 
 
СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ 
1. Механіка ґрунтів. Основи та фундаменти: Підручник / В.Б. Швець, І.П. 
Бойко, Ю.Л. Винников, М.Л. Зоценко, О.О. Петраков, О.В. Солодянкін, В.Г. 
Шаповал, О.М. Шашенко, С.В. Біда. – Дніпропетровськ: «Пороги», 2014. – 
231 с. 
2. ДБН В.2.1-10-2009. Основи та фундаменти споруд. – К.: Мінрегіонбуд 
України, 2009. – 104 с. 
3. Мангушев, Р.А. Современные свайные технологии: учебн. пособие / Р.А. 
Мангушев, А.В. Ершов, А.И. Осокин. – М.: АСВ, 2010. – 240 с. 
4. http://inmad.vntu.edu.ua/portal/static/FE8E58E6-0086-467B-9192-7BA15FC696FC.pdf 
5. ДБН В.2.1-10-2009. Зміна №1. Основи та фундаменти споруд. Основні 
положення проектування. – К.: Мінрегіонбуд України, 2011, 57 с. 
6. ДБН В.2.1-10:2018 Основи і фундаменти будівель та споруд. Основні 
положення. 
7. ДБН В.2.6-98:2009. Бетонні та залізобетонні конструкції. 
8. Болдырев, Г. Г. Методы определения механических свойств грунтов. 
Состояние вопроса / Г. Г. Болдырев. - Пенза: ПГУАС, 2008. - 696 с. 
9. ДСТУ Б В.2.1-1-95 Основания и фундаменты зданий и сооружений. Грунты. 
Метод полевых испытаний сваями  
10. Планирование и организация измерительного эксперимента / Е.Т. 
Володарский, Б.Н. Малиновский, Ю.М. Туз. - К.: Вища шк. Головное изд-во, 
1987.-280 с. 
11. Григорян А. А. Свайные фундаменты зданий и сооружений на просадочных 
грунтах. - М.: Стройиздат. - 1984. - 162 с. 
12. ДСТУ-Н Б В.1.2-18:2016 Руководство по обследованию зданий и 
сооружений для определения и оценки их технического состояния 
13. http://inmad.vntu.edu.ua/portal/static/4838D3E3-6FE2-4ED0-B3FE-D064F4BC11F8.pdf 
14. ДБН В.1.2-2:2006 «Система забезпечення надійності та безпеки будівельних 
об’єктів. Навантаження і впливи. Норми проектування». ЗМІНА № 1 
91 
 
15. ДСТУ Б А.3.2-13:2011 Система стандартов безопасности труда. 
Строительство. Электробезопасность. Общие требования 
16. Патент RU №131389. Свайно-ростверковый фундамент с регулируемой 
работой ростверка на грунтовом основании / Тишков Е. В., Ивасюк И. М., 
Пономаренко Ю. Е., Роскошный С. С. // Бюллетень изобретений №23. - 2013. 
17. ДСТУ БВ . 2.7-224:2009 Будівельні матеріали . Бетони . Правила контроля 
міцності .- К ., Мінрегіонбуд України , 2010. 
 
18. ДСТУ БВ . 2.7-214:2009 Бетони . Методи визначення міцності за контро - 
льними зразками .- К ., Мінрегіонбуд України , 2010 
 
19. ДСТУ БВ . 2.7-223:2009 Бетони . Методи контролю міцності за зразками , 
відібраними з конструкцій . К ., Мінрегіонбуд України , 2010. 
 
20. ДСТУ БВ . 2.7-217:2009 Методи визначення призмової міцності , модуля 
пружності і коефіцієнта Пуассона . К ., Мінрегіонбуд України , 2010. 
 
21. ДСТУ БВ . 2.6-156:2010 « Бетонні та залізобетонні конструкції з важкого 
бетону ». Правила проектування . К ., Мінрегіонбуд 2011. 
 
22. ДБН В . 2.6-98:2009 « Бетонні та залізобетонні конструкції ». Основні по - 
ложення . К ., Мінрегіонбуд 2011. 
 
23. ДСТУ БВ . 2.7-214:2009 Бетони . Методи визначення міцності за 
контрольними зразками. 
 
24. ДСТУ Б В.2.7-224:2009 Бетони. Правила контролю міцності. 
 
25. Добавки для бетонів. Методи визначення ефективності. ДСТУ Б В.2.7-69- 
98. – [чинний від 1999-01-01]. –К.: Держбуд України, 1999. – 38 с. – 
(Національний стандарт України). 
26. https://pp-budpostach.com.ua/a212234-metodi-zakriplennya-gruntu.html 
27. http://omastere.com.ua/price/zakreplenie_gruntov/ 
28. https://zakon.rada.gov.ua/laws/main/va008400-87
ChSTU repository

ChSTU repository preserves and enables easy and open access to all types of digital content including text, images, moving images, mpegs and data sets
