Определение расчетного сопротивления грунта
Лекция 7 (продолжение)
В некоторых случаях возможно проникновение подземной воды вместе с грунтом в неисправные канализационные коллекторы, причем иногда со значительным напором, в результате чего образуется воронка выноса, в пределах которой грунт получает значительные перемещения. Этому явлению особенно подвержены плывунные грунты, поэтому при возведении зданий и сооружений на грунтах подобного типа вблизи напорных трубопроводов и глубоких коллекторов необходимо располагать фундаменты за пределами возможной воронки выноса и размыва грунта.
Кроме того, возможно ослабление оснований подземными и котлованными выработками. Устройство фундаментов в условиях современной городской застройки осложняется из-за дополнительного ослабления грунтов в результате строительства линий метрополитена при туннельной проходке, сооружения канализационных коллекторов и других подземных выработок, что вызывает оседание грунта вместе с находящимися на его поверхности зданиями и сооружениями в пределах так называемой мульды оседания (рис. 6.5).
Рис.. Мульда проседания при подземной выработке
При разработке глубоких котлованов вблизи уже существующих зданий и сооружений, что часто бывает в условиях плотной городской застройки, необходимо исключить возможные горизонтальные смещения и подвижки грунтов оснований вместе с ранее построенными зданиями, что достигается с помощью специального крепления стенок траншей и котлованов.
|
|
|
4.Динамические воздействия на грунты оснований. В процессе эксплуатации зданий вибрация от промышленного или иного оборудования, находящегося внутри здания, может вызвать уплотнение песчаных или малосвязных пылевато-глинистых грунтов. Определенный уровень колебаний способен увеличить деформативность грунтов вследствие проявления процесса виброползучести. Особенно активизирует дополнительную осадку работа кузнечного прессового и штамповочного оборудования, движение транспорта, забивка шпунта, свай и выполнение других строительных работ, связанных с динамическими, в том числе и ударными нагрузками. Оказывают вредное влияние и разработка горных выработок взрывами и сейсмическая активность.
5.Активность геологических процессов. Развитие карстовых полостей оползней и землетрясений вызывает значительные неравномерные осадки, влекущие за собой в некоторых случаях полное разрушение сооружений. Прогнозирование геологических процессов осуществляется с помощью методов инженерной геологии и изложено в соответствующем курсе.
Перечисленные выше факторы усложняют задачу проектирования фундаментов зданий и сооружений при условии выполнения требования равномерности осадок.
|
|
|
Как правило, каждый из факторов обуславливает неравномерность осадок фундаментов. Эти неравномерности зависят от двух основных причин: неоднородного напряженного состояния грунтов основания рассматриваемого сооружения и неравномерной сжимаемости грунтов в основании под площадью загружения. При этом неравномерность податливости основания - неоднородность основания оценивается степенью изменчивости сжимаемости слагающих его грунтов.
Мероприятия по уменьшению деформаций оснований и влияния их на сооружения
Для обеспечения надежности зданий и сооружений и выполнения условий расчета по второй группе предельных состояний, в случае необходимости проводят специальные мероприятия, такие как:
- изменение размеров фундаментов в плане;
-изменение глубины их заложения (включая прорезку грунтов со специфическими свойствами);
- введения дополнительных связей, ограничивающих перемещения фундаментов, применения других типов фундаментов (например, свайных), изменения нагрузок на основание и т. д.
Кроме того ,следует рассмотреть необходимость применения:
|
|
|
а) мероприятий по предохранению грунтов основания от ухудшения их свойств;
б) мероприятий, направленных на преобразование строительных свойств грунтов;
в) конструктивных мероприятий, уменьшающих чувствительность сооружений к деформациям основания;
г) выравнивания сооружений или отдельных их частей: стационарным, а также временным специальным оборудованием или выбуриванием грунта из-под подошвы фундаментов, или регулируемым замачиванием;
д) фундаментов эффективных форм и конструкций (буробетонных, с промежуточной подготовкой, с анкерами, щелевых, в вытрамбованных котлованах, из забивных блоков и т. п.).
При проектировании следует также учитывать возможность регулирования усилий в конструкциях сооружения, возникающих при его взаимодействии с основанием, а также регулирования напряженно- деформированного состояния грунта основания.
К мероприятиям, предохраняющим грунты основания от ухудшения их строительных свойств, относятся:
а) водозащитные мероприятия на площадках, сложенных грунтами, чувствительными к изменению влажности. Сюда относится соответствующая компоновка генеральных планов, вертикальная планировка территории, обеспечивающая сток поверхностных вод, устройство дренажей, противофильтрационных завес и экранов, прокладка водопроводов в специальных каналах или размещение их на безопасных расстояниях от сооружений, контроль за возможными утечками воды и т. п.;
|
|
|
б) защита грунтов основания от химически активных жидкостей, способных привести к просадкам, набуханию, активизации карстовых явлений, повышению агрессивности подземных вод ит.п.;
в) ограничение источников внешних воздействий (например, вибраций);
г) мероприятия, осуществляемые в процессе строительства сооружений. К ним относятся: сохранение природной структуры и влажности грунтов, соблюдение технологии устройства оснований, фундаментов, подземных и наземных конструкций, не допускающей изменения принятой в проекте схемы и скорости передачи нагрузки на основание, особенно при наличии в основании медленно консолидирующихся грунтов и т. п.
Мероприятия по преобразованию строительных свойств грунтов основания т.е. устройство искусственных оснований, достигается:
а) уплотнением грунтов (трамбованием тяжелыми трамбовками, устройством грунтовых свай, вытрамбовыванием котлованов под фундаменты, предварительным замачиванием грунтов, использованием энергии взрыва, глубинным гвдровиброуплотнением, вибрационными машинами, катками и т. п.);
б) полной или частичной заменой в основании (в плане и по глубине) грунтов с неудовлетворительными свойствами подушками из песка, гравия, щебня и т. п,;
в) устройством насыпей (отсыпкой или гидронамывом);
г) закреплением грунтов (инъекционным, электрохимическим, буросмесительным, термическим и другими способами);
д) введением в грунт специальных добавок (например, засолением грунта или пропиткой его нефтепродуктами для ликвидации пучинистыхсвойств);
е) армированием грунта (введением специальных пленок, сеток и т. п.)
Конструктивные мероприятия, уменьшающие чувствительность сооружений к деформациям основания, включают в себя:
а) рациональную компоновку сооружения в плане и по высоте;
б) повышение прочности и пространственной жесткости сооружений, достигаемое усилением конструкций, особенно конструкций фувдаментно- подвальной части, в соответствии с результатами расчета сооружения во взаимодействии с основанием (введение дополнительных связей в каркасных конструкциях, устройство железобетонных или армокаменных поясов, разрезка сооружений на отсеки и т. п.);
в) увеличение податливости сооружений (если это позволяют технологические требования) за счет применения гибких или разрезных конструкций;
г) устройство приспособлений для выравнивания конструкций сооружения и рихтовки технологического оборудования.
К мероприятиям, позволяющим уменьшить усилия в конструкциях сооружения при взаимодействии его с основанием, относятся:
- размещение сооружения на площади застройки с учетом ее инженерно-геологического строения и возможных источников вредных влияний (линз слабых грунтов, старых горных выработок, карстовых полостей, внешних водоводов ит. п.);
- применение соответствующих конструкций фундаментов (фундаментов с малой боковой поверхностью на подрабатываемых территориях, при наличии в основании пучинистых грунтов и др.);
- засыпка пазух и устройство подушек под фундаментами из материалов, обладающих малым сцеплением и трением, применение специальных антифрикционных покрытий, отрывка временных компенсационных траншей для уменьшения усилий от горизонтальных деформаций оснований (например, в районах горных выработок);
- регулирование сроков замоноличивания стыков сборных и сборно- монолитных конструкций;
- обоснованная скорость и последовательность возведения отдельных частей сооружения;
- устройство разделительных стенок между существующими и возводимым сооружением.
В случаях, когда строительными мерами защиты и инженерной подготовки грунтов основания не исключаются деформации и крены сооружений, превышающие допустимые значения, основания следует проектировать с учетом мероприятий, снижающих осадки и крены, в том числе с применением выравнивания сооружения. При проектировании сооружений с учетом возможности их выравнивания с помощью домкратов, а также при выравнивании эксплуатируемых сооружений следует выполнять расчет конструкций на воздействие неравномерных деформаций основания в стадии выравнивания.
Регулирование напряженно-деформированного состояния грунта основания с целью уменьшения его деформируемости или повышения несущей способности может быть выполнено созданием принудительной деформации грунтов или приложением постоянно действующего давления в грунте следующими способами:
- нагнетанием в ограниченный объем грунта твердеющего раствора (компенсационное нагнетание);
- путем устройства в грунте пневматических конструкций, способных расширяться в грунте;
- обжатием грунта атмосферным давлением (вакуумирование) и др.;
- обжатием грунтов домкратами при выравнивании сооружений.
Расчет осадок оснований
Расчет по деформациям сводится к определению вероятных осадок фундаментов. Для достижения этой цели действующие нормы рекомендуют использовать метод послойного суммирования, согласно которому осадку основания определяют от вертикального дополнительного давления Ро, равного разности между средним давлением p и вертикальными напряжениями от собственного веса грунта 
zg0 на уровне центра подошвы фундамента. Сжимаемую толщу основания Hc ограничивают глубиной, на которой вертикальные напряжения от действия дополнительного давления не превышают 20% от напряжений σzg .
Сжимаемую толщу основания разбивают на элементарные слои, высота которых не должна превышать 0,4b, где b – ширина подошвы фундамента. Выполнение условия hi ≤ 0,4b обеспечивает требуемую точность расчета. Определяется осадка одного элементарного слоя грунта ,а суммирование осадок всех элементарных слоев даст полную осадку фундамента в пределах сжимаемой толщи
С помощью метода послойного суммирования можно определять осадку как центральной точки подошвы фундамента, так и любой точки в пределах или вне контура фундамента. Для этого используют метод угловых точек. Этот же метод позволяет учесть дополнительную осадку проектируемого фундамента от возможного влияния фундаментов рядом расположенных зданий.
Определение расчетного сопротивления грунта
При расчете деформаций системы «фундамент – основание» в качестве модели грунтового основания нормами рекомендуется применять схему линейно-деформируемого полупространства, среднее давление под подошвой фундамента р не должно превышать расчетного сопротивления грунта основания R.
Расчетное сопротивление грунта зависит от :
- коэффициента условий работы, принимаемые по таблице СП;
- коэффициента, принимаемого в зависимости от метода определения прочностные характеристики грунта (непосредственными испытаниями или приняты по таблицам СП);
Му, Mq, Мс – коэффициенты определяемые по таблицам СП в зависимости от угла внутреннего трения грунта;
- коэффициента, зависящего от ширины фундамента;
- ширины подошвы фундамента;
- осредненного расчетного значения удельного веса грунтов, залегающих ниже подошвы фундамента;
- то же, для грунтов, залегающих выше подошвы фундамента;
- расчетного значения удельного сцепления грунта, залегающего непосредственно под подошвой фундамента;
- глубины заложения фундаментов.
Лекция 8
2.Расчет оснований по несущей способности
Расчет оснований по несущей способности необходим для проверки обеспечения прочности и устойчивости оснований, а также недопущения сдвига фундамента по подошве и его опрокидывания.
Расчет оснований по несущей способности проводят исхода из условия ,что расчетная нагрузка на основание F, должна быть меньше или равна силе предельного сопротивления основания Fu , с учетом коэффициента условий работы, принимаемого в зависимости от грунтов основания и коэффициента надежности по ответственности, принимаемый в зависимости от геотехнических категорий сооружения.
При проверке несущей способности основания фундамента следует учитывать, что потеря устойчивости может происходить в следующем случае:
- плоский сдвиг по подошве;
-глубинный сдвиг;
- смешанный сдвиг (плоский сдвиг по части подошвы и глубинный сдвиг по поверхности, охватывающей оставшуюся часть подошвы).
Необходимо учитывать форму фундамента и характер его подошвы, наличие связей фундамента с другими элементами сооружения, напластование и свойства грунтов основания.
Проверку устойчивости основания отдельного фундамента следует проводить с учетом работы основания всего сооружения в целом.
Расчет оснований по несущей способности в общем случае следует выполнять методами теории предельного равновесия, основанными на поиске наиболее опасной поверхности скольжения и обеспечивающими равенство сдвигающих и удерживающих сил.
Возможные поверхности скольжения, отделяющие сдвигаемый массив грунта от неподвижного, могут быть приняты круглоцилиндрическими, ломаными, в виде логарифмической спирали и другой формы. Возможные поверхности скольжения могут полностью или частично совпадать с выраженными ослабленными поверхностями в грунтовом массиве или пересекать слои слабых грунтов; при их выборе необходимо учитывать ограничения на перемещения грунта, исходя из конструктивных особенностей сооружения. При расчете следует учитывать различные сочетания нагрузок, отвечающие как периоду строительства, так и периоду эксплуатации сооружения.
Особенности проектирования оснований при реконструкции сооружений
Проектирование оснований и фундаментов реконструируемых сооружений должно выполняться в соответствии с Техническим заданием, которое включает в себя сведения о целях реконструкции (надстройка существующего сооружения, пристройка к нему новой части, устройство подземной части, встройка - при поднятии вышерасположенных этажей и устройстве в них промежуточных помещений и т. п.), характеристику здания, уровень ответственности, нагрузки и другие данные, необходимые для проектирования.
Исходные данные также должны содержать результаты инженерно-геологических изысканий площадки строительства на момент реконструкции, включающие определение деформационно-прочностных характеристик грунтов, в том числе полученных по испытаниям образцов, отобранных из-под подошвы фундаментов, и данные технического обследования фундаментов и конструкций сооружения. При выполнении технического обследования особое внимание должно уделяться прочностным характеристикам материалов строительных конструкций, наличию в них признаков деформаций, трещин, повреждений и т. Д. По этим данным проверяют фактические и предполагаемые (в зависимости от целей реконструкции) давления на грунты основания под подошвой существующих фундаментов и устанавливают необходимость усиления основания.
В случае необходимости усиления выбирают способ усиления, при этом основание и конструкции фундаментов рассчитывают на нагрузки и воздействия, возникающие в период реконструкции сооружения и в процессе его дальнейшей эксплуатации.
При проектировании усиления оснований и фундаментов необходимо учитывать состояние конструкций подземной и наземной частей, а также особенности и последовательность производства работ по усилению оснований, фундаментов, подземной и наземной частей здания.
В проектах реконструируемых зданий должны приниматься такие решения по устройству или усилению оснований и фундаментов, при которых наиболее полно используются несущая способность существующих конструкций фундаментов и деформационно-прочностные характеристики грунтов.
Расчетное сопротивление грунта основания R реконструируемого сооружения, в т. ч. при его предполагаемой надстройке, вычисляют по известно формуле (5.7) .При усилении конструкции фундаментов монолитной железобетонной обоймой толщиной до 10 см площадь ее подошвы при расчете основания не учитывают. При толщине обоймы более 10 см ее площадь учитывается в расчете при условии, если она устраивается по предварительно втрамбованной в основание песчаногравийной смеси. Расчет оснований фундаментов по деформациям для реконструируемых сооружений проводят с учетом дополнительной осадки основания от совокупности техногенных воздействий, связанных с увеличением (снижением) нагрузки на основание, технологии и последовательности строительных работ. Эта дополнительная осадка не должна превышать соответствующее предельное значение дополнительной осадки основания фундамента (предельное значение совместной дополнительной деформации основания и сооружения), устанавливаемое при проектировании реконструкции в ‘ соответствии с категорией технического состояния сооружения . Предельные значения дополнительных деформаций основания реконструируемого сооружения, следует принимать в зависимости от конструктивной схемы и категории технического состояния.
Общая оценка взаимодействия сооружений и оснований
Оценка сооружений по жесткости и форме их деформаций.
Здания, сооружения и их отдельные элементы в зависимости от чувствительности к деформациям основания условно разделяют на три типа: гибкие, абсолютно жесткие и конечной жесткости.
Гибкие сооружения, передавая нагрузку на основание, беспрепятственно следуют за осадкой так, что дополнительные усилия в их конструкциях практически не возникают. Идеальным примером подобного сооружения является земляная насыпь. Будучи возведена даже на слабых грунтах, она способна неравномерно деформироваться вместе с ними без опасности разрушения. Для сохранения проектных отметок ей придают строительный подъем на величину ожидаемых осадок или досыпают по мере деформирования. К тому же типу сооружений относятся днища металлических резервуаров, эстакады и галереи с разрезными пролетными строениями и т. д.
Абсолютно жесткие сооружения, напротив, при деформациях основания не изгибаются, а дают осадку как единый массив, причем поверхность основания в границах подошвы сооружения остается плоской. К ним относятся дымовые трубы, массивные мостовые опоры, доменные печи и другие подобные сооружения, как правило, компактные в плане, установленные на массивном фундаменте.
При действии моментной нагрузки или в случае неравномерно деформирующихся оснований кроме осадки могут возникать крены сооружения. Контактные напряжения по подошве фундамента абсолютно жесткого сооружения существенно неоднородны. Однако для массивных фундаментов, имеющих большой запас прочности на изгиб, они обычно не опасны.
Подавляющее большинство зданий и сооружений обладает конечной жесткостью (рамные и неразрезные железобетонные конструкции, кирпичные, блочные и панельные дома и т. п.). Здесь уже неравномерные осадки основания сопровождаются искривлением сооружения, хотя жесткость сооружения до некоторой степени уменьшает неравномерность осадок. В результате в несущих конструкциях возникают дополнительные усилия, которые при неправильном проектировании могут привести к появлению трещин и даже разрушению элементов конструкций.
В некоторых случаях сооружения обладают незначительной жесткостью (невысокие одноэтажные здания с разрезными балками покрытия и др.), их можно считать практически гибкими. Если учесть характер развития неравномерных деформаций основания, жесткость зданий и сооружений, то можно выделить следующие формы деформаций и смещений:
1. Крен (наклон) рассматривается как разность абсолютных осадок двух точек фундаментов, отнесенных к расстоянию между ними . Крен отдельных фундаментов или сооружений в целом следует вычислять с учетом момента в уровне подошвы фундамента, влияния соседних фундаментов, нагрузок на прилегающие площади и неравномерной сжимаемости основания. При определении кренов фундаментов, кроме того необходимо учитывать заглубление фундамента, жесткость надфундаментной конструкции, а также возможность увеличения эксцентриситета нагрузки из- за наклона фундамента. Крен фундамента, возникающий в результате неравномерности сжимаемости основания, следует определять численными методами.
2. Перекос здания или сооружения– разность осадок двух или нескольких фундаментов, расположенных на одной поперечной или продольной оси, отнесенной к расстоянию между ними;
3. Относительный прогиб или выгиб здания или сооружения оценивается отношением стрелы прогиба (выгиба) к длине прогнувшейся части здания и кривизной изгибаемого участка;
4. Кручение представляет собой неодинаковый крен сооружений по его длине, особенно при развитии его в двух сечениях в разные стороны;
5. Горизонтальные смещения фундаментов возникают при передаче от конструкций значительных горизонтальных усилий (распорные конструкции).
Дата добавления: 2020-11-15; просмотров: 132; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!