Анализ проектируемого здания и сооружения.
Лекция 4
Проектирование оснований и фундаментов имеет определенную последовательность:
Оценка результатов инженерно-геологических, инженерно-геодезических и инженерно-гидрометеорологических изысканий для строительства.
Состав данных этих изысканий определяется соответствующими нормами и инструкциями и рассматривается в курсе инженерной геологии. От качества и полноты материалов изысканий во многом зависят надежность и экономичность принимаемых в проекте решений оснований и фундаментов. В общем случае результаты изысканий должны содержать сведения о местоположении территории строительства, ее климатических и сейсмических условиях, инженерно-геологическом строении и литологическом составе толщи грунтов, наблюдаемых неблагоприятных факторах (наличие просадочности грунтов, карста, оползневых процессов, горных выработок и т. п.). Данные представляются в виде инженерно-геологических колонок по отдельным выработкам (скважинам, шурфам и т. д.) и разрезов, построенных по этим выработкам, а также соответствующих текстовых материалов и таблиц. На инженерно-геологических документах обязательно приводятся места отбора проб для лабораторных определений характеристик физико-механических свойств грунтов, пункты проведения полевых опытов, включая статическое и динамическое зондирование. Количество выработок, назначаемых для изысканий, определяется сложностью инженерно-геологических условий площадки и чувствительностью проектируемого сооружения к неравномерным осадкам. Так, для инженерно-геологических условий III категории сложности минимальное число выработок в пределах контура сооружения составляет 3...5, а максимальное расстояние между ними – 20...30 м. Глубина выработок должна не менее чем на 1...2 м превышать нижнюю границу сжимаемой толщи основания, а в случае слабых грунтов полностью прорезать их толщу. Результаты изысканий должны содержать все необходимые данные о физико-механических свойствах грунтов основания, сведения о методах их определения, прогноз возможных изменений показателей этих свойств. В особо сложных инженерно-геологических условиях и для сооружений повышенной ответственности требуется проводить исследования грунтов по специальной программе.
|
|
|
Нормативные и расчетные значения характеристик грунтов
При проектировании оснований и фундаментов сооружений с помощью расчетов используются физико-механические характеристики грунтов, определяемые на основании данных инженерных изысканий участка строительства с учетом архивных материалов, для которых устанавливаются их нормативные и расчетные значения.
|
|
|
Необходимо учитывать, что физико-механические характеристики грунтов могут:
- обладать значительной статистической изменчивостью;
- зависеть от напряженно-деформированного состояния в массиве и его изменений;
- зависеть от скорости приложения нагрузок и воздействий, в т. ч., техногенных и природных;
- зависеть от способа определения характеристики (способа испытаний);
- зависеть от масштабного фактора, в том числе размеров испытуемых образцов грунта;
- изменяться во времени;
- изменяться в зависимости от температурно-климатических факторов.
В расчетах следует использовать расчетные значения характеристик грунтов, полученные в полевых или лабораторных условиях методом, наиболее соответствующим используемой расчетной модели.
Основными параметрами механических свойств грунтов, определяющими несущую способность оснований и их деформации, являются прочностные и деформационные характеристики грунтов (угол внутреннего трения, удельное сцепление, модуль деформации и коэффициент поперечной деформации грунтов, а также другие характеристики грунтов, определяемые по отдельным программам для нестандартных, в том числе, нелинейных методов расчета оснований). Допускается применять и другие параметры, характеризующие взаимодействие фундаментов с грунтом основания и установленные опытным путем (удельные силы пучения при промерзании, коэффициенты жесткости основания и пр.).
|
|
|
Для сооружений геотехнической категории 2 и 3 характеристики грунтов природного сложения, а также искусственного происхождения определяются на основе их непосредственных испытаний в полевых и лабораторных условиях с учетом возможного изменения влажности грунтов в процессе строительства и эксплуатации сооружений.
Наиболее достоверными методами определения деформационных характеристик дисперсных грунтов являются полевые испытания статическими нагрузками в шурфах или котлованах с помощью штампов площадью 2500-5000 см2, а также в скважинах или в массиве с помощью плоского штампа или винтовой лопасти-штампа или прессиометров.
Модули деформации Е песков и глинистых грунтов могут быть определены методом статического зондирования, а песков (кроме пылеватых водонасыщенных) - методом динамического зондирования.
В лабораторных условиях модули деформации глинистых грунтов могут быть определены в компрессионных приборах и приборах трехосного сжатия.
|
|
|
Для сооружений 3геотехнической категории значения Е по данным компрессионных и трехосных испытаний для каждого инженерно-геологического элемента следует корректировать на основе их сопоставления с результатами параллельно проводимых штамповых или прессиометрических испытаний.
Для 2 геотехнической категории значения Е по данным компрессионных испытаний для каждого инженерно-геологического элемента следует корректировать на основе их сопоставления с результатами параллельно проводимых штамповых, прессиометрических или трехосных испытаний.
Для сооружений геотехнической категории 1 допускается определять значения Е только по результатам компрессионных испытаний, корректируя их с помощью повышающих коэффициентов.
Число определений характеристик грунтов, необходимое для вычисления их нормативных и расчетных значений устанавливается в зависимости от степени неоднородности грунтов основания, требуемой точности вычисления характеристик, геотехнической категории и размеров сооружения. Их количество указывается в программе изысканий.
Следует учесть, что увеличение числа определений характеристик грунтов приводит к сближению их расчетных значений с математическим ожиданием и, следовательно, к более экономичным проектным решениям. Число одноименных частных определений для каждого выделенного на площадке инженерно-геологического или расчетного грунтового элемента должно быть не менее десяти для физических характеристик и не менее шести - для механических характеристик. При определении модуля деформации по результатам испытаний грунтов в полевых условиях штампом допускается ограничиваться результатами трех испытаний.
Особое внимание при выполнении инженерно-геологических изысканий уделяется сведениям о наличии в горизонтах подземных вод, колебаниях их уровней, агрессивности по отношению к материалам фундаментов и подземных частей зданий.
Грунтовые воды
При проектировании оснований, фундаментов и подземных сооружений в условиях нового строительства или реконструкции необходимо учитывать гидрогеологические условия площадки и возможность их изменения в процессе строительства и эксплуатации сооружения, а именно:
- естественные сезонные и многолетние колебания уровней подземных вод;
- техногенные изменения уровней подземных вод и возможность образования «верховодки»;
- высоту зоны капиллярного подъема над уровнем подземных вод в пылеватых песках и глинистых грунтах;
- степень агрессивности подземных вод по отношению к материалам подземных конструкций и коррозионную агрессивность грунтов по результатам инженерно-геологических изысканий с учетом технологических особенностей производства.
Для оценки степени воздействия сооружения на режим подземных вод застраиваемой и прилегающей к ней территорий выполняется гидрогеологический прогноз ,т.е. прогноз изменения гидрогеологических условий для стадий строительства и эксплуатации. Он выполняется методами математического моделирования. Прогноз изменения гидрогеологических условий следует выполнять для сооружений 2 и 3 геотехнических категорий с учетом изменений факторов, оказывающих влияние на формирование многолетнего режима подземных вод. Для выполнения прогноза изменения гидрогеологических условий необходимо привлекать специализированные организации.
При выполнении прогноза изменений гидрогеологических условий должны выявляют режимообразующие факторы, которые следует подразделять на региональные и локальные.
Региональные факторы включают:
- подпор подземных вод от рек, каналов и других водоемов, от утечек предприятий, полей фильтрации при станциях аэрации;
-образование воронок депрессии как следствие работы водозаборов подземных вод, дренажей, систем защиты сооружений метрополитена от подземных вод, карьеров и пр.
Локальные факторы включают:
-подпор подземных вод от барражного эффекта, созданного подземными сооружениями (в том числе свайными полями),
-от инфильтрации за счет утечек из водонесущих коммуникаций окружающей застройки;
-образование депрессионных воронок от действия различных видов дренажей при строительстве и эксплуатации сооружений.
Для получения достоверных прогнозных оценок изменений гидрогеологических условий, при проектировании сооружений 2 и 3 геотехнических категорий, используются результаты режимных наблюдений за подземными водами (на застраиваемой и прилегающей территориях), а также выполняются комплексные опытно-фильтрационные работы.
При отсутствии данных режимных наблюдений расширяют состав изысканий до объема достаточного для проведения прогноза гидрогеологических условий.
Оценку возможных естественных сезонных и многолетних колебаний уровня подземных вод проводят на основе данных многолетних режимных наблюдений по государственной стационарной сети.
Для разработки проектов сооружений и производства земляных работ необходимы данные о среднем многолетнем положении уровня подземных вод и их максимальном и минимальном уровнях за период наблюдений, а также о продолжительности стояния паводковых (весенних и летне-осенних) уровней подземных вод.
По характеру подтопления следует выделять естественно или техногенно подтопленные территории и неподтопленные.
Основными факторами подтопления являются:
при строительстве - изменение условий поверхностного стока при вертикальной планировке территории, длительный разрыв между выполнением земляных и строительных работ;
при эксплуатации - инфильтрация утечек, уменьшение испарения под зданиями и покрытиями и т. д.
По характеру техногенного воздействия неподтопленные застраиваемые территории подразделяют на неподтопляемые, потенциально подтопляемые и осушаемые.
Неподтопляемые территории - территории, на которых вследствие благоприятных природных условий не происходит заметного увеличения влажности грунтов основания и повышения уровня подземных вод. Потенциально подтопляемые территории - территории, на которых вследствие их строительного освоения или в период эксплуатации возможно повышение уровня подземных вод, вызывающее нарушение условий нормальной эксплуатации сооружений, что требует проведения защитных мероприятий или устройства дренажей.
Осушаемые территории - территории, на которых отмечается понижение уровня подземных вод в результате действия водоотлива в период строительства и действия дренажей в период эксплуатации сооружения, что вызывает оседание земной поверхности и может явиться причиной деформаций сооружений.
Оценку потенциальной подтопляемости территории выполняют на основе прогноза изменения гидрогеологических условий с учетом инженерно-геологических условий площадки строительства и прилегающих территорий, конструктивных и технологических особенностей проектируемых (реконструируемых) сооружений и окружающей застройки.
При подъеме уровня подземных вод следует учитывать возможность развития дополнительных осадок основания вследствие ухудшения деформационных и прочностных характеристик грунтов при их водонасыщении и изменения напряженного состояния сжимаемой толщи в результате гидростатического и гидродинамического взвешивания.
Если при прогнозируемом уровне подземных вод возможно ухудшение физико-механических свойств грунтов основания, развитие неблагоприятных геологических и инженерно-геологических процессов, нарушение условий нормальной эксплуатации подземных частей сооружений и т. п, то в проекте следует предусматривать соответствующие защитные мероприятия, в частности:
- гидроизоляция подземных конструкций;
- мероприятия, ограничивающие подъем уровня подземных вод, снижающие или исключающие утечки из водонесущих коммуникаций и т. п. (дренаж, противофильтрационные завесы, устройство специальных защитных каналов для коммуникаций и т. д.);
- мероприятия, препятствующие механической или химической суффозии грунтов (устройство водонепроницаемого ограждения котлована, закрепление грунтов);
- устройство стационарной сети наблюдательных скважин для контроля над развитием процесса подтопления, своевременное устранение утечек из водонесущих коммуникаций и т. д.
Выбор мероприятий или их комплекса следует проводить на основе технико-экономического анализа, с учетом прогнозируемого уровня подземных вод, конструктивных и технологических особенностей проектируемого сооружения, его геотехнической категории и расчетного срока эксплуатации, стоимости и надежности водозащитных мероприятий и т. п.
В ряде случаев на стадии строительства и эксплуатации сооружения следует осуществлять мониторинг изменения гидрогеологических условий для контроля над возможным процессом подтопления или осушения, своевременным предотвращением утечек из водонесугцих коммуникаций, прекращением или уменьшением объема откачек и т. д.
В случае когда подземные воды или промышленные стоки агрессивны по отношению к материалам заглубленных конструкций или могут повысить коррозийную агрессивность грунтов, следует предусматривать соответствующие антикоррозионные мероприятия.
Анализ проектируемого здания и сооружения.
В соответствии с заданием на проектирование определяются плановые и высотные размеры сооружения, устанавливаются его конструктивная и расчетная схемы, материалы элементов конструкций, способы передачи нагрузок на основание.
Исходя из конструктивных и эксплуатационно-технологических требований определяется чувствительность сооружения или отдельных его частей к неравномерным осадкам, назначаются предельные значения деформаций основания. Важным этапом является определение нагрузок, действующих на сооружение (ветровых, снеговых, особых и т. п.), а также нагрузок от несущих конструкций сооружения, перекрытий, различного рода оборудования и эксплуатационных условий, передающихся на фундаменты. Равнодействующие всех нагрузок в зависимости от расчетной схемы сооружения прикладываются в уровне верхнего обреза или подошвы фундамента.
Лекция5
Дата добавления: 2020-11-15; просмотров: 280; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!