Применение теории предельного равновесия к решению задач об устойчивости откосов, фундаментов и сооружений. – 141

Применение теории предельного равновесия к решению задач об устойчивости откосов, фундаментов и сооружений

Реальные грунты, как правило, обладают не только сцеплением, но и трением. В связи с этим проблема устойчивости откосов становится значительно сложнее.
Теория предельного равновесия грунтов, развитая В.В. Соколовским, позволяет решать задачи двух типов:
-задан угол наклона плоского откоса, определяется интенсивность
внешней нагрузки на верхней горизонтальной поверхности грунта, ограниченного откосом массива;
-задана интенсивность нагрузки на верхней горизонтальной поверхности грунта, офаниченного откосом массива, определяется форма равноустойчивого откоса, находящегося в предельном напряженном состоянии.
Задача первого типа, при однородных грунтах и плоском откосе (рис. 1) решена В.В. Соколовским в безразмерных величинах.
Рис. 1.Схема к расчету устойчивости плоского откоса по теории предельного равновесия
Исходными уравнениями для решения этой задачи являются:

(1)

 

(2)

 

 

(3)

 

Выражения (1) и (2), как было выше сказано, представляют дифференциальные уравнения равновесия, а (3) — условие предельного равновесия.
Предельная нагрузка на верхней горизонтальной поверхности откоса, зная q , определяется из выражения

(4)где q — безразмерный коэффициент, зависящий от углов внутреннего трения фи, расстояния х от края откоса до рассматриваемой точки).

 

Практика

1.$$$Расчет устойчивости в предложении круглоцилиндрических и плоских поверхностей скольжения. Учет динамических и сейсмических воздействий. – 142

Реальные грунты, как правило, обладают не только сцеплением, но и трением. В связи с этим проблема устойчивости откосов становится значительно сложнее. Поэтому на практике для решения задач в строгой постановке, большое распространение получил метод круглоцилиндрических поверхностей скольжения.

Большое распространение на практике получил метод круглоцилиндрических поверхностей скольжения, сущность этого метода заключается в отыскании круглоцилиндрической поверхности скольжения с центром в некоторой точке О, проходящей через подошву откоса, для которой коэффициент устойчивости будет минимальным (рис. 1).
Рис. 1. Схема к расчету устойчивости откоса методом круглоцилиндрической поверхности скольжения
Расчет ведется для отсека, для чего оползающий клин ABC разбивается на n вертикальных отсеков. Делается предположение, что нормальные и касательные напряжения, действующие по поверхности скольжения, в пределах каждого из отсеков оползающего клина определяются весом данного отсека Q_i, и равны соответственно:

(1)

(2)

Здесь A_i — площадь поверхности скольжения в пределах i-го вертикального отсека, A_i= 1l_i; l_i — длина дуги скольжения в плоскости чертежа (см. рис. 1).

Препятствующее оползанию откоса сопротивление сдвигу по рассматриваемой поверхности в предельном состоянии

(3)

Из (1)—(3) следует выражение для силы сопротивления сдвигу в пределах i-го отсека:

(4)

Устойчивость откоса можно оценить отношением моментов удерживающих M_s,l и сдвигающихM_s,a сил. Соответственно коэффициент запаса устойчивости определим по формуле

(5)

Момент удерживающих сил относительно О представляет собой момент сил Q_i:

(6)

Момент сдвигающих сил относительно точки О

(7)

Тогда формулу (4) можно записать в следующем виде:

(8)

 

 

Техника учета сейсмических сил в методе кругло цилиндрических поверхностей скольжения состоит в следующем. Вычисляется вес грунтов и насыщающей его воды в объеме каждого элемента. Сейсмическая сила G_si, приложенная к элементу, определяется по формуле (7.28):

G_si = μ P_gi , (7.28)

где P_gi - вес грунта и воды в объеме элемента отсека;

μ - коэффициент динамической сейсмичности, принимаемый при расчете естественных склонов по таблице 7.1 (при расчете устойчивости искусственных откосов значения, приведенные в таблице 7.1, следует увеличивать в 1,5 раза).

В силу неопределенности прогноза направления действия сейсмической силы, чаще всего ее прикладывают горизонтально (из глубины массива грунтов в сторону свободной поверхности).

 

2.$$$Группы предельных состояний при расчете оснований и фундаментов. – 143

Расчет оснований производят по первой группе (по несущей способности) — если необходимо обеспечить прочность и устойчивость основания, не допустить сдвиг или опрокидывание, если на основание передаются регулярно действующие горизонтальные нагрузки, если основания ограничены откосами или сложены скальными грунтами. По второй группе предельных состояний (по деформациям) — для всех зданий и сооружений, если основание сложено нескальными грунтами. Для оснований из нескальных пород рассчитывают осадки фундаментов и учитывают их неравномерность. Задачей расчета оснований по деформациям является ограничение деформаций надфундаментных конструкций пределами, гарантирующими от появления недопустимых для нормальной эксплуатации конструкций трещин и повреждений, а также изменений проектных уровней и положений.

 

3.$$$Нагрузки и воздействия, учитываемые при расчете оснований и фундаментов. – 144

Нагрузки и воздействия на основания, передаваемые фундаментами сооружений, должны устанавливаться расчетом, как правило, исходя из рассмотрения совместной работы сооружения и основания.
Учитываемые при этом нагрузки и воздействия на сооружение или отдельные его элементы, коэффициенты надежности по нагрузке, а также возможные сочетания нагрузок должны приниматься согласно требованиям СНиП по нагрузкам и воздействиям.
Нагрузки на основание допускается определять без учета их перераспределения надфундаментной конструкцией при расчете:
а) оснований зданий и сооружений III класса;
б) общей устойчивости массива грунта основания совместно с сооружением;
в) средних значений деформаций основания;
г) деформаций основания в стадии привязки типового проекта к местным грунтовым условиям.
Расчет оснований по деформациям должен производиться на основное сочетание нагрузок; по несущей способности - на основное сочетание, а при наличии особых нагрузок и воздействий - на основное и особое сочетание.
При этом нагрузки на перекрытия и снеговые нагрузки, которые согласно СНиП по нагрузкам и воздействиям могут относиться как к длительным, так и к кратковременным, при расчете оснований по несущей способности считаются кратковременными, а при расчете по деформациям - длительными. Нагрузки от подвижного подъемно-транспортного оборудования в обоих случаях считаются кратковременными.
В расчетах оснований необходимо учитывать нагрузки от складируемого материала и оборудования, размещаемых вблизи фундаментов.
Усилия в конструкциях, вызываемые климатическими температурными воздействиями, при расчете оснований по деформациям не должны учитываться, если расстояние между температурно-усадочными швами не превышает значений, указанных в СНиП по проектированию соответствующих конструкций.
Нагрузки, воздействия, их сочетания и коэффициенты надежности по нагрузке при расчете опор мостов и труб под насыпями должны приниматься в соответствии с требованиями СНиП по проектированию мостов и труб.

 

4.$$$Учёт совместной работы основания, фундамента и надфундаментной конструкции. Предельные деформации оснований. – 145

Подземная часть здания и сооружения представляет собой две взаимосвязанные системы «фундамент» - «грунтовое основание», зависящие от конструктивных особенностей надземного сооружения.
Фундаменты устраиваются для передачи нагрузок от конструкций зданий и сооружений, установленного в них технологического и другого оборудования и полезных нагрузок на грунты основания. Основание, воспринимая эти нагрузки, претерпевает, как правило, неравномерные деформации, что вызывает появление в конструкциях дополнительных перемещений и усилий. Неправильное проектирование, подготовка оснований и возведение фундаментов могут привести к тому, что даже выполненная согласно проекту конструкция сооружения перестанет удовлетворять предъявляемым к ней эксплуатационным требованиям.
Одной из характерных особенностей неправильного возведения фундаментов является то, что его отрицательное действие проявляется после накопления грунтами основания достаточных деформаций, то есть, как правило, в период эксплуатации сооружения. Известны случаи, когда уже построенные и заселенные здания из-за развития чрезмерных деформаций приходилось срочно подвергать сложным ремонтно-восстановительным работам, а нередко и полностью или частично разбирать. Таким образом, ошибки, допущенные при проектировании и возведении фундаментов, или стремление к неоправданной экономии ресурсов могут потребовать проведения дополнительных мероприятий, стоимость которых во много раз превысит стоимость фундаментов.
Можно сформулировать общие требования, предъявляемые в действующих нормативных документах к проектированию оснований и фундаментов:
· обеспечение прочности и эксплуатационных параметров зданий и сооружений (общие и неравномерные деформации не должны превышать допустимых величин);
· максимальное использование прочностных и деформационных свойств грунтов основания, а также прочности материала фундамента;
· достижение минимальной стоимости, материалоемкости и трудоемкости, сокращение сроков строительства.
Соблюдение этих положений основывается на выполнении указанных ниже условий:
· комплексный учет при выборе типа оснований и фундаментов инженерно-геологических и гидрогеологических условий строительной площадки;
· учет влияния конструктивных и технологических особенностей сооружения на его чувствительность к неравномерным осадкам;
· оптимальный выбор методов выполнения работ по подготовке оснований, устройству фундаментов и подземной части сооружений;
· расчет и проектирование оснований и фундаментов с учетом совместной работы системы «основание - фундаменты - конструкции сооружения».

Совместная деформация основания и сооружения может характеризоваться:

осадкой (подъемом) основания фундамента s;

средней осадкой основания фундамента I;

относительной разностью осадок (подъемов) основания двух фундаментов As/L (L— расстояние между фундаментами);

креном фундамента (сооружения) i;

относительным прогибом или выгибом f/L (L— длина однозначно изгибаемого участка сооружения);

кривизной изгибаемого участка сооружения;

относительным углом закручивания сооружения;

горизонтальным перемещением фундамента (сооружения) Uh.

 

5.$$$Учёт инженерно – геологических и климатических условий, особенностей сооружения и методов производства работ при назначении предельных деформаций. – 146

 

6.$$$Современные и перспективные виды фундаментов (материалы, конструкции, методы устройства, области применения). Вариантное проектирование, принципы технико–экономического сопоставления вариантов фундаментов. – 147

Выбор типа оснований или конструктивного решения фундаментов выполняется на основании технико-экономического сравнения различных вариантов.

К техническим показателям относятся: тип оснований и конструкции фундаментов, расчетные осадки, материалоемкость.

К экономическим показателям относятся: приведенные затраты, сметная стоимость, трудоемкость изготовления, продолжительность работ, капитальные вложения в материально-техническую базу строительства, эксплуатационные затраты.

Для сравнения различных вариантов фундаментов используется принцип сопоставимости, который предполагает, что все варианты должны быть рассчитаны на одинаковые нагрузки для одних и тех же грунтовых условий.

Варианты решений фундаментов должны основываться на объективных данных инженерно-геологических изысканий. Проектные решения фундаментов следует сравнивать при равной степени проработки конструктивных элементов, определяя приведенные затраты.

Выбор основания заключается в определении несущего слоя грунта, исходя из инженерно-геологических условий строительной площадки. На рис. Ф.8.5 показаны три типа различных инженерно-геологических условий и приведены показатели, по которым можно косвенно судить о прочности грунтов основания.

При однородном основании выбор несущего слоя однозначен, но подобные грунтовые условия встречаются редко. Более часто основание бывает сложено разнородными грунтами, например такими, как показано на рис. Ф.8.5,а,б,в. Во втором случае более прочным является второй слой (показатель текучести I_L имеет минимальное значение), а в третьем - первый и третий слои грунта.

Рис. Ф.8.5. Различные схемы напластований грунтов и варианты рекомендуемых типов фундаментов: а - прочный грунт (1) подстилается еще более прочным (2); б - слабый грунт сверху (3) подстилается прочным (1); в - слой слабого грунта (3) находится между более прочными слоями (1): в этом случае можно предложить закрепление (5)

В общем случае, если стоимость фундаментов не имеет определяющего значения, в качестве несущего слоя могут приниматься любые грунты, но не рекомендуется для него использовать ил, торф, рыхлые песчаные и текучепластичные глинистые грунты.

При выборе типа фундаментов определяющим является конструктивное решение здания или сооружения. Как правило, для жилых зданий применяются ленточные сборные или монолитные фундаменты, а для промышленных зданий - отдельно стоящие сборные или монолитные фундаменты. В том случае, если несущий слой грунта находится на расстоянии более 3-5 м от поверхности, применяют свайные фундаменты. Для специальных сооружений типа элеваторов, градирен, дымовых труб, АЭС и ТЭЦ могут применяться фундаменты в виде сплошных железобетонных плит с глубиной заложения не более 5 м. При неоднородном основании в некоторых случаях для жилых и административных зданий может оказаться более эффективным применение фундаментов в виде перекрестных лент и сплошных плит.

 

7.$$$Конструкции фундаментов: монолитные и сборные массивные фундаменты, ленточные, коробчатые и плитные фундаменты. – 148

Виды фундаментов: классификации, особенности устройства

По виду используемого строительного материала различают следующие виды фундаментов:

Каменный (бывает бутовый, кирпичный, бутобетонный);

Железобетонный (бывает сборный и монолитный);

Деревянный.

По виду конструкции фундаменты бывают:

Ленточный – такой фундамент располагается под всеми конструкциями сооружения в виде сплошной ленты. Различают ленточный сборный и ленточный монолитный. Применяется в строительстве домов, стены которых делают из кирпича и блоков. В зависимости от уровня промерзания почвы бывает малозаглубленный и заглубленный.

Плитный (сплошной) – этот вид фундамента располагается под всеми конструкциями в виде плиты. Используется фундаментная плита для перераспределения нагрузки на фундамент, понижая нагрузки на слабых участках грунта и увеличивая сильные участки.

Столбчатый – располагается лишь под колоннами каркаса здания. Используется в строительстве домов с несущим каркасом.

Свайный – очень трудоемкий вид фундамента, который используют под все три вышеперечисленных вида фундамента. Бывает сборным и монолитным.

Ленточный фундамент

Ленточный фундамент представляет собой железобетонную замкнутую полосу, которую укладывают под все стены сооружения, выполненные из кирпича, пеноблоков и др. штучных материалов. Такая полоса распределяет нагрузку от построенного дома по всему периметру. Это позволяет противостоять силам выпирания грунта, защищает от проседания и перекоса дома.

В зависимости от типа устройства ленточного фундамента выделяют:

Монолитный ленточный фундамент;

Сборный ленточный фундамент.

Таким образом, можно сделать вывод о том, что у ленточного фундамента есть масса преимуществ:

Относительно низкая стоимость его возведения;

Прочность;

Длительный срок службы;

Монтаж сборного ленточного можно проводить в любое время года;

Сборный ленточный фундамент подходит для постройки любых жилых домов.

Столбчатый фундамент

Столбчатый фундамент используется для каркасных сооружений, с легкими стенами и без подвалов, нагрузка от которых на грунт очень мала. Такой фундамент чаще всего применяется для строительства бань, дач и т.п. Стоимость его возведения намного меньше, чем у ленточного фундамента (до 75%).

Основными элементами столбчатого фундамента является:

Подошва – она передает нагрузку на почву от колонны сооружения

Стакан – железобетонная колонна или стойки с анкерными болтами

В зависимости от типа устройства столбчатого фундамента выделяют:

Монолитный столбчатый фундамент;

Сборный столбчатый фундамент.

Свайный фундамент

Свайный фундамент применяют при строительстве на слабых почвах. Выделяют сваи-стойки и висячие сваи в зависимости от способов передачи нагрузки на грунт от конструкций сооружений.

Если под слабым грунтом на небольшой глубине находится мощный слой сильного грунта, то в этом случае применяют сваи-стойки, которые прорезают слабый грунт и передают нагрузку на сильный, опираясь на него.

Если слой сильного грунта залегает достаточно глубоко, то применяются висячие сваи, уплотняющие грунт при их опускании, который используется в качестве основания.

Монтажные работы осуществляются по следующей схеме:

По типу материала фундамент различают:

стальные;

грунтовые;

деревянные;

железобетонные;

набивные бетонные и железобетонные.

По методу опускания в землю фундамент бывает:

забивной;

буронабивной;

завинчивающийся.

Плитный фундамент

Плитный фундамент, состоящий из сплошной железобетонной плиты, используют при высоком уровне грунтовых вод на слабых почвах для постройки многоэтажных и высоких зданий. Фундамент устойчив к любым видам деформаций и очень хорошо справляется с вертикальными максимальными нагрузками без значительных потерь его функциональных качеств. Плита не заглубляется, поэтому земляные работы минимальны. Это позволяет уменьшить дополнительные расходы материалов. Плитный фундамент обладает длительным сроком службы.

Такой тип фундамента применяется чаще всего в районах, где есть опасность возникновения землетрясений.

Плитный фундамент используется в случаях:

Чтобы избежать неравномерности осадки зданий. Плитный фундамент позволяет перераспределить нагрузки – уменьшить давление на слабых участках почвы и увеличить на сильных участках;

При массивности здания, а значит и больших нагрузках;

Чтобы разместить технологическое оборудование. Причем в этом случае при модернизации производства перестановка оборудования не влечет за собой реконструкцию плитного фундамента.

Выделяют виды плитных фундаментов таких, как: монолитные железобетонные балочные фундаменты, монолитные железобетонные своды и сплошные плиты, массивные блоки и коробчатые конструкции.

 

8.$$$Гидроизоляция, дренаж и защита фундаментов от агрессивных жидкостей и грунтовых вод. – 149

Защита фундамента от грунтовых вод.

Для сохранения стен дома от грунтовых вод устраивают дренаж (гидроизоляцию) фундамента.

Иногда борьбу с подземными водами ведут с помощью системы дренажа. Цель этой системы понизить на необходимом участке уровень грунтовых вод. Но необходимо учитывать, что устройство системы дренажа требует больших начальных расходов при строительстве.

Дренаж фундамента — это инженерное сооружение, которое защищает здание от воздействия избыточной влаги. Грамотно спроектированная и правильно собранная система дренажа фундамента способна предотвратить повреждения здания, вызванные повышенной влажностью:

образование инея, обмерзлости, плесени;

подтопление погребов;

отсыревание пола первого этажа здания;

образование наледей и луж на дорожках, расположенных вблизи здания.

Гидроизоляция.

Гидроизоляция — плотная водонепроницаемая прослойка из окрасочных, рулонных или других материалов, предназначенная для защиты строительных конструкций или других объектов от увлажнения грунтовыми водами или другими жидкостями.

Гидроизоляция устраивается в виде нескольких изоляционных слоев водонепроницаемых материалов (толя, рубероида и др.), укладываемых на мастике или цементном растворе, а также в виде штукатурки жирным цементным раствором с добавлением церезита.

По способу устройства и виду используемых материалов различают следующие виды гидроизоляции:

Штукатурная асфальтовая гидроизоляция.

Окрасочная гидроизоляция.

Оклеенная гидроизоляция.

Литая асфальтовая гидроизоляция.

Цементная штукатурная гидроизоляция.

 

 

9.$$$Основание положения расчета фундаментов из большеразмерных плит и лент. Гибкие фундаменты. – 150

Гибкие сооружения, передавая нагрузку на основание, следуя за осадкой, которая может быть различна в каждой точке. При такой деформации в них не возникает практические никакие усилия разрушения. Такие сооружения имеют статически определенную схему. Гибкие могут быть фундаменты у которых отношение h/l<1/3.
Такими фундаментами являются:

Ленточные под колонны промышленных и гражданских зданий

Сплошные ж/б плиты высотного здания, элеваторов, АС.

Фундаменты из перекрестных лент

Коробчатые фундаменты

Кольцевые фундаменты дымовых труб

Выбор конструкции гибких фундаментов производится с учетом конструктивной схемы здания, величины и характера распределения нагрузок в плане, несущей способности и деформативности основания.
Ленточные фундаменты под колонну устраиваются в виде одинарных или перекрестных лент. Плитные фундаменты устраиваются под всем зданием, выполняются из монолитного ж/б класса В15. при глинистом основании необходима песчаная или гравийно-песчаная подсыпка под бетонную подготовку.
Армирование производят в двух зонах, как в верхней так и в нижней. Каждая зона должна иметь арматуру рабочую в двух направлениях (А3).
Наибольшее распространение в практике проектирования гибких фундаментов получили следующие методы:
Теория местных деформаций (Теория Винкнера)

Теория упругого полупространства

Теория упругого слоя, ограниченной толщины, на несжимаемом основании

теория упругого слоя с переменным модулем деформации основания по глубине

Условие прочности плитного фундамента на продавливание бетона базами колонн или подколонниками (банкетками) без учета поперечной арматуры принимают в соответствии с указаниями главы СНиП на проектирование бетонных и железобетонных конструкций в виде зависимости

(27)

где

Р_п - продавливающая сила, определяемая по формуле

(28)

здесь

Р - расчетная нагрузка на колонну;

F₀ - площадь нижнего основания пирамиды продавливания;

р - среднее давление на грунт в пределах нижнего основания пирамиды продавливания от расчетных нагрузок (для предварительных расчетов р принимают равным отношению расчетной нагрузки на колонну в уровне верха фундамента к площади фундамента, определяемой как произведение полусумм расстояний между колоннами, но не более, чем 6 × 6 м, а затем уточняют по результатам статического расчета);

R_p - расчетное сопротивление бетона на осевое растяжение;

b_ср - средний периметр пирамиды продавливания;

h - рабочая высота сечения плитного фундамента;

k_п - коэффициент, принимаемый равным 1 (для тяжелого бетона).

 

 

10.$$$Виды фундаментов глубокого заложения. Область применения опускных колодцев. Определение размеров опускного колодца в плане. Расчёты на всплытие, затирание, прогиб, перегиб. Кессоны. Область применения. – 151

В практике современного строительства используют фундаменты глубокого заложения, хотя по сравнению с фундаментами, возводимыми в открытых котлованах, и свайными область их применения несколько ограничена. В основном данный тип фундаментов применяют при возведении уникальных сооружений — с большими нагрузками на основание, а также при строительстве заглубленных помещений зданий, подземных гаражей, пешеходных переходов и туннелей, отстойников, водозаборных сооружений, мостовых опор и др.
В настоящее время применяют следующие типы фундаментов глубокого заложения: оболочки, опускные колодцы и кессоны, глубокие опоры (набивные столбы), фундаменты, возводимые методом «стена в грунте».
Опускной колодец представляет собой сборную или монолитную железобетонную конструкцию, которая может иметь прямоугольное или кольцевое очертание в плане. Тяжелые массивные опускные колодцы выполняют, как правило, в монолитном варианте, а облегченные — в виде сборных свай-оболочек.
Массивный опускной колодец погружается в грунт следующим образом. На поверхности основания возводят пустотелую нижнюю часть фундамента (рис. 1, в). Затем, используя землеройные механизмы, через вертикальную полость извлекают грунт. Под действием собственного веса колодец погружается (рис. 1, г). По мере опускания колодец можно наращивать, получая фундамент требуемой глубины. По достижении проектной отметки нижнюю часть колодца заполняют бетонной смесью, увеличивая площадь подошвы фундамента. При возведении канализационных насосных станций известны случаи погружения опускных колодцев диаметром до 70 м на глубину более 70 м.
Способ возведения фундаментов с помощью кессона основывается на отжатии подземных вод из зоны разработки грунта с помощью избыточного давления, создаваемого сжатым воздухом.
Кессон представляет собой жесткую коробчатую конструкцию, имеющую потолок и боковые стенки консоли, располагаемые в нижней части фундамента. В рабочую камеру подается сжатый воздух по трубам, давление которого назначается таким, чтобы уравновесить давление столба воды высотой Н и обеспечить ее отсутствие в рабочей камере. Для сообщения с рабочей камерой, которое необходимо в основном для прохода людей, подачи материалов и оборудования, на шахтной трубе устанавливают шлюзовой аппарат. Разработку грунта часто осуществляют гидромонитором, а его удаление — с помощью эрлифта.
По мере разработки грунта в рабочей камере кессон под действием собственного веса и надкессонной кладки погружается в грунт. Надкессонную кладку наращивают по мере погружения кессона. По достижении кессона проектной отметки рабочую камеру заполняют кладкой или бетонной смесью, шахтные трубы и шлюзовые аппараты снимают, а шахтные колодцы также заполняют кладкой или бетонной смесью.
Кессоны выполняют из монолитного или сборного железобетона и рассчитывают на нагрузки, действующие на опускные колодцы совместно с дополнительными: от веса кладки и избыточного давления на стенки рабочей камеры.
Рис. 11.1. Опускные колодцы:
а – массивный опускной колодец, разделенный на ячейке; б — легкий опускной колодец из цилиндрической сваи-оболочки; в — установка колодца на поверхности грунта; г — разработка грунта грейфером и заполнение нижней части бетонной смесью

 

11.$$$Расчет оснований фундаментов глубокого заложения по предельным состояниям. – 152

Проектирование конструкций сооружения и их оснований осуществляется по предельным состояниям, которые подразделяются на две группы. Первая группа – по несущей способности – потеря устойчивости или формы, возможные виды разрушений, ползучесть или текучесть материала, чрезмерное раскрытие трещин и др. Вторая группа – по непригодности к нормальной эксплуатации.
Предельные состояния оснований существенно отличаются от предельных состояний строительных конструкций, в том числе и самого фундамента, т.к. у них различные условия работы, а именно: материалы в строительных конструкциях и грунтов в основаниях; физико-механические свойства; критерии оценки прочности и деформативности оснований и возводимых на них фундаментов и надземных конструкций.
Предельными состояниями основания считается такие, в результате которых возникают предел. состояния самого сооружения.
Основной целью расчёта по предельным сост. является: ограничение усилий (I-я группа предел. сост.) F< F_u и деформаций (II-е пред.сост.) S < S_u , чтобы они не наступили, т.е. была бы обеспечена в дальнейшем возможность эксплуатации зданий и сооружений.
По I- пред. сост. оценивается:
- надёжность конструкций , из условия недопущения потери общей устойчивости основания.
F – усилие от сооружения
F_u – несущая способность основания
Если оцениваем по вертикальной составляющей несущей способности N < N_u ,
несоблюдение этого условия не гарантирует, что может быть допущена дальнейшая эксплуатация здания или сооружения.
По первому пред. сост. расчёт ведут в случаях:
– основание – скальный грунт
– если на основание передаются значительные горизонтальные нагрузки, в том числе и сейсмические
– сооружение расположено на откосе или в близи его
– сооружение расположено на медленно уплотняющихся водонасыщеных грунтах
– при анкерных фундаментах
В остальных случаях оценка по II-му пред.сост., ограничивает нагрузки и они значительно меньше чем мы получили бы от использования условий по I-му предельному сост.
По II-му предельному состоянию оценивается:
Выполнение основного условия S < S_u, где
S – совместная деформация основания и сооружения, в том числе осадка или относительная разность осадок
S_u – предельно допустимая деформация или предельная относительная деформация
Условие S < S_u – основное для II-го пред. сост., а значения S и S_u имеют обобщённое значение, т.е. средняя или max осадка, горизонтальные перемещения, относительная разность осадок , крен и т.п.
Величина S_u – предельное значение полученное в результате строительного опыта, наблюдений и т. п. – берётся из норм, для принципиально новых зданий и сооружений назначается проектировщиками.
Проверка по II-му предельному состоянию и оценка согласно его критериев обязательны, кроме:
- под S подразумевается конечная стабилизирующаяся со временем деформация, однако расчёт по деформациям можно не делать , если давление под подошвой не превышает расчётного сопротивления (P< R₀), а сжимаемость грунтов в пределах здания , сооружения изменяется в ограниченных пределах.
- если инженерно-геологические условия площадки соответствуют области применения типового проекта.

 

12.$$$Сваи. Классификация свай: материалы, конструкций, способ изготовления, область применения. Методы устройства свай: забивка, вибропогружение, вдавливание, завинчивание. Оборудование для погружения свай. -153

Свайный фундамент состоит из свай и ростверка.
Назначение свай – воспринимать давление сооружения и передавать их на более плотные грунты основания. В общем случае свая – это стержень, находящийся в грунте в вертикальном или наклонном положении. Служат для передачи нагрузки на основание за счет нижнего конца и боковой поверхности. Достоинства:
-высокая несущая способность
- индустриальность
- сокращение земляных и водопогружательных работ
- снижение осадок и неравномерностей
- повышение устойчивости при действии наклонных и горизонтальных нагрузок
Классификация свай:
1. в зависимости от характера работы сваи в грунте:
- сваи-стойки. Конец сваи опирается на несжимаемое основание (скальное, плотные пески, пылевато-глинистые грунты твердой консистенции, J_L<0 – показатель текучести)
- висячие сваи
2. по расположению ростверка по отношению к земной поверхности.
- с низким ростверком
- с высоким ростверком
3. по расположению свай относительно вертикали
- вертикальные
- наклонные
- козловые
4. по способу погружения и возведения
- забивные
- набивные (выполняются на строительной площадке в скважинах)
- винтовые
5 по форме поперечного сечения
- с полостью
- трубчатые
6 в зависимости от профиля продольного сечения
а. постоянного круглого или призматического
б. переменного поперечного сечения по высоте
в. с уширение ствола
- на нижнем конце
- по середине сваи
- в верхнем конце сваи
7. по материалу сваи
- ж/б
- деревянные
- металлические
- комбинированные
- грунтовые (как искусственное основание)

Сваи погружают в грунт забивкой, вибрацией, завинчиванием и ударом с подмывом струей воды. Забивают сваи с помощью сваебойной установки, состоящей из свайного молота и копра, монтируемого в качестве навесного оборудования на тракторе или экскаваторе. Свайные молоты подразделяют на механические, паровоздушные, дизель-молоты и электрические — вибропогружатели и вибромолоты.

 

13.$$$Буронабивные сваи, технология производства работы, применяемое оборудование. -154

Буровые сваи используются при больших сосредоточенных вертикальных и горизонтальных нагрузках, на строительных площадках со сложными геологическими и инженерными условиями. Очень важным плюсом буровых свай является их малошумность. Основные преимущества буронабивных свай: не нужно доставлять и хранить большое количество свай, заводского изготовления, безопасно для близлежащих построек, высокая несущая способность буровых свай, не надо вывозить грунт со стройплощадки, высокая производительность.
Бурение скважин ведется с применением инвентарных обсадных труб длиной от 1 до 3 метров, либо без обсадных труб с использованием проходного шнека. В нижнем фланце первой секции обсадной трубы установлен режущий наконечник. В процессе бурения совершаются непрерывные возвратно-вращательные движения обсадной трубы. Типа грунта определяет вид бурового инструмента для устройства буронабивных свай (буровых). По окончании бурения скважины устанавливается арматурный каркас, затем производится заполнение скважины бетоном при помощи инвентарных бетонолитных труб, извлекаются обсадные трубы.
Буронабивные сваи с применением обсадных труб.
После бурения скважины в нее помещается свайный каркас в виде трубы. Обсадная труба позволяет: перекрывать горизонты плывунных грунтов; обеспечивает безопасность ведения свайных работ; позволяет контролировать параметры буровой скважины; обеспечивает высокое качество заполнения скважины бетоном.
Данная технология позволяет изготавливать сваи с уширением до 1200 мм, что дает возможность использовать несущую способность опорной толщи грунтов основания и увеличивает эффективность применения свай.
Буронабивные сваи , устраиваемые по технологии проходных шнеков.
Конструкции проходных шнеков оснащены породоразрушающим инструментом с теряемым башмаком. Технология постановки свай бурением с использованием проходных шнеков обеспечивает сооружение свай без ударов и вибраций, что особенно важно при изготовлении свай вблизи существующих зданий и сооружений. При погружении шнек уплотняет стенки скважины, а выход выбуренного грунта не превышает 30-40% от объема скважины. Достоинством этой технологии является отсутствие «мокрого» процесса — глинистый раствор не нужен. Сваи заполняются литым бетоном через трубу шнековой колонны при помощи бетононасоса. Армирование осуществляют как через трубу в шнековой колонне, так и погружением армокаркаса в бетон заполненной скважины с помощью вибратора. Глубина погружения каркаса задается проектом. С целью исключения возможной деформации фундаментов рядом стоящих зданий и сооружений, сваи устраивают «в разбежку» (не менее 8-10 метров друг от друга) с возвращением к прежнему месту работ (около существующих домов) через 2-3 суток.
Возведение фундамента из буронабивных свай начинается с тщательного исследования инженерно-геологических характеристик объекта. Достаточно часто на этом этапе также проводится исследования состояния фундамента окружающих зданий, поскольку даже при таком щадящем методе, как возведение буронабивных свай, невозможно полностью исключить деформацию и проседание грунтов основания.
На втором этапе работ изготавливаются опытные образцы буронабивных свай , проводятся испытания несущей способности, что позволяет еще на этапе подготовительных работ с высокой точностью принять допустимую расчетную нагрузку на сваю, а также определить требуемые конструктивные параметры: диаметр, длину, армирование. Данный этап очень важен для ведения всех последующих работ. Именно в этот период можно убедиться в правильности выбранных материалов, типа фундамента и типа армирования. В результате второго этапа работ создаются окончательные чертежи свайного поля и изготавливаются рабочие образцы.
На третьем этапе происходит непосредственное возведение буронабивных свай согласно установленным чертежам.
На четвертом этапе происходит сдача фундамента из буронабивных свай заказчику, завершение нулевого цикла строительства до состояния, пригодного для возведения наземной части здания. Все работы проводятся с постоянным мониторингом состояния фундаментов и грунтов основания окружающих зданий.

 

14.$$$Схема взаимодействия свай с грунтом. Определение несущей способности свай при действии вертикальной и горизонтальной нагрузок. – 155

Первая группа предельных состояний характеризуется потерей несущей способности или полной непригодностью здания к эксплуатации.
Несущая способность свай по грунту рассчитывается на сочетания, при которых в них возникают максимальные сжимающие нагрузки с учетом дополнительных нагрузок сжатия от искривления основания, наклона и ветровой нагрузки. Расчет производится по формуле
где Nз - расчетная вертикальная нагрузка от веса отсека здания, кН;
n - общее число свай;
ΔN - дополнительная вертикальная нагрузка на сваю от искривления основания, кН
Фподр. - несущая способность свай по грунту основания при подработке территории, кН ,
где (гамма)сг - коэффициент условий работы, учитывающий изменение физико-механических свойств грунтов и перераспределение вертикальных нагрузок при подработке территорий: для свай-стоек в фундаментах любых зданий (гамма)сг = 1; для висячих свай в фундаментах податливых зданий (например, одноэтажных каркасных с шарнирными опорами) (гамма)сг = 0,9; для висячих свай в фундаментах жестких зданий (например, бескаркасных многоэтажных зданий с жесткими узлами) (гамма)сг = 1,1;
Fd - несущая способность сваи, кН, определенная расчетом или по результатам полевых исследований (динамических, статистических испытаний свай, зондирования грунта) в соответствии с требованиями СНиП 2.02.03-85;
(гамма)к - коэффициент надежности, принимается в соответствии с указаниями п. 3.10 СНиП 2.02.03-85.
Рис. 31-1. Схема взаимодействия упругой оси сваи, имеющей шарнирное сопряжение с ростверком, и грунта при действии горизонтальной нагрузки или перемещения:
а - деформация оси сваи (1) и эпюра обжатия грунта (2); б - эпюра давления грунта на сваю; в, г - эпюра поперечных сил и изгибающих моментов в свае; 3 - касательная к эпюрам давления в точке В.
Рис. 31-2. Схема взаимодействия упругой оси сваи с жесткой заделкой головы в ростверк с грунтом при действии горизонтальной нагрузки или перемещения:
а - деформация оси сваи (1) и эпюра обжатия грунта (2); б - эпюра давления грунта на сваю; в, г - эпюры поперечных сил и изгибающих моментов в свае; 3 - касательная к эпюрам давления в точке В.

 

 

15.$$$Определение полной стабилизированной осадки свайного фундамента. Определение крена. – 156

ОПРЕДЕЛЕНИЕ КРЕНА ФУНДАМЕНТА
Крен фундамента i при действии внецентренной нагрузки определяется по формуле
где E и v - соответственно модуль деформации и коэффициент Пуассона грунта основания (значение v принимается по п.10); в случае неоднородного основания значения Е и v принимаются средними в пределах сжимаемой толщи в соответствии с указаниями п.11;
kе - коэффициент, принимаемый по (табл. 5 СНиП 2.02.01-83*);
N - вертикальная составляющая равнодействующей всех нагрузок на фундамент в уровне его подошвы;
Е - эксцентриситет;
а - диаметр круглого или сторона прямоугольного фундамента, в направлении которой действует момент; для фундамента с подошвой в форме правильного многоугольника площадью А принимается;
km - коэффициент, учитываемый при расчете крена фундаментов по схеме линейно деформируемого слоя (п. 2.40б) при а і 10 м и Е і 10 МПа (100 кгс/см2) и принимаемый по (табл.3 СНиП 2.02.01-83*)
Коэффициент Пуассона v принимается равным для грунтов: крупнообломочных – 0,27; песков и супесей – 0,30; суглинков – 0,35; глин – 0,42.
Средние (в пределах сжимаемой толщи Нс или толщины слоев Н) значения модуля деформации и коэффициента Пуассона грунтов основания (Ē и ) определяются по формулам и где Аi - площадь эпюры вертикальных напряжений от единичного давления под подошвой фундамента в пределах i-го слоя грунта; для схемы полупространства допускается принимать Аi = s_zp,ih_i , для схемы слоя – A_i = k_i - k_i-1;
Ei,vi,hi, - соответственно модуль деформации, коэффициент Пуассона и толщина i-го слоя грунта;
Н - расчетная толщина слоя, определяемая по п. 8;
n - число слоев, отличающихся значениями E и v в пределах сжимаемой толщи Hс или толщины слоя H.
Расчет осадки свайного фундамента как условного фундамента
Расчет осадки фундамента из висячих свай, производимый как для условного фундамента на естественном основании, следует выполнять в соответствии с требованиями СНиП 2.02.01.
Границы условного фундамента определяют следующим образом: снизу - плоскостью АБ, проходящей через нижние концы свай; с боков - вертикальными плоскостями АВ и БГ, отстоящими от наружных граней крайних рядов вертикальных свай, но не более 2d в случаях, когда под нижними концами свай залегают глинистые грунты с показателем текучести I_L > 0,6, а при наличии наклонных свай - проходящими через нижние концы этих свай; сверху - поверхностью планировки грунта ВГ.
Расчет осадки условного фундамента производят на дополнительное вертикальное давление, передаваемое на основание подошвой условного фундамента, т.е. за вычетом вертикального напряжения от собственного веса грунта на уровне этой подошвы, при этом в собственный вес условного фундамента включают вес свай, ростверка и грунта в объеме условного фундамента.
Если при строительстве предусматривают планировку территории подсыпкой (намывом) высотой более 2 м и другую постоянную (долговременную) загрузку территории,
"Рис. 1. Определение границ условного фундамента при расчете осадки свайных фундаментов" эквивалентную подсыпке, а в пределах глубины погружения свай залегают слои торфа или ила толщиной более 30 см, то значение осадки свайного фундамента из висячих свай следует определять с учетом уменьшения габаритов условного фундамента, который в этом случае как при вертикальных, так и при наклонных сваях принимают ограниченным с боков вертикальными плоскостями, отстоящими от наружных граней крайних рядов вертикальных свай.
Рис. 1. Определение границ фундамента при расчете осадки свайных фундаментов

 

 

16. $$$Расчет свайного фундамента по предельным состояниям. Испытание свай. – 157

Расчет свайных фундаментов и их оснований должен быть выполнен в соответствии с ГОСТ 27751 по предельным состояниям:
1) первой группы:
а) по прочности материала свай и свайных ростверков;
б) по несущей способности грунта основания свай;
в) по несущей способности грунта оснований свайных фундаментов;
2) второй группы:
а) по осадкам оснований свай и свайных фундаментов от вертикальных нагрузок;
б) по перемещениям свай совместно с грунтом оснований от действия горизонтальных нагрузок и моментов;
в) по образованию или чрезмерному раскрытию трещин в элементах железобетонных конструкций свайных фундаментов.
В расчетах оснований свайных фундаментов следует учитывать совместное действие силовых факторов и неблагоприятных влияний внешней среды.
Расчет свай, свайных фундаментов и их оснований по несущей способности необходимо выполнять на основные и особые сочетания нагрузок, по деформациям - на основные сочетания.
Нагрузки, воздействия, их сочетания и коэффициенты надежности по нагрузке при расчете свайных фундаментов мостов и гидротехнических сооружений следует принимать согласно требованиям СНиП 2.05.03 и СНиП 2.06.06.
Все расчеты свай, свайных фундаментов и их оснований следует выполнять с использованием расчетных значений характеристик материалов и грунтов.
Испытания свай выполняются с целью получения данных, необходимых для обоснования предпостроечного выбоpа типа свайных фундаментов, их паpаметpов и способов устpойства, а также пpовеpки несущей способности свай при увеличении проектной нагрузки на сваю при реконструкции зданий, при наличии отступлений при производстве работ от принятой технологии устройства свай (для буронабивных свай).
Испытания свай необходимо в обязательном порядке проводить при возобновлении строительства зданий и сооружений после длительного перерыва.
Наиболее широко используемым методом являются испытания свай статической вдавливающей нагрузкой.
При наличии на сваях ростверка испытания свай вдавливающей нагрузкой производятся под ростверком, для чего сваи вырубаются из ростверка для установки домкрата, а упором домкрату служил ростверк. При отсутствии вышележащих конструкций (стен) ростверк пригружается упорной балкой или грузом.
При отсутствии ростверков испытания свай вдавливающей нагрузкой производятся при помощи грузовой платформы, упорных балок, системы анкерных свай и тарированных грузов.
Варианты схем установок для испытания свай статической вдавливающей нагрузкой:
Установка с гидравлическим домкратом, системой балок и анкерными сваями

Установка с грузовой платформой, служащей упором для гидравлического домкрата

Установка с тарированным грузом

Установка комбинированная

Проведение испытаний свай на начальном этапе строительства позволяет точно оценить несущую способность свай, в результате чего может быть принято решение по увеличению этажности строящегося здания либо своевременные меры по усилению его фундаментов до возникновения деформаций конструкций

 

17.$$$Работа свай в составе фундамента и их размещение в ростверке. Конструкции высоких и низких ростверков. Расчет ростверков. – 158

Сваи применяют для передачи нагрузки от возводящихся зданий и сооружений нижележащим слоям грунта или для уплотнения грунта и увеличения его несущей способности как основания. По характеру работы сваи подразделяют на сваи-стойки, которые передают давление от зданий и сооружений на прочный грунт, расположенный под толщей слабого фунта, и висячие сваи, передающие нагрузку на окружающий грунт через трение о боковые стенки.
В плане сваи располагают полями — в несколько рядов или в шахматном порядке, кустами — группами из нескольких свай, рядами, сплошными шпунтовыми рядами. В грунт сваи забиваются вертикально и наклонно под некоторым углом. Верх свай срезают под один уровень и соединяют между собой ростверком, принимающим на себя нагрузку от зданий и сооружений, равномерно распределяя ее на сваи.
Размещение, тип, размер, глубина и способы погружения свай указываются в проектах.
Свайный фундамент с ростверком – строительная конструкция, которая объединяет сваи и служит для равномерной передачи нагрузки сооружения на них и на грунтовое основание.
Различают сборные, сборно-монолитные и монолитные ростверки.
Ростверки бывают высокие и низкие. Низкий ростверк обычно располагают ниже поверхности грунта и он передает часть вертикального давления на грунт основания, в то время как высокий ростверк эти нагрузки передает на сваи.

Устройство сборных железобетонных и монолитных ростверков представляют наиболее приемлемые варианты для дачного строительства.
а – металлическую; б – железобетонную
Ростверки являются составной частью свайных фундаментов, объединяют головы свай и служат для передачи нагрузки от надземной части здания через сван на основание.
После размещения свай в плане и определения габаритов ростверка уточняют вертикальную нагрузку на отдельную сваю в фундаменте по формуле
, (1)
Расчетную горизонтальную нагрузку Р, mс, на сваю определяют из условии равномерного распределения нагрузки на все сваи фундамента. При этом плита ростверка по отношению к сваям принимается бесконечно жесткой.
Ростверки ленточные и под отдельные колонны рассчитывают в соответствии с требованиями СНиП II-В.1—62* по первому предельному состоянию на основное, дополнительное и особое сочетание расчетных нагрузок, а при необходимости — по раскрытию трещин на основное и дополнительное сочетание нормативных нагрузок.
Проверка ширины раскрытия нормальных трещин производится при применении арматуры из стали класса А-Ш для армирования подошвы ростверка. Расчет по раскрытию трещин следует производить согласно указаниям п. 10.4 СНиП II-В.1—62*. Ширина раскрытия нормальных трещин a_Т должна быть не более 0,2 мм.
Расчет ростверков на сваях сплошного круглого сечения производят так же, как и на сваях квадратного сечения.
Сборные и монолитные железобетонные ростверки свайных фундаментов должны изготавливаться из бетона проектной марки не ниже соответственно 200 и 150.
Высоту железобетонного ленточного свайного ростверка определяют расчетом. Рекомендуемая минимальная высота ростверка — 30, ширина — 40 см.
Размеры подошвы ростверка под колонны, ступеней и подколонника в плане из условия унификации рекомендуется принимать кратными 300 мм. Высоту плитной части, ступеней и подколонника следует принимать кратной 150 мм.
Арматуру для армирования ростверков применяют стержневую горячекатаную периодического профиля из стали классов A-II, А-III и круглую класса A-I.
Плиты ростверка рекомендуется армировать в каждом направлении отдельными сварными сетками, у которых расстояние между рабочими стержнями равно 200 мм. Диаметр рабочей арматуры следует принимать из менее 10 мм при длине стержней до 3 м и не менее 12 мм при длине более 3 м. Арматурные сетки должны быть сварены во всех точках пересечения стержней. Допускается часть пересечений связывать проволокой при условии обязательной сварки всех точек пересечений я двух крайних рядах по периметру сеток. Для обеспечения анкеровки рабочей арматуры по концам сеток на расстоянии 25 мм от конца продольных стержней должны быть предусмотрены поперечные стержни вдвое меньшего диаметра, чем продольные.
В случае заделки верхних концов свай в ростверк на глубину 50 мм арматурные сетки укладывают сверху на головы свай. При заделке свай в ростверк на глубину более 50 мм стержни, попадающие на сваи, вырезают, а сетки укладывают с защитным слоем бетона 50 мм.
Стенки стакана ростверка под сборные железобетонные колонны армируют продольной и поперечной арматурой. Поперечное армирование стенок стакана следует выполнять в виде сварных сеток с расположением стержней у наружных и внутренних поверхностей стенок. Диаметр арматурных стержней принимается по расчету, но не менее 0,25 диаметра продольной арматуры стенок. Расстояние между сетками принимается не более 0,25 глубины заделки колони и не более 200 мм.
В верхней части стакана рекомендуется устанавливать 2—3 сетки с шагом 100 мм.
Диаметр продольной арматуры стенок стакана определяют расчетом.
Сетки, необходимые по расчету на смятие под торцами сборных железобетонных колонн, укладывают не менее 2 шт., а под опорными плитами базы стальных колонн — не менее 4 шт. с расстоянием по высоте 50—100 мм.
Железобетонные монолитные, а также стальные колонны соединяются с монолитными ростверками так же, как и с монолитными фундаментами на естественном основании.

 

18.$$$Уплотнение и закрепление грунтовых оснований. Применение песчаных, грунтовых, песчано–гравийных подушек. Определение необходимости уплотнения, закрепления или замены грунта. – 159

Закрепление грунтов - искусственное преобразование свойств грунтов для целей строительства в условиях их естественного залегания. В результате чего, увеличивается несущая способность основания сооружения, повышается его прочность, водонепроницаемость, сопротивление размыву и др. Закрепление грунтов широко применяется при строительстве промышленных и гражданских зданий на просадочных грунтах, для укрепления откосов выемок дорог и стенок котлованов в водонасыщенных грунтах, в качестве противооползневых мероприятий, при проходке горных выработок, создании противофильтрационных завес в основании гидротехнических сооружений, для защиты бетонных сооружений (фундаментов) от воздействия агрессивных промышленных вод, для увеличения несущей способности свай и опор большого диаметра и т.д. Закрепление грунтов достигается нагнетанием в грунт вяжущих материалов и химических растворов, а также воздействием на грунт электрическим током, нагреванием и охлаждением.
Уплотнение грунтов, искусственное преобразование свойств грунтов в строительных целях без коренного изменения их физико-химического состояния; представляет собой процесс взаимного перемещения частиц грунта, в результате которого увеличивается число контактов между ними в единице объёма вследствие их перераспределения и проникновения мелких частиц в промежутки между крупными под действием прилагаемых к грунту механических усилий. Уплотнение грунтов производится главным образом для обеспечения их заданной плотности и, следовательно, уменьшения величины и неравномерности последующей осадки оснований и земляных сооружений.
Подушка под фундамент
Подушка под фундамент – это некая насыпка, подготовленная основа для непосредственного возведения фундамента. Основанием под бетонный ленточный фундамент может служить как подушка из смеси песка и щебня, так и заливная бетонная подушка. Укладывание подушки из смеси крупного песка и щебня – процесс довольно простой, хоть и занимает достаточное количество времени. Смесь укладывается в подготовленную под фундамент траншею точно до отметки низа фундамента. Как правило, толщина подушки составляет 20-30 см, из которых порядка 15 см составляет песок, все остальное – щебень. Материалы лучше засыпать небольшими слоями и тщательно утрамбовывать после засыпания каждого слоя.
Подушка под фундамент - это основа вашей постройки . Укладывать подушку под фундамент можно только сделав необходимые расчеты.

 

19.$$$Расчеты, необходимые при устройстве искусственного основания с помощью грунта. Средства уплотнения. Контроль качества уплотнения. – 99, 160, 180

сновным работам по уплотнению грунтов и устройству грунтовых подушек должно предшествовать опытное уплотнение, в ходе которого должны быть установлены технологические параметры и контрольные величины показателей качества.
Поверхностное уплотнение грунтов трамбованием следует выполнять с соблюдением следующих требований:
- при различной глубине заложения фундаментов уплотнение грунта следует производить, начиная с более высоких отметок;
- по окончании поверхностного уплотнения верхний недоуплотненный слой грунта необходимо доуплотнить по указанию проекта;
- уплотнение грунта трамбованием в зимнее время допускается при немерзлом состоянии и естественной влажности (необходимая глубина уплотнения при влажности грунта ниже оптимальной достигается увеличением веса, диаметра или высоты сбрасывания трамбовки);
- контрольное определение отказа производится двумя ударами трамбовки при сбрасывании ее с высоты, принятой при производстве работ, но не менее 6 м (уплотнение признается удовлетворительным, если понижение уплотняемой поверхности под действием двух ударов не превышает величины, установленной при опытном уплотнении).
Искусственные основания:
Механическое уплотнение

Песчаные подушки

Свайные основания и ростверки

Расчет свай-стоек

Расчет свайных оснований методом одиночных свай.

Искусственные основания устраиваются при слабых грунтах и больших нагрузках на подошву фундамента. В гражданском строительстве при слабых грунтах и небольших нагрузках обычно ограничиваются уплотнением грунта на глубину 1,5–2,0 м или устройством песчаной подушки, размеры которой определяются расчетом. При больших нагрузках на подошву фундамента применяются свайные основания, опускные колодцы, цементация и силикатизация грунтов основания.
Если залегающие непосредственно под подошвой фундамента грунты слабые, рыхлые, с малым расчетным сопротивлением и не могут служить естественным основанием под фундамент, в качестве основания применяются песчаные подушки. В этом случае слабые грунты под подошвой удаляют на глубину, определяемую расчетом, а образовавшийся котлован заполняют крупно- или среднезернистым песком или гравелистым грунтом, обладающими малой сжимаемостью и допускающими давление в 2—2,5 кг/см2.
Давление в грунтах основания быстро уменьшается по мере удаления от подошвы, достигая в ленточных фундаментах 55 % от среднего давления под подошвой на глубине, равной ширине фундамента, и 30 % на глубине, равной двойной ширине подошвы. В прямоугольных в плане фундаментах падение давления происходит еще интенсивнее.
В связи с указанными свойствами грунтов, поперечное сечение песчаных подушек может быть принято по кривой изобар. Размеры подушек должны быть такими, чтобы давления, возникающие по кривой (рис. 1), были равны или меньше расчетного сопротивления на слабый грунт. Свойство уменьшения давления в грунтах по мере удаления от источника сжатия используется также при определении ширины подошвы фундамента в тех случаях, когда подстилающий слой слабее рабочего. На практике для упрощения формы очертание подушки в разрезе принимается не по кривой равных давлений, а по объемляющей ломаной, как показано на рис. 1 справа.
Отсыпка песчаной подушки производится слоями толщиной 15—20 см с тщательным уплотнением площадочными вибраторами. Ширина подушки понизу обычно принимается равной ширине подошвы фундамента с небольшим уширением (на 20—25 см) вверху подушки, учитывая, что изобары давлений, соответствующие 50–55 % от средних давлений под подошвой, обычно не выходят за пределы ширины подошвы фундаментов.
Расчет песчаных подушек сводится к следующему.
1. Определяют ширину подошвы фундамента b из условия прочности песчаной подушки по формуле:
2. Находят величину a — отношение расчетного сопротивления слабого грунта к среднему давлению под подошвой:
3. Зная величину a, находим по табл. отношение h/b, обозначенное через m.
По найденным величинам b и m определяют высоту подушки h по формуле:

20.$$$Устройство оснований с помощью втрамбованных подушек. Вытрамбованные котлованы. – 100, 161

При устройстве грунтовых подушек - планы и разрезы котлованов, физико-механические характеристики отсыпаемого грунта, указания по толщине отсыпаемых слоев, рекомендуемым машинам для уплотнения грунта и режимам работы, а также плотность сухого грунта в подушках;
При вытрамбовывании котлованов - план котлована под здание или сооружение с отметками, с которых следует производить вытрамбовывание котлованов под фундаменты, размеры в плане и глубину отдельно вытрамбованных котлованов, конструкцию фундаментов с предельными нагрузками на основание, размеры, форму, массу и высоту сбрасывания трамбовки и ориентировочное число ударов при вытрамбовывании котлованов на заданную глубину; допустимый диапазон изменения влажности грунтов, минимально допустимые расстояния между вытрамбованными котлованами, размеры уширений в их основании, а также объем и вид жесткого грунтового материала (щебень, гравий, песчано-гравийная смесь и т.д.), втрамбовываемого в дно котлована, число порций и объем одной порции;
Отсыпка грунта на промороженный слой допускается как исключение при толщине мерзлого слоя не более 0,4 м, когда влажность отсыпаемого грунта не превышает 0,9 влажности на границе раскатывания; в противном случае промороженный грунт должен быть удален.
Вытрамбовывание котлованов под фундаменты следует выполнять с соблюдением следующих требований:
а) вытрамбовывание котлована под отдельно стоящие фундаменты надлежит выполнять сразу на всю глубину котлована без изменения положения направляющей штанги трамбующего механизма;
б) доувлажнение грунта в необходимых случаях следует производить от отметки дна котлована на глубину не менее полуторной ширины котлована;
в) втрамбовывание в дно котлована жесткого материала для создания уширенного основания следует производить сразу же после вытрамбовывания котлована;
г) фундаменты, как правило, устраиваются сразу же после приемки вытрамбованных котлованов. Максимальный перерыв между вытрамбовыванием и бетонированием - одни сутки. При этом толщина дефектного (промороженного, размокшего и т.п.) слоя на стенах и дне котлована не должна превышать 3 см;
д) бетонирование фундамента следует производить враспор;
е) вытрамбовывание котлованов в зимнее время следует производить при талом состоянии грунта. Промерзание грунта с поверхности допускается на глубину не более 20 см.
ж) при массе трамбовок 3 т и выше запрещается вытрамбовывать котлованы на расстояниях менее: 10 м - от эксплуатируемых зданий и сооружений, не имеющих деформаций, и 15 м - от зданий и сооружений, имеющих трещины в стенах, а также от инженерных коммуникаций, выполненных из чугунных, железобетонных, керамических, асбестоцементных и пластмассовых труб. При массе трамбовок менее 3 т указанные расстояния могут быть уменьшены в 1,5 раза.

 

 

21.$$$Устройство искусственных оснований с помощью энергии взрыва. Гидровзрывной способ уплотнения грунтов. – 101, 162

При уплотнении предварительным замачиванием и замачиванием с глубинными взрывами - план разбивки уплотняемой площадки на отдельные участки (карты) с указанием их глубины и очередности замачивания, расположение и конструкции поверхностных и глубинных марок, схему сети водовода, данные по среднесуточному расходу воды на 1 кв.м уплотняемой площадки и времени замачивания каждого котлована или участка (карты), величину условной стабилизации просадки, а в случае замачивания через скважины, дополнительно - план расположения скважин с указанием их глубины, диаметра, способа проходки и вида дренирующего материала для засыпки, способы уплотнения верхнего недоуплотненного (буферного) слоя грунта. При уплотнении просадочных грунтов замачиванием и глубинными взрывами дополнительно должна быть приведена технология взрывных работ с указанием противосейсмических мероприятий и техники безопасности производства взрывных работ;
Уплотнение просадочных грунтов замачиванием и энергией взрыва следует выполнять с соблюдением требований:
а) замачивание необходимо выполнять через дно котлована, дренажные, взрывные или совмещенные скважины, заполненные дренирующим материалом, и продолжать до промачивания всей просадочной толщи до проектной влажности;
б) по окончании замачивания и после производства взрывных работ следует проводить наблюдения за осадкой поверхностных и глубинных марок. Нивелирование после взрыва зарядов ВВ надлежит производить в течение последующих 15-20 сут.;
в) глубину котлована или распределительных траншей, отрываемых за счет срезки грунта, следует назначать из условия сохранения слоя воды при замачивании 0,3-0,5 м.
В зимнее время уровень воды в котловане и траншеях следует поддерживать на одной отметке;
г) в необходимых случаях, когда уплотнение грунта производится на больших площадях, допускается предусматривать устройство песчано-гравийных подушек, позволяющих ускорить начало строительно-монтажных работ на уплотненном участке;
д) разрыв между окончанием замачивания и взрывами зарядов ВВ, в зависимости от размеров площадки, должен составлять не более 3-8 ч.
После предварительного замачивания оснований и замачивания с глубинными взрывами зарядов ВВ следует производить уплотнение верхнего слоя грунта.

 

22.$$$Закрепление грунтов инъекциями цементных, силикатных, силикатно–глинистых растворов, синтетических смол и других веществ. Основные свойства закрепленных грунтов. – 102, 163

В зависимости от технологии закрепления и процессов, происходящих в основании способы закрепления можно разделить на три основные группы: физико-химические, химические и термические.
К физико-химическим способам закрепления грунтов, используемых при повышении прочности оснований, можно отнести: цементацию, упрочнение грунта негашеной известью и другие методы.
Цементация грунта заключается в том, что частицы грунта скрепляются цементным раствором, который нагнетается через инъектор или скважину в поры грунта. Таким образом, пористый грунт может быть превращен в сплошной монолит или отдельные столбы из цементированных грунтов.
Цементацию применяют для закрепления трещиноватых скальных пород, гравелистых и песчаных грунтов с коэффициентом фильтрации 50—200 м/сут.
Для нагнетания в грунт используют цементные растворы. При наличии крупных пустот применяют цементно-песчаные растворы.
Для приготовления инъекционных растворов должен применяться обыкновенный портландцемент, обеспечивающий наибольшую плотность цементного камня. Растворы приготовляют в растворосмесителях РМ-500, РМ-750, МГ2-4Х, СМ-243Б.
При больших глубинах закрепления оснований инъекционные скважины бурят станками ударно-канатного, ударно-вращательного, колонкового и ударно-поворотного бурения. Способ бурения выбирается в зависимости от категории грунтов.
Наиболее распространенными способами химического закрепления оснований являются: силикатизация, электросиликатизация, газовая силикатизация, смолизация.
Силикатизация является одним из наиболее эффективных способов химического закрепления грунтов. Она позволяет в короткие сроки, надежно и с меньшими трудовыми затратами приостановить развитие недопустимых осадок основания.
Основным материалом для силикатизации является жидкое стекло, т. е. коллоидный раствор силиката натрия (Na20„Si02+mH20). Жидкое стекло характеризуется следующими данными: плотность 1,33—1,35 г/см3, вязкость при 20°С 40—50 мПа-с, с водой смешивается быстро и в любых соотношениях. В результате разбавления вязкость жидкого стекла сильно снижается, а проницаемость — возрастает.
В зависимости от физико-механического состояния грунтов применяется одно-и двухрастворная силикатизация грунтов.

 

 

23.$$$Термическое и электрохимическое закрепление грунтов. Основные свойства закрепленных грунтов. – 103, 164

В слабо фильтрующих, слабых грунтах при kf= 0,1 м/сут используют электрохимическое закрепление грунтов. Этот метод основывается на использовании электроосмоса для принудительного введения в грунты растворов силиката натрия и хлористого кальция, для чего через грунты с Ј/=0,005…0,1 (пески пылеватые, супеси и легкие суглинки) пропускается электрический ток, вызывающий движение воды от анода к катоду. В качестве анода используют перфорированную трубу, в полость которой последовательно вводят химические укрепляющие вещества, а через катод откачивают воду. Под действием электрического тока увеличивается скорость проникновения закрепляющих растворов, скорость протекания физико-химических реакций по образованию нерастворимых соединений и необратимых коллоидов, а также уменьшается влажность около анодов. Эти факторы способствуют омо-ноличиванию грунта и улучшению строительных характеристик на Длительный период времени, т. е. приводят к его закреплению.
При коэффициентах фильтрации kf <0,01 м/сут иногда для улучшения закрепления применяют электролиты, способствующие внедрению в грунт их ионов (в качестве электролита используют раствор хлористого кальция). Однако в некоторых случаях даже при меньших значениях коэффициента фильтрации к/< 0,005 м/сут можно не применять электролиты, если в грунтах, например в илах, содержатся соли, вступающие в реакцию.

 

24.$$$Расчёт свайных фундаментов из забивных железобетонных свай на сейсмические воздействия. – 104, 165

Свайные фундаменты состоят из железобетонных свай и железобетонных ростверков. Их устраивают в виде:
- лент под стены зданий с расположением свай в один, два и более рядов;
- «кустов» под колонны;
- одиночных свай и свай-колонн, у которых выступающая над поверхностью грунта часть заменяет колонну.
В монолитном строительстве применяют забивные (заводского изготовления) и набивные (построечного изготовления) сваи.
Забивные сваи изготавливают прямоугольного, круглого и кольцевого сечений с напрягаемой и ненапрягаемой арматурой.
При проектировании свайных фундаментов в сейсмических районах кроме требований настоящих норм следует соблюдать также требования СНиП 11-7-81 *; при этом в дополнение к материалам инженерных изысканий для проектирования свайных фундаментов должны быть использованы данные сейсмического микрорайонирования площадки строительства.
Свайные фундаменты зданий и сооружений с учетом сейсмических воздействий должны рассчитываться на особое сочетание нагрузок по предельным состояниям первой группы. При этом необходимо предусматривать:
а) определение несущей способности сваи на сжимающую и выдергивающую нагрузки в соответствии с требованиями;
б) проверку устойчивости грунта по условию ограничения давления, передаваемого на грунт боковыми поверхностями свай, в соответствии с требованиями;
в) расчет свай по прочности материала на совместное действие расчетных усилий.

 

 

25.$$$Категории грунтов по сейсмическим свойствам. Основы сейсмического районирования. -105, 119, 166

Определение сейсмичности площадки строительства следует производить на основании сейсмического микрорайонирования.
В районах, для которых отсутствуют карты сейсмического микрорайонирования, допускается определять сейсмичность площадки строительства согласно табл. 1СНиП II-7-81.
I группа
Скальные грунты всех видов (в том числе вечномерзлые и вечно­мерзлые оттаявшие) невыветрелые и слабо-выветрелые: крупнообло­мочные грунты плотные маловла­жные из магматических пород, содержащие до 30% песчано-глинистого заполнителя: выветрелые и сильновыветрелые скальные и нескальные твердомерзлые (вечномерзлые) грунты при температуре минус 2°С и ниже при строительстве и эк­сплуатации по принципу I (сохранение грунтов основания в мерзлом состоянии).
II группа
Скальные грунты выветрелые и сильновыветрелые, в том числе вечномерзлые, кроме отнесенных к I категории; крупнообломочные грунты, за исключением отнесен­ных к I категории; пески гравели­стые, крупные и средней крупно­сти плотные и средней плотности маловлажные и влажные; пески мелкие и пылеватые плотные и средней плотности маловлажные; глинистые грунты с показателем консистенции IL 0,5 при коэффи­циенте пористости е < 0,9 для глин и суглинков и е < 0,7 — для супесей; вечномерзлые нескальные грунты пластичномерзлые или сыпучемер­злые, а также твердо-мерзлые при температуре выше минус 2°С при строительстве и эксплуатации по принципу I.
III группа
Пески рыхлые независимо от вла­жности и крупности: пески граве­листые, крупные и средней круп­ности плотные и средней плотно­сти водонасыщенные; пески мел­кие и пылеватые плотные и сред­ней плотности влажные и водона­сыщенные; глинистые грунты с показателем консистенции IL>0,5; глинистые грунты с показателем консистенции IL<0,5 при коэффи­циенте пористости е>0,9 для глин и суглинков и е>0,7-для супесей; вечномерзлые нескальные грунты при строительстве и эксплуатации по принципу II (допускается отта­ивание грунтов основания)

 

26.$$$Строительство на структурно – неустойчивых грунтах. – 106, 167

При строительстве и эксплуатации городских зданий и сооружений на структурно-неустойчивых грунтах при определенных инженерно-геологических условиях зафиксированы многочисленные случаи образования резко выраженных неравномерных осадок, которые часто приводили к полному разрушению. К структурно-неустойчивым грунтам относятся лёссовые грунты, грунты, находящиеся в мерзлом и вечномерзлом состоянии, рыхлые пески, илы, чувствительные пылеватолинистые грунты, а также пылевато-глинис-тые набухающие грунты.
Развитие значительных неравномерных осадок в структурно-неустойчивых грунтах происходит из-за нарушения их природной структуры, которое возможно в результате механических и физических воздействий.
Механические воздействия обусловлены приложением внешней нагрузки от фундаментов, а также различными динамическими явлениями (вибрация, колебания и т. п.), происходящими в результате движения транспорта, технологических, производственных и других факторов. К механическим воздействиям наиболее чувствительны несвязные и слабосвязные грунты, а именно, слабые насыщенные водой пылевато-глинистые грунты, илы, заторфованные грунты, рыхлые пески и др.
Физические воздействия, при которых происходит нарушение структуры грунтов, обусловлены дополнительным увлажнением, которое может оказать неблагоприятное влияние на лёссовые и набухающие грунты; оттаиванием мерзлых и вечномерзлых грунтов, а также химической а механической суффозией и выветриванием. Данный тип воздействий приводит к увеличению деформативности вследствие разрушения структурных связей, вызывая дополнительные неравномерные осадки.
В структурно-неустойчивых грунтах при приложении внешней нагрузки разрушение структурных связей происходит быстрее, чем образование новых, в отличие от структурно-устойчивых грунтов, в которых одновременно с частичным нарушением структуры и уплотнения возникают новые связи, увеличивая тем самым их прочность. Поэтому в структурно-неустойчивых грунтах процесс разрушения структурных связей происходит лавинообразно и приводит к развитию просадки, не связанной с процессом постепенного уплотнения.
Возведение и эксплуатация сооружений на структурно-неустойчивых грунтах весьма затруднительны, поэтому при проектировании необходимо учитывать условия, при которых возможно нарушение их природной структуры и развитие просадки, и принимать меры, направленные на устранение таких неблагоприятных явлений.
Следует отметить, что основания, сложенные структурно-неустойчивыми грунтами при нагрузках, напряжения от которых не превышают структурной прочности, обладают в некоторых случаях удовлетворительными физико-механическими характеристиками, которые резко ухудшаются при нарушении структуры или превышения напряжениями структурной прочности.

 

27.$$$Фундаменты на лессовых просадочных грунтах. Расчет просадочных деформаций. – 168

Просадкой грунтов называется быстро протекающая осадка, возникающая при коренном изменении структуры грунтов вследствие избыточного увлажнения. Просадочные грунты относятся к структурно-неустойчивым грунтам, которые меняют свои физико-механические свойства при внешних воздействиях. Свойством просадки обладают обычно лёссы и лёссовидные суглинки. Вследствие наличия крупных пор эти грунты иногда называют макропористыми.
Просадочные лёссовые грунты обладают следующими свойствами: они состоят в основном из пылеватых частиц, имеют большую пористость (около 50 %) и малую влажность. На образцах грунта видны крупные поры (макропоры диаметром 0,5... 5,0 мм и более). В грунте содержится значительное количество карбонатов. При замачивании они быстро размокают и теряют первоначальную структуру. Расчет оснований, сложенных лёссовыми грунтами, выполняют по деформациям, которые равны сумме осадки от внешней нагрузки и просадки при замачивании. Просадочные грунты характеризуются относительной просадочностью, начальным просадочным давлением и начальной просадочной влажностью.
Относительная просадочность — это относительная деформация грунта при его замачивании под нагрузкой. Она устанавливается при испытаниях грунтов при разных напряжениях, вызванных нагрузкой от фундамента и от собственного веса грунта.
В зависимости от условий проявления просадочности лёссовых грунтов различают два типа грунтовых условий:
• I тип грунтовых условий, при которых просадка происходит в основном от действия внешней нагрузки, а просадка от собственного веса либо не происходит, либо ее значение не превышает 5 см;
• II тип грунтовых условий, при которых просадка происходит от внешней нагрузки и собственного веса при значении просадки более 5 см.

 

28.$$$Принципы строительства на просадочных грунтах. Устранение просадочных свойств грунтов. – 120, 169

Обеспечение прочности и нормальной эксплуатации зданий и сооружений на просадочных грунтах достигается применением соответствующих принципов и методов строительства, которые основываются на учете природы, механизма просадочности, закономерности развития просадочных деформаций.
При проектировании оснований, фундаментов и зданий на просадочных грунтах прежде всего учитывают возможность их замачивания и возникновения просадочных деформаций. Поэтому в тех случаях, когда исключается замачивание просадочных грунтов сверху или вследствие подъема уровня грунтовых вод и возможно лишь медленное повышение влажности до установившейся за счет застройки территории, основания и фундаменты проектируют как на обычных непросадочных грунтах. Подобные условия обычно имеют место при строительстве зданий и сооружений, необорудованных водопроводом и канализацией, у которых внешние сети и возможные источники замачивания расположены на расстояниях, больших полуторной величины просадочной толщи.
При возможности и неизбежности замачивания просадочных грунтов в основании прочность и нормальная эксплуатация зданий и сооружений достигаются применением одного из следующих принципов:
а) устранения просадочных свойств грунтов;
б) прорезки просадочных грунтов глубокими фундаментами;
в) комплекса мероприятий, включающего подготовку основания, водозащитные и конструктивные мероприятия.
Устранение просадочных свойств грунтов достигается применением различных методов уплотнения и закрепления и направлено на изменение природной структуры, повышение плотности, прочности, исключение просадочности грунтов и превращение их в обычные непросадочные грунты с более высокими значениями прочностных и деформационных характеристик. Основными методами уплотнения просадочных грунтов с I типом грунтовых условий по просадочности являются: поверхностное уплотнение тяжелыми трамбовками, вытрамбовывание котлованов, устройство грунтовых подушек, а на площадках со II типом: предварительное замачивание, в том числе с глубинными взрывами, глубинное уплотнение пробивкой скважин (грунтовыми сваями) и др. Закрепляют просадочные грунты однорастворной силикатизацией и обжигом.

 

 

29.$$$Фундаменты на набухающих грунтах. Водозащитные мероприятия. Улучшение свойств оснований. Конструктивные мероприятия. – 170

Набухающими называют пылевато-глинистые грунты, которые при замачивании водой увеличиваются в объеме.
Следует иметь в виду, что способность набухать имеют некоторые виды шлаков, а также не набухающие в обычных условиях пылевато-глинистые грунты, если они замачиваются отходами химических производств, в частности растворами серной кислоты. В набухающих грунтах возможен и обратный процесс — усадка или уменьшение объема при снижении влажности.
Набухание и усадка грунтов на строительной площадке возможны в результате следующих явлений: 1) подъема уровня подземных вод или инфильтрации (увлажнения поверхностными или производственными водами); 2) накопления влаги в ограниченной по глубине зоне под сооружением в результате нарушения природных условий . испарения, возможного при застройке и асфальтировании городской территории (экранирование поверхности); 3) за счет изменения водно-теплового режима в верхней части зоны аэрации, происходящих в результате влияния сезонных климатических факторов; 4) за счет высыхания от воздействия тепловых источников (котельных, доменных печей, атомных, тепловых электростанций и др.).

 

30.$$$Фундаменты на слабых пылевато-глинистых водонасыщенных и заторфованных грунтах. Конструктивные мероприятия. – 171

Заторфованными грунтами называют грунты, содержащие органические вещества от 10 до 60% по весу, а также грунты с наичием торфянистых прослоек или слоев торфов, к которым относят все органо-минеральные грунты с содержанием органических веществ более 60%.
Эти грунты могут иметь весьма различные свойства в зависимости от степени минерализации заторфованных слоев, но, как правило, обладают весьма большой и неравномерной сжимаемостью.
Кроме того, осадки фундаментов на заторфованных грунтах протекают весьма медленно, при этом вследствие длительности процесса минерализации органических веществ и ползучести скелета органических масс полного затухания осадок почти не происходит.
Резкое ускорение процесса окисления и минерализации заторфованных слоев с одновременным увеличением скорости протекания неравномерных осадок может произойти при изменении гидрологического режима торфянистой залежи, особенно при аэрации грунтов, когда уровень грунтовых вод понизится настолько, что будет располагаться ниже подошвы заторфованных слоев.
Такое понижение уровня грунтовых вод может вызвать катастрофическое возрастание осадок фундаментов.

 

31.$$$Особенности строительства на закарстованных территориях. Оценка характера и степени опасности каркаса. Противокарстовая защита. Устройство противокарстовых фундаментов. Расчет фундаментных конструкций. – 172

Согласно действующим нормативным документам к карстовым районам относятся территории, в геологическом разрезе которых присутствуют растворимые породы, и имеют место или возможны поверхностные и подземные проявления карста.

Выделяются следующие основные литологические типы карста: карбонатный; меловой; гипсовый; соляной.
Более существенное влияние на методику работ оказывают условия залегания карстующихся пород. По условиям залегания различают следующие типы карста:
- открытый или средиземноморский, когда карстующиеся породы лежат непосредственно на поверхности;
- покрытый, когда карстующиеся породы перекрыты либо водопроницаемыми, либо водонепроницаемыми нерастворимыми породами.
Благодаря неглубокому залеганию карстующихся пород облегчается производство геофизических работ, повышается их эффективность.
В районах покрытого карста, в которых карстующиеся породы перекрыты слоями нерастворимых водопроницаемых пород, возникают трудности обнаружения зон возможных карстовых провалов с помощью геофизических методов при значительной мощности перекрывающих четвертичных отложений (более 20 м). Однако задача обнаружения может облегчаться за счет вторичных изменений вышележащих пород.
В случае наличия перекрывающих рыхлых отложений (пески, супеси) в зоне развития карста возникают побочные суффозионные явления, мощность их нередко возрастает вследствие понижения кровли карстующихся пород. Кроме того, существенным поисковым критерием является уменьшение влагосодержания рыхлых пород непосредственно над карстовой зоной, что влечет за собой повышение УЭС этих пород. Последнее обстоятельство связано с интенсивной инфильтрацией поверхностных вод в карстовые полости.
Другим существенным поисковым критерием для геофизических методов является резкий перепад УГВ в зоне развития карста. В районах покрытого карста, в которых карстующиеся породы перекрыты слоями нерастворимых водонепроницаемых пород, последние препятствуют развитию карста и связанных с ним явлений.
Чем больше мощность перекрывающих отложений, тем труднее установить геофизическими методами зоны карстовых пустот, развитые на глубине. В этом случае необходимо проведение широкого комплекса геофизических методов, включающих электроразведку, сейсморазведку и различные методы каротажа (КС, ПС, резистивиметрия, ГК, ГГК и др.).
По отношению к уровню подземных вод карстующиеся породы залегают: в зоне аэрации, в зоне постоянного водонасыщения и в смешанной зоне.
В зоне аэрации карст в большинстве случаев представлен в виде полостей, незаполненных вмещающим материалом; в зоне же постоянного водонасыщения карстовые полости часто заполнены вторичным переотложенным материалом (глиной, суглинком, продуктами разрушения карстующихся пород, находящимися в водонасыщенном состоянии).
Геофизические методы исследования в карстовых районах решают следующие основные задачи:
литологическое расчленение пород;
поиски и оконтуривание карстовых полостей или зон их развития (поверхностных и погребенных), определение рельефа карстующихся пород;
изучение степени трещиноватости пород и преобладающего его направления;
исследование гидрогеологических особенностей карста.

 

32.$$$Проектирование фундаментов на подрабатываемых территориях. Принципы проектирования и защитные конструктивные мероприятия. – 173

Основания сооружений, возводимых на подрабатываемых территориях, должны проектироваться с учетом неравномерного оседания земной поверхности, сопровождаемого горизонтальными деформациями сдвигающегося грунта в результате производства горных работ и перемещения грунта в выработанное пространство.
Параметры деформаций земной поверхности, в том числе кривизна поверхности, ее наклоны и горизонтальные перемещения, а также вертикальные уступы должны определяться в соответствии с требованиями СНиП по проектированию зданий и сооружений на подрабатываемых территориях. Эти параметры, являющиеся основой для расчета оснований, фундаментов и надфундаментных конструкций сооружений, должны учитываться при назначении расчетных значений характеристик грунта.
Расчетные значения прочностных и деформационных характеристик грунта для определения усилий, действующих на фундаменты в результате деформаций земной поверхности, следует принимать равными нормативным, полагая в формуле (1) коэффициент надежности по грунту gg = 1.
Значение модуля деформации грунта в горизонтальном направлении Еh допускается принимать равным 0,5 для пылевато-глинистых грунтов и 0,65 - для песчаных грунтов от значения модуля деформации грунта в вертикальном направлении Е .
К основным мероприятиям, снижающим неблагоприятное воздействие деформаций земной поверхности на фундаменты и конструкции сооружений, относятся:
а) уменьшение поверхности фундаментов, имеющей контакт с грунтом;
б) заложение фундаментного пояса на одном уровне в пределах отсека сооружения;
в) устройство грунтовых подушек на основаниях, сложенных практически несжимаемыми грунтами;
г) размещение подвалов и технических подполий под всей площадью отсека сооружения;
д) засыпка грунтом пазух котлованов и выполнение грунтовых подушек из материалов, обладающих малым сцеплением и трением на контакте с поверхностью фундаментов;
е) отрывка перед подработкой временных компенсационных траншей по периметру сооружения.

 

33.$$$Особенности строительства в условиях реконструкции стесненной застройки. Изменение расчетной схемы здания, увеличение нагрузок на фундаменты. Изменение свойств грунтов основания. – 174

Особенности строительства в условиях реконструкции и стесненной застройки заключаются в следующем.
До начала работ по усилению фундаментов необходимо проведение подготовительных мероприятий:
- согласование режима работы реконструируемого или аварийного сооружения на период усилительных работ;
- обеспечение максимального фронта усилительных работ при минимальном времени реконструкции сооружения;
- установка геодезических марок;
- установка настенных маяков на всех трещинах в несущих конструкциях;
- обеспечение доступа к фундаментам и при необходимости закладка шурфов.
Изменение свойств грунтов основания при длительном перерыве строительных работ.
Периодическое воздействие дождевых и талых вод на грунты основания повышает их влажность. При отсутствии дренажа, планировки территории и при малой водопроницаемости грунтов котлован может быть постоянно заполнен водой.
Длительное воздействие воды увеличивает влажность грунтов, снижая несущую способность основания. Особенно сказывается это воздействие на глинистых грунтах, консистенция которых может изменится от твердой до текучепластичной.
Толщина слоя грунта, в пределах которой происходит отрицательное воздействие воды, зависит от водопроницаемости грунта: чем она выше, тем больше толщина слоя, в котором от длительного увлажнения будут ухудшаться механические свойства грунта.
С другой стороны, степень ухудшения механических свойств грунта тем выше, чем меньше его водопроницаемость. Так, плотные глины твердой консистенции при длительном воздействии воды становятся текуче-пластиночными, но толщина слоя глины, в пределах которой изменяется консистенция, будет незначительной.
Грунты дна котлована, в котором не возведены фундаменты, изменяют свои свойства не только из-за переувлажнения дождевыми и талыми водами, но и из-за проявления упругих деформаций грунтов основания после разгрузки от природного давления, а также действия гидростатического давления подземных вод.
Отрицательное влияние на свойства грунтов основания оказывают периодические сезонные замораживания грунтов, особенно пучинистых. Длительное воздействие атмосферных вод в котловане является разрушительным при наличии в основании ленточных глин. Если котлован был отрыт не на полную проекторную глубину, то влияние длительного перерыва в работах на грунтах основания будет не таким значительным. Как при его полной готовности.

 

34.$$$Проектирование оснований и фундаментов реконструируемых зданий. Реконструкция ремонт и усиление фундаментов. – 175

Работы по проектированию оснований и фундаментов реконструируемых зданий ведут в следующем порядке. На первом этапе анализи­руют материалы технического заключения по инженерно-геологическому обследованию здания, включающие в себя геологические и гидрогеоло­гические условия площадки, данные о типе, материале и прочностных характеристиках фундаментов. При наличии в конструкциях здания раз­рушений, трещин или усилений в заключении указывают причины де­формаций и способы их стабилизации. На втором этапе осуществляют общее освидетельствование конструкций здания и устанавливают его конструктивную схему. Далее определяют дей­ствующие и проектируемые нагрузки в соответствии с требованиями СНиП 2.01.07—85 "Нагрузки и воздействия" и выполняют расчет и кон­струирование усиления фундаментов, если в этом возникает необходи­мость.
Принципы расчета существующих и дополнительно возводимых фундаментов различны. Для существующих фундаментов после сбора нагрузок вычисляют напряжения в месте контакта стены с верхним обрезом фундамента, а также непосредственно под подошвой фундамента и проверяют прочность материала фундамента и стен на местное смятие; определяют прочность грунтов основания и не допускают превышения фактических давлений на грунты оснований над расчетными, вычисленными в соответствии со СНиП 2.02.01—83*. В зависимости от результатов проверки принимают решение о необходи­мости усиления материала фундаментов, изменения их вида и размеров, увеличения числа, укрепления грунтов основания. После принятия новых параметров фундаментов или выбора способа укрепления грунтов осно­ваний проверяют расчет давлений, сравнивают ожидаемые и допустимые дополнительные осадки при увеличении нагрузок на фундаменты.
Основными причинами деформаций фундаментов и оснований, вызывающими необходимость их усиления и реконструкции, яв­ляются: 1) увеличение нагрузок на фундаменты; 2) надстройка существующих зданий и сооружений при реконструкции, капитальном ремонте и т.д.

При реконструкции эксплуатируемых зданий проектирование оснований фундаментов осуществляется с учетом уплотнения грун­тов. Расчетное сопротивление грунтов основания эксплуатируе­мых зданий определяется по формуле R'=Rmk
Расчет дополнительных осадок фундаментов реконструируемых зданий производят на дополнительные нагрузки, вводя значение модуля деформации с учетом уплотнения грунтов в основании. При этом размер предельно допустимой осадки устанавливается по результатам инженерно-геологического и инженерно-конструктор­ского обследований.
Применяют следующие основные приемы усиления осно­ваний и фундаментов и изменения условий работы грунтов; уширение подошвы; увеличение глубины ее заложения; пересадка фундамента на сваи; возвращение фундамента, смещенного в сторону, в проектное положение; закрепление кладки фундамен­та; взятие кладки в обойму; закрепление грунтов основания. Все эти приемы можно подразделить на три группы; 1) изменение условий передачи давления на грунт; 2) увеличение прочности кладки фундамента; 3) увеличение прочности и уменьшение деформативности грунтов в основании.

 

 

35.$$$Возведение фундаментов вблизи существующих зданий. Определение предельно допустимых дополнительных деформаций. Деформации зданий при проведении рядом с ними строительных работ. Конструктивные решения при возведении фундаментов в близи существующих зданий. – 176

В последние годы особую актуальность приобретает проблема возведения фундаментов новых зданий вблизи существующих объектов, поскольку при этом возникают не только значительные технологические трудности, но и опасность повреждений расположенных в непосредственной близости ранее возведенных строений. Строительство зданий вблизи или вплотную к уже существующим является более сложной задачей, чем возведение отдельно стоящего здания. Опыт свидетельствует, что пренебрежение особыми условиями такого строительства может привести к появлению в стенах ранее построенных зданий трещин, к перекосам проемов и лестничных маршей, к сдвигу плит перекрытий и, в конечном итоге, к нарушению нормальных условий эксплуатации существующих зданий, а иногда даже к аварийным ситуациям.
Причины, обусловливающие проявление дополнительных деформаций существующих зданий при возведении около них фундаментов:
-выпор грунта в сторону разрабатываемого котлована;
-суффозия грунта из-под подошвы фундамента при открытом водоотливе;
-динамическое воздействие на грунт при забивке шпунта свай;
-разработка мерзлого грунта и промораживание талого грунта;
-отклонение шпунта под воздействием нового фундамента.
При разработке котлована для строительства нового здания рядом с существующим необходимо соблюдать следующие правила:
-не применять ударные и взрывные способы разработки грунта;
-максимально сокращать строительные работы в котловане.
Если строительство ведется рядом с существующим зданием вплотную и отметки заложения подошв их фундаментов совпадают, то не рекомендуется разрабатывать весь котлован до стенки существующего фундамента без специальных мероприятий. Строительство в этом случае осуществляют захватками. При этом соседняя захватка делается только после возведения фундамента на предыдущем участке.
Если глубина заложения подошвы фундамента нового здания больше, чем глубина существующего, то применяется шпунтовое ограждение, или «стена в грунте». Водопонижение в этих случаях следует проводить с осторожностью, так как оно может вызвать дополнительные осадки.
Для рядом строящихся зданий желательно использовать однотипные фундаменты.
Основная опасность для существующих зданий связана с развитием дополнительных осадок, вызванных передаваемым давлением на грунт основания новым зданием. При этом наибольшие повреждения возникают в пределах 2...7 м от границы примыкания старых зданий. Следовательно, если между смежными зданиями обеспечен достаточный разрыв, то опасность дополнительной осадки резко снижается.
Устройство буронабивных свай по технологическим особенностям вполне отвечает требованиям к возведению фундаментов вблизи зданий. Известно много типов буронабивных свай, отличающихся, в основном, конструкцией оборудования, применяемого для проходки скважин, изготовления ствола и уширения сваи. Опыт строительства зданий на таких сваях свидетельствует о снижении в несколько раз осадок домов по отношению к фундаментам на естественном основании. Это позволяет использовать буронабивные сваи на участках примыкания к существующим зданиям, обеспечивая тем самым уменьшение влияния загружения соседних площадей до безопасных величин.
В перспективе при выборе типа фундаментов вблизи существующих зданий преимущество будет отдаваться буронабивным сваям, позволяющим достигать высокого уровня механизации процесса, иметь высокую несущую способность, проходить толщу слабых грунтов, опираться на прочные грунты и создавать необходимые условия для сохранения несущих конструкций зданий, вблизи которых выполняется строительство новых зданий.

 

 

36.$$$Особенности производства работ по возведению фундаментов. Крепление стен котлована. Расчет шпунтовой стенки. – 177

Возведение фундаментов на суше начинают с разметки на местности котлована. Затем производят крепление стен котлована, осушение его от подземной воды, разработку и удаление грунта, установку опалубки и бетонирование фундамента. После приобретения бетоном прочности, предусмотренной проектом, снимают опалубку, устраивают гидроизоляцию, удаляют крепление, засыпают грунтом пазухи между фундаментом и стенами котлована, планируют местность вокруг фундамента.
В зависимости от свойств грунтов, степени насыщения их водой и глубины заложения фундамента котлованы разрабатывают без крепления или с креплением их стен. При разработке грунта необходимо иметь в виду, что от воздействия грунторазрабатывающих механизмов, а также вследствие снятия естественной пригрузки в виде удаляемого слоя грунта происходит разуплотнение верхней зоны несущего пласта. На степень разуплотнения оказывают значительное влияние продолжительность выстойки отрытого до проектной отметки котлована от момента удаления грунта до начала бетонирования фундамента, изменение уровня подземных вод, замачивание грунта атмосферными осадками, промораживание основания в зимний период строительства и т. п.

С увеличением сроков выстойки отрытого котлована происходит набухание глинистых грунтов несущего пласта. В случае замачивания таких грунтов атмосферными осадками снижается их прочность, а при замерзании возможно пучение этих грунтов в результате подсоса влаги. Наличие избыточной влаги может вызвать недопустимые по условиям эксплуатации сооружения осадки и перекосы забетонированного в таком котловане фундамента.

Способы и конструкции крепления стен котлованов, обеспечивающих устойчивость бортов котлованов и фундаментов реконструируемого здания, в зависимости от их глубины и размеров, физико-механических характеристик грунтов, величины и характера нагрузки на бровке и принятых способов выполнения земляных и строительных работ, могут быть следующими: распорки и подкосы, контрофорсы, нагельное крепление, шпунтовые стенки, стенки с забиркой, "стена в грунте", анкера, стенки из буросоприкасающихся, буросекущихся и завинчивающихся свай, гравитационные подпорные стенки, замораживание.
Расчет шпунтовой стенки. Полная глубина заделки шпунтовой стенки t=t₀+ Δt ; t определяется из условия реализации обратного отпора грунта Eр’
Δt= Eр’/2qto*( λ_p- λ_Q )
λp=tg²(45+фи/2); λ_Q= tg²(45-фи/2)
На практике чаще всего составляется только одно уравнение моментов, не содержащее Eр’, и определяется to, а полная заделка шпунтовой стенки в грунт принимается равнойt=1.1t₀
Анкерные шпунтовые стенки в зависимости от жесткости стенки различают расчетные схемы:
- свободно опертая стенка (схема Ю.К.Якоби)
- заделанная стенка (схема Блюма-Ломейера)
Рис. 14.7. Расчет заанкеренной стенки схеме Э.К.Якоби:
а – схема работы стенки; б – расчетная схема

 

 

37.$$$Открытый водоотлив и искусственное понижение уровня грунтовых вод. Многоярусные установки. Искусственное замораживание водонасыщенных грунтов. – 178

Водопонижение на строительстве метрополитенов применяют при сооружении станций, тоннелей и подземных переходов, возводимых открытым способом, при проходке станционных и перегонных тоннелей закрытым способом, при строительстве стволов шахт, а также выполнении различных работ, сопутствующих сооружению тоннелей метрополитена.
Для водопонижения применяют: легкие иглофильтровые установки, эжекторные иглофильтры, установки вакуумного и забойного водопонижения, а также глубинные насосы, устанавливаемые в водопонижающие скважины,
По мере откачки воды депрессионная воронка увеличивается по площади распространения и в глубину. Если интенсивность откачки остается постоянной, то со временем наступает стабилизация - установившийся режим, при котором не происходит дальнейшего развития депрессионной воронки. С прекращением откачки уровень грунтовых вод восстанавливается. Целью водопонижения является развитие и поддержание депрессионной воронки в водоносных грунтах, т. е. их поддержание в осушенном состоянии в течение всего периода возведения сооружения. В ряде случаев водопонижение применяют для снятия избыточного напора в подстилающих водоносных грунтах, отделенных от дна котлована слоем водоупорного грунта.
Водопонижающие скважины бурят за пределами контура возводимых конструкций. Их расположение в плане зависит от размеров сооружения, а также от гидрогеологических характеристик грунтов и может быть: линейным, контурным, кольцевым, комбинированным.
Искусственное охлаждение грунтов в естеств. залегании до отрицательных температур с целью их стабилизации и достижения водонепроницаемости. Замораживание грунтов применяется для создания временной прочной водонепроницаемой перемычки, преграждающей доступ воде или плывунным грунтам в выработку, при производстве работ по стр-ву подземных сооружений в водоносных грунтах. Широко распространен этот способ при стр-ве шахт, туннелей, станций метрополитена, подземных камер, фундаментов, мостов, перемычек и др. сооружений. Все замораживающие колонки соединяются с общим коллектором прямым и обратным трубопроводами, в к-рых циркулирует раствор соли хлористого кальция, охлажденный на замораживающей станции. Рассол поступает через питательные трубки в замораживающую колонку и, достигнув дна колонки, давлением насоса поднимается вверх по кольцевому пространству между питательной и замораживающей трубками и омывает внутренние стенки замораживающих колонок. При этом рассол отнимает тепло у грунта, окружающего колонку, понижает его темп-ру и постепенно замораживает. Вокруг каждой колонки образуются цилиндры из замороженного грунта, к-рые, увеличиваясь в диаметре, с течением времени соединяются между собой, образуя сплошную льдогрунтовую перемычку. Время, необходимое для образования перемычки, зависит от количества, скорости движения и состава грунтовой воды, термофизич. свойств грунтов, расстояния между скважинами, темп-ры циркулирующего рассола и других факторов. Во время разработки грунта, после образования льдогрунтовой перемычки, процесс замораживания осуществляется непрерывно или с определенным режимом.
Для искусственного замораживания грунтов используются холодильные машины различной конструкции и производительности, применяемые и в др. отраслях пром-сти, основанные на принципе испарения жидкостей (аммиак, углекислота, фреон и др.).

 

 

38.$$$Защита помещений от грунтовой сырости. Гидроизоляция подвалов при малом и большом напорах грунтовых вод. – 179

Защита жилых зданий от грунтовой влаги
Фундаменты малоэтажных зданий, расположенные на относительно сухих грунтах, т.е. с глубоким уровнем расположения грунтовых вод, в первую очередь защищают от прямого воздействия дождевых и талых вод. С этой целью по периметру наружных стен устраивают отмостку из асфальта, асфальтобетона или плоских камней на слое песка и с подстилкой жирной глины.
В любых грунтах содержится капиллярная влага, которая проникает в тело фундамента и поднимается к зоне сопряжения с конструктивными элементами надземной части здания. Поэтому вся цокольная часть стены ниже уровня гидроизоляции должна выполняться только из красного глиняного обыкновенного хорошо обожженного кирпича. Чтобы преградить доступ капиллярной влаги в помещения, на границе контакта фундамента со стенами устраивают гидроизоляцию. Ее выполняют из двух слоев толя или раствора цемента с водонепроницаемыми добавками и располагают на определенном уровне от поверхности отмостки и пола. Полы первого этажа, расположенные на грунте, тоже имеют горизонтальную гидроизоляцию. При этом боковую поверхность фундамента или стены, соприкасающуюся с грунтом пола, обмазывают горячим битумом от уровня гидроизоляции стыка стен с фундаментом до верха подготовки пола.
При высоком уровне грунтовых вод (УГВ) конструктивные элементы подземной части малоэтажного здания оказываются в воде. Если вода агрессивна по отношению к материалам фундамента или подвала, то эти элементы выполняют из специальных материалов, устойчивых к агрессивному действию воды. В домах с подвалами или приямками уровень грунтовых вод может располагаться выше уровня пола. В таких случаях наружную поверхность стен и пола покрывают рулонной гидроизоляцией на мастике, начиная от уровня земли, расположенного выше 0,5 м от установленного уровня грунтовых вод. Количество слоев гидроизоляции принимают в зависимости от степени напора воды в уровне пола. Например, при напоре воды до 200 мм выполняют один слой гидроизоляции, а при напоре более 1 250 мм делают четыре слоя. Сверху на ковер гидроизоляции пола укладывают защитный слой цементного раствора толщиной 20...30 мм. Чтобы напор воды не прорвал гидроизоляционный слой, его действие нейтрализуют массой конструкции пола, которая должна превышать напор массы воды. При недостаточности массы пола устраивают дополнительный слой из тяжелого бетона и укладывают плиту из монолитного железобетона или железобетонный короб. В последних двух случаях обязательно проверяют вероятность всплытия дома под напором грунтовых вод.
Горизонтальные слои гидроизоляции подвала укладывают на слой бетонной подготовки толщиной не менее 100 мм, поверхность которой выравнивают цементным раствором или слоем асфальта. Вертикальные слои гидроизоляции наклеивают мастикой на оштукатуренную цементным раствором поверхность стены подвала. Для предохранения вертикальных участков ковра гидроизоляции от механических повреждений устраивают забивку из мятой жирной глины или защитную кирпичную стенку.
В некоторых случаях сложную конструкцию гидроизоляции оказывается целесообразным заменить устройством дренажа на участке земли под домом. При устройстве дренажа понижается уровень грунтовых вод и значительно упрощается конструктивное решение защиты здания от действия влаги. Кроме того, снимается угроза всплытия дома.

 

39. Расчеты, необходимые при устройстве искусственного основания с помощью грунта. Средства уплотнения. Контроль качества уплотнения.

Основным работам по уплотнению грунтов и устройству грунтовых подушек должно предшествовать опытное уплотнение, в ходе которого должны быть установлены технологические параметры и контрольные величины показателей качества.

Поверхностное уплотнение грунтов трамбованием следует выполнять с соблюдением следующих требований:

- при различной глубине заложения фундаментов уплотнение грунта следует производить, начиная с более высоких отметок;

- по окончании поверхностного уплотнения верхний недоуплотненный слой грунта необходимо доуплотнить по указанию проекта;

- уплотнение грунта трамбованием в зимнее время допускается при немерзлом состоянии и естественной влажности (необходимая глубина уплотнения при влажности грунта ниже оптимальной достигается увеличением веса, диаметра или высоты сбрасывания трамбовки);

- контрольное определение отказа производится двумя ударами трамбовки при сбрасывании ее с высоты, принятой при производстве работ, но не менее 6 м (уплотнение признается удовлетворительным, если понижение уплотняемой поверхности под действием двух ударов не превышает величины, установленной при опытном уплотнении).

Искусственные основания:

· Механическое уплотнение

· Песчаные подушки

· Свайные основания и ростверки

· Расчет свай-стоек

· Расчет свайных оснований методом одиночных свай.

Искусственные основания устраиваются при слабых грунтах и больших нагрузках на подошву фундамента. В гражданском строительстве при слабых грунтах и небольших нагрузках обычно ограничиваются уплотнением грунта на глубину 1,5–2,0 м или устройством песчаной подушки, размеры которой определяются расчетом. При больших нагрузках на подошву фундамента применяются свайные основания, опускные колодцы, цементация и силикатизация грунтов основания.

Если залегающие непосредственно под подошвой фундамента грунты слабые, рыхлые, с малым расчетным сопротивлением и не могут служить естественным основанием под фундамент, в качестве основания применяются песчаные подушки. В этом случае слабые грунты под подошвой удаляют на глубину, определяемую расчетом, а образовавшийся котлован заполняют крупно- или среднезернистым песком или гравелистым грунтом, обладающими малой сжимаемостью и допускающими давление в 2—2,5 кг/см2.

Давление в грунтах основания быстро уменьшается по мере удаления от подошвы, достигая в ленточных фундаментах 55 % от среднего давления под подошвой на глубине, равной ширине фундамента, и 30 % на глубине, равной двойной ширине подошвы. В прямоугольных в плане фундаментах падение давления происходит еще интенсивнее.

В связи с указанными свойствами грунтов, поперечное сечение песчаных подушек может быть принято по кривой изобар. Размеры подушек должны быть такими, чтобы давления, возникающие по кривой (рис. 1), были равны или меньше расчетного сопротивления на слабый грунт. Свойство уменьшения давления в грунтах по мере удаления от источника сжатия используется также при определении ширины подошвы фундамента в тех случаях, когда подстилающий слой слабее рабочего. На практике для упрощения формы очертание подушки в разрезе принимается не по кривой равных давлений, а по объемляющей ломаной, как показано на рис. 1 справа.

Отсыпка песчаной подушки производится слоями толщиной 15—20 см с тщательным уплотнением площадочными вибраторами. Ширина подушки понизу обычно принимается равной ширине подошвы фундамента с небольшим уширением (на 20—25 см) вверху подушки, учитывая, что изобары давлений, соответствующие 50–55 % от средних давлений под подошвой, обычно не выходят за пределы ширины подошвы фундаментов.

Расчет песчаных подушек сводится к следующему.

1. Определяют ширину подошвы фундамента b из условия прочности песчаной подушки по формуле:

2. Находят величину a — отношение расчетного сопротивления слабого грунта к среднему давлению под подошвой:

3. Зная величину a, находим по табл. отношение h/b, обозначенное через m.

По найденным величинам b и m определяют высоту подушки h по формуле:

Рис.1

 

40. Устройство оснований с помощью втрамбованных подушек. Вытрамбованные котлованы.

При устройстве грунтовых подушек - планы и разрезы котлованов, физико-механические характеристики отсыпаемого грунта, указания по толщине отсыпаемых слоев, рекомендуемым машинам для уплотнения грунта и режимам работы, а также плотность сухого грунта в подушках;

При вытрамбовывании котлованов - план котлована под здание или сооружение с отметками, с которых следует производить вытрамбовывание котлованов под фундаменты, размеры в плане и глубину отдельно вытрамбованных котлованов, конструкцию фундаментов с предельными нагрузками на основание, размеры, форму, массу и высоту сбрасывания трамбовки и ориентировочное число ударов при вытрамбовывании котлованов на заданную глубину; допустимый диапазон изменения влажности грунтов, минимально допустимые расстояния между вытрамбованными котлованами, размеры уширений в их основании, а также объем и вид жесткого грунтового материала (щебень, гравий, песчано-гравийная смесь и т.д.), втрамбовываемого в дно котлована, число порций и объем одной порции;

Отсыпка грунта на промороженный слой допускается как исключение при толщине мерзлого слоя не более 0,4 м, когда влажность отсыпаемого грунта не превышает 0,9 влажности на границе раскатывания; в противном случае промороженный грунт должен быть удален.

Вытрамбовывание котлованов под фундаменты следует выполнять с соблюдением следующих требований:

а) вытрамбовывание котлована под отдельно стоящие фундаменты надлежит выполнять сразу на всю глубину котлована без изменения положения направляющей штанги трамбующего механизма;

б) доувлажнение грунта в необходимых случаях следует производить от отметки дна котлована на глубину не менее полуторной ширины котлована;

в) втрамбовывание в дно котлована жесткого материала для создания уширенного основания следует производить сразу же после вытрамбовывания котлована;

г) фундаменты, как правило, устраиваются сразу же после приемки вытрамбованных котлованов. Максимальный перерыв между вытрамбовыванием и бетонированием - одни сутки. При этом толщина дефектного (промороженного, размокшего и т.п.) слоя на стенах и дне котлована не должна превышать 3 см;

д) бетонирование фундамента следует производить враспор;

е) вытрамбовывание котлованов в зимнее время следует производить при талом состоянии грунта. Промерзание грунта с поверхности допускается на глубину не более 20 см.

ж) при массе трамбовок 3 т и выше запрещается вытрамбовывать котлованы на расстояниях менее: 10 м - от эксплуатируемых зданий и сооружений, не имеющих деформаций, и 15 м - от зданий и сооружений, имеющих трещины в стенах, а также от инженерных коммуникаций, выполненных из чугунных, железобетонных, керамических, асбестоцементных и пластмассовых труб. При массе трамбовок менее 3 т указанные расстояния могут быть уменьшены в 1,5 раза.

Рис. 57. Основные виды фундаментов в вытрамбованных котлованах: а — столбчатый без уширения; б — с уширенным основанием; в — разрез и план ленточного прерывистого; 1 — стакан для установки колонны; 2 — фундамент; 3 — уплотненна» зона; 4 — вытрамбованный жесткий грунтовый материал.

41. Устройство искусственных оснований с помощью энергии взрыва. Гидровзрывной способ уплотнения грунтов.

При уплотнении предварительным замачиванием и замачиванием с глубинными взрывами - план разбивки уплотняемой площадки на отдельные участки (карты) с указанием их глубины и очередности замачивания, расположение и конструкции поверхностных и глубинных марок, схему сети водовода, данные по среднесуточному расходу воды на 1 кв.м уплотняемой площадки и времени замачивания каждого котлована или участка (карты), величину условной стабилизации просадки, а в случае замачивания через скважины, дополнительно - план расположения скважин с указанием их глубины, диаметра, способа проходки и вида дренирующего материала для засыпки, способы уплотнения верхнего недоуплотненного (буферного) слоя грунта. При уплотнении просадочных грунтов замачиванием и глубинными взрывами дополнительно должна быть приведена технология взрывных работ с указанием противосейсмических мероприятий и техники безопасности производства взрывных работ;

Уплотнение просадочных грунтов замачиванием и энергией взрыва следует выполнять с соблюдением требований:

а) замачивание необходимо выполнять через дно котлована, дренажные, взрывные или совмещенные скважины, заполненные дренирующим материалом, и продолжать до промачивания всей просадочной толщи до проектной влажности;

б) по окончании замачивания и после производства взрывных работ следует проводить наблюдения за осадкой поверхностных и глубинных марок. Нивелирование после взрыва зарядов ВВ надлежит производить в течение последующих 15-20 сут.;

в) глубину котлована или распределительных траншей, отрываемых за счет срезки грунта, следует назначать из условия сохранения слоя воды при замачивании 0,3-0,5 м.

В зимнее время уровень воды в котловане и траншеях следует поддерживать на одной отметке;

г) в необходимых случаях, когда уплотнение грунта производится на больших площадях, допускается предусматривать устройство песчано-гравийных подушек, позволяющих ускорить начало строительно-монтажных работ на уплотненном участке;

д) разрыв между окончанием замачивания и взрывами зарядов ВВ, в зависимости от размеров площадки, должен составлять не более 3-8 ч.

После предварительного замачивания оснований и замачивания с глубинными взрывами зарядов ВВ следует производить уплотнение верхнего слоя грунта.

 

42. Закрепление грунтов инъекциями цементных, силикатных, силикатно–глинистых растворов, синтетических смол и других веществ. Основные свойства закрепленных грунтов.

В зависимости от технологии закрепления и процессов, происходящих в основании способы закрепления можно разделить на три основные группы: физико-химические, химические и термические.

К физико-химическим способам закрепления грунтов, используемых при повышении прочности оснований, можно отнести: цементацию, упрочнение грунта негашеной известью и другие методы.

Цементация грунта заключается в том, что частицы грунта скрепляются цементным раствором, который нагнетается через инъектор или скважину в поры грунта. Таким образом, пористый грунт может быть превращен в сплошной монолит или отдельные столбы из цементированных грунтов.

Цементацию применяют для закрепления трещиноватых скальных пород, гравелистых и песчаных грунтов с коэффициентом фильтрации 50—200 м/сут.

Для нагнетания в грунт используют цементные растворы. При наличии крупных пустот применяют цементно-песчаные растворы.

Для приготовления инъекционных растворов должен применяться обыкновенный портландцемент, обеспечивающий наибольшую плотность цементного камня. Растворы приготовляют в растворосмесителях РМ-500, РМ-750, МГ2-4Х, СМ-243Б.

При больших глубинах закрепления оснований инъекционные скважины бурят станками ударно-канатного, ударно-вращательного, колонкового и ударно-поворотного бурения. Способ бурения выбирается в зависимости от категории грунтов.

Наиболее распространенными способами химического закрепления оснований являются: силикатизация, электросиликатизация, газовая силикатизация, смолизация.

Силикатизация является одним из наиболее эффективных способов химического закрепления грунтов. Она позволяет в короткие сроки, надежно и с меньшими трудовыми затратами приостановить развитие недопустимых осадок основания.

Основным материалом для силикатизации является жидкое стекло, т. е. коллоидный раствор силиката натрия (Na20„Si02+mH20). Жидкое стекло характеризуется следующими данными: плотность 1,33—1,35 г/см3, вязкость при 20°С 40—50 мПа-с, с водой смешивается быстро и в любых соотношениях. В результате разбавления вязкость жидкого стекла сильно снижается, а проницаемость — возрастает.

В зависимости от физико-механического состояния грунтов применяется одно-и двухрастворная силикатизация грунтов.

 

43. Термическое и электрохимическое закрепление грунтов. Основные свойства закрепленных грунтов.

В слабо фильтрующих, слабых грунтах при kf= 0,1 м/сут используют электрохимическое закрепление грунтов. Этот метод основывается на использовании электроосмоса для принудительного введения в грунты растворов силиката натрия и хлористого кальция, для чего через грунты с £/=0,005…0,1 (пески пылеватые, супеси и легкие суглинки) пропускается электрический ток, вызывающий движение воды от анода к катоду. В качестве анода используют перфорированную трубу, в полость которой последовательно вводят химические укрепляющие вещества, а через катод откачивают воду. Под действием электрического тока увеличивается скорость проникновения закрепляющих растворов, скорость протекания физико-химических реакций по образованию нерастворимых соединений и необратимых коллоидов, а также уменьшается влажность около анодов. Эти факторы способствуют омо-ноличиванию грунта и улучшению строительных характеристик на Длительный период времени, т. е. приводят к его закреплению.

При коэффициентах фильтрации Лу<0,01 м/сут иногда для улучшения закрепления применяют электролиты, способствующие внедрению в грунт их ионов (в качестве электролита используют раствор хлористого кальция). Однако в некоторых случаях даже при меньших значениях коэффициента фильтрации к/< 0,005 м/сут можно не применять электролиты, если в грунтах, например в илах, содержатся соли, вступающие в реакцию.

 

44. Расчет свайных фундаментов из забивных железобетонных свай на сейсмические воздействия.

Свайные фундаменты состоят из железобетонных свай и железобетонных ростверков. Их устраивают в виде:

- лент под стены зданий с расположением свай в один, два и более рядов;

- «кустов» под колонны;

- одиночных свай и свай-колонн, у которых выступающая над поверхностью грунта часть заменяет колонну.

В монолитном строительстве применяют забивные (заводского изготовления) и набивные (построечного изготовления) сваи.

Забивные сваи изготавливают прямоугольного, круглого и кольцевого сечений с напрягаемой и ненапрягаемой арматурой.

 При проектировании свайных фундаментов в сейсмических районах кроме требований настоящих норм следует соблюдать также требования СНиП 11-7-81 *; при этом в дополнение к материалам инженерных изысканий для проектирования свайных фундаментов должны быть использованы данные сейсмического микрорайонирования площадки строительства.

Свайные фундаменты зданий и сооружений с учетом сейсмических воздействий должны рассчитываться на особое сочетание нагрузок по предельным состояниям первой группы. При этом необходимо предусматривать:

а) определение несущей способности сваи на сжимающую и выдергивающую нагрузки в соответствии с требованиями;

б) проверку устойчивости грунта по условию ограничения давления, передаваемого на грунт боковыми поверхностями свай, в соответствии с требованиями;

в) расчет свай по прочности материала на совместное действие расчетных усилий.

 

45. Категории грунтов по сейсмическим свойствам. Основы сейсмического районирования.

Определение сейсмичности площадки строительства следует производить на основании сейсмического микрорайонирования.

В районах, для которых отсутствуют карты сейсмического микрорайонирования, допускается определять сейсмичность площадки строительства согласно табл. 1СНиП II-7-81.

I группа

Скальные грунты всех видов (в том числе вечномерзлые и вечно­мерзлые оттаявшие) невыветрелые и слабо-выветрелые: крупнообло­мочные грунты плотные маловла­жные из магматических пород, содержащие до 30% песчано-глинистого заполнителя: выветрелые и сильновыветрелые скальные и нескальные твердомерзлые (вечномерзлые) грунты при температуре минус 2°С и ниже при строительстве и эк­сплуатации по принципу I (сохранение грунтов основания в мерзлом состоянии).

II группа

Скальные грунты выветрелые и сильновыветрелые, в том числе вечномерзлые, кроме отнесенных к I категории; крупнообломочные грунты, за исключением отнесен­ных к I категории; пески гравели­стые, крупные и средней крупно­сти плотные и средней плотности маловлажные и влажные; пески мелкие и пылеватые плотные и средней плотности маловлажные; глинистые грунты с показателем консистенции IL 0,5 при коэффи­циенте пористости е < 0,9 для глин и суглинков и е < 0,7 — для супесей; вечномерзлые нескальные грунты пластичномерзлые или сыпучемер­злые, а также твердо-мерзлые при температуре выше минус 2°С при строительстве и эксплуатации по принципу I.

III группа

Пески рыхлые независимо от вла­жности и крупности: пески граве­листые, крупные и средней круп­ности плотные и средней плотно­сти водонасыщенные; пески мел­кие и пылеватые плотные и сред­ней плотности влажные и водона­сыщенные; глинистые грунты с показателем консистенции IL>0,5; глинистые грунты с показателем консистенции IL<0,5 при коэффи­циенте пористости е>0,9 для глин и суглинков и е>0,7-для супесей; вечномерзлые нескальные грунты при строительстве и эксплуатации по принципу II (допускается отта­ивание грунтов основания)

 

46. Строительство на структурно – неустойчивых грунтах. Физические свойства нескальных и скальных грунтов и методы их определения.

При строительстве и эксплуатации городских зданий и сооружений на структурно-неустойчивых грунтах при определенных инженерно-геологических условиях зафиксированы многочисленные случаи образования резко выраженных неравномерных осадок, которые часто приводили к полному разрушению. К структурно-неустойчивым грунтам относятся лёссовые грунты, грунты, находящиеся в мерзлом и вечномерзлом состоянии, рыхлые пески, илы, чувствительные пылеватолинистые грунты, а также пылевато-глинис-тые набухающие грунты.

Развитие значительных неравномерных осадок в структурно-неустойчивых грунтах происходит из-за нарушения их природной структуры, которое возможно в результате механических и физических воздействий.

Механические воздействия обусловлены приложением внешней нагрузки от фундаментов, а также различными динамическими явлениями (вибрация, колебания и т. п.), происходящими в результате движения транспорта, технологических, производственных и других факторов. К механическим воздействиям наиболее чувствительны несвязные и слабосвязные грунты, а именно, слабые насыщенные водой пылевато-глинистые грунты, илы, заторфованные грунты, рыхлые пески и др.

Физические воздействия, при которых происходит нарушение структуры грунтов, обусловлены дополнительным увлажнением, которое может оказать неблагоприятное влияние на лёссовые и набухающие грунты; оттаиванием мерзлых и вечномерзлых грунтов, а также химической а механической суффозией и выветриванием. Данный тип воздействий приводит к увеличению деформативности вследствие разрушения структурных связей, вызывая дополнительные неравномерные осадки.

В структурно-неустойчивых грунтах при приложении внешней нагрузки разрушение структурных связей происходит быстрее, чем образование новых, в отличие от структурно-устойчивых грунтов, в которых одновременно с частичным нарушением структуры и уплотнения возникают новые связи, увеличивая тем самым их прочность. Поэтому в структурно-неустойчивых грунтах процесс разрушения структурных связей происходит лавинообразно и приводит к развитию просадки, не связанной с процессом постепенного уплотнения.

Возведение и эксплуатация сооружений на структурно-неустойчивых грунтах весьма затруднительны, поэтому при проектировании необходимо учитывать условия, при которых возможно нарушение их природной структуры и развитие просадки, и принимать меры, направленные на устранение таких неблагоприятных явлений.

Следует отметить, что основания, сложенные структурно-неустойчивыми грунтами при нагрузках, напряжения от которых не превышают структурной прочности, обладают в некоторых случаях удовлетворительными физико-механическими характеристиками, которые резко ухудшаются при нарушении структуры или превышения напряжениями структурной прочности.

К структурно-неустойчивым грунтам относят мерзлыеивечномерзлыегрунты;лессовые просадочныегрунты,слабые водонасыщенные,пылевато-глинистые,засоленные, заторфованныегрунты. В определенной мере сюда могут быть отнесены инасыпныегрунты. Несмотря на различие в условиях образования грунтов этой группы их объединяетобщее свойство– в природном состоянии эти грунты обладают структурными связями, которые при определенных воздействиях резко снижают свою прочность или полностью разрушаются (это может быть от быстро возрастающих, динамических, вибрационных нагрузок или физических процессов – повышениеt-ры мерзлых грунтов, обводнение лессовых или засоленных грунтов и т.п.)

Структурно-неустойчивые грунты часто называют региональными, т.к. эти грунты группируются преимущественно в определенных географо-климатических зонах (регионах).

При строительстве на таких грунтах кроме общепринятых для обычных условий решений требуется проведение комплекса специальных мероприятий, учитывающих их особые свойства.

Эти мероприятияразделяются на четырегруппы:

1 группа: меры, предпринимаемые для исключения неблагоприятных воздействий на грунты.

2 группа: способы искусственного улучшения структурных свойств оснований, с помощью которых нейтрализуются последствия воздействия неблагоприятных факторов.

3 группа: конструктивные мероприятия, понижающие чувствительность зданий к неравномерным деформациям основания.

4 группа: применение специальных типов фундаментов.

---

Дата добавления: 2018-02-15; просмотров: 1580; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

---

---

Мы поможем в написании ваших работ!