Всё для Учёбы — студенческий файлообменник
1 монета
docx

Студенческий документ № 045885 из МГСУ НИУ (МГСУ-МИСИ)

Фундаменты мелкого заложения и их основные виды. Применяемые материалы и их выбор. Виды конструкций сборных фундаментов.

К фундаментам мелкого заложения относятся фундаменты, имеющие отношение высоты к ширине подошвы, не превышающее 4, и передающие нагрузку на грунты и основания преимущественно через подошву.

Подошвой фундаменты называется его нижняя плоскость, соприкасающаяся с основанием; верхняя плоскость фундамента, на которую опираются наземные конструкции называется обрезом. За ширину подошвы принимается минимальный размер подошвы b, а за длину наибольший ее размер l. Высота фундамента hf есть расстояние от подошвы до обреза, а расстояние от поверхности планировки до подошвы d называется глубиной заложения фундамента.

Основными частями фундамента являются: обрез; подошва, боковая поверхность и ступени (рис.Ф.9.2,а). Верхняя плоскость фундамента, на которую опираются надземные конструкции (2), называется обрезом (3) фундамента. Нижняя плоскость, через которую передается нагрузка на основание, является подошвой (4). Вертикальные плоскости образуют боковую поверхность.

Рис. Ф.9.2. Фундаменты под колонну (а,б) и под стену (в): 1 - фундамент; 2 - колонна; 3 - обрез фундамента; 4 - подошва фундамента; 5 - подколонник; 6 - бетонные блоки

Расстояние от поверхности планировки DL до подошвы называется глубиной заложения d. Высота фундамента hf определяется расстоянием от подошвы фундамента до его обреза. За ширину подошвы фундамента принимается ее наименьший размер b, а за длину - ее больший размер l, то есть l?b. Фундаменты под колонны могут иметь одну или несколько ступеней. Верхняя часть такого сборного фундамента имеет подколонник. Место в подколоннике, в которое устанавливается колонна, называется стаканом. Вертикальная часть наружного ленточного фундамента образует фундаментную стену.

В качестве материала фундаментов используются бетон, железо5 бетон, бут, кирпич. Основными материалами для фундаментов являются железобетон и бетон, которые применяются при устройстве всех видов фундаментов в различных инженерно5геологических условиях. Железобетонные фундаменты выполняются из бетона марки не ниже В15 с армированием горячекатаной арматурой из стали класса А5III, А5I. Каменная кладка фундаментов из кирпича, бута и пустотелых блоков предусматривается в конструкциях, работающих на сжатие, в основном для ленточных фундаментов и стен подвалов.

Бутобетон и бетон используются при устройстве фундаментов в траншеях при их бетонировании враспор со стенками.

Различают следующие основные типы фундаментов мелкого заложения (рис.Ф.9.12).

1. Ленточные фундаменты под стены и колонны.

2. Ленточные прерывистые фундаменты под стены.

3. Столбчатые фундаменты под стены.

4. Отдельно стоящие фундаменты под колонны.

5. Щелевые фундаменты.

6. Фундаменты в вытрамбованных котлованах.

7. Сплошные фундаменты в виде железобетонных плит.

8. Коробчатые фундаменты.

Рис.Ф.9.12. Фундаменты мелкого заложения: а - сборный ленточный, прерывистый; б, в, г,д - поперечные сечения ленточных фундаментов под стены; е - ленточный монолитный под колонны; ж - фундамент из перекрестных лент; з, к - отдельно стоящий из сборных столбов и рандбалок; л,м - отдельно стоящий под колонны; н - коробчатый плитный; о - плоский плитный; п - многоугольный плитный; р - плитный под колонны;

1 - отмостка; 2 - гидроизоляция; 3 - сборные бетонные стеновые блоки; 4 - армированный пояс; 5 - подушка ленточного фундамента; 6 - стено5 вая ребристая панель; 7 - подушка под колонну (столб); 8 - колонна (столб); 9 - рандбалка сборная; 10 - колонна; 11 - железобетонная лента; 12 - железобетонная плита; 13 - бетонная подготовка

Принцип линейнойдеформируемости грунта. Пределы его применимости.

Решение задачи определения напряжений в грунте необходимо для установления условий прочности и устойчивости грунтов и определения их деформаций (например, осадок). При решении вопроса о распределении напряжений в грунтах в Механике грунтов применяют теорию линейно-деформируемых тел. То есть для определения напряжений могут быть применены уравнения и зависимости теории упругости, базирующиеся на линейной зависимости между напряжениями и деформациями (закон Гука). Однако при применении закона Гука для грунтов необходимо условиться об ограничениях, поскольку в грунтах возникают не только упругие, но значительные остаточные деформации.

ОБЩАЯ ЗАВИСИМОСТЬ МЕЖДУ ДЕФОРМАЦИЯМИ И НАПРЯЖЕНИЯМИ. ПРИНЦИП ЛИНЕЙНОЙ ДЕФОРМИРУЕМОСТИ

В основу теории распределения напряжений в грунтах кладётся зависимость между относительными деформациями ? и нормальными напряжениями.

В общем случае (согласно опытам) зависимость между деформациями и напряжениями для грунтов будет нелинейной: ?

Однако в определенном интервале напряжений (при не очень больших изменениях внешних давлений - порядка 1?3 кг/см2) с достаточной для практических целей точностью зависимость между деформациями ? и нормальными напряжениями ? может приниматься линейной (спрямлённый участок оа на кривой, рис. 1).

Сформулируем принцип линейной деформируемости для грунтов: при небольших изменениях давлений грунты можно рассматривать как линейно-деформируемые тела, то есть зависимость между общими деформациями и напряжениями для грунтов может быть принята линейной: ? = Е · ?.

НАПРЯЖЕНИЕ, ПЕРЕДАВАЕМОЕ ГРУНТУ ПО ПОДОШВЕ ФУНДАМЕНТА

Это напряжение не остается по глубине постоянным, а в некоторой области грунтовой толщи рассеивается. Для решения задач о распределении напряжений применяют уравнения теории упругости, рассматривая грунты как тела однородные, изотропные и линейно-деформируемые, подчиняющиеся закону Гука. Для оснований гражданских и промышленных зданий назначают такую величину допустимых напряжений, при которой в грунте не возникают пластические (остаточные) деформации.

Изменение напряжений ? по различным вертикальным (z) и горизонтальным (x) сечениям характеризуется эпюрами ?z и ?x (рис. 2). Как видно из рисунка, напряжения в грунтовой толще изменяются, как непрерывные функции от ?max до ?min как по вертикальному, так и по горизонтальному направлению.

В напряженной зоне грунта имеются точки с одинаковыми напряжениями, через которые можно провести линии (т.н. кривые равных напряжений). Например, линии, проходящие через точки с одинаковым вертикальным напряжением ?z, называются изобарами. В сжимаемой толще можно провести какое угодно число изобар (в зависимости от того, какие по величине напряжения соединяются линиями). Например, если к поверхности грунта приложена распределенная полосовая нагрузка интенсивностью p, то семейство изобар будет выглядеть следующим образом:

Семейство изобар принято называть "луковицей напряжений". Построение "луковиц напряжений" полезно при оценке напряженного состояния в основаниях сооружений: подобное изображение наглядно иллюстрирует изменение напряжений в грунте под нагрузкой.

ФАЗЫ ДЕФОРМАЦИЙ ГРУНТА ПОД ФУНДАМЕНТОМ

Закономерность нарастания осадок с постепенным увеличением статической нагрузки характеризуется графиком:

Этот график имеет три характерных участка (oa, ab и bc на графике, рис. 4).

Начальный участок о имеет пологое очертание и согласно принципу линейной деформируемости может быть заменён прямой. Деформация на участке прямой называется фазой уплотнения (рис. 5).

Рис. 5. Фаза уплотнения

В фазе уплотнения происходит более плотная укладка частиц грунта за счёт уменьшения объёма пор. Ни в одной точке основания касательные напряжения по своей величине не превосходят сил внутреннего сопротивления грунта сдвигу, то есть повсюду существует состояние устойчивого равновесия грунта (? ?пр) и выпирания его из-под фундамента. Деформация на участке bc называется фазой выпирания (рис. 7).

Рис. 7. Фаза выпирания

Таким образом, при возрастании нагрузки на грунт необходимо различать две характерные её величины, при достижении которых резко меняется поведение грунта:

- первую, соответствующую началу перехода фазы уплотнения в фазу сдвигов - то есть фазу зарождения и развития зон предельного напряженного состояния;

- и вторую, когда исчерпывается несущая способность грунтового основания и наблюдается полное развитие зон предельного равновесия, при котором даже весьма незначительное увеличение нагрузки приводит грунт к потере прочности и устойчивости (к разрушению).

Фазы напряженно-деформированного состояния грунта.

Фазы напряженно-деформированного состояния грунта изучаются с целью установления расчетных моделей деформирования грунтового основания, приемлемых для инженерных расчетов его прочности, устойчивости, сжимаемости, горизонтальных и угловых перемещений. В связи с этой проблемой традиционно рассматривается график (рис.) испытания грунтового основания штампом, изображающий зависимость осадки штампа от средних напряжений, действующих по его подошве.

На кривой "нагрузка - осадка" (рис.М.12.4), полученной для штампа, находящегося на поверх5 ности основания, можно разли5 чить три фазы: I - фазу уплот5 нения, II - фазу образования зон сдвигов, размер которых растет с ростом нагрузки и III - фазу полного выпирания (потеря несущей способности основанием)

4. Ленточные фундаменты под стены. Конструктивные решения и применяемые материалы. Условия применения прерывистых ленточных фундаментов.

Ленточные фундаменты под стены устраивают либо монолитными, либо из сборных блоков. Монолитные ленточные фундаменты изготовляют из природного камня, бетона или железобетона.

Монолитные ленточные фундаменты из природного камня и бетона проектируются как жёсткие. Фундаменты имеют наклонную боковую грань или, что чаще, уширяются к подошве уступами, размеры которых определяются углом жёсткости ? , т.е. предельным углом наклона, при котором в теле фундамента не возникают растягивающие напряжения (рис.1). Угол жёсткости в зависимости от материала, марки раствора или класса бетона составляет порядка 30°...40°.

Монолитные железобетонные ленточные фундаменты выполняются в виде нижней армированной плиты и неармированной или малоармированной фундаментной стены (рис. 2,а).

Сборный ленточный фундамент состоит из ленты, собираемой из железобетонных плит, армированных по расчёту, и стены, собираемой из сборных блоков (рис.2,б). Железобетонные фундаментные плиты подушки и бетонные стеновые блоки унифицированы. Важным этапом конструирования сборного фундамента является проверка допускаемого вылета консоли Ак.

При строительстве на прочных грунтах (модуль деформации грунта 25 МПа и более) при уровне подземных вод ниже подошвы фундамента возможно применение прерывистых ленточных фундаментов, которые устраивают из фундаментных железобетонных плит, расположенных на некотором расстоянии друг от друга (рис.2,в). Ленточные прерывистые фундаменты особенно целесообразны в тех случаях, когда полученная в расчётах ширина фундамента оказывается меньше ширины стандартных плит.

Фундаментные стеновые блоки изготовляют из тяжёлого бетона, керамзитобетона или плотного силикатного бетона. Ширина блоков принимается равной (или меньше) толщине надземных стен, но не менее 30 см. Надземные стены не должны выступать над фундаментами более чем на 15 см. Блоки укладывают на цементном растворе о перевязкой швов стеновых блоков и плит.

5. Классификация свай. Полевые методы определения несущей способности свай. Область применения.

По способу заглубления в грунт различают сваи следующих видов:

1) сваи забивные, заглубляемые в грунт с помощью молотов, вибропогружателей, вибровдавливающих и вдавливающих устройств без выемки грунта;

2) сваи-оболочки, заглубляемые вибропогружателями без выемки или с частичной выемкой грунта (не заполняемые бетонной смесью);

3) сваи-оболочки, заглубляемые вибропогружателями с выемкой грунта (заполняемые частично или полностью бетонной смесью);

4) сваи набивные, устраиваемые в грунте путем укладки бетонной смеси в скважины, образованные в результате принудительного отжатия (вытеснения) грунта;

5) сваи буровые, устраиваемые в грунте путем заполнения пробуренных скважин бетонной смесью или установки в них железобетонных элементов;

6) сваи винтовые.

По условиям взаимодействия с грунтом сваи подразделяют на сваи-стойки и висячие сваи. К сваям-стойкам относят сваи всех видов, опирающиеся на скальные грунты, а также забивные сваи, нижний конец которых погружен в малосжимаемый грунт. К мало сжимаемым грунтам причисляют крупнообломочные грунты с песчаным заполнителем и глины твердой консистенции с модулем общей деформации в водонасыщенном состоянии Е ? 30 000 кПа. К висячим сваям относят сваи всех видов, опирающиеся на сжимаемые грунты и передающие нагрузку на основание боковой поверхностью и нижним концом.

Несущая способность сваи может быть повышена устройством уширения в ее нижней части, в результате чего увеличивается площадь опирания сваи на грунт. Сваи, имеющие такое уширение, получили название свай с уширенной пятой.

По положению продольной оси сваи относительно горизонта различают вертикальные и наклонные сваи. Последние применяют при действии на фундамент больших горизонтальных нагрузок.

По способу изготовления сваи можно подразделить на две группы:

1) изготовляемые заранее и погружаемые затем в грунт забивкой, вибрационным способом, подмывом, завинчиванием;

2) набивные и буровые, изготовляемые непосредственно в грунте на месте.

1.Испытания свай динамическим методом.

Явления, происходящие в грунте при забивке сваи.

1 - плотная оболочка 2 - зона уплотнения 3 - зона упругих деформаций

Отказ при забивке свай. Понятие об истинном и ложном отказе.

Величина погружения сваи при ударе (забивке) носит название отказ. При погружении свай через песчаные грунты величина отказа с глубиной резко уменьшается и в некоторых случаях может достигнуть нуля. В данном случае под острием сваи образуется переуплотненное ядро, а вдоль ствола сваи за счет отжатия воды возникает "сухое" трение. Отток воды от источника колебаний в песчаных грунтах связан с хорошей фильтрующей способностью последних. Свая перестает погружаться, отказ сваи становится равным нулю.

Для увеличения отказа сваи необходимо предоставить отдых, т.е. остановить забивку на 3...5 дней. За это время в около свайном пространстве восстанавливается поровое давление, грунтовая вода снова подходит к стволу сваи, трение снижается и сваю можно снова добивать т.к. отказ увеличивается относительно первоначальной величины, полученной до отдыха. Такой же эффект может быть получен при добавлении воды в около свайное пространство во время забивки. При погружении свай через водонасыщенные глинистые грунты величина отказа с увеличением глубины забивки может увеличиваться и свая как бы проваливается в водонасыщенное основание.

При забивке в глинистых грунтах величина отказа (е) с глубиной или становится постоянной, или увеличива-ется. После отдыха в течение 3...6 недель (снятие дина-мических воздействий) ве- личина отказа уменьшается. Это явление получило на- звание "засасывание сваи".

Отказ (е) сваи во время забивки получил название "ложный". Отказ (е) сваи после отдыха - "истинный". Получение истинного отказа сваи в глинистых грунтах приводит к увеличе-нию ее несущей способности. Исследования в этом направлении были проведены Новожиловым (ПГУПС).

Рнач - начальная несущая способность сваи в момент забивки; Рmax - максимальная несущая способность сваи; Т - период относительно быстрого возрастания несущей способности сваи; t1, t2 - время испытания сваи; Р1, Р2 - несущая способность сваи, соответственно в момент времени t1 и t2.

m - коэффициент, учитывающий скорость засасывания сваи.

Насколько повышается несущая способность сваи после отдыха?

В супесях - в 1,1...1,2 раза ----- Почти максимальная несущая способность при забивке

В суглинках - в 1,3...1,5 раз ----- Почти максимальная несущая способность при забивке

В глинах - в 1,7...6 раз ----- Необходимо учитывать повышение несущей способности

В 1911 г. профессор Н.М. Герсеванов предложил формулу для определения несу- щей способности свай динамическим способом:

QH - работа свайного молота;

A= Pe - работа, затраченная на погружение сваи;

В = Qh - работа упругих деформаций (подскок свайного молота);

С= ?QH - потерянная работа (трение, смятие, нагрев и т.д.).

Р - сопротивление сваи погружению (несущая способность сваи);

? - коэффициент, учитывающий потерю работы.

В результате получаем квадратное уравнение, решение которого можно представить в виде:

А - площадь поперечного сечения сваи;

е - действительный отказ сваи;

Q - вес ударной части молота;

q - вес сваи;

n - коэффициент, учитывающий упругие деформации (150 т/м 2 - для ж/б сваи).

Практически, при проектировании эту формулу используют для определения ве- личины отказа (е), определив заранее расчетом величину (Р).

Достоинства

1. Простота

2. Малая стоимость

Недостатки

1. Не точные результаты для глинистых грунтов

2. Определение несущей способности свай статической нагрузкой

Принципиальная схема испытаний

1. Испытуемая свая 2. Анкерные сваи 3. домкрат 4. Балка

Нагрузка прикладывается ступенями по 5 т. Каждая ступень выдерживается до полной стабилизации осадки, определяемой проги-бомерами с точностью до 0,1 мм. По данным испытаниям строятся 2 графика.

Выдерживание нагрузки до величины перемещений ?S? 2 ? главные напряжения.

В общем случае, когда огибающая предельных кругов Мора не прямолинейна, эта зависимость будет иметь функциональный вид и здесь не приводится. В условие Мора входят два главных напряжения ? 1 и ? 2. Оно связано с напряжениями, действующими в точке грунта, и не привязано только к наиболее опасной площадке как условие прочности Кулона. Но с помощью диаграммы Мора эту наиболее опасную площадку можно найти.

Условие прочности Кулона, связанное только с наиболее опасной площадкой, проходящей через данную точку, имеет вид

При этом напряженное состояние в точке в целом не рассматривается.

М.11.13. Каково минимальное число опытов для определения угла внутреннего трения ? и удельного сцепления c?

Поскольку неизвестных две величины, то и минимальное число опытов ? два (потом решаются два уравнения с двумя неизвестными). Для несвязного грунта, у которого c = 0, минимально возможен один опыт, с помощью которого устанавливается величина угла внутреннего трения ? . Это и есть минимальное количество опытов, но исключающее возможность статистической обработки результатов.

М.11.14. Как записать условие прочности Мора в координатах ? z, ? x и ? xz ?

Условие прочности Мора записывается в напряжениях ? z, ? x и ? xz следующим образом:

Рис.М.11.14. Предельный круг Мора и соотношения, следующие из его построения Частные случаи следующие:

1) ? 2 = 0 ? одноосное сжатие;

2) ? 2 =-? 1 ? чистый сдвиг, когда ? 1 +?2 = 0;

3) ? 1 = 0 ? одноосное растяжение (?2 50 мм, то есть почти половина площади поперечного сечения сваи попадает под стену, то продавливание ростверка оказывается невозможным и расчет на продавливание не производится. Поэтому, из конструктивных соображений и практики строительства, оставляем hp=0,5 м и не делаем пересчетов по п.п. 2, 3, 4 и 5 данного примера. Итак, полученные размеры ростверка составляют:

ширина bp=1,3 м, высота hp=0,5 м.

6. Расчет одиночной сваи в составе фундамента по первой группепредельных состояний (по несущей способности грунта основания сваи).

Расчет предусматривает проверку выполнения условия I предельного состояния:

F Fd , где

k F-расчетная нагрузкапередаваемаяна сваи,то есть фактическая нагрузка;

F=N1 1,2(Q G);n

Fd-расчетная несущая способность грунта основания одиночной сваи(несущаяспособность сваи по грунту);

Fd =Pсв - расчетная нагрузкадопускаемаяна сваю(см.п. 4) ;

k k - коэффициент надежности, равный 1,4.

9 Вычисление фактической нагрузки F, передаваемой на сваю.

Вес ростверка QP=1,3·1·0,5·24=15,6 кН;

Вес надростверковой конструкции Qнк(одного пог. м стены подвала) из 3 блоков ФБС24.6.6, одного доборного ФБС12.6.3 и двух рядов кирпичной кладки

0,2·0,6·1:

Qнк=(0,6·0,6·1·3+0,3·0,6 1) 22+0,2·0,6·1·17=27,72+2,04=29,76кН;

Общий вес Q ростверка и надростверковой конструкции:

Q=QP+Qнк=15,6+29,76=45,36кН;

При вычислении Qнк приняты удельные веса: бет 22 кН; кирп 17 кН. м3 м3 Вес грунта на внешнем обрезе ростверка Gгр=1,9·0,35·ср, где ср- средний удельный вес засыпки пазухи: ср=17 1,3 19,4 0,617,76кН ?18кН 1,3 0,6 м3 м3 Gгр=1,9·0,35·18=11,97кН.

Пригрузка внутреннего обреза ростверка бетонным полом подвала GПGП=0,35·0,2·1·22=1,54кН.

Общий вес Gпригрузки ростверка грунтом и полом подвала:

G=Gгр+GП=11,97+1,54=13,51кН.

F= N11,2(Q G) 620 1,2(45,36 13,51) 690,64 375,4кН. n 1,84 1,84 Расчетная допускаемая нагрузка на сваю Рсв=Fd 529,29 378,06кН (см. п. 4). k 1,4 Проверяем выполнение условия первого предельного состояния:

F Fdили,что то же,F?Pсв·375,4 0,6 (d-диаметр или сторона поперечного сечения сваи), а при наличии наклонных свай - проходящими через нижние концы этих свай (см. чертеж, б),

сверху - поверхностью планировки грунта ВГ, здесь jII,mt - осредненное расчетное значение угла внутреннего трения грунта, определяемое по формуле

jII,mt = (29)

где jII,i - расчетные значения углов внутреннего трения для отдельных пройденных сваями слоев грунта толщиной hi;

h - глубина погружения свай в грунт.

21. Напряжения в грунтовом массиве от собственного веса грунта

Для определения напряжений по глубине массива грунта от собственного веса, рассмотрим наглядный пример в виде следующего инженерно-геологического напластования:

С поверхности грунта залегает слой песка, в котором на глубине h1 расположен уровень грунтовых вод (У.Г.В.), т.е. песок мощностью h2 расположен ниже У.Г.В. и, следовательно, будет испытывать взвешивающие действие воды (Архимедова сила).

Под песком расположен слой не фильтрующего грунта (глина в твердом состоянии, скала).

Построим эпюру Pб -природное давление грунта по глубине основания. Для этого определим значения Pб в характерных точках 1, 2, 3:

Эпюра изменений напряжений от собственного веса грунта по глубине в зависимости от различных геологических условий.

Pб1 = ?01h1

Pб2 = ?о1h1 + ?02'h2

где, ?02' - учитывают взвешивающее действие воды (закон Архимеда) и может быть определено по следующему выражению:

Объёмный вес грунта с учётом взвешивающего действия воды.

Тогда Pб3 = ?01h1 + ?02 'h2 + ?вh2, где последние слагаемое представляет собой вес воды, действующий на кровлю не фильтрующего слоя (глина в твердом состоянии, скала).

Таким образом, в общем виде изменение природного давления грунта по глубине основания может быть представлено выражением:

22. Условия применения свайных фундаментов. Конструктивные решения. Виды свайных фундаментов в зависимости от расположения свай в плане.

В практике современного строительства применение свайных фундаментов из сборных железобетонных свай и набивных опор оказывается целесообразным в зданиях и сооружениях, передающих значительные нагрузки на основание.

Если на строительной площадке возможно возникновение значительных неравномерных осадок, вызывающих дополнительные усилия в надземных конструкциях, то для их уменьшения также может быть рекомендовано устройство свайных фундаментов. Одновременно может быть достигнута существенная экономия материальных средств, так как вместо фундаментов со значительными размерами в плане можно ограничиться небольшим количеством свай.

При условии залегания на значительной глубине грунтов, которые могут быть использованы в качестве оснований, как правило, применяют свайные фундаменты, которые способны передать нагрузки на большие глубины по сравнению с фундаментами, возводимыми в открытых котлованах.

Кроме того, свайные фундаменты часто применяют в случаях, когда возведение фундаментов в открытых котлованах нерационально из-за большого объема земляных работ, высокого расположения уровня подземных вод и связанной с этим необходимостью выполнения дорогостоящих работ по искусственному водопониже-нию,

Применение свайных фундаментов

при строительстве на слабых, сжимаемых грунтах;

если достижение прочного основания не целесообразно (большая глубина прочного основания);

если грунты прочные, но использование свай экономичнее.

В зависимости от передаваемой на основание нагрузки, конструкции фундаментов могут иметь разное количество и расположение опор.

Под стенами и несущими перегородками устраиваются свайные ленты, которые могут располагаться в один, два и более рядов, параллельно или в шахматном порядке. Объединяющий их ростверк равномерно распределяет нагрузку по длине.

Фундамент под металлоконструкции или отдельно стоящие опоры может состоять из одиночных свай.

В случае строительства каркасных зданий с несущими колоннами, под каждую закладываются так называемые "кусты" из нескольких близкорасположенных свай.

Для жилых домов с несущими стенами свайные фундаменты проектируют ленточными, преимущественно однорядными, которые могут быть:

- с монолитным железобетонным ростверком, если он устраивается на уровне планировочных отметок или под стенами технического подполья (рис. 8.16, а);

- со сборным железобетонным ростверком, если он устраивается под стенами 1-го этажа над планировочными отметками (рис. 8.16, б);

- безростверковыми, когда вместо ростверка могут быть использованы панели 1-го этажа, цокольные или технического подполья (рис. 8.16, в).

ВОПРОСЫ 22-25

26. Распределение напряжений от действия равномерно распределенной нагрузки (плоская задача).

Схема для расчета напряжений в основании в случае плоской задачи при действии равномерно распределенной нагрузки интенсивностью показана на рис. 3.6.а.

Точные выражения для определения компонент напряжений в любой точке упругого полупространства были получены Г. В. Колосовым в виде:

;;,(3.9)

где ,,-коэффициенты влияния, зависящие от безразмерных параметрови;и-координатные точки, в которой определяются напряжения;- ширина полосы загружения.

На рис. 3.7. а-в показано в виде изолиний распределение напряжении ,ив массиве грунте для случая плоской задачи.

В некоторых случаях при анализе напряженного состояния основания оказывается удобнее пользоваться главными напряжениями. Тогда значения главных напряжений в любой точке упругого полупространства под действием полосовой равномерно распределенной нагрузки можно определить по формулам И. Х. Митчелла:

,(3.10)

где - угол видимости, образованный лучами, выходящими из данной точки к краям загруженной полосы (рис.3.6.б).

27. Условия применения свайных фундаментов. Классификация свай по материалу, форме продольного и поперечного сечения.

Когда с поверхности залегают слабые слои грунтов, не обладающих достаточной несущей способностью, чтобы служить основанием для фундаментов мелкого заложения проектируемого сооружения, возникает необходимость передачи нагрузки на более плотные грунты, расположенные на некоторой глубине. В этих условиях чаще всего прибегают к устройству фундаментов из свай.

Свая - погруженный в готовом виде или изготовленный в грунте стержень, предназначенный для передачи нагрузки от сооружения на грунт основания.

Сваи, погружаемые в грунт в готовом виде, в зависимости от материала, из которого они изготовляются, подразделяются на железобетонные, бетонные, деревянные и металлические.

Железобетонные сваи, наиболее распространенные в строительстве, подразделяются:

- по форме поперечного сечения - на квадратные, квадратные с круглой полостью, полые круглого сечения, прямоугольные, тавровые и двутавровые (рис.1);

- по форме продольного сечения - на призматические, цилиндрические, с наклонными боковыми гранями (пирамидальные, трапецеидальные, ромбовидные), сваи с уширенной пятой (рис.2).

Наиболее часто в настоящее время применяются призматические сваи сплошного квадратного сечения (от 0,2х0,2м до 0,4х0,4м и длиной 3...16м), квадратного сечения с круглой полостью (3...8м) и полые цилиндрические (рис. З).

Типовые конструкции свай таврового и двутаврового сечений не разработаны. Изготовление этих свай производится по индивидуальным рабочим проектам, и применение их на практике ограничено.

Пирамидальные и трапецеидальные сваи, позволяющие за счёт наклона боковых граней полнее использовать несущую способность грунта, рекомендуется применять только как висячие при передаче на них преимущественно вертикальных вдавливающих нагрузок.

Ромбовидные сваи используются в грунтах, подверженных морозному пучению. Сваю погружают в грунт таким образом, чтобы её уширенная часть находилась несколько ниже границы промерзания грунта.

Сваи с уширенной пятой находят применение при устройстве фундаментов на слабых водонасыщенных грунтах. Целесообразна прорезка сваей слабых грунтов с заглублением уширенного нижнего конца в прочный подстилающий слой.

28. Проверка прочности подстилающего слоя при расчёте фундамента мелкого заложения.

При наличии в пределах сжимаемой толщи основания слабых грунтов с расчётным сопротивлением меньшим, чем давление на несущий слой необходимо проверить давление в них, чтобы уточнить возможность применения при расчёте основания теории линейной деформируемости грунтов. Последнее требует, чтобы полное давление на кровлю подстилающего слоя не превышало его расчётного сопротивления, т.е. , где сигма - вертикальное напряжение в грунте на глубине z от подошвы фундамента, R - расчётное сопротивление грунта на глубине кровли слабого слоя.

Величину R определяют по формуле как для условного фундамента шириной b и глубиной заложения d.

Ширину условного фундамента назначают с учётом рассеивания напряжений в пределах слоя толщиной z. Если принять, что давление действует по подошве условного фундамента, то площадь его подошвы должна составлять , отсюда находим ширину условного фундамента , где а =, l и b - длина и ширина подошвы проектируемого фундамента.

29. Опускные колодцы. Условия применения, конструктивная схема и последовательность устройства. Классификация опускных колодцев по материалу, по форме и по способу устройства стен.

При залегании прочных грунтов на значительной глубине, когда устройство фундаментов в открытых котлованах становится трудновыполнимым и экономически невыгодным, а применение свай не обеспечивает необходимой несущей способности, прибегают к устройству фундаментов глубокого заложения. Необходимость устройства фундаментов глубокого заложения может быть вызвана и особенностями самого сооружения, например, когда оно должно быть опущено на значительную глубину (заглубленные и подземные сооружения). К таким сооружениям относятся подземные гаражи и склады, ёмкости очистных, водопроводных и канализационных сооружений и многие другие.

Одним из видов фундаментов глубокого заложения наряду с кессонами, тонкостенными оболочками, буровыми опорами и фундаментами, возводимыми методом "стена в грунте", является опускной колодец.

Опускные колодцы представляют собой замкнутый в плане контур и открытую сверху и снизу конструкцию, которая возводится на поверхности грунта из жб или сборных элементов и погружается до проектной отметки род действием собственного веса по мере разработки грунта внутри нее. (см.рис.1).

После погружения до проектной отметки внутреннюю полость колодца полностью или частично заполняют бетоном или используют для устройства заглубленного помещения.

Классифиация опускных колодцев по материалу: деревянные; каменные или кирпичные; бетонные, жб; металлические. Наибольшее распространение в современной практике строительства получили железобетонные колодцы.

По форме в плане опускные колодцы могут быть круглыми, квадратными, прямоугольной или смешанной формы, с внутренними перегородками и без них (рис.2).

Форма колодца определяется конфигурацией проектируемого сооружения. Однако в любом случае очертание колодца в плане делают симметричным, поскольку всякая асимметрия осложняет его погружение, ведёт к перекосам и отклонению от проектного положения.

По способу устройства стен: монолитные и из сборныех элементов (из прямоугольных пусотелых блоков и из плоских паелей)

Монолитные колодцы.

Колодцы со стенками из монолитного железобетона (массивные опускные колодцы) рекомендуется применять, когда подземные помещения по технологическим требованиям имеют сложное очертание в плане, нет возможности изготовить сборные элементы, необходимо проходить скальные грунты или грунты с большим числом валунов и когда сборный опускной колодец конструктивно более сложно выполнить, чем монолитный. Во всех других случаях рекомендуется сооружать опускные колодцы из сборных железобетонных элементов.

30. Кессоны. Условия применения, конструктивная схема, последовательность производства работ.

При залегании прочных грунтов на значительной глубине, когда устройство фундаментов в открытых котлованах становится трудновыполнимым и экономически невыгодным, а применение свай не обеспечивает необходимой несущей способности, прибегают к устройству фундаментов глубокого заложения. Необходимость устройства фундаментов глубокого заложения может быть вызвана и особенностями самого сооружения, например, когда оно должно быть опущено на большую глубину (заглубленные и подземные сооружения). К таким сооружениям относятся подземные гаражи и склады, ёмкости очистных, водопроводных и канализационных сооружений, здания насосных станций и многие другие.

Одним из видов фундаментов глубокого заложения наряду с опускными колодцами, тонкостенными оболочками, буровыми опорами и фундаментами, возводимыми методом "стена в грунте", являются кессоны.

Кессон схематически представляет собой опрокинутый вверх днищем ящик, образующий рабочую камеру, в которую под давлением нагнетается сжатый воздух, уравновешивающий давление грунтовой воды на данной глубине, что не позволяет ей проникать в рабочую камеру, благодаря чему разработка грунта ведётся насухо без водоотлива.

Последовательность производства р.

Сначала на спланированной поверхности грунта возводится кессонная камера, на которой монтируются шлюзовой аппарат и шахтные трубы. Одновременно вблизи кессона сооружается компрессорная станция и монтируется оборудование для подачи в кессон сжатого воздуха.

После того как бетон кессонной камеры приобретёт проектную прочность, её снимают с подкладок и начинают погружение. Сжатый воздух начинают подавать в кессонную камеру, как только её нижняя часть достигнет уровня подземных вод. Давление воздуха, обеспечивающее отжим воды из камеры кессона, определяется из условия:

pв?Нw?w где pв - избыточное (сверх атмосферного) давление воздуха;

Нw -гидростатический напор на уровне банкетки ножа;

?w - удельный вес воды.

По мере погружения кессона в грунт наращивают шахтные трубы, если это необходимо, и возводят надкессонную часть сооружения.

После опускания кессона на проектную отметку всё специальное оборудование демонтируется, а рабочая камера заполняется бетоном.

31. Начальная и конечная критические нагрузки. Связь расчетного сопротивления грунта с начальной критической нагрузкой.

Начальная критическая нагрузка р*

Соответствует случаю, когда в единственной точке в основании под краем ленточного фундамента возникает предельное состояние. Для определения р* рассмотрим простейший случай, когда основание неводонасыщенное, линейно-деформируемое, однородное и изотропное, а напряжение от собственного веса грунта распределяется по закону гидростатики, т.е.:

Распределение напряжений в рассматриваемом грунтовом массиве при z>0 в любой точке M (z, ?) можно определить от собственного веса грунта следующим образом:

где d - глубина от дневной поверхности, ? - удельный вес грунта. Это означает, что напряжения ?zg и ?xg являются главными.

Максимальные и минимальные главные напряжения от действия полосовой нагрузки р-q на ширину b можно определить по известным соотношениям, т. е.:

где ? - угол видимости.

Суммарное значение главных напряжений в любой точке можно определить таким образом:

Предельное напряженное состояние в точке M(z, а) может реализоваться, если напряжения (8.10) будут удовлетворять условию предельного состояния:

Подставляя ?1,3 из (8.10) в (8.11), получим:

Уравнение (8.10) представляет собой геометрическое место точек, где выполняется условие (8.11). Координаты этих точек z и ? можно получить, решая (8.12) относительно z, т. е.:

Это уравнение кривой очертания области предельного равновесия и имеет максимальную ординату zmax (рис. 8.3) в зависимости от р. Ее можно найти, взяв производную dz/d? и приравняв ее нулю, т. е.:

отсюда следует, что z = zmax, когда cos? = sin?, т. е. ? = п/2-? и sin? = соs?.

Тогда, подставив это выражение в (8.13), получим максимальное значение z в виде:

Отсюда легко определить максимальную ординату области предельного равновесия в зависимости от заданного значения граничной нагрузки р.

Полагая Zmax = 0, получим значения начальной критической нагрузки, т. е. имеем:

Это выражение без учета сцепления грунта было впервые получено Н.П. Пузыревским. Для случаев отсутствия трения (? = 0, с ? 0), к которым можно отнести жирные глины и слабые водонасыщенные глины в нестабилизированном состоянии уплотнения, получим:

Начальная критическая нагрузка является совершенно безопасной для грунтового основания. Однако при этом не полностью используются резервы несущей способности основания. Поэтому полагают, что расширение области предельного равновесия на глубину Zmax = b/4 несущественно влияет на несущую способность основания, а зависимость осадки от нагрузки при этом остается линейной. Следовательно, для определения осадок основания при р0 (3)

В противном случае в зазор между подошвой и грунтом может проникнуть вода, что нежелательно, поскольку это монет привести к ухудшению свойств грунтов основания.

Поскольку при внецентренном нагружении относительно одной из центральных осей максимальное давление на основание действует только под краем фундамента, при подборе размеров подошвы фундамента его допускается принимать на 20% больше расчётного сопротивления грунта R, т.е. pmax ? 1.2R (7)

Одновременно среднее давление по подошве фундамента, определяемое как для центрально нагруженного pII=NII/A, должно удовлетворять условию

pII ? R (4)

В тех случаях, когда точка приложения равнодействующих внешних сил смещена относительно обеих осей инерции прямоугольной подошвы фундамента, как это показано на рис. 2, давление под её угловыми точками находят по формуле:

(5) Поскольку в этом случае максимальное давление действует только в одной точке подошвы фундамента, допускается, чтобы его значение, найденное по формуле (5), удовлетворяло условию pcmax ? 1.5R (6)

Одновременно проверяются условия (3) и (4).

На практике задачу подбора размеров подошвы внецентренно нагруженного фундамента решают следующим образом. Сначала принимают, что действующая нагрузка приложена центрально, и подбирают соответствующие размеры подошвы из условия (4), а затем уточняют их расчётом на внецентренную нагрузку, добиваясь удовлетворения условий (3),(6) или (7). При этом иногда смещают подошву фундамента в сторону эксцентриситета так, чтобы точка приложения равнодействующей всех сил совпадала с центром тяжести подошвы фундамента (см. рис.2,б).

Еще пример внецентренно нагруженного фундамента мелкого заложения: Жилой дом с подвалом(последний).

39. Возведение заглубленных и подземных сооружений методом "стена в грунте". Технология устройства. Монолитный и сборный варианты.

Конструкции, сооружаемые способом "стена в грунте": а - котлованы в городских условиях; б - подпорные стенки; в - тоннели; г - противофильтрационные диафрагмы; д - подземные резервуары.

В грунте делаются выработки требуемой формы и конфигурации, заполняемой монолитным или сборным железобетоном.

Резко сокращаются объемы земляных работ, обеспечивается наилучшая сохранность окружающих зданий и сооружений, обеспечиваются наилучшие гидрогеологические условия внутри здания.

Способы устройства классифицируются:

1) по форме стены;

2) свайная или траншейная, сухая или мокрая;

3) по применяемым конструкциям: монолитная, сборная, сборно-монолитная.

Сухой способ применяется в связных грунтах при глубине стены в грунте не более 7м.

При устройстве свайного варианта с целью обеспечения прочности стены бурение осуществляют с применением специальных обсадных труб.

Армирование свай может осуществляться как каждой отдельно, так и одним каркасом на несколько слоев. Работу по устройству стены свайным методом осуществляют захватками, объем которых определяется интенсивностью бетонирования. Способы установки арматуры бетонирования ничем не отличаются от способов устройства набивных свай.

При устройстве стены в грунте траншейным методом применяются машины циклического и непрерывного действия: одноковшовые экскаваторы с удлиненной рукоятью или напорным грейфером, либо штанговые экскаваторы.

Объем принимается в зависимости от интенсивности бетонирования, как правило 50-60 кубов.

При бетонировании стены в грунте с целью экономии бетона, в нем могут устраивать сквозные или замкнутые проемы, заполненные после их образования глинисто-щебеночно-песчаной смесью.

В качестве сборных железобетонных элементов стены в грунте, применяются железобетонные панели на всю высоту стены, шириной от 0,5 до 5м и толщиной от 20 до 120см.

Технология монтажа сборных элементов стены в грунте следующая: по верху траншеи устанавливается воротник из монолитного железобетона. Устанавливается пространственный кондуктор в траншею, опирающийся на воротник. Если после установки панели, верх ее ниже проектной отметки, панель вынимается и вниз траншеи подсыпается щебень. Если верх панели выше проектной отметки, ее несколько раз приподнимают и резко опускают. Соединение панелей друг с другом осуществляется с применением специальных узловых соединений, в которые входят прокатные металлические элементы. После монтажа и соединения панели с последующей, осуществляют засыпку пазух компонажным материалом в виде глинисто-цементно-песчаного раствора, либо глинисто-цементно-щебеночного раствора. В тех случаях, когда с внутренней стороны стенки, будет разрабатываться грунт, пазухи заполняют песчано-гравийной смесью.

40. Расчёт фундаментов по второй группе предельных состояний. Определение границ условного фундамента при расчёте осадок свайного фундамента.

Расчет основания по деформациям (второе предельное состояние):

1. Определение расчетногосопротивление грунта, сравнивание его с нагрузкой на грунт от здания и подбор необходимой площади фундамента

2. определение осадки фундаментов. Особенно это важно при различных нагрузках или неравномерных грунтах, когда есть риск возникновения неравномерных осадок

3. Крен фундамента необходимо определять при наличии изгибающих моментов, действующих на фундамент. Также крен нужно проверять при неравномерной нагрузке на грунте - она также влияет на деформации грунтового основания.

Расчет оснований по деформациям производится исходя из условия

1)Осадка основания sc использованием расчетной схемы в виде линейно деформируемого полупространства определяется методом послойного суммирования по формуле

где ? - безразмерный коэффициент, равный 0,8;

?_(zp,i) - среднее значение дополнительного вертикального нормального напряжения в i-м слое грунта, равное полусумме указанных напряжений на верхней z_(i-1)и? z?_i нижней границах слоя по вертикали, проходящей через центр подошвы фундамента

h_i и E_i- соответственно толщина и модуль деформации i-го слоя грунта;

n - число слоев, на которые разбита сжимаемая толща основания.

При этом распределение вертикальных нормальных напряжений по глубине основания принимается в соответствии со схемой, приведенной на рис.1.

?2) s?_u - предельные значения совместной деформации основания и сооружения устанавливаются исходя из необходимости соблюдения:

а) технологических или архитектурных требований к деформации сооружения (изменениепроектных уровней и положений сооружения в целом, отдельных его элементов и оборудования, включая требования к нормальной работе лифтов, кранового оборудования, подъемных устройств элеваторов и т.п.) - s_(u,s). Устанавливаются соответствующими нормами, правилами технической эксплуатации оборудования или заданием на проектирование с учетом в необходимых случаях рихтовки(выравнивание) оборудования в процессе эксплуатации.

б) требований к прочности, устойчивости и трещиностойкости конструкций, включая общую устойчивость сооружения s_(u,f)

Проверка соблюдения условия производится при разработке типовых и индивидуальных проектов в составе расчетов сооружения во взаимодействии с основанием после соответствующих расчетов конструкций сооружения по прочности, устойчивости и трещиностойкости.

Предельные значения совместной деформации основания и сооружения по условиямпрочности, устойчивости и трещиностойкости конструкций должны устанавливаться припроектировании на основе расчета сооружения во взаимодействии с основанием.

Определение границ условного фундамента при расчёте осадок свайного фундамента.

Расчет фундамента из висячих свай и его основания по деформациям следует, как правило, производить как для условного фундамента на естественном основании в соответствии с требованиями СНиП 2.02.01-83. Границы условного фундамента (см. чертеж) определяются 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 на расстоянии htg(jII,mt/4) (см. чертеж, а), но не более 2d в случаях, когда под нижними концами свай залегают пылевато-глинистые грунты с показателем текучести IL > 0,6 (d-диаметр или сторона поперечного сечения сваи), а при наличии наклонных свай - проходящими через нижние концы этих свай (см. чертеж, б),

сверху - поверхностью планировки грунта ВГ, здесь jII,mt - осредненное расчетное значение угла внутреннего трения грунта, определяемое по формуле

jII,mt = (29)

где jII,i - расчетные значения углов внутреннего трения для отдельных пройденных сваями слоев грунта толщиной hi;

h - глубина погружения свай в грунт.

41. Поверхностное уплотнение грунтов укаткой, вибрацией и тяжелыми трамбовками. Понятие об оптимальной влажности грунта.

Уплотняемость грунтов, особенно пылевато-глинистых, в значительной степени зависят от их влажности и определяется максимальной плотностью скелета уплотнённого грунта ?d,max и оптимальной влажностью Wo. Эти параметры находятся по методике стандартного уплотнения грунта при различной влажности 40 ударами груза весом 215 Н, сбрасываемого с высоты 30 см. По результатам испытания строится график зависимости плотности скелета уплотнённого грунта ?d от влажности грунта w рис. Оптимальную влажность пылевато-глинистых грунтов, уплотняемых трамбованием, ориентировочно можно принимать равной Wo=Wp+(0,01...0,03), а укаткой - Wo=Wp (Wp -влажность на границе раскатывания).

Уплотнение укаткой. Вследствие того, что укаткой удаётся уплотнить грунт только на небольшую глубину (до 1 м максимум), этот метод в основном применяется при послойном возведении грунтовых подушек, планировочных насыпей, земляных сооружений, при подсыпке оснований под полы. Уплотнение укаткой производится самоходными и прицепными катками, гружёными скреперами, автомашинами или тракторами. Уплотнение достигается многократной проходкой уплотняющих механизмов (от 6 до 12 раз). Толщина слоя уплотнённого грунта и необходимое число проходов используемых механизмов определяются на основании опытных работ. Уплотнение укаткой производится при оптимальной или близкой к ней влажности грунтов. При влажности грунтов ниже пределов, их увлажняют в резерве, карьере или реже на месте укладки расчетным количеством воды Q, определяемым по формуле

,где ?? - плотность воды, принимаемая равной 1 т/м3; ? - влажность грунта; k - коэффициент, учитывающий влияние климатических условий и принимаемый: при отсыпке грунта в дождливое время k = 0,9, в сухое летнее время k = 1,1;V - объем грунта.

Для уплотнения несвязных и малосвязных грунтов при содержаний глинистых частиц не более 5...6% используются виброкатки и самопередвигающиеся вибрмашины.

Уплотнение вибрацией. Используется, как правило, при укладке грунтов в стесненных условиях - при возведении обратных засыпок котлованов, траншей, засыпке пазух, щелей.

Уплотнение тяжелыми трамбовками. Уплотнение производится свободным сбрасыванием с помощью крана-экскаватора с высоты 5-10 м трамбовок диаметром 1,2-3,5 м и весом 25-150 кН. Тяжелые трамбовки применяются для уплотнения всех видов грунтов в природном залегании, а также искусственных оснований и насыпей.

42. Понятия о висячих сваях и сваях стойках. Определение несущей способности свай стоек.

а) Сваи-стойки - сваи, опирающиеся на практически несжимаемые или малосжимаемые грунты ( крупнообломочные грунты с песчаным заполнителем, глины твердой консистенции.

Нагрузка передается через нижний конец.

б) Висячие сваи - сваи опирающиеся на сжимаемые грунты ( песчаные, текучие глины).

Нагрузка передается через трение по боковой поверхности и через нижнийконеч

Несущая способность определяется как сумма сопротивлений сил трения по ее боковой поверхности и сопротивлением грунта под концом сваи.

Для расчета сваю рассмотриваем как центрально сжатый стержень. Несущая способность определяется либо по прочности материала сваи, либо по условию прочности грунта под нижнимкончом сваи. За несущую способность в проекте принимается меньшая величина.

Несущая способность по метериалу определяется по формуле:

Fdm=фи(гаммас*гаммам*Rb*A+ гаммаа*Rs*Aa)

фи- коэффициент продольного изгиба

гаммас- коэффициент условия работы сваи в грунте ( зависит от сечения)

гаммам - коэффициент работы бетона

Rd - расчетное сопротивление бетона осевому сжатию ( зависит от класса бетона) кПа.

А - площадь поперечного сечении сваи, м2

гаммаа - коэффициент работы арматуры

Rs - расчетное сопротивление сжатию арматуры ( СНиП)

Несущая способность по прочности грунта под нижним концом:

Fd= гаммаc*R*A

гаммас- коэффициент условия работы сваи в грунте ( зависит от сечения)

Rd - расчетное сопротивление грунта под нижним концом

А - площадь опирания сваи на грунт, м2

Для забивных свай: R=20 МПа

Для набивных свай опирающихся на скальную породу: R=Rc,n/ гаммаg

заделанных невыветрелую породу на глубине больше 0,5 м: R=(Rc,n/ гаммаg)(ld/df + 1,5)

Rc,n- нормативное значение предела прочности

гаммаg = 1,4 коэффициент надежности

ld - глубина заделки сваи в грунт

df - наружний диаметр заделанной в скальный грунт части сваи , м.

43. Условия применения песчаных подушек при устройстве фундаментов мелкого заложения. Основы расчета.

Если несущий слой грунта оказывается слабым, и его использование в качестве естественного основания оказывается невозможным, то приводят замену слабого грунта другим, обладающим высоким сопротивлением сдвигу и имеющим малую сжимаемость, который образует, так называемую, грунтовую подушку.

· Подушки делают из:

- Крупнообломочные грунты (гравий, щебень);

- Пески крупные и средней крупности (удобнее и легче использовать);

- Шлак; - В лессах - местный перемолотый грунт.

* Чаще всего грунтовые подушки имеют толщину 1...3 м (>3м не целесообразно).

· Используют подушки: (см. рис.)

- При малой толще слабых грунтов - обыкновенная песчаная подушка;

- При большой толще слабых грунтов - висячая песчаная подушка;

- Такая форма песчаной подушки объясняется тем, что в ее зоне необходимо уместить все виды напряжений.

Пески: ?=30?...35?;

Гравий: ?=40?...45?.

Последовательность расчета фундамента на песчаной подушке

1. Задаемся характеристиками нового грунтового основания (т.е. характеристиками песчаной подушки)

?=19 кН/м3; ?=35?; с=0

2. Определяют размеры подошвы фундамента как фундамента, стоящего на грунте с выше перечисленными характеристиками.

P?R 3. Проверяем подстилающий слой

Если это условие не выполняется, то увеличивают высоту висячей подушки.

4. Далее производится расчет деформаций основания. Совместная деформация песчаной подушки и подстилающего слоя S должна быть меньше Su.

S ? Su

Если это условие не выполняется. То также увеличивают высоту висячей подушки (или размеры фундамента).

- Применение песчаной подушки приводит к следующим положительным эффектам:

1) Поскольку модуль общей деформации песчаной подушки Е>20 МПа, то их примение приводит к уменьшению осадок сооружения.

2) Поскольку песчаные подушки имеют большой коэффициент фильтрации (сильноводопроницаемы), то резко сокращается время консолидации основания.

3) Песчаные подушки устраиваются из непучинистых грунтов (материалов), поэтому есть возможность уменьшить глубину заложения фундамента d из условия учета глубины сезонного промерзания грунта df.

44.Основные положения расчета развития осадки оснований фундаментов во времени по теории фильтрационной консолидации. Порядок расчета.

Если в основании фундаментов залегают водонасыщенные глинистые грунты, осадка может развиваться в течении длительного периода времени. Временной процесс развития осадок связан с малой скоростью фильтрации воды в глинистых грунтах и обусловленным этим медленным уплотнением водонасыщенных грунтов.

Методы прогноза развития деформаций грунтов во времени основаны на теории фильтрационной консолидации, в основу которой положены следующие предпосылки:

- скелет грунта рассматривается как упругая пористая среда, действует компрессионный закон уплотнения ;

- поровая вода абсолютно несжимаемая;

- отжатие воды из пор грунта подчиняется закону ламинарной фильтрации Дарси ;

- внешняя нагрузка уравновешивается суммой напряжений в скелете грунта (эффективное напряжение) и в поровой воде , т.е. .

Основные расчётные случаи (рис. 5. .).

Случай 0 - одномерное уплотнение слоя грунта под действием сплошной нагрузки.

Случай 1 - сжимающие напряжения увеличиваются с глубиной по закону треугольника. Случай соответствует уплотнению свежеотсыпанного слоя водонасыщенного грунта под действием собственного веса.

Случай 2 - сжимающие напряжения уменьшаются с глубиной по закону треугольника. Случай соответствует виду эпюры дополнительных напряжений по оси фундамента, принятой в методе эквивалентного слоя.

Время, соответствующее заданной степени консолидации - степени уплотнения грунта - слоя грунта:

(м2/с) (чем больше коэффициент консолидации, тем больше скорость прохождения процесса консолидации).

Сv- коэффициент фильтрационной консолидации, прямо пропорциональный коэффициенту фильтрации и обратно пропорциональный коэффициенту относительной сжимаемости грунта.

45.Статический метод определения несущей способности сваи, его особенности.

Метод испытания свай статической нагрузкой. Несущая способность сваи определяется путем испытания ее аналога статической нагрузкой.

Достоинства: точно устанавливает предельное сопротивление сваи, позволяет проверить несущую способность сваи, определенную другим методом

Недостатки: длительность испытаний и высокая цена.

На свая при помощи домкрата прикладывается ступенями нагрузка. Каждая ступень выдерживается до стабилизирующей осадки, затем строят график зависимости осадки от давления. За несущую способность принимается та, при которой осадка составляет 0,2 от предельно допустимой величины осадки.

1 тип графика: плавное очертание и резкий перелом, после которого осадка непрерывно возрастает без увеличения нагрузки. За FU предельную нагрузку принимают ту, которая вызвала срыв сваи.

2 тип графика: всегда плавное очертание графика. Предельной считается нагрузка при которой свая получила осадку s: s=лямбда*su,mt

Лямбда - переходный коэффициент

su,mt - предельное значение средней осадки фундамента проектируемого здания.

46.Теория предельного равновесия. Основные уравнения предельного равновесия.

В случае плоской задачи мы имеем три неизвестных компонента напряжений, в случае осесимметричной задачи - четыре, а для пространственной задачи в общем случае - шесть компонентов напряжений.

К двум уравнениям равновесия в случае плоской задачи привлекается одно условие, связывающее компоненты напряжений, - условие предельного равновесия. В случае осесимметричной задачи к двум уравнениям равновесия (проекции на оси координат) привлекается также одно условие предельного равновесия, а дополнительным, поскольку компонентов в уравнениях четыре, является условие равенства между собой двух главных напряжений (промежуточное равно минимальному или максимальному). В случае пространственной задачи мы имеем три уравнения равновесия и одно уравнение предельного равновесия - таким образом, не хватает двух уравнений.

47.Определение числа свай в фундаменте. Конструирование ленточных свайных фундаментов.

Число свай определяется путем деления величины нагрузки на свайный куст на несущую способность одиночной сваи, которая определяется как расчетная несущая способность сваи, деленная, в свою очередь, на коэффициент надежности по нагрузке ?k (обычно ?k = 1,4), то есть уменьшенная в 1,4 раза. Для ростверка подбирается наиболее компактное очертание. Сваи размещаются рядами или в шахматном порядке. Шаг свай в кусте выбирается кратным 5 см. При расчете ленточного ростверка число свай n на 1 пог.м. длины может оказаться дробным. Тогда расстояние a, м, между сваями будет a=1/n.

48. Особенности просадочных грунтов. Основные мероприятия по улучшению свойств грунтов. Методы строительства на просадочных грунтах.

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 просадочныхгрунтах 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.

Наибольшее число методов связано с преобразованием лессовых просадочных оснований. Их подразделяют на 2 группы:

1. улучшение грунтов с применением механических методов;

2. физико-химические способы улучшения.

Механические методы преобразуют грунты либо с поверхности, либо в глубине толщ. Поверхностное уплотнение производят трамбовкой, послойной укаткой, вибрацией, замачиванием грунта под своим весом или весом сооружения. В глубине толщ уплотнение грунтов производят с помощью грунтовых свай (песчаных, известняковых), взрывов в скважинах, замачиванием через скважины с последующим взрывом под водой. Находят применение также песчаные и грунтовые подушки, грунтоцементные опоры.

К физико-химическим способам относят:

обжиг грунтов через скважины;

силикатизация;

пропитка цементным и глинистым растворами;

обработка различными солями;

укрепление грунтов органическими веществами.

49.Особенности набухающих грунтов. Основные мероприятия по улучшению свойств грунтов. Методы строительства на набухающих грунтах.

Набухающие грунты (некоторые глинистые грунты) увеличивают свой объем (набухают) при повышенной влажности и уменьшают его при последующем снижении влажности. Напряжения при пучении грунтов велики, они вызывают подъем зданий и сооружений с последующей мгновенной (катастрофической) осадкой, ведущей к деформациям, трещинам, кренам и др.

Мероприятия по улучшению свойств оснований из набухающих грунтов

При проектировании фундаментов на набухающих грунтах разрабатываются мероприятия, направленные на снижение или полное исключение возможных деформаций: водозащитные меры; предварительное замачивание основания в пределах всей или части толщи набухающих грунтов; применение компенсирующих песчаных подушек; полная и частичная замена слоя набухающего грунта ненабухающим; полная или частичная прорезка фундаментами слоя набухающего грунта; конструктивные мероприятия, позволяющие уменьшить чувствительность сооружений к деформациям набухания и усадки.

Водозащитные мероприятия служат для предотвращения локального замачивания грунтов атмосферными или производственными водами. С этой целью предусматривают планировку территории с отводом атмосферных вод в открытую или закрытую ливнесточную канализацию. Отмостки устраивают такой ширины, чтобы они перекрывали пазухи засыпанных котлованов не менее чем на 0,4 м. Вода с них должна отводиться в специальные кюветы и далее в ливнесточную сеть. Вводы и выпуски водо-несущих трубопроводов (канализация, водопровод и т. д.) выполняют в виде железобетонных лотков, соединяемых со смотровыми колодцами. В необходимых случаях применяют водонепроницаемые экраны под всем сооружением из полимерных материалов либо из асфальта. В сооружениях, несущих воду (градирни, отстойники и т. д.), целесообразно предусматривать пластовый дренаж с выпуском воды из него в ливневую канализацию.

Предварительное замачивание является способом устранения свойств набухания грунтов: искусственно вызывается процесс набухания грунтовой толщи и в дальнейшем строительство ведется, как на водонасыщенных набухающих грунтах. Предварительное замачивание нельзя использовать, если во время эксплуатации может произойти высушивание грунта, что приведет к развитию усадочных деформаций основания. Замачивание осуществляется через скважины диаметром 100...250 мм (глубиной на 0,5 м меньше, чем требуемая по проекту толщина слоя, подвергаемого замачиванию), располагаемые в шахматном порядке через 2...4 м друг от друга. Скважины заполняются на всю высоту гравием, щебнем или песчано-гравийной смесью. При замачивании ведется наблюдение за поднятием поверхности основания.

Компенсирующие песчаные подушки применяют для уменьшения неравномерности подъема ленточных фундаментов при локальном замачивании основания. Для их устройства используют пески любой крупности, за исключением пылеватых, уплотняемые до плотности скелета не менее 1,6 т/м3. Компенсирующие подушки устраивают на кровле или в пределах слоя набухающих грунтов при давлении на основание не менее 100 кПа. Принцип работы компенсирующей подушки состоит в том, что при подъеме дна траншеи песок вокруг фундамента поднимается, а сам фундамент остается практически неподвижным (рис. 9.7). Размеры подушки назначаются в зависимости от ширины подошвы фундамента (Сорочан Е.А., 1989).

Рис. 9.7. Схема сил, действующих на компенсирующую подушку: 1 - фундамент; 2 - обратная засыпка; 3 - набухающий грунт; 4 - песчаная компенсирующая подушка

Замена набухающего грунта производится местным ненабу-хающим грунтом, уплотняемым до заданной плотности, в пределах всей или части набухающей толщи основания. При неполной замене набухающего грунта деформации основания при замачивании должны находиться в допустимых пределах.

Исключение или уменьшение деформаций основания из набухающих грунтов можно обеспечить путем полной или частичной прорезки набухающей толщи сваями. При этом силы набухания, действующие по части боковой поверхности свай, не должны превышать суммы нагрузок от сооружения и сил сопротивления по боковой поверхности в нижней части свай, заглубленных в ненабу-хающие грунты. Следует отметить, что в набухающих грунтах необходимо рассчитывать сваи и на растяжение силами набухания, кроме того, при проектировании ростверков предусматривать зазор между поверхностью грунта и подошвой ростверка, равный возможной величине набухания толщи набухающих грунтов.

К конструктивным мероприятиям относится увеличение жесткости и прочности здания путем разбивки его на отдельные отсеки осадочными швами. Отсек должен иметь правильную форму в плане и, как правило, одинаковую высоту. Увеличение прочности достигается введением железобетонных непрерывных поясов и другими мерами, аналогичными рассматриваемым в подразд. 9.2.2

ОСОБЕННОСТИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ОСНОВАНИЙ СООРУЖЕНИЙ, ВОЗВОДИМЫХ НА НАБУХАЮЩИХ ГРУНТАХ

4.1. Основания, сложенные набухающими грунтами, должны проектироваться с учетом способности таких грунтов при повышении влажности увеличиваться в объеме - набухать. При последующем понижении влажности у набухающих грунтов происходит обратный процесс - усадка.

Необходимо учитывать, что способностью набухать при увеличении влажности обладают некоторые виды шлаков (например, шлаки электроплавильных производств), а также обычные пылевато- глинистые грунты (ненабухающие при увеличении влажности), если они замачиваются химическими отходами производств (например, растворами серной кислоты).

4.2. Набухающие грунты характеризуются давлением набухания psw , влажностью набухания wsw , относительным набуханием при заданном давлении esw и относительной усадкой при высыхания esh .

Указанные характеристики определяются в соответствии с требованиями обязательного приложения 2.

4.3. При проектировании оснований, сложенных набухающими грунтами, следует учитывать возможность:

набухания этих грунтов за счет подъема уровня подземных вод или инфильтрации - увлажнения грунтов производственными или поверхностными водами;

набухания за счет накопления влаги под сооружениями в ограниченной по глубине зоне вследствие нарушения природных условий испарения при застройке и асфальтировании территории (экранирование поверхности);

набухания и усадки грунта в верхней части зоны аэрации - за счет изменения водно-теплового режима (сезонных климатических факторов);

усадки за счет высыхания от воздействия тепловых источников.

Примечание. При проектировании заглубленных частей сооружений должны учитываться горизонтальные давления, возникающие при набухании и усадке грунтов.

4.4. Основания, сложенные набухающими грунтами, должны рассчитываться в соответствии с требованиями разд.2.

Деформации основания в результате набухания или усадки грунта должны определяться путем суммирования деформаций отдельных слоев основания согласно указаниям обязательного приложения 2.

При определении деформаций основания осадка его от внешней нагрузки и возможная осадка от уменьшения влажности набухающего грунта должны суммироваться. Подъем основания в результате набухания грунта определяется в предположении, что осадки основания от внешней нагрузки стабилизировались.

Предельные значения деформаций, вызываемых набуханием (усадкой) грунтов, допускается принимать в соответствии с указаниями рекомендуемого приложения 4 с учетом требований п. 2.55.

4.5. Нормативные значения относительного набухания esw и относительной усадки esh определяются по результатам лабораторных испытаний с учетом указанных в п. 4.3 причин набухания или усадки.

Расчетные значения характеристик esw и esh допускается принимать равными нормативным, полагая в формуле (1) коэффициент надежности по грунту vg =1.

4.6. При расчетных деформациях основания, сложенного набухающими грунтами, больше предельных или недостаточной несущей способности основания должны предусматриваться следующие мероприятия в соответствии с указаниями пп. 2.67-2.71:

водозащитные мероприятия;

предварительное замачивание основания в пределах всей или части толщи набухающих грунтов;

применение компенсирующих песчаных подушек;

полная или частичная замена слоя набухающего грунта ненабухающим;

полная или частичная прорезка фундаментами слоя набухающего грунта.

50.Особенности биогенных грунтов, илов и ленточных глин. Основные мероприятия по улучшению свойств грунтов. Методы строительства на этих структурно-неустойчивых грунтах.

Отличительной особенностью этих грунтов является их высокая водонасыщенность и большая сжимаемость, которая проявляется при преодолении прочности структурных связей. Они обладают тиксотропными свойствами, т.е. свойствами восстановления своей структуры после ее разрушения - разрушаются цементационные связи, а с течением времени в грунте возникают связи водно-коллоидные. Эти грунты обладают низкой прочностью, угол внутреннего трения близок к нулю, прочность обеспечивается в основном за счет сцепления. За счет плохой водоотдачи эти грунты консолидируются медленно, поэтому расчет оснований, слагаемых этими грунтами, производится по первому предельному состоянию.

Мероприятия по улучшению свойств оснований из набухающих грунтов

При проектировании фундаментов на набухающих грунтах разрабатываются мероприятия, направленные на снижение или полное исключение возможных деформаций: водозащитные меры; предварительное замачивание основания в пределах всей или части толщи набухающих грунтов; применение компенсирующих песчаных подушек; полная и частичная замена слоя набухающего грунта ненабухающим; полная или частичная прорезка фундаментами слоя набухающего грунта; конструктивные мероприятия, позволяющие уменьшить чувствительность сооружений к деформациям набухания и усадки.

Водозащитные мероприятия служат для предотвращения локального замачивания грунтов атмосферными или производственными водами. С этой целью предусматривают планировку территории с отводом атмосферных вод в открытую или закрытую ливнесточную канализацию. Отмостки устраивают такой ширины, чтобы они перекрывали пазухи засыпанных котлованов не менее чем на 0,4 м. Вода с них должна отводиться в специальные кюветы и далее в ливнесточную сеть. Вводы и выпуски водо-несущих трубопроводов (канализация, водопровод и т. д.) выполняют в виде железобетонных лотков, соединяемых со смотровыми колодцами. В необходимых случаях применяют водонепроницаемые экраны под всем сооружением из полимерных материалов либо из асфальта. В сооружениях, несущих воду (градирни, отстойники и т. д.), целесообразно предусматривать пластовый дренаж с выпуском воды из него в ливневую канализацию.

Предварительное замачивание является способом устранения свойств набухания грунтов: искусственно вызывается процесс набухания грунтовой толщи и в дальнейшем строительство ведется, как на водонасыщенных набухающих грунтах. Предварительное замачивание нельзя использовать, если во время эксплуатации может произойти высушивание грунта, что приведет к развитию усадочных деформаций основания. Замачивание осуществляется через скважины диаметром 100...250 мм (глубиной на 0,5 м меньше, чем требуемая по проекту толщина слоя, подвергаемого замачиванию), располагаемые в шахматном порядке через 2...4 м друг от друга. Скважины заполняются на всю высоту гравием, щебнем или песчано-гравийной смесью. При замачивании ведется наблюдение за поднятием поверхности основания.

Компенсирующие песчаные подушки применяют для уменьшения неравномерности подъема ленточных фундаментов при локальном замачивании основания. Для их устройства используют пески любой крупности, за исключением пылеватых, уплотняемые до плотности скелета не менее 1,6 т/м3. Компенсирующие подушки устраивают на кровле или в пределах слоя набухающих грунтов при давлении на основание не менее 100 кПа. Принцип работы компенсирующей подушки состоит в том, что при подъеме дна траншеи песок вокруг фундамента поднимается, а сам фундамент остается практически неподвижным (рис. 9.7). Размеры подушки назначаются в зависимости от ширины подошвы фундамента (Сорочан Е.А., 1989).

Рис. 9.7. Схема сил, действующих на компенсирующую подушку: 1 - фундамент; 2 - обратная засыпка; 3 - набухающий грунт; 4 - песчаная компенсирующая подушка

Замена набухающего грунта производится местным ненабу-хающим грунтом, уплотняемым до заданной плотности, в пределах всей или части набухающей толщи основания. При неполной замене набухающего грунта деформации основания при замачивании должны находиться в допустимых пределах.

Исключение или уменьшение деформаций основания из набухающих грунтов можно обеспечить путем полной или частичной прорезки набухающей толщи сваями. При этом силы набухания, действующие по части боковой поверхности свай, не должны превышать суммы нагрузок от сооружения и сил сопротивления по боковой поверхности в нижней части свай, заглубленных в ненабу-хающие грунты. Следует отметить, что в набухающих грунтах необходимо рассчитывать сваи и на растяжение силами набухания, кроме того, при проектировании ростверков предусматривать зазор между поверхностью грунта и подошвой ростверка, равный возможной величине набухания толщи набухающих грунтов.

К структурно-неустойчивым грунтам относят мерзлые и вечномерзлые грунты; лессовые просадочные грунты,слабыеводонасыщенные, пылевато-глинистые, засоленные, заторфованные грунты. В определенной мере сюда могут быть отнесены и насыпные грунты. Несмотря на различие в условиях образования грунтов этой группы их объединяет общее 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 - повышение t-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 мероприятия разделяются на четыре группы:

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.

Существует два принципа строительства на вечномерзлых грунтах:

I принцип - вечномерзлые грунты основания используются в мерзлом состоянии, сохраненном в процессе строительства и в течение всего периода эксплуатации сооружения;

II принцип - в качестве оснований знаний и сооружений используются предварительно оттаянные грунты или грунты, оттаивающие в период эксплуатации сооружения.

I принцип применяется в тех случаях, когда расчетные деформации основания в предположении его оттаивания превышают предельное их не удается привести в нормальное состояние конструктивными мерами или улучшением строительных свойств основания. Принцип эффективен, когда грунты находятся в твердомерзлом состоянии и такое состояние может быть сохранено при экономически разумных затратах.

II принцип рекомендуется применять при неглубоком расположении (залегании) скальных грунтов, а также при малосжимаемых мерзлых грунтах при оттаивании (плотные крупнообломочные грунты и пески, пылевато-глинистые грунты твердой и полутвердой консистенции).

Подсыпка применяется при вертикальной планировке территорий или устраивается под отдельными зданиями;

· Телпоизоляция в сочетании с другими методами для сооружений, занимающих небольшую площадь;

· Вентилируемые подполья - является основным и наиболее распространенным способом регулирования теплового влияния здания на температурный режим основания, открытые подполья имеют сообщение с наружной средой.

" - " В зимний период подполья заносятся снегом, а летом в них поступает теплый воздух, растепляющий основание. Кроме того, от этого возникает неблагоприятный температурный режим во внутренних помещениях 1-ого этажа.

В этом случае более эффективны подполья с регулируемым проветриванием - с продухами.

Зимой продухи открыты, а в летнее время их закрывают.

· Иногда роль вентилируемого подполья выполняют неотапливаемые помещения 1-ого этажа.

· Подсыпки с тубами воздушного охлаждения применяют, главным образом для тепловыделяющих зданий значительных, в плане, размеров. Трубы прокладывают в пределах насыпного слоя и выводятся наружу - в подполье или вблизи стен здания. Охлаждение основания достигается движением по трубам холодного наружного воздуха.

Промораживающие колонки применяют для предпостроечногопромораживания оснований, а также для последующего поддержания в основании заданного температурного режима.

O При использовании принципа II на вечномерзлых грунтах существуют два основных подхода

· Предпостроечное оттаивание. Для повышения температуры грунта наиболее часто используют игловое гидро- или парооттаивание, или электрический прогрев с применением электроосмоса и иглофильтрового понижения, оттаивание может быть произведено как в пределах всей площади застройки, так и под отдельными фундаментами, если это обосновано расчетом по деформациям.

· Оттаивание грунтов в процессе эксплуотации сооружений должно применятся с большой осторожностью и подкрепляться тщательным прогнозом температурного режима деформаций оттаивающего основания.

52. Новые свайные технологии

Устроймтво буронабивных свай технологией Атлас, Фундекс и Джет Граундинг.

Технология Atlas.

Сваи "Атлас" - набивные сваи, бетонируемые в скважинах; устраиваются путем ввинчивания инвентарных труб, нижний конец которых закрыт оставляемым в грунте башмаком.

Технология устройства свай "Атлас" заключается в образовании скважины под сваю без извлечения грунта - за счет его уплотнения ввинчиваемой инвентарной полой стальной трубой с режущим наконечником, нижний конец которой закрыт оставляемым в грунте башмаком. При ввинчивании трубы режущий наконечник отжимает и уплотняет грунт. Внутренний диаметр режущего наконечника равен диаметру буровых труб. Снизу буровая труба закрыта специальным теряемым башмаком.

Технология устройства свай "Атлас"

1. Установка трубы на точку предполагаемого устройства сваи. Герметизация соединения бура и наконечника водонепроницаемым пластичным материалом.

2. Безвибрационное ввинчивание в грунт по часовой стрелке трубы и смещающего грунт бура, закрытого снизу теряемым наконечником под действием крутящего момента и вертикального усилия. Вращающий момент во время ввинчивания регистрируется и сопоставляется с характеристиками грунта, полученными при инженерно-геологических изысканиях (по геологическим разрезам и результатам зондирования).

3. Погружение в трубу арматурного каркаса после достижения необходимой глубины и заполнение скважины бетонной смесью через бетонолитную трубу.

5. Вывинчивание трубы и бура против часовой стрелки, во время которого вновь происходит отжатие грунта, а бетонная смесь под действием гидростатического давления постепенно заполняет пустоты, созданные буром. Во избежание обжатия сваи грунтом необходимо, чтобы гидростатическое давление бетонной смеси в основании обсадной трубы (забое скважины) было значительно выше совместного давления грунта и подземных вод.

6. Готовая свая "Атлас" с типичным винтовым профилем. Если на оголовок сваи передаются значительные горизонтальные силы или изгибающие моменты, он может быть усилен дополнительным арматурным каркасом. Выпускаются режущие наконечники с диаметрами 360, 410, 460 и510 мми винтовыми лопастями с диаметрами 530, 610, 670 и720 мм. Винтообразная поверхность формируется в тугопластичных и полутвердых глинистых грунтах. В мягкопластичных грунтах поверхность не имеет явно выраженной винтовой формы.

К преимуществам технологии "Атлас" можно отнести:

1) отсутствие вибрации и низкий уровень шума позволяет проводить работы вблизи существующих зданий;

2) уплотнение грунта наконечником способствует увеличению несущей способности сваи:

3) широкий выбор применяемых наконечников позволяет работать почти со всеми видами дисперсных грунтов;

4) высокая производительность современных буровых установок Atlas BT-42 и BT-60, управляемых двумя операторами, позволяет выполнять до 200 погонных метров свай за 8-часовую смену.

1. Размещение буровой установки на точке

2. Погружение рабочего органа до проектной отметки

3. Погружение арматурного каркаса

4. Бетонирование сваи и извлечение обсадной трубы

5. Погружение дополнительного арматурного каркаса

Выполнение свай "Atlas" ведется за счет одновременного ввинчивания по часовой стрелке и вдавливания обсадной трубы, оборудованной на конце режущим наконечником с винтовыми лопастями, уплотняющим грунт. При достижении рабочим органом проектной отметки происходит открепление металлического башмака, предварительно установленного на режущий наконечник. Далее в трубу погружается арматурный каркас сваи и начинается вывинчивание рабочего органа при параллельном бетонировании ствола будущей сваи. При необходимости в тело сваи можно погрузить дополнительное верхнее армирование после извлечения инвентарной трубы.

По этой технологии можно изготавливать сваи со следующими параметрами:

Внутренний диаметр сваи соответствует внутреннему диаметру режущего наконечника и может быть 360, 410, 460, 510 мм. Внешний диаметр соответствует диаметру лопастей наконечника, который выпускают размерами 530, 610, 670, 720 мм.

Максимальная длина ограничена 25 метрами.

Преимущества технологии:

Незначительное время монтажа и демонтажа установки для бурения

Высокая производительность (около 200 пог.м за смену)

Большая несущая способность, за счет уплотняющего действия наконечника

Экономичность

Бесшумность и безвибрационность позволяют использовать технологию в плотной городской застройке и сейсмоопасных районах

Установка способна разбуривать валуны

Технология Fundex.

К наконечнику штыковым соединением через тройную гидроизолирующую мягкую прокладку крепится нижний конец штатной буровой толстостенной трубы, верхний конец которой зажат в силовом рабочем органе бурового стола, перемещающегося по направляющей стреле.

Скважина для будущей сваи создается путем вращательно-вдавливающего погружения системы "наконечник - буровая труба" до заданной отметки. В процессе внедрения системы в основание грунт раздвигается в радиальном направлении от оси скважины и одновременно уплотняется. По достижении наконечником проектной отметки труба проверяется на отсутствие воды.

В сухую инвентарную трубу через открытый верхний конец опускается арматурный каркас. Перед подачей бетонной смеси для предотвращения ее расслоения в трубу подается порция праймера, состоящего из одной части цемента, одной части песка и одной части воды. Затем производится порционное заполнение полости пластичным бетоном на мелком (5-20 мм) заполнителе с осадкой конуса 12-14 см посредством сбрасывания бетонной смеси из установленного на требу бункера.

Извлечение буровой трубы из грунта производится возвратным вращением с одновременным вытягиванием.

1. Размещение буровой установки на точке и погружение обсадной трубы

2. Погружение арматурного каркаса и бетонирование

3. Извлечение рабочего органа из грунта

4. Готовая свая

Погружение осадной трубы при выполнении свай "Fundex" производится также как и при выполнении свай "Atlas". Принципиальные отличия этой технологий заключаются в форме теряемого наконечника и принципе формирования ствола сваи. Режущий чугунный наконечник обсадной трубы остается в пяте сваи, а бетонирование ведется под защитой обсадной трубы.

Параметры сваи "Fundex":

Диаметр сваи зависит от размеров наконечника и может быть 380, 460, 540 мм.

Максимальная длина сваи составляет 40м.

К достоинствам технологии можно отнести все перимущества технологии Atlas, кроме способности разбуривать валуны. Однако при бетонировании свай по данной технологии оно получается более равномерным, меньше вероятность возникновения уширений и шеек. Кроме того, работа по боковой поверхности у сваи "Fundex" выше, так как ее ствол гладкий, а не спиралевидный как у "Atlas".

Грунтоцементные сваи, устраиваемые по технологии "Джет граутинг" (Jet grouting)

Устройство грунтоцементных свай осуществляется по этой же технологии - методом струйной цементации ("Джет граутинг"), иногда с последующим армированием. Армирование грунтоцементных свай обычно производится центрально расположенными трубами или одиночным арматурным стержнем. В некоторых случаях в качестве армирующего элемента используется армокаркас, железобетонный сердечник или швеллер.

Суть технологии:

Происходит разрушение и перемешивание грунта высоконапорной струей цементного раствора, исходящего под высоким давлением из монитора, расположенного на нижнем конце буровой колонны. В результате в грунтовом массиве формируются сваи диаметром 0,6 - 1,5 м из нового материала - грунтобетона с достаточно высокими несущими и противофильтрационными характеристиками.

Устройство свай из грунтобетона по технологии "Джет граутинг" (Jet Grouting) выполняется в два этапа: производство прямого (бурение скважины) и обратного хода буровой колонны. В процессе обратного хода производят подъем колонны с одновременным ее вращением. При этом поднимают давление цементного раствора, который поступает в сопла монитора, создающие струю с высокой кинетической энергией.

Грунтоцементные сваи, образуемые с использованием струйной технологии по технологии "Джет граутинг" (Jet Grouting), могут быть круглого сечения, трехлопастные, четырехлопастные, винтообразные, а также секущиеся. Комбинирование трех- и четырехлопастных свай создает ячеистые структуры, которые могут быть использованы в качестве несущих конструкций благодаря вовлечению в работу грунта, находящегося в ячейках.

Технология струйной цементации "Джет граутинг" (Jet Grouting) может быть эффективно применена при решении задачподземного строительства:

сооружение одиночных свайных фундаментов;

сооружение ленточных в плане конструкций типа "стена в грунте";

устройство анкерных креплений;

укрепление грунта вокруг строящихся подземных сооружений;

усиление оснований и фундаментов существующих зданий;

проведение противооползневых мероприятий;

создание противофильтрационных завес;

цементационное упрочнение разрушенных скальных грунтов;

уплотнение стыков между панелями траншейных "стен в грунте".

Преимущества технологии:

Высокая производительность, простота, экономичность, отсутствие негативных ударных воздействий, возможность работы в стесненных условиях (вблизи существующих зданий), в сложных инженерно-геологических условиях, эффективность использования как при реконструкции, так и при строительстве новых объектов.

Конструкция ограждения котлована может выполняться из одного ряда секущихся грунтоцементных свай (например, диаметром 800 мм с шагом 650 мм) или с расположением свай меньшего диаметра в два ряда в шахматном порядке. Для крепления такого ограждения также могут быть применены грунтоцементные сваи, наклоненные под углом 30 - 45 градусов к вертикали. Сваи ограждения и крепления объединяются поверху монолитной железобетонной обвязочной балкой.

Для повышения устойчивости стен, выполненных методом струйной цементации, применяют их армирование стальными трубами диаметром 500 - 600 мм или прокатными балками (h = 400 - 600 мм), располагаемыми с шагом 1,5 - 2 м вдоль стены.

Необходимое оборудование:

Буровая установка, растворонасос с давлением нагнетания цементного раствора 400 - 700 атм., шланги высокого давления, монитор и керамические сопла.

Основные параметры струйной технологии "Jet Grouting" (Джет Граутинг):

водоцементное отношение раствора - В/Ц = 1;

плотность портландцемента М500 - 3 т/м3;

диаметр сопел - 3,2 - 4,0 мм (количество сопел - 1 - 2 шт.);

диаметр подающего шланга - 25,4 мм;

рабочее давление подачи раствора - 410 - 440 бар.

53.Новые технологии преобразования грунтов (струйная цементация, глубинное перемешивание, армирование грунтов).

Струйная цементация "Джет граутинг" (вопрос 53)

Глубинное перемешивание

Технология глубинного смешивания грунта (Deep Soil Mixing - DSM), предложена впервые в Японии в начале 50-х годов 20 века, а в СССР в начале 60-х годов, и всё чаще находит применение в мире. Наиболее широко применяется метод влажного смешивания грунта (wet mixing methods - WMS), как наиболее универсальный и подходящий для всех типов грунта.

Суть метода

Технология глубинного смешивания грунта заключается в изготовлении грунтоцементных колонн при помощи специального буросмесительного инструмента, состоящего из полой штанги и специального рабочего органа. В процессе бурения происходит размельчение и перемешивание грунта с водоцементным раствором или другими химическими реагентами (известь, зола, шлак, бентонит и др.) подаваемыми по полой штанге.

Основной целью процесса смешения является равномерное рассеивание связующих элементов в грунте с целью быстрого и продуктивного получения химической реакции гидратации.

Метод мокрого смешивания грунта позволяет устанавливать на месте буронабивные сваи (грунтоцементные колонны) диаметром от 400 мм до 1200 мм (определяется диаметром инструмента) и максимальной длиной 26 м. Данный метод является альтернативным вариантом струйной цементации грунтов (jet grouting).

Различают две схемы устройства грунтоцементных свай: по первой подача цементной суспензии осуществляется в процессе погружения инструмента до проектной отметки (прямой ход) или в процессе извлечения инструмента (обратный ход), а по второй - как при прямом, так и обратном ходе инструмента. Схема устройства, состав и количество подаваемой смеси подбирается в зависимости от требуемых параметров цементогрунта, обеспечивая при этом необходимые прочностные характеристики. Повышенние плотности цементогрунта достигается путём добавления в смесь бетонита.

Контроль параметров грунтоцемента по технологии DSM ведётся во время всего периода изготовления, а также после её выполнения. При производстве работ фиксируют длинy ствола колонны, скорость врращения смесителя, скорость погружения смесителя и количество закачанной цементной смеси. Прочность цементо-грунта подлежит обычным испытаниям на стандартных кубиках.

Технологическая последовательность работ

В соответсвии с рисунком основными операциями являются:

1. Расположение смесительного инструмента над местом бурения.

2. Погружение смесительного инструмента в грунт с частотой вращения шнека 20-80 об/мин. Бурение происходит без сотрясений с одновременной подачей цементной смеси из так называемого монитора, находящегося на конце буровой трубы.

3. По мере погружения смесительного инструмента на требуемую глубину осуществляется размельчение и перемешивание грунта с подаваемой под давлением 2-10 атм. цементной суспензией с В/Ц от 0,5 до 1,2. После достижения проектной отметки нижнего конца, наступает фаза формирования колонн DSM.

4. В процессе извлечения инструмента из скважины полученная смесь грунта и суспензии смешивается повторно и уплотняется.

5. Готовая свая, полученная методом мокрого смешивания грунта, теперь необходимо выждать время для ее застывания

Типы грунта

Применение технологии влажного смешивания наиболее эффективно и целесообразно в песчаных и супесчаных грунтах. Наличие грунтовых вод не является противопоказанием к применению метода. В связных грунтах более эффективен сухой метод с применением негашенной извести и цемента.

Применение технологии DSM

- устройство буронабивных свай;

- закрепление (стабилизация) грунтов оснований зданий и сооружений;

- устройство ограждений котлованов (альтернатива классическому методу "стена в грунте" и буросекущимся сваям);

- создание противофильтрационных завес;

- усиление (укрепление) склонов, откосов, дорожных насыпей;

- контурное усиление фундаментов;

- снижения вибраций машин с динамическими воздействиями.

Преимущества

- Отсутствие вибраций - может применяться в местах с высокой концентрацией построек и в жилых районах.

- Низкие шумы - благодаря особой конструкции бурового привода без применения механизма зубчатой передачи уровень шума сведен к минимуму.

- Производительность - высокая частота вращения шнека увеличивает суточную производительность бурового оборудования.

- Экономичность - снижение затрат за счет малого расхода цемента, использование местного наполнителя, отсутствия необходимости в выемке грунта, экономичнее струйной цементации грунтов (jet grouting).

- Экологичность - отсутствие необходимости в подвозе наполнителя и вывозе грунта с места работ, а также в утилизации и переработке загрязненного грунта.

Армирование грунта

Оптимальное распределение жестких элементов в объеме грунтового массива как в естественном залегании, так и искусственно сформированного улучшает структуру взаимодействия всех видов внутренних напряжений армированной системы, что увеличивает её сопротивляемость сжимающим, сдвигающим и растягивающим усилиям и позволяет решать разнообразные инженерные задачи (увеличение несущей способности грунтового основания, контроль за устойчивостью склонов и откосов горных выработок, стабилизация осадок инженерных сооружений и т. д.). Элементами пространственных структур могут быть свайные и траншейные стены - метод "стена в грунте", свайные поля и другие несущие или удерживающие конструкции. Кроме упомянутых методов армирования грунтовых массивов выделяются также: создание балластных колонн и песчаных свай, устройство буроинъекционных анкеров и буроинъекционных свай, "гвоздевание" грунтов, грунтовые геокомпозиты с армирующими элементами в виде лент или сплошных матов из геотекстиля (пленки, сетки, ткани, металлические полосы, стержни и т. д.).

При армировании оснований могут быть использованы прочностные и деформативные свойства геопластических материалов. Силы, способные разрушить основания, передаются на геотекстиль посредством касательного напряжения в местах его контакта с грунтом. Геосинтетика позволяет уменьшить полосу отвода как при новом строительстве, так и при расширении проезжей части. Эффективно ее использование для ремонта обрушенных откосов дорог.

Одними из самых популярных материалов для армирования откосов, насыпей, строительства дорог являютсягеорешетки. С их помощью можно не просто значительно увеличить несущие способности конструкций, но и предотвратить вдавливание щебня в мягкую подоснову, а также противостоять разрушительному действию морозов, что особенно важно для нашей климатической зоны. Высокая эффективность армирования достигается вследствие оптимального сцепления с крупными механическими фракциями грунтов, высокого сопротивления к боковому выдергиванию и малого коэффициента ползучести. Созданные конструкции приобретают долговременную устойчивость.

Анкерные системы

Механизм действия анкерных крепежей

Основная задача анкерного крепежа - передать выдергивающее усилие от строительного объекта на грунтовую толщу. Дополнительным "побочным эффектом" использования анкерной системы становится надежное армирование грунтовой основы.

Общий механизм действия анкерной системы базируется на воссоздании эффекта, которой можно наблюдать на примере корневой системы дерева. Проникая в почву, древесные корни обеспечивают тяжелому и длинному древесному стволу надежное сцепление с опорой, одновременно связывая окружающий грунт и превращая его в монолит.

Основные сферы применения анкерных элементов

а - крепление котлована; б - крепление днища и стенок дока или шлюза; в, г - восприятие выдергивающих сил в фундаментах дымовых труб и мачт ЛЭП; д - крепление откоса; е - усиление подпорной стенки; ж - крепление свода подземного перехода; з - противодействие взвешивающему давлению грунтовой воды на тоннели; и - восприятие опрокидывающего момента от перекрытия ангара

Показать полностью… https://vk.com/doc116129271_446004137
Рекомендуемые документы в приложении