Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
3.Строители давно ушедших эпох возводили крупнейшие сооружения различного назначения, давление на грунт которых достигало 12 кПа (например, пирамида, Хеопса высотой 146,6 м в Египте).Уже в глубокой древности обращалось внимание на необходимость надежных оснований для строительства. Многочисленные указания и рекомендации по строительству даются в известном трактате об архитектуре.В нашей Стране в 30-х годах нынешнего столетия был организован впервые в мире Научно-исследовательский институт оснований и фундаментов (ныне НИИОСП), которому было присвоено имя его создателя — Н. М. Герсеванова.Одним из древнейших типов фундаментов в те отдаленные времена, когда человечество еще не научилось строить капитальные здания, были сваи - забитые в грунт бревна, которые поддерживали деревянный настил (пол) здания, стены и кровлю. Такие постройки возводили на территории, покрытой водой, что, по-видимому, обеспечивало поселению защиту от нападения врагов.От античного мира до наших дней сохранилось немало сооружений, возраст которых исчисляется 2.. .3 тысячами лет. Обычно это массивные земляные или каменные сооружения, такие как Великая Китайская стена, пирамиды Египта и Южной Америки, культовые здания (храмы) Древней Греции и Древнего Рима.Постройки этого времени возведены на сплошных фундаментах, переходящих как единый массив в надземную часть сооружения. Для таких сооружений выбирались благоприятные в природном отношении участки: выходы скальных пород, «сухие места», пологие склоны. По-видимому, искусство устройства фундаментов и заключалось в выборе подходящего места для строительства сооружения. В этот период строители при возведении фундаментов опирались на традиции и опыт предшественников.В средние века в городах Европы, Азии были построены достаточно массивные сложные сооружения: крепости, замки, культовые здания. Ареал грунтовых условий массивных построек этого времени был расширен; кроме скального основания, использовались участки, сложенные песками, глинами, на побережьях рек и морей. В эту эпоху появились здания, под стены которых забивали сваи. Так, к примеру, были построены каменные здания, расположенные на искусственных островах Венецианской лагуны.Фундаментостроение приобрело научную базу после разработок французского физика и инженера Шарля Огюста Кулона (1736-1806). он открыл «закон сухого трения», разработал метод расчета гравитационных подпорных стен, что позволило обоснованно задавать основные сечения шлюзов, которые строились в XVIII в. на реках и каналах Франции.
С этого времени фундаментостроение приобрело расчетную базу и из эмпирического строительного искусства стало превращаться в современную область деятельности, базирующуюся на расчетах.
На основе теории Кулона были разработаны методы расчета фундаментов по устойчивости. Так, русский инженер Паукер на основе теории Кулона вывел формулу, которая позволяла оценивать устойчивость основания фундамента с учетом ширины подошвы и глубины его заложения.В XX в. геотехника получила бурное развитие во многих странах мира, в том числе и в России.
Во многом развитие геотехники в нашей стране связано со строительством крупных сооружений вдоль Транссибирской и Байкало-Амурской магистралей, гидроэлектростанций на крупнейших реках европейской и азиатской частей страны, с освоением природных богатств Сибири, Крайнего Севера и Дальнего Востока. При этом приходилось решать сложнейшие инженерные задачи, обусловленные разнообразными инженерно-геологическими условиями: вечной мерзлотой, оттаивающими, слабыми, просадочными, засоленными грунтами, сейсмикой, карстом и др.
12 Расчет ФМЗ начинают с предварительного выбора его конструкции и основных размеров (это глубина заложения фундамента и размер его подошвы).
Далее производят расчет по двум предельным состояниям:
I – Расчет по прочности (устойчивость)
II – Расчет по деформациям, которые являются основным и обязательным для всех ФМЗ.
А расчет по I группе предельных состояний является дополнительным и производится в одном из следующих случаев:
Сооружение расположено на откосе (склоне) или вблизи него;
На основание передаются значительные по величине горизонтальные нагрузки;
В основании залегают очень слабые грунты (или текучие и текучепластичные глинистые грунты и т.п.), обладающие малому сопротивлению сдвигу;
В основании залегают наоборот, очень прочные – скальные грунты.
Расчет по первому предельному состоянию производится для обеспечения несущей способности (прочности и устойчивости) и ограничения развития чрезмерных пластических деформаций грунта основания с учетом возможных неблагоприятных воздействий и условий их работы в период строительства и эксплуатации сооружений; по второму предельному состоянию — для ограничения абсолютных или относительных перемещений (в том числе колебаний) конструкций и оснований такими пределами, при которых обеспечивается нормальная эксплуатация сооружения.
Сооружение и его основание должны рассматриваться как единое целое. О предельном состоянии основания можно говорить лишь в том случае, если все сооружение или отдельные его элементы находятся в предельном состоянии.
Установив окончательные размеры фундамента, удовлетворяющие двум группам предельного состояния, переходят к его конструированию (курс ЖБК).
16 Осадка основания s методом эквивалентного слоя грунта определяется по формуле
где hэ- мощность эквивалентного слоя грунта определяемая из выражения
mv - коэффициент относительной сжимаемости грунта; p0- дополнительное давление под подошвой фундамента; A - коэффициент, определяемый по формуле
где - коэффициент Пуассона грунта основания; b - ширина подошвы фундамента; w - коэффициент, зависящий от формы и жесткости фундамента.
Выражение для s применимо для случая однородного основания. При слоистой толще грунтов необходимо найти среднее значение коэффициента относительной сжимаемости в пределах сжимаемой толщи Hc=2hэ
17 Осадка фундамента на слое конечной толщины (рис.Ф.10.12) определяется по формуле
где p - среднее давление под подошвой фундамента; b - ширина прямоугольного или диаметр круглого фундаментов, kc и km - коэффициенты, зависящие от сжимаемости основания; n - число слоев, различающихся по сжимаемости в пределах сжимаемой толщи Hс; ki и ki-1- коэффициенты, определяемые в зависимости от формы фундамента, соотношения сторон прямоугольного фундамента и относительной глубины, на которой расположены подошва и кровля i-го слоя; Ei - модуль деформации i-го слоя грунта. Коэффициенты ki приводятся в табллице СНиП [1], приложение 2.
Рис.Ф.10.12. Схема для расчета осадки с использованием модели линейно-деформируемого слоя
Расчет считается законченным, если фактическая осадка меньше допускаемой:
S ≤ Su
Определение расчётного сопротивления грунта основания
R = (γc1 γc2 / k) [MγkzbγII + Mqd1 γII' + (Mq – 1)db γII'+MccII]
Схема заглубления фундамента для подвального помещения с обозначением необходимых параметров для вычисления приведённой глубины заложения.
γп – удельный вес конструкции пола подвала.
R – расчетное сопротивление грунта основания, это такое давление, при котором глубина зон пластических деформаций (t) под подошвой фундамента равна 1/4b.
В соответствии с данным определением можно изобразить схему (см. ниже), определяющую состояние системы фундамент-основание в момент достижения под подошвой фундамента давления, равного расчётному сопротивлению.
19.Геодезические работы зависят от типа фундамента и глубины котлована. При неглубоком заложении фундамента вдоль верхней бровки котлована параллельно оси здания строят обноску, т. е. доски или металлические штанги укрепляют на столбах на высоте около 1 м, нивелиром обноску устанавливают строго горизонтально. Наиболее удобна сплошная обноска, но часто применяют створную обноску, состоящую из отдельных деревянных или металлических «строительных скамеек» (рис. 1.55). Каждая пара скамеек, установленных на противоположных сторонах здания, закрепляет на местности только одну строительную ось. Вместо скамеек можно использовать столбики, при этом требования к параллельности осям здания и горизонтальности те же, что и для сплошной обноски.
После сооружения обноски на нее теодолитом переносят основные оси. Используя основные оси в качестве исходных, строят на обноске все другие оси сооружения, для чего предварительно на специальном разбивочном чертеже показывают оси сооружения и расстояния между ними. Одну продольную и одну поперечную основные оси принимают за исходные, от них по противоположным сторонам обноски инварной лентой или стальной компарированной рулеткой откладывают согласно разбивочному чертежу проектные расстояния между осями. Контролем является совпадение сумм всех отложенных вдоль данной стороны здания проектных расстояний между осями с общей длиной. В результате на обноске обозначают все оси сооружения, образующие осевую разбивочную систему.
При глубоком заложении фундамента или сложной конфигурации обноску устанавливают в котловане вдоль его нижней бровки, при этом размеры котлована должны быть увеличены. Для фундамента из монолитного железобетона на дне котлована, имеющем отметку, сооружают опалубку, в которую устанавливают арматуру и заполняют бетоном. Положение опалубки в котловане определяют от соответствующих строительных осей, для чего строительные оси на местности обозначают тонкой стальной проволокой или леской, натянутой между метками противоположных сторон обноски. Нитяным отвесом оси проектируют на дно котлована и от них откладывают проектные расстояния до бортов опалубки. На опалубку переносят проектную отметку верха фундамента, вертикальность бортов опалубки контролируют отвесом.Сборные фундаменты из готовых блоков обычно устанавливают без обноски. Выровняв с помощьюнивелира основание, теодолитом устанавливают места угловых фундаментных блоков и блоков на пересечениях осей и в промежутках между ними не реже чем через 15-20 м. На верхнюю поверхность установленных блоков переносят и маркируют строительные оси, для контроля измеряют расстояния между ними. Через метки на крайних блоках натягивают струну или леску и откладывают вдоль полученных линий проектные расстояния между рядовыми блоками. Чтобы натянутая струна не мешала укладке блоков, ее смещают параллельно оси на нужное расстояние.Для свайных фундаментов место забивки каждой сваи определяют промером вдоль оси фундамента (если сваи расположены рядами). Местоположение свай, расположенных вне оси фундамента, определяют методом перпендикуляров. Предварительно строительные оси проектируют в котлован и закрепляют колышками или на строительных скамейках. После забивки свай на них нивелиром выносят отметки, по которым затем оголовки свай срезают. Для обеспечения равномерной нагрузки на сваи на их оголовках из монолитного железобетона сооружают опорную плиту — ростверк, для чего от осей фундамента разбивают и строят опалубку. Проектную отметку верха ростверка выносят на опалубку от ближайших реперов. После бетонирования горизонтальность поверхности фундамента проверяют нивелиром.
Метод эквивалентного слоя
Метод эквивалентного слоя, предложенный Н.А. Цытовичем, позволяет определить осадку с учетом ограниченного бокового расширения. Эквивалентным слоем называется такая толща грунта hэ, которая в условиях невозможности бокового расширения (при загружении всей поверхности сплошной нагрузкой) дает осадку, равную по величине осадке фундамента, имеющего ограниченные размеры в плане при нагрузке той же интенсивности. Другими словами, в данном методе пространственная задача расчета осадок может заменяться одномерной. Мощность эквивалентного слоя зависит от коэффициента Пуассона v, коэффициента формы площади и жесткости фундамента ω и его ширины b.
Мощность эквивалентного слоя определяется по формуле
(7.21)
где А = (1-v)2 / 1-2v - коэффициент, зависящий от вида грунта; ω— коэффициент, зависящий от формы фундамента и жесткости; b — ширина фундамента.
Сочетание Aω в формуле называют коэффициентом эквивалентного слоя. Значения коэффициента эквивалентного слоя в зависимости от коэффициента Пуассона для различных грунтов и соотношения сторон загруженной площади приведены в табл. 7.5.
Осадку однородного основания определяют по формуле
(7.22)
где Р0 — дополнительное давление по подошве фундамента (рис. 7.14); mv — коэффициент относительной сжимаемости грунта.
Рис. 7.14. Расчетная схема к определению осадки методом эквивалентного слоя для неоднородного основания
В этом методе криволинейная эпюра 1 (см. рис. 7.14) распределения давления в основании с достаточной для практики точностью заменяется эквивалентной по площади треугольной эпюрой 2 с высотой Нс = 2hЭ, где Нс— мощность сжимаемой толщи.
Осадку неоднородного (слоистого) основания также определяют по формуле (7.22), с той лишь разницей, что в ней используют средневзвешенное значение коэффициента относительной сжимаемости, определяемой из условия, что в пределах сжимаемой толщи полная осадка равна сумме осадок, входящих в нее слоев. Значение средневзвешенного относительного коэффициента сжимаемости слоистого напластования грунтов находят из выражения
(7.23)
где hi — толщина i-го слоя грунта в пределах сжимаемой толщи; mvi — коэффициент относительной сжимаемости i-го слоя; zi — расстояние от нижней точки треугольной эпюры до середины i-го слоя (см. рис. 7.14).
Тогда осадка многослойного основания вычисляется по формуле
S=P0hЭmv (7.24)
20.а Котлованы с естественными откосамиУстраивают в сухих и маловлажных устойчивых грунтах.Если высота котлована hк≤5 м, то заложение откоса (отношение hк/b) определяется по таблицам в зависимости от вида грунта.
Если высота hк>5 м, то необходим расчет крутизны откоса.
Такие котлованы наиболее просты, однако при этом резко увеличивается объем земляных работ, особенно при глубоких котлованах. Кроме того в естественных условиях города отрывка котлована с естественным откосом далеко не всегда возможна (близко расположенные здания)2.2.б Котлованы с вертикальными стенками Без крепления допускается только в сухих и маловлажных устойчивых грунтах на непродолжительный срок. Глубина таких котлованов не должна превышать:
в песках до 0,5 м в супесях до 1,0 м в суглинках и глинах до 3х м
Конструкции креплений котлованов выбирают в зависимости от следующих условий:глубина котлована;
свойств грунтов;УГВ;срок службы крепления.
В зависимости от этих условий подбираются следующие конструкции крепления:закладные крепления;анкерные или подкосные крепления;
шпунтовые ограждения.
2.2.в. Закладные крепления
Устраивают при глубине котлована до 2…4 м в сухих и маловлажных грунтах (рис. 14.2 а, б). Закладное крепление состоит из стоек, распорок и горизонтальных досок (забирки), которые заводят за стойки снизу по мере углубления котлована или траншеи, а стойки постепенно заменяют на более длинные тщательно раскрепляя их распорками.
Рис. 14.2. Крепление вертикальных стенок выемок:
а, б – закладное; в – анкерное; г – подкосное; 1 – стойка; 2 – доски; 3 – распорка; 4 – свайка; 5 – стяжка; 6 - подкос
Более удобное крепление не требующее замены стоек по мере заглубления выемки, состоит из предварительно забитых в грунт двутавровых стальных балок, за полки которых постепенно закладываются доски.
Для поддержания положительных температур и создания благоприятного термонапряженного состояния бетона, а также для надежной изоляции между бетоном и водой в уровне днища рекомендациями допускалось в зимнее время в случае необходимости укладывать подводным способом в опалубку тампонажный слой бетона толщиной 0,5 м ниже проектной отметки подошвы оголовка пирса. В тампонажный слой предварительно перед бетонированием укладывались паровые трубы.
Перед бетонированием тампонажного слоя для предотвращения его замерзания, а также для обогрева металлического шпунта вода в опалубке в месте укладки бетонной смеси прогревалась до температуры 15—20° С. Тампонажный слой бетона укладывался с температурой 12° С на днище опалубки под воду.Прогрев тампонажного слоя осуществлялся паровыми трубами непрерывно в течение 1 —1,5 суток. После отвердевания тампонажного слоя бетона предполагались откачка воды из опалубки, последующая установка арматуры, отогрев горячим воздухом опалубки и ранее уложенного тампонажного слоя бетона и бетонирование «насухо».бетон укладывыетсяя частично в воду. Укладка бетона осуществлялась методом «с островка». Бетон подавался в одно место, при вибрировании он погружался на дно опалубки, поднимая верхние слои. При этом с водой соприкасался ограниченный объем бетона.Блоки оголовка бетонировались непрерывно. Высота бетонируемых блоков находилась в пределах 1,5—2 м.
При укладке бетона велся контроль за температурой, Объемом вовлекаемого воздуха и подвижностью транспортируемой бетонной смеси; осуществлялся отбор контрольных образцов из каждой партии бетона.
Учитывая, что условия подогрева заполнителей и воды на бетонном узле не позволяли получить товарную смесь с температурой 30—35° С, а только с температурой 20°С (бетонная смесь после укладки имела температуру 12°С), было принято решение о дополнительном обогреве бетона паром в верхней части оголовка. С этой целью над оголовком устраивался временный деревянный короб, внутри которого прокладывались две паровые трубы на длину бетонируемого участка. Сверху короб изолировался толем.
В результате этого температура бетона поднялась во всех точках оголовка до 40—50° С, что позволило бетону набрать прочность 70% в течение трехсуточного срока твердения. Однако при этом в поверхностных слоях бетона сложилось неблагоприятное термонапряженное состояние. После остывания бетона до 0° С высверливались керны из бетона, находящегося в зоне переменного уровня воды, для последующего испытания бетона на морозостойкостьТампонажная подушка – слой бетона, укладываемый на дно котлована при сильном притоке воды и выполняющий водозащитную функцию. Тампонажный слой должен предотвращать приток воды в котлован через его дно, а следовательно, воспринимать гидростатическое давление, возникающее на уровне низа этого слоя. Высота тампонажного слоя бетона определяется из условия равновесия:
36 Так сказать, руководство по проектированию свайных фундаментов, то есть схема, по которой ведётся строительство, состоит из следующих работ:Проектирование как свайного, так и любого другого типа фундамента — это сложный процесс, от которого зависит качество будущего основания.бор и всестороннее изучение исходных параметров;выбор вида основания и так называемого «несущего слоя», расчёт отметки нижних участков свайных элементов.Расчёт глубины объединяющих конструкций (ростверки), размеров самих свай и нагрузок, оказываемых в процессе эксплуатации.Техническое и экономическое обоснование проекта, определение количества свайных изделий, необходимых для создания нормального фундамента.Планирование и расчёт объединительной системы, уточнение длины элементов и создание свайного поля.Оформление бумаг, выяснение объёмов предстоящих мероприятий, составление сметы.
Что входит в исходные данные?«Исходники» любого свайного основания должны включать следующие пункты:Детальный отчёт, полученный вследствие проведения инженерно-геологических исследований. Сюда относятся свойства грунта, гидрогеологические условия, изыскания относительно динамического или статического зондирования, тестирование свай и пр.Генеральный план строительной площадки. В этом случае руководство по свайным фундаментам схематично отображает оси и контуры будущего строения. К осям также привязывают геологические выработки. Другие составляющие – планировочные отметки, данные о близлежащих постройках и пр.Конструктивное решение, касающееся надземного участка возводимого сооружения.Чертежи подземной области строения. Здесь проект должен учитывать несущие системы, их размеры, отметку нижней части. Кроме того, сюда входит глубина закладки и размеры подземных комнат, каналов и оснований для различного оборудования в стеновых проёмах. Наконец, принимается во внимание так называемая «абсолютная отметка пола» начального этажа или верхней части основы.Расчётные нагрузки. Указываются нагрузки на поверхность пола и прочие места. Плюс учитываются временные нагрузочные показатели, исходя из цикличности.Характеристики несущих конструкций, которые находятся радом с местом проведения работ. Нужно это, чтобы определить воздействие построек на осадку возводимого сооружения.
Данные о возможном изменении нагрузочных величин.
39 Проектирование свайных фундаментов с низким ростверком
Проектирование свайных фундаментов выполняется в следующем порядке:
7.Определяется осадка свайного фундамента
40Основные положения проектирования высоких свайных ростверков. Высокие свайные ростверки, как уже указывалось выше, находят применение в основном в портовых гидротехнических сооружениях (набережные, пирсы и т. п.) и в опорах мостов. Жесткость высоких ростверков обеспечивается введением наклонных свай различного направления.
Таким образом, в отличие от низкого ростверка в этом случае, помимо того, что сваи имеют свободную длину при работе на сжатие, они работают также на изгиб под действием горизонтальных сил и моментов, передаваемых ростверком.
Статически высокий ростверк представляет собой сложную пространственную раму с большим числом гибких стоек (свай), упруго заделанных в грунт. Ростверк, объединяющий головы свай и являющийся ригелем рамы, может быть гибким и жестким. Гибкий ростверк применяется главным образом в гидротехнических сооружениях (например, в виде железобетонной плиты
43. Фундаменты глубокого заложения. Классификация, особенности
Для надежного опирания и обеспечения устойчивости тяжелых сооружений при действии значительных вертикальных и горизонтальных нагрузок в качестве естественного основания, как правило, необходимо выбирать глубоко залегающие плотные слои грунта. Часто встречаются случаи, когда для достижения" этих слоев грунта не представляется возможным воспользоваться сваями вследствие того, что сваи получаются значительных размеров и не могут быть погружены современным оборудованием, а большое количество легких свай не размещается в ростверке. Тогда приходится применять фундаменты глубокого заложения, возводимые специальными способами.Фундаменты глубокого заложения имеют следующие особенности:относительное заглубление фундамента — более 1,5-1-2,0; при таком заглублении отсутствует возможность разрушения естественного основания в виде выпирания грунта на поверхность;фундамент сооружается способами, исключающими необходимость предварительного вскрытия котлована;при расчете фундамента оказывается возможным учитывать сопротивление грунта, расположенного в пределах глубины заложения фундамента. На этот массив могут быть безопасно переданы значительные горизонтальные нагрузки, а в определенных условиях и вертикальные нагрузки (с использованием трения грунта по боковой поверхности фундамента).Наличие специальных способов сооружения глубоких фунда-• ментов обеспечивает надежное прилегание боковой поверхности фундамента к грунту. В настоящее время применяются следующие типы фундаментов глубокого заложения: а) массивные опускные колодцы; б) и в) опускные сваи и колодцы-оболочки из сборных железобетонных секций; г) кессонные фундаменты (рис. 219).
Массивные и сборные опускные колодцы целесообразны в случаях заложения подошвы фундамента в грунтах, не содержащих крупных включений.Опускание массивных колодцев происходит под действием собственного веса, по мере удаления грунта из внутренних полостей. Колодцы-оболочки опускаются с помощью мощных вибропогружателей. Опускание идет одновременно или последовательно с удалением грунта1 из внутренней полости,Стенки опускных колодцев удерживают от обрушения прилегающий к фундаменту грунт. По достижении проектной отметки внутренние полости колодца заполняются бетоном, и в процессе эксплуатации стенки и заполнение представляют собой единый, совместно работающий массив.Согласно НиТУПМ, оболочки размерами 0,8 ,«<d<2,0 м называют сваями-оболочками, при d > 2,0 м колодцами-оболочками; первые применяются как в вертикальном, так и в на-'клонном положении, а вторые — только в вертикальном.В последнее время опускные сваи и колодцы-оболочки получают широкое распространение в мостостроении.Кессонные фундаменты следует использовать в водонасыщенных грунтах с включениями больших размеров (валуны, стволы погребенных деревьев и т. п.), когда сваи и опускные колодцы не могут быть применены.Условия работы в кессоне, из камеры которого давлением сжатого воздуха удалена вода, позволяют разбить (или подорвать мелкими зарядами) и вынуть любое препятствие.
44.Для надежного опирания и обеспечения устойчивости тяжелых сооружений при действии значительных вертикальных и горизонтальных нагрузок в качестве естественного основания, как правило, необходимо выбирать глубоко залегающие плотные слои грунта. Часто встречаются случаи, когда для достижения" этих слоев грунта не представляется возможным воспользоваться сваями вследствие того, что сваи получаются значительных размеров и не могут быть погружены современным оборудованием, а большое количество легких свай не размещается в ростверке. Тогда приходится применять фундаменты глубокого заложения, возводимые специальными способами.Фундаменты глубокого заложения имеют следующие особенности:относительное заглубление фундамента — более 1,5-1-2,0; при таком заглублении отсутствует возможность разрушения естественного основания в виде выпирания грунта на поверхность;фундамент сооружается способами, исключающими необходимость предварительного вскрытия котлована;при расчете фундамента оказывается возможным учитывать сопротивление грунта, расположенного в пределах глубины заложения фундамента. На этот массив могут быть безопасно переданы значительные горизонтальные нагрузки, а в определенных условиях и вертикальные нагрузки (с использованием трения грунта по боковой поверхности фундамента).Областью применения глубоких фундаментов является главным образом мостостроение. Технико-экономическое сравнение различных вариантов фундаментов опор мостов (фундаментов в открытых котлованах, свайных и глубоких) часто приводит к выбору фундамента глубокого заложения. Возможны случаи, когда этот выбор бывает предопределен грунтовыми условиями, например, при большой глубине заложения фундамента в водонасыщенных грунтах, содержащих крупные включения (валуны и др.)- когда вскрытие котлована под защитой шпунта и забивка свай практически не могут быть выполнены.Конструкция фундаментов глубокого заложения определяется способом их возведения.
45Главным достоинством опускных колодцев в качестве фундаментов является отсутствие необходимости в каком-либо сложном оборудовании для их возведения. Тем не менее, подобный способ устройства фундаментов имеет и множество недостатков — одним из главных является риск его отклонения от вертикальной оси при погружении, который устраняется дополнительной пригрузкой колодца сверху или же односторонним подмывом грунта снизу. К другим недостаткам относятся большой объём кладки и повышенная сложность (в ряде случаев невозможность) возведения подобных фундаментов в скальных и водонасыщенных грунтах: в первом случае из-за неровной поверхности, во втором — из-за часто большого количества всевозможных препятствий при опускании, таких как валуны.
46
замок из плотной глины; 4 - оболочка; 5 - тиксотропный раствор; 6 - форшахта">
Рис. Опускной колодец: 1 - банкетка ножа; 2 - ножевая часть; 3 - замок из плотной глины; 4 - оболочка; 5 - тиксотропный раствор; 6 - форшахта.
По форме в плане опускные колодцы бывают круглые, эллиптические, прямоугольные, а по вертикали цилиндрические и призматические, конические и ступенчатые. В нижней части колодец снабжен ножом, режущая кромка которого облицована стальными уголками или листами.
Сущность опускного колодца состоит в том, что конструкцию вначале устанавливают или бетонируют на поверхности земли, а затем внутри нее разрабатывают грунт в направлении от центра к ножу.
Массивные колодцы, как правило, гравитационные, погружаемые под воздействием собственного веса. Тонкостенные колодцы погружают в тиксотропных рубашках или с использованием задавливания.
Опускные колодцы возводят из монолитного, сборного и сборно-монолитного железобетона.
47 Осн. конструктивные элементы опускного колодца: ножевая часть, оболочка и днище, к-poe возводится после опусканияколодца на проектную глубину. Ножевая часть воспринимает и распределяет нагрузки от стен колодца, способствует его перемещению. Конструкция ножевой части выбирается в зависимости от типа пересекаемых грунтов и материала стен сооружения. Для удержания тиксотропного раствора на уступе ножевой части выполняют спец. замок, препятствующий прорыву раствора внутрь колодца по мере выемки грунта.
Ножевую часть опускных колодцев можно выполнять из сборного (заодно со стеновой панелью) или монолитного железобетона, а также металлической. В железобетонных конструкциях ножевой части наклон внутренней поверхности к горизонтали принимают под углом L ≤ 70° для плотных грунтов, L ≤ 45° для грунтов средней плотности и L ≤ 35° - для слабых грунтов. Снаружи режущую часть обрамляют уголком ∟100х100
В зависимости от назначения, размеров в плане, гидрогеологических условий и экономической целесообразности используют следующие методы погружения опускных колодцев.
При отсутствии подземных вод или в условиях водопонижения применяют разработку грунта в колодце экскаваторами или бульдозерами (рис.15.4, а). Вынутый грунт бадьями поднимают на поверхность. Этот метод приемлем при разработке рыхлых песков, легких супесей, галечника. Используют также средства гидромеханизации в легко размываемых грунтах (пески, супеси, мелкие суглинки), но при наличии на стройплощадке необходимого количества воды, обеспечении достаточной электроэнергией и трубами для сброса пульпы за пределы строительной площадки. Глубину разработки грунта на одну высоту опускания принимают равной 1,5-2,0 м.На обводненной территории или в грунтах с высоким уровнем подземных вод предварительно производят водопонижение или откачку воды. Глубинное водопонижение осуществляют с помощью иглофильтров, расположенных по периметру, и откачкой насосами.Разработку грунта под водой обычно осуществляют грейфером (рис.15.4, б).
По мере наращивания веса опускного колодца вертикальность его перемещения в грунте контролируется инструментально. Могут возникнуть сложности при недостаточно проведенных инженерно-геологических изысканиях - появляются включения твердых пород под ножевой частью колодца, что создает неравномерное перемещение по вертикали, вызывает перекос или зависание, а иногда приводит к разрушению стенок опускного колодца.
Рис.15.4 - Разработка грунта в опускном колодце:
а – насухо с помощью экскаватора;
б – под водой с помощью грейфера;
1 - колодец; 2 – башенный кран; 3 – экскаватор;
4 – кран-экскаватор; 5 – грейфер
Для преодоления сил трения о стенки опускного колодца применяют способ погружения с помощью тиксотропной рубашки. В результате этого контакт колодца с грунтом при нормальном опускании происходит только в пределах ножевой части и по небольшой площади. Выше ножевой части создается тиксотропная рубашка из глинистого раствора, закачиваемого сверху через инъекционные трубы. Раствор приготавливают из бентонитовых глин, содержащих монтмориллонит, обладающий тиксоторопными свойствами – он легко переходит из жидкого состояния в гелеобразную массу. Такими свойствами обладают пластичные глины, содержащие мелкие частицы (0,005 мм) не менее 30 %. Суспензию закачивают по всей площади кольца круглой или прямоугольной формы, от уступа ножевой части до верха погружения, что позволяет равномерно производить погружение, снижает трение о боковую поверхность.
49
Расчет фундамента в виде опускного колодца производят по материалу как для железобетонных конструкций на нагрузки и воздействия, возникающие в условиях строительства и эксплуатации сооружения. При погружении колодца в грунт учитывают следующие виды нагрузок: собственный вес колодца , нагрузку колодца при погружении , горизонтальное давление грунта на стенки колодца , гидростатическое давление воды на колодец , силы трения грунта по боковой поверхности колодца , реактивное давление грунта под подошвой ножа .
Расчет опускных колодцев на строительные нагрузки включает: расчет на погружение, расчет стен на разрыв, расчет ножевой части колодца, расчет стен колодца на боковое давление грунта, расчет прочности стен на изгиб в вертикальной полости, расчет на всплытие.
50Форму и размеры опускного колодца следует определять исходя из действующих нагрузок и гидрогеологических условий.
2.3. Верх опускного колодца должен быть на 10-15 % шире надфундаментной части с целью сохранения осей надземной части здания в случае горизонтального смещения верха колода при его погружении.
2.4. В качестве стен опускных колодцев могут быть использованы железобетонные трубы и кольца Ø 2000-5000 мм и длиной 590-4500 мм, серийно выпускаемые промышленностью для инженерных коммуникаций Толщину стеновых панелей следует назначать в пределах 250-600 мм, а ширину - в зависимости от высоты и принятой массы. Высоту панелей для опускных колодцев глубиной до 12 м следует назначать равной глубине погружения. Для колодцев большей глубины необходимо предусматривать стены из нескольких ярусов панелей. сборные опускные колодцы, выполняемые из панелей заводского изготовления длиной 12,0, шириной 1,4-2,0 и толщиной стенки 0,4-0,8 м наружную ножевую часть делают шире на 150 мм для образования полости вокруг колодца при его опускании, в которую заливают суспензию из глинистого раствора для уменьшения сил трения по наружной стенке колодца
51Расчет производят в соответствии с известными методами учета влияния сил трения, развивающихся по боковой поверхности фундамента. При этом следует иметь в виду, что опускной колодец погружается без днища, работают боковая поверхность и ножевая часть и по мере разработки грунта по площади основания и у ножевой части происходит перемещение его по вертикали. По мере опускания производят наращивание стенок опускного колодца, увеличивая нагрузку на ножевую часть. Расчеты производят для условий строительства и эксплуатации.
Погружение колодца обеспечивается при соблюдении условия
, (15.1)
где - вес строительных конструкций стен; - пригрузка колодца при по гружении; - сила трения стен колодца по грунту при погружении; - сопротивление грунта под подошвой ножа; - коэффициент надежности погружения (обычно принимают равным 1,15).
Расчет выполняют поэтапно по мере наращивания каждого яруса и на полную глубину.
Если колодец опускается с днищем и подводной разработкой грунта, расчетные усилия (моменты и поперечные силы) увеличивают на 15 % из-за сложности контроля за положением опорных зон. Прочность железобетонного днища с шарнирным опиранием по контуру на стены колодца рассчитывают на следующие нагрузки: отпор грунта под днищем колодца и гидростатичское давление подземных вод по формуле
, (15.2)
где - сумма всех постоянных вертикальных нагрузок на колодец с учетом сил трения.
55При расчете опускного колодца в условиях эксплуатации нужно учитывать:
. (15.3)
Здесь - расчетные нагрузки; - сумма усилий трения при расчете на всплытие; - площадь основания колодца; - расчетное превышение уровня подземных вод над основанием днища колодца; - удельный вес воды; - коэффициент надежности от всплытия.
Если условие (15.3) не выполняется, то необходимо предусмотреть устройство анкерных креплений или увеличивать вес колодца.
64. Определение начального просадочного давления в лабораторных и полевых условиях
Начальное просадочное давление представляет собой минимальное давление от фундамента или собственного веса грунта, при котором начинает проявляться при полном водонасыщении просадка грунта. По своей сущности это давление, нарушающее природную структурную прочность грунта в водонасыщенном состоянии, в результате чего фаза нормального уплотнения переходит в фазу просадки, сопровождающуюся перестройкой структуры грунта и интенсивным уплотнением.
Из определения начального просадочного давления следует, что величина его должна приниматься при значении относительной просадочности, близком к нулю. Однако исследования показали, что за величину начального просадочного давления по результатам компрессионных испытаний целесообразно принимать давление, при котором относительная просадочность равна той же величине, ниже которой грунты считаются непросадочными. Испытания грунтов в лабораторных условиях для определения начального просадочного давления выполняют методами двух кривых, комбинированным или упрощенным.
Величина начального просадочного давления в полевых условиях для случаев, когда напряженное состояние грунта зависит в основном от нагрузки фундаментов, определяется но комбинированному или упрощенному методам. Суть первого метода состоит в том, что на каждом- участке испытания проводят двумя штампами стандартных размеров, установленными на расстоянии 3—4 м один от другого. В первом пункте штамп устанавливают на просадочный грунт естественной влажности, отдельными ступенями загружают до заданного давления на грунт (обычно 0,2—0,3 МПа), после чего грунт в основании штампа замачивают до стабилизации просадки. Во втором пункте грунт предварительно водонасыщается на глубину 0,8—1 м и в дальнейшем штамп нагружают ступенями по 0,025—0,05 МПа до заданной нагрузки с непрерывным замачиванием грунта.
Исследования, выполненные в различных районах России, показали, что на конечной ступени загрузки суммарные осадки и просадки по методам одной и двух кривых практически совпадают. Расхождение между ними обычно не превышает 5—10%.
65. Определение относительной просадочности грунтов
Относительная просадочность представляет собой отношение изменения толщины слоя грунта при его замачивании под заданным давлением к его первоначальной толщине в природном залегании.
Относительная просадочность лессовых грунтов определяется, как правило, в компрессионных приборах на образцах ненарушенной структуры путем испытания их методами;
одной кривой с испытанием одного образца грунта и замачиванием его на конечной ступени нагрузки. Метод позволяет определить сжимаемость грунта при природной или заданной влажности и относительную просадочность при заданном давлении на грунт;
двух кривых, основанном на испытании двух образцов грунта с одинаковой степенью плотности, из которых один испытывается при природной влажности, а другой в водонасыщенном состоянии. Этот метод обеспечивает определение сжимаемости грунта при природной влажности и полном водонасыщении, относительной просадочности в интервале изменения давления от нуля до конечного, начального просадочного давления;
комбинированным, представляющим собой сочетание методов одной и двух кривых упрощенным, основанным на испытании одного образца грунта и загружении его вначале при природной влажности до давления 0,1 МПа, но менее природного от собственного веса грунта, замачивании грунта при этом давлении и последующем догружении до заданного давления при непрерывном замачиваний. Метод позволяет определить те же характеристики грунта, что и метод двух кривых.
Иногда применяется также упрощенный метод, включающий испытание одного образца грунта при природной влажности до давления 0,2—0,3 МПа с последующим его замачиванием и догружением и экстраполяцией сжатия грунта в водонасыщенном состоянии по логарифмической кривой.
66. Типы грунтовых условий просадочности грунтов и методика их определения
Грунтовые условия площадок, сложенных просадочными грунтами, в зависимости от возможности проявления просадки грунтов от собственного веса, подразделяются на два типа:
I тип - грунтовые условия, в которых возможна в основном просадка грунтов от внешней нагрузки, а просадка грунтов от собственного веса отсутствует или не превышает 5 см;
II тип - грунтовые условия, в которых помимо просадки грунтов от внешней нагрузки возможна их просадка от собственного веса и размер ее превышает 5 см.
Тип грунтовых условий можно определить на основе опытного замачивания котлована с замером вертикальных перемещений грунтов с помощью глубинных марок или на основе лабораторных испытанияй в компрессорных приборах с замачиванием грунта и последующего расчета просадки от собственного веса по формуле
где sl,i - относительная просадочность i-го слоя грунта,
hi - толщина i-го слоя;
ksl,i - коэффициент;
n - число слоев, на которое разбита зона просадки hsl
70
Расчетными характеристиками набухания и усадки грунта являются [2, 4] следующие.
1. Относительное набухание, определяемое по формуле
εsω = (hsat – hn)/hn,
где hsat — высота образца после его набухания (в случаях невозможности бокового расширения) за счет замачивания грунта до полного водонасыщения; hn — исходная высота образца до его замачивания.
Набухание может быть свободным, когда замачивание грунта производится без приложения внешней нагрузки, ε0sω и под нагрузкой εsω. Относительное набухание грунта под нагрузкой определяется на образцах, вырезаемых из одного монолита, при ступенях нагрузки 0,025; 0,05; 0,1 МПа и далее с интервалом в 0,1—0,2 МПа до необходимых пределов. Кроме того, испытывается образец под давлением, вызванным весом штампа и измерительного оборудования. На каждой ступени нагрузки испытывается не менее четырех образцов. Результаты испытаний обрабатывают методом наименьших квадратов и строят осредненную зависимость εsω = f(p) (рис. 10.7, а). При определении этой зависимости по данным испытаний штампами в полевых условиях допускается использование единичных значений относительного набухания, полученных при различных давлениях,
2. Усадка грунта, определяемая по высоте, диаметру и объему по формулам:
εsh = (hn – hd)/hn;
εd = (dn – dd)/dn;
εv = (Vn – Vd)/Vn,
где hn, dn, Vn и hd, dd, Vd — начальные и конечные значения высоты, диаметра и объема образца грунта.