Общие положения в основаниях и фундаментах

Тема № 1: ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ В ОСНОВАНИЯХ И ФУНДАМЕНТАХ

Вопрос:

  1.  Основные понятия и определения. Классификация оснований и фундаментов.
  2.  Глубина заложения фундаментов. Нормативные положения. Выбор рационального типа фундамента.
  3.  Предельные состояния оснований. Общие положения расчетов.

Литература: 1. Кириллов в.С. «Основания и фудаменти» гл. 1.

2. Костерин Э.В. «Основания и фундаменты» (введение, гл 1. ЧИ).

  1.  Основные понятия и определения. Классификация оснований и фундаментов.

Инженерное сооружение состоит из надземной части и фундамента, который расположен ниже уровня воды в реке или поверхности земли.

Всякое сооружение передает действующую на нее нагрузку, включая собственный вес на основание.

Основание – это наслоение грунтов, воспринимающее давление от сооружения.

Располагать сооружение прямо на поверхности можно очень редко. Этому препятствуют некоторые особенности верхних слоев грунта:

а) малая несущая способность;

б)возможность вертикального перемещения под действием метереологических факторов (пучение при промерзании, просадка приоттаивании, набухание при увлажнении, усадка при высыхании);

в) возможность разрушения разными землероями, корнями растений, выветриванием.

Все  это вызывает необходимость устройства фундаментов.

Фундаментом называют подземную или подводную конструкцию, которая предназначена главным образом, для передачи давления нагрунты, которые залегают на некоторой глубине.

Схема фундамента под мостовую опору показана на рис.1

1 – опора моста ( надфундаментная часть);

2 – фундамент;

3 – основание;

4 – несущий слой грунта;

5 – подстилающий слой грунта.

Рис.1

Плоскость І - І, разделяющая фундамент от над фундаментной части, называется – обрез фундамента.

Плоскость ІІ - ІІ, которой фундамент опирается на грунт, называется подошвой фундамента.

Расстояние по вертикали от уровня обреза фундамента до подошвы фундамента называется высотой фундамента ( hf ). 

Расстояние по вертикали от поверхности грунта до подошвы фундамента называется глубиной заложения фундамента (h, или d).

В современном строительстве применяют различные конструкции и способы устройства фундаментов, которые условно можно разделить на две условны группы:

  1.  фундамент мелкого заложения;
  2.  фундамент глубокого заложения.

Если фундамент закладен на глубину до 5-6 м и отношение этой глубины к ширине подошвы не превышает 1,5-2, то его называют фундаментом мелкого  заложения и возводят в котлованах.

Если подошва фундамента расположена на глубине больше 5-6 м м и отношение этой глубины к ширине подошвы больше 1,5-2, то такой фундамент будет глубокого  заложения.

Фундаменты глубокого закладывания подразделяются на свайные, опускные колодцы, кессоны. Они имеют разные специфические способы производства работ и соответственно особые конструкции.

Кроме этого фундаменты глубокого заложения и мелкого заложения отличаются:

  •  конструкциями;
  •  способом производства работ;

         -    расчетами: при расчетах фундамента мелкого заложения учитывается работа (сопротивление) грунта только на подошве фундамента, фундаментов глубокого заложения – учитывается  еще и сопротивление грунта по боковой поверхности фундамента, то есть фундамент рассчитывается с учетом его заделки (защемления) в грунте.

Основания подразделяются на:

  •  естественные и искусственные;
  •  скальные и нескальные.

Скальные основания представляют собой массивные каменные горные породы, изверженные, метаморфические и осадочные, которые спаяны и сцементированы  жесткой связью между зернами, и которые залегают в виде сплошного массива или трещиноватой толщи и характеризующиеся значительными пределами прочности при сжатии (больше 50 кгс/см2).

Деформации скальных оснований при действии нагрузки от сооружений небольшие и их часто не учитывают.

При выборе отметки заложения оснований сооружения важным является глубина заложения скальных пород, их трещиноватость, обломочность, мощность, зоны выветривания.

Это самые надежные и несжимаемые основания.

Нескальные основания представляют толщу рыхлых горных пород –грунтов несвязных или связных, но прочность их внутренних связей во много раз  меньше прочности материала самих минеральных часттиц. Это отложения крупнообломочных, песчаных, глинистых и илистых грунтов. Эти основания требуют к себе наибольшего внимания при возведении сооружений, так как им свойственна значительно большая деформируемость и неоднородность по сравнению со строительными материалами, из которых возводятся сооружения(бетон, железобетон, и тому подобное).

Если фундамент возводится на грунте с сохранением его природных качеств, то есть на грунте ненарушенной структуры,  то такое основание называется естественным.

Если грунт перед возведением фундамента укрепляют тем или иным способом , то такое основание называется искусственным.

  1.  Глубина заложения фундаментов. Нормативные положения. Выбор рационального фундамента.

Выбор глубины заложения подошвы фундамента является одним из основных этапов проектирования. Выбор глубины заложения фундаментов выполняется по «Снип2.02.01-83. «Основания зданий и сооружений».

Выбрать глубину заложения – это значит найти в напластовании грунтов несущей площадки несущий слой, способный выдержать давление от сооружения и правильно заложить в нем подушку фундамента.

От принятой глубины заложения зависит тип фундамента, его конструкция и способ производства работ.

Чем выше заложена подошва, тем экономический фундамент (меньшая стоимость работ на его устройству).

Так как верхние слои грунта не обладают достаточной несущей способностью, необходимо заглубление подошвы фундамента. Для одних и тех же грунтовых условий можно избрать несколько вариантов глубины заложения и типов фундаментов. Выбирается наиболее экономичный фундамент путем сравнения технико-экономических показателей.

Решая вопрос о выборе глубины закложения фундамента, типа фундамента, учитывают три основных фактора:

  1.  инженерно-геологические условия площадки строительства;
  2.  климатические воздействия на верхние слои грунта;
  3.  особенности сооружений как возводимых, так и расположенных

по соседству.

Инженерно-геологические условия площадки строительства

Выбор глубины заложения и типа фундамента начинается с оценки грунтовых условий (несущей способности грунтов) на основе материалов инженерно-геологических исследований, то есть изысканий, в которых должны быть отражены:

  •  геологическое строение места строительства сооружения (грунтовые колонки, геологические разрезы, геологические характеристики грунтов);
  •  сведения об инженерно-геологических  процессах  в районе строительства (оползни, карстовые явления, и тому подобное);
  •  физические и механические характеристики грунтов, полученные в результате полевых и лабораторных испытаниях;
  •  гидрологические условия (сведения о подземных грунтовых водах, их режимах, агрессивности по отношению к материалу фундамента, сведения о режимах  рек).

Оценку несущей способности грунтов выполняют послойно сверху вниз по геологическим разрезам и грунтовым колонкам.

Каждая площадка строительства имеет свои специфические особенности. Напластование грунтов сугубо индивидуально. Но в большинстве случаев могут быть выделены три характерные схемы грунтовых условий (рис. 2)

Рис. 2

  1.  прочный грунт (надежный);
  2.  малопрочный грунт (слабый).

Понятие «слабый» и «надежный» грунт – достаточно относительные. Эти понятия связываются с проектуемым сооружением. Если проектируется легкое сооружение, то даже сильно сжимаемые грунты могут быть «надежными». При тяжелых сооружениях, под нагрузкой которых фундаменты получают большие осадки, грунты даже средней сжимаемости, будут считаться «слабыми».

Схема 1: Толщина надежных грунтов может состоять из нескольких  слоев, но подстилающие слои  должны иметь качества по сжимаемости и сопротивлению грунта сдвигу не ниже верхнего слоя толщи (то есть каждый нижележащий слой прочнее предыдущего).

Глубина заложения зависит от климатических условий и особенностей сооружения. Самое простое решение – принятие минимальной глубины заложения, допускаемой при учете климатических воздействий и особенностей сооружения (рис. 3)

                Рис.3

Схема 2: При таком напластовании можно наметить ряд решений (в этом случае «слабые» грунты сверху, внизу «надежные»). Рациональность принятых решений зависит от глубины, на которой залегают «надежные» грунты, и от характера возводимого сооружения (см. рис. 4):

                         Рис.4

а) самое простое решение – прорезка «слабых» грунтов  и передача давления на «надежные» (рис. 4а);

б) если «надежный» грунт залегает на большой глубине, то фундамент свайный или столбчатый (рис. 4б);

в) легкие сооружения можно основать на коротких сваях, передающих нагрузку на «слабый» грунт (мощность «слабого» грунта достаточно большая);

г) слабые грунты могут быть  уплотнены  или заменены песчаной подушкой.

Схема 3: В этом случае рекомендуются такие решения:

а)самое простое, но всегда самое эффективное решение – прорезка верхнего «надежного» и «слабого» слоев и передача давления на нижний «надежный» грунт (рис. 5);

Рис. 5

б) опереть фундамент на верхний «надежный» грунт и  проверить при этом величину давления на кровлю слабого слоя (рис. 6);

Рис. 6

в) закрепить «слабый» слой грунта, то есть устроить искусственное  основание.

К инженерно-геологическим относятся и гидрогеологические условия.

Климатические воздйствия на верхние слои грунта.

Под воздействием промерзания и протаивания, высыхания и увлажнения верхние слои грунта могут изменять свой объем, вызывая неравномерные деформации основания и фундамента. Наиболее опасным является сезонное промерзание грунтов.

Многие грунты при промерзании увеличиваются в объеме (испытают пучение). Это пучиноопасные грунты. К ним относятся глинистыегрунты, пылеватые и мелкозернистые пески.

Непучиноопасными является среднезернистые, крупнозернистые и гравелистые пески, гравий, галька, медленно выветривающиеся скальные породы.

При расположении подошвы фундамента в зоне промерзания при пучинистых грунтах на фундамент могут действовать силы пучения, нормальные к его подошве и касательные к боковой поверхности.

В случае превышения нормальными силами пучения величины давления на грунт сооружения, в процессе промерзания грунтов могут возникнуть неравномерные и значительные подъемы фундамента, а при оттаивании – неравномерные осадки. Это приводит к разрушению сооружения.

Следует учитывать, что промораживание грунтов в процессе строительства недопустимо. По «СниП 2.02.01-83» глубина подошвы фцндамента

h ≥df+1,25м                                                                 (1)

где df – расчетная глубина сезонного промерзания грунта для данной местности;

df= dfn•kh

dfn– нормативная глубина сезонного промерзания;

kh – коэффициент влияния тепловодного режима сооружения;

kh=1,1 – для мостов.

Нормативная глубина сезонного промерзания грунта dfn принимается равной средней из ежегодных максимальных глубин сезонного промерзания грунтов по данным наблюдений за период не менее 10 лет при  определенных условиях (над оголенной от снега поверхности при уровне меженных вод ниже уровня сезонного промерзания).

При отсутствии данных наблюдений определяется расчетом по «СниП 2.02.01-83» п.2.27.

При строительстве на водотоках непременным условием при выборе глубины заложения является учет возможных размывов дна у опоры после строительства моста. Глубина заложения фундамента с учетом размывов принимается за п. 12.5 «СниП 2.02.01-83».

Особенности сооружений возводимых и соседних.

К особенностям сооружений относятся нагрузки, передаваемые на основание, чувствительность конструкций к неравномерным осадкам, планируемая долговечность сооружения и их уникальность. Кроме того наличие подвалов, приямков, характер подземного хозяйства около объекта строительства. Примыкание к фундаментам ранее построенных зданий приводит к необходимости учитывать глубину заложения существующих фундаментов здания, чтобы не нарушать структуру грунта под их подошвами.

Пример учета особенностей сооружения: Для мостов внешне статически неопределимых систем наиболее пдходящими грунтами для оснований яляются  малосжимаемые  скальные  и  полускальные грунты. При соответствующем  обосновании расчетом пролетних строений могут применяться плотные крупнообломочные грунты, крупнозернистые пески. При других грунтах обычно применяют статически определимые пролетные строения.

  1.  Предельные состояния оснований. Общие положения расчетов.

Расчет по предельным состояниям впервые был предложен и внедрен советскими учеными Стрелецким Н.С., Гвоздевым А.А. и др., он позволяет получить наиболее экономичные конструктивные решения при разумном запасе несущей способности втечение всего срока службы сооружения.

Предельными называется такие состояния, при которых становится невозможной или вызывает значительные затруднения нормальная эксплуатация сооружения.

Предельные состояния делятся на 2 группы:

І группа  – состояния, когда эксплуатация сооружения невозможна из-за исчерпывания его несущей способности (прочность, стойкость);

ІІ группа – состояния затрудняющие нормальную эксплуатацию сооружения (деформированность).

Наиболее опасным являются нарушения состояний І группы, которые ведут к полному или частичному разрушению сооружения.

Предельные состояния І группы проявляются в виде просадок фундамента, вызванных потерей устойчивости грунтоа основыания, а также в виде потери устойчивости положения фундамента и всего сооружения в результате опрокидывания, плоского или глубинного сдвига и т.д. Это катастрофические явления.

Нарушения предельного состояния ІІ группы выражаются в виде осадок фундаментов. Величина осадок  значительно меньше просадок.

Просадки – это вертикальные деформации, вызванные коренным изменением  структуры грунта.

Осадки – это деформации, вызванные уплотнением грунта без коренного изменения его стуктуры.

Грунтовые основания деформируются под нагрузкой от сооружения всегда. При действии на фундамент только вертикальных центрально приложенных сил, основание сжимается равномерно. Если в нагрузках есть горизонтальные силы и момент, то деформации неравномерны, возникают крены (наклоны) сооружений.

Крен сооружений небезпечен в мостовых опорах, может привести к нарушению опорных частей пролетных строений, нарушению сопряжения моста с насыпями. При больших кренах опор возможны обрушивания пролетных строений.

Основная расчетная формула по І группе предельных состояний – расчет оснований по несущей способности согласно «СниП 2.02.01-83. Основания зданий и сооружений» п.2.58:

где  - расчетная нагрузка на основание (от внешних нагрузок);

Fu – сила предельного сопротивления основания;

γc – коэффициент условий работы, учитывает влияние окружающей среды, приближенность расчетов и т.п.;

γn – коэффициент надежности по назначению сооружения.

Чаще всего проверка прочности грунтов снования выражается формулой:

Fu=R•A,     тогда

где R – расчетное сопротивление грунта основания;

                       ,                                                                         (4)

где Rn – нормативное сопротивление грунта ;

– коэффициент надежности по грунту, учитывающий неоднородность грунтов и их механических характеристик;

А – геометрическая характеристика подошвы фундамента (площадь, момент сопротивления).

При проверки прочности основания давление на грунт не должны превышать расчетного сопротивления грунта R. Величина R назначается как некоторая доля давления, вызывающего предельное состояние. Оно зависит не только от физико-механических свойств грунта, но и от относительного заглублення фундамента  ( h– глубина заложения фундамента, b – ширина фундамента) и схемы образования плскостей сдвигов.

Работа грунта под подошвой фундамента хорошо просматривается  на песчаных основаниях (рис. 7)

         І- фаза уплотнение  ІІ- фаза сдвига    ІІІ-стадия разрушения - просадка

Рис. 7 – График деформации песчаного грунта под нагрузкой.

Основная особенность грунтов заключается в том, что они не являются сплошными телами, а имеют поры, которые частично, или полностью заполнены водой. Сначала при действии внешней нагрузки происходит только уплотнение (сжатие) грунтов за счет уменьшення пор, то есть осадка происходит только за счет уплотнения грунта и носит линейный характер (Іфаза). С течением времени увеличение осадки прекращается, то есть осадка затухает и ее величина становится постоянной во временем. На графике (рис. 7) – это І фаза - фаза уплотнения.

На втором участке графика, где нагрузка больше, вследствие чего возникает сдвиг частиц относительно друг друга(то есть в основании,  особенно в случае горизонтальных сил, появляются касательные напряжения, которые стремятся сдвинуть частицы). Зависимость между осадкой  и давлением носит криволинейный характер (ІІ фаза). С течением времени осадка равномерно нарастает. Деформации грунта происходят в основном  за счет сдвига частиц – поэтому ІІ фаза – фаза сдвига. В начальный период несущая способность грунта еще не исчерпанна. Но в конце сдвиг грунта получает еще большее развитие и вызывает нарастание осадки без увеличения нагрузки, в результате чего происходит разрушение грунта и выпор его из-под фундамента (ІІІ фаза). Осадка нарастает мгновенно и неограниченно.

Фаза ІІ – фаза сдвига заканчивается образованием непрерывных поверхностей скольжения под подошвой фундамента, грунт теряет прочность, становится подвижным, образуется уплотненное грунтовое ядро. Просадки носят катастрофический характер.

Как указывалось выше схема разрушения и величина R – несущая способность основания зависят и от относительной глубины заложения фундамента h/b. На рис. 8 даны схемы потери стойкости песчаного основания от  h/b.

а)

h/b≤0,5                                                                1 – грунтовое плотнящее ядро;

                       2 – поверхности сдвига

      

                       Рис.8 – Схеме потери стойкости песчаного основания

В этом случае потеря стойкости происходит за счет сдвига (выпора) примыкающого к фундаменту грунта по наклонным под углом к горизонтали приблизительно 45º- φ/2 поверхностям скольжения.

б)   1,5< h/b ≤ 3.4   (рис.9)

Рис.9 – Схема потери стойкости песчаного основания

Сдвиг грунта и выпирание его из-под подошвы фундамента, вызывающие резкие осадки фундамента, происходят без выпора за счет уплотнения грунта, расположенного выше подошвы фундамента. В этом случае фундамент находится в более благоприятных условиях работы.

в) При третьем случае h/b>3...4 сдвиг возможен за счет уплотнения грунта, расположенного ниже подошвы фундамента. Четко выраженных поверхностей скольжения не образуются, осадки фундамента возрастают плавно. При таких глубинах заложения практически не вызываются нарушения устойчивости и первое предельное состояние, как правило, не достигается. Поэтому в расчетах R присутствуют величины h и b.

Расчетное сопротивление основания (грунтов) принимается по приложению 24 «СНиП 2.05.03-84. Мосты и трубы».

где Ro – условное сопротивление грунта;

d – глубина заложения фундамента (d=h);

b – ширина фундамента.

Общая формула расчета по ІІ группе предельных состояний по п. 2.38 «СНиП 2.02.01-83. Основания зданий и сооружений»:

                         

где S –совместная деформация основания и сооружения, определяется по указаниям норм (осадка, крен, горизонтальные перемещения, разность осадок соседних фундаментов и тому подобное), является функцией нагрузок, размеров фундамента и характеристикгрунтов;

Su – предельное значение совместной деформации основания и сооружения, устанавливается нормами для данного сооружения («СНиП 2.02.01-83. Основания зданий и сооружений и СНиП2.05.03-84. Мосты и трубы»).

Расчеты прочности следует вести на наиболее неблагоприятные сочетания нагрузок с учетом соответствующих коэффициентов надежности по нагрузке, то есть на расчетные нагрузки.

Расчеты деформации ведут на нормативные нагрузки.

Тема : ФУНДАМЕНТЫ МЕЛКОГО ЗАЛОЖЕНИЯ НА ЕСТЕСТВЕННОМ    ОСНОВАНИИ.

Вопросы:

  1.  Общие сведения.

2.  Виды и конструкции фундаментов мелкого заложения.

  1.  Массивные жесткие  фундаменты.
    1.  Ленточные фундаменты.
    2.  Отдельные фундаменты под стойки («башмаки»).
    3.  Фундаменты в виде сплошной железобетонной плиты.
  2.  Материалы для фундаментов.

  1.  Общие сведения.

Фундаменты мелкого заложения – это фундаменты, глубина заложения которых не превышает 4 - 6 м.

Фундаменты мелкого заложения возводят в котлованах, открытых с поверхности грунта на полную глубину, до подошвы фундамента.

При малых глубинах заложения подобный метод является чаще всего самым выгодным.

Отличительной особенностью фундаментов мелкого заложения является то, что при расчете их перемещений и определении напряжений в основании не учитывается сопротивление грунта по боковой поверхности фундамента, поэтому фундаменты мелкого заложения передают  давление только через подошву. Такой работе фундамента соответствует его ступенчатая конструкция.

  1.  Виды и конструкции фундаментов мелкого заложения.

Различают следующие основные виды фундаментов мелкого заложения по их конструкции:

  1.  массивные жесткие фундаменты;
  2.  ленточные фундаменты под стены зданий  или ряды колонн;
  3.  отдельные фундаменты под стойки  и колонны сооружений («башмаки»);
  4.  фундаменты в виде сплошной железобетонной плиты под всем сооружением.

  1.  Массивные жесткие фундаменты.

Такие фундаменты сооружают под массивные сооружения (например, массивные мостовые опоры «быки»). Выполняют из бетона или бутобетона (80% бетона и 20% бута).

Фундаменты жесткие, невоспринимающие растягивающие усилия и потому имеют ступенчатую форму.

При расчетах жесткостью таких фундаментов пренебрегают, то есть их считают бесконечно жесткими,  сами они не деформируются.

Схема массивного фундамента под мостовую опору показана на рис. 1.

Рисунок 1 – схема массивного фундамента

В жестких массивных фундаментах линия образования уступа с вертикалью должна иметь угол α, не превышающий предельного угла распределения  давления в кладке от вертикальных нагрузок (αпред),

                   α ≤ αпред =30º,                      тогда

при этом в фундаменте не возникают растягивающие усилия.

               aу=0,5 – 1,0м;  hу=1,0 - 2,0м;

для мостов hу=2· ау.

  1.  Ленточные фундаменты.

Такие фундаменты устраивают под стенки зданий из сборных бетонных и железобетонных блоков, редко из бутовой кладки. Ленточные фундаменты под ряды колонн устраивают при стоечных опорах путепроводов, имеющих конструкцию чувствительную к неравномерным осадкам основания. Такие фундаменты устраивают также в случае малого расстояния между стойками когда выполнение отдельных фундаментов становиться не рациональным, а также при сильно сжимаемых грантах.Схема ленточного фундамента показанна на рис.2.

  

Рисунок 2 – Схема ленточного фундамента под стоечную опору  путепровода.

Ленточные фундаменты под стойки и колонны чаще всего делают железобетонными. Под внутренние колонны фундаменты выполняют в виде перекрестных лент. Ленточные фундаменты под стены жилых, общественных и промышленных зданий делают из сборных бетонных блоков – стен и железобетонных блоков – подушек. Блоки заводского изготовления. Фундаментные блоки-подушки укладываются плотно друг к другу или с промежутками, образуют прерывистый фундамент. Применение прерывистых фундаментов возможно при прочных малосжимаемых грунтвх и приводит к уменьшению стоимости строительства и типизирует конструкцию.

  1.  Отдельные фундаменты под стойки («башмаки»).

Отдельные фундаменты под стойки путепроводов, рамных мостов, виадуков и колонны промышленных зданий устраивают при хороших грунтах (малосжимаемых, прочных грунтах). Это так называемые «башмаки». Их выполняют из железобетона. По характеру работы материала «башмаки»  относятся к гибким фундаментам. Схема «башмака» показана на рис. 3.

Рисунок 3 – Схема «башмака».

В «башмаках» возникают значительные растягивающие усилия,  воспринимаемые арматурой. При одной и той же площади подошвы фундамента объем  фундаментов «башмаков» гораздо меньше.

  1.  Фундамент в виде сплошной железобетонной плиты.

Устраивают такие фундаменты под всем сооружением. Применяют при сильносжимаемых и малопрочных грунтах  основания. Схема фундамента показана на рис. 4.

На общую плиту передается нагрузка от всех стен и колонн здания. При этом уменьшается средняя осадка всего сооружения, неравномерность осадок отдельных стен и колонн практически исключается.

Рисунок 4 – Схема фундамента в виде сплошной железобетонной плиты.

Эти фундаменты редки, неэкономичны. Очень чувствительные к неравномерным осадкам.

  1.  Материалы для фундаментов.

Материалы в фундаментах подлежат деформациям под действием различных внешних усилий, влияния грунтовой и поверхностной воды, воздействию замерзания и оттаивания влаги  в порах кладки.

Для обеспечения долговечности фундаментов выбирают материалы,  хорошо сопротивляющиеся этим воздействиям: железобетон, бетон, бутобетон, редко бутовая кладка (из-за трудоемкости выполнения).

Наиболее универсальным материалом для фундаментов любой формы является железобетон, так как железобетон хорошо сопротивляется не только сжатию, но и изгибу.

Железобетонные и бетонные фундаменты выполняются сборными и монолитными.

Монолитными называют фундаменты, которые бетонируют непосредственно на месте возведення сооружения.

Сборные элементы наиболее рациональны для устройства ленточных фундаментов под стены.

В дорожном строительстве сборные фундаменты в виде «башмаков» применяют под опоры (стойки) путепроводов, рамных и балочных мостов малых пролетов при грунтах, которые имеют достаточно высокую прочность и малую сжимаемость.

В случае более слабых грунтов возможно использование сборно-монолитных фундаментов, в которых нижняя плита, имеющая большой вес, выполняется монолитной, а подколоники сборными.

Применение сборных фундаментов заводского изготовления позволяет уменьшить трудоемкость работ на строительных площадках и максимально механизировать работы. Сборные фундаменты позволяют повысить качество работ, применять более совершенные конструкции фундаментов, обладающие  меньшим весом и высоким процентом использования прочности материалов. Однако, при этом увеличивается расход стали, трудозатраты на заводе, транспортные расходы.

Для массивных  опор мостов, которые требуют большой площади для передачи давлению на грунт, в дорожном строительстве находят применение монолитные фундаменты. Монолитные фундаменты целесообразны для отдельных фундаментов сложного очертания под колонны  и оборудование, а также когда вес фундамента больше грузоподъемности монтажного крану.

Тема 3-1:  РАСЧЕТ  ОСНОВАНИЙ И ФУНДАМЕНТОВ  ПО  1 И 2 ГРУППАМ ПРЕДЕЛЬНЫХ СОСТОЯНИЙ

   Вопрос:

Общие положения.

Расчет  фундамента по прочности основания (1 предельное состояние).

Расчет прочности  слабого подстилающего слоя.

Проверка стойкости положения фундамента.

Расчет фундамента мелкого заложения по 2 группе предельных состояний.

Общие сведения.

Основные положения   расчета осадки фундамента  методом послойного суммирования.

6. Основные положения по конструированию фундамента   мелкого заложения.

  1.  Общие положения

  Все расчеты фундаментов должны отвечать указаниям «СНиП».

  В расчет фундаментов мелкого заложения входят:

  •  проверка прочности (устойчивости) грунтов основания;
  •  расчет деформаций основания;
  •  проверка устойчивости положения фундамента  и сооружения;
  •  расчет прочности и трещиностойкости самой конструкции фундамента.

  1.  Расчет фундамента по прочности основания (1 предельное состояние)

         В общем случае на фундамент действуют кроме вертикальных сил, горизонтальные силы  и моменты, поэтому расчет фундамента выполняется  как внецентренно сжатая конструкция.

       При расчете внецентренно нагруженного фундамента необходимо выполнить условие, чтобы наибольшее напряжение под его подошвой не превышало расчетного сопротивления грунта основания сжатию.

       При расчете прочности все усилия приводятся к уровню подошвы фундамента.

      Основное допущение расчета:

  •  при определении напружений в основании и деформаций исходят из линейного закона распределения напряжений.

Расчетная схема фундамента показана на рис.1.

                         

                                             Рис.1- Расчетная схема фундамента

  

  Основная расчетная формула по п.7.8 «СНиП 2.05.03-84. Мосты и трубы»

                                                                                     (1)

                                                                         (2)

 где Р, Рmax – среднее и максимальное давление подошвы фундамента на основание;

       R – расчетное сопротивление основания ( см. приложение 24 «СНиП 2.05.03-84. Мосты и трубы»  для грунтовых оснований и для скальных оснований R=R/γg ;  γg =1,4);

          – коэффициент надежности по назначению сооружения,   =1,4;

          – коэффициент условий работи;

(=1.0 – грунты нескальные);

(=1.2 -  скальные грунты).

  Из сопротивления материалов для внецентренно сжатого стержня

                                   ,                  (3)

                                 ,       (4)

где  N – равнодействующая вертикальных сил в уровне подошвы фундамента;

      M – момент всех сил относительно горизонтальной оси, которая проходит через центр тяжести подошвы фундамента.

  При расчете необходимо все нагрузки привести к уровню подошвы фундамента. В расчете прочности все нагрузки расчетные; γf >1.

                   N=N0 + Gf +∑y 

                   M=M0 + H0 * h f .

  При расчете промежуточных опор моста проверяются напряжения на расчетные нагрузки вдоль и поперек оси моста, поэтому формула (4) имеет вид :

                                 ,

  где А – площадь подошвы фундамента;

        W -  момент сопротивления площади подошвы фундамента относительно наиболее нагруженной грани

A=a*b ;          Wx=a*b2/6;          Wy=a2*b/6 .     

  Вдоль оси моста – Мx, поперек оси моста – Мy. Продольная  ось моста – y, поперечная (ось опоры) – x.

  Наименьшее  давление

                                    ,                  (5)

  При расчете может случиться, что наименьшее давление Рmin  - отрицательное число. Но так как растягивающие напряжения между грунтом и подошвой фундамента возникнуть не могут, а происходит отрыв подошвы фундамента от грунта,  таким образом передача сжимаемого давления будет происходить не по полной подошве фундамента, а по ее части. При расчете фундамента мостовых опор такое положение не допускается, то есть формулами (1) и (2) можно пользоваться при условии, что Рmin –  положительное число, то есть

                                                                         (6)

  Формулами (1), (2), (4) можно пользоваться для определении размеров подошвы фундамента. Пидбор размеров подошвы фундамента производится методом последовательных приближений.

  Минимальные напряжения Рmin техническими условиями непосредственно не ограничиваются. Но при значительной неравномерности напряжений возможен крен фундамента. Поэтому ограничение напряжений Рmin имеет отношение к вопросу деформаций.

  1.  Расчет прочности слабого подстилающего слоя.

  Если под подошвой фундамента на некоторой глубине залегает подстилающий слой более слабого грунта,  чем  основной несущий, то необходимо выполнить проверку прочности слабого слоя.

  Проверка выполняется по приложению «СНиП 2.05.03-84. Мосты и трубы». Необхидноо, чтобы давление на кровле  этого слоя не  превышало  его расчетного сопротивления.

  Давление на кровле этого слоя будет состоять  из природного давления грунта и дополнительного давления, которое передается грунту сооружением (рис.2).

                                                

Рис.2 Схема к расчету прочности підстеляючого слоя

  1 – эпюра бытовых (природных) давлений;

  2 – эпюра дополнительного давления от сооружения.

  

  Расчетная формула – условие прочности подстилающего слоя:

                 γ(d +z)+ α ( P – γd ) ≤  R/γn                                       ( 7 )

 где    γ - объємный вес вышележащего слоя;

 d=h -  глубина заложения фундамента;

 z – расстояние от подошвы фундамента до кровли слабого слоя;

   -  коэффициент рассеивания напряжений по табл. приложения 26 «СНиП 2.05.03-84. Мосты и трубы»;

 R – расчетное сопротивление подстиляющего  слоя;

  - коэффициент надежности.

4. Проверка устойчивости положения фундамента

       

  В ряду случаев при действии на фундамент, кроме вертикальных сил, горизонтальных сил и изгибающих моментов, выполняются проверки:

- устойчивости положения фундамента на опрокидывание;

- устойчивости на плоский или глубинный сдвиг.

  Проверки выполняются по п.1.40; 1.41;7.14 «СНиП 2.05.03-84. Мосты и трубы».

Усточивкость положения фундамента против опрокидывания

   Расчетная схема показана на рис.3

                                           

                                                      Рис 3 Расчетная схема

 

Основная формула

,                                  ( 8 )

где Мu= ∑Fi *hi – момент опрокидывающих сил;

       Mz = ∑Pi *li – момент удерживающих сил;

        γn - коэффициент надежности по назначению,  γn =1,1;

m -  коэффициент условий работы;

m= 0,9 - скальное основание,

m= 0,8 - грунтовое основание.

Проверка на плоский  сдвиг по подошве фундамента

  Основная формула

                                             ,                               (9)

где Qr = ∑ Fi– сдвигающая сила равна  сумме проекций сдвигающих сил по направлению возможного сдвига;

       Qz = Ψ∑Pi – удержувающие силы – силы трения между грунтом и подошвой;

      Ψ– коэффициент силы трения кладки о грунт ( о поверхность), принимается по п. 7.14 «СНиП 2.05.03-84. Мосты и трубы»;

        m – коэффициент условий работы; m=0,9;

        – коэффициент надежности по назначению, =1,1.

5. Расчет фундамента мелкого заложения по 2 группе предельных состояний

5.1. Общие сведения

        При расчете по 2 группе предельных состояний определяют осадки, разности осадок, крены фундаментов, горизонтальные смещения   верха опор мостов и сравнивают их  с предельно допустимыми значениями,т.е. 

S ‹ Su                                  (10)

      где S – совместная деформация основания и сооружения (осадка);

           Su – предельное значение деформации.

     Если осадка фундамента (или разность осадок соседних фундаментов) превышает указанные предельные величины, то размеры фундамента должны быть изменены и подобраны по предельным значениям деформаций.

     Снижение осадки может быть достигнуто увеличением размеров подошвы фундамента (что не всегда эффективно), или увеличениям  глубины заложения фундамента до более плотного грунта.

     Наиболее распространенный вид деформаций – осадка..

     Осадка фундамента будет равномерной если равнодействующая всех сил пройдет  через центр тяжести подошвы  фундамента. Во всех остальных случаях напряжения по подошве фундамента  будут неравномерные и осадка будет сопровождаться креном .

     Величину крена фундамента определяют не всегда (особенно в  мостовых опорах ).

      Влияние крена косвенно учитывают путем ограничения положения равнодействующей всех нагрузок.

     За нормами «СНиП 2.05.03-84. Мосты и трубы» п 7.7 относительный эксцентриситет приложения равнодействующей нагрузок е0/r    ограничивается определенными пределами.

     Например, для фундаментов промежуточных опор мостов при действии постоянных и временных нагрузок в невыгодном сочетании нагрузок

                                                е0/r ≤ 1,

     где е0 – эксцентриситет приложения вертикальной равнодействующей N всех сил относительно центра тяжести  подошвы фундамента;

                                              е0  =M/N,

           r – радиус ядра сечения подошвы фундамента;

                                     r=W/A ,

     W – момент сопротивления площади подошвы фундамента относящейся к               наименее нагруженной грани;

       А – площадь подошвы фундамента.

5.2. Основные положения расчета осадки фундамента методом послойного суммирования

    Расчет осадки фундаментов выполняется по «СНиП 2.02.01-83. Основания зданий и сооружений» :

                                           S ≤ Su

   где Su – предельное значение деформации

              Su = 1,5 √L, см

              L – расчетный пролет в метрах, не менее 25 м;

              S – совместная деформация основания и сооружения.

     Прогнозируемая величина осадки S определяется приближенными практическими методами. «СНиП 2.02.01-83.Основания зданий и сооружений» рекомендует применять расчет методом послойного суммирования.

    При расчете приняты следующие  допущения:

    - распределение напряжений в толще основания принимается по теорией однородного изотропного линейно деформуемого полупространства при условии, что зоны пластической деформации грунта   под подошвою фундамента могут иметь только ограниченное развитие;

    - деформации отдельных слоев неоднородного  основания определяются по нормативным давлениям и модулям деформаций, установленным для каждого слоя грунта.

       Величина осадки фундамента,  равная сжатию всех слоев грунта в пределах активной зоны, определяется по формуле

                                        ,                       (11)

  где  β= 0,8 – коэффициент, учитывающий стесненность бокового расширения грунта;

       hi – толщина і-го элементарного слоя грунта  ниже подошвы  фундамента в пределах активной зоны;

      Еi – модуль деформации і-го элементарного слоя грунта в пределах активной зоны;

      - середнее значение дополнительного (осадочного) напряжения в пределах і-го слоя грунта  от действия нормативных  нагрузок.

     Знак ∑ (суммы) распространяется на все слои грунта в пределах активной зоны ниже подошвы фундамента.

      Глубина активной зоны принимается от уровня подошвы фундамента до того уровня, на котором  осадочное давление становится равным  0,2 от природного или бытового.

      Чтобы воспользоваться формулу (11) выполняют ряд предварительных расчетов и построений (см. рис. 4) :

  1.  На оси фундамента строится эпюра природных (бытовых) давлений  qh На рассматриваемой глубине оно равно  весу вышележащего  столба грунта.

  1.  Толща грунта ниже подошвы фундамента разбивается на n слоев, каждый из которых должен быть однородным по сжимаемости и иметь мощность (∆) не больше 0,4b ( b – меньшая сторона подошвы фундамента), то есть

hi ≤  0,4 b.

  1.  Определяется среднее давление по подошве фундамента от нормативных нагрузок

                                          P=Nn/A

  1.  Определяется дополнительное (осадочное) давление в уровне подошвы фундамента

                              

              где qh – природное давление в уровне подошвы фундамента.

        5. Определяются величины,   для каждого элементарного слоя

    - дополнительное давление на глубине верхней границы элементарного слоя;

    - дополнительное давление на глубине нижней границы элементарного слоя.

                         

        Знак суммы в формуле  распространяется на все слои грунта в пределах активной зоны  Zакт.

         Глубина активной зоны zакт  принимается от уровня подошвы фундамента до уровня, на котором дополнительное давление становится равным 0,2 от природного.

                             

1 – эпюра природных (бытовых) давлений; qh;

2 – эпюра дополнительных давлений;

3 – эпюра 0,2 от природного давления;  0.2qh.

Рис.4 – Схема к расчету оседания фундамента методом послойного

суммирования.

6. Основные положения по конструированию фундамента мелкого заложения

       Проектирование фундаментов выполняется в следующей последовательности:

  1.  назначают предварительные размеры фундамента;
  2.  определяют расчетные сочетания нагрузок в уровне подошвы фундамента;
  3.  выполняют расчет прочности основания (1 предельное состояние);
  4.  выполняют расчет устойчивости положения опоры и фундамента на плоский сдвиг и опрокидывание (1 предельное состояние);
  5.  проверяют несущую способность слабого подстилающего слоя, если он присутствует в напластовании грунтов ;
  6.  определяют осадку фундамента и сравнивают ее с предельно допустимым нормативным значением (2 предельное состояние);
  7.  в случае не выполнения каких-либо условий прочности или деформативности корректируют размеры фундамента, производят его окончательное конструирование и перерасчет;
  8.  разрабатывают предложения по возведению фундамента: крепление стен котлована, разработка грунта, водоотлив, бетонирование фундамента и др.

 Предварительное конструирование фундамента мелкого заложения состои в назначении его размеров в плане в уровне обреза и подошвы и вертикальных размеров: высоты фундамента hf и глубины заложения   h.

     Для фундамента опоры моста отметку плоскости обреза назначают на 0,5 м ниже горизонта  самих низких вод. На реках со значительным ледоходом отметку обреза выбирают ниже  горизонта низкого ледохода с учетом толщины льда.

    Отметку обреау фундамента сооружения, возводимого на местности непокрытой водой, назначают на 10-25 см ниже отметки поверхности грунта.

    Глубину заложения  фундамента выбирают с учетом:

  •  глубины промерзания пучинистых грунтов (по нормам она должна для опор мостов и труб не превышать нормативную глубину промерзания не менее чем 0,25 м);
  •  размыва грунтов у мостовых опор ( проектированию фундаментов опор моста должны предшествовать расчеты по определению возможных  наинизших уровней дна у опор с учетом общего и местного размывов. Глубина заложения фундаментов на естественной основании должна быть неменее 2,5 м при расчетном паводке и 2,0 м при наибольшем паводке);
  •  влияния геологических, гидрогеологических условий и несущей способности грунтов;
  •  влияния конструктивных особенностей сооружений и учета глубины заложения соседних фундаментов.

    Размере и форма фундамента в плане зависит от размеров и формы опоры в уровне обреза. Учитывая, что фундамент в плане обычно имеет прямоугольную форму, назначают его размеры в уровне обреза:

         

                              amin = a0 + 2∆; bmin= b0  + 2∆;

              где  a0; b0 – размеры опоры;

                                ∆= 0, 2 – 1,0м – ширина обреза.

       Определение размеров подошвы фундамента производится по условию прочности грунта основания при действии максимальной нагрузки N, считая ее центрально приложенной. Для этого определяют площадь подошвы фундамента.

                                                    A=k*N/R0

где R0 – условное сопротивление грунта основания под подошвой фундамента;

       N – максимальное вертикальное усилие в уровне обреза фундамента;

       k – коэффициент, учитывающий нагрузку от собственного веса фундамента и наличие изгибающего момента; k = 1,3 – 1,6.

      Размер подошвы фундамента в поперечном направлении принимается а = аmin, а по фасаду

                                                b=A/a.

  Если b ‹ bmin  принимают b =bmin , если   b>bmin  – фундамент устраивают ступенчатой формы.

Тема 4: СТРОИТЕЛЬСТВО ФУНДАМЕНТОВ МЕЛКОГО ЗАЛОЖЕНИЯ НА СУХОДОЛАХ И ВОДОТОКАХ

  Вопросы:

  1.  Общие сведения.
  2.  Строительство фундаментов на местности не покрытой водой.
  3.  Строительство фундаментов на местности покрытой водой.

1.Общие сведения

  При устройстве фундаментов выполняют следующие виды  работ:

  •  розбивочные работы;
  •  закрепление стен котлована;
  •  разработка грунта в котловане;
  •  осушка котлована (водоотлив);
  •  подготовка основания;
  •  бетонирование фундамента;
  •  заключительные работы (разборка ограждений, засыпка пазух котлована грунтом, планировка территории и т.п.)

2. Строительство фундаментов на местности не покрытой водой

Розбивочные работы.

  Работы по разбивке фундаментов заключаются в переносе на строительную площадку осей сооружения, границ фундамента, контуров котлована, а также в определении вертикальных отметок характерных элементов фундамента.

  Главной осью при строительстве фундамента опор моста является продольная ось моста. Поперечные оси опор являются второстепенными осями.

  Разбивка осей производится методами угломерной съемки. Оси закрепляются на местности различными способами. Вертикальная разбивка производится путем нивелировки. Вертикальные абсолютные отметки закрепляются на площадке с помощью реперов.

 При производстве работ по возведению  фундаментов необходимо систематически контролировать правильность положения элементов фундамента.

Устройство котлованов. Закрепление стен котлованов.

  Способ производства земляных работ  зависит от размеров котлована, грунтовых условий и должен быть увязан с конструкцией закрепления стен котлована. Земляные работы должны ппроизводится так, чтобы не была нарушена естественная структура грунта основания.

  Для этого при разработке грунта скреперами, экскаваторами или бульдозерами должен оставаться слой недоработанного грунта, который затем дорабатывается вручную или средствами малой механизации непосредственно перед кладкой фундамента.

  После разработки котлована на проектную глубину   производится его освидетельствование и составляется акт о приемке земляных работ. В акте отмечается соответствие грунтови их свойств проектным данным. Разработку котлована и устройство фундамента следует выполнять в сжатые сроки.

  Важным вопросом при проектировании является проектирование откосов и крепление стен котлована и траншей.

   Котлованы без креплений можно отрывать только в маловлажных грунтах, если призведен отвод поверхностных вод.

  Вертикальные стенки допустимы при глубине котлованов не больше 2 м и отсутствии грунтовых вод.

 Чаще всего котлованы в  нескальных  грунтах устраиваются  с наклонными стенками (откосами).

  Котлованы под фундаменты опор мостов устраивают с  вертикальными стенками и креплениями, чтобы уменьшить размыв гранта  у фундамента и приток  воды в котлован.

  Наибольшее распространение получили шпунтовые крепления стен котлованов.

  На местности не покрытой водой чаще всего принимают закладные крепления .

 Закладные крепления  применяют при УГВ ниже дна котлована, или при  небольшом подпоре (до 1м) грунтовых вод. Закладные крепления  устраивают деревянными или из металлического проката. Конструкции закладных креплений  разнообразны и зависят от размеров котлована.  Сущность у них одна -это щитовые дощатые стенки, не  заглубленные в грунт  и плотно прижатые к вертикальному откосу котлована с помощью распора, анкеров и т.п..

Шпунтовые крепления.

   При значительном уровне грунтовых вод и большом их притоке закладные кренления не эффективны и применяются шпунтовые крепления. Шпунтовые крепления устраивают при  высоком УГВ (выше дна котлована). Шпунтовое ограждение служит не только для удержания стен котлована в вертикальном положении, но и препятствует притоку воды в котлован. Это достигается приданием поперечному сечению шпунтин специальной  формы, которая обеспечивает  их плотное соединение, а также забивкою шпунта ниже дна котлована. Шпунт бывает деревянным, металлическим, железобетонным.

  Деревянные шпунтовые стенки устраивают при глубине котлована до 4-5 м.

  Недостатком деревянного шпунта является малый срок службы.

  Форма шпунту показанная на рис.1

а) с прямоугольным гребнем

б) с треугольным гребнем (меньшая плотность)

                                 

Рис.1 - Форма шпунтин

  

При глубине котлована более 5м применяют металлический шпунт. Металлический шпунт используется многократно. Его легко погружать даже в мягкие скальные грунты. Соединения металлических шпунтин менее водопроницаемы по сравнению с деревянным шпунтом. Замки металлического шпунта способны выдерживать значительные растягивающие усилия и позволяют устраивать ограждения криволинейного очертания в плане.

  Погружение металлического шпунта с целью сохранения его проектного положения выполняется в направляющих.

  Железобетонный шпунт для ограждения временных котлованов почти не используется, а только для постоянных сооружений (причалов). Недостаток – большой вес.

  Шпунтовые ограждения устраивают:

а) свободностоящими

      

1- шпунт

незаанкерный шпунт

б)с  распорками

2 – распорка

3 – обвязка.

в) с анкерами

4 – анкера тяга (анкер)

5 – анкерная свая

  Устрайство шпунтового ограждения по схемам б) и в) дает возможность уменьшить глубину забивки шпунтин,  обеспечивая  высокую устойчивость стен.

Защита котлована.

  Защита котлована от воды может выполняться замораживанием или другими средствами. При искусственном замораживании по периметру котлована в грунте устанавливаются замораживающие колонки, диаметром  100-150мм. Внутри  колонок циркулирует охлаждающий раствор (обычно CaCl2). Охлаждающий раствор отнимает тепло у окружающего грунта и замораживает его. Стенки из замороженного грунта воспринимают давление воды и грунта и препятствуют поступлению воды в котлован.

  Искусственное замораживание принимают при устрайстве котлованов в водонасыщенных грунтах, содержащих валуны, гравий и др. включения,  препятствующие погружению шпунта.

Осушение котлованов.

  Осушение котлованов осуществляется с помощью:

а) открытого водоотлива;

б) глубинного водоотлива;

в) электроосушения грунта.

 Открытый водоотлив осуществляется следующим образом. На дне котлована устраивают приемные колодцы (зумперы) глубиной 0,5 – 0,7м, которые засыпают крупнозернистым песком и гравием; а также систему канавок глубиной 0,3 – 0,6м с уклоном к колодцу. Из приемных колодцев вода откачивается насосами. Откачивать воду прямо из котлована запрещается, так  как в результате возникающего гидродинамического давления происходит разуплотнение дна котлована.

  Глубинный водоотлив наиболее эффективен. При глубинном водоотливе по контуру будущего котлована устраивают скважины, которые имеют фильтры. Скважины закрепляются ниже дна котлована на 3-7м и из них откачивают воду. При откачки воды УГВ понижается по депресионной кривой ниже дна котлована, земляные работы и устройство фундамента выполняется в сухом котловане. Так как вода поступает в скважины ниже дна котлована, возникающее при движении воды гидродинамическое давление уплотняет грунты дна котлована и откосов.

  Откачка воды из скважин производится при помощи    иглофильтровых установок и колодцев с глубинными насосами.

  Электроосушение грунта производится в грунтах, имеющих коэффициент фильтрации менее 1*10-4 см/сек. По периметру котлована на расстоянии 1,5 – 2м располагаются иглофильтры, а между иглофильтрами и бровкой котлована на глубину погружения иглофильтров опускаются металлические стержни (трубы диаметром 38мм) в шахматном порядке по отношению к иглофильтрам. Все стержни присоединяются к положительному полюсу источника тока, а коллектор иглофильтров - к отрицательному. Под воздействием электрического тока  порова вода переходит в свободную воду, которая перемещается от аноду к катоду и откачивается иглофильтрами. Перемещение воды происходит в пределах всего осушаемого массива. Этот способ называется электроосмотическим водопонижением. На 1м3 осушаемого грунта нужно 5-40квт.час электроэнергии.

3.Строительство фундаментов на местности покрытой водой.

  Строительство фундаментов на местности, которая покрыта водой, тяжелее, чем на суходоле.

  К основным особенностям производства работ на местности,  покрытой водой относятся:

  •  особенные способы разбивочных работ;
  •  необходимость иметь специальные средства и сооружения для устройства ограждений, для доставки к каждому фундаменту материалов, механизмов, рабочих;
  •  применение специальных конструкций для ограждения котлованов и фундаментов от внешней воды в период строительства;
  •  использование методов подводной разработки грунта и подводного бетонирования.

    Строительство фундаментов и опор мостов может производится зимой, когда ледяной покров будет служить временным настилом для транспортировки материалов и пр. В летнее время при небольшой глубине воды устраиваются временные мостики на сваях, или ряжевых опорах.   При значительной глубине воды рациональнееоказываются временные мостики на понтонах. На судоходных реках строительство ведется с плавучих средств.

Ограждение котлованов.

Перемычки

  Для ограждения места постройки фундамента на водотоках от поверхностных вод используют специальные временные сооружения – перемычки.

  Конструкции перемычек разнообразные. Область применения перемычек зависит от глубины водотока и скорости течения воды, а также от размеров котлована и его глубины.

  В дорожном строительстве наиболее распространены:

- грунтовые перемычки;

- однорядные и двухрядные деревянные шпунтовые перемычки с грунтовым заполнением;

- однорядные перемычки из металлического шпунта;

- ряжевыее перемычки из деревянных брусьев и другие.

Грунтовые перемычки

  Принимаются при скорости течи воды менее 1 м/сек.. При больших скоростях наружные откосы закрепляются мощением.

  Грунтовые перемычки устраивают из глинистых и песчаных  грунтов (рис.1 ).  При  проектировании таких перемычек прозводят расчеты устойчивости откосов, грунтов основания и фильтрационные расчеты.

Рис.1

 Недостатки их :

  •  легкая размываемость откосов; 
  •  большой объем привозного грунта;
  •  значительная степень стеснения  русла реки.

Однорядные деревянные шпунтовые перемычки

                        

                     

Рис.2

Двухрядные деревянные шпунтовые перемычки с грунтовым заполнением.

Однорядные и двухрядные (рис.3) шпунтовые перемычки устраиваются когда скорость течения воды превышает 1м/сек., глубина воды 3-5 м и отсутствует пригодный грунт для грунтовых перемычек.

Рис.3

 Грунтовая засыпка уменьшает водопроницаемость деревянной  шпунтовой стенки, а внутренний шпунтовый ряд служит ограждением котлована ниже дна водоема. Две шпунтовые стенки соединяется между собой системой растяжек и распорок. Расчет шпунтовых стенок прозводится как гибких подпорных стен.

Перемычки из металлического шпунта.

  Перемычки устраиваются однорядными, так как обладают высокой водонепроницаемостью (рис.4). Глубина воды – до 12м. После возведення фундамента металлический шпунт извлекается и может быть использоваться несколько раз.

                                      

Рис.4

Разработка грунта и бетонирование фундамента.

  В тех случаях, когда земляные работы ведутся в котловане, огражденном перемычками и при водоотливе, производство работ аналогично производству работ по возведенню фундаменту на суше, в иных случаях используется подводная разработка грунта и подводное бетонирование.

Подводная разработка грунта

  При постройке фундаментов опор мостов котлованы имеют сравнительно небольшие размеры в плане и работы ведутся, как правило, с применением креплений стен котлована. В таких условиях для подводной разработки грунта принимают грейферы, гидроэлеватори, эрлифты.

  Грейферные ковши могут  подвешиваться к стрелам экскаваторов и кранов различных конструкций. Грейферами двух и многолопастными могут разрабатываться любые грунты.

  Для разработки более прочного грунта применяют ковши с зубьями.

  Разработку несвязных, малосвязных супесей и илистых грунтов выполняют гидроэлеваторами и эрлифтами. Разработка суглинков и глин гидроэлеваторами и эрлифтами возможна при предварительном разжижении этих грунтов с помощью подмывных труб.

  Принцип работы иідроэлеватора (рис.5): напорная струя воды,  выходя из насадки (1) с большой сскоростью, создает в камере (2) вакуум, под действием которого по всасывающей трубе (3) в камеру смешения поступает пульпа. Далее пульпа идет в диффузор (4) и наверх.

Рис.5

   Эрлифт работает (рис.6) при помощи сжатого воздуха, нагнетаемого в камеру (6) компрессором. Воздух, который выходит через отверстие в пульповоде,  смешивается с водой и пульпой, благодаря чему удельный вес смеси становится меньше удельного веса воды. Создается разность давлений, под действием которой смесь воздуха с водой поднимается вверх, засасывая грунт. Хорошо работает при большой глубине воды.

                                                    

Рис.6

Подводное бетонирование

 Производится в огражденном  котловане. Чаще всего подводным способом бетонируется только нижняя часть фундамента (подушка). Затем производится водоотлив и остальная часть бетона укладывается насухо.

  Лучший и наиболее распространенный метод подводного бетонирования – метод ВПТ – вертикально перемещающейся труыа (рис.7).

  В котловане устанавливается одна или несколько металлических труб диаметром 200-300 с воронкой. Пробка нужна при начале бетонирования для предотвращения вымывания цемента из бетона. Бетонирование производится путем строго вертикального подъема трубы и непереривной подачи бетона в трубу. Конец трубы всегда должен находиться в бетоне на глубине 0,8 -1,5м.

Рис.7

1 – бетонолитна труба;

2 – воронка;

3 – подводный бетон;

4 – пробка из мешковины;

5 – двухстворчатый клапан.

 

 

Тема:  ИСКУССТВЕННЫЕ ОСНОВАНИЯ

Вопрос:

  1.  Общие положения.
  2.  Методы укрепления грунтов.

  1.  Общие положения

  При строительстве на сильносжимаемых и малопрочных грунтах, когда устройство фундаментов мелкого заложения на естественной основании становится нерациональным, производят или  укрепление этих грунтов, или применяют фундаменты глубокого заложения. Вопрос о том, какому варианту отдать предпочтение решается на основе сравнения технико – экономических показателей.

  Существуют много способов укрепления грунтов. Выбор способа укрепления также производится путем сравнениям вариантов по технико – экономическим показателям с учетом области применения каждого метода.

  Искусственное уплотнение грунтов широко применяется в основаниях фундаментов различных промышленных, гражданских, гидротехнических и других сооружений, а также при возведении насыпей железных и автомобильных дорог, при строительстве аэродромов.

  

  1.  Методы укрепления почв.

 Общие сведения

  Существующие методы упрочнения грунтов можно разделить на три группы: механические, физические, химические.

 К механическим относятся: трамбование и виброуплотнение  грунтов, замена грунтов основания более прочными грунтами, глубинное уплотнение  грунтовыми и песчаными сваями, применение шпунтовых ограждений.

  К физическим относятся: уплотнение грунтов при помощи понижения УГВ (уровня грунтовых вод) и вертикальный дренаж основания.

  К химическим относятся: цементация, силикатизация, смолизация, битумизация, а также электрохимическое и термическое закрепление грунтов.

  Увеличить прочность и уменьшить сжимаемость грунтов можно либо за счет уменьшения пористости грунтов, либо путем увеличения сцепления между частицами скелета грунта .

  Уменьшение пористости достигается чаще всего механическими методами: трамбованием, виброуплотнением и пр.

  Увеличение сцепления между частицами скелета  создается химическими методами или термообработкой.

  Для упрочнения водонасыщенных грунтов применяется водопонижение и дренаж.

. Механические методы

Поверхностное уплотнение грунтов.

  Поверхностное уплотнение грунтов применяют при уплотнении маловлажных и влажных почв из  степенью водонасыщения Sr ‹ 0,7.

  •  Уплотнение на глубину 0,1 – 0,35м осуществляется гладкими и кулачковыми катками, легкими трамбовками.
  •  Для уплотнения на глубину 0,5 – 0,7м  рыхлых грунтов, песчаных и крупнообломочных применяют виброплиты и виброкатки.
  •  Если нужно уплотнение на большую глубину применяют трамбование тяжелыми трамбовками, которые подвешены к крану на базе экскаватора, трактора или копра.

  Трамбовка весом 2 – 4т, которую бросают из высоты 4-5м, дает уплотнение на 1,5 – 2,2 м.

  Трамбовки весом 5–7т, которые сбрасывают из высоты 6 – 8м, дают уплотнение до 3,5м.

  Следует учитывать, что при трамбовании плотность грунта значительно увеличивается в верхних слоях и уменьшается с глубиной. Достаточно уплотненной считается толща грунта, у подошвы которой плотность равна проектной.

  Величина понижения основания от одного удара называется отказом при уплотнении трамбованием:

  Для глинистых грунтов – 1...2 см, для песков – 0,5 – 1см.

  Общая осадка – 40 – 60см.

  Уплотнение следует выполнять при оптимальной влажности грунта.

  Оптимальная влажность глинистых грунтов

Wопт = Wр + (1..3%),          (1)

Если влажность менее оптимальнойпроизводится доувлажнение.   Требуемое количество воды:

,          (2)

где W – естественная влажность;

       Wопт – оптимальная влажность;

        hуп   – толщина слоя уплотнения;

         F – площадь зоны, которая плотнится;

hупл = к*d

где d – диаметр трамбовки;

        к = 1,55 для песка;

       к = 1,45 – для суглинка.

  Трамбование выполняется через 12 – 24 часа после проникания воды в грунт.

  Для контрольного определения толщины уплотненного слоя отрывается шурф, из которого через 0,25м отбираются монолиты (образцы).

Устройство песчаных подушек.

 Песчаные подушки широко используются для замены сильно сжимаемых грунтов в основании фундаментов и в качестве подготовки искусственного основания на водонасыщенных глинистых грунтах.

  Песчаные подушки применяются в следующих целях:

  1.  Для уменьшения осадки фундаментов сооружений, если Епесч.подушки > чем Еупл.грунта. Модуль деформаций песчаной подушки 1,2..2,0кПа.
  2.  Для увеличения устойчивости фундаментов, если прчностные характеристики (С,  )песчаной подушки больше, чем у грунтов основания.
  3.  Для более равномерной осадки соседних фундаментов за счет перераспределения напряжений на лежащие под подушкой грунты.
  4.  Для уменьшения глубины заложения фундаментов.
  5.  Для замены пучинистых грунтов.
  6.  Для укрепления глинистых водонасыщенных грунтов, залегающих ниже песчаной подушки, за счет дренирования воды в песчаную подушку.

  Толщина подушек от 0,5м до 6м из среднего и крупного песка.

  Минимальная толщина песчаной подушки определяется из условия, чтобы осадка песчаной подушки и нижележащих грунтов была бы меньше предельно допустимой для данного сооружения.

  Методы возведення песчаных подушек должны обеспечить максимальную плотность песка в теле подушки.

Глубинное уплотнение грунтов.  

  Сущность глубинного уплотнения заключается в том, что в грунт основания на определеннуюглубину внедряется уплотнитель. При этом происходит уменьшение объема порового пространства вокруг уплотнителя на величину, равную объему уплотнителя, погруженного в грунт.

  Глубинное уплотнение  производится путем устрорйства свай.

  Рациональные сваи:

  •  грунтовые сваи – в макропористых просадочных грунтах ;
  •   песчаные – в водонасыщенных глинистых грунтах, рыхлых песках и заторфованих грунтах;
  •  известковые, шлаковые – в водонасыщенных глинистых грунтах.

  Грунтовые сваи устраивают двумя способами:

  1.  в грунт погружают пустотелую трубу с закрытым концом. Затем трубу вытаскивают и полученную скважину заполняют уплотненным грунтом;
  2.  в грунт опускают удлиненный заряд взрывчатого вещества (ВВ), который после взрыва уплотняет грунт. Воронки также заполняют уплотненным грунтом.

  Песчаные сваи применяют для глубинного уплотнения сильно сжимаемых грунтов.

  Вибратором или молотом  в грунт внедряется инвентарная стальна труба с открывающимся нижним концом. На конец надето кольцо. Затем в трубу засыпается песок и труба медленно при  вибрировании вынимается, получается свая.

  Глубина уплотнения до 18м.

. Физические методы.

Используются для уплотнения водонасыщенных глинистых грунтов.

  Одном из методов искусственного улучшения оснований является предварительное обжатие грунтов давлением, равным или большим чем давление от фундаментов сооружения.

  Осуществляется либо пригрузкой в виде насыпи, либо понижением уровня грунтовых вод в водонасыщенных грунтах.

 Сложность при уплотнении насыпью или пригрузкой с водоснижением заключается  в том, что при отсыпке высоких насыпей грунт может выпирать  на поверхность, так как водонасыщенный грунт  слабо сопротивляется сдвигу.   Предотвращение – ускорение консолидации грунтов с помощью дрен.

  1.  Вертикальные дрены. Ускорение процесса консолидации и уплотнения глинистых грунтов производится с помощью вертикальных дрен. В толще уплотненного грунта делаются вертикальные песчаные дрены, при помощи опускания обсадной трубы с последующим заполнением песком. В отличии от песчаных свай стремятся, чтобы грунт у дрен не плотнялся вокруг них. Глубина уплотнения до 25м, сверху устраивается песчаная подушка.
  2.  При необходимости обжатия грунта в пределах большей площади в водонасыщенных грунтах используют обжатие грунта понижением уровня грунтовых вод. Площадь окружается иглофильтрами или колодцами, из которых откачивают воду. Преимущество – можно обжать слои грунта на глубину до 35м.
  3.  Электроосмос. Повышение проникаемости грунтов. При пропускании через глинистый грунт постоянного тока в грунте  происходит перемещение воды к катоду. Катодом является иглофильтр, через который откачивают воду.

. Химические методы.

    Это методы, при которых повышение прочности и уменьшение сжимаемости грунта происходит за счет увеличения сцепления между частицами. Это термический способ, силикатизация, цементация, глинизация и др.

Термической способ.

  Применяется для маловлажных глинистых грунтов, имеющих высокую проницательность (кф > i* 10-5 м/сек.) обычно при просадочных макропористых грунтах.

  В пробуренные скважины подается горячий воздух, создается высокая температура 300 - 400º и более до 900º. Скважины герметически закрываются. Происходит спекание частиц между собой.

Силикатизация

  Применяется для закрепления сухих и водонасыщенных песков, просадочных мокропористих грунтов и некоторых видов насыпных грунтов.

  В грунт на глубину до 15 м погружаются перфорированные  трубки диаметром 19 – 38мм. В грунт под давлением 15 атм нагнетается силикат натрия (жидкое стекло), который цементирует поровое пространство в грунте и значительно повышает прочность связей между частицями (это однорастворный состав), или двухрастворный состав, добавляют вначале Na2O · n SiO2, а затем CaCl2 ( хлорид кальция ускоряет процесс).

  Недостаток – высокая стоимость растворов.

Цементация.

  Для закрепления скальных обломочных отложений галечникових и песков, а также карстовых полостей. Сквозь инъекторы нагнетается цементный раствор: из цемента и воды (В/ц = 0.4 – 10).

Укрепление карбомидными смолами.

    Применяют для получения очень высоких  значений прочности песков. Карбомидные  смолы также нагнетаются по инъекторам.

Глинизация и битумизация.

  Укрепление суспензией  бентонитовой глины с содержанием монтмориллонита   не меньше 60% . Нагнетается состав через инъекторы.

  Применяется для уменьшения водопроницаемости трещиноватых скальных грунтов.

  Битумизацияприменяется, когда вследствии высоких скоростей течения грунтовых вод (100 м/сутки и больше) или их агрессивности невозможно произвести цементацию.

← Предыдущая
Страница 1
Следующая →

Файл

ОіФ Конспект рус.doc

ОіФ Конспект рус.doc
Размер: 715.5 Кб

.

Пожаловаться на материал

Основные понятия и определения. Классификация оснований и фундаментов. Глубина заложения фундаментов. Нормативные положения. Выбор рационального типа фундамента.  Предельные состояния оснований. Общие положения расчетов.

У нас самая большая информационная база в рунете, поэтому Вы всегда можете найти походите запросы

Искать ещё по теме...

Похожие материалы:

Между мировыми войнами 1918-1939 гг 20 века

Первая мировая война имела для Великобритании двоякое значение. С одной стороны, она победила своего главного конкурента на мировой арене — Германию, захватила большую часть ее колониальных владений, обеспечила себе немалую часть германских репараций.

Фармакологія. Тест з відповідями

Загальна лікарська підготовка. Тести. Відповіді.

Вопросы для квалификационного экзамена по профессии «Проводник пассажирского вагона»

Понятие и виды освобождения от уголовной ответственности

В УК РФ нормы, посвященные освобождению от уголовной ответственности, выделены в самостоятельную главу. Классификация оснований освобождения от уголовной ответственности. Освобождение от уголовной ответственности в связи: с деятельным раскаянием; с примирением с потерпевшим; с изменением обстановки; с истечением сроков давности. Освобождение от уголовной ответственности актом об амнистии и несовершеннолетних.

Какую работу надо совершить, чтобы перенести заряд из центра полукольца в бесконечность

Задача. Физика. Решение. Тонкий стержень согнут в полукольцо. Стержень заряжен с линейной плотностью.

Сохранить?

Пропустить...

Введите код

Ok