Коэффициент пористости – отношение объема пор к объему скелета грунта:

е=((γ_S- γ_d)/ γ_d)=n*(100-n).

По нему судят о несущей способности грунта и о его строительных свойствах:

e<0,65—плотный грунт

e>1—очень слабые

2. Характеристики физического состояния грунтов.

Для песчаных грунтов:

Полная молекулярная влагоемкость – это влажность песка, при которой все поры заполнены водой:

W_SAT=(e∙γ_W)/γ_S, где γ_W=10 кН/м³

Степень влажности (индекс влаж-ности, коэффициент водонасы-щения) – отношение естественной влажности к полной влагоемкости:

S_r=W/W_SAT.

• S_r <0,5—маловлажные пески

• 0,5< S_r <0,8—влажные

• 0,8>S_r>1—насыщенные (влагонасыщенные) пески

Степень плотности сложения:

I_d=(e_max-e)/(e_max-e_min)=0…1, где:

е – коэффициент пористости грунта, состояние по плотности сложения которого мы определяем;

e_max – коэффициент пористости в предельно рыхлом состоянии;

e_min – коэффициент пористости в предельно плотном состоянии.

Грунты подразделяют на:

• I_d <1/3— рыхлые

• 1/3< I_d <2/3— средней плотности

• 2/3> I_d >1— плотные

Для глинистых грунтов:

Пластичность – способность его деформироваться под воздействием внешнего давления без разрыва сплошности масс и сохранять принятую форму после приложения усилия.

Предел раскатывания (W_P) – влажность нижнего предела пластичности, т.е. та влажность, при которой грунт переходит из пластичного состояния в твердое и наоборот.

Предел текучести (W_L) – влажность верхнего предела пластичности, т.е. влажность, при которой грунт переходит из пластичного состояния в текучее и наоборот.

Число пластичности: J_P=W_L-W_P; супесь (1…7), суглинок (7…17), глина (17…)

Консистенция глинистых грунтов определяется показателем текучести: J_L=(W-W_P)/(W_L-W_P),

характеризующим состояние грунта: твердое(<0), пластичное (0…1)((0—0,25)—полутвердое,(0,25—0,5)—тугопластичное,(0,5—0,75)—мягкопластичное,(0,75—1)—текучепластичное), текучее(>1).

3.Скелет грунта. Упрощенная строительная классификация.

Скелет – твердая фаза грунта характеризующаяся, в первую очередь, содержанием и соотношением частиц по крупности, т.е. гранулометрическим составом.

Определенный интервал крупности грунтовых частиц называется фракцией. Дисперсность—степень раздробления вещества на части. Процентное содержание фракций в грунте определяет его гранулометрический состав (методы определения грануло-метрического состава: ситовой, метод профессора Собина). По крупности частицы делятся на крупнообломочные (валуны и глыбы, галька и щебень, гравий и дресва), песчаные (крупные, средней крупности, мелкие), пылеватые (крупные, мелкие) и глинистые. Упрощенная строи-тельная классификация грунтов: глины, суглинки, супеси, пески (по содержанию глинистых частиц в % от массы сухого грунта).

4. Основные различия грунтов класса глин и песков.

Различия обусловлены, главным образом, отношением этих грунтов к воде.

1. Влажность глин изменяется в очень широких пределах (от 3 до 600%). Песчаные грунты имеют влажность от 0 до 40 %.

2. По мере увеличения влажности глинистые грунты могут находится в трех состояниях: твердое, пластичное, текучее. Свойства глинистого грунта с увеличением влажности изменяются плавно. Песчаные грунты могут находиться только в сыпучем и текучем состоянии.

3. По мере высыхания глинистый грунт уменьшается в объеме и трескается (дает усадку). Песчаный грунт не меняет своего объема. Возможны лишь небольшие отклонения.

4. Влажные глинистые грунты под действием статической нагрузки дают значительные осадки, а песчаные сжимаются меньше.

5. Сильно влажные глинистые грунты под нагрузкой дают медленно затухающую осадку во времени. У песчаных грунтов осадка во времени затухает быстро. В глинистых грунтах существует «вековая осадка»

6. Песчаные грунты водопрони-цаемы во всех состояниях, а глинистые – почти непроницаемы в твердом и пластичном состояниях (пески – дренажи, глина – водоупор).

5. Поверхностная активность скелета грунта.

Удельной поверхностью грунта назовем суммарную поверхность всех частиц (S_уд) в 1 см грунта. Дисперсные тела называются поверхностно-активными или коллоидными, если поверхностные силы оказывают большое влияние на их свойства. Когда твердая фаза больше жидкой – золь (коллоидный раствор или текучее состояние), если преобладает жидкая фаза – это гель (пластичное состояние).

Поверхностная активность скелета грунта зависит от удельной площади поверхности скелета грунта.

Поры между частицами скелета грунта заполнены водой, нередко совместно с воздухом. Вода покрывает частицы грунта, а воздух присутствует в виде пузырьков большего или меньшего размера. В пограничном слое между твердой и жидкой фазами развиваются физико-химические поверхностные процесс-сы, которые оказывают существен-ное влияние на свойства мелко-дисперсных грунтов, их сжима-емость, устойчивость, формирование грунтовой структуры. Интенсив-ность поверхностных процессов для разных грунтов различная и зависит от площади граничной поверхности, минерального состава грунтовых частиц, химического состава водяных растворах в порах грунта. Чем мельче частица грунта, тем большего удельная площадь поверхности и тем выше физико-механическая активность грунта.

6. Виды воды и их движение в грунтах. Электроосмос и его применение.

Различают следующие виды воды: молекулярно связная вода (гигроскопическая или адсорб-ционная – прочно связная вода; пленочная – рыхло связная вода); гравитационная (капиллярная и свободная); водяной пар, лед.

Виды движения воды: фильтрация – гравитационное перемещение больших масс воды под влиянием сил тяжести; миграция – перемещение воды под действием других, кроме гравитационных сил – электроосмос, давление паров, замерзание.

Электроосмос(от минуса к плюсу) представляет собой движение под действием электрического поля частиц пленочной воды диффузионного слоя (от анода к катоду). Искусственный электроосмос используется в строительстве для осушения, закрепления и уплотнения глинистых грунтов.

7. Влияние различных категорий воды на строительные свойства грунтов.

Свободная вода ухудшает свойства глинистых грунтов. Для тонкодисперсных грунтов вода является активным фактором фор-мирования ряда их существенных свойств: пластичность, водно-коллоидная связность, вязкость, липкость, водонепроницаемость.

Чем больше в грунте связной воды, тем меньше его водопроницаемость, тем медленнее происходит процесс уплотнения под нагрузкой. Водонепроницаемость (слабая водопроницаемость) наблюдается при малых размерах пор и при наличии связности, сцепления. Водонепроницаемость зависит от градиента напора.

Прочносвязанная вода обладает значительной вязкостью, упругостью и прочностью на сдвиг.

Тиксотропность – свойство грунта разжижаться при динамических воздействиях и загустевать после их прекращения.

8. Молекулярно-связная вода в грунтах. Консолидация и ускоренная консолидация. Эффективное и нейтральное давления в водонасыщенных грунтах.

Молекулярно связную воду принято разделять на гигроскопичную (прочносвязанную) и пленочную (рыхлосвязанную). Прочносвязанная вода обладает значительной вязкостью, упругостью и прочностью на сдвиг. За пределами слоев прочносвязанной располагаются слои рыхлосвязанной воды, которые образуются также за счет сил молекулярного взаимодействия, но уже значительно ослабленных. Большое влияние на свойства грунтов оказывает толщина пленок связной воды. Чем больше в грунте связной воды, тем меньше его водопроницаемость, тем медленнее происходит процесс уплотнения под нагрузкой. Чем больше в грунте связной воды, тем меньше его водопроницаемость, тем медленнее происходит процесс уплотнения под нагрузкой.

Процесс постепенной передачи внешнего давления с воды на скелет при постепенном уплотнении грунта (и его спрессовывании) называется консолидацией.

Ускоренная консолидация возникает за счет дренирования грунта.

Нейтральное давление (Р_W) на воду не создает эффекта трения, давление, воспринимаемое водой, они не уплотняют и не упрочняют грунт, а соз­дают лишь напор в воде, вызывающий ее фильтрацию,

эффективное давление (Р_Z) создает эффективное трение между частицами, повышает сопротивление грунта срезу, это часть полного давления, воспринимаемая минеральным скелетом грунта, они эффективно действ. на грунтовые частицы, уплотняя и упрочняя грунт.

Для любого момента времени в полностью водонасыщенной грун­товой массе имеет место соотношение p = p_z + p_w, т. е. полное давление равно сумме эффективного и нейтрального дав­лений. С изменением одного из слагаемых (при постоянном внешнем давлении р) меняется и другое слагаемое.

9. Взвешивающее действие воды и влияние на размеры фундамента.

Если грунт находится в естественном состоянии ниже уровня грунтовых вод, то на него будут действовать взвешивающее действие воды (з-н Архимеда)

γ_sb=(γ_s- γ_w) /(1+e).

При устройстве подземных частей зданий, глубоких фундаментов и в некоторых других случаях необходимо учитывать, что на устойчивость грунтов оказывают воздействие подземные воды, находящиеся выше, а иногда, при наличии напора, ниже дна котлована (возможно проникновение воды в подвал здания через полы). При этом большое значение имеют напорные воды, прорыв которых в котлованы и траншеи возможен через их дно.

При учете взвешивающего давления воды следует различать два рода сооружений:

а) сооружения, фундаменты и конструкции которых опущены ниже горизонта воды, располагающейся по сторонам сооружения одинаково; в этом случае на подошву фундамента передается равномерное давление воды в статическом состоянии (гидростатическое);

б) сооружения, в которых уровень воды по бокам сооружения или фундамента располагается на разных отметках (напорные); в этом случае давление воды на подошву оказывается неравномерным, и поскольку разность напоров обусловливает фильтрационное движение, явление будет гидродинамическим.

10. Газообразная фаза грунтов и её влияние на строительные свойства грунтов.

Наряду с водой в грунте может находиться газ в различных состояниях: свободный, сообщающийся с атмосферным воздухом; адсорбционный в виде пузырьков вокруг минеральных частиц; защемленный, который не сообщается с атмосферой и находится в порах органических или глинистых грунтов. В торфах и заторфованных грунтах может содержаться порядка 10-20% защемленного газа, который сильно влияет на сжимаемость грунтов, проявляясь виде упругих деформаций. Доказано, что содержание всего 5% газа от объема пор уменьшает передачу нагрузки на подземную воду в 5 раз. Наличие газа в грунте снижает его сопротивляемость сдвигу. Присутствие сероводорода или метана в грунтах может явиться препятствием при устройстве глубоких и узких котлованов или траншей. В них не должно быть рабочих, а выемку грунта нужно вести механизмами.

Газообразной составляющей грунта может являться воздух, метан, сероводород или другой газ, а также их смесь и водяной пар. При уменьшении давления в грунте и повышении его температуры увеличивается число и объем пузырьков защемленного газа. Это происходит в результате понижения уровня подземных вод, рытья котлованов, извлечения образцов грунта из скважин. При увеличении давления на грунт происходят обратные явления, приводящие к изменению напряженного состояния и объема грунта, его деформационных и прочностных свойств. Даже при небольшом содержании газа существенно изменяется характер передачи давления водонасыщенному грунту: имеет место мгновенное восприятие части давления его скелетом. Грунты приобретают упругие свойства. При динамических воздействиях скорость распространения колебаний существенно снижается. Особенно сильно погашаются колебения в грунтах, содержащих незащемленный газ.

11. Структура и текстура грунтов, их влияние на строительные свойства грунтов.

Грунты являются дисперсными системами. От степени раздробления (дисперсности) зависит гранулометрический состав грунта. Грунты являются трехфазными системами (твердая, жидкая, газообразная), иногда двухфазными. Твердую фазу формируют минеральные и органические вещества. Структура грунтов характеризуется закономерностями сложения грунтовых частиц и связей между ними. Основными видами сложений (типами структур) являются: зернистое (пески), хлопьевидное (глина, ил), сотообразное, каркасное.

Под текстурой понимают неодно-родность строения в пределах грунтовой толщи. Различают текстуру: слоистую (ленточную), слитную, ячеистую, порфировую (для моренных и глинистых). Виды связностей (связность – свойство, характеризующее связь между грунтовыми частицами):

водно-коллоидная – обусловлена тонкими пленками воды, эта связность легко нарушается при встряхивании или динамических нагрузках, но легко восстанавливается при прекращении динамических воздействий; характерна для молодых глинистых грунтов четвертичного отложения;

кристаллизационная - обусловлена связями за счет природного цемента – электролиты; характерна для древних четвертичных отложений; при нарушении структуры связи нарушаются, в последующим полностью не восстанавливаются.

12. Определение вида грунта по грансоставу и пластичности.

По гранулометрическому составу грунты делятся на: крупно-обломочные, песчаные, пылеватые и глинистые в зависимости от размера грунтовы частиц. Крупнообломочные (несцементиро-ванные обломочные) грунты содержат более 50 % по массе обломков размерами свыше 2 мм, песчаные (сыпучие в сухом состоянии грунты ) грунты содержат менее 50 % по массе частиц крупнее 2 мм, глинистые (связные, обладают свойством пластичности (можно раскатать)) грунты содержат частиц мельче 0,005 мм свыше 3 %. По числу пластичности классифициру-ются глинистые грунты на супеси (1..7), суглинки (7..17) и глины (17…). Пески классифицируются по плотности сложения на гравелистые (крупные, средней крупности), мелкие, пылеватые. Состояние глинистых грунтов определяется по показателю текучести и, например, для глин и суглинков бывает: твердое, полутвердое, тугопластичное, мягкопластичное, текучепластичное, текучее.

13. Консистенция связных грунтов.

Консистенция (густота) связных грунтов изменяется в зависимости от их влажности. Различают грунты твердой, пластичной и текучей консистенции. Грунт текучей консистенции ведет себя как жидкость и почти не оказывает сопротивления сдвигу. Под пластичностью грунта понимают свойство его при деформировании сохранять сплошность и не изменять объем. Грунт пластичной консистенции деформируется под нагрузкой без образования трещин. Грунт твердой консистенции при превышении нагрузкой некоторого предела деформируется с образованием трещин.

Предел раскатывания (W_P) – влажность нижнего предела пластичности, т.е. та влажность, при которой грунт переходит из пластичного состояния в твердое и наоборот.

Предел текучести (W_L) – влажность верхнего предела пластичности, т.е. влажность, при которой грунт переходит из пластичного состояния в текучее и наоборот.

Число пластичности: J_P=W_L-W_P; супесь (1…7), суглинок (7…17), глина (17…)

Консистенция глинистых грунтов определяется показателем текучести:

J_L=(W-W_P)/(W_L-W_P),

который характеризует состояние грунта: твердое(<0), пластичное (0…1), текучее (>1).

Состояние глинистых грунтов для глин и суглинков бывает: твердое, полутвердое, тугопластичное, мягкопластичное, текучепластичное, текучее. Для супесей – твердое, пластичное, текучее.

14. Основные закономерности механики грунтов.

В МГ действуют 3 основных зависимости (закономерности):

1. Зависимость между давлением и изменением коэффициента порис-тости (компрессионная зависимость) – закон сжимаемости грунта; эта зависимость позволяет определить деформативные характеристики грунтов (модуль деформации) и использовать их в расчете осадок фундамента.

2. Зависимость между напором и скоростью фильтрации воды в грунте – закон ламинарной фильтрации Дарси; закон позволяет находить фильтрационные характеристики грунтов (коэффициент фильтрации) и затем их использовать для определения скорости протекания осадок во времени в водонасыщенных грунтах; для определения фильтрационных сил, для различных фильтрационных расчетов.

3. Зависимость между давлением и предельным сопротивлением грунтов сдвигу – закон трения сыпучих тел – закон Кулона; эта зависимость позволяет находить прочностные характеристики грунтов (угол внутреннего трения и сцепление) и использовать их для нахождения расчетного и предельного давления на ограждение; эти характеристики дают возможность рассчитать устойчивость откосов и оснований земляных сооружений.

15. Компрессионная зависимость.

К омпрессионная кривая – это представленная в виде графика зависимость коэффициента пористости от сжимающей нагрузки е(Р). Для оценки сжимаемости грунтов в диапазоне реальных (строительных) нагрузок можно заменить компрессионную кривую прямой линией.

Компрессионная зависимость: бесконечно малому изменению внешнего давления соответствует бесконечно малая изменяемость коэффициента пористости.

m_v=m₀/(1+e₁) коэф. отн. сжимаемости

E=β/m_v модуль деформации

16. Сжимаемость грунтов. Определение модуля общей деформации. Влияние водопроницаемости на скорость сжатия грунта.

Отличительным свойством грунтов как дисперсных тел является их значительная сжимаемость при уплотняющей нагрузке, высыхании и др. Сжимаемость грунтов характеризуется их уплотнением за счет уменьшения объема пор в процессе перегруппировки твердых частиц. Сжимаемость определяется коэффициентом сжимаемости:

С_С=m₀=(е₁-е₂)/(Р₂-Р₁),

где е₁ и е₂ – коэффициенты пористости до и после испытания;

Р₂-Р₁ – приложенная в процессе испытания нагрузка.

Модуль общей деформации, учитывающий как упругие, так и остаточные деформации грунта, может быть получен по данным его испытаний в компрессионном приборе. Модуль деформации используется для определения конечных осадок сооружений.

Чем больше в грунте связной воды, тем меньше его водопроницаемость, тем медленнее происходит процесс уплотнения под нагрузкой.

17. Испытания грунтов полевой пробной нагрузкой в полевых условиях штампами.

Полевые испытания пробной стати-ческой нагрузкой используются для определения как деформационных, так и прочностных характеристик в тех случаях, когда оказывается трудно или даже невозможно ото-брать образцы грунта без нарушения их природного состояния. Кроме того, полевые испытания являются основным методом исследования трещиноватых скальных грунтов

И спользуют специальную установку, представляющую собой жесткий штамп 1, соединенный с плаформой 2, к которой прикладывается ступенчато возрастающая внешняя нагрузка 3. Диаметр штампа выбирают в зависимости от свойств грунта, для песчаного больше, для глинистого меньше.

По результатам испытаний строят график зависимости осадки от нагрузки. В начале она считается линейной и модуль деформации определяется по формуле:

E=ωd(1-υ²)Δp/Δs

ω- коэф., для кругл. штампов =1;

d – диаметр штампа; υ – коэф. попер. деф.; Δp и Δs приращения давл и осадки

Также определяют коэф. постели-

коэффициент, характеризующий податливость основания, численно равный усилию, которое надо приложить к единице площади основания, чтобы дать ему осадку, равную единице длины.

18. Закон ламинарной фильтрации. Коэффициент фильтрации.

Фильтрацией называется пере-движение гравитационной воды (свободной и капиллярной) через пористую среду – грунт – под влияниием разности напоров. В грунте при этом возникают фильтра-ционные напряжения.

Дарси установил, что объем воды, профильтровавшейся через запол-ненную песком трубку, пропорци-онален площади поперечного сечения, потерям напора и продолжительности фильтрации:

Q=k∙J∙A∙t,

где Q – расход воды, k – коэффициент фильтрации (м/c), J – гидравлический градиент, представляющий потери напора, А – площадь поперечного сечения, t – продолжительность фильтрации.

Коэффициент фильтрации – это скорость фильтрации при гидравлическом градиенте равном 1. Он считается постоянным для данного вида грунта.

19. Фильтрационные свойства грунтов, особенности фильтрации воды в песчаных и глинистых грунтах.

П есчаные грунты сильно подвержены разжижению, особенно пылеватые. Это происходит за счет переукладки зерен, взвешенных в воде. Разжижение бывает поверх-ностным и внутренним. Следо-вательно, рыхлые водонасыщенные песчаные основания, земляные сооружения, подверженные действию фильтрационного потока, необходимо уплотнять до состояния средней плотности, а по возможности – до плотного состояния.

В некоторых плотных глинах фильтрация воды начинается после того, как в процесс включится часть пленочной воды. В связи с этим нижний предел применимости закона Дарси определяется так называемым начальным градиентом J_нач. На рисунке второй график соответствует глинам, первый – пескам. В глинистых грунтах фильтрационный выпор сопровождается отрывом части грунта от его массива.

20. Гидродинамическое давление воды. Примеры отрицательного и положительного его воздействия.

Путь, по которому движутся элементарные объемы воды через грунт, называют линией тока. Если линии тока не линейны или не параллельны друг другу, то наблюдается пространственный (объемный) поток. Движущаяся вода оказывает определенное влияние на грунтовый скелет, а тот в свою очередь замедляет фильтрацию воды. Силы, действующие на скелет, имеют объемный характер, т.к. их происхождение – гравитационное. Они оказывают существенное влияние на разрыхление и уплотнение грунтов, устойчивость оснований и откосов. Фильтрационный выпор грунта в нижнем бьефе гидротехнического сооружения неизменно ведет к авариям. При проектировании гидротехнических сооружений добиваются снижения выходных градиентов до значений, которые значительно меньше критических. В глинистых грунтах фильтрационный выпор сопровождается отрывом части грунта от его массива.

Вода может выносить из основания глинистые и пылеватые частицы – механическая суффозия. Способствует набуханию грунта.

Устраивают вертикальные дрены, понижают уровень грунтовых вод, используют шпунтовые ограждения.

21. Ускоренная консолидация слабых водонасыщенных грунтов.

Ускоренная консолидация возникает за счет дренирования грунта.

Процесс постепенной передачи внешнего давления с грунтовой воды

на скелет с постепенным уплотнением грунта называется консолидацией (сплочение).

Вариант 1. Внешняя нагрузка передается на поровую воду, а после ее отжатия на скелет грунта. Обычно испытывают после консолидации образца.

При неполностью консалидирован-ном испытывают образцы через различные промежутки времени после приложения давления одной и той же степени интенсивности. Влажность должна соответствовать природной. При различной степени уплотнения получают различные сцепления. Для оценки сопротивляемости грунта сдвигу нормальные напряжения уменьшают на давление в поровой воде и принимают равным напряжению в скелете грунта.

Вариант 2. При строительстве автомобильных дорог и других инженерных сооружений на слабых водонасыщенных грунтах часто возникает задача ускорения осадки насыпей, сокращения сроков консолидации слабого грунта в основании. Одним из наиболее известных методов ускорения уплотнения слабого грунта является вертикальное дренирование слабой толщи путем образования под подошвой сооружения вертикальных дренажных скважин для выхода воды, отжимаемой из основания под массой насыпи.

Толщина рабочей платформы может быть снижена в 1,5 раза при укладке под нее геотекстильного полотна сплошным слоем на всю ширину подошвы насыпи. Обсадную трубу в этом случае погружают через текстильную прослойку, для чего на их нижнем конце делается штыковое устройство для прокалывания геотекстильного полотна.

22. Сопротивление грунтов сдвигу; консолидированный и неконсолидированный сдвиг.

Д иаграмма сдвига грунта:

1—полностью неконсолидированного (быстрого)

2—частично консолидированного

3—полностью консолидированного

Сопротивление грунтов сдвигу определяет их прочность и устойчивость в основаниях сооружений и откосах, а также давления на ограждения котлованов. Сопротивление сдвигу по-разному проявляется в песчаных и глинистых грунтах и зависит от характера контактов между частицами, слагающими грунт. Испытание водонасыщенных грунтов в приборах прямого среза без стабилизации деформаций указывают на существенное снижение сопротивления сдвигу нестабилизированных грунтов по сравнению со стабилизированными. При испытаниях (без отвода воды из зоны сдвига) осуществляется неконсолидированный сдвиг. Он характеризуется отсутствием непосредственных контактов между грунтовыми частицами, связь между которыми определяется через пленки связной воды. Силы внутреннего трения при таком сдвиге могут не появляться и график сопротивления сдвигу будет представлен прямой, параллельной горизонтальной оси, т.е. коэффициент внутреннего трения равен удельному сцеплению: τ=с.

По мере консолидации грунта угол внутреннего трения уменьшается. Однако от влажности он изменяется, как правило, в небольших пределах. В большой зависимости от влажности находится удельное сцепление. Это связано с толщиной пленок молекулярно связной воды.

τ=σtgφ+C закон Кулона (гл) сопротивление связных грунтов сдвигу есть функция первой степени нормального напряжения

τ=σtgφ закон Кулона (песок)

φ-угол внутреннего трения

Дилатанция (контракция)– разворот частиц в зоне сдвига и создание распора.

23. Коэффициент бокового давления и расширения.

Коэффициент бокового давления и расширения, а также модуль деформации зависят от вида грунта, от плотности его сложения и влажности (консистенции) глинистого грунта. Коэффициент бокового давления у воды =1, у глинистого грунта текучей консистенции – стремится к 1.

Коэффициент бокового расширения или коэффициент Пуассона определяется как:

μ=ξ/(1+ξ), откуда, коэффициент бокового давления:

ξ=μ/(1 - μ).

24. Взаимосвязь между механическими и физическими характеристиками грунтов.

Механические характеристики грунтов в большинстве случаев находятся через физические, полученные лабораторным путем.

Определение мех. характеристик Е₀, φ и с в ряде случаев затруднено. Т.к. они имеют корреляционную связь с некоторыми хар-ками физ. состояния грунтов, то иногда ограничиваются определением показателей физического состояния, а затем по таблицам СНиП определяют необходимые Е₀, φ и с для каждого однородного слоя грунта.

Составляют также региональные таблицы значений Е₀, φ и с для грунтов данного региона. Чаще всего для песков в зависимости от гранулометрического состава и коэффициента пористости грунта (е), а для пылевато-глинистых – в зависимости от основного наименования грунта, показателя текучести (I_l) и коэф. пористости.

25. Полевые и лабораторные методы испытания грунтов. Роль качества их выполнения.

В полевых и лабораторных испытаниях определяют одни и те же характеристики грунтов, но более достоверными являются полевые. В полевых условиях определяют прочностные и деформативные свойства грунтов (например, работа на сдвиг и т.д.). Можно косвенно определить и влажность.

Один и тот же параметр – модуль деформации, E, определяется с использованием различных методов и устройств, такие как: плоский штамп; винтовой штамп; радиальный и лопастной прессиометры; статический или динамический зонд.

Эталоном считаются испытания плоским штампом площадью 5000 или 10000 см². Результаты других испытаний приводятся к штамповым с использованием коэффициентов перехода.

В лабораторных условиях определяют плотность, влажность, пластичность, коэффициент порис-тости, грансостав, коэффициент фильтрации (ситовой метод, метод парафинирования и режущего кольца.)

26. Определение активной зоны в основании фундамента.

Понятие эквивалентной эпюры было введено Н.А. Цытовичем при замене криволинейной эпюры вертикального давления под центром тяжести подошвы фундамента на треугольную. Такой приём может быть применён с достаточной точностью для инженерной практики при решении задач по осадке фундамента на слоистом (многослойном) основании.

О садку фундамента по методу эквивалентного слоя можно определить из выражения:

S=h_em_vp_o

P₀-доп. давление по подошве фундамента

m_v-коэф. отн. сжимаемости

h_e-толщина эквивалентного слоя

С другой стороны, осадка данного фундамента может быть определена) как произведение площади треугольной эквивалентной эпюры на коэффициент относительной сжимаемости грунта:

s=Hm_vp_o/2

В том и другом выражениях, поскольку левые части равны, то приравниваем их правые части и получаем: H=2h_e

Тогда высота эквивалентной эпюры или величина H – мощность активной зоны, в пределах которой практически деформируется грунт под действием уплотняющих давлений, составит: Н=2h_е.

27. Фазы напряженно-деформированного состояния грунтов.

С уществуют 3 фазы напряженно-деформированного состояния:

1. Фаза уплотнения. В строительном отношении такое состояние грунта будет полезным, так как грунт в этой фазе приобретает более плотную структуру и будет давать меньшие осадки. Работает закон Гука (деформ от давл).

2. Фаза сдвигов. Переходная в пластическое или прогрессирующее в течение, выпирание, просадку или подобные недопустимые деформации основания. (деф-ции-напряжения нелинейны)

3. Фаза выпора. Потеря устойчивости.

Зависимость между давлением и деформациями представлена на рисунке. Области (зоны) локального разрушения грунта развиваются в ширину и в глубину основания, при этом под подошвой фундамента формируется уплотненное ядро в виде клина. В определенный момент времени краевые области разрушения грунта основания смыкаются на глубине и в результате расклинивающего действия уплотненного ядра устанавливается такое состояние, при котором малейшее увеличение нагрузки приводит к потере несущей способности.

28. Критическое и расчетные давления на основание.

Величину первой нагрузки назовем начальной критической нагрузкой, еще совершенно безопасной в основаниях сооруж-ий, т.к. до ее достижения грунт всегда будет находиться в фазе уплотнения.

Рассмотрим действие равн-ой распред-ой нагрузки р на полосе шир.b при наличии боковой нагрузки.q=γh, где γ-плотность грунта, h-глубина заложения наруж.поверх-ти. Верт-е сжимающие напряж.(давление) от собст-го веса гр.при гориз-ой ограничивающей поверхности σ_1гр =γ (h+z), z-глубина расположения рассмат-ой точки ниже плоскости приложения нагрузки. Задача заключается в определении такой величины нагр.нач Ркр, при которой зоны сдвига (зоны придельного равновесия) только зарождается под нагр-ой поверхностью. Т.К.при полосообразной нагрузке касательные напряжения будут наибольшими у краев нагр,то естест-но ожидать в этих местах при возрост-и нарг.зараждение зон равновес-я. Примем условие предельного равнов-я. σ₁- σ₂=2sinφ( ((σ₁+ σ₂)/2+p_e) Найдем главные напряжения с учётом действия собст веса гр.как сплош-ой нагр-и:

σ₁ =(p-γh)*(α+sinα)/π+γ (h+r)

σ₂ =(p-γh)*(α-sinα)/π+γ (h+z).

Подставим выражения σ₁и σ₂ в условие предель-го равнов-я и принимаем во внимание p_e=c ctqφ,получим: (p-γh)*sinα /π - sinφ((p-γh)/π*α+γh+γz)= c ctqφ. Получ выраж. можно расмат. как Ур-е гранич-ой области предельного равновес-я, z-как ордината этой обл.z= (p-γh) *((cosα/ sinφ)-α) /πγ -c/γ ctqφ-h. Найдем z максим-ое, dz/dα= (p-γh) *((cosα/ sinφ)-1) /πγ =0. Cosα= sinφ или α=π/2-φ, sin(π/2-φ)= cosφ.Подстав получ знач, pкр=π/ ctqφ+φ-π/2(γzмак+yh+ c ctqφ)+ γh.Нормати-ое давлен на гр.R такое давл,при котором под краями фундам-та зона предельного равнов-я не распр-ся на глубине, больше z мак=b/4.b-ширина фунд-та.Если совершенно не допускать ни в одной точке развития зон предельного равн-я под подошвой фунд-та ,то следует положить в уравнение zмак=0.Называя наибольшее давление, при котором ни в одной точки грунта не будет зон предел-го равно-я Начальным критическим давлением на грунт начРкр. начРкр=π(γh+ c ctqφ)/ctqφ+φ-π/2.Это и есть формула для начальной критической нагрузки на грунт.

Начальным критическим давлением на основание называется то значение давления, при котором в грунте основания возникают области предельного напряженного состояния. При давлениях меньших начальных критических значений во всех точках основания напряженные состояния допредельные, что совершенно безопасно для оснований сооружений. В этом случае до достижения начального критического давления грунт находится в фазе уплотнения и подход к ее определению демонстрируется для полосовой нагрузки на грунт.

Для нахождения начального критического давления значения главных напряжений σ1 и σ3 определяются с учетом приложенной нагрузки Р = Р0— q и соответственно веса грунта.

Вертикальное сжимающее напряжение (давление) от собственного веса грунта в точке М (см. рис. 8.5,в), лежащей на глубине z от подошвы фундамента, определяется из выражения

Грунты основания испытывают два вида давления:

• бытовое sб, возникающее в грунтах под влиянием веса вышележащих слоев;

• дополнительное s, возникающее под влиянием нагрузок от фундаментов.

В общем случае ординаты эпюры давления под подошвой жесткого фундамента, при действии вертикальной нагрузки, определяются по формуле:

Если на фундамент действует, кроме вертикальной, горизонтальная нагрузка или опрокидывающий момент, то в этом случае находят опрокидывающий момент, создаваемый горизонтальной нагрузкой, а формула (6) запишется в виде:

Рис. Схема к расчету давлений под подошвой жестких фундаментов.

Рис. Эпюры давления грунтов под подошвой:

а–при глинистых грунтах; б–при песчаных грунтах; в–при внецентренной нагрузке, когда е < b/6; г–при внецентренной нагрузке, когда е = b/6; д–при внецентренной нагрузке, когда е > b/6.

29. Распределение напряжений в грунтах (основные случаи)

σ _z = P*(α+sinα*cos2β)/π = P*K_z

σ_y = P*(α-sinα*cos2β)/ π = P*K_y

τ = P*(sinα*cos2β)/ π = P*K_yz

K=f(z/b, y/b)

Использую табл. и фор-лы можно построить эпюры напряжений по

Главные напряжения, т.е. наибольшие и наименьшие нормаль­ные напряжения, будут для площадок, расположенных по вертикаль­ной оси симметрии нагрузки. Действительно, для таких площадок угол β' = -α/2 и, след-но, угол β = α/2 - α/2 = 0.

Т огда сдвигающее напря­жение будет равно τ = 0, т. е. площадки будут главными.

Можно показать, что главными площадками будут также площадки, расположенные по биссектрисам углов видимости и площадкам, им перпендикулярным.

Величину главных напряжений, полагая в них β = 0:

σ₁ = P*(α+sinα)/π

σ₂ = P*(α-sinα)/ π

Эти формулы весьма часто применяют при оценке напряжен­ного состояния в основаниях сооружений, особенно предельного.

Они дают также возможность построить эллипсы напряжений для различных точек напряженного линейно деформируемого полупрост­ранства, наглядно иллюстрирующих изменение напряже­ний в грунте под полосообразной нагрузкой.

При определении напряжений в основаниях сооружений массива грунта обычно рассматривают как полупространство 0 ≤ z < ∞, ограниченное горизонтальной плоскостью z = 0. Грунт считают находящимся в сложном напряженно-деформированном состоянии и линейно-деформированном, поэтому для него справедливо основное положение закона Гука — линейность связи между напряжениями и деформациями.

Однако при действии внешних сил с давлениями, превышающими структурную прочность грунта, возникают не только упругие, но и значительно большей величины остаточные (пластические) деформации.

Напряжения в массивах грунтов возникают как под действием внешних нагрузок, так и от собственного веса грунта. Знание напряжений необходимо для расчетов деформаций грунтов, обусловливающих осадки и перемещения зданий и сооружений для оценки прочности, устойчивости грунтов и давления на ограждения.

Без учета распределения напряжений в грунте невозможно, например, рассчитать осадки насыпей, устоев мостов, акведуков, лотков, фундаментов искусственных и других сооружений.

Распределение напряжений в грунтовой толще зависит от следующих факторов: характера и режима нагружения массива, инженерно-геологических и гидрогеологических особенностей площадки строительства, состава и физико-механических свойств грунтов.

Давление от нагрузки, приложенной к поверхности грунтового массива, передается в грунте частицами или структурными агрегатами через точки контакта, распределяясь по мере углубления в грунт на все большую площадь.

При оценке напряжений, действующих в грунтах, реальные силы, приложенные к отдельным грунтовым частицам, заменяют воображаемыми силами, распределенными по всему объему или сечению грунтового массива.

Величину этих сил, отнесенных к единице площади сечения массива, и принимают условно за величину напряжений в грунте.

Формирование напряжений в грунтовой толще происходит не мгновенно при приложении нагрузки, а может развиваться весьма длительное время. Это связано со скоростью проектирования деформаций и особенно сильно проявляется в глинистых грунтах, где процессы фильтрационной консолидации (консолидация — процесс уплотнения грунта по мере удаления воды из его пор) и ползучести развиваются очень медленно.

Изучение напряженного состояния грунта можно проводить по двум направлениям:

• экспериментальным путем, измеряя непосредственно давления в грунте при помощи специального оборудования;

• теоретическим путем, используя методы теории упругости, так как здесь мы имеем дело с объемным напряженным состоянием грунтов.

Работа грунта основания существенно отличается от работы материала строительной конструкции, сооружений и т.д. Отличия состоят в следующем:

• грунты имеют малую прочность и большую деформируемость по сравнению с материалами конструкций; прочность их в десятки и сотни раз больше по сравнению с грунтом основания, а деформируемость, наоборот, меньше;

• деформация грунта во времени при постоянной нагрузке возрастает (например, для глинистых грунтов процессы консолидации и ползучести) (рис. 6.2).

Рис. Деформация грунта во времени

Как было сказано выше, деформация глинистых грунтов может длиться годами и даже десятки лет;

• неоднородность грунтов и их свойств в основании фундаментов, а следовательно, прочности и деформируемости (понятие анизотропность), т.е. неодинаковые свойства грунтов в различных направлениях;

• неоднородность напряжений в грунтовой толще в естественных условиях и сложность их изменений под действием внешней нагрузки;

• различие закономерностей изменения напряженного состояния грунтов, однородных по составу, но при различной величине внешней нагрузки (график Герсеванова).

30. Распределение напряжений в полупространстве от действия сосредоточенной силы на поверхности.

( Задача Буссинеска)

Задача заключается в определении всех составляющих напряжений σ_z, σ_y, σ_x, τ_zy, τ_zx, τ_xy для любой точки пространства, имеющей, коор-ты z, y, x или R и β.

П ри выводе формулы для определения напряжений мы в качестве базового берём условие, что справедлив закон Гука: между напряжением и деформациями пропорциональная зависимость.

. Путём преобразований получаем , где P-нагрузка; z-вертикальная координата, глубина; K - коэффициент, находящийся по таблице и ( ), r-расстояние по горизонтали от оси z, проходящую через точку приложения сосредоточенной силы до рассматриваемой точки.

31.Определение напряжений в массиве грунта от действия нескольких сосредоточенных сил.

(принцип Сен-Венана – принцип независимости действия сил)

K=f

О пределение напряжений при действии любой распределённой нагрузки

(метод элементарного суммирования)

Задачу решаем приближённо. Разбиваем площадь на ряд простых многоугольников.

Рассмотрим r_i элемент

P_i – нагрузка на данный элемент

Эта задача трудоёмкая, особенно при большом числе элементов.

Достоинства: способ универсален. Недостатки: точность зависит от табличных данных, значительная трудоемкость

32.Распределение контактных напряжений под подошвой фундаментов. Формы эпюр для жестких фундаментов. Определение размеров фундамента.

Э пюры напряжений в грунте под подошвой прямоугольного фундамента:

1. центральное сжатие

2. внецентренное сжатие

Реакция грунта по подошве фундамента при центральном приложении нагрузки определяется по формуле простого сжатия:

σ=F/A_Ф.

Д авление грунта на подошву фундамента при внецентренной нагрузке определяется по общей формуле сопротивления материалов для внецентренного сжатия:

σ=F/A_Ф+-(M_X/I_X)∙y+-(M_Y/I_Y)∙x.

Для абсолютно жесткого фундамента:

Строится график зависимости:

1. Расчетного давления от ширины фундамента.

2. Давления под подошвой от ширины.

3. Находим точку пересечения.

4. Находим ширину фундамента.

33. Распределение напряжений в грунтовом массиве от действия равномерной нагрузки по прямоугольнику.

– можно определить в интегральной форме

= - при разворачивании этого интеграла получается очень громоздкая формула, поэтому её приводят к элементарному (простейшему) виду:

; где

- в табл. СНБ, справочниках, учебниках.

34. Линии равных напряжений, распоров и касательных напряжений от воздействия полосовой нагрузки

О пределение напряжений в массиве грунта при плоской задаче (Задача Фламана)

П лоская задача – по направлению оси Х – деформации равны 0

Горизонтальные сечения, в результате можно найти такую систему точек, в которых равны – соединив их – получим линии равных напряжений (изобары).

Аналогичная картина - при разрезе луковицы. Поэтому часто линии равных напряжений называют “луковицей напряжений”.

Действие равномерно распределенной полосовой нагрузки (плоская задача)

П о мере увеличения отношения длины площади загружения l к ее ширине задача по определению напряжений все с большим основанием может рассматриваться как плоская (плоская деформация). При бесконечной длине полосы нагрузки l в каждом сечении, перпендикулярном ее продольной оси, будет одинаковая картина напряжений. Обычно рассматривают плоскую задачу, когда l:b >=10. В таком случае определяют три составляющих: нормальные напряжения σz, σy и касательные напряжения τху. Указанные выше сечения остаются в процессе деформации плоскими (плоская деформация), следовательно, τху= τxz= 0, а σx является функцией σz и σy.

Е сли в изотропном теле во всех точках сечения, перпендикулярного продольной оси нагрузки, определить σz, σу и τyz и соединить точки с одинаковыми значениями каждой из этих величин линиями равных напряжений, то получим своеобразные графики (рис. 6.6). Последние показывают, что нормальные напряжения σz распространяются на значительную глубину (цифры на линиях указывают долю от нагрузки р), а нормальные напряжения σу и касательные напряжения τyz — преимущественно в пределах полутора-двух ширин полосы загружения. – линии равных горизонтальных напряжений «изохоры» (распоры). Распоры - определяют ширину песчаной подушки (искусственное усиление оснований).

Линии равных касательных напряжений  (сдвиги)

35. Метод угловых точек и примеры использования в расчетах

Определение напряжений – по методу угловых точек (в любой точке под нагрузкой и на любой глубине)

Значение величин сжимающих напряжений для угловых точек под прямоугольной площадью загрузки позволяет очень быстро вычислять сжимающие напряжения для любой точки полупространства, особенно если пользоваться значениями угловых коэффициентов.

Метод угловых точек для определения сжимающих напряжений применяют в случае, когда грузовая площадь может быть разбита на такие прямоугольники, чтобы рассматриваемая точка оказалась угловой. Тогда сжимающее напряжение в этой точке (для горизонтальных площадок, параллельных плоской границе полупространства) будет равно алгебраической сумме напряжений от прямоугольных площадей загрузки, для которых эта точка является угловой.

Расчет ведётся по формуле:

max =ΣK*p;

Где К — табличные коэффициенты,

P — интенсивность равномерно распределённой нагрузки.

Д остраиваем площадь так, чтобы точка М была в центре, тогда видно, что ,

А ) Разбив площадь подобным образом, можно записать

, где Р – интенсивность давления, со знаком «+» - фактические плюс фиктивные прямоугольники, со знаком «-» - фиктивные прямоугольники

Б)

Так мы сможем решить любую задачу по определению – на любом расстоянии и на любой глубине.

Данный способ находит применение при учете взаимного влияния фундаментов.

36.Распределение напряжений ниже подошв фундаментов

Р асчеты напряжений в грунтах пока­зывают, что чем больше площадь передачи нагрузки, тем меньше происходит затухание (рассеивание на большую площадь) напряжений с глубиной. Это и понятно, так как согласно рис. а, если добавить к нагрузке некоторую нагрузку 2 или 3, то в точке М сжимающее напряжение σ_z увеличится, но в меньшей степени, чем от нагрузки 1, так как расстояние R до точки М также увеличится, а с увеличением расстояния величина добавочных напряжений уменьшается.

На рис приведены эпюры распределения сжимающих напряжений по оси нагрузки для двух нагруженных площадей: 2x8 м² и 1*1 м².

Как видно из приведенных эпюр, при одном и том же внешнем дав­лении на поверхности напряжения по глубине сильно отличаются, так как они зависят от величины площади загрузки.

Таким образом, внешние давления тем медленнее загасают с глуби­ной, чем больше площадь загрузки, и на любой заданной глубине сжимающие напряжения будут тем больше, чем больше площадь за­грузки. Последнее имеет существенное практическое значение. Так, например, слабые слои грунта при большой площади загрузки на некоторой глубине могут испытывать очень большие давления (больше их несущей способности), тогда как при малых площадях загрузки возникающие давления совершенно не повлияют на прочность и устой­чивость даже слабого грунта, так как они будут малы по величине. В приведенном на рис. б примере на глубине 3 м от загруженной поверхности под площадкой 2x8 м давление будет около 1,0 кгс/см², тогда как под площадкой 1 X 1 м на той же глубине — всего лишь около 0,15 кгс/см² (—0,015 МПа).

37. Активное, пассивное и в покое давление грунтов

Когда устойчивость откоса требуемой крутизны не обес­печивается, а уположить откос нельзя, для его поддержания при­ходится устраивать подпорные стенки. Последние, поддерживая грунт, испытывают с его стороны давление, которое называется активным давлением.

С хема развития активного Е_а и пассивного Е_р давлений грунта на подпорную стенку.

Так как подпорная стенка заглублена в грунт, ее смещение сопровождается развитием давления на грунт в пределах участ­ка А'В'. По мере перемещения низа подпорной стенки (ее фун­дамента) сопротивление грунта будет возрастать до тех пор, пока в пределах призмы выпирания А'В'С не возникнет пре­дельное напряженное состояние, при котором сопротивление грунта максимально. Это максимальное сопротивление грунта, когда на него давит элемент сооружения, называется пассив­ным отпором (или пассивным давлением грунта).

Таким образом, активное давление и пассивный отпор соот­ветствуют двум крайним случаям предельного напряженного состояния массива грунта у подпорной стенки при ее подвижке (перемещении). Иногда интересуются давлением покоя, возникающим в массиве грунта, когда грунт^- не испытывает го­ризонтальных перемещений. Это давление обычно определяется с помощью стабилометров и компрессионных приборов путем из­мерения горизонтальных напряжений.

38.Давление грунта на подпорные стенки (активное, в состоянии покоя, пассивное). Влияние пригрузки на поверхности, связности грунта, наклона и шероховатости стенки. Способы уменьшения бокового давления.

С хемы для определения давления грунта на гладкую подпорную стенку

а — идеально сыпучего; б — то же, с учетом равномерно распределенной нагрузки; в — обладающего сцеплением, т.е. связного;

Если на подпорную стенку действует пригруз в виде распределенной нагрузки, то дейсвие его можно заменить действием слоя грунта толщиной h=q/ν. Дальше расчет ведется как и для идеально сыпучего грунта.

П ри действии связного грунта – , не равно 0. Дальше заменяем действие сцепления действием всесторонних сил связности, кот. прикладываются к поверхности грунта и по контакту грунт – подпорная стенка, дальше – порядок одинаков.

На жесткую подпорную стену, которая может поворачиваться относительно нижней точки, давление грунта может быть как активным так и пассивным. Активное боковое давление на вертикальное ограждение является минимальным и возникает при смещении подпорной стенки от грунта. Помимо активного и пассивного давления существует и состояние покоя. В нем активный момент М_акт равен моменту пассивному М_пас. При этом ордината на треугольной эпюре моментов σ₀ – давление состояния покоя. В этом случае коэффициент бокового давления определяется по формуле Яки: k₀=1-sinφ.

39. Расчет осадки фундаментов.

Расчет осадки фундамента производится по формуле: S  S_u

где S — конечная осадка отдельного фундамента, определяемая расчетом;

S _u=80 мм — предельная величина деформации основания фундамента зданий и сооружений.

Основным методом определения полной (конечной) осадки фунда­ментов является метод послойного суммирования. Расчёт начинается с построения эпюр природного (бытового) и дополнительного давлений. На геологический разрез наносятся контуры сечения фун­дамента, затем от оси фундамента влево откладываются ординаты эпюр природного давления в кПа, определяемого по формуле:

σ_zg=Σγ_i*h_i

где γi—удельный вес грунта i-ого слоя, кПа

hi—толщина слоя грунта, м

Величина бытового давления определяется на границе каждого слоя грунта. Если в пределах выделенной толщи залегает горизонт подземных вод, то удельный вес грунта определяется с учётом гидро­статического взвешивания:

γ_sb=(γ_s-10)/(1+e)=(γ_s-10)(1-n),

γs=10ρs,

γs — удельный вес частиц грунта, кН/м³

e — коэффициент пористости грунта,

n — пористость в долях единицы,

ρs — плотность грунта,т/м³

Вправо от оси фундамента откладывается эпюра природного давления, уменьшенная в пять раз.

Для построения эпюры дополнительного давления толщина грунта ниже подошвы фундамента в пределах глубины, приблизительно равной трёхкратной ширине фундамента, разбивается на ряд слоёв мощностью не более 04b (обычно 02b). Дополнительное вертикаль­ное давление непосредственно под подошвой фундамента определяет­ся как разность между средним давлением по оси фундамента и вертикальным напряжением от собственного веса грунта на уровне подошвы фундамента:

кПа - полное давление по подошве фундамента,

N – заданная нагрузка на фундамент, кН

А- площадь его подошвы, м²

1. дополнительное вертикальное напряжение σ_zp для любого сечения, расположенного на глубине z от подошвы, определяется по формуле:

где  — коэффициент, принимаемый по таблице в зависимости от формы подошвы фундамента, соотношения сторон прямоугольного фундамент η = l/b и относительной глубины ξ = z/b. Здесь l и b — соответственно длина и ширина фундамента.

2. построив в произвольном одинаковом масштабе эпюры бытового и дополнительного давлений, определяют границу сжимаемой толщи основания, которая находится в точке, где пересекаются эпюры.

3. расчет осадки отдельного фундамента на основании в виде упругого линейно деформируемого полупространства с условным ограничением величины сжимаемой зоны производится по формуле:

где S – конечная осадка отдельного фундамента, см;

n – число слоев, на которые разделена по глубине сжимаемая зона основания;

h_i – толщина i-го слоя грунта основания, см;

E_i – модуль деформации грунта i-го слоя, кПа;

 – безразмерный коэффициент, равный 0,8;

– среднее значение дополнительного вертикального нормального напряжения в i-ом слое грунта, равное полусумме напряжений на верхней и нижней границах слоя, кПа.

Величина осадки ф-та зависит от:

-давление под подошвой ф-та

-при одном и том же давлении осадка будет меньше, если глубина …. Будет больше

-чем шире ф-т при одном и том же давлении, тем больше осадка

-осадка будет больше для обводнённого грунта

Существуют другие методы определения осадок: формулала шлейхера выведена из предположения, что грунт однородный, метод эквивалентного слоя проф-ра Цитовича: заменяем треугольником (для однородного основания или модули деформации по глубине различаются не значительно); метод слоя конечной толщины пр-ра Егорова (если на некоторой глубине находится скальный плотный грунт Еск. значительно больше Е).

Неравномерные осадки ф-нтов и факторы, их обуславливающие

-наличие линз и косослойных напластований.

- пучение при промерзании (прогиб, выгиб, крен).

-просадочные явления.

- повышенная гибкость зданий и соор-ний, самого тела ф-нта (если сборные)

Как уменьшить неравномерность осадок

- путём выравнивания по расчётам.

-улучшить св-ва грунтов у пов-ти (уплотнить)

-увеличить жёсткость надфундаментных конструкций и особенно ф-тов.

40. Расчет оснований по предельным состояниям.

Расчет ведется по предельным состояниям первой группы – по несущей способности и по предельным состояниям второй группы – по деформациям (осадкам).

Расчет по первой группе предельных состояний:

Расчетное сопротивление грунта основания, кПа, определяется по формуле:

Расчет по первой группе предельных состояний производится по условию:

F<= (γ_c F_u) / γ_n

Где, соответственно, расчетная сила, передаваемая на основание, коэффициент условий работы в зависимости от вида грунтов, сила предельного сопротивления снования, коэффициент надежности в зависимости от класса сооружения.

В основу расчета положено предположение о том, чтобы усилия, напряжения деформации и перемещения, возникшие в основаниях и элементах конструкций фундаментов зданий и сооружений, были близки к установленным предельным значениям, но не превышали их.

Чем ближе искомое расчетное значение, тем экономнее фундамент.

Расчет ведется по предельным состояниям первой группы – по несущей способности и по предельным состояниям второй группы – по деформациям (осадкам).

Расчет по первой группе предельных состояний:

Должны быть исключены все возможные формы разрушений из-за потери прочности или устойчивости под действием силовых факторов, обуславливаемых в основном действующими нагрузками или в результате неблагоприятных (агрессивных) воздействий внешней среды.

Расчет по второй группе предельных состояний:

Должны быть исключены факторы затрудняющие нормальную эксплуатацию зданий и сооружений, вызываемые чрезмерными осадками, прогибами, выгибами, кренами, углами поворота, развитием трещин, а также амплитудными колебаниями при динамических воздействиях.

Расчет прежде всего выполняется по деформациями 2-ой группы, для слабых и по первой группе.

Цель расчета: назначение таках размеров и выбор такого конструктивного решения, чтобы в основаниях и элементах фундаментов не возникало ни одного предельного состояния.

41. Два предельных состояния оснований.

Целью проектирования является выбор такого оптимального решения, которое позволило бы запроектировать надежную и экономичную конструкцию ф-та и его основания. Найти такое решение позволяет принятая методика расчета по предельным состояниям, в основу которого положено, что усилия, напряжения деформации и перемещения, возникающие в основаниях и элементах конструкций ф-тов зданий и сооружений, были близки к установленным предельным значениям, но не превышали их.

1 группа: по устойчивости (несущей способности). По этой группе должны быть исключены все возможные формы разрушений, кот. могут произойти в р-те потери прочности или устойчивости под действием силовых факторов, обусловливаемых в основном действующими нагрузками или в р-те неблагоприятных воздействий внешней среды ( рассчитывают откосы, подпорные стенки при наличии горизонтальных (сдвигающих) усилий).

2 группа: по деформациям (горизонтальным смещениям). По этой группе должны быть исключены факторы, затрудняющие нормальную эксплуатацию зданий и сооружений, вызываемых чрезмерными осадками, прогибами, выгибами, кренами, углами поворота, развитием трещин, а также амплитудами колебаний при динамич. воздействиях. Предполагает наличие осадок (деформаций) меньших предельных.

42. Метод круглоцилиндрических поверхностей скольжения.

Используют при ломаном очертании поверхности грунта или сложного напластования грунтов. Для этого задаются центром вращения О, проводят возможную круглоцилиндрическую поверхность скольжения и определяют коэф-т запаса устойчивости на сдвиг по этой поверхности: = Мудерж./ Мопракид>1.2(1.5).

Д ля определения моментов отсек грунтового массива разбивается вертикальными линиями на отдельные элементы. Характер разбивки назначается с учетом неоднородности грунта отсека и профиля склона так, чтобы в пределах отрезка дуги скольжения основания каждого i-го элемента прочностные характеристики грунта  и с были постоянными. При устойчивость отсека массива грунта относительно выбранного центра вращения 0 считается обеспеченной.

При определении точки вращения О:

1. Радиус R должен исходить от задней нижней части фундамента.

2. Коэффициент запаса в точке О должен быть минмимальным.

Мопракид.=ΣТ∙R, Мудерж._.=N∙tgφ∙R.

43. Приближенный расчет устойчивости откосов. Факторы влияющие на устойчивость откосов.

В проектной практике применяются инженерные методы расчета устойчивости, содержащие различного рода упрощающие предположения. Наиболее распространенный из них – метод круглоцилиндрических поверхностей скольжения, кот. используют при ломаном очертании поверхности грунта или сложного напластования грунтов. Для этого задаются центром вращения О, проводят возможную круглоцилиндрическую поверхность скольжения и определяют коэф-т запаса устойчивости на сдвиг по этой поверхности: = Мудерж./ Мопракид.

Для определения моментов отсек грунтового массива разбивается вертикальными линиями на отдельные элементы. Характер разбивки назначается с учетом неоднородности грунта отсека и профиля склона так, чтобы в пределах отрезка дуги скольжения основания каждого i-го элемента прочностные характеристики грунта  и с были постоянными. При устойчивость отсека массива грунта относительно выбранного центра вращения 0 считается обеспеченной.

П ри определении точки вращения О:

3. Радиус R должен исходить от задней нижней части фундамента.

4. Коэффициент запаса в точке О должен быть минмимальным.

Мопракид.=ΣТ∙R, Мудерж._.=N∙tgφ∙R.

Факторы влияющие на устойчивость откосов.

1. Условия фильтрации грунтовых вод.

2. Вид грунта.

3. Направления фильтрационных потоков.

4. Наличие капиллярных сил и угол внутреннего трения грунта.

44. Проверка устойчивости сооружений на сдвиг по поверхности грунтов.

Для определения устойчивости сооружения от совместного сползания с некоторым объемом грунта предложено много различных способов. Некоторые авторы, в их числе проф. Н.М. Герсеванов, принимали, что сдвиги могут происходить по двум плоскостям. Другие считают, что сдвиги происходят по цилиндрическим поверхностям, следом которых на плоскости чертежа может быть окружность или кривая более сложного вида. Этот вид подвижки фундамента совместно с грунтом называют глубинным сдвигом. Сдвиг по подошве соответственно с этим плоским сдвигом.

Сущность расчета устойчивости заключается в следующем. Из некоторого центра проводят окружность через одну из точек подошвы фундамента. Объем грунта, отсеченный этой кривой от остального грунта, вместе с расположенным на нем сооружением принимаем за неизменяемое твердое тело. Вертикальная линия, проведенная через центр вероятного вращения, делит это тело на две части, все вертикальные силы которых приводятся к вертикальным силам. Эти силы, а также горизонтальная сила, приложенные к сооружению, стремятся вращать тело около центра. Этому вращению сопротивляются силы трения и сцепления, возникающие по поверхности скольжения (сдвига).

Наблюдения и расчеты показали, что устойчивость сооружения возрастает при увеличении заглубления фундамента, так как кривая скольжения глубже врезается в грунт и отсекает более крупный объем грунта, при этом увеличивается сумма давлений на поверхность скольжения, увеличивается длина кривой и силы сопротивления.

Если не выполняется условие tg <sin ( -угол наклона равнодействующей внешних нагрузок, -угол внутреннего трения грунта несущего слоя), то расчет устойчивости ф-та на сдвиг по подошве рекомендуется выполнять по 1 группе предельных состояний. Должно выполнятся условие: (F-сумма горизонтальных сил, действующих на здание, и активного давления грунта на грань ф-та, -сумма сил трения по подошве ф-та и сил трения по боковым граням ф-та от активного давления грунта, -коэф-т условий работы, -коэф-т надежности).

45. Назначение глубины заложения фундамента. Понятия о нормативной и расчетной глубине промерзания грунта.

1.Выбирают несущий слой грунта, кот. обеспечит равномерное развитие осадки, не превышающее предельно допустимых значений.

Глубина заложения фундамента зависит от ряда факторов: конструктивные и эксплуатационные особенности возводимых и соседних зданий и сооружений (наличие подвальных помещений, приямков, примыкание ф-тов друг к другу в р-те наличия ранее построенных или будущих сооружений, хар-ра подземного хозяйства около возводимого объекта), инженерно-геологические условия района строительства (физико-механич. св-ва грунта, глубина промерзания грунта, глубина заложения коммуникаций), климатические условия в районе строительной площадки (промерзание и оттаивание, высыхание и увлажнение грунта) и их влияние на верхние слои грунта.

Расчетная глубина промерзания df, определяется по формуле:

d_f=k_hd_rn

где d_rn — нормативная глубина промерзания;

k_h — коэффициент влияния теплового режима здания на промерзание грунта у наружных стен, приведенный в табл.5.3 СНБ 5.01.01-99  который равен 05.

Минимальная глубина заложения фундаментов принимается не менее 0.5 м от поверхности планировки.

Подошва фундаментов заглубляется ниже пола подвала не менее чем на 0.4 м. При этом верх подушки фундамента располагается ниже чистого пола подвала.

46. Определение ширин фундаментов мелкого заложения.

Назначаем глубину заложения ф-та.

Реакция грунта по подошве фундамента при центральном приложении нагрузки определяется по формуле простого сжатия: P=N/A_Ф.

Определяем расчетное сопротивление грунта R:

Д авление грунта на подошву фундамента при внецентренной нагрузке определяется по общей формуле сопротивления материалов для внецентренного сжатия:

P_max,min=N/A_Ф+-M_X/W_X+-M_Y/W_Y.

P=(P_max+P_min)/2

Строится график зависимости: расчетного давления и давления под подошвой от ширины ф-та. Находим точку пересечения. Находим ширину фундамента.

При расчете оснований по деформациям необходимо, чтобы сред­нее давление Р под подошвой центрально нагруженного фундамента не превышало расчетного сопротивления грунта R : Р  R. Для внецентренно нагруженного фундамента предварительно проверяются три условия:

47. Определение размеров фундаментов под колонны при внецкнторной нагрузке.

Определение высоты фундамента и его ступеней производится на основе расчета изгибаемых элементов железобетонных конструкций по наклонным сечениям при отсутствии поперечной арматуры.

В нецентренно нагруженный фундамент с прямоугольной подошвой рассчитывают на продавливание по условию:

П од сборные железобетонные колонны используют фундаменты ступен­чатого типа со стаканом.

Глубина стакана h_у принимается не менее большего размера попереч­ного сечения колонны l_k . Толщина дна и стенок ста­кана делается не менее 200 мм. При соотношении толщины стенок стакана d_g к высоте верхней сту­пени фундамента h_s не менее 0,75 стакан не ар­мируется. В этом случае по внутренним граням ста­кана ставят конструктивную арматуру диаметром 6 мм для предохране­ния его стенок от разрушения при случайных ударах во время монтажа колонн. Размеры подошвы фундамента устанавливаются кратными 100 мм, ширина каждой ступени - кратной 50 мм, высота ступеней - кратной 100 мм, при общей высоте не менее 200 мм.

Защитный слой бетона под арматурой в зависимости от влажности и вида грунта принимают в пределах от 35 до 70 мм. При устройстве монолитных фундаментов делается бетонная подготовка. Бетон фунда­мента рекомендуется принимать класса В 12,5 - В 15. Когда стенка стакана делаются более тонкими, то есть при d_g <0,75h₃ , они рас­считываются как железобетонные элементы.

В фундаментах стаканного типа при некачественной заделке колонны возможно продавливание фундамента под торцом колонны. В этом случае заделка не учитывается и производится проверка фундамента на продавливание под торцом колонны.

При высоком уровне подземных вод следует предусмотреть гидро-изоляцию подвального помещения.

48. Влияние глубины заложения и ширины фундамента на величину расчетного сопротивление его основания.

С увеличением глубины заложения d величина R быстро растет, так как заложение фундамента связано с наибольшим коэффициентом Mq . Но следует иметь в виду, что увеличение R таким способом при реконструкции требует очень сложного производства работ по заглублению фундамента. При наличии глубокого подвала величину R можно увеличить частичной засыпкой подвала или устройством бетонной плиты – пола. Однако даже небольшая нагрузка по большой площади подвала включает в работу грунт на большую глубину, что может вызвать дополнительную осадку фундамента.

Ширина подошвы фундамента b мало влияет на величину R, так как коэффициент Mγ – наименьший из трех. При b ≥ 10 м влияние ширины практически исчезает, так как используется условная ширина, вычисляемая по отдельной формуле. Из этого видно, что уширение подошвы при реконструкции мало эффективно, хотя очень сложно в производстве работ.

Для повышения расчетного сопротивления можно использовать прерывистые фундаменты или фундаменты с угловыми вырезами. В этом случае R определяется как для ленточного фундамента, но с повышающим коэффициентом Кd , величина которого колеблется от 1,0 до 1,3 в зависимости от свойств грунтов и вида плит фундамента.

49. Причины развития неравномерных осадок фундаментов.

Неравномерные осадки грунтов основания совместно со зданием происходят, с одной стороны, в результате неоднородных напластаваний и состава грунтов основания (разные толщины и выклинивание отдельных пластов грунта, наличие линз, отдельных включений, разная деформативность и скорость затухания осадки различных слоев во времени, изменение уровня подземных вод и т.д.) и, с другой стороны, в результате конструктивных и эксплуатационных особенностей как всего сооружения, так и его фундаментов (жесткость-гибкость несущих конструкций, разные нагрузки на фундаменты одинаковых и различных размеров и глубин заложения, изменение их нагружения в период эксплуатации, влияние пригрузки соседними сооружениями, материалами, готовой продукцией).

50. Способы борьбы с сыростью и защиты подвалов от подтопления.

Устраивают ГИ и дренаж.

Конструкцию ГИ назначают в зав. от отметки уровня подземных вод, глубины подвальной части здания, типа ф-тов, грунтовых условий строительной площадки, допустимой влажности в подвале и методов ведения работ по устройству ф-тов. ГИ проектируют и устраивают одновременно с основаниями и ф-тами зданий и сооружений. В зав. от типа конструкции различают наружную и внутреннюю ГИ. Наружную наклеивают на предварительно выровненные поверхности стен и предохраняют от механич. повреждений с помощью защитной стенки из кирпичей, крупных блоков или бетонных плит. Применяют при использовании сплошных ф-тных плит и ф-тов из оболочек. Внутреннюю выполняют после возведения ф-тов. Ее наклеивают на внутр. поверхности стен и прижимают специальной конструкцией из ж/б плиты со стенками (кессоном), рассчитанной на восприятие гидростатического давления. Стенки кессона упирают для предотвращения всплытия в выступающие части ф-та или в перекрытия.

Пристенный дренаж исп-ют при относительно неглубоком залегании водоупорного слоя при слоистом напластовании грунтов и располагают с наружной стороны ф-та. Пластовый дренаж применяют обычно в плохо фильтрующих грунтах при наличии в этих грунтах маломощных слоев хорошо фильтрующих грунтов. Пластовый дренаж часто совмещают с пристенным. Соединение осуществляют с помощью труб. Устройство дренажей требует дополнительных расходов на их эксплуатацию и ремонт.

51. Строительное водопонижение (поверхностный водоотлив, глубинное водопонижение, электроосушение).

Строительное водопонижение – искусственное понижение уровня подземных вод для временного осушения котлованов, отрываемых в оводненных грунтах. Существует так называемый открытый водоотлив с помощью зумпфов (приямков). Применяют при незначительных притоках подземных вод. Грунтовый водоотлив – откачку воды ведут из скважин или колодцев. При необходимости полного исключения поступления подземных вод в котлован через его дно и стенки, то используют легкие иглофильтрационные установки. Иглофильтры можно располагать в 2 яруса, диаметр фильтра 50...60 мм, больше чем диаметр трубы (см конспект). Иглофильтры не замывают, а погружают в обсадную трубу. Также при водопонижении используется явление электроосмоса. Электроосмос(от минуса к плюсу) представляет собой движение под действием электрического поля частиц пленочной воды диффузионного слоя (от анода к катоду). Искусственный электроосмос используется в строительстве для осушения, закрепления и уплотнения глинистых грунтов.

52. Виды перемычек и их устройств.

Перемычки – это временные сооружения для ограждения места постройки фундамента от поверхностных вод и размывов грунта. Типы перемычек: грунтовые (из глинистого или песчаного грунта), шпунтовые, деревянные (одноярусные, двухъярусные с грунтовым ядром) – на глубину до 2,5 м из сырой или замоченной древесины, ячеистые, козловые, изо льда и замороженного грунта. (Рисунки – см конспект).

• Перемычки - временные сооружения для ограждения места постройки фундаментов от поверхностных вод и разжиженного грунта.

• Типы перемычек:

• -Грунтовые

• -Шпунтовые (дерев., металл., ж.-б.) одноярусные

• -Шпунтовые двухъярусные с грунтовым ядром

• -Ячеистые

• -Ряжевые

• -Козловые

• -Из льда и естественно замороженного грунта

53. Дренажи, их виды и используемые материалы.

Виды дренажей:

1. Пластовые.

2. Кольцевые.

3. Дренажные скважины.

4. Радиальные.

Дренаж — искусство отвода грунтовых вод

Существуют два основных подхода к сооружению дренажных систем. Во-первых — поверхностный способ, основу которого составляет планировка территории с включением работ по созданию уклонов от зданий, устройству водосточной сети с нагорными канавами для перехвата воды, котлованами и траншеями; а во-вторых — глубинный отвод грунтовых вод непосредственно из зоны расположения сооружений с применением специальных труб и материалов.

Каменный дренаж — это вариант закрытой полости из камня, а щебневый дренаж — фактически простая засыпка щебня, образующая полости при засыпке сама собой. С появлением труб время таких примитивных дренажных систем прошло.

Наиболее современная и долговечная конструкция состоит из труб (асбестоцементных с пропилами или пластиковых с перфорацией) для водоотвода, а также из песка и щебня, уложенных послойно — для фильтрации и водосбора. Пластмассовые трубы обладают рядом преимуществ: легкие, прочные, жесткие и гибкие одновременно. Специально разработанные конструкции труб для дренажа позволили добиться удачного сочетания этих свойств, во многом противоположных. Дренажные полимерные трубы должны быть, во-первых, перфорированны, т.е. на всей поверхности в необходимом количестве проделаны отверстия для эффективного попадания грунтовых вод и гибкости в продольном направлении. Во-вторых — гофрированны. Ребра жесткости позволяют тонкостенным трубам иметь по всей длине приличный запас прочности в поперечном сечении и выдерживать нагрузки на глубине до 8-10 метров, оставаясь при этом легкими. Их удобно перевозить, укладывать под любым углом и соединять с помощью фитингов, они долговечны и прекрасно функционируют под землей в течение 50 лет. В дренажных работах полимерные трубы незаменимы. В дренажных работах используется лишь гранитный щебень или чистый гравий. Известковый щебень и песчано-гравийная смесь непригодны. Под действием воды они забивают пустоты грунта и отверстия труб, возникает обратный отрицательный эффект.

Качество почв, преимущественно тяжелых, требует особого внимания к качеству фильтрации. Для этого выпускаются трубы, обернутые прочным фильтрующим материалом. Это геотекстиль и кокосовое волокно. Они не подвержены гниению. Геотекстиль позволяет устроить "мягкий" дренаж, очень простой по организации — понадобится дополнительный гидроизолирующий материал типа тектона. Система мягкого дренажа : выкапывается дренажная траншея с уклоном, на ее дно укладывается тектон в виде “корыта”, затем в траншею выстилается геотекстиль, причем так, чтобы были покрыты дно и стенки. Потом насыпается слой щебня объемом порядка двух третей от глубины траншеи. После этого щебень заворачивается геотекстилем внахлест. Насыпается слой песка и укладывается дерн вровень с поверхностью. Избыток воды должен легко попадать в дренажные трубы, а вода легче проходит через песок или опилки, поэтому эти материалы часто используют в качестве фильтра.

54. Влияние подземных вод (включая агрессивные) на подземные части зданий и сооружений.

Для предотвращения проникновения влаги и подземных вод, кот. могут при значительном подъеме даже затоплять подвальные помещения, оказывая неблагоприятное воздействие не только на их эксплуатационные хар-ки, но и на работу самих ф-тов, применяют ГИ, кот. назначают в зав. от отметки уровня подземных вод, глубины подвальной части здания, типа ф-тов, грунтовых условий строительной площадки, допустимой влажности в подвале и методов ведения работ по устройству ф-тов. В некоторых случаях борьбу с подземными водами ведут с помощью дренажей.

Агрессивные подземные воды образуются в основном в зонах расположения предприятий химич. промышленности, городских свалок, на заболоченных или засоленных территориях. При воздействии таких сред бетон ф-тов разрушается, что приводит к коррозии арматуры. Избежать вредного воздействия можно с помощью применения плотных и химически стойких классов бетонов и использования трещиностойких конструкций. Также прибегают к изоляции ф-та с помощью глиняных замков из перемятой и хорошо утрамбованной глины в комбинации с битумным и рулонным материалом. При кислотных источниках агрессивных вод устраивают вокруг сооружения нейтрализационные барьеры (канавы, заполненные известковым щебнем или камнем, кот. нейтрализуют кислоту). В сильно агрессивных водах подземные конструкции защищают с помощью химически стойких оболочек или облицовки клинкером на битуме или кислотостойком растворе.

55. Свайные фундаменты, их классификация по различным признакам.

Свая – фундаментная конструкция малого поперечного сечения и большой длины, предназначенная для передачи нагрузки на глубоко залегающие слои.

Классификация свай:

1. По материалу – деревянные, железобетонные (напряженные, ненапряженные), бетонные, металлические, комбинированные.

2. По наклону – вертикальные, наклонные, горизонтальные.

3. По поперечным размерам – малого диаметра (до 80 см) и большого.

4. По форме поперечного сечения – квадратные, прямоугольные,круглые, треугольные, трапецивидные, тавровые, двутавровые,полые.

5. По форме продольного сечения – призматические, цилиндрические, конические, пирамидальные, с уширением под нижним концом или вдоль ствола.

6. По способу устройства – забивные, вдавливаемые, набивные, комбинированные, погруженные вибрацией, инъекционные.

7. По способу погружения готовых свай – забивка, задавливание, вибровдавливание, виброударновдавливание.

8. По способу загружения – вдавливаемые, выдергиваемые, изгибаемые.

9. По характеру работы – сваи-стойки, защемленные в грунт.

10. По способу армирования – с напрягаемой, ненапрягаемой арматурой, с продольной, поперечной арматурой.

56. Принципиальное отличие свай стоек от защемленных свай в грунте.

Сваи-стойки прорезают всю толщу сжимаемых грунтов и опираются на слой практически несжимаемого грунта (обычно еа скальную породу), поэтому при загрузке их силой F они практически не получают вертикального перемещения. По этой причине между боковой поверхностью сваи и грунтом не может возникнуть трения, если не учитывать продольных деформаций самого ствола сваи. При деформации ствола длинных свай может развиться трение, но лишь в верхней части ствола. В связи с этим считают, что сваи-стойки передают давление только через нижний конец (пяту) и работают как сжатые стержни в упругой среде.

Сваи трения окружены со всех сторон, в т.ч. и со стороны нижнего конца, сжимаемыми грунтами. Под вдавливающей нагрузкой такие сваи перемещаются вниз (получают осадку), и поскольку они окружены грунтом, по их боковым поверхностям развивается суммарная сила трения F_s. Кроме того, под нижним концом (острием) сваи возникает сопротивление F_p. Сопротивление основания перемещению сваи трения под нагрузкой (несущей способности сваи) вычисляется F_d =F_s+F_{p .}

57-58. Определение расчетного сопротивления одиночной сваи

Методы определения несущей способности свай

1 . Статические испытания – на вдавливание и на выдергивание (см. рис)

2. Динамические испытания. Отказ – это величина погружения сваи от одного удара молота в конце забивки, когда несущая способность грунта примерно равна прочности ствола сваи. Обычно производят контрольную забивку в залоге 5…10 ударов. Допустимая нагрузка на сваю: N=F/γ_n, где гамма – коэффициент запаса.

3. Зондирование, которое позволяет оценить сопротивление грунта погружению сваи как под нижним ее концом, так и по ее боковой поверхности. Сопротивление грунта под нижним концом сваи определяют с использованием результатов зондирования по вырожению Rз=β1*qз, где β1-переходный коэффициент принимаем по табл. Исходя из qз;qз-среднее значение сопротивления грунта погружению зонда на участке, расположенном на 1d выше и на 4d ниже нижнего конца сваи.

4. Испытание эталонной сваи.

5. Практический (расчетный) метод: F_d=γ_c(γ_CRRA), где соответственно – несущая способность сваи, коэффициент работы сваи в грунте, коэффициент условий работы грунта по нижним концом или уширением, расчетное сопротивление грунта под нижним концом, площадь опирания нижнего конца сваи на грунт.

Несущая способность сваи по материалу должна быть равна несущей способности сваи по грунту.

59. Расчет одиночных свай по материалу и грунту. Обеспечение условий равнопрочности

Сопротивление сваи по материалу определяется как для элемента, работающего на сжатие, без учета продольного изгиба. Для большинства стандартных свай несущая способность ее по материалу больше ее несущей способности по грунту. Расчетная нагрузка на сваю по материалу определяется по расчетным формулам соответствующих строительных конструкций.

Расчетная нагрузка на сваю-стойку по грунту: N=(γ_c/γ_k)A∙R,

Несущая способность сваи: F_d=γ_c(γ_сRRA+uΣγ_c,f f_i h_i)

Несущая способность грунта примерно равна прочности ствола сваи при наступлении отказа.

60.Явления при забивке свай. Роль негативного трения и случаи его проявления

Омыливание свай – это явление встречается в грунтах за счет гигсотропного разжижения в конкретном слое.

Отказ сваи – это погружение сваи от одного удара в конце забивки молотом за минуту. Отказ бывает фактический и расчетный.

Конец забивки соответствует равности несущей способности по грунту и прочности тела сваи. При вибропогружении в качестве отказа принимается величина погружения за определенный период действия вибрации.

Засасывание происходит у нижнего конца вследствие образования вакуума.

Ложный отказ происходит в водонасыщенных, мелких и пылеватых песчаных грунтах.

Заклинивание свай – за счет делатантного в песках средней крупности, крупных и гравелистых.

«Пляска» свай – за счет удара по твердому инородному предмету или отколовшемуся обрезку сваи.

Негативное трение. При работе загружаемой сваи, впределах длины которой имеется слой слабого сильно сжимаемого грунта. Если при таком напластовании загружаться будет не только свая, но и поверхность грунта около нее, то при некоторой интенсивности давления q, действующего по этой поверхности, могут создаться условия, при которых грунт, залегающий над слоем слабого грунта, будет давать осадку, большую осадки сваи, т.е. этот грунт будет перемещаться относительно сваи вниз.Это трение имеющее отрицательное направление, называют отрицательным (или негативным) трением.

Отрицательное трение появляется в случаях:

1. При планировке территории подсыпкой;

2. При загружении поверхности грунта или пола по грунту длительно действующими полезными нагрузками;

3. При снятии взвешивающего действия воды в результате понижения уровня грунтовых вод;

4. При динамических воздействиях (движении тяжелого транспорта, работе промышленных установок, производстве строительных работ поблизости) на грунты, срособные уплотняться от этих воздействий (рыхлые пески, тиксотропные глинистые грунты);

5. При уменьшении объема грунта, содержащего органические вещества, вследствие биологических процессов;

6. При незавершенном уплотнений молодых отложений грунта.

61.Набивные и забивные сваи, особенности устройства, достоинства и недостатки

Забивные сваи погружают в грунт свайными молотками. Масса ударной части свайного молота должна быть не меньше массы самой сваи с наголовником. Сваи с полным вытеснением грунта называют набивными. Для их устройства в грунт погружается либо инвентарный сердечник для образования полости, либо инвентарная труба с бетонной пробкой с раскрывающимся наконечником. После погружения на необходимую глубину по мере заполнения образовавшейся полости бетонной смесью инвентарную трубу постепенно извлекают.

Достоинства забивных свай:

1. Можно изготавливать с большим качеством.

2. Индустриализация

3. Возможность отбраковки.

4. Прогноз прочности ствола.

Недостатки забивных свай:

1. Ограничена длина.

2. Значительный отход материала.

3. Небезопасность.

4. Несущая способность ограничена.

Достоинства набивных свай:

1. Несущая способность неограниченна.

2. Нет отхода материала.

3. Уточняется геология.

4. Достижение условий равнопрочности по материалу и грунту.

62.Набивные фундаменты и сваи, особенности их работы и области применения

С ваи с полным вытеснением грунта называются набивными сваями. Для их устройства в грунт погружается либо инвентарный сердечник для образования полости, либо инвентарная труба с бетонной пробкой, с теряемым или раскрывающимся наконечником. После погружения на необходимую глубину по мере заполнения образовавшейся полости бетоннойсмесью инвентарную трубу постепенно извлекают.

Набивные виброштампованные сваи устраиваются аналогично набивным, но при поднятии инвентарной трубы с вибрацией ее систематически опускают несколько раз вниз. Это приводит к расширению ствола сваи при жесткой бетонной смеси. Иногда такие сваи делают, образуя скважину бурением.

Сваи с извлекаемой оболочкой.

Изобретены в 1899г. А.Э. Страусом (Киев) (Сваи Страуса) С ущность изготовления таких свай заключается в погружении в грунт оболочки с наконечником на нижнем конце путем бурения, забивки или вибрирования. После погружения оболочки скважину начинают заполнять бетонной смесью. По мере бетонирования скважины оболочку извлекают, оставляя наконечник в грунте.

Преимущества такого способа: - погружение трубы без ударов-взрывов

После свай Страуса появились большое количество разнообразных модификаций подобных свай (сваи Франки, сваи Бенато и т.д.)

Их сущность:

- погружение обсадной трубы

- заполнение бетоном

Ч астотрамбованные сваи

Сваи изготовляют в металлических оболочках, опирающихся на ж/б наконечники, которые остаются в грунте после извлечения трубы. После забивки до проектной отметки во внутреннюю полость подают бетон.

Б етон укладывают во внутреннюю полость предварительно забитой до отметки металлической трубы с закрытым пробкой нижним концом. Пробка из жеского бетона после забивки обсадной трубы выбивается в грунт.

Сваи с неизвлекаемой оболочкой

Сваи с неизвлекаемой оболочкой делают при невозможности качественного изготовления свай с извлекаемой оболочкой, например, когда под напором грунтовых вод может быть разрушена бетонная пробка в нижней части обсадной трубы. Металлические оболочки оставляют в случае устройства свай под опорами мостов при высоком свайном ростверке. Такая оболочка служит опалубкой верхней части сваи и обеспечивает ее долговечность даже при воздействии движущихся в реке наносов. В нижней части сваи производят камуфлетный взрыв, при котором оболочка разрывается и образовавшаяся полость заполняется предварительно уложенной в оболочку бетонной смесью.

Недостатки набивных свай:

1. Трудность контроля их качества и необходимость выдерживания до приобретения бетоном проектной прочности.

2. Подвержены действию агрессивных вод, агрессивных веществ. Во избежание последнего применяют сваи с не извлекаемой оболочкой, лучше всего полимерной.

Достоинства:

1. Экономичность (малый расход арматуры).

2. Отсутствие динамических воздействий при производстве работ.

3. Размеры (длина и поперечное сечение) любые, поэтому несущая способность большая.

63.Характер взаимодействия различных свай с грунтами при разных видах нагрузок (горизонтальных, вертикальных, моментных)

Сваи-стойки прорезают всю толщину слабых грунтов и опираются на слой практически несжимаемого грунта (обычно на скальную породу). Так-как сваи-стойки опираются на несжимаемый грунт, при загрузке их силой N они практически не получают вертикального перемещения. По этой причине между боковой поверхностью сваи и грунтом не может возникнуть трения, если не учитывать продольных деформаций самого ствола сваи. При деформации ствола длинных свай (длиной более 16 м) может развиться трение, но лишь в верхней части ствола. В связи с этим считают, что сваи-стойки передают давление только через нижний конец (пяту) и работают как сжатые стойки в упругой среде.

Сваи трения (висячие) окружены со всех сторон, в том числе и со стороны нижнего конца, сжимаемыми грунтами. Под нагрузкой такие сваи перемещаются вниз (получают осадку), и, поскольку они окружены грунтом, по их боковым поверхностям развивается суммарная сила трения Фбк. Кроме того, под нижним концом (острием) сваи развивается сопротивление Фо. Сопротивление основания перемещению сваи трения под нагрузкой, обычно называемое несущей способностью грунта основания сваи или, коротко, несущей способностью сваи, составляет Ф=Фо+Фбк.

Для получения как можно меньших осадок свайных фундаментов и для более полного использования материала свай рекомендуется доводить их до относительно плотных грунтов.

64. Виды ростверков на сваях.

Ростверк – конструкция в виде балки или плиты, объединяющая группу свай для передачи и равномерного распределения нагрузок на сваю. Ростверки являются несущими конструкциями, служат для опирания надземных конструкций зданий.

Различают 3 типа свайных ростверков:

Низкий ростверк располагается ниже поверхности грунта. Он способен передавать часть вертикального давления на основание по своей подошве и воспринимать горизонтальные усилия. Если ростверк находится в зоне сезонного промерзания, то на него будут действовать нормальные и касательные силы морозного пучения, поэтому низкие ростверки в пучиноопасных грунтах рекомендуется располагать ниже зоны промерзания или использовать мероприятия, направленные на снижение вредного воздействия в результате промерзания.

Повышенный (промежуточный) устраивают непосредственно на поверхности грунта без заглубления и используют при устройстве свайных фундаментов на непучиноопасных грунтах. Эти ростверки не могут передавать давление на грунт основания, т. к. верхние слои сложены слабыми грунтами.

Высокий расположен на некотором расстоянии от поверхности земли. Их применяют при строительстве мостов и гидротехнических сооружений, под внутренними стенами жилых и гражданских зданий с техническими подпольями и в других случаях.

65. Виды фундаментов глубокого заложения

В основном данный тип фундаментов применяют при возведении сооружений с большими нагрузками на основание, а также при строительстве заглубленных помещений зданий, подземных гаражей, пешеходных переходов, мостовых опор, водозаборных сооружений. К фундаментам глубокого заложения относятся: опускные колодцы, кессоны, глубокие опоры (набивные столбы), фундаменты возводимые методом «стена в грунте». Такие фундаменты устраивают не в открытых котлованах, а на поверхности грунта. Для погружения на необходимую глубину из-под них извлекают грунт. В некоторых случаях фундаменты устраивают в изготовленных заранее полостях в грунте. Сооружения фундаментов глубокого заложения направлено на сохранность структуры грунтов в основании и передачу больших давлений на плотные грунты.

66. Опускные колодцы

Конструкции колодцев: во многих случаях проектируются цилиндрической формы, в ряде случаев устраивают сборные конструкции, состоящие из панелей или колец. ОК применяют для устройства фундаментов под тяжелыми сооружениями (мосты, башни и др.), для возведения подземных сооружений. При устройстве фундаментов методом опускного колодца на поверхности грунта возводят пустотелую нижнюю часть фундамента в виде колодца. Через вертикальную полость в колодце с помощью землеройных механизмов из-под него извлекают грунт. Под действием силы тяжести колодец погружается в грунт. По мере опускания колодца его наращивают. После погружения на проектную глубину нижнюю часть колодца заполняют бетонной смесью. Для погружения колодца в окружающий грунт нижнюю часть колодца выполняют в виде специального ножа из листовой стали, а для уменьшения трения грунта о стенки колодца при погружении с внешней стороны делают небольшой уступ, и образующийся зазор заполняют раствором бентонитовой глины, которая поддерживает стенки грунта в процессе погружения. При погружении опускных колодцев необходимо обеспечивать его вертикальное положение, не допуская развития крена. Способ разработки грунта выбирают в зависимости от размеров опускных колодцев, а также инженерно-геологических условий строительной площадки. При значительном объеме земляных работ применяют грейдеры или экскаваторы с бульдозером, опускаемыми в колодец. Последние находясь в колодце, заполняют специальные ковши, которые с помощью крана извлекают на поверхность. При этом способе разработки грунта необходимо предотвращать поступление подземных вод в колодец, что осуществляется с помощью искусственного водопонижения или устройства шпунтовых заграждений. Разработка грунтов грейфером разрешается без устройства водозащитных экранов, но в этом случае внутри колодца необходимо поддерживать повышенный уровень воды в колодце, превышающий уровень подземных вод.

Последовательность выполнения работ:

1. Устройство колодца непосредственно на поверхности грунта.

2. Разработка грунта (опускание колодца).

3. Наращивание колодца (опускание происходит под собственным весом).

4. Погружение колодца на проектную отметку и удаление из него грунта.

5. Заполнение колодца (бетонирование).

Если колодец входит в состав фундамента, то такие колодцы называются массивными.

Если колодец используется в качестве помещения (резервуар и т.д.), то такие колодцы называются легкими или колодцами – оболочками.

Форма колодца в плане может быть различной и определяется, в конечном счете, применяемым материалом.

Проектирование колодцев

1 часть – определение наружных размеров колодца, глубины заложения, предварительной величины и формы поперечного сечения.

2 часть – выбор материала, определение необходимой толщины стен и способа погружения.

Область применения

1. При глубоком залегании хорошего грунта.

2. При больших сосредоточенных нагрузках.

3. При однородных грунтах и малом притоке воды.

4. Для устройства подземных сооружений

67. Фундаменты из сборных цилиндрических железобетонных оболочек.

Сборные оболочки имеют небольшой собственный вес по сравнению с массивным опускным колодцем, поэтому сила тяжести в данном случае оказывается недостаточной для погружения. В связи с этим оболочки погружаются принудительно мощными вибропогружателями и вибромолотами, которые с помощью болтовых соединений жестко прикрепляют к верхнему фланцу через специальный наголовник. Применяют оболочки d=1 до 3м при толщине стенок 12см. После погружения 1-ого звена из его внутренней полости грунт извлекают, затем вибропогружателями доводят оболочку до проектной отметки. Если в основании оболочки имеется слой скального грунта, то в нем пробуривают скважину, диаметр которой равен диаметру оболочки. С последующим заполнением оболочки и скважины бетоном, что обеспечивает заделку фундамента в скальном грунте. В нескальных грунтах для повышения несущей способности прибегают к устройству уширения с помощью разбуривания с последующим заполнением полости бетоном. Оболочки погружают в грунт на 30 м и более. Кессон – «перевернутый ящик» - используется при постройки на местности покрытой водой.

П о мере разработки грунта в рабочей камере устраивается над кессонная кладка.

Глубина погружения кессона ниже горизонта воды ограничивается тем давлением воздуха, которое ещё не оказывает вредного влияния на рабочих, это 3,0…3,5 атм., или 35…40 м.

Способ погружения кессона аналогичен опускному колодцу.

Время пребывания рабочих в кессоне ограничено 2…6 часами в зависимости от величины избыточного давления. На каждого рабочего в кессоне должно подаваться не менее 25 м³ сжатого воздуха в час.

Глубину погружения кессона и его внешние размеры определяют так же, как и для опускных колодцев.

Расчет кессонной камеры производится на отдельных этапах:

1. Кессонная камера с некоторой частью над кессонного строения оперта на подкладки, оставленные в фиксированных точках.

2. Кессонная камера опущена на проектную глубину; давление воздуха в кессоне, вследствие его форсированной посадки, равно 50 % от расчетной величины для данной глубины опускания.

3. То же, но давление воздуха равно расчетному.

4. То же положение, но ножевая часть очищена от грунта.

68. Понтоны, бездонные ящики и ряжи.

Особенность сооружения высоких ростверков в русле реки – ограждение от воды пространства, ограниченного контурами ростверка. В виде ограждений используют бездонные ящики или понтоны. Назначение ящика – обеспечить ограждение ростверка от воды и направление свай при погружении. Такие ящики изготавливают деревянными, ж/б, металлическими. Ящики можно изготавливать так, чтобы они обладали собственной плавучестью или поддерживались плашкоутами из понтонов при перемещении и установки в проектное положение. Можно сооружать ящик на месте (на свайных подмостях) с последующим погружением на проектную отметку.

Ящики не обладающие собственной плавучестью, наполняют водой (ячейки для свай в днище остаются открытыми) и подвешивают к П-образным плашкоутам из понтонов. Сначала ящик вместе с поддерживающими его плавучими средствами устанавливают в проектное положение в плане и закрепляют гибкими расчалками и якорями, затем забивают вертикальные сваи, по которым опускают ящик до проектной отметки и закрепляют. Используя ячейки каркаса, погружают все прочие вертикальные и наклонные сваи. После изоляции от притока и откачки воды из ящика армируют и бетонируют ростверк.

Ящики, обладающие собственной плавучестью, изготавливают на берегу и перемещают к месту установки буксиром. К днищу и каркасу ящика прикрепляют стальные патрубки высотой, равной стене ящика. Такие патрубки обеспечивают плавучесть ящика и направления свай при погружении, поэтому их располагают по осям всех свай. После установки ящика в проектное положение и закрепления расчалками погружают вертикальные сваи. Затем ящик балластировкой бетонной смесью опускают по этим сваям на проектную отметку и закрепляют на них. В последнюю очередь погружают наклонные сваи и бетонируют полость ящика.

69. Метод «стена в грунте». Свайные и траншейные стены.

Сущность этого метода: в грунт под защитой глинистого раствора отрывают глубокую траншею шириной 0,5…0,8 м, а затем с помощью бетонолитной трубы производится бетонирование, причем по мере заполнения траншеи трубу поднимают вверх. Для получения железобетонных фундаментов в траншею предварительно укладывают арматурный каркас. В некоторых случаях применяют сборные железобетонные элементы, имеющие выпуски арматуры. «Стена в грунте» может служить креплением стенок котлована, стен подземных этажей и фундаментом. При устройстве фундаментов глубинного заложения стену, как правило, доводят до слоёв более плотных грунтов, чтобы передать значительные нагрузки как по подошве стены, так и за счет сил трения, возникающей по боковой поверхности фундамента. Устойчивость обеспечивается с помощью анкеров или распорок. Часто в качестве распорок применяются подземные элементы перекрытий.

В некоторых случаях фундамент, устраиваемый методом «стена в грунте» формируют с помощью бурения и заполнения бетоном секущихся скважин: под защитой раствора бентонитовой глины бурят сначала две скважины с шагом, равным полутора диаметра. Затем их заполняют бетонной смесью и после начала схватывания бетона, но до набора им значительной прочности, бурят третью скважину между ними с последующим заполнением бетонной смесью и т.д. до тех пор, пока пересекающие скважины постепенно не образуют стену требуемой глубины и длины.

В некоторых случаях в виде набивных столбов: устраивается несколько коротких, но глубоких траншей, в виде двутавров, крестов, трилистников, звезд, замкнутых прямоугольников. После заполнения траншеи бетоном и установки арматурных каркасов в верхних участках опор такие фундаменты можно стыковать с надземными конструкциями зданий и сооружений.

Выдерживают сжимающие и горизонтальные нагрузки, а также изгибающие моменты большой интенсивности.

Последовательность выполнения работ:

1. В грунте отрывается траншея (жёсткий грейфер или механизированный траншеекопатель) на проектную глубину с врезкой в водоупор (в = 60…100 см; Н = 40…50 м).

2. Разработка траншеи ведётся под глинистым раствором монтмориллонитовой глины.

3. Траншея бетонируется методом В.П.Т. – создаётся бетонная (ж/б) стенка.

П ри выполнении данных работ особая роль отводится глинистому раствору монтмориллонитовой глины. Глинистые частицы раствора (монтмориллонита) не только смачиваются водой, но вода проникает внутрь кристалла и глина разбухает, увеличиваясь в объеме до 200 раз. Монтмориллонитовая глина обладает свойством тиксотропии, т.е. при динамическом воздействии мы имеем раствор, а при отсутствии такового фактора (через 4…6 часов) золь превращается в гель, что позволяет удерживать стенки траншеи.

Давление от раствора должно быть больше давления окружающей среды. Для того чтоб удержать давление в устье траншеи применяют форд шахту (металлическую или ж/б).

₁ >  - необходимое условие, однако внизу траншеи данное условие не будет соблюдаться, поэтому рекомендуется траншею откапывать не на всю длину, а по захваткам (не > 3м).

Полученная стена в грунте замыкается в плане и создается единая конструкция. Грунт постепенно выбирается в направлении сверху – вниз, с устройством дисков перекрытий – элементов жесткости, играющих роль распорок.

70. Противофильтрационные диаграмм, завесы, ванны.

1.Противофильтрационная завеса - преграда для фильтрационного водного потока, создаваемая в основании и в местах береговых примыканий водоподпорных гидротехнических сооружений путём нагнетания в грунт через буровые скважины различных растворов. Основное назначение противофильтрационной завесы - уменьшение расхода фильтрационного потока и потерь воды из водохранилища и снижение фильтрационного давления на сооружение. В зависимости от рода грунта и его инженерно-геологических свойств для устройства противофильтрационной завесы применяют цементацию, горячую и холодную битумизацию, глинизацию и др. способы.

2 .Противофильтрационные устройства из полиэтиленовой пленки подразделяются на:

а) экраны, устраиваемые на поверхности напорных откосов плотин, дамб, берегов, а также по дну чаши водоема (рис. 1, а) и основанию дамбы (рис. 1,д);

б) диафрагмы вертикальные (рис. 1, в, г) или наклонные (рис. 1, б), устраиваемые в теле плотин или дамб;

в) понуры, являющиеся продолжением экранов и устраиваемые на участке дна водоема, примыкающем с напорной стороны к плотине или дамбе.

3.Противофильтрационные ванны-устраивают на полигонах ТБО, сельхозпостроек, представляет вырытый котлован, изолированный уплотнённым грунтом или полимерами, для предотвращения проникновения вредных веществ в почву.

71. Буроинъекционные анкера и сваи, общие и отличительные особенности их взаимодействия с грунтом.

Анкеры – растянуто-загруженные конструкции фундаментов, для крепления различного рода сооружений в грунтах. Наибольшее применение в мировой строительной практике последних лет получили буроинъекционные анкеры. Они имеют связь с грунтом природного сложения за счет заделки корневых участков в глубоких скважинах при инъекции цементного раствора и обеспечивают восприятие больших выдергивающих усилий. Предварительное напряжение анкеров дает ничтожно малую деформативность оснований закрепляемых соружений. Это особенно важно при многоярусном анкеровании глубоких котлованов рядом со строениями. При множестве конструкций и технологий устройства при классификации анкеров используют следующие отличительные признаки: по наклону (вертикальные, горизонтальные, наклонные); по способу проходки скважины; по принципу устройства заделки в грунте и форме; по конструкции тяги; по способу передачи усилия от тяги на корень; по капитальности; по напряженному состоянию тяги при обеспечении взаимной связи объекта с грунтом; по передаче выдергивающего усилия от корня на окружающий грунт. Основными составными частями анкеров являются тяги, головы, и замки – элементы заделки в грунте и сопряжений тяг с корнями.

Буроинъекционные сваи являются разновидностью набивных и отличаются способом формирования стволов за счет нагнетания цементных растворов в скважины. Однородным грунтам характерен близкий к цилиндру ствол свай. Их сечения и длины увязываются с достижением требуемой несущей способности и равнопрочности по материалу и грунту. Начальный диаметр скважин определяется применяемым буровым оборудованием, требуемой прочностью и армированием стволов свай.

Для неоднородных грунтов с различной сжимаемостью и водопроницаемостью характерны сваи с уширениями. Переменные сечения стволов регулируются объёмом закачиваемого раствора и давлением инъекции, либо создают при использовании винтообразных и лопастных скважинообразователей. Виды армирования стволов зависят от загружения свай. При соосном вдавливании и выдергивании свай армирование может быть минимальным по центру одиночными или сопряжёнными вместе стержнями.

72. Сущность буроинъекционной технологии.

Инъекционная технология включает в качестве основных рабочих операций создание скважин или полостей в грунтах и нагнетание в них инъекционных смесей. Имеющиеся разновидности этой технологии отличаются приемами (способами) выполнения операций применительно к устраиваемым в грунте анкерам или сваям, а также цементационному упрочнению грунтов основания.

Скважины в грунте выполняют с его удалением при шнекового бурении и гидромеханизированной разработке или вытеснением в окружающий массив грунта за счет погружения обсадных труб с коническими наконечниками, раскатки, взрывов или другими способами. Для нагнетания инъекционных смесей производят тампонирование скважин различными приемами. Эффект тампонирования трубы зависит от глубины зоны инъецирования, ухудшаясь с ее приближением к дневной поверхности. При инъекции через перфорированные манжетные трубки тампонируют скважины расширяющимися камерами-пакерами, песком или твердеющими смесями. Выпускные отверстия трубок в зоне инъекции перекрывают кольцевыми манжетами из резины или клейкой ленты.

Французской фирмой «Солетанш» предложена наиболее совершенная технология многократной поярусной закачки инъекционных смесей в грунты через подвижные в манжетных трубках инвентарные инъекторы с рабочим звеном-обтюратором внизу, оснащенным на обоих своих концах уплотнительными тампонами. При этом инъекция может осуществляться в любой последовательности (сверху – вниз и наоборот) с учетом свойств грунтовых напластований. Иногда раствор закачивают сразу через манжетную трубку по всей длине ее перфорированной части. В зависимости от фильтрационных свойств грунта при инъекции могут происходить частичная пропитка его пор (если они не закупорены мелкими фракциями) раствором или опрессовка при гидроразрывах с замоноличиванием тонкого контактного слоя.

73. Буроинъекционные технологии при устройстве анкеров, свай и закреплении грунтов, область применения.

Технология – в предыдущем.

Анкеры применяют в различных областях строительства (промышленном, гражданском, транспортном, коммунальном, гидротехническом, энергетическом и др.) для повышения устойчивости сооружений при опрокидывании от давлений грунта, воды или ветра, при выдергивании и взвешивании.

Буроинъекционные сваи являются разновидностью набивных и отличаются способом формирования стволов за счет нагнетания цементных растворов в скважины. Армирование определяется спецификой технологии изготовления и характером загружения. Эффективно работают на сжатие и растяжение, в системах – на горизонтальные, моментные и знакопеременные усилия. Их отличают высокое сопротивление сдвигу по боковой поверхности. Буроинъекционные сваи применяют и при новом строительстве в сложных инженерно-геологических условиях. Большие объемы подземного строительства вблизи существующих зданий с проходкой под ними тоннелей расширили диапазон применения и разнообразие конструкций таких свай. В последние годы все чаще за счет инъекции стали создавать уширения с упрочнением грунтов под концами буронабивных и забивных свай, что сильно увеличивает несущую способность их оснований при уменьшении глубин погружения и расхода материалов, сокращении трудозатрат и сроков строительства.

Грунты работают весьма хорошо на сжатие, более слабо на сдвиг и не способны сопротивляться растяжению. Располагаемые в них армирующие элементы воспринимают растягивающие или скалывающие усилия, заставляя работать грунт преимущественно на сжатие. Схемы армирования грунтовых оснований или откосов и размещения в них армирующих элементов могут быть разнообразными в зависимости от вида сооружений и характера загружения. В качестве разновидности армирования грунтов применяются многоанкерные и решетчатые системы из буроинъекционных свай. Нагельный способ крепления котлованов – может быть отнесен к многоанкерной системе.

74.Определение несущей способности буроинъекционных анкеров и свай

Несущая способность по грунту:

_,где

-диаметр корня, -длина корня, -боков. Сопр-е , -коэф-т условий работы, -расчетное сопротивление по боковой пов-сти, -диаметр тяги, -коэф-т работы перед корнем

Несущая способность тяги (стал.элемент):

Смятие опор. плит замков

75. Сущность армирования грунтов, области рационального применения. Принципы расчета ограждений из армируемого грунта.

С целью исключения выпора слабого грунта из-под малочувствительного к неравномерным осадкам сооружения и с целью повышения устойчивости основания насыпи армируют нижние слои насыпи стальными стержнями или укладкой на основание технической негниющей ткани. Армированием грунта можно резко увеличить устойчивость подпорных стенок. Для этого по мере обратной засыпки грунта в него укладывают арматуру, идущую от стенок за пределы призмы обрушения и выпирания грунта. Металлическую арматуру тщательно изолируют для исключения коррозии.

76. Струйная технология в геотехнике, ее сущность, рациональные области применения.

Струйная технология используется для упрочнения оснований фундаментов. В технологии используют гидромонитор. Его опускают до 20 м в глубину, вода размывает грунт, гидромонитор, вращаясь, поднимается, пространство заполняется водоцементным раствором, получается грунто-цементная свая. Рисунок – см. конспект.

77. Замена и уплотнение слабых грунтов.

Методы механического уплотнения:

1. Поверхностное уплотнение – катками, легкими трамбовками и другими механизмами при послойной укладке, площадочными вибраторами, вибротрамбовками; в песчаных грунтах сочетают с поливкой водой.

2. Глубинное уплотнение – тяжелыми трамбовками, метод ИДУ – интенсивное динамическое уплотнение; бурение скважин и заполнение их другими материалами, виброфлотация – грунт уплотняется с помощью опущенного в него вибратора.

Ускоренная консолидация происходит за счет дренирования, т.к. возрастает коэффициент фильтрации. Под подушкой фундамента устраивают дрены из гравелистого песка (в шпунтах?).

Замена: Наиболее распространенным следует считать способ замены слабого грунта на достаточно хорошее, надежное основание или устройство песчаных подушек. Песчаные подушки обычно выполняют из средне или крупнозернистого песка (может использоваться и щебень). Одна из основных целей устройства песчаной подушки – это уменьшить глубину заложения фундаментов при прорезке слабого слоя грунта). При большой мощности слабого слоя грунта (h₁) экономически не выгодно заглублять фундамент на такую глубину. С целью уменьшения глубины заложения фундамента (h₂), выполняют песчаную подушку, укладывая ее в распор со стенками котлована. Песчаную подушку укладывают с заданной степенью плотности, обеспечивая, таким образом, передачу давления от фундамента на хороший грунт, что позволяет снизить величину возможных осадок. Другая цель устройства песчаной подушки – это уменьшить интенсивность давления от фундамента на слабый слой грунта.

78. Искусственное закрепление грунтов.

Методы закрепления оснований:

1. Цементация – цементное молоко (1:1…1:10); применяется для щебенистых грунтом, галечников, но обязательно промытых; повышается прочность.

2. Глинизация – закачивают глинистые суспензии для увеличения водонепроницаемости.

3. Битумизация – пропитка горячим битумом.

4. Силикатизация – используют жидкое стекло.

5. Электросиликатизация – чтобы ввести растворы силиката натрия и хлористого кальция, через грунты пропускают постоянный электрический ток, происходит движение воды от анода к катоду, применяется для грунтов с коэффициентом фильтрации 0,1…0,005 м/сут – пылеватые пески, супеси.

6. Смолизация – растворы, способные твердеть в грунтах, смол нагнетают в поры грунта.

7. Термическое уплотнение – устранение просадочности, увеличение прочности лесов. Сущность – в увеличении прочности структурных связей в грунте под влиянием высокой температуры; в пробуренных скважинах сжигают топливо.

79. Замена и уплотнение слабых грунтов.

1. Поверхностное уплотнение – катками, легкими трамбовками и другими механизмами при послойной укладке, площадочными вибраторами, вибротрамбовками; в песчаных грунтах сочетают с поливкой водой.

2. Глубинное уплотнение – тяжелыми трамбовками, метод ИДУ – интенсивное динамическое уплотнение; бурение скважин и заполнение их другими материалами, виброфлотация – грунт уплотняется с помощью опущенного в него вибратора.

3. Уплотнение методом взрыва

80.Особенности устройства фундаментов зданий и сооружений на илах и ленточных глинах

Илы - водонасыщенные современные осадки водоемов (морские, лагунные, озерные, речные, болотные илы), образовавшиеся при микробиологических процессах. Структура илов легко разрушается при статических нагрузках, превышающих структурную прочность, и особенно при воздействии динамических нагрузок. Со временем водно-коллоидные связи в илах восстанавливаются и уплотненный илистый грунт упрочняется.

Ленточные глины–грунты, состоящие из прослаивания тонких прослоев песка, супеси, суглинка и глины. Их слоистая структура вызывает анизотропию свойств.

Делается фильтрующая пригрузка. Эффективным является применение песчаных и бумажных дрен. При небольшой толще биогенных грунтов их следует заменить другими.

Плавающими называются фундаменты мелкого заложения, передающие на грунт давление, не превышающее давления от вынутого грунта, т.е. очень небольшое давление.

Проектирование и строительство фундаментов на илах представляют собой трудную задачу в связи с тем, что илы отличаются очень малой плотностью и как следствие этого большой сжимаемостью и незначительной прочностью. В случаях, когда мощность илов велика и нет возможности опереть фундамент (даже свайный) на грунты, их подстилающие, приходится прибегать к упрочнению их. Уплотнение нагрузкой создается отсыпкой на поверхность илов песчаной подушки. Под весом этой подушки происходит уплотнение ила, увеличивается его прочность и уменьшается сжимаемость.Такие песчаные подушки отсыпаются заблаговременно и постепенно, отдельными небольшими слоями с таким расчетом, чтобы у краев образующей ниши не происходило, нарушения устойчивости ила и выпора его из-под подушки. По мере наращивания толщины подушки идет уплотнение и упрочнение ила. что позволяет через некоторое время уложить на поверхность песчаной подушки каменную наброску, на которую в дальнейшем можно будет опереть фундамент сооружения.

Применяют бескаркасные конструкции простой конфигурации, разрезку осадочными швами на короткие жесткие блоки, устройство армированных швов и поясов в нескольких уровнях. Предусматривается рихтовка подкрановых путей. Вводы коммуникаций должны обеспечить их безаварийную эксплуатацию при существенных деформациях.   Возведение сооружений на ленточных глинах без принятия специальных мер вызывает неравномерные осадки вследствие нарушения природного сложения.   При устройстве под фундаменты подготовки из крупного песка или гравия слоем толщиной 10—15 см совершенно не допускается ее трамбовать; не допускается также сбрасывать бутовый камень в котлованы (необходимо спускать его по наклонным доскам).   При конструировании сооружений, возводимых на ленточных глинах, необходимо:

• при сложном плане делить сооружение на отдельные жесткие блоки простой конфигурации;

• избегать устройства отдельных фундаментов с резко отличающимися друг от друга и от фундаментов стен формой, размерами площади подошвы и давлением на грунт;

• применять продольное армирование бутовых и бетонных фундаментов, а кирпичные стены снабжать армированными швами, железобетонными поясами и т. п., обычно устраиваемыми в цоколе и на уровнё пола последнего этажа.

а — армирование подушки фундамента и железобетонного пояса; б — армированные швы; в — железобетонный пояс в стене; г — стенной армированный шов

 В отдельных случаях целесообразно применять сплошные вертикальные осадочные швы. При производстве фундаментных работ на ленточных глинах важнейшим требованием является сохранение природной структуры этих грунтов.

81.Возведение сооружения на заторфованных грунтах и торфах

Торф - органоминеральные отложения, не менее чем на 50% состоящие из остатков болотной растительности.

Песчаные, пылеватые и глинистые грунты, содержащие в своем составе от 10 до 50% по массе органических веществ,-заторфованные грунты.

При залегании этих грунтов ниже уровня грунтовых вод изменение свойств и, в частности, разложение органического вещества идет очень    медленно и не приводит к каким-либо катастрофическим осадкам. Понижение горизонта грунтовых вод, например при осушении территории, приводит к резкому ускорению разложения торфа и вызывает быстрые неравномерные осадки, измеряемые метрами.

Разность осадок из-за неравномерной сжимаемости тоже достигает недопустимых величин (до_1,3 м), вызывающих разрушение даже деревянных зданий. Поэтому в районах развития торфянистых грунтов должно быть обращено особое внимание на

• определение условий их залегания,

• мощности,

• положения уровня грунтовых вод,

• изучение сжимаемости.

При проектировании фундаментов в этих районах, если нельзя ограничиться возведением мелких сооружений, следует принимать решения о разрезке здания на блоки, устройстве армированных поясов и осадочных швов, т. е. решения дающие возможность протекания неравномерных и больших по величине осадок.

При приложении внешней нагрузки к этим грунтам давление развивается как в скелете грунта, так и в поровой воде, перемещение которой в стороны от приложенной нагрузки приводит к возникновению гидродинамического давления, уменьшающего устойчивость грунтов в основании. Это способствует развитию зон сдвигов. Нарушение природной структуры грунта при сдвигах ведет к снижению его прочности и одновременно к увеличению сжимаемости. Возводить ответственные сооружения на такого рода грунтах небезопасно. В связи с этим слабые грунты часто прорезают сваями или устраивают фундаменты глубокого заложения. Однако при строительстве сравнительно легких зданий и сооружений на большой толще слабых грунтов обычно принимают более дешевые решения- устраивают искусственно улучшенные основания. Стремятся уменьшать давление, передаваемое на грунты основания. Этого добиваются путем устройства под зданием или сооружением сплошной плиты. Другим методом уменьшение давления на грунты основания является проектирование подвалов и подземных этажей. При определенных условиях ф-т можно сделать плавающим (вес извлекаемого грунта при устройстве такого ф-та равен весу сооружения). Сооружение на плавающем ф-те не должно вызывать уплотнения грунтов основания, т.к. напряжения в них не превышают природных.

При использовании слабых грунтов нужно сохранять в них напряженное состояние, возникающее после приложения нагрузок, в течение всего периода его эксплуатации. Напряженное состояние в слабых грунтах может изменяться при возведении тяжелых сооружений около существующих, выполнении подсыпки территории, понижении уровня подземных вод и в др. случаях.

В р-те изменения напряженного состояния грунтов могут также появиться дополнительные осадки свайных ф-тов вследствие возникновения отрицательного трения.

Иногда предусматривают уменьшение чувствительности несущих конструкций к неравномерным осадкам:

-проектируют здание простой конфигурации в плане (прямоуг., круглое)

-проектируют равноэтажные здания или более высокие части сооружения предусматривают в тех местах, где ожидается меньшая осадка

-придают зданиям и сооружениям строительный подъем на величину всей или части ожидаемой осадки с учетом ее неравномерности

-предусматривают в конструкции здания увеличенное с учетом ожидаемых неравномерностей осадки габаритные размеры для возможности рихтовки подкрановых путей, направляющих лифтов и др.

-оставляют над вводами в здание отверстия, чтобы стены оседающего здания не давили на трубопроводы; канализационные выпуски делают с уклонами, превышающими неравномерность осадки поверхности грунта около здания.

82.Особенности устройства фундаментов на набухающих грунтах

Ряд глинистых грунтов обладает способностью набухать при повышенной влажности и, наоборот, давать усадку при последующем снижении влажности. Способность к набуханию имеют также некоторые виды шлаков и пылевато-глинистых грунтов при замачивании химическими отходами производства.

Набухание происходит за счет увеличения толщины водных пленок, окружающих частицы. Способность к набуханию нескольких грунтов устанавливается на основе опытов в лабораторных и полевых условиях. На величину набухания существенное влияние оказывают влажность и плотность грунтов. Увеличение начальной влажности способствует уменьшению набухания; с увеличением начальной плотности линейно возрастает набухание грунта.

Набухающие грунты характеризуются следующими параметрами: 1) давлением набухания ; 2) влажностью набухания ; 3) относительным набуханием при заданном давлении , 4) относительной усадкой при высыхании.

При проектировании зданий и сооружений на набухающих грунтах необходимо учитывать их набухание

• при подъеме уровня подземных вод или инфильтрации (увлажнение грунтов производственными или атмосферными водами),

• вследствие накопления влаги под сооружениями при застройке и асфальтирования территории набухание

усадку грунтов в результате изменения водно-теплового режима, усадку грунтов в процессе их высыхания от воздействия тепловых источников.

Применяются: 1) водозащитные мероприятия; 2) предварительное замачивание; 3) грунтовые подушки; 4) прорезка набухающих грунтов. Водозащитные мероприятия служат для предохранения грунтов от попадания воды или химических растворов. Они состоят из водозащитных экранов, отмостки вокруг зданий, заключения коммуникаций в галереи и лотки. Предварительное замачивание производится при небольшой толще набухающих грунтов и в дальнейшем увлажненные грунты следует предохранять от высыхания. Замачивание ведется через специальные скважины, засыпаемые песком.

Увеличение жесткости сооружений. Здания разделяются на короткие блоки осадочными швами длиной не более 30 м. Устраиваются армированные пояса. Здания более чувствительны к неравномерным подъемам, чем к осадкам. Предпочтение отдается ленточным и столбчатым фундаментам. Для конструкций иногда предусматривается возможность рихтовки (например для подкрановых путей). Предпочтительно увеличение давления под подошвой, противодействующего силам подъема. Предельные значения подъема назначаются в размере 25 % предельной осадки, а неравномерность - 50 % от неравномерной осадки.

83.Методы строительства фундаментов на мерзлых грунтах

Мерзлые - грунты, имеющие отрицательную температуру и содержащие в своем составе лед.

В зависимости от состава и температурно-влажностных условий грунты подразделяются на

• твердомерзлые(прочно сцементированы льдом и практически несжимаемы, E>100 МПа, разрушаются хрупко)

• пластично-мерзлые (имеют более высокую температуру, сжимаются больше, чем твердомерзлые, обладают вязкими свойствами)

• сыпучемерзлые(крупнообломочные и песчаные грунты, льдом практически частицы не сцементированы и их свойства под влиянием понижения температуры практически не изменяются )

При оттаивании льда в мерзлом грунте происходит его просадка. Осадка складывается из осадки за счет оттаивания в нем льда и уплотнения за счет этого скелета, а также за счет дальнейшего уплотнения грунта уже в оттаявшем состоянии.

Имеются два принципа строительства на мерзлых грунтах: I - грунты основания используются в мерзлом состоянии, которое сохраняется в течение строительства и эксплуатации здания или сооружения, Этот принцип рекомендуется, когда грунты находятся в твердомерзлом состоянии и оно может быть сохранено. Для пластично-мерзлых грунтов обычно следует предусматривать дополнительное охлаждение основания. II - когда в грунтах основания допускается оттаивание предварительное или в период строительства и эксплуатации зданий или сооружений. Использование I принципа предпочтительнее. Второй принцип применяется при неглубоком залегании скальных грунтов, а также при наличии малосжимаемых при и после оттаивания грунтов.

В пределах одной территории следует рекомендовать использование только одного принципа.

1)Чтобы сохранить мерзлое состояние, возможно:

• возводить здание на подсыпках, для которых используются пески, крупнообломочные грунты, шлаки;

• устраивать вентилируемые принудительно или открываемые на зиму и закрываемые на лето подполья;

• устраивать в зданиях неотапливаемые первые этажи;

• устраивать подсыпки с охлаждающими трубами, по которым в зимнее время циркулирует холодный воздух;

• устраивать промораживающие основание колонки.

При твердомерзлых грунтах расчет ведется по первому предельному состоянию - по несущей способности, а при пластичномерзлых - по первому и второму предельным состояниям.

При расчетах по несущей способности учитывается смерзание фундамента с вечномерзлым грунтом по его боковой поверхности.

Наибольшее распространение получили свайные фундаменты. На насыпях и подсыпках применяются столбчатые фундаменты. Глубина заделки свай в вечномерзлые грунты должна быть не менее 2 м.

2)При оттаивании для ускорения может применяться:

• парооттаивание с помощью игл, а также

• водооттаивание.

• Льдистые грунты возможно заменить талым песчаным или крупнообломочным грунтами.

• Возможно полное или частичное оттаивание грунтов в процессе эксплуатации сооружений. Оттаивание происходит обычно неравномерно под зданием - под краями оно запаздывает по сравнению с оттаиванием в середине.

Фундаменты в этом случае рассчитываются по второму предельному состоянию - по осадкам.

Должны предусматриваться конструктивные мероприятия по уменьшению чувствительности зданий к неравномерным осадкам, увеличению жесткости и монолитности фундаментов, с применением для них плит и перекрестных лент.

При использовании II принципа, для того чтобы приспособить конструкции к значительным и неравномерным осадкам, применяют либо гибкую статически определимую схему для здания, когда в нем при неравномерных осадках не будет возникать дополнительных усилий, либо разрезку здания на короткие жесткие блоки, деформирующиеся раздельно.

При наличии пучинистых грунтов учитывается возможность пучения при их промерзании. Фундаменты всех типов заглубляются в вечномерзлые грунты не менее чем на 1 м, а свайные - не менее чем на 2 м. При строительстве по II принципу глубина заложения устанавливается с учетом глубины сезонного промерзания.

Вечномерзлые грунты обладают большой прочностью, поэтому забивка свай возможна только в пластично-мерзлые грунты. Применяются следующие виды устройства свай:

1) бурозабивные - забиваются в предварительно пробуренные лидерные скважины, имеющие поперечное сечение чуть менее, чем у свай;

2) буроопускные - поперечное сечение скважины более, чем у сваи. В этом случае скважину выбуривают, а затем заполняют грунтовым раствором и опускают сваю. Она вмораживается в грунт;

3) опускные сваи - сначала оттаивают грунт паровой иглой, спускают сваю, затем она вмерзает в грунт.

В пластично-мерзлых грунтах лидерная скважина может выбуриваться, а может осуществляться виброопусканием трубы, служащей для извлечения грунта.

Далее устраивается ростверк - часто высокий, тогда получается теплоизоляция за счет воздуха. Могут устраиваться сваи-колонны.

84.Фундаменты на просадочных грунтах

При их обводнении возникают большие часто неравномерные деформации - просадки, достигающие 1 м и иногда более. Просадки возникают при увлажнении - замачивании грунтов при одновременном действии нагрузки от сооружений и собственного веса грунтов.

Принципы проектирования:

1) принятие водозащитных мер, препятствующих проникновению воды в основание;

2) устранение просадочных свойств грунтов;

3) прорезка просадочных грунтов глубокими фундаментами.

Повышают пространственную жесткость зданий - разрезкой на блоки, разделенные осадочными швами, устройством железобетонных поясов, армированием кладки.

Для гибких схем конструкций иногда можно, наоборот, увеличить податливость. Может предусматриваться восстановление зданий в процессе эксплуатации - подъем домкратами или, наоборот, допросадка в частях, где просадка оказалась меньшей, чем рядом.

Просадочные свойства можно устранить следующим образом:

1. Уплотнением грунтов тяжелыми трамбовками. При трамбовании механически ломаются структурные связи в грунте. Недостатком данного метода является возникновение сильных колебаний, поэтому вблизи уже построенных зданий его следует использовать с осторожностью.

2. Устройство фундаментов в вытрамбованных котлованах. По сути, это то же трамбование, но только трамбовками определенной формы с одновременным устройством тела фундамента. Иногда устраивают двухслойное основние, втрамбовывая в нижний слой щебень.

3. Предварительное замачивание в сочетании с подводными взрывами мелкими зарядами. При этом поверхность грунта оседает и требуется выполнить досыпку, уплотнив ее трамбованием и укаткой. При замачивании следует определить необходимое количество воды так, чтобы влажность грунта была выше начальной просадочной влажности.

4. Прорезка просадочного грунта сваями. Это метод является косвенным, так как он напрямую не устраняет просадочные свойства грунтов. Применяются забивные призматические или пирамидальные сваи.

5. Химическое закрепление и термообжиг просадочных грунтов, но они являются наиболее дорогими способами.

Применяются железобетонные забивные сваи, прорезающие толщу просадочных грунтов. Набивные сваи могут применяться с уширением при условии опирания их на плотные слои непросадочного грунта. Пирамидальные короткие сваи применяются при небольшой толще просадочных грунтов и при условии прорезки ими всей просадочной толщи.

Грунтовые сваи применяются - это способ усиления основания. В результате их применения получается не свайный фундамент, а искусственное основание. Грунт в этих сваях глинистый, утрамбованный и практически не проводящий влагу. Песчаные сваи не применяются, так как они являются дренами и способствуют увлажнению грунтов основания, следовательно, их просадке.

85. Геотехнические методы при возведении зданий и сооружений в сейсмических районах.

При проектировании фундаментов для строительства в сейсмических районах приходится учитывать некоторые особенности их работы в условиях сейсмического воздействия. Во избежание нарушения частоты собственных колебаний однородных конструкций фундаменты отдельного сооружения или отсека закладывают на одну и ту же глубину. Для исключения подвижки здания по обрезу фундаментов гидроизоляцию стен выполняют из слоя цементного раствора. Гидроизоляция на битумной или другой пластической основе не допускается. Целесообразно колонны промзданий располагать на сплошных фундаментных плитах, перекрестных ленточных ростверках или соединять железобетонными элементами. В свайном фундаменте сваи прочно заделывают в ростверк, который располагают на одной высоте в определенной части сооружения. Слабые грунты должны быть оязательно улучшены.

86.Устройство фундаментов при динамических нагрузках

Машиной принято называть любой механизм, осуществляющий целесообразное движение для преобразования энергии или для производства полезной работы.

Фундамент под любую машину должен служить для нее надежным основанием. Для соблюдения этого условия необходимо, чтобы конструкция фундамента:

• имела удобное размещение в плане;

• обеспечивала надежное крепление машины;

• отвечала требованиям прочности,

• устойчивости,

• экономичности,

• выносливости;

• не допускала осадок и деформаций,

• нарушающих условия, необходимые для нормальной эксплуатации машин;

• не допускала возникновения сильных вибраций, мешающих работе машины и обслуживающего персонала, а также создающих какие-либо другие помехи.

Фундаменты машин с динамическими нагрузками должны отделяться от смежных фундаментов здания, сооружения и оборудования сквозным швом. Расстояния между боковыми гранями фундаментов машин и смежных фундаментов конструкций Должны б ыть не менее 100 мм.

Фундаменты машин следует проектировать бетонными или железобетонными монолитными и сборно-монолитными, а при соответствующем обосновании сборными. Монолитные фундаменты допускается предусматривать под все виды машин с динамическими нагрузками, а сборно-монолитные (или сборные) — главным образом под машины периодического действия (с вращающимися частями, с кривошипно-шатунными механизмами и др.). Устройство сборно-монолитных и сборных фундаментов под машины с ударными нагрузками не допускается.

Проектный класс бетона для монолитных и сборно-монолитных фундаментов должен быть не ниже В 12,5, а сборных — В15. Форму фундаментов под машины необходимо принимать наиболее простую. Фундаменты машин допускается проектировать отдельными под каждую машину или общими под несколько машин. По конструкциям фундаменты под машины с динамическими нагрузками делятся на два основных вида — массивные, рамные.

Массивные фундаменты выполняются в виде сплошных блоков или плит с выемками, отверстиями, необходимыми для размещения и крепления частей машины и ее обслуживания (рис. 9.1). Преимуществом массивных фундаментов является их большая жесткость, которая, как правило, позволяет пренебрегать в расчетах деформациями таких фундаментов и рассматривать их как твердые тела.

Существуют основные группы конструкций фундаментов под машины с динамическими нагрузками:

• массивные (жесткие)

• рамные фундаменты (с нежестким верхним строением).

Наиболее распространенными фундаментами под машины являются массивные, выполняемые в виде сплошных тяжелых бетонных блоков с соответствующими устройствами для крепления машин. Иногда машины крепят к фундаментам на амортизаторах (стальные пружины или резиновые прокладки), смягчающие динамические нагрузки.

87.Принципы геотехники при возведении зданий вблизи существующих

При устройстве фундаментов около существующих зданий рекомендуется:

- максимально сокращать сроки работы в строительных котлованах;

- не допускать складирования строительных материалов в непосредственной близости от существующих фундаментов и на бровке котлована;

- при погружении металлического или деревянного шпунта для уменьшения сил трения следует заполнять замки шпунтин перемятой пластичной глиной, раствором тиксотропной бентонитовой глины, полимерными и другими смазками.

Допустимость применения забивных свай вблизи существующих зданий следует устанавливать только по результатам инструментальных замеров колебаний при пробной забивке свай с участием специализированных организаций для определения уровня вибрационного воздействия и его соответствия нормативным ограничениям. Особое внимание опасности динамических воздействий при забивке свай следует проявлять в случаях:

- зданий, деформации оснований которых находятся в процессе стабилизации;

- в несущих конструкциях зданий имеются трещины с раскрытием более 3 мм;

- в основании фундаментов залегают слабые грунты (илы, органо-минеральные и органические грунты, водонасыщенные рыхлые пески и пр.);

- уникальных зданий, в том числе архитектурных и исторических памятников, для которых по условиям эксплуатации установлены повышенные требования по ограничению уровня вибровоздействий.

Погружение сборных железобетонных свай и металлического шпунта рядом с существующими зданиями должно производиться тяжелыми молотами с малой высотой падения ударной части Предпочтительным является применение лидерных скважин. На примыкающем участке следует в первую очередь погрузить один ряд свай, ближайший к существующему зданию, являющийся экраном.

При производстве работ по строительству нового здания рядом с существующим, а также в случаях разборки при этом старых построек следует не допускать:

- нарушения структуры несущих слоев основания и потери устойчивости откосов при отрывке котлованов, траншей и т.д.;

- фильтрационного разрушения основания;

- технологического вибрационного воздействия;

- промораживания грунтов основания существующего здания со стороны отрытого котлована.

88. Исходные данные для проектирования оснований и фундаментов.

1. Климатические условия района.

2. Глубина сезонного промерзания и оттаивания грунта.

3. Сейсмичность площадки и особые условия, осложняющие строительство и эксплуатацию сооружений.

4. Результаты инженерно-геологических и гидрогеологических изысканий, полевых и лабораторных исследований грунтов.

5.Сведения о наличии и свойствах просадочных, вечномерзлых, набухающих, заторфованных, засоленных и насыпных грунтов.

6. Нагрузки на фундаменты.

7. Особенности возводимых и соседних зданий.

8. Глубина заложения коммуникаций.

9. Наличие подвала.

89. Геотехнические методы реконструкции оснований и фундаментов зданий и сооружений, их причины.

Причины необходимости реконструкции:

1. Недостаточная прочность материала фундамента (некачественное производство работ, выветривание и коррозия).

2. Недопустимые деформации основания (перепор грунта, откачка воды из котлованов, замораживание основания, замачивание основания, изменение уровня подземных вод, фильтрационные воздействия, ошибки при изысканиях и проектировании).

3. Увеличение нагрузок на фундамент (увеличение этажности, изменение мощности и веса оборудования).

4. Устройство новых сооружений на отметках ниже подошвы существующего фундамента.

5. Загрязнение подземных вод токсичными отходами производства.

Различают усиление оснований (путем силикатизации, битумизации и т.д.) и усиление фундаментов.

90. Способы ограждения глубоких строительных котлованов.

К земляным работам относятся рытье разведывательных траншей, планировочные работы, разработка котлованов, рытье водоотводных канав и засыпка котлованов.

Ширина дна котлованов зависит от ширины возводимой конструкции и ее материала (сборный или монолитный железобетон), наличия и вида крепления котлована, а также используемых средств водопонижения.

Допустимая глубина выемки, т. е. максимальная (критическая) глубина, при которой откос связного грунта удерживается в вертикальном положении без крепления стенок, определяется расчетом. Ориентировочные величины критических глубин выемок, устраиваемых с вертикальными стенками: 1,0 м в насыпных, песчаных и гравелистых грунтах естественной влажности; 1,25 м — в супесчаных; 1,5 — в суглинках и глинах; 2,0 — в особо плотных нескальных грунтах.

Устройство шпунтового ограждения

• Устройство шпунтового ограждения из труб б/у любых диаметров

• Устройство распорной системы

• Устройство забирки

• Устройство шпунтового ограждения из шпунта Ларсена

Устройство ограждений котлована

• Устройство фундаментов и ограждений способом «Стена в грунте»

• Устройство буросекущих свай

• Устройство бурокасательных свай

• Устройство грунтовых анкеров

Устройство шпунтового ограждения из труб применяется для раскопки котлованов в городской черте которую необходимо обезопасить от обрушении грунта при возведении различных конструкций. Шпунтовое ограждение устраивается в случае, когда невозможна разработка котлованов в откосах. Погружение элементов ограждения может выполняться в предварительно пробуренные скважины, заполненные цементно-песчаным раствором, а также забивкой, вибропогружением, задавливанием и завинчиванием. Стенки котлована в процессе разработки крепятся забиркой из обрезной доски или металлического листа. Забирка может впоследствии использоваться в качестве опалубки для бетонирования подземных конструкций здания. Ограждающие конструкции с забиркой не являются водонепроницаемыми, поэтому при расположении уровня грунтовых вод выше котлована требуется выполнение строительного водопонижения.

Устройство шпунтового ограждения из шпунта Ларсена — это сплошная шпунтовая стенка, образованная стальными сваями (шпунт типа «Ларсен», плоский шпунт, z-образный профиль, а также труба и двутавровые балки) методом забивки, вибропогружения или вдавливания. Шпунтовое ограждение служит водонепроницаемой преградой и удерживает грунт от обрушения при возведении конструкций. Шпунт Ларсена отличает большое число преимуществ: довольно широкий профильный ассортимент (подбирается в зависимости от технических характеристик объекта), хорошая статика, симметричность контуров, простота и надежность монтажа, антикоррозионная устойчивость, повышение производительности рабочего процесса. Технологические показатели шпунта Ларсена достаточно высоки и соответствуют международным стандартам. В нашей стране шпунт Ларсена широко применяется в сфере строительства мостов. Шпунт Ларсена применим к различным грунтам, некоторые сложности могут возникнуть только в местах плотной застройки.

Устройство фундаментов и ограждений способом «Стена в грунте». Метод «стена в грунте» предназначен для возведения заглубленных в грунт сооружений самого различного назначения: тоннелей, гаражей, паркингов, промышленных подземных хранилищ, портовых сооружений, фундаментов зданий. Метод производства «стены в грунте» грейферным способом заключается в том, что стены сооружения возводят в узких и глубоких траншеях (глубина до 60 метров), заполняемых при выемке грунта бентонитовым раствором, который создает избыточное гидростатическое давление на вертикальные стенки траншеи, благодаря чему они остаются ровными. После создания траншеи она заполняется монолитным железобетоном или железобетонными элементами, которые вытесняют бентонитовый раствор. Эта технология максимально востребована в условиях реконструкции исторических центров городов при плотной застройке, вблизи от существующих зданий, т. к. для ее применения не используются открытые котлованы – а значит, экономится площадь стройплощадки, она безопасна для расположенных рядом зданий и сооружений.

Устройство грунтовых анкеров. Для компенсации опрокидывающего момента, действующего со стороны грунта на конструкцию, выполненную способом «стена в грунте», служат анкерные устройства. В качестве анкерных устройств могут применяться пряди из нескольких металлических тросов и арматурная сталь. Конструкция и материал анкерного крепления выбираются в зависимости от характеристик грунта и существующих нагрузок. Применение труб в качестве одного из элементов анкера позволяет при необходимости вводить в скважину насадки для подмыва и инъецирования.

Принципиальные схемы типов креплений:

а — консольного; б — анкерного; в — консольно-распорного; г — распорного; д — подкосного; е — подвесного; 1 — щиты (доски); 2 — стойки (сваи); 3 — анкеры; 4 — распорки; 5 — подкосы; 6 — упоры (якоря); 7 — опора; 8 — кольцо

91. Роль качества изысканий, проектирования и строительства.

Аспектом проблемы безопасности, имеющим особую значимость, является качество инженерных изысканий, проектирования и строительства. Именно эти элементы формируют структурную основу безопасности градостроительной деятельности, определяя оптимальный баланс между абсолютной безопасностью и требованиями, которым должна удовлетворять продукция, процесс или услуга.

По мнению экспертов, триада «качество инженерных изысканий — качество проектирования — качество строительства» является базовым компонентом системной безопасности объектов капитального строительства.

Качество инженерных изысканий

Инженерные изыскания включают в себя геодезические, геологические, гидрологические, геотехнические и экологические исследования и проводятся, как правило, с целью получения информации о природных условиях территории строительства и особенностях техногенных нагрузок. Формируя информационную среду проектирования и предваряя собой этот этап, инженерные изыскания характеризуются целым рядом факторов, снижающих ценность и достоверность итоговых результатов. Как правило, это недостаточный состав, объем и глубина исследований, нарушение установленного порядка их проведения, несоблюдение предусмотренной нормативными документами очередности выполнения отдельных видов работ.

Весьма распространенным нарушением является произвольный выбор пунктов испытаний, без учета особенностей и условий залегания грунтов на строительной площадке. В большинстве случаев выбор таких пунктов определяется не требованиями нормативных документов, а удобством работы, расположением подъездных путей и другими субъективными факторами.

К типичным нарушениям следует отнести необоснованное снижение объема буровых работ и лабораторных исследований, произвольный порядок отбора образцов, предпочтительное использование динамических методов испытаний как менее затратных. А также ошибки в определении модуля упругости — базовой расчетной характеристики грунтов. Существуют и объективные трудности: сложность отбора образцов ненарушенной структуры в водонасыщенных песчаных, слабых пылевато-глинистых грунтах, несовершенство методов расчета и ряд других. В этих условиях полученные по результатам инженерно-геологических изысканий условия залегания грунтов существенно отличаются от фактических, а расчетные значения физико-механических характеристик грунтов часто оказываются неточными, так как рассчитываются исходя из минимальных опытных значений.

Качество проектирования

Круг проблемных вопросов, возникающих при расчетах и проектировании, весьма широк. Так, например, вследствие неверного определения плотности грунтов неправильно рассчитываются длины свай и несущая способность свайных фундаментов. При расчетах сейсмических воздействий часто принимается упрощенная интегральная модель для массивов грунтового основания, но дифференцированная — для учета взаимных перемещений точек основания. При рассмотрении процессов взаимодействия конструкционных материалов с внешней средой в отдельных случаях пренебрегают особенностями их структуры — в качестве характеристик материала используются его отдельные свойства, а структура материала представляется сплошной однородной средой.

Качество строительства

Качество строительства является важнейшим фактором, влияющим на надежность и безопасность зданий и сооружений. Включая в себя функциональный, технологический и конструктивный аспекты, качество строительства формируется на всех стадиях жизненного цикла объектов капитального строительства и теоретически обеспечивается выполнением требований технических регламентов, норм и правил. А также нормативной и проектной документации, соблюдением технологической последовательности работ и контролем за их выполнением.

Весьма распространенным нарушением является несоблюдение допусков по геометрическим параметрам железобетонных конструкций, следствием чего является изменение характеристик их прочности и деформативности. Существенное влияние на прочность железобетонных элементов оказывают и допуски по защитному слою, высоте сечения элемента и диаметру арматуры. Экспериментальные данные свидетельствуют, что сжатые железобетонные элементы со случайными эксцентриситетами на стадии изготовления могут потерять до 30% прочности при допусках, не превышающих нормированных значений.

Смещение проектного положения закладных деталей в сборных железобетонных конструкциях при их последующем монтаже обусловливает изменение конструктивной схемы и условий работы нагруженных элементов.

В условиях высоких темпов реализации проектов существенно возрастает цена ошибок, допущенных при изысканиях, проектировании и строительстве. Необоснованное сокращение объемов и сроков выполнения этих работ, снижение технической, технологической дисциплины и общего уровня профессиональной подготовки работников свидетельствуют о необходимости усиления роли органов государственного строительного надзора и служб строительного контроля в градостроительной сфере деятельности.

92. Геотехнические методы при реконструкции и причины их обуславливающие.

Причины необходимости реконструкции:

1. Недостаточная прочность материала фундамента (некачественное производство работ, выветривание и коррозия).

2. Недопустимые деформации основания (перепор грунта, откачка воды из котлованов, замораживание основания, замачивание основания, изменение уровня подземных вод, фильтрационные воздействия, ошибки при изысканиях и проектировании).

3. Увеличение нагрузок на фундамент (увеличение этажности, изменение мощности и веса оборудования).

4. Устройство новых сооружений на отметках ниже подошвы существующего фундамента.

5. Загрязнение подземных вод токсичными отходами производства.

Различают усиление оснований (путем силикатизации, битумизации и т.д.) и усиление фундаментов.

92. Факторы риска при проектировании и устройстве фундаментов зданий и сооружений.

Для изучения курса фундаментостроения необходимо обратить внимание на комплексную зависимость различных факторов, совместный учет которых необходим для успешного решения задачи устройства фундаментов любого сооружения. К этим факторам относятся:

• характер конструкции и материал сооружения;

• геологические условия, т. е. напластования, и свойства грунтов, имея при этом в виду деформации как основания, так и сооружения при их совместной работе;

• влияние воды на грунт и, в частности, возможность и опасность подмыва, растворения и выноса грунтовых частиц;

• величина возможных осадок, характер распределения их в пределах сооружения и влияние времени;

• условия и способы производства работ по постройке фундаментов, имея в виду сохранение основания в природном виде.

Чтобы избежать ошибок и принять правильное решение, необходимо возможно тщательней изучить местные условия, распределение и характер грунтов. Чем сложнее геологическое строение участка и чем ответственнее сооружение, тем в большем объеме должны быть развернуты разведочные и исследовательские работы.

Часто могут встретиться случаи, для которых еще не разработан определенный прием решения и нет четких указаний. Решение приходится принимать на основании опыта и знаний строителя, подчас в порядке производственного риска. Это обстоятельство значительно увеличивает ответственность строителя и служит побуждением к теоретическим и экспериментальным исследованиям.

Удачное решение устройства фундаментов обеспечивается не только правильными расчетами и объективным учетом свойств грунтов, но и правильным выбором способа производства работ; очень многое зависит от тщательности их выполнения.

Во всех отраслях строительного дела есть свои трудности, но в фундаментостроении эти трудности усугубляются тем, что приходится вплотную сталкиваться с природными факторами и специально к ним приспосабливаться.

Природные геологические условия являются главным определяющим фактором, и чем обстоятельнее и объективнее будут изучены свойства грунтов, тем с большим успехом могут быть решены возникающие задачи и выбраны правильные приемы осуществления принятых решений. Поэтому исследованию грунтов всегда должно уделяться особое внимание. Разведку надо производить особенно тщательно, когда строительство ведется на глинистых и пылеватых грунтах, грунтах с неустойчивой структурой, а также в случаях сложных напластований с резкими вклиниваниями и аномалиями. На строительных свойствах таких грунтов сильно сказывается даже малое увеличение влажности, и при разведке необходимо не только выявить ее величину, но и предусмотреть возможные ее изменения вследствие предполагаемых строительных работ и возведения нового сооружения.

При проектировании фундаментов следует одновременно намечать способы их постройки, так как производственные возможности строительной организации могут существенно отразиться на выборе того или иного технического решения.

Кроме непосредственного выбора наиболее рационального способа работ, необходимо исследовать условия предохранения грунта от повреждений, которые могут вызвать неравномерные осадки. Чем легче размокает грунт, тем большее значение имеет способ производства работ, причем важность этого фактора возрастает с увеличением площади котлована и его глубины. И это вполне понятно, так как с изменением этих величин возрастает интенсивность разрушающих факторов.