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

9. 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.

10. 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.

11. 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

12. 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.

13. 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.

14. 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.

15. 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.

16. Свободная вода в грунте.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.

17. 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.

18. 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.

19. 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.

20.Работа временных водных потоков.

Временные водные потоки подразделяются на равнинные и горные. Возникают они на склонах при таянии снега и выпадении атмосферных осадков.

Работа временных водных потоков на равнинах включает деятельность плоскостных и русловых потоков. Их активность в огромной мере зависит от степени развития растительности, в особенности травянистой – чем плотнее дернина, тем меньшее воздействие временных водотоков на горные породы. Таким образом, в наибольшей степени подвержены водной эрозии лишенные естественной растительности склоны.

Плоскостной (склоновый) сток представлен тонкой, сравнительно однородной пленкой воды, медленно стекающей по гладкой поверхности пологого склона. В этих условиях энергия (живая сила) потока мала, поэтому смываются и сносятся вниз только сравнительно мелкие и легкие рыхлые частицы. Перенесенный материал отлагается у подножья и в нижней части склона, образуя шлейф, наибольшая мощность которого наблюдается в основании склона.

Русловой сток временных водотоков возникает на склонах, поверхность которых осложнена разного рода выемками и ложбинками. Скапливающаяся в них вода, благодаря значительной массе, может совершать большую эрозионную и транспортирующую работу, причем не по плоскости, а линейно. Таким образом, деятельность временных русловых потоков на равнинах ведет к образованию оврагов. 

22.Определение фильтрационных характеристик грунта полевыми методами.

Основными методами исследований являются опытные откачки, наливы и нагнетания.

Опытные откачки из скважин применяются для определения коэффициента фильтрации и дебита водоносных

ла давлений вычисляются коэффициент уплотняемости α и модуль деформации Е:

; (I-2)

, (I-3)

где β - коэффициент, зависящий от коэффициента Пуассона μ и равный 0,4 для глин; 0,62 для суглинков; 0,74 для супесей и песков.

Рис. I-6. Компрессионная кривая

Значения модулей деформации по данным лабораторных испытаний получаются заниженными по сравнению с данными полевых испытаний грунтов штампами. Для корректирования результатов компрессии вводятся поправочные коэффициенты

23. 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.

25. 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.

26. 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.

27.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.

28. 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.

29.Распределение напряжений в основании от собственного веса грунта

Напряжения от собственного веса грунта имеют значение для свеженасыпанных земляных, сооружений, оценки природной уплотненности грунтов и в расчетах осадок оснований фундаментов. При горизонтальной поверхности грунта напряжения от собственного веса будут увеличиваться с глубиной.

Вертикальное напряжение от собственного веса грунта σ_zg представляет собой вес столба грунта над рассматриваемой точкой с площадью поперечного сечения, равной единице.

При постоянном удельном весе грунта γ по глубине по оси z напряжения σ_zg определяются по формуле

.                                                                                                           (1.1)

При слоистом залегании грунтов, обладающих различным удельным весом, или наличии грунтовых вод (рис. 1.1) величина σ_zg определяется суммированием:

.                                                                                                        (1.2)

Рис. 1.1. Определение напряжения в грунте от собственного веса и наличия уровня грунтовых вод

Горизонтальные напряжения σ_yg и σ_xg также увеличиваются с глубиной и определяются по формуле

,                                                                                                     (1.3)

где   – коэффициент бокового давления грунта;   – коэффициент относительных поперечных деформаций, аналогичный коэффициенту Пуассона упругих тел.

Коэффициент Пуассона   принимается равным для грунтов: крупнообломочных – 0,27; песков и супесей – 0,30; суглинков – 0,35; глин – 0,42.

Вариант задания принимается по последней цифре шифра зачетной книжки студента и соответствующей специальности.

С использованием исходных данных для конкретного варианта (табл. 1.1) строится эпюра напряжений σ_zg от собственного веса грунта.

Пример расчета: требуется определить напряжения от собственного веса грунта на глубине 6 м от поверхности. Основание до глубины 3 м сложено песком средней крупности и средней плотности γ₁ = 19 кН/м³, γ_sb = 10,3 кН/м³. Песок подстилается слоем глины полутвердой γ₂ = 22 кН/м³, являющейся водоупором. Уровень грунтовых вод WL расположен в песке на глубине 2 м от поверхности.

Результаты расчета представлены на графике (рис. 1.2).

Рис. 1.2. Эпюра напряжений σ_zg от собственного веса грунта

30. 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.

31.Изминение осадок во времени

На процесс протекания осадки во времени влияют водопроницаемость грунтов в условиях их водонасыщения, ползучесть скелета грунта и деформируемость его компонентов (поровой воды, включений воздуха, паров и газов, органических веществ и т. д.).

Для строительных конструкций зданий и сооружений очень важным показателем является скорость протекания осадок во времени. В случае значительных величин скоростей протекания осадок могут иметь место разрушения конструкций, аварийное состояние зданий и сооружений. При меньших величинах скоростей осадок в конструкциях зданий возникают медленные деформации ползучести.

Для полностью водонасыщенных глинистых грунтов в настоящее время широко применяется теория фильтрационной консолидации при соблюдении следующих условий:

1) грунты рассматриваются в состоянии грунтовой массы, т. е. полностью водонасыщенные грунты со свободной, несжимаемой и гидравлически непрерывной водой; 2) напряжения в скелете грунта мгновенно вызывают его деформацию, которая линейно связана с действующим давлением; 3) грунт не обладает структурной прочностью и приложенное к нему внешнее давление первоначально воспринимается водой; 4) водопроницаемость грунтов полностью подчиняется закону Дарси. С учетом изложенных условий теория фильтрационной консолидации грунтов будет применима для неуплотненных, слабых водонасыщенных глинистых грунтов.

Рассмотрим задачу о протекании осадок во времени водонасыщенного грунта при уплотнении его сплошной равномерно распределенной нагрузкой в условии односторонней фильтрации. При этом полагаем, что выдавливание воды из пор грунта определяется законом фильтрации, а изменение коэффициента пористости - законом уплотнения. Будем считать, что в начальный момент времени грунтовая масса находится в статическом состоянии, т. е. поровое давление равно 0. Для любого момента времени на любой глубине от дренирующей поверхности будет соблюдаться условие: p = pr + pda. В начальный момент времени давление p полностью воспринимается водой pw. В последующие промежутки времени давление на поровую воду будет уменьшаться и увеличиваться на минеральную часть грунта pr. Это увеличение давления будет происходить до тех пор, пока внешнее давление не будет полностью передано на скелет грунта.

33. 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

35. 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:

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.

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.

38,39.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.

40.Классификация фундаментов мелкого заложения.

В общем случае все фундаменты можно разделить на три типа:

1. Фундаментная плита;

2. Свайно-ростверковый фундамент, или столбчатый фундамент, или колонный фундамент, или просто свайный;

3. Ленточный фундамент.

Все фундаменты могут быть либо сборными, либо монолитными.

Как уже говорилось, все эти фундаменты могут быть заглубленными и мелкозаглубленными. Соответственно, вся классификация обычных фундаментов подходит и для фундаментов мелкого заложения.

Можно такие фундаменты классифицировать и по иному признаку, скажем, по материалу, на котором они возводятся, то есть по материалу основания фундамента.

Классификация выглядит следующим образом:

• Фундамент мелкого заложения на выравнивающей подсыпке;

• Фундамент мелкого заложения на подсыпке из непучинистого материала;

• Фундамент на подушке из непучинистого материала;

• Мелкозаложенный фундамент на выравнивающей подсыпке;

• Мелкозаложенный фундамент на подушке из непучинистого материала.

Из такой классификации видно, что некоторые типы фундаментов отличаются между собой всего одной вещью: подсыпкой или подушкой.

Для того, чтобы строить, нужно понимать, что строишь, поэтому следует ознакомиться с некоторыми базовыми понятиями, касающимися строительства фундаментов.

Подушка – это слой материала под фундаментом, который нужен для того, чтобы снизить эффект пучинитости грунта и увеличить несущую способность фундамента. Подушкой можно назвать слой щебня, который уложен под фундамент и с его боков, как правило, сам фундамент находится немного внутри подушки, как человек, спящий на обычной подушке, отсюда и название.

Подсыпка – это слой материала, который снижает эффект пучинистости и повышает несущую способность фундамента. Фактически выполняет те же функции, что и подушка, разница только в конструкции. Если подушка как бы обволакивает фундамент с трёх его сторон – низ и две боковые стороны, то подсыпка касается только одной стороны фундамента — низа.

Лента фундамента – это фактически и есть фундамент. Таким термином принято называть монолитный ленточный фундамент, а точнее видимую его часть, то ест только бетон без подсыпки или подушки.

Ростверк – это перекрытие, которое используется для настила на колонны свайного фундамента. В роли ростверка может выступать лента фундамента, то есть такой же залитый в опалубку бетон, или же сборный ростверк, состоящий их железобетонных плит и иного материала.

Колонна фундамента – это часть свайного фундамента, которую принято называть просто словом «столб». Может выполняться из различных материалов.

42. 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.

43.Определение размеров плитных фундаментов.

Плитный фундамент является одним из вариантов устройства незаглубленного или малозаглубленного фундамента. По сути, это железобетонная плита, под которой располагается 10-30 сантиметровый слой утрамбованного песка или щебня. Щебень должен располагаться на предварительно выровненном материковом грунте, то есть на земле, которую не рыхлили и не копали.

В большинстве случаев толщина бетонной плиты составляет 20-40 см. Допускается использование, как монолитной плиты, так и сборного железобетона, такого, например, как дорожные плиты. В последнем случае необходимо устройство поверх плит цементной или бетонной выравнивающей стяжки.

Однако фундамент, представленный одной монолитной плитой, является более долговечным и надёжным в эксплуатации, так как имеет большую пространственную жесткость, по сравнению с фундаментом, собранным из отдельных плит. Более того, устройство монолитного фундамента на месте может стоить дешевле, чем приобретение, доставка и установка с помощью крана дорожных плит (и не стоит забывать, что поверх них все равно придётся делать цементную стяжку).

44. 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.

45. 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).

47.Виды деформаций зданий и сооружений

Прогноз величины деформаций оснований на стадии проектирования сооружения позволяет выбрать наиболее правильные конструктивные решения фундаментов и надземных частей зданий и сооружений. Осадки оснований оказывают решающее влияние на прочность и устойчивость подземных конструкций.

Осадкой называется медленная и сравнительно небольшая деформация, происходящая в результате уплотнения грунта под действием нагрузок и сопротивляющаяся коренным изменениям его структуры.

При равномерных осадках основания подошва фундамента в любой моент времени опускается на одинаковую величину. Такие осадки не вызывают перераспределения усилий в конструкциях, но затрудняют нормальную эксплуатацию.

При неравномерных осадках основания подошва фундамента опускается на разную величину, вызывая перераспределение усилий и деформаций в надземных частях зданий и сооружений. Такие осадки ухудшают эксплуатацию оборудования, изменяют условия устойчивости сооружений, вызывают перенапряжения в отдельных конструкциях и элементах.

В зависимости от характера развития неравномерных осадок и от жесткости здания или сооружения возникают следующие виды деформаций.

Прогиб и выгиб возникают в протяженных зданиях и сооружениях, не обладающих большей жесткостью.

В случае развития прогиба (рис. 7.1,а) наиболее опасная зона растяжения находится в нижней части здания или сооружения, выгибе (см. рис. 7.1,6), — наоборот, в верхней части сооружения.

Рис. 7.1. Схема прогиба (а) и выгиба (б) сооружения

Относительный прогиб или выгиб (ƒ/L) здания или сооружения оценивается отношением стрелы прогиба или выгиба к длине прогнувшейся части здания и кривизной изгибаемого участка (рис. 7.2) и определяется по формуле (по пособию к СНиП, 1986; СНиП 2.02.01—83):

        7.1.

где S1 и S3 — осадки в краях фундамента; S2 — наибольшая или наименьшая осадка фундамента; L — длина фундамента.

Рис. 7.2. Относительный прогиб или выгиб сооружения

Крен (наклон) — поворот фундамента относительно горизонтальной оси, проявляющийся при несимметричной загрузке основания. Наибольшую опасность данный вид деформации представляет для высоких сооружений — дымовых труб, узких зданий повышенной этажности и др., т.е. характерен для жестких сооружений.

Крен рассматривается как разность абсолютных осадок двух точек фундаментов, отнесенных к расстоянию между ними (рис. 7.3), и определяется по формуле

                  (7.2)

где S1 и S2 — осадки крайних точек сплошного фундамента или двух фундаментов.

Рис. 7.3. Крен сооружения

Перекос зданий и сооружений характерен при резком проявлении неравномерности осадок на участке небольшой протяженности при сохранении относительной вертикальности несущих конструкций (рис. 7.4).

Кручение возникает при неодинаковом крене здания или сооружения по длине, при этом происходит развитие крена в двух сечениях сооружения в разные стороны (рис. 7.5). Горизонтальные перемещения фундаментов зданий или сооружений возникают при действии на основания горизонтальных нагрузок (рис. 7.6). Например, устои мостов (рис. 7.6,а), гидротехнические сооружения (рис.7.6,б), они возможны при развитии оползней и при выполнении подземных выработок.

Рис. 7.4. Перекос сооружения

Рис. 7.5. Кручение сооружения

Рис. 7.6. Схема горизонтального перемещения устоя моста (а) и гидротехнического сооружения (б)

48.Методы определения деформаций оснований фундаментов

Метод послойного суммирования.

Метод эквивалентного слоя.

50.Конструирование плитных фундаментов.

Плитные фундаменты, состоящие из сплошной незаглубленной монолитной плиты, сооружают при высоком уровне грунтовых вод (особенно напорном), а также при неравномерно сжимаемом, слабом грунте. Такие фундаменты имеют жесткое пространственное армирование по всей несущей плоскости. В этом случае система "плита — надфундаментное строение" хорошо воспринимает все внешние нагрузки, независимо от возможных деформаций и неравномерных перемещений основания (фундаменты, которые имеют вместе с грунтом сезонные перемещения, называют плавающими). Конструкция плитного фундамента, как мы уже сказали, представляет собой сплошную или решетчатую плиту, выполненную из монолитного железобетона. Такое конструктивное решение широко используется в зарубежной строительной практике. В нашей стране технология плитных фундаментов для жилых и общественных зданий малой этажности разработана Хабаровским институтом инженеров железнодорожного транспорта совместно с Дальневосточным научно-исследовательским институтом по строительству. Для построения плитных фундаментов созданы специальные методики расчета и принципы конструирования, позволяющие с большой надежностью и минимальными трудовыми и материальными затратами соорудить нулевой цикл здания бесподвальной конструкции. Плитный фундамент позволяет избежать дорогостоящих и часто ненадежных методов предотвращения неравномерных деформаций грунта, гарантируя надежность системы на все время эксплуатации здания. Особенно эффективна технология возведения плитных фундаментов в сейсмических районах, где другие конструктивные решения защиты здания от колебаний почвы требуют больших материальных и трудовых затрат. Экономическая целесообразность фундамента в виде сплошной незаглублекной железобетонной плиты очевидна. Эта технология позволяет избежать большого объема земляных работ, снизить трудоемкость процесса возведения фундамента, добиться существенной экономии материальных ресурсов. Железобетонную плиту изготавливают по месту, предварительно убрав плодородный слой почвы. В зависимости от рельефа местности и характера грунтов под плитой выполняют песчаную подсыпку с обязательным уплотнением катками, вибраторами и т.п. Плиту усиливают арматурным каркасом, в качестве которого можно использовать металлические стержни, проволоку диаметром 3-6 мм, трубы и металлический лом. Изготовление арматурного каркаса осуществляется сварными стыками без использования вязальной проволоки. Сам каркас должен иметь пространственную структуру из жестко связанных между собой нижнего и верхнего ярусов которые должны располагаться таким образом, чтобы арматура полностью помещалась в толще бетона. Такое конструктивное решение гарантирует надежность от разломов плиты при местных просадках или перемещениях грунтовых слоев. До укладки арматурного каркаса песчаную подушку застилают одним двумя слоями рубероида или поливинилхлоридной пленки, что позволяет избежать утечки цементного молока из бетона в процессе его укладки и вибрирования. Кроме того, изоляционный слой отсекает капиллярную грунтовую влагу, не позволяя ей проникать в поры бетона. Отсечка капиллярной влаги особенно важна при наличии агрессивных вод, так как выполнить защиту подошвы железобетонной плиты другими методами практически невозможно. В зданиях, где не требуется цокольная часть нулевого цикла (гаражи, складские помещения и т.п.), верхняя плоскость фундаментной плиты может быть ровной. Жилые здания возводят на плитах с цокольными ребрами, высота которых зависит от рельефа местности и требуемой высоты цоколя. Цокольными ребрами могут служить сборные фундаментные блоки, выложенные в один ряд в виде ленточного фундамента. Для сейсмических зон цокольные ребра выполняются в монолитном варианте. Арматурный каркас цокольных ребер должен быть жестко сварен с арматурным каркасом фундаментной плиты.  Бетонирование таких ребер производят в один приемом с бетонированием плиты, не допуская больших перерывов между укладкой отдельных порций бетона. Для ребер сооружают деревянную опалубку. Принцип построения такой опалубки практически не отличается от принципов построения опалубки для ленточных монолитных фундаментов. Бетон должен быть класса не ниже В15 и марки морозоустойчивости F75 при толщине плиты 15-20 см.

Рис. 57. Армирование плитного фундамента: 1 — верхний ярус каркаса;  2 — нижнего ярус каркаса.

51,54. 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.

52. 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 .}

53. 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.

55.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.

56. 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.

57. Основы проектирования оснований и фундаментов в соответствии с евронормами.

При определении проектных ситуаций и предельных состояний следует учи-

тывать следующие факторы:

— условия участка в отношении общей стабильности и перемещения грунтов

— природу и размер конструкции и ее элементов, включая любые специальные

требования, такие, как проектный срок службы;

— условия в отношении окружения конструкции (например,: соседние конструк-

ции, транспорт, инженерные коммуникации, растительность, опасные химикаты);

— условия грунта;

— условия грунтовых вод;

— региональная сейсмическая активность;

— влияние среды (гидрология, поверхностные воды, оседание почвы, сезонные

изменения температуры и влаги).

При проектировании фундамента должны устанавливаться предельные

значения для перемещений фундамента.

Выбор проектных значений для ограничения перемещений и деформаций

должен учитывать следующее:

— достоверность, с которой может быть указано приемлемое значение переме-

щения;

— признак и скорость перемещения грунта;

— тип конструкции;

— тип конструкционного материала;

— тип фундамента;

— тип грунта;

— режим деформации;

— предлагаемое использование конструкции;

— потребность в обеспечении того, что нет проблем с энергоносителями, вхо-

дящими в конструкцию.

Проектирование посредством расчетов включает:

— воздействия, которые могут либо вызываться нагрузками, либо перемеще-

ниями, например, перемещениями грунта;

— свойства почв, скальных пород или других материалов;

— геометрические данные;

— предельные значения деформаций, ширины трещин, вибрации и т.д.;

— модели для расчетов

Проектирование по предписывающим мероприятиям

В ситуациях проектирования, когда модели расчета отсутствуют или не нуж-

ны, превышение предельных состояний может исключаться путем использования

предписывающих мероприятий. Они включают обычные или общие консервативные

правила проектирования и уделяют внимание спецификации и контролю материалов,

квалификации персонала, процедурам безопасности и обслуживания.

Проектирование с помощью предписывающих мероприятий может использо-

ваться там, где сравнимый опыт делает необязательными проектные расчеты. Это может также использоваться для обеспечения долговечности при воздействии замораживания и химическом и биологическом воздействиях, для которых прямые расчеты в общем случае не приемлемы.

58. Воздействия, Учитываемые при проектировании фундаментов по евронормам.

Любое взаимодействие между конструкцией и грунтом должно учитываться

при определении вводимого в проект взаимодействия.

В геотехническом проекте должно учитываться следующее для включения в

качестве воздействия:

— вес почвы, скальной породы и воды;

— напряжения в грунте;

— давление земли и давление грунтовых вод;

— давление несвязанной воды, включая давление волн;

— давление грунтовых вод;

— силы утечки;

— постоянная и налагаемая нагрузки от конструкций;

— перегрузки;

— силы крепления;

— снятие нагрузки или раскапывание грунта;

— нагрузки при перевозке;

— смещения, вызванные выработками или другими работами, связанными с

шахтами и туннелями;

— вспучивание и усадка, вызванные растительностью, климатическими измене-

ниями или изменениями влажности;

— смещения, вызванные сползанием или скольжением или усадкой грунтовых

масс;

— смещения, вызванные деградацией, рассеиванием, самоуплотнением и рас-

творением;

— смещения и ускорения, вызванные землетрясениями, взрывами, вибрациями

и динамическими нагрузками;

— температурные эффекты, включая воздействие мороза;

— ледовая нагрузка;

— налагаемое предварительное напряжение в распорках или креплениях грунта

— поверхностное трение сваи.

Должна рассматриваться возможность различных воздействий, имеющих

место совместно или по раздельности.

Продолжительность воздействий должно рассматриваться со ссылкой на

временные эффекты в свойствах материалов почвы, особенно свойства дренирования

сжимаемости мелкогранулированных почв.

Воздействия, которые прилагаются повторяющимся образом, и воздействия

с переменной интенсивностью, должны обозначаться для специального рассмотрения

в отношении, например, непрерывных перемещений, разжижения почв, изменения

твердости грунта и прочности.

Воздействия, которые создают динамическую реакцию в конструкции и грунт

должен обозначаться для специального рассмотрения.

Действия, при которых силы за счет грунта и свободной воды преобладают,

должны обозначаться для специального рассмотрения в отношении деформаций, рас-

трескивания, переменной проницаемости и эрозии.

59.Определение несущей способности грунтов оснований плитных фундаментов по еврокод7

При проектировании фундаментов на естественном основании будет ис-

пользоваться один из следующих методов:

—непосредственный метод, в котором для каждого предельного состояния про-

водятся отдельные анализы. При учете конечного предельного состояния, в расчетах

необходимо, по возможности полностью, моделировать механизм предполагаемых

разрушений. При проверке предельной эксплуатационной надёжности, при расчете не-

обходимо учитывать возможность осадки;

—косвенный метод, использующий полученный опыт и результаты полевых или

лабораторных измерений или наблюдений, и выбранный в соответствии с нагрузками,

влияющими на эксплуатационную надёжность здания, для удовлетворения требований

всех соответствующих граничных условий;

—директивный метод, в котором используется предполагаемая прочность на

Смятие. Необходимо использовать соответствующие модели для окончательного и

нпромежуточного расчета при предельных состояниях фундаментов на естественном основании

пример расчета

Условия без дренирования

где b_c, s_c, i_c – безразмерные коэффициенты для:

– наклона подошвы фундамента b_c = 1 - 2 / ( + 2);

– формы фундамента:

s_c = 1 + 0,2×(В/L) – для прямоугольной формы;

s_c = 1,2 – для квадратной или круглой формы;

– наклона нагрузки с горизонтальной составляющей Н (H  Ac_u):

c_u – прочность грунта при недренированном сдвиге, определяемая по формуле:

 – коэффициент Пуассона, принимаемый: 0,30 – для супесей; 0,35 – для суглинков; 0,42 – для глин.

Условия с дренированием

где значения безразмерных коэффициентов:

а) несущей способности:

б) наклонной подошвы фундамента:

в) формы фундамента:

 – для прямоугольной формы;

 – для квадратной или круглой формы;

 – для прямоугольной формы;

 – для квадратной или круглой формы;

 – для прямоугольной, квадратной или круглой формы;

г) наклона нагрузки за счет горизонтальной составляющей Н:

где m = m_B = [2 + (B/L)] / [1 + (B/L)], если Н действует вдоль B;

m = m_L = [2 + (L/B)] / [1 + (L/B)], если Н действует вдоль L.

61. Основные расчетные положения предъявляемые для расчета оснований фундаментов опору трубопроводов транспортных и гидросооружений

Для расчета строительных конструкций отдельно стоящих опор и эстакад рекомендуется следующая последовательность

выбор расчетной схемы

предварительное назначение размеров конструкций

определение нагрузок от собственного веса конструкций (ветровых снеговых технологических)

статические расчеты конструкций траверс пролетных строений опор

составление расчетных комбинаций усилий

подбор сечений конструкций расчет соединений сборных элементов проверка жесткости и трещиностойкости

расчет оснований фундаментов.

Расчет строительных конструкций отдельно стоящих опор и эстакад следует производить как расчет плоских конструкций. При необходимости проведения уточненных расчетов и учета дополнительных факторов расчет отдельно стоящих опор и эстакад следует производить как пространственных систем с учетом их совместной работы с трубопроводами.

При прокладке трубопроводов на эстакаде горизонтальная нагрузка направленная вдоль оси эстакады от сил трения в подвижных частях трубопроводов воспринимается пролетным строением и при наличии анкерных опор на промежуточные опоры не передается. Расчет опор эстакад производят на действие разности температур от климатических воздействий ветровую нагрузку нагрузку от ответвлений трубопроводов вертикальную нагрузку от собственного веса конструкций трубопроводов и снега.

При расчете отдельно стоящих опор и эстакад необходимо учитывать нагрузки, возникающие при их возведении, эксплуатации и испытании трубопроводов.

Отдельно стоящие опоры и эстакады должны рассчитываться на нагрузки от веса трубопроводов с изоляцией, веса транспортируемого продукта, на горизонтальные нагрузки и воздействия от трубопроводов, нагрузки от веса людей и ремонтных материалов на обслуживающих площадках и переходных мостиках, от отложений производственной пыли, а также снеговые и ветровые нагрузки, при наиболее неблагоприятном их сочетании.

62.Фундаменты мелкого заложения под опоры трубопроводов транспортных и гидросооружений

Отдельные фундаменты под опоры следует проектировать сборной или монолитной конструкции. Высоту фундамента следует назначать по условиям заглубления в грунт и условиям заделки колонн опоры. Площадь подошвы фундамента рекомендуется принимать прямоугольной формы с отношением сторон 0,6-0,9.

Сопряжение сборных железобетонных колонн с отдельным фундаментом следует осуществлять посредством замоноличивания в стакан фундамента на глубину не менее 1,5 размера большей стороны сечения колонны и не менее длины анкеровки продольной арматуры колонны. Стыки железобетонных колонн с фундаментом, воспринимающие растягивающие усилия, должны выполняться с помощью сварки стальных закладных деталей или сварки выпусков арматуры колонны и фундамента. Сопряжение стальных колонн с фундаментами следует осуществлять с помощью стальных баз, установленных на фундамент с креплением их анкерными болтами.Низ плиты стальных баз должен быть расположен не менее чем на 200 мм выше планировочной отметки земли.

Наибольшее давление на грунт под краем подошвы не должно превышать давление на грунт при действии изгибающего момента в одном направлении 12R а при действии изгибающих моментов в двух направлениях 15R (где R - расчетное сопротивление грунта). Для фундаментов с прямоугольной подошвой размеры подошвы с учетом отрыва допускается определять исходя из следующих условий: при действии момента в одной плоскости принимают е0,28а; при действии моментов в двух плоскостях расчет производят на действие момента в каждом направлении, принимают е_х0,23а и е_y0,23b; наибольшее давление на грунт _max под подошвой определяют по формуле

(9)

где a - длина фундамента в направлении действия максимального момента;

b - ширина фундамента;

e=M/N; e_x=M_x/N; e_y=M_y/N - эксцентриситеты продольной силы;

N - нормативная вертикальная продольная сила по подошве фундамента, включая собственный вес фундамента и грунта на уступах;

M_x и M_y - изгибающие моменты в плоскостях х и у по подошве фундамента.

63.Свайные фундаменты под опоры трубопроводов транспортных и гидросооружений

Конструктивные решения сварных опор могут осуществляться в виде отдельных забивных свай-колонн, колонн, замоноличенных в буронабивную сваю или сваю-оболочку и рамно-свайных систем, состоящих из двух или четырех колонн, объединенных в плоскую или пространственную систему с помощью связей, ригелей, свайного ростверка

Расчет опор с применением колонн, установленных на односвайные фундаменты из свай-оболочек и буронабивных свай, свай-колонн на совместное действие вертикальных и горизонтальных нагрузок должен включать:

а) определение глубины погружения свай;

б) расчет свай по деформациям, который сводится к проверке соблюдения условия

(10)

где u_p - расчетная величина горизонтального перемещения верха колонн;

u_u - предельная величина горизонтального перемещения верха опоры, устанавливаемая заданием на проектирование и принимаемая не более ¹/₇₅ расстояния от верха колонны до поверхности грунта:

в) расчет устойчивости грунта основания, окружающего сваю;

г) проверку прочности и трещиностойкости свай и колонн.

При проверке прочности расчетную длину свай-колонн следует определять, рассматривая сваю, как жестко защемленную в сечении, расположенном на расстоянии от поверхности грунта, определяемом в соответствии со СНиП 2.02.03-85 «Свайные фундаменты». Расчетную длину колонн, замоноличенных в буронабивные сваи и сваи-оболочки, допускается принимать, рассматривая колонну, как жестко защемленную в уровне поверхности грунта.

Примечание. Расчет устойчивости грунта основания, окружающего сваю, не требуется для свай размером поперечного сечения d0,6 м, погруженных в грунт на глубину более 10d, за исключением случаев погружения свай в ил или глинистые грунты текучепластичной и текучей консистенции (здесь d - наружный диаметр круглого или сторона квадратного или большая сторона прямоугольного сечения сваи).

Расчет прочности и трещиностойкости железобетонных свай-колонн производится на косое внецентренное сжатие или растяжение. При этом предельная ширина раскрытия трещин принимается для надземной части сваи-колонны - 0,3 мм, для подземной части - 0,2 мм.

66. 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.

67. 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

68. 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.

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. 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.

72. 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.

73.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

74. 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.

75. 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.

78. 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.

79. 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.

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.

84. 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.

85. 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.

87.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.

88.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.

89.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.

90.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.

92.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.

93.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.

94. 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.

95. 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

96. 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.

97. 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.

98. 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.