14. Определение несущей способности свай статической нагрузкой.

Метод испытания свай вертикальной статической нагрузкой, не­смотря на сложность, длительность и значительную стоимость, позволяет наиболее точно установить предельное сопротивление сваи с учетом всех геологических и гидрогеологических условий строительной площадки. Метод используется либо с целью устано­вления предельного сопротивления сваи, необходимого для после­дующего расчета фундамента, либо с целью проверки на ме­сте несущей способности сваи, определенной каким-либо дру­гим методом, например прак­тическим. Так, по ГОСТ 5686 — 78* проверке подверга­ется до 1% общего числа по­гружаемых свай, но не менее двух, если их число меньше 100. В случае применения свай, изготовленных в грунте, испы­тания вертикальной нагрузкой Могут также проводиться для контроля качества их исполне­ния.

Для проведения испытаний оборудуется специальная уста­новка, показанная на рис. , а. Вертикальная нагрузка чаще всего гидравлическим домкратом, установленным на голову сваи.

Упором для домкрата служит мощная сварная металлическая балка, соединенная с анкерными сваями, забитыми в грунт на расстоянии, достаточном, чтобы быть вне напряженной зоны, образующейся при загрузке испытуемой сваи. Осадка сваи измеряется прогибомерами с точностью до 0,1мм. При испытании вертикальную нагрузку на сваю увеличивают ступенями, равными 1/10-1/15 от ожидаемого предельного сопротив­ления сваи. Каждая последующая ступень нагрузки прикладывается после условной стабилизации осадки сваи на предыдущей ступени. Осадка считается условно стабилизировавшейся, если ее прираще­ние не превышает 0,1мм за 1 ч наблюдения для песчаных грунтов и за 2 ч для глинистых.

По данным испытания вычерчивается график зависимости осад­ки от нагрузки, по которому определяется предельное сопротивле­ние испытываемой сваи. Практика показала, что графики испытаний свай делятся на два типа. Для графиков типа 1 характерен резкий перелом, после которого осадка непрерывно возрастает без увеличения нагрузки. За предельную нагрузку F_и в этом случае принимают ту, которая вызвала непрерыв­ную осадку (срыв сваи). Для графиков типа 2 характерно плавное очертание без резких переломов, что затрудняет определение предель­ной нагрузки. Предельной в этом случае считается такая нагрузка, под воздействием которой испытываемая свая получила осадку

где ζ — переходной коэффициент, s_u.mt - предельное значение сре­дней осадки фундамента проектируемого здания или сооружения, устанавливаемое по СНиП 2.02.01-83.

Коэффициент ζ комплексно учитывает ряд факторов: несоответ­ствие между осадкой одиночной сваи и сваи в кусте, кратковременность испытания сваи статической нагрузкой по срав­нению с длительностью эксплуатации здания и т. п. Значение этого коэффициента устанавливается наблюдениями за осадками зданий на свайных фундаментах и в настоящее время принимается равным ζ =0,2.

15. Нагрузки и воздействия на основания.

Основные положения и правила по определению и учету всех видов нагрузок и воздействий, а также их сочетаний определяют­ся по СНиП 2.01.07—85 «Нагрузки и воздействия».

При проектировании оснований зданий и сооружений необ­ходимо учитывать нагрузки, которые возникают при их строи­тельстве и эксплуатации, а также при изготовлении, хранении и перевозке строительных конструкций.

Основными характеристиками нагрузок являются их норма­тивные значения, устанавливаемые СНиПом по нагрузкам и воздействиям. Расчетные величины действующих нагрузок опре­деляются как произведение нормативных значений на коэффи­циенты надежности по нагрузке у/, которые должны соответство­вать рассматриваемому предельному состоянию и учитывать возможные отклонения нагрузок в неблагоприятную сторону от нормативных значений.

При расчете оснований зданий и сооружений по второй группе предельных состояний (по деформациям) коэффициент надежности принимается равным единице.

Все нагрузки в зависимости от продолжительности их дей­ствия подразделяют на постоянные и временные.

К постоянным относятся нагрузки, которые при строитель­стве и в процессе эксплуатации зданий и сооружений действуют и проявляются постоянно. К ним относятся: вес частей зданий и сооружений, в том числе вес несущих и ограждающих кон­струкций; вес и давление грунтов; горное давление и др.

Временные нагрузки подразделяют на:

длительные — вес временных перегородок, стационарного оборудования (станков, аппаратов, моторов, емкостей, трубо­проводов с арматурой, опорными частями и др.), давление газов, жидкостей и сыпучих тел в емкостях и трубопроводах, нагрузки на перекрытия от складируемых материалов, нагрузки от людей, животных на перекрытия, вертикальные нагрузки от мостовых и подвесных кранов и др.;

кратковременные — нагрузки от оборудования в пускооста-новочном, переходном и испытательном режимах, веса людей и ремонтных материалов в зонах обслуживания и ремонта обору­дования, нагрузки от подвижного подъемно-транспортного оборудования, снеговые нагрузки с полным нормативным значе­нием, ветровые, гололедные нагрузки и др.;

особые — статические, взрывные воздействия, нагрузки, вы­званные резкими нарушениями технологического процесса, временной неисправностью или поломкой оборудования, воздей­ствия, вызванные деформациями основания с коренным измене­нием структуры грунта (при замачивании лессовых просадочных грунтов) или оседанием его в карстовых районах или районах горных выработок.

Расчет оснований зданий и сооружений по предельным состояниям первой и второй групп должен выполняться с учетом наиболее неблагоприятных сочетаний нагрузок.

В зависимости от учитываемого состава нагрузок различают следующие сочетания:

1) основные сочетания нагрузок, состоящие из постоянных, длительных и кратковременных;

2) особые сочетания нагрузок, состоящие из постоянных, длительных, кратковременных и одной из особых нагрузок.

Если учитываются сочетания, включающие постоянные и не менее двух кратковременных нагрузок, расчетные значения временных нагрузок необходимо умножать на коэффициенты сочетаний: а) в основных сочетаниях для длительных нагрузок tyi = 0,95, для кратковременных фг= 0,9; б) в особых сочетаниях для длительных нагрузок ^i = 0,95, для кратковременных ■ф₂ = 0,8.

Основания зданий и сооружений рассчитывают по деформа­циям на основное сочетание нагрузок, по несущей способности — на основное сочетание, а при наличии особых нагрузок — на основное и особое сочетание.

Нагрузки на перекрытия и снеговые нагрузки могут относить­ся как к длительным (при расчете по деформациям), так и к кратковременным (при расчете оснований по несущей способ­ности).

Нормативные значения равномерно распределенных времен­ных нагрузок на плиты перекрытий, лестницы и полы на грунтах приведены в СНиПе по нагрузкам и воздействиям.

16.Порядок проектирования оснований и фундаментов.

1) Оценка результатов инженерно-геологических, инженерно-геодезических и инженерно-гидрометеорологических изысканий для строительства. Состав этих данных определяется соответствующи­ми нормами и инструкциями. От качества и полноты материалов изысканий во многом зависят надежность и экономичность принимаемых в проекте реше­ний основания и фундаментов.

В общем случае результаты изысканий должны содержать сведе­ния о местоположении территории строительства, ее климатических и сейсмических условиях, инженерно-геологическом строении и литологическом составе толщи грунтов, наблюдаемых неблагоприят­ных факторах (наличие просадочности грунтов, карста, оползневых процессов, горных выработок и т. п.). Особое внимание уделяется, сведениям о наличии в горизонтах подземных вод, колебаниях их уровней, агрессивности по отношению к материалам фундаментов и подземных частей зданий. Дан­ные представляются в виде инженерно-геологических колонок по отдельным выработкам (скважинам, шурфам и т. д.) и разрезов, построенных по этим выработкам, а также соответствующих тек­стовых материалов и таблиц. На инженерно-геологических доку­ментах обязательно приводятся места отбора проб для лаборатор­ных определений характеристик физико-механических свойств грун­тов, пункты проведения полевых опытов, включая статическое и ди­намическое зондирование.

Количество выработок, назначаемых для изысканий, определя­ется сложностью инженерно-геологических условий площадки и чу­вствительностью проектируемого сооружения к неравномерным осадкам. Глубина выработок должна не менее чем на 1...2 м превышать нижнюю границу сжимаемой толщи основания, а в случае слабых грунтов полностью прорезать их толщу. Результаты изысканий должны содержать все необходимые данные о физико-механических свойствах грунтов основания, сведения о методах их определения, прогноз возможных изменений показа­телей этих свойств.

2) Анализ проектируемого здания и сооружения. В соответствии с заданием на проектирование определяются плановые и высотные размеры сооружения, устанавливаются его конструктивная и рас­четная схемы, материалы элементов конструкций, способы передачи нагрузок на основание. Исходя из конструктивных и эксплуатац.-технологич. требований определяется чувствительность со­оружения или отдельных его частей к неравномерным осадкам, назначаются предельные значения деформаций основания.

Важным этапом является определение нагрузок, действующих на сооружение (ветровых, снеговых, особых и т. п.), а также нагру­зок от несущих конструкций сооружения, перекрытий, различного рода оборудования и эксплуатационных условий, передающихся на фундаменты. Равнодействующие всех нагрузок в зависимости от расчетной схемы сооружения прикладываются в уровне верхнего обреза или подошвы фунд.

3) Выбор типа основания и конструкций фундаментов. Имея приведенные выше данные, осуществляют привязку проектируемо­го сооружения к строительной площадке, т. е. совмещение осей сооружения с инженерно-геологическими разрезами и выбор глуби­ны заложения подошвы фундаментов. На этой стадии проектирования следует стремиться так разместить сооружение на площади застройки, чтобы по возмож­ности избежать влияния на сооружение источников вредных воздей­ствий: линз слабых грунтов, карстовых полостей, посторонних коммуникаций и т. п.

В массовом строительстве обычно приме­няются два класса фундаментов: мелкого заложения и свайные фундаменты. Более сложные конструкции (сваи-оболочки, опускные колодцы, кессоны и т. д.) используются для специальных сооруже­ний или в сложных инженерно-геологических условиях. Обычно уже сама схема сооружения (каркасное, бескаркасное, многоэтажное, одноэтажное, наличие или отсутствие подвальных помещений и т. д.), а также величина и характер нагрузок, передава­емых на основание (моментные, безмоментные и т. п.), в совокуп­ности с данными об основании (характер залегания, несущая спосо­бность, деформируемость грунтов, наличие и уровень залегания подземных ВОД и т. д.) позволяют наметить несколько вариантов конструкций фундаментов, наиболее подходящих для конкретных условий строительства. Заканчивается этот этап выбором типа основания и нескольких (обычно не менее трех) конструктивных типов фундаментов проек­тируемого сооружения.

4) Расчеты оснований по предельным состояниям, технико-эко­номический анализ вариантов и принятие окончательного решения. Для одного или нескольких сечений сооружения в зависимости от его конфигурации, нагрузок, сложности напластования грунтов про­водятся расчеты выбранных вариантов фундаментов по предель­ным состояниям. Определяются окончательные размеры фундамен­тов в плане, количество и расположение свай, проектируются фун­даменты для каждого варианта. Оцениваются все виды работ по возведению фундаментов и, если нужно, по устройству искусствен­ных оснований а других мероприятий, направленных на уменьше­ние неравномерных деформаций основания. Проводится технико-экономическое сравнение рассматриваемых вариантов и по миниму­му приведенных затрат устанавливается оптимальное проектное решение. В отдельных случаях, при соответствующем технико-экономи­ческом обосновании, может быть принято и более дорогое решение, если это обеспечивает ускорение ввода объекта в действие и получе­ние за счет этого дополнительных прибылей.

17. Расчет оснований по 2-м группам предельных состояний.

Расчет свайных фундаментов и их оснований производят по двум группам предельных состояний:

по первой группе — по несущей способности грунта основания свай; по устойчивости грунтового массива со свайным фундаментом; по прочности материала свай и ростверков;

по второй группе — по осадкам свайных фундаментов от вертикальных нагрузок; по перемещениям свай совместно с грунтом оснований от действия горизонтальных нагрузок и моментов; по образованию или раскрытию трещин в элементах железобетонных конструкций свайных фундаментов.

Расчет по несущей способности грунтов основания заключается в выполнении условия N≤F_d/γ_k,

где N — расчетная нагрузка, передаваемая на сваю, кН;

F_d— несущая способность сваи, определяемая любым из методов;

γ_k —коэффициент надежности, принимаемый равным: 1,2—если несущая способность сваи определена по результатам ее испытания статической нагрузкой; 1,25 — по результатам динамических испытаний, выполненных с учетом упругих деформаций грунта, а также по результатам статического зондирования грунта или его испытания эталонной сваей или сваей-зондом; 1,4 — по результатам динамических испытаний свай, выполненных без учета упругих деформаций грунта, или расчетом практическим методом.

Проверку устойчивости свайного фундамента совместно с грунтовым массивом производят только в случае передачи на свайные фундаменты больших горизонтальных нагрузок, а также если фундамент расположен на косогоре или его основание имеет откосный профиль. Проверку производят по расчетной схеме сдвига грунта по круглоцилиндрической поверхности скольжения.

Расчет свайных фундаментов по предельному состоянию второй группы (по деформациям) при действии вертикальных нагрузок производят исходя из условия S≤S_u,

где S — деформация свайного фундамента (осадка и относительная разность осадок), определяемая расчетом;

S_u — предельно допустимое значение деформации свайного фундамента, устанавливаемоезаданием на проектирование или определяемое по СНиП 2.02.01 — 83*.

Фундаменты из свай, работающих как сваи-стойки, рассчитывать по деформациям от вертикальных нагрузок не требуется.

Расчет по перемещениям свайных фундаментов от действия горизонтальных нагрузок и моментов заключается в выполнении условий u_p≤u_u; ψ_p≤ψ_u,

где u_p и ψ_p — расчетные значения соответственно горизонтального перемещения, м, и угла поворота, рад, свайного фундамента;

u_u и ψ_u — их предельные значения, устанавливаемые в задании на проектирование.

Расчет свай и ростверков по прочности материала производится в зависимости от применяемых материалов по соответствующим СНиПам и инструкциям.

18. Основные принципы проектирования оснований и фундаментов

Проектирование оснований осуществляется по следующим основным принципам:

1. Проектирование оснований зданий и сооружений по пре­дельным состояниям независимо от типа фундамента.

2. Учет совместной работы системы — основание, фундамент и надземные несущие конструкции здания или сооружения.

3. Комплексный подход при выборе типа фундамента и оцен­ке работы грунтов основания на основе совместного рассмотре­ния: инженерно-геологических условий территорий строительной площадки; чувствительности несущих конструкций здания или сооружения к неравномерным деформациям основания; методов производства строительно-монтажных работ по устройству осно­ваний фундаментов и особенностей эксплуатации зданий и сооружений.

Перечисленные факторы свидетельствуют о сложности выпол­нения задачи по проектированию ос-ий и фун-тов. Поэтому зачастую невозможно определить рациональные типы оснований и фундаментов, не рассмотрев предварительно не­сколько возможных вариантов. Окончательное решение следует принимать на основе технико-экон сравнения вариантов оснований и фундаментов. При этом необходимо учитывать стоимость конструкции фундамента, ее долговечность, индустриальность изготовления, трудоемкость, возможность выполнения СМР в зимнее время. Особое внимание обращается на сохра­нение естественной структуры грунтов основания во время произ­водства земляных работ.

проектирование оснований и фундаментов реко­мендуется выполнять в такой последовательности:

1. Наметить возможные, конкурирующие варианты оснований и фундаментов с учетом инженерно-геологических условий строи­тельной площадки, конструктивных особенностей здания или сооружения и действующих нагрузок.

2. Рассчитать выбранные варианты оснований и фундаментов в стадии технического проекта, отобрав наиболее нагруженные фундаменты.

3. Произвести технико-экономическое сравнение вариантов и выбрать из них наиболее рациональный.

Общие требования к проектированию оснований н фундаментов. Проектирование оснований и фундаментов выполняется в соответ­ствии с действующими нормативными документами. При этом необходимо:

- обеспечение прочности и эксплуатационных требований зданий и сооружений (общие и неравномерные деформации не должны превышать допустимых величин);

- максимальное использование прочностных и деформационных свойств грунтов основания, а также прочности материала фунда­мента;

= достижение минимальной стоимости, материалоемкости и тру­доемкости, сокращение сроков строительства.