книги из ГПНТБ / Ушкалов, В. П. Строительство в условиях пучинистых и слабых грунтов Севера

Т а б л и ц а 7

Нормативные сопротивления /н грунта на боковой поверхности забивных свай, т/м2

более 30 см и возможна планировка территории подсыпкой или иная загрузка территории, эквивалентная подсыпке, сопротивление грунта, расположенного вы­ ше подошвы наинизшего (в пределах забивки сваи) слоя торфа, принимается: а) при подсыпках до 2 м для грунтовой подсыпки и торфа, равным нулю, а для

и условий работы грунта, принимается кт = 0,9; т\ — коэффи­ циент условий работы здания или сооружения, принимаемый равным 0,8— 1 в зависимости от степени чувствительности конструкции к неравномерным перемещениям; Q" — норматив­ ное значение силы, удерживающей фундамент от выпучивания вследствие трения его о грунт, кГ; п — коэффициент перегруз­ ки сил пучения, равный 1,4; т1— нормативное значение каса­ тельной силы пучения, принимаемое на основе опыта; при от­ сутствии опытных данных допускается тн = 0,8 кГ/см2; F — пло­ щадь боковой поверхности части фундамента, находящейся в пределах сезонномерзлого слоя, см2.

Нормативное значение силы, удерживающей фундамент

где /н — нормативное сопротивление трения грунта основания

20

на боковой поверхности фундамента, принимаемое при отсут­

Проверка фундаментов на действие сил пучения но формуле (28) должна производиться как для законченного здания, так и для незавершенного строительства; в последнем случае нагруз­ ка на фундамент определяется по фактическому весу незакон­ ченного здания. Если при этой проверке сила пучения окажет­ ся больше удерживающей силы анкера, веса фундамента и воз­ веденной части сооружения, то в проекте должны быть предусмотрены мероприятия по предохранению грунта от про­ мерзания.

Прочность сечения на разрыв заанкерепного фундамента

постоянной нагрузки, включая вес части фундамента, располо­ женной выше расчетного сечения, кГ.

При расчете устойчивости и прочности фундаментов на дей­ ствие сил пучения следует их рассматривать как кратковремен­ ную нагрузку (см. п. 1, 8 СНиП П-А. И — 62. «Нагрузки и воз­ действия. Нормы проектирования»).

МЕТОДЫ РАЦИОНАЛЬНОГО КОНСТРУИРОВАНИЯ И СТРОИТЕЛЬСТВА СООРУЖЕНИИ НА ПУЧИНИСТЫХ ГРУНТАХ

При строительстве зданий и сооружений па пучинистых грунтах следует применять мероприятия конструктивные и по защите грунтов от промерзания.

Конструктивные мероприятия

1.Применять конструкции, малочувствительные к неравно­ мерным деформациям: по жесткой схеме для многоэтажных гражданских и общественных зданий и по гибкой схеме — для одноэтажных металлических и деревянных сооружений.

2.Закладывать фундаменты на глубину не менее глубины

промерзания грунтов в эксплуатационный период, как сказано выше.

21

3.Для уменьшения площади смерзания боковой поверхно­ сти фундамента с грунтом и снижения величины сил выпучи­ вания конструировать фундаменты в виде отдельно стоящих столбов, свай с рандбалками, оставляя зазор между низом бал­ ки и поверхностью спланированного грунта па величину ожи­ даемого пучения, но не менее 20 см.

Для анкеровки закладывать столбовые железобетонные фундаменты ниже слоя промерзания, с устройством башмаков

внемерзлом грунте.

4.Допускать большие нагрузки на фундаменты с тем, что­

бы они уравновешивали возможные силы пучения.

Мероприятия по защите грунтов основания от промерзания

З а щ и т а г р у н т о в о с н о в а н и я в п р о ц е с с е у с т -

фундаментов в зимнее время вскрытый грунт при температуре воздуха — 20° может промерзать на глубину до 15 см в сутки. В этих условиях даже быстрые темпы работ по возведению фундаментов и обратной их засыпке не позволят сохранить грунты основания в немерзлом состоянии.

Иногда строители отогревают промороженные грунты перед бетонированием, однако это может привести к неравномерным осадкам фундамента. Промораживание грунтов можно допус­ тить только тогда, когда в основании залегают непучинистые грунты; промораживание пучпнлетых грунтов запрещается. «Технические условия на производство и приемку строитель­ ных и монтажных работ. Земляные и буровзрывные работы» {1958 г. ни. 1(5(1 167) требуют: «Котлованы и траншеи должны разрабатываться с применением мер против промерзания грун­ та в основании под закладываемые на нем фундаменты и дру­ гие конструкции». Поэтому ТУ 1958 г., п. 169 рекомендуют разрабатывать котлованы с недобором грунта пли укрытием основания утеплителем. Зачищать дно котлована it траншей рекомендуется непосредственно перед закладкой фундаментов.

Для предохранения грунтов основания от промерзания в период строительства применяются [3]: а) устройство тепля­ ков; б) электропрогрев грунтов основания; в) утепляющие по­ душки из песка или шлака. Первые два способа защиты грун­ тов требуют затраты больших дополнительных средств и спе­ циального оборудования, поэтому строители стремятся использовать третий способ. Однако этот способ требует тща­ тельной организации работ. Электропрогрев применяется для выполнения монолитных плитных фундаментов больших раз­ меров при наличии электроэнергии, осуществляется но специ­ альной технологии.

22

Необходимо защищать грунты от промораживания при от­ копке котлована и подготовительных работах до начала про-* греванпя. Если при выполнении плитного фундамента нет воз­ можности устроить тепляк пли использовать электропрогрев, применяют защиту грунтов котлована по меде его откопки теп­ лоизолирующим материалом. Таким материалом может служить слой сухого песка, шлака, гидрофобного порошка; этот слой служит также подушкой под фундамент. Толщина его устанав­ ливается теплотехническим расчетом. Чтобы не допускать про­ мораживания дна открытого котлована, следует предваритель­ но изготовить опалубку и связать арматуру и затем без за­ держки установить их краном па дно котлована.

В случае сборных фундаментов котлован обычно остается открытым в течение срока, необходимого для зачистки его дна, устройства подсыпки, укладки блоков — в общей сложности не менее суток. В таких случаях достаточной теплоизоляцией для защиты от промерзания грунта в течение ночи при температу­ ре до — 20° может служить слой сухой песчаной подготовки толщиной 10 см.

Защит а г ру нт ов ос нования от п р о м е р з а н и я

и п у ч е н и я п о с л е в о з в е д е н и я ф у н д а м о п т а и в и е- р н о д э к с п л у а т а ц и и з д а и и я. При незаконченном строи­ тельстве, переходящем на зимний период, необходимо защищать грунты от промерзания. Засыпку пазух котлована следует про­ изводить немедленно талым грунтом с тщательным послойным трамбованием; грунт около фундаментов укрывать теплоизоля­ ционными засыпками; поддерживать положительную темпера­ туру в первых этажах или подвалах.

Для защиты грунтов от пучения в период эксплуатации ре­ комендуются следующие конструктивные и мелиоративные ме­ роприятия:

1) обмазка фундаментов смолами, лаками и другими ма­ териалами для уменьшения сил смерзания груптов с фун­ даментами;

2)засыпка пазух котлована иепучшшетыми грунтами;

3)добавление в нучннистые грунты засыпки пазух котло­

23

8) регулирование поверхностного водоотвода для предохра­ нения грунтов от увлажнения путей вертикал).ной планировки строительной площадки [8; 24].

СТРОИТЕЛЬСТВО В У С Л О В И Я Х С ЛА Б Ы Х ГРУН ТО В

ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

Первостепенное значение в определении слабых грунтов имеют сжимаемость и возможные осадки. Принятыми ранее методами расчета — по допускаемым напряжениям и но раз­ рушающим нагрузкам — не учитывались деформации, возни­ кающие в основаниях под нагрузкой. При слабых грунтах ре­ комендовалось назначать малое давление на грунт иод подош­ вой фундамента (допускаемое давление). В проектной практике укоренилось мнение, что для уменьшения осадки до­ статочно снизить напряжения, передаваемые на грунт, т. е. уширить подошву фундаментов. Однако эго трудно осущест­ вить при слабых грунтах, потому что уширение подошвы при­ водит в итоге к сплошной фундаментной плите. Но и в этом случае не устраняется возможность осадок [1, 2].

Таким образом, при возведении сооружений на сла­ бых грунтах необходимо считаться с осадками и притом нерав­ номерными. Максимальная осадка может быть в 2—2,5 раза больше средней, т. е. 5маис = 2,5 5ср. Зная строительные свойства сжимаемых грунтов оснований, можно принять меры по улуч­ шению грунтов оснований и приспособлению конструкций зда­ ний и сооружений к строительству и эксплуатации в условиях слабых сплытосжимаемых грунтов.

Величина ожидаемых деформаций оснований может быть найдена из деформатпвных характеристик грунтов, определе­ ние которых требует сложных, связанных со значительными затратами врементг, лабораторных и полевых испытаний. Ин­ женерно-геологическими изысканиями деформативные харак­ теристики из-за сложности их определения обычно не выявля­ ются или выявляются в крайне ограниченном количестве. Оп­ ределение их в достаточном объеме возможно по методике, базирующейся на зависимости деформатпвных коэффициентов от основных физических характеристик грунтов. На основании статистического обобщения многочисленных определений деформативных коэффициентов и физических характеристик грунтов нами установлена их взаимозависимость, выведены фор­ мулы и составлены таблицы для получения расчетных значе­ ний этих коэффициентов с фактически допустимой степенью приближения косвенным путем без производства сложпых ис­ пытаний.

24

ОСНОВНЫЕ ДЕФОРМАТИВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ГРУНТОВ

Основными деформативными характеристиками грунтов яв­

сканиях опытным путем в компрессионном приборе или в но­ левых условиях с помощью штампа. По средней величине этой

Характеристика сжимаемости может быть также определе­ на по коэффициенту пористости е. В этом случае различают грунты [1]:

малосжимаемые (е < 0 ,5 ),

среднесжпмаемые (0,5 ^ е <70,7),

сильносжпмаемые (е > 0 ,7 ).

По СНиП П-Б 1—02 (табл. 2) песчаные грунты различа­ ются (табл. 8). Соответственно для перечисленных категорий сжимаемости плотность грунта уск составляет 1,8; 1,6 и

1,3 г/см3.

В результате статистической обработки многочисленных данных компрессионных и полевых испытаний грунтов под нагрузкой нами разработан косвенный способ определения рас­

сложения грунта или при помощи зондирования.

25

где р — безразмерный коэффициент, корректирующий упро­ щенную схему расчета, принимаемый равным 0,8; Ef — мо­ дуль деформации г-го слоя грунта, определяемый опытным пу­ тем, кГ/см2.

где гп и b — параметры уравнений экспериментальных кривых сжимаемости грунтов под нагрузкой 1—4 кГ/см2, принимаемые по табл. 9; eoi — расчетное значение коэффициента пористости, принимаемое равным

для связных

(35)

Здесь емин — минимальный коэффициент пористости несвязно­ го грунта, соответствующий состоянию его .максимальной плот­ ности; еК|) — коэффициент пористости связанного грунта, соот­ ветствующий влажности на границе раскатывания Wv\

значения гср равны: для суглинка 0,44; супеси 0,34; песка 0,32; гравийного грунта 0,26. Расчетные формулы сведены в табл. 9.

Т а б л и ц а 9

Грунт Расчетные формулы

грунт

26

Т а б л и ц а tO

Нормативные и расчетные значения параметра линейности с (кГ/см2). угла внутреннего трепня (р (град) и модуля де­ формации Е (кГ/см2) (независимо от происхождения и воз­ раста)

П р и м е ч а н и я : 1. Характеристики песчаных грунтов по табл. 10 относятся к кварцевым пескам с зернами различной окатаниости, содержащим не более 20% нолевого шпата и не бо­ лее 5% в сумме различных примесей (слюда, глауконит и пр.),

циентов пористости (&), а для глинистых грунтов и при значениях

степени влажности (G), влажности на границе раскатывания р) или консистенции (В), выходящих за пределы, предусмотренные

запас надежности допускается принимать по соответствующим нижним пределам Е, ср и В. Однако более экономичные решения оснований н фундаментов получаются при определении характери­ стик грунтов с, ср и Е по данным инженерно-геологических ис­ следований.

П р и м е р ы : 1. Определить коэффициент сжимаемости во­ донасыщенного монолита суглинка. Исходные данные: е = 0,85;

е„,р = 0,53; г,= 0,38; у — = 86; е0 = 0,73.

ср

Согласно формуле (36), получим

а,= (0,006-0,73 + 0,007) ^ =0,011 см2/кГ.

2. Определить коэффициент сжимаемости водонасытценного

монолита песка. Данные: е = 0,44; бмв„ = 0,31; £(= 0,30;

ср

= 0,94; ео = 0,41.

27

Т а б л и ц а

Нормативные п расчетные значения удельного сцепления с (кГ/см2) и угла внутреннего трения ф (град) * глинистых грунтов четвертичных] отложений при консистенции 0<-6:57 1

* См. примечание к табл. 10.

* С.м. примечание к табл. 10.

приказу Госстроя СССР от 29 марта 1966 г. № 30, заменившие табл. 13 СНиП И-Б. 1 -6 2 ).

РАСЧЕТ ОСНОВАНИЙ И ФУНДАМЕНТОВ ПО ПРЕДЕЛЬНЫМ СОСТОЯНИЯМ

Расчет оснований и фундаментов производится по предель­ ным состояниям в соответствии со СНиП Н-А. 10— 62 [15]. Предельными являются состояния, при которых конструкции или основания перестают удовлетворять предъявляемым к ним эксплуатационным требованиям.

Расчет оснований и фундаментов следует производить: по

скальными грунтами, а также грунтами малой и средней сжи­ маемости, при коэффициенте однородности «о не более 1,5 и фун­ даментах, отличающихся по ширине в пределах одного блока здания не более чем в 2 раза для промышленных и не более чем в 1,5 раза для жилых и общественных зданий. Данные ре­ комендации применимы для следующих конструкций зданий

исооружений:

а) промышленных: одноэтажные с несущими конструкция­ ми, малочувствительными к неравномерным осадкам (напри­ мер, отдельные колонны на отдельно стоящих фундаментах со свободно опертыми фермами или балками и т. п.) и грузо­

подъемностью кранов до 50 т включительно; многоэтажные (высотой до шести этажей включительно) с сеткой колонн не более 6X9 м;

б) жилых и общественных: многоэтажные прямоугольной формы в плане и постоянной этажности, высотой до пяти эта­ жей включительно, с несущими крупноблочными, кирпичными и другими видами каменных стен, а также со стенами из круп­ ных панелей;

в) сельскохозяйственных: независимо от конструктивной формы и расположения в плане.

Для перечисленных зданий и грунтов расчет оснований мо­ жет производиться без проверки осадок по нормативным дав­ лениям, приведенным ниже и в СНиП [ 16].

29