книги из ГПНТБ / Максимов С.Н. Инженерные сооружения (с основами строительного дела) учеб. пособие

меньше, но даже увеличивается (особенно при частых ударах).. Происходит это в результате разжижения грунта и выплеска его вокруг сваи. Если бойку приостановить, то через некоторое время произойдет «засасывание» сваи и ее сопротивление погружению возрастет. Поэтому и в этих грунтах бойку нужно производить до проектной глубины, определяемой соответствующим расчетом.

литым и другим бетоном; в) заполнением железобетоном.

Выбор того или иного типа набивной сваи производится с уче­ том свойств грунтов, в которых закладывается свая, а также ус­ ловий работы сваи в фундаменте.

Сваи в незакрепленной скважине можно изготовлять в мало­ влажных связных грунтах, которые некоторое время могут дер­ жать устойчивыми стенки скважины. Проходка скважины может осуществляться либо обычным бурением (ударным способом или вибробурением), либо задавливанием сердечника. В сильносжимаемых грунтах, например в лессах, такие скважины изготовляют и взрывным способом, закладывая в пробуренную скважину ма­ лого диаметра серию небольших зарядов, расширяющих при взры­

ве полость скважины.

После изготовления полости ее заполняют с трамбованием в зависимости от назначения сваи песком, щебнем, бетоном и т. и.

Сваи с постоянной оболочкой изготовляют в сыпучих или очень влажных связных грунтах, которые не могут держать устой­

81

чивой стенки, или в условиях, когда бетонную сваю надо изоли­ ровать от действия агрессивных вод. Одновременно эта оболочка служит формой для изготовления сваи. Этот тип свай имеет огра­ ниченное применение.

Гораздо большее распространение получили набивные сваи с извлекаемой оболочкой. Прообразом их являются сваи русского

Рис. 45. Изготовление бетонных свай Страуса:

а — бурение скважины; б — подача бетона в скважину; в — трамбование бетона

инженера А. Э. Страуса (Киев, 1899 г.), широко известные в ми­ ровой практике фундаментостроения как сваи Страуса (рис. 45) изготовляемые путем обычного бурения скважины с обсадкой. По достижении проектной отметки скважина отдельными порциями загружается бетоном, который сильно трамбуется, с одновремен­ ным извлечением обсадной трубы. Освобожденный при подъеме труб от оболочки бетон под влиянием трамбования раздается в стороны, уплотняя окружающий грунт. Постепенно, добавляя в тру ы бетон, производят наращивание сваи. В местах залегания

сильносжимаемого грунта свая получает расширение и в целом приобретает неправильную форму.

82

В настоящее время процесс изготовления набивных свай су­ щественно усовершенствован и механизирован. В частности, раз­ работан метод изготовления частотрамбованных свай, при кото­ ром на весь процесс приготовления сваи длиной 12 м, включая и: время погружения трубы — оболочки, трамбование и т. п., расхо­ дуется несколько больше 1 час, что лишь немного превышает время, необходимое для погружения обычной забивной сваи.

Рис. 46. Напряженное состояние грунта под близкими сваями

Существенный прогресс был достигнут при применении для; уплотнения бетона свай вместо трамбования прессования сжатым; воздухом или нагнетанием воды. Сваи, изготовленные этим спо­ собом, получили название п н е в м о с в а й .

В ряде случаев оказывается целесообразным делать сваи не­ ровной цилиндрической формы, а с расширениями в определенных участках. Наиболее распространенным случаем такой конструкции являются сваи с увеличенной пятой, изготовляемые обычно взрыв­ ным способом. Метод изготовления такой сваи сводится к следу­ ющему: в скважину на забой опускают патрон с взрывчатым ве­ ществом, провода от которого выведены через устье скважины на поверхность. Поверх патрона загружают пластичный бетон и, приподняв на 1—1,5 м обсадные трубы, производят взрыв. Взрыв­ ные газы раздвигают грунт в стороны и образуют расширеннуюполость, в которую устремляется бетон, находящийся в скважине. После этого в скважину добавляют еще бетон и трамбуют его так, как это обычно делают при сооружении набивной сваи. Если в такую сваю с расширенной пятой заложить арматуру, то можнополучить конструкцию, хорошо работающую на выдергивание. Та­ кие сваи находят применение, в частности, при сооружении опорлиний электропередач.

При любом методе изготовления свайного фундамента грунтыоснования в результате погружения в них свай претерпевают из~

83

менения: песчаные грунты уплотняются; глинистые уплотняются, а возможно, и разжижаются; вокруг сваи происходит передвижка грунта и частичное перемешивание.

Одиночная свая создает вокруг себя зону влияния, а свайный фундамент, включающий в себя группу свай, — суммарную зону влияния всей группы свай. При очень редкой сетке забивки свай зоны влияния от одиночных свай могут не смыкаться, а при обыч­ ной сетке они смыкаются (рис. 46), создавая повышенное напря­ жение на глубине острия сваи. В результате этого осадка группы свай оказывается больше, чем осадка одиночной сваи.

Несущая способность и осадки свайного фундамента могут быть определены путем соответствующих расчетов с использова­ нием прочностных и деформационных характеристик грунтов, сла­ гающих основание. Однако изменения, происходящие с грунтами :при производстве работ по созданию этого типа фундаментов, вносят некоторую неопределенность, которая может быть снята путем постановки специальных полевых опытов по определению несущей способности сваи и осадок, которые она будет давать под нагрузкой от сооружения. Подобные опыты обязательны во всех случаях устройства крупных свайных фундаментов в слож­ ных инженерно-геологических условиях.

§5. ОСОБЫЕ СЛУЧАИ ОПИРАНИЯ ФУНДАМЕНТОВ

Вряде случаев при строительстве фундаментов возникают ус­ ловия, связанные со специфическими свойствами отдельных раз­ новидностей грунтов и некоторыми видами воздействия на них сооружений. Эти особые условия возникают в основании, когда его слагают такие слабые по своей устойчивости и несущей спо­ собности грунты, как илы, торфы или лессы, способные давать просадочные деформации, либо многолетнемерзлые грунты, резко меняющие свои свойства при изменении температуры. Кроме того, особые условия возникают в основании сооружений, создающих динамические нагрузки, или при строительстве в сейсмических районах.

Рассмотрим кратко строительство фундаментов в этих особых

УСЛОВИЯХ.

Фундаменты на илах

Проектирование и строительство фундаментов на илах пред­ ставляют собой трудную задачу в связи с тем, что илы отличаются

•очень малой плотностью и как следствие этого большой сжимае­ мостью и незначительной прочностью. Поэтому в случаях, когда мощность илов велика и нет возможности опереть фундамент (да­ же свайный) на грунты, их подстилающие, приходится прибегать к упрочнению их тем или иным способом. Наиболее простое реше­ ние, часто принимаемое в таких случаях, — это уплотнение на­

84

грузкой, создаваемой отсыпкой на поверхность илов песчаной по­ душки. Под весом этой подушки происходит уплотнение ила, уве­ личивается его прочность и уменьшается сжимаемость.

Такие песчаные подушки отсыпаются заблаговременно и пос­ тепенно, отдельными небольшими слоями с таким расчетом, чтобы у краев образующейся насыпи не происходило нарушения устой­ чивости ила и выпора его из-под подушки. По мере наращивания толщины подушки идет уплотнение и упрочнение ила, что позво­ ляет через некоторое время уложить на поверхность песчаной по­ душки каменную наброску, на которую в дальнейшем можно будет опереть фундамент сооружения.

Строительство на торфах

В строительной практике существует понятие о заторфованных грунтах. К таким грунтам обычно относят торфы с 10—60% неразложившегося органического вещества, а также грунты либо с прослоями торфа, либо с содержанием органического вещества от 10 до 30% (по весу).

Эти грунты, весьма пестрые по своему составу, характери­ зуются чрезвычайно большой сжимаемостью. При залегании этих грунтов ниже уровня грунтовых вод изменение свойств и, в част­ ности, разложение органического вещества идет очень медленно и не приводит к каким-либо катастрофическим осадкам. Однако понижение горизонта грунтовых вод, например при осушении тер­ ритории, приводит к резкому ускорению разложения торфа и вы­ зывает быстрые и неравномерные осадки, измеряемые метрами (в Архангельске некоторые деревянные здания имели осадки в 3 и даже 4 м). Разность осадок из-за неравномерной сжимаемости тоже достигает недопустимых величин (до 1,3 м), вызывающих разрушение даже деревянных зданий. Поэтому в районах разви­ тия торфянистых грунтов должно быть обращено особое внимание на определение условий их залегания, мощности, положения уров­ ня грунтовых вод, а также на изучение сжимаемости. При про­ ектировании фундаментов в этих районах, если нельзя ограни­ читься возведением мелких сооружений, следует принимать решения о разрезке здания на блоки, устройстве армированных поясов и осадочных швов, т. е. решения, обеспечивающие возможность про­ текания неравномерных и больших по величине осадок.

Фундаменты на лессовых грунтах

При конструировании и возведении фундаментов и сооруже­ ний на просадочных лессовых грунтах в зависимости от степени просадочности толщи должны применяться различные меры. По существующим в настоящее время рекомендациям для сооруже­ ний, несущественно меняющих режим влажности грунтов в осно­ вании, следует предлагать защиту грунта от увлажнения, в частно­

85

сти, путем создания водозащитных элементов. В основании соору­ жений, увеличивающих влажность грунтов, рекомендуется про­ водить укрепление. Для этого может быть применено трамбование тяжелыми трамбовками, уплотнение грунтовыми набивными свая­ ми и т. п. В более тяжелых случаях может оказаться необходимым применение химических методов укрепления, а для сооружений с мокрым технологическим процессом — применение термического метода (обжига).

В случаях, когда сооружения на лессовых грунтах будут все же претерпевать большие неравномерные осадки, при проектиро­ вании следует соблюдать следующие условия: а) фундаменты под стены возводить монолитными (фундаменты-стены или прочные ленточные), б) в зданиях предусматривать пояса жесткости и про­ водить армирование фундаментов, в) выбирать конструкции зда­ ний, не чувствительные к неравномерным осадкам (разрезка соо­ ружений на блоки и т. п.).

Совершенно очевидно, что принятие того или иного решения должно проводиться только после тщательного изучения инженер­ но-геологических условий площадки строительства и определения как прочностных, так и деформационных свойств лессовых грун­ тов (включая и просадочные свойства) в условиях взаимодей­ ствия их с сооружением.

Строительство на многолетнемерзлых грунтах

В нашей стране, где на колоссальной территории развиты мно­ голетнемерзлые грунты, созданы специальные методы возведения и эксплуатации сооружений, опирающихся на эти специфические грунты. При этом кроме обычных механических свойств должны

та в талое состояние (при заданном давлении); б) плотность пес­ чаных и крупнообломочных грунтов в твердомерзлом и сыпуче­ мерзлом состояниях.

В настоящее время согласно СНиП различают следующие четыре основных метода строительства сооружений на мерзлых грунтах:

1)без учета мерзлого состояния грунта,

2)с сохранением мерзлого состояния грунта в основании,

3)с учетом постепенного оттаивания грунтов основания,

4)с предпостроечным оттаиванием.

Первый метод может быть использован только при строи­ тельстве на толще неразрушенных скальных грунтов, слагающих всю мощность слоя возможного протаивания, или на плотных сухих гравелистых, галечных или щебнистых (так называемых скелетных) грунтах, находящихся в сыпучем состоянии и не под­ стилаемых льдистыми мерзлыми грунтами.

8 6

Второй метод целесообразно применять при большой мощно­ сти мерзлых грунтов (15—20 м и более), особенно если темпера­ турный режим мерзлых грунтов устойчив, а сооружения не пред­ ставляют собой каких-либо горячих цехов, бань и т. п., т. е. не выделяют большого количества тепла и не покрывают значитель­ ных территорий. Этот метод практически универсален и может применяться при строительстве всех общественных, жилых и боль­

стве горячих цехов и других соо­ ружений с большой поверхностью застройки (десятки метров в

длину и ширину), когда для сохранения грунтов в мерзлом состоя­ нии требуются дорогостоящие специальные устройства.

По этому методу уже построено много сооружений и крупных промышленных предприятий и его можно считать вполне себя оправдавшим.

Третий метод — это конструктивное приспособление фундамен­ тов и сооружений к неравномерным осадкам основания при от­ таивании. Он применяется, когда температурный режим грунтов не устойчив, сооружение выделяет большое количество тепла, а грунты представлены песчаными, гравелистыми и другими разно­ стями, которые при оттаивании не дают чрезмерных осадок. Од­ нако он не может быть рекомендован, если основание сложено глинистыми льдосодержащими грунтами, теряющими свою устой­ чивость и выдавливаемыми из-под сооружения при оттаивании.

Четвертый метод, при котором проводится принудительное предпостроечное оттаивание грунтов, применяется только при ма­ лой мощности мерзлых грунтов в основании фундамента.

Фундаменты под машины

Воздействие на основание фундаментов машин, создающих ди­ намические нагрузки существенно отличается от такого с нагруз­ ками статическими. Это является следствием того, что силы, воз­ никающие при работе машин, меняются во времени по величине и направлению и вызывают колебательные (вибрационные) дви­ жения фундамента, передающиеся толще грунтов основания. Та­

8 7

кие колебательные движения могут вызвать значительные и не­ равномерные осадки, а в отдельных случаях потерю устойчивости основания.

Существуют основные группы конструкций фундаментов под машины с динамическими нагрузками: массивные (жесткие) и рамные фундаменты (с нежестким верхним строением). Наиболее распространенными фундаментами под машины являются массив­ ные, выполняемые в виде сплошных тяжелых бетонных блоков с соответствующими устройствами для крепления машин. Иногда машины крепят к фундаментам на амортизаторах (стальные пру­ жины или резиновые прокладки), смягчающие динамические на­ грузки.

Конструкция фундамента иод машину должна удовлетворять следующим условиям: 1) быть прочной и устойчивой; 2) не давать чрезмерных и неравномерных осадок, нарушающих нормальную эксплуатацию машин: 3) не давать сильных вибраций, мешающих работе машин, обслуживающего ее персонала и могущих нару­ шить работу и даже устойчивость соседних сооружений.

Первые два из этих условий выполняются легко, так как мас­ сивный фундамент распределяет нагрузку на большую площадь и не создает высокого напряжения в основании. Соблюдение третье­ го условия значительно сложнее.

Фундаменты сооружений в сейсмических районах

В районах, подверженных землетрясениям, сооружения и их фундаменты кроме обычных нагрузок испытывают воздействие сейсмических сил. Эти силы могут иметь произвольное направле­ ние, а величина их зависит от расстояния до эпицентра землетря­ сения и его интенсивности.

По воздействию на сооружение и необходимым строительным мероприятиям сейсмические районы разделяются на три группы: А — районы с интенсивностью до 6 баллов; Б — от 7 до 8 бал­ лов и В —: от 9 баллов и выше.

При проектировании сооружений и фундаментов в районах, относящихся по балльности к группе А, никаких специальных рас­ четов на сейсмостойкость не ведется и защитных мер не прини­ мается. В районах, относящихся к группе Б, проверяют на сей­ смостойкость такие сооружения, как каменные и бетонные мосты, подпорные стенки, башни, дымовые трубы и здания высотой более трех этажей. В районах группы В все сооружения проектируются в расчете на действие дополнительных сил инерции, развивающих­ ся при сейсмическом толчке.

Для лучшего приспособления фундаментов к сейсмическим явлениям нужно опирать их на жесткие породы и заглублять, про­ резая поверхностные слои. По техническим условиям на сейсми­ ческое строительство фундаменты ответственных сооружений ре­ комендуется заглублять не менее чем на 4 м. Так как фундаменты

8 8

должны обладать полной устойчивостью на опрокидывание, они должны проектироваться в виде систем перекрестных лент, сплошных плит и т. п. В подпорных сооружениях и в стенах под­ валов для освобождения от избыточного бокового давления грун­ та рекомендуется применять специальные разгрузочные устрой­ ства.

В сейсмостойких сооружениях фундаменты должны органи­ чески входить в общую с надземной частью конструкцию соору­ жения. Железобетонные фундаменты-ленты и сплошные плиты, связывающие здание по низу, существенно повышают жесткость сооружения.

§6 УСИЛЕНИЕ И ПЕРЕУСТРОЙСТВО СУЩЕСТВУЮЩИХ ФУНДАМЕНТОВ

Впрактике строительства встречаются случаи, когда нужно произвести реконструкцию сооружения (надстройку здания, рас­ ширение моста, замену производственного оборудования и т. п.), для чего требуется усиление фундамента. Решение об этом прини­ мается после того, как будет установлено, что существующий фун­ дамент не может воспринять новое повышенное давление. При этом должно учитываться увеличение плотности и связанной с ней прочности (несущей способности) грунтов основания, происшедшее под действием давления от старого фундамента и сооружения.

Для принятия решения о переустройстве фундамента прово­ дят тщательное обследование сооружения с откопкой в характер­ ных местах фундамента и вскрытием грунтов основания для взя­ тия контрольных проб на сжимаемость и сопротивление сдвигу, а

также контрольные статические расчеты устойчивости основания в условиях нового напряженного состояния.

Если усиление фундамента оказывается необходимым, то в зависимости от геологического строения основания и свойств грунтов, слагающих его, а также конструкции сооружения и его фундамента могут быть приняты следующие решения:

а) расширить подошву фундамента путем пристраивания но­ вых частей к существующим фундаментам или подведением новой широкой плиты;

б) подвести под фундамент новые элементы, опущенные на большую глубину и передающие нагрузку на более прочные грунты;

в) передать нагрузку на сваи, закладываемые вокруг фунда­ мента;

г) провести искусственное укрепление грунта основания. Строительная практика по реконструкции сооружений в Мо­

скве, Ленинграде, Одессе и других городах и промышленных цен­ трах СССР, а также за рубежом знает много примеров успешного применения любого из перечисленных методов.

Следует, однако, иметь в виду, что все работы по перестройке и усилению фундаментов требуют большой тщательности выпол­

89