стен или фундаментов не менее чем на 5 см. В плане обычно марки устанавливаются на наружных стенах на расстоянии около 10—15 м друг от друга.
Нивелирование марок проводится в следующем порядке: начальное (с трехкратной повторностью) — по установке марок, затем по мере возведения сооружений на полную высоту — 3—4 раза в год и по окончании всего строительства— 1—2 раза в год. Наблюдения необходимо вести не менее чем в течение 5ч-10 лет по окончании строительства, особенно если сооруже ние возведено на глинистых грунтах.
Результаты наблюдений и их анализ
Приведем результаты некоторых систематических наблюде ний за осадками фундаментов сооружений, возведенных как на однородных, так и на слоистых напластованиях грунтов.
1. Осадки фундамента заводской дымовой трубы. На одном из заводов в 1935—1936 гг. возводилась кирпичная дымовая труба высотой 45 м (рис. 253,а). Труба имела сплошной буто вый фундамент с нижней железобетонной плитой (с подошвой шестиугольного очертания в плане) (рис. 253,6 и в). Ширина подошвы фундаментной плиты 6,4 м. Грунт ниже подошвы фун дамента состоял из мощного слоя заторфованной супеси. Со гласно анализам, проведенным в лаборатории механики грунтов Ленинградского инженерно-строительного института, объемный вес супеси равнялся у= 1,85 т/ж3; коэффициент сжимаемости при увеличении давления от 0,5 до 1 кг/см2 а=0,08 см2/кг и естест венный коэффициент пористости ^ =1,02.
В проекте было принято за основное допускаемое давле ние р0 =1,5 кг/см2. Фактически же наибольшее давление в осно вании трубы не превышало 1,44 кг!см2. За осадками трубы после возведения ее фундамента до цоколя велись систематические наблюдения по трем точкам цоколя, расположенным в плане примерно под углом 120° друг к другу. Наблюдения проводи лись при помощи нивелира относительно постоянного грунто вого репера, которым служила забитая в грунт на 4 ж дере вянная свая.
В результате наблюдений получены следующие средние из
трех измерений |
величины: |
|
|
|
|
|
осадка |
через |
21 |
день |
от |
начала |
наблюдений . • . |
. $Х= З Л |
см |
* |
„ |
75 |
дней |
„ |
„ |
„ |
. . . . |
$ 2=7,0 |
, |
- |
• |
150 |
|
|
„ |
„ |
. . . . |
$ з= 8,4 |
„ |
Кривая затухания осадок во времени для рассматриваемого объекта изображена на рис. 254.
Рис. 253. Фундамент дымовой трубы
а — общий вид дымовой' трубы; б и в — разрезы фундамента
Произведем расчет величины осадки фундамента основания трубы, пользуясь вышеприведенными данными исследования грунта. При глубине заложения фундамента трубы 3 ж от по верхности величина собственного давления грунта на уровень подошвы фундамента будет равна
1,85-3=5,46 7/ж2^ 0 ,5 5 кг/см2.
Величина добавочного расчетного (при определении осадок фундаментов) давления на грунт равна
р = р 0 — тАф = 1,44 — 0,55 = 0,89 кг/см2.
Рис. 254. Осадки фундамента дымовой трубы
Определим мощность эквивалентного слоя для средней осад ки всего фундамента, приняв площадь подошвы за круг, что для рассматриваемого случая практически будет достаточно точ но. По табл. 51 для круга (при р*. =0,2)
Ло)т = 0,91
и, следовательно,
Н3 = Аит Ь=: 0,91 • 640 = 582 см.
Величина коэффициента относительной сжимаемости равна
|
а0 |
а |
0,08 |
= 0,0396 см2!кг. |
|
1 + е1 |
1+ 1,02 |
|
|
|
Начало наблюдений за осадками трубы, как указывалось выше, соответствовало времени возведения трубы до цоколя. При этом нагрузка на подошву фундамента составляла р\ = =0,42 кг/см2. Определим осадку фундамента от начала наблю дений до полного затухания осадок
8= Н8а0 (р — р г) = 582 -0,0396 (0,89 — 0,42) = 10,8 см.
Фактически же осадка фундамента при возведении трубы от цоколя до верха равнялась 8,4 см.
Приведенные данные указывают на достаточную практиче скую сходимость расчетных осадок с действительными, тем бо лее что в рассмотренном случае по прошествии длительного промежутка времени следует ожидать еще некоторого увели чения осадок трубы.
2. Осадки четырех однотипных зданий. Приведем данные наблюдений автора по четырем одинаковым зданиям, возве денным в разных районах Ленинграда, на совершенно различ ных грунтовых напластованиях1.
1 «Строительство Ленинграда», бюллетень № 4, 1938.
Разрез по ВС |
Все четыре объекта наблю |
|
дений |
представляли |
однотип |
|
ные четырехэтажные |
|
кирпич |
|
ные здания с подвалами. |
|
|
Размеры в |
плане |
основно |
|
го корпуса зданий 64,5x12 м. |
|
Фасадная |
часть |
зданий имеет |
|
одноэтажные |
пристройки |
(ве |
|
стибюли), |
отделенные |
осадоч |
|
ными швами. На |
рис. 255 при |
|
веден |
поперечный разрез |
зда |
|
ния. |
План же |
фундаментов |
|
изображен |
на |
рис. |
249 |
(см. |
|
§ 5). |
|
|
|
|
|
|
|
|
Все четыре здания |
имеют |
|
бутовые фундаменты |
в |
виде |
|
сплошной |
стены |
со |
|
средней |
|
глубиной |
заложения |
1,8—2 м |
|
и шириной подошвы |
1—1,3 ж. |
|
Допускаемое |
давление |
на |
Р'ис. 255. Поперечный разрез зда* |
грунт |
по |
подошве |
фундамен |
тов для трех |
зданий |
(№ |
1, 2 |
ния |
и 3) |
принято |
1,5 кг!см2, а для |
здания № 4 — 2 кг!см2. Здание № 1 возведено на трехслойном основании, здание № 2 — на се мислойном, здание № 3 — на двухслойном и здание № 4 — на однородном песчаном грунте.
Результаты лабораторного определения коэффициентов — пористости, сжимаемости, фильтрации и внутреннего трения — для образцов грунта естественной структуры (взятых грунто носом из буровых скважин) приведены в табл. 55. Осадки зданий измерялись прецизионным нивелиром. К началу заме ра осадок давления на грунт по подошве фундаментов со
ставляли: |
для |
здания |
№ |
1 |
р = 0,3 |
кг!см2\ |
для |
здания № 2 |
р = 0,5 |
кг!см2 |
(фуднамент |
№ |
1) и |
р = 0,3 |
кг!см2 |
(фундамент |
№ 2); |
для |
здания № |
3 в |
среднем |
р = 0,87 кг1см2\ для здания |
№ 4 р = 0,95 кг!см2 (фундамент № 1) и р = 0,77 кг!см2 (фунда мент № 2).
Результаты определения осадок фундаментов № 1 и 2, сред ние по отметкам трех-пяти марок, установленных на цоколе и расположенных на расстоянии 10—15 м друг от друга, приве дены в табл. 56.
По приведенным в табл. 55 данным была рассчитана вели чина стабилизованной осадки фундаментов № 1 и 2 всех че тырех зданий по двум методам: 1) по методу элементарного
Результаты лабораторных исследований грунтов зданий № 1, 2, 3 и 4
|
- |
|
Начальныйкоэффи |
пористостициент |
Коэффициентсжи маемостиа в смР/кг |
|
Толщинаслоев грун подошвынижета| 1фундаментав м |
Наименование грунта |
|
|
|
|
|
■к |
|
|
|
|
|
о |
|
|
|
|
|
о |
|
|
|
|
|
X |
|
|
|
|
|
Т а б л и ц а 55
места постройки
1 1 |
внутреннегоУгол |
трения<р в гр а д |
Коэ })фициент |
|
фильтрации |
|
к в см/сек |
|
| |
|
|
|
|
З д а н и е |
№ |
1 |
|
|
|
|
1 |
5,3 |
Песок тонкозернистый |
................. |
0,589 |
0,014 |
1,0 • 10“ 5 |
30 |
2 |
1,9 |
Суглинок |
легкий |
.......................... |
|
0,728 |
0,110 |
1,6. Ю- 7 |
22 |
3 |
4,0 |
Ленточная глина .............................. |
|
|
1,110 |
0,164 |
1 ,1 - И Г 7 |
15,5 |
|
|
|
З д а н и е |
№ 2 |
|
|
|
|
1 |
0,2 |
Насыпной |
г р у н т .............................. |
|
|
0,910 |
0,283 |
1 ,Ь 1 0 ~ 4 |
_ |
2 |
1 ,8 |
Песок |
|
тонкозернистый |
заи |
0,014 |
3,5- Ю- 7 |
32 |
|
|
ленный |
. . . . |
.......................... 0,733 |
3 |
1,4 |
Ленточная гли^а .............................. |
|
|
0,590 |
0,021 |
6,2* Ю” 8 |
27 |
4 |
0,2 |
Супесь т я ж ел а я .............................. |
|
|
0,455 |
0,009 |
3 , Ы 0 Г 7 |
22 |
5 |
2,4 |
Суглинок |
тяжелый |
.......................... |
|
0,640 |
0,030 |
5,8*10"~8 |
22 |
6 |
0,5 |
Глина |
пластичная.......................... |
|
0,732 |
0,068 |
6,9* 10“ 8 |
16 |
7 |
0,5 |
Суглинок |
т я ж е л ы й ...................... |
|
0,640 |
0,028 |
5,8*10~"8 |
16,5 |
Л |
5,2 |
Глина |
пластичная |
.......................... |
|
0,718: |
0,082: |
7,0* 10-8 |
13,5 |
|
|
|
З д а н и е |
№ 3 |
|
|
|
|
1 |
4,2 |
Супесь |
легкая ................................... |
|
|
0,6655 0,3025 |
1,2*10“ в |
_ |
2 |
7,0 |
Суглинок средний |
.......................... |
|
0,852> 1,167' |
5,4* 10~7 |
— |
|
|
|
З д а н и е |
№ |
4 |
|
|
|
|
1 |
10 |
Песок |
средний................................... |
|
|
0,7611 0,00(> |
2* 10“ 2 |
31 |
.суммирования: а) по условию невозможности бокового рас ширения грунта и б) по условию беспрепятственного расшире ния (способ ВИОС); 2) по методу эквивалентного слоя с уче том слоистости напластований грунтов.
Результаты теоретических расчетов сопоставлены с данными -осадки рассматриваемых сооружений, полученными путем не посредственных измерений (табл. 57).
Из рассмотрения приведенных данных приходим к следую щим выводам.
1. Метод элементарного суммирования при допущении невоз можности бокового расширения грунта дает, вообще говоря, за-
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Т а б л и ц а 55 |
Результаты экспериментального определения средних осадок |
|
фундаментов № 1 |
и 2 для |
четырех однотипных зданий |
|
|
|
|
|
|
|
Число дней |
Средняя осадка в см |
|
Объект |
|
Дата |
|
|
|
|
|
|
ог начала |
фундамент |
фундамент |
|
|
|
|
|
|
|
наблюдений |
№ 1 |
№ 2 |
Здание |
№ |
1 |
5/1У |
1936 г. |
5 |
0,4 |
0,8 |
(трехслойное грун- |
30/IV |
1936 |
г. |
30 |
2,0 |
2,3 |
товое |
основание) |
27/VI |
1936 |
г. |
88 |
4,8 |
5,1 |
|
|
|
|
14/VIII |
1936 |
г. |
136 |
6,6 |
7,6 |
|
|
|
|
18/1Х |
1936 |
г. |
171 |
7,4 |
8,3 |
|
|
|
|
6/Х1 |
1936 |
г. |
220 |
7,9 |
8,7 |
|
|
|
|
7/Н |
1937 |
г. |
313 |
8,2 |
9,8 |
|
|
|
|
9/4 |
1937 |
г. |
404 |
9,0 |
10,4 |
|
|
|
|
24/Х |
1937 |
г. |
572 |
10,1 |
11,4 |
Здание № 2 (се |
7/Ш |
1936 |
г. |
32 |
0,1 |
0,2 |
мислойное |
грун |
6/14 |
1936 |
г. |
62 |
0,6 |
1,2 |
товое |
основание) |
18/1У |
1936 |
г. |
74 |
1,6 |
1,6 |
|
|
|
|
26/У1 |
1936 |
г. |
143 |
3,0 |
3,8 |
|
|
|
|
22/VIII |
1936 |
г. |
200 |
3,6 |
4,3 |
|
|
|
|
20/ХП |
1936 |
г. |
321 |
4,0 |
5.0 |
|
|
|
|
2/У |
1937 |
г. |
455 |
4,3 |
5,4 |
|
|
|
|
30 X |
1937 г. |
642 |
4,4 |
5,5 |
Здание |
№ |
3 |
18/1II |
1936 г. |
65 |
3,7 |
4,9 |
(двухслойное грун |
\ т |
1936 г. |
126 |
6,4 |
7,9 |
товое |
основание |
14/VIII |
1936 г. |
183 |
8,2 |
9,5 |
с большим |
вклю |
19/1Х |
1936 г. |
250 |
8,6 |
9,9 |
чением органичес |
13/1 |
1937 |
г. |
366 |
8,9 |
10,3 |
ких веществ) |
|
3 ^ |
1937 |
г. |
467 |
9,8 |
11,3 |
|
|
|
|
6/Х1 |
1937 |
г. |
663 |
10,5 |
11,9 |
Здание |
№ 4 |
|
12/Ш |
1936 |
г. |
64 |
0,2 |
0,1 |
(однородное пес |
6/У |
1936 |
г. |
119 |
1.0 |
0,5 |
чаное |
основание) |
30 VI |
1936 |
г. |
174 |
0,2 |
0,7 |
|
|
|
|
30 IV |
1937 |
г. |
480 |
1,1 |
1,1 |
|
|
|
|
8/Х1 |
1937 |
г. |
670 |
1.0 |
1,0 |
ниженные величины осадок. Действительно, половина из всех
сопоставляемых данных показывает, что |
расчетные осадки |
ме н ь ше ф а к т и ч е с к и х ; в остальных |
случаях расчетные |
величины близки к фактическим. Однако если учесть, что осад
ки зданий за время наблюдений |
еще |
не |
стабилизировались,, |
то приходится признать справедливость |
высказанного выше по |
ложения |
для всех наблюдений. |
методу |
ВИОС, всегда больше |
2. |
Осадки, рассчитанные по |
фактических, и это превышение достигает часто более 200%.
Т а б л и ц а 57
Сравнение расчетной стабилизованной осадки с осадкой, полученной путем непосредственных измерений
Расчетная осадка в см
|
Нагрузка |
по методу |
по методу |
Объект |
суммиро |
эквива |
в кг1см? |
вания |
лентного |
|
|
[формула |
слоя |
|
|
(200)] |
[формула |
|
|
1 |
(211)] |
|
|
|
по методу ВИОС [фор мула (201)] |
осадкаФактическаяв см |
Время (в дня; |
Здание |
№ |
1: |
|
|
|
|
|
|
|
«фундамент |
№ |
1 . . . |
0 ,3 - 1 ,5 |
9,6 |
11,4 |
18,5 |
10,1 |
572 |
„ |
№ 2 . . . |
0 ,3 - 1 ,5 |
12,3 |
13,4 |
25,4 |
11,4 |
572 |
Здание № 2: |
|
|
|
|
|
|
|
фундамент |
№ |
1 . . |
• |
0 ,5 - 1 ,5 |
5,1 |
6,5 |
10,5 |
4,4 |
642 |
„ |
№ 2 . . . |
0 ,3 - 1 ,5 |
6,5 |
8,9 |
14 |
5,5 |
642 |
Здание № 3: |
|
|
|
|
|
|
|
фундамент |
№ |
1 . . . |
0 ,8 6 -1 ,5 |
9,7 |
15,3 |
18,6 |
10,5 |
663 |
» |
№ 2 . . . |
0,86—1,5 |
9,5 |
13,6 |
18,2 |
11,9 |
663 |
Здание |
№ 4: |
|
|
|
|
|
|
|
фундамент |
№ |
1 . . . |
. |
0,95 - 2 |
1,09 |
1,38 |
1,42 |
1,1 |
480 |
, |
№ 2 . |
0 ,7 7 -2 |
1,45 |
1,53 |
1,88 |
1,1 |
480 |
3. Осадки, достаточно близкие к фактическим, дает расчет по методу эквивалентного слоя, особенно если учесть вышеиз ложенные замечания об отсутствии полной стабилизации оса док за время наблюдения изучаемых объектов.
Для трех зданий (№ 1, 2 и 3) было рассчитано затухание осадок во времени по методу эквивалентного слоя с учетом слоистости напластований грунтов1. При расчете было при нято, что нагрузка, полностью приложена к грунту, а это сказа лось на увеличении расчетных осадок для начальных участков кривых затухания осадок.
По данным табл. 56 на рис. 256 изображены кривые изме нения осадок во времени фундамента № 2 для всех четырех рассматриваемых зданий и кривые осадок, рассчитанные по ме тоду эквивалентного слоя с учетом слоистости напластований
грунтов. Приведенные данные указывают |
на почт и п о л н о е |
с о в п а д е н и е р а с ч е т н ы х осадок с |
фактическими, за ис |
ключением начального участка кривых, где наблюдаемые рас хождения могут быть объяснены принятием в расчете осадок
1 Расчет осадок во времени для фундамента № 2 здания № 1 подробно изложен в примере 37 (см. § 5 настоящей главы).
заание /V?/ |
„ |
„ _ , * |
, Принято б расчете |
Нагрузка. 1%5«г}см |
с^^уптт \\птпггпп\\|дин и щ *ипинпиш т\ь *Iш т
Осадка, Всм
Зд ани е /V? а
|
|
|
|
|
Н агрузки 2 |
“ г/ с м 1 |
|
|
дгптптптпТ]|1П1111)1111»>11111)1<ЦШШ11|пГ^ШГ!Бта |
|
|
О |
100 |
200 |
300 |
чао |
Ш ) |
600 Времядднрх |
|
«п тп |
|
|
|
........... |
" |
|
|
0,01—I--.! 1-. |
|
|
|
|
|
|
|
|
Осадка 8 см |
|
|
|
|
|
|
|
|
Рис. 256. Сравнение фактических осадок типовых |
зданий |
(№ |
1, |
2, 3 и 4) |
|
|
|
с расчетными |
|
|
|
|
|
/ — фактические |
осадки |
(замеренные); |
2 — осадки, |
рассчитанные |
по |
методу |
|
|
|
эквивалентного |
слоя |
|
|
|
|
полной нагрузки на фундаменты с самого начала их возведения, тогда как фактически нагрузка постепенно возрастала в течение 100—150 дней.
Как в табл. 56, так и на рис. 256, 257 и 258 приведены средние осадки фундаментов № 1 и 2. Фактически же отдель ные точки этих фундаментов дали различные осадки, что об условило неравномерное оседание всего здания. Эта неравно мерность для всех зданий, кроме здания, построенного на одно родных песках, значительна. Как пример на рис. 257 показаны осадки отдельных точек фундаментов № 1 и 2 для здания № 1 (возведенного на трехслойном основании), а на рис. 258 — для здания № 4, построенного на однородном песке. Неравномер
ность осадок зданий № 2 и 3 примерно такая же, как и зда ния № 1.
От величины разности осадок отдельных точек фундаментов будет зависеть величина дополнительных .напряжений в фунда-
Фундамент №1
№ 83 № 82 т о № 79 № 78 № 7 7 N076 № 75
Рис. 257. Неравномерность осадок фундаментов зда ния № 1
/ —осадки по окончании |
строительства; 2 — осадки через |
400 дней после |
окончания строительства |
|
Фундамент№1 |
|
№7 |
т _ _ _ _ _ _т г_ _ _ _ _ ы т |
7 г |
1,3 ~ |
0 ,9 |
|
/ $ \ |
|
|
Окончание |
к |
№ 8 |
№ 4 1 |
отроитепьст^а |
|
|
|
№ 14 |
М915 |
№43 |
|
г ~ |
|
Ц— |
|
■ Фундамент № 2 |
|
|
|
т Ч |
№ 15 |
№ к |
Окончание |
г} о,8 |
ио |
1,2 |
с т р о и т е п ь с т в а |
СМ 1 |
|
|
|
|
Рис. 258. Неравномерность осадок фундаментов зда ния № 4 на время окончания строительства
ментах и кладке стен. Критерием неравномерности осадок мо жет служить наклон обреза фундаментов для отдельных частей здания. Общий наклон всего фундамента в ту или иную сто рону носит название к р е н а фундамента или сооружения; изме нение продольной оси подошвы фундамента по кривой с выпук лостью вниз носит название п р о г и б а ф у н д а м е н т а , а при выпуклости вверх — п е р е г и б а фундамента (рис. 257, кривая осадок фундамента № 1). Наибольшая разность осадок фунда мента № 1 через 400 дней после окончания строительства достигла 3,5 см при наибольшем относительном перегибе, рав ном 0,0022, при этом никаких трещин или других нежелатель ных деформаций в фундаментах и кирпичных стенах здания не наблюдалось. Для здания № 4 наибольшая разность осадок
отдельных |
точек |
фундаментов |
была |
всего |
лишь |
0,4 см |
(рис. 258), |
причем |
наибольший |
относительный |
прогиб |
всего |
фундамента № 1 составлял около 0,0001 |
(от полудлины). |
Таким образом, |
можно констатировать, что |
относительная |
величина осадок зданий безусловно зависит от грунтовых усло вий. На неравномерность же осадок влияют как размеры фун даментов, так и конструкция всего здания, причем неравно мерность осадки при одинаковых конструкциях более резко про является у зданий на более слабых грунтовых основаниях.
Новейшие данные наблюдений за осадками сооружений ука зывают на достаточную точность теоретического прогноза оса док, если этот прогноз базируется на соответствующих исследо ваниях грунтов и граничные условия соответствуют теоретиче ской схеме задачи. Убедительные примеры этого приведены в ряде докладов на V Международном конгрессе по механике грунтов и фундаментостроению (Париж, 1961 г.), из которых необходимо отметить доклады проф. Хабиба и инж. Махадо1.
Проф. Хабиб приводит пример прогноза осадок насыпи ши риной 30 м на восьмиметровом слое водонасыщенного песчани стого ила, когда граничные условия строго соответствовали классической задаче одномерной консолидации. Прогноз осадок полностью подтвердился последующими наблюдениями, при этом оказалось, что 80% осадки основания насыпи может быть достигнуто только за 4 года, что не устраивало строителей. Применение вертикального песчаного дренажа (по треугольной сетке с дренами диаметром 30 см на расстоянии 3 м друг от друга) позволило достичь 80% осадки всего лишь за один ме сяц, при этом сделанные заранее расчеты по теории осесиммет ричной задачи консолидации полностью подтвердились.
1 Доклад ЗА/16 П. Хабиба и ЗА/27 и Махадо. Труды V Международного конгресса по механике грунтов и фундаментостроению, Париж, 1961.