книги / Механика грунтов, основания и фундаменты.-1

время закладки должен быть жидким, а после твердения иметь прочность не ниже прочности окружающего грунта, легко снимать­ ся с внутренней поверхности панелей при отрывке котлована и быть водонепроницаемым.

При устройстве стен из сборных железобетонных панелей из технологического цикла исключается трудоемкий процесс бетони­ рования на строительной площадке, ускоряются темпы производст­ ва работ, достигается высокое качество внутренней поверхности стен. Кроме того, появляется возможность устройства стен с высту­ пами, окнами для пропуска анкеров, закладных деталей для крепле­ ния панелей и т. д.

После возведения «стены в грунте» по всему периметру сооруже­ ния (массивного фундамента, заглубленного помещения и т. п.) удаляют грунт из внутреннего пространства и возводят внутрен­ ние конструкции. Устойчивость стены при удалении грунта обес­ печивается ее заделкой в основание. Если заделки в основание недостаточно, то проектом должны предусматриваться распорные или анкерные,крепления. Распорные крепления применяют при рас­ стоянии между параллельными несущими стенами до 15 м. При расстоянии между стенами свыше 15 м, когда установка распорных креплений затруднена, устойчивость стен обеспечивается примене­ нием анкеров.

Расчет устойчивости «стены в грунте» и ее прочности производят методом «упругой линии» или методом конечных элементов на ЭВМ (см. § 14.2), а грунтовых анкеров, чаще всего применяемых в качестве анкерующих конструкций стен,— по методу, изложен­ ному в § 13.5.

13.5.Анкеры в грунте

Анкеры представляют собой устройства, служащие для пере­ дачи выдергивающих усилий от строительных конструкций на грун­

товую толщу.

Грунтовые анкеры применяют в промышленном, гражданском, транспортном и гидротехническом строительстве. Их используют для закрепления ограждений котлованов, стен подземных сооруже­ ний, опускных колодцев, откосов и склонов, фундаментов дымовых труб, мачт и башен и т. д. (рис. 13.15). Широкое использование анкеров объясняется исключительно положительным эффектом их применения. Так, при устройстве глубоких котлованов применение анкеров позволяет не только сделать ограждающую конструкцию более легкой, но и вести строительные работы рядом с сущест­ вующими сооружениями, не опасаясь развития в них чрезмерных деформаций. Кроме того, применение анкеров позволяет полно­ стью освободить внутреннее пространство котлована от распорок

401

Рис. 13.IS. Применение анкерных устройств:

а — крепление котлована,- б — крепление дяичу» в стенок дока или шлюза; в, г — восприятие выдергивающих сил в фундаментах дымовых труб и мачт ЛЭП; д — крепление откоса; е — усиление подпорной стенки; ж— крепление свода подземного перехода; з — противодействие взвешивающему давлению грунтововой воды на тоннели; и — восприятие опрокидывающего момента от перекрытия ангара

и стоек, тем самым значительно упростив и ускорив производство строительных работ.

Анкеры препятствуют всплытию заглубленных сооружений, что позволяет делать их более легкими. Крепление анкерами днищ сооружений, заглубленных ниже уровня подземных вод, уменьшает изгибающие моменты, что дает возможность сократить расход материалов. Применение анкеров для восприятия опрокидывающе­ го момента в фундаментах дымовых труб, опор линий электропере­ дачи и т. д. позволяет не только улучшить устойчивость сооруже­ ния, но и уменьшить его массу и размеры.

402

Эффективно также применение анкеров при креплении ополз­ невых склонов, сооружении подпорных стенок, обделке подземных сооружений и во многих других случаях.

Анкеры можно использовать в различных грунтах, за исключе­ нием набухающих, просадочных и сильносжимаемых грунтов, илов, торфов и глин текучей консистенции.

Конструкции анкеров н технология их устройства. Конструкция анкера зависит от вида возводимого сооружения, его назначения и срока службы, геологических и гидрогеологических условий стро­ ительной площадки и ряда Других факторов.

По сроку службы,анкеры подразделяют на временные и постоян­ ные. Временные анкеры устраивают на срок выполнения строитель­ но-монтажных работ или для крепления временных сооружений, таких, как шпунтовые стенки при отрывке глубоких котлованов. Постоянные анкеры являются составной частью конструкции и устраиваются на весь срок службы капитального сооружения. Постоянные анкеры отличаются от временных усиленной антикор­ розионной защитой.

По схеме взаимодействия с грунтом анкеры разделяют на назем­ ные н заглубленные. Наземные (гравитационные) анкеры применя­ ют главным образом как временные. Конструкции их довольно разнообразны. Простейшая из них представляет железобетонную плиту с гладкой подошвой. Плита укладывается на спланирован­ ную поверхность грунта или в небольшое углубление. Лучший эффект достигается, когда поверхность подошвы плиты имеет ши­ пы ступенчатой формы. Наземные анкеры как бы выполняют функ­ ции тяжелого якоря.

Заглубленные анкеры находятся внутри массива и работают за счет сопротивления грунта. Конструктивно заглубленный анкер состоит из трех основных частей: оголовка, анкерной тяги и анкер­ ной заделки. Оголовок воспринимает усилие от конструкции, кото­ рую крепит анкер, анкерный тяж передает это усилие на безопасное расстояние в толщу грунта, анкерная заделка обеспечивает даль­ нейшую передачу усилия с тяги на окружающий грунт. В зависимо­ сти от способа устройства заделки заглубленные анкеры бывают засыпными, буровыми, инъекционными, забивными, завинчиваю­ щимися и т. д. Наиболее прогрессивными и надежными считаются инъекционные предварительно напряженные анкеры.

Инъекционный предварительно напряженный анкер представля­ ет собой устройство, один конец которого закрепляется в грунте путем инъекции под давлением цементного, силикатного или поли­ мерного раствора, а другой после предварительного напряжения фиксируется на удерживаемом сооружении. Скважины для инъекци­ онных анкеров пробуриваются или пробиваются ударными механи­ змами. В качестве тяжей применяют сплошные металлические стержни, трубы, тросы и т. д. Для подачи инъекционного раствора

403

где Ус, Уел, Уе/— коэффициенты условии работы, принимаемые по СНиП 2.02.03 — 85 п. 4.5 и табл, 3 п. 4.2; Dk — диаметр заделки, м, принимаемый для безинъекционных анкеров равным d„ а для инъ­ екционных — 3de, de— начальный диаметр скважины, м; Л и / — удельные сопротивления по торцу и боковой поверхности анкерной заделки, кПа, принимаемые как для свай по табл. 11.1 и 11.2; 1к— длина заделки анкера, м.

Институт «Фундаментпроект» рекомендует определять несущую способность анкера, пренебрегая сопротивлением грунта по торцу заделки, а сопротивление трению по ее боковой поверхности прини­ мать с учетом напряженного состояния окружающего анкер грунта, которое зависит от избыточного давления при инъецировании це­

где к = 0,6 — коэффициент однородности грунта; тр— коэффици­ ент, учитывающий напряженное состояние окружающего грунта в зависимости от давления при инъецировании и принимаемый для песков 0,5, для глин различной консистенции — 0,4...0,2; de— диа­ метр скважины; рк — избыточное давление в зоне заделки при инъецировании; tpi — расчетное значение угла внутреннего трения грунта в зоне заделки анкера.

Изложенные методики определения несущей способности анке­ ров по грунту используют только для предварительных расчетов. Окончательные размеры зоны заделки назначаются после проведе­ ния испытаний опытных анкеров. Как правило, она принимается

.в пределах 4...5 м в песчаных грунтах и 5...7 м в глинистых. Расстояние между анкерами в зоне заделки принимается не менее 1,5 м, с тем чтобы их взаимное влияние не слишком сказывалось на несущей способности анкеров.

ГЛАВА 14

ПРОЕКТИРОВАНИЕ КОТЛОВАНОВ. ЗАЩИТА ПОДВАЛОВ И ФУНДАМЕНТОВ ОТ ПОДЗЕМНЫХ ВОД И СЫРОСТИ

14.1. Общие положения

К отлован ам и называют выемки, выполненные в грунте и предназначенные для различных целей: устройства фундаментов, монтажа подземных конструкций, прокладки туннелей и т. п. Выемки, имеющие малую ширину и большую длину, называют

405

траншеями, а имеющие малые размеры в плане и большую глубину — шахтами.

Проект разработки котлована является составной частью обще­ го проекта здания или сооружения и включает в себя чертежи котлована, указания по производству и организации работ, защит­ ные мероприятия.

На чертежах котлована (план и разрезы) указываются горизон­ тальная и вертикальная привязки котлована к местности, основные оси, размеры поверху и понизу, абсолютные отметки дна и всех заглублений, заложение откосов.

Проект производства и организации работ содержит указания о способе производства работ, последовательности и сроках выпол­ нения операций, комплекте машин и механизмов для производства работ, расстановке землеройных машин и транспортных средств

взабое и т. д. Все работы по устройству котлованов производятся по правилам и нормам производства работ, что рассматривается

всоответствующих курсах.

Целью защитных мероприятий является сохранение природной структуры грунтов в основании возводимых фундаментов и обес­ печение устойчивости стенок котлована на все время производства строительных работ.

Необходимость сохранения природной структуры грунтов объ­ ясняется тем, что ее нарушение в процессе производства работ нулевого цикла сопровождается, как правило, ухудшением стро­ ительных свойств основания.

Так, у большинства неводонасыщенных грунтов при замачива­ нии за счет изменения природной структуры уменьшаются про­ чностные и деформативные характеристики. Отсюда требование — не допускать скапливания на дне котлована атмосферной или грунтовой воды, для чего проектом предусматриваются специаль­ ные меры для защиты котлована от обводнения (затопления повер­ хностными или подтопления подземными водами).

При отрывке котлованов в зимнее время следует иметь в виду, что большинство влажных и водонасыщенных грунтов при промер­ зании обладает пучинистыми свойствами. Чтобы предотвратить промерзание грунтов дна котлована, их покрывают слоем шлака или другого аналогичного по свойствам материала.

Необходимость проведения защитных мероприятий по сохране­ нию природной структуры грунтов основания и выбор их типа зависят от геологических и гидрологических условий строительной площадки, глубины котлована, времени года и других местных, условий. Однако всегда следует помнить, что любые защитные мероприятия в большей или меньшей степени удорожают стои­ мость производства работ, а в ряде случаев и затрудняют их проведение. Поэтому устройство фундаментов важно выполнять по возможности быстрее, особенно в дождливый и зимний периоды

406

года. Очевидно, что чем быстрее после отрывки котлована будет возведен фундамент и засыпаны пазухи, тем сохраннее будет при­ родная структура грунтов в основании и меньше затраты на осуше­ ние или утепление котлована.

Особое внимание при отрывке котлованов уделяется обеспече­ нию устойчивости их стенок. Конструкции крепления стенок или откосов котлованов должны воспринимать все нагрузки от давле­ ния грунта и подземных вод и защищать его от их' оползания или обрушения.

Кроме того, при разработке котлованов и траншей в непосред­ ственной близости и ниже уровня заложения примыкающих соору­ жений необходима разработка специальных мероприятий против осадки и деформации этих сооружений. К таким мероприятиям относятся забивка шпунтовой стенки, ограждающей основание су­ ществующего здания, или закрепление грунтов основания. При необходимости производится заглубление подошвы существующе­ го фундамента ниже дна проектируемого котлована путем подвод­ ки под него нового фундамента.

Инженер-строитель как во время подготовки, так и в процессе производства работ по отрывке котлована несет большую ответст­ венность, так как от выбора приемлемого решения зависит не только эффективность строительного процесса, но также безопас- * ность и эффективность производства работ в целом.

14.2. Основные размеры котлованов. Обеспечение устойчивости стенок котлованов

К основным размерам котлованов относятся размеры дна кот­ лована в плане, размеры котлована поверху и его глубина.

Размеры дна котлована в плане назначаются в соответствии с проектными размерами фундамента и с учетом способа производ­ ства работ, необходимого пространства для их выполнения, с уче­ том пространства для устройства креплений стенок котлована и установки опалубки, а также размещения при необходимости установок для осуществления водопонижения.

Размеры котлована поверху складываются из размеров дна кот­ лована и ширины откосов или конструкций крепления его стенок.

Глубина котлована определяется в зависимости от глубины заложения фундамента и наличия дополнительных устройств (пес­ чаной подушки, пластового дренажа и т. п.).

В зависимости от свойств грунта, глубины выработки и наличия подземных вод стенки котлованов либо крепят, либо придают им естественный откос.

Котлованы с естественными откосами устраивают в сухих и ма­ ловлажных устойчивых грунтах. При глубине котлована до 5 м кру­

407

тизну откоса можно не рассчитывать, а в зависимости от грунтовых условий назначать по табл. 14.1 (за крутизну откоса принимается отношение высоты откоса h к его заложению Ь, как показано на рис. 14.1).

Таблица 14.1. Наибольшаякрутона грунгплых откосов

При глубине котлованов более 5 м крутизна откосов принимает­ ся по расчету.

Котлованы с естественными откосами наиболее просты, однако при этом резко увеличивается объем земляных работ, особенно при глубоких котлованах небольшой ширины. Кроме того, отрывка котлованов с естественными откосами не всегда возможна из-за стесненности условий строительной площадки, например при близ­ ко расположенных зданиях и сооружениях.

По указанным причинам в строительной практике часто прибе­ гают к устройству котлованов с вертикальными откосами, которые, как правило, требуют крепления боковых стенок. Устройство кот­ лованов и траншей с вертикальными стенками без креплений до­ пускается только в маловлажных грунтах природного сложения, если они оставляются открытыми на непродолжительный срок. Глубина таких котлованов не должна превышать величин, указанных в табл. 14.2.

Таблица 14.2. Наибольшая глубинавыемок с вертикальнымистенками

408

При большей глубине ко> тлованов, а также при нали­ чии подземных вод их стен­ ки выполняются с различны­ ми креплениями. Конструк­ ции креплений котлованов выбирают в зависимости от их глубины, свойств грун­ тов, уровня подземных вод и сроков эксплуатации кон­

грунтах при глубине котлована до 2...4 м используют закладное крепление (рис. 14.2, а, б), которое состоит из стоек, распорок и горизонтальных досок (забирки). Доски заводят за стойки снизу по мере углубления котлована или траншеи, а стойки постепенно заменяют на более длинные, тщательно раскрепляя их распорками. Стойки устанавливают по длине выемки на расстоянии 1,5...2 м од­ на от другой, распорки — через 0,6...0,7 м по высоте. Иногда вместо деревянных применяют инвентарные телескопические распорки из

Более удобное и простое закладное крепление, не требующее замены стоек по мере заглубления выемки, состоит из предварите­ льно забитых в грунт двутавровых стальных балок, за полки кото­ рых постепенно закладываются доски (рис. 14.2, б).

409