Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Основания и фундаменты. Методическое пособие к выполнению курсового проектирования для студентов по направлению подготовки 270800.62 «Строительство» п
.pdf
Результаты инженерных изысканий должны содержать данные, необходимые для выбора типа оснований и фундаментов, определения глубины заложения и размеров фундаментов с учетом прогноза возможных
изменений (в процессе строительства и эксплуатации) инженерногеологических и гидрогеологических условий площадки строительства, а
также вида и объема инженерных мероприятий по ее освоению.
Проектирование оснований без соответствующего инженерногеологического обоснования или при его недостаточности не допускается.
Результаты инженерно-геологических и гидрогеологических исследований, излагаемые в отчете об изысканиях, должны содержать сведения:
- о местоположении территории предполагаемого строительства, о
ее климатических и сейсмических условиях и о ранее выполненных исследованиях грунтов и подземных вод;
- об инженерно-геологическом строении и литологическом составе
толщи грунтов и о наблюдаемых неблагоприятных физико-геологических
и других явлениях (карст, оползни, просадки и набухание грунтов, горные
выработки и т. п.);
- о гидрогеологических условиях с указанием высотных отметок по-
явившихся и установившихся уровней подземных вод, амплитуды их колебаний и величин расходов воды; о наличии гидравлических связей горизонтов вод между собой и ближайшими открытыми водоемами, а также
сведения об агрессивности вод в отношении материалов конструкций
фундаментов;
- о грунтах строительной площадки, в том числе описание в страти-
графической последовательности напластований грунтов основания,
форма залегания грунтовых образований, их размеры в плане и по глубине, возраст, происхождение и классификационные наименования, состав и состояние грунтов.
Для выделенных слоев грунта должны быть приведены физикомеханические характеристики, к числу которых относятся:
- плотность и влажность грунтов w;
- коэффициент пористости грунтов e;
11
- гранулометрический состав для крупнообломочных и песчаных
грунтов;
- число пластичности IP и показатель текучести грунтов Il;
- угол внутреннего трения , удельное сцепление c и модуль дефор-
мации грунтов E;
- коэффициент фильтрации кф;
- коэффициент консолидации для водонасыщенных пылевато-
глинистых грунтов при показателе текучести Il > 0.5, биогенных грунтов и
илов;
- временное сопротивление на одноосное сжатие, коэффициент раз-
мягчаемости, степень засоленности и растворимости для скальных грунтов;
- относительная просадочность, а также величина начального дав-
ления и начальной критической влажности для просадочных грунтов;
- относительное набухание, давление набухания и линейная усадка
для набухающих грунтов;
- количественный и качественный состав засоления для засоленных
грунтов;
- содержание органического вещества для биогенных грунтов и сте-
пень разложения для торфов.
В отчете обязательно указываются применяемые методы лабора-
торных и полевых определений характеристик грунтов.
К отчету прилагаются таблицы и ведомости показателей физико-
механических характеристик грунтов, схемы установок, примененных
при полевых испытаниях, а также колонки грунтовых выработок и инженерно-геологические разрезы. На колонках грунтовых выработок должны
быть отмечены все места отбора проб грунтов и пункты полевых испытаний грунтов.
Характеристики грунтов должны быть представлены их нормативными значениями, а удельное сцепление, угол внутреннего трения, плотность и предел прочности на одноосное сжатие скальных грунтов также и
расчетными значениями.
12
В отчете должен быть также дан прогноз изменения инженерных
условий территории (площадки) строительства при возведении и эксплуатации зданий и сооружений.
Данные о климатических условиях района строительства должны
приниматься по указаниям главы СНиП по строительной климатологии и
геофизике [5].
Для учета при проектировании оснований опыта строительства
необходимо иметь данные об инженерно-геологических условиях этого
района, о конструкциях возводимых зданий и сооружений, нагрузках, типах и размерах фундаментов, давлениях на грунты основания и о наблюдавшихся деформациях сооружений.
Наличие таких данных позволит лучше оценить инженерно-
геологические условия площадки, а также возможность проявления неблагоприятных физико-геологических процессов и явлений (развитие
карста, оползней и т. д.), характеристики грунтов, выбрать наиболее рациональные типы и размеры фундаментов, глубину их заложения и т. д.
Проектом оснований и фундаментов должна быть предусмотрена
срезка плодородного слоя почвы для последующего использования в целях восстановления (рекультивации) нарушенных или малопродуктивных
сельскохозяйственных земель, озеленения района застройки и т. п.
1.4. Нагрузки для расчета оснований и фундаментов
Нагрузки, на которые производится расчет оснований и фундаментов зданий и сооружений, необходимо устанавливать, исходя из результатов расчета, учитывающего совместную работу сооружения и основания.
Нагрузки на основания можно определить и без учета их перераспределения несущими конструкциями здания. Это возможно в следующих случаях: при возведении зданий и сооружений, относящихся к III классу долговечности; при расчете общей устойчивости грунтового массива совместно
с возводимым зданием; при определении средних значений деформаций
основания, если расчет деформаций выполняется в стадии привязки типового проекта к местным грунтовым условиям района строительства.
13
Нагрузки, учитываемые при расчетах оснований и фундаментов,
подразделяют на постоянные, временные (длительно действующие),
кратковременные и особые.
Постоянные нагрузки действуют в течение всего времени эксплуа-
тации, а временные – в отдельные периоды и могут иногда полностью
прекращать свое действие. К постоянным нагрузкам относят собственный
вес конструкции и их элементов, а также вес и давление грунтов. Постоянные нагрузки определяют по проектным данным на основании геометрических размеров и удельного веса материалов, из которых они изготовлены.
К временным длительно действующим нагрузкам относят вес временных перегородок, вес различного стационарного оборудования; давление газов и жидкостей, нагрузку от складируемых материалов, температурные технологические воздействия, воздействия неравномерных осадок
основания без изменения структуры грунта, температурные климатические воздействия и воздействия от усадки и ползучести.
К кратковременным нагрузкам относят вес людей, ремонтных материалов, нагрузки, образующиеся при изготовлении и возведении строительных конструкций, нагрузки от подвижного подъемно-транспортного
оборудования, нагрузки на перекрытия жилых и общественных зданий,
снеговые и ветровые нагрузки.
Следует заметить, что при расчете оснований по несущей способности нагрузки на перекрытия и снеговая считаются кратковременными, а
при расчете по деформациям - длительными.
К особым нагрузкам относят сейсмические и взрывные воздействия, а также нагрузки, вызываемые резкими нарушениями технологического процесса в результате временной неисправности или поломки оборудования, и, наконец, воздействия от неравномерных осадок, сопровождающиеся изменениями структуры грунта. При расчетах оснований следует учитывать нагрузки от складируемого материала и оборудования,
размещаемого около фундаментов в процессе строительства.
Различают два типа нагрузок - нормативные и расчетные. Нормативные определяют по нагрузкам и воздействиям согласно СНиП [6]. Расчетную нагрузку получают умножением нормативного значения на коэффициент надежности по нагрузке.
14
При проектировании по предельным состояниям экономичность и
1n
n
A
n
4,0
4,0
1
1
n
A
n
5,0
5,0
2
2
надежность, несущая способность и нормальная эксплуатация обеспечиваются расчетными коэффициентами, которые позволяют раздельно
учесть особенности физико-механических свойств грунтов оснований,
специфику действующих нагрузок, ответственность и особенности конструктивных схем зданий и сооружений.
Коэффициент надежности по нагрузке
учитывает возможность
f
случайного отклонения (в сторону увеличения) внешних нагрузок в реальных условиях от нагрузок, принятых в проекте. В расчетах по второй
группе предельных состояний (по деформациям)
При расчетах по первой группе предельных состояний
для постоянных нагрузок и
природном залегании
f
=1,1 ... 1,4 - для временных. Для грунтов в
f
= 1,1, насыпных -
= 1,15.
f
= 1.
f
=1,1 ... 1,3 -
f
Проектирование многоэтажных зданий требует учета малой вероятности одновременного загружения всех междуэтажных перекрытий временной нагрузкой. Для этого вводят понижающий коэффициент
. Для
квартир жилых зданий, спальных комнат общежитии, домов отдыха, санаториев, больниц и служебных помещений административного и научнотехнического персонала
.
Для зрительных, читальных, спортивных, обеденных залов, выставочных, торговых, концертных и других аналогичных помещений
,
где n - количество этажей; А - площадь загружения рассматриваемых сооружений.
Все конструкции, в том числе фундаменты, а также их основания
всегда рассчитывают на наиболее неблагоприятные комбинации нагрузок,
которые дают максимальные усилия. Эти комбинации нагрузок называют
сочетаниями нагрузок, которые подразделяют на основные и особые. Основное сочетание состоит из постоянных, временных и кратковременных
нагрузок, особые сочетания дополнительно включают в себя и особые
нагрузки.
При определении расчетных сочетаний вероятность одновременного действия нескольких, различных по своему характеру нагрузок учитывают с помощью коэффициента сочетаний.
15
Если основное сочетание включает в себя только одну временную
нагрузку, значение последней учитывается без снижения, а при двух или
более их умножают на коэффициент
=0,95 (для длительных) и
1
2
=0,9
(для кратковременных). При расчете на особые сочетания длительные
нагрузки умножают на коэффициент 1 = 0,95, кратковременные - на
2
=
0,8, кроме случаев, специально оговоренных нормами; особая нагрузка
при этом не снижается.
Расчет оснований по деформациям и несущей способности должен
производиться на основное сочетание нагрузок, а при наличии особых
нагрузок несущую способность основания должны проверять дополнительно и на особое сочетание. Причем полезная нагрузка на перекрытия и
снеговая, которые по данным строительных норм могут быть длительными и кратковременными, при расчете оснований по деформациям считаются длительными, а по несущей способности - кратковременными.
Приведенные сочетания нагрузок отвечают условиям работы конструкций, которые находятся в пределах упругой стадии работы, т. е. в
условиях, когда снятие внешней нагрузки приводит к полному восстановлению деформаций, что дает возможность использовать принцип независимости действия сил.
Для грунтов оснований указанные сочетания нагрузок применимы
только в случае однократного, синхронного (одновременного) приложения всех нагрузок, действующих впоследствии постоянно. Это положение
не всегда выполняется, так как временные нагрузки имеют тенденцию к
колебаниям в сторону уменьшения или увеличения в процессе эксплуатации, а постоянные изменяются в процессе возведения здания.
Так как осадки грунтов оснований протекают во времени и складываются из упругих (восстанавливающихся) и остаточных, то при наличии
перерывов в загружении следует учитывать режим изменения нагрузки,
определяя вклад предыдущего этапа нагружения в долю общей осадки,
тем самым более полно отражая общую картину деформирования основания.
Определяя итоговую осадку, необходимо установить, какую долю
общей осадки вызывает постоянная нагрузка, а какую - временная, а также выяснить соотношение между ними, т. е. какая нагрузка будет преобладающей. Выявляя последовательность приложения постоянных и временных нагрузок, а также длительность их действия, т. е. осуществляя
дифференцированное назначение сочетания нагрузок с заранее заданным
16
режимом изменения, можно более достоверно определять конечные значения осадок с учетом их неравномерности на различных этапах нагружения.
При расчете оснований и фундаментов используют специальные ко-
эффициенты. Коэффициенты надежности по грунту
и материалу
g
m
учитывают отклонение расчетных значений физико-механических характеристик грунтов или материалов, появляющееся вследствие неоднородности или неточности определения в лабораторных или полевых условиях, случайных отклонений при отборе проб или образцов.
Коэффициент надежности по назначению сооружения
учитыва-
n
ет степень долговечности и капитальности проектируемого здания или
сооружения, недостаточное соответствие расчетных схем реальным условиям работы оснований, фундаментов и всего здания в целом, а также погрешность, вносимую самой теорией предельных состояний.
Коэффициент условий работы
учитывает благоприятные или не-
c
благоприятные условия работы оснований, фундаментов и всего здания в
целом, а в некоторых случаях и отдельных слоев грунта, которые могут
оказать влияние на переход основания в предельное состояние, и некоторые другие факторы, не отраженные в расчетах.
1.5. Последовательность проектирования оснований и
фундаментов
Проектирование оснований и фундаментов выполняется на осно-
вании действующих норм проектирования [7, 8] и включает ряд операций,
которые, согласно [9], обычно выполняются в указанной ниже последовательности.
1. Оценка результатов инженерно-геологических, инженерно-
геодезических и инженерно-гидрометеорологических изысканий для
строительства. Состав этих данных определяется соответствующими
нормами и инструкциями и рассматривается в курсе инженерной геологии. От качества и полноты материалов изысканий во многом зависят
надежность и экономичность принимаемых в проекте решений оснований
и фундаментов.
17
В общем случае результаты изысканий должны содержать сведе-
ния о расположении площадки строительства (ее климатических и сейсмических условиях), инженерно-геологическом строении толщи грунтов
и наблюдаемых неблагоприятных факторах. Особое внимание уделяется
сведениям о наличии в горизонтах подземных вод, колебаниях их уровней, агрессивности по отношению к материалам фундаментов и подземных частей зданий.
Результаты детальных исследований, проводимых на площадке
строительства, должны содержать сведения о стратиграфической последовательности напластования грунтов, формах залегания, размерах в
плане и по глубине, происхождении, составе и состоянии всех инженерно-геологических элементов, о подземных водах. 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. Так, для
инженерно-геологических условий III категории сложности минимальное
число выработок в пределах контура сооружения составляет 3 ... 5, а максимальное расстояние между ними - 20 ... 30 м. 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. В особо сложных инженерно-геологических условиях и для сооружений повышенной ответственности требуется проводить исследования грунтов по специальной программе.
18
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 эксплуатационно-технологических 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 фундамента.
Следует обращать внимание на возможное влияние технологических процессов в проектируемых сооружениях на изменение физикомеханических свойств грунтов основания. Необходимо, особенно при
строительстве на слабых грунтах, принимать во внимание взаимодействие
проектируемого сооружения с окружающей средой (соседние здания и
сооружения, установки и оборудование в проектируемом сооружении,
прокладка коммуникаций, сохранность прилегающей территории, дорог и
т.п.).
3. Выбор типа основания и конструкций фундаментов. Имея при-
веденные выше данные, осуществляют привязку проектируемого сооружения к строительной площадке, т.е. совмещение осей сооружения с инженерно-геологическими разрезами и выбор глубины заложения подошвы
фундаментов. С этого, собственно, и начинается проектирование оснований и фундаментов.
Уже 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, старых горных выработок, посторонних
коммуникаций и т.п.
19
Важно отметить, что при всем разнообразии природно-
климатических и инженерно-геологических условий площадок строительства на территории нашей страны, многообразии конструкций различных
зданий и сооружений в массовом строительстве обычно применяются два
класса фундаментов: мелкого заложения и свайные. Более сложные конструкции (сваи-оболочки, опускные колодцы, кессоны и т.д.) используются для специальных сооружений или в сложных инженерногеологических условиях.
Конечно, и в массовом строительстве в каждом конкретном случае
имеется большое количество различных вариантов решений, позволяющих проявить искусство проектировщика. Основные положения такого
подхода будут рассмотрены в следующих главах. Здесь же ограничимся
лишь общими соображениями.
Обычно уже сама схема сооружения, величина и характер нагрузок,
передаваемых на основание (моментные, безмоментные и т.п.), а также
данные 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. Под схемой сооружения понимают конструктивное решение здания: каркасное;
бескаркасное; многоэтажное; одноэтажное; наличие или отсутствие подвальных помещений и т.д.
В случае применения фундаментов мелкого заложения иногда рассматриваются альтернативные варианты использования основания без
проведения дополнительных работ по его укреплению (естественное основание) или с проведением таких работ (искусственное основание). Следует также учитывать материально-технические возможности индустриальной базы района строительства (наличие и мощности заводов железобетонных изделий при проектировании сборных фундаментов и забивных
свай; бесперебойная поставка бетона для монолитных фундаментов;
обеспеченность транспортным, сваебойным оборудованием и т. п.), дальность перевозок строительных материалов, а также производственный
опыт строящей организации.
Заканчивается этот этап выбором типа основания и нескольких
20
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]