Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Основы геотехники. Учебное пособие
.pdf
41
6.2. Расчет и проектирование свайных фундаментов.
Виды свай. Классификация свай
По характеру передачи давления на грунт основания (рис. 19)
сваи делятся на два вида:
1) сваи-стойки;
2) висячие сваи (сваи трения).
F
p
скальный грунт
F
p
F F
F
S
F
S
F
S
F
S
а) б)
Рис. 19. Виды свай по характеру передачи нагрузки на грунты основания:
а – сваи-стойки; б – висячие сваи (сваи трения)
Сваи-стойки прорезают всю толщу слабого грунта и опира-
ются на практически несжимаемый грунт (скала, крупнообломочные грунты, глинистые грунты твердой консистенции). Под нагрузкой такие сваи не получают вертикального перемещения, поэтому
силы трения грунта по их боковой поверхности не развиваются.
Считается, что свая-стойка передает все давление только через
свой нижний конец на несжимаемый грунт.
Висячие сваи со всех сторон окружены сжимаемыми грунта-
ми. Под нагрузкой такие сваи получают осадку, и по их боковым
поверхностям развивается сила трения Fs. Под нижним концом
сваи (острием) возникает сопротивление грунта Fp. Несущая спо-
собность сваи составляет
F
d
=Fp+
F
s
.
(54)
Чтобы получить наименьшую осадку, рекомендуется заглуб-
лять сваи в плотные грунты. Лучшим основанием для свайного фундамента являются скальные грунты. Если технически возможно, сваи
б
а
42
прорезают всю толщу слабых грунтов и опираются на скальный
грунт, т. е. сваи-стойки обладают большей несущей способностью.
По условиям изготовления сваи делятся на два вида:
1) сваи, изготавливаемые заранее и затем погружаемые в
грунт (забивные);
2) сваи, изготавливаемые в грунте (набивные).
Контрольные вопросы
1. Из каких элементов состоит свайный фундамент?
2. Что называется сваей?
3. Что называется ростверком?
4. Какой элемент в свайном фундаменте является несущим?
5. Назовите виды свай по передаче нагрузки на грунт основания.
6. Какие сваи называются забивными?
7. Что такое набивные сваи?
ГЛАВА 7. МЕТОДЫ ИСКУССТВЕННОГО УЛУЧШЕНИЯ
ГРУНТОВ. ПРОЕКТИРОВАНИЕ КОТЛОВАНОВ
7.1. Методы искусственного улучшения грунтов. Основания
Для строительства зданий используются в основном территории, не пригодные для сельского хозяйства. Строительные площадки на таких территориях сложены, как правило, слабыми грунтами.
При возведении зданий и сооружений на этих грунтах существует
опасность большой неравномерности осадок фундаментов, а иногда
и потери устойчивости грунтов в основаниях. В таких случаях фундаменты на естественном основании, как правило, непригодны, поэтому приходится либо применять свайные фундаменты, либо выполнять комплекс мероприятий, связанных с искусственным улучшением грунтов основания. Используется три типа методов искусственного улучшения оснований:
1) конструктивные методы улучшения оснований;
2) уплотнение грунтов основания;
3) закрепление грунтов основания.
7.2. Конструктивные методы улучшения оснований
К конструктивным методам улучшения грунтов оснований относятся следующие: устройство песчаных подушек, устройство боковой
пригрузки, устройство шпунтового ограждения, армирование грунта.
43
Устройство песчаных подушек
Грунт, имеющий недостаточную прочность и высокую сжимаемость, можно заменить песчаной подушкой.
Песчаные подушки – простейший вид искусственного основания. При устройстве песчаных подушек слабый грунт вынимается
на некоторую глубину и заменяется крупнозернистым песком или
среднезернистым (реже это гравий, шлак, щебень). Укладывают песок послойно, увлажняя и утрамбовывая его. Замена слабого грунта
под фундаментом песчаной подушкой применяется:
а) для уменьшения осадок фундамента, так как модуль общей
деформации песка Е0 = 30–50 МПа, что значительно выше модуля
общей деформации слабых грунтов (Е0 = 5 МПа);
б) для увеличения несущей способности основания, так как
прочностные характеристики песка больше прочностных характеристик слабых грунтов;
в) для уменьшения глубины заложений фундамента путем за-
мены пучинистых грунтов выше глубины промерзания (при этом
необходимо избегать заиления и насыщения песчаной подушки водой, смерзания ее с окружающим пучинистым грунтом);
г) для ускорения процесса консолидации (укрепления) грун-
тов, залегающих под песчаной подушкой, так как поровая вода дренирует (просачивается) в подушку.
Толщина песчаных подушек в основном составляет 0,5–6,5 м.
При устройстве песчаной подушки песок отсыпают слоями по
20–30 см, поливают водой и уплотняют трамбовками или вибраторами. Не рекомендуется применять песчаные подушки при высоком
уровне грунтовых вод, так как существует опасность заиления и
вымывания песка (суффозия). При расчете песчаной подушки определяют ее высоту и размеры в плане, а также осадку возводимого на
ней фундамента. Высоту песчаной подушки hп выбирают таким образом (рис. 20), чтобы давление, передаваемое ею на подстилающий
слой грунта, не превышало R (расчетного сопротивления этого
грунта), т. е. соблюдалось следующее условие:
σzp + σzg ≤ R
zподст.слоя
.
(55)
Высота подушки определяется подбором. Задают определен-
ное значение hп, и, если условия не выполняются, увеличивают это
значение.
Ширину подушки по низу можно определить по формуле
44
bп = b + 2h
п
ctgα,
(56)
где α – угол распределения давления в песчаной подушке.
Ширину песчаной подушки для удовлетворения приведенных
выше требований назначают по данным практики.
α =
π
4
÷
π
6
.
(57)
N
b
h
п
b
п
σ
zg
σ
zp
α α
Рис. 20. Схема для расчета песчаной подушки
Устройство боковой пригрузки
Вторым конструктивным методом улучшения условий работы
грунта основания является устройство боковой пригрузки (рис. 21).
Пригрузка исключает возможность выпора грунта из-под насыпей.
насыпь
пригрузочная
берма
Рис. 21. Устройство пригрузочных берм
Пригрузка увеличивает устойчивость основания, сложенного
слабыми грунтами.
Устройство шпунтового ограждения
Шпунтовое ограждение в данном случае служит для укрепления стен котлована в период строительства, а также препятствует
выпору грунта из-под фундамента и увеличивает устойчивость ос-
45
нования. Такое ограждение состоит из основных элементов шпунтин и анкерных стяжек. Шпунтовое ограждение может быть устроено с предварительным обжатием (рис. 22).
фундамент
анкер
шпунт
прочный грунт
слабый грунт
шпунт
слабый
грунт
прочный
грунт
плита
фундамента
а) б)
Рис. 22. Устройство шпунтового ограждения
для отдельно стоящего (а) и ленточного фундамента (б)
Армирование грунта
Армирование грунта уменьшает осадку фундамента и увеличивает несущую способность основания. Армирование грунта производят арматурой, арматурными сетками или нетканым материалом (рис. 23).
арматурные
сетки или
нетканый
материал
фундамент
а)
насыпь
арматура
основание
насыпи
б)
Рис. 23. Армирование грунта арматурными сетками
или нетканым материалом (а) и арматурой (б)
а
б
а
б
46
7.3. Уплотнение грунтов (поверхностное, глубинное)
Поверхностное уплотнение грунтов достигается:
− трамбовкой (динамическими нагрузками);
− укатыванием (катками);
− вибрированием (вибраторами).
Уплотнение грунта тяжелыми трамбовками (трамбование)
Поверхностное уплотнение динамическими нагрузками применяется для глинистых грунтов со степенью влажности Sr ≤ 0,7.
Для крупнообломочных и песчаных грунтов – независимо от степени влажности. Глинистые грунты в водонасыщенном состоянии поверхностному уплотнению динамическими нагрузками не поддаются.
Уплотнение грунта следует выполнять при оптимальной влажности:
− для глинистых грунтов
W
опт
= W ± 1 ÷ 3 %,
(58)
где знак (–) для трамбовок, знак (+) для катков;
− для песков
W
опт
=
0,7e0γ
w
γ
s
,
(59)
где W – влажность границы раскатывания; e0 – коэффициент пористости природного грунта; γw, γs – соответственно удельный вес во-
ды и удельный вес твердых частиц грунта.
В случаях, когда природная влажность не соответствует W
опт
,
грунт необходимо либо подсушить, либо увлажнить.
Уплотнение грунта способствует повышению расчетного сопротивления грунта на 20–40 % (т. е. увеличивается несущая способность грунта) и достигается многократным ударением трамбовкой,
выполненной из железобетона или металла, весом 2–10 т (рис. 24).
2‒10 т
Рис. 24. Трамбовка для уплотнения грунта
Для достижения требуемого уплотнения грунта обычно бывает
необходимо от 8 до 16 ударов по одному и тому же месту. Трамбо-
47
вание ведется до тех пор, пока осадка грунта от одного удара (отказ)
не достигает 1–2 см для глинистых грунтов, 0,5–1 см – для песчаных грунтов, 1–1,5 см – для лессовидных. В зависимости от веса
трамбовки можно уплотнить слой грунта мощностью 1,5–6 м.
Недостатки этого метода: быстрый износ оборудования (тросов, лебедок); влияние динамических нагрузок на существующие
здания и сооружения.
Уплотнение грунтов катками (укатывание)
Катки для уплотнения грунтов различаются по весу: легкие – 5 т,
средние – до 8 т, тяжелые – свыше 8 т; по виду вальцов – гладкие,
кулачковые, на пневмоколесном ходу. Катки с гладкими вальцами
укатывают грунты на завершающей стадии уплотнения верхнего
слоя насыпей. Кулачковые катки применяют для уплотнения глинистых грунтов. Катками на пневмоколесном ходу уплотняют все виды грунтов. Слой уплотненного катками грунта не превышает 40 см.
Поверхностное уплотнение грунтов вибраторами
(вибрирование)
Метод уплотнения грунтов вибраторами применяется для несвязных грунтов (песчаных). Уплотнение можно производить следующими установками: пневматическими трамбовками, виброкатками, виброплитами. Уплотнители установок погружают в грунт по
треугольной сетке. Расстояние между точками погружения предварительно принимают 2–3 м. Это расстояние уточняется по данным
опытного уплотнения. Радиус уплотненных грунтов глубинными
вибраторами составляет 0,7–0,8 м. Продолжительность цикла уплотнения песка с одной стоянки виброустановки зависит от его характеристик и составляет 10–15 мин. Мощность уплотненного слоя колеблется от 20 см для пневмотрамбовок до 1,5 м – для виброплит.
Поверхностное уплотнение грунтов статической нагрузкой
Для уплотнения водонасыщенных глинистых грунтов, илов
и торфов используют статическую нагрузку в виде насыпи (рис. 25).
Давление под подошвой насыпи должно быть больше давления от
проектируемого сооружения. Для этого требуется большой объем
грунта насыпи.
Существует 3 типа глубинного уплотнения грунтов: глубинное уплотнение динамическими воздействиями; глубинное уплотнение грунтовыми или песчаными сваями; водопонижение.
48
насыпь
пластовый
дренаж
песчаные
дрены
Рис. 25. Уплотнение грунтов статической нагрузкой
Глубинное уплотнение грунтов
динамическими воздействиями
Для уплотнения водонасыщенных песков применяют глубинное вибрирование. В грунт с помощью крана погружают вибратор
типа «булава» (вибробулава) (рис. 26) или несколько вибробулав,
установленных на специальной раме. Под действием вибрации песок
частично или полностью разжижается, а затем уплотняется. Несущая
способность песка увеличивается в несколько раз. Для снижения
внутреннего трения песок увлажняют до полного водонасыщения.
Рис. 26. Глубинное уплотнение грунтов при помощи вибробулавы
49
Образующиеся вокруг вибраторов воронки заполняют чистым
крупнозернистым песком. Радиус действия вибробулавы в зависимости от ее мощности составляет от 0,8 до 1,5 м.
Пылеватые пески и просадочные лессовые грунты уплотняют
методом камуфлетных взрывов (рис. 27).
4‒12 м
4‒10 м
Рис. 27. Схема уплотнения грунтов методом камуфлетных взрывов
В пробуренные скважины закладывают заряды взрывчатого
вещества. Грунт после взрыва уплотняется и оседает на 0,5–2 м.
Верхний слой грунта t = 2–6 м уплотняется недостаточно, его
уплотняют другими способами поверхностного уплотнения.
Глубинное уплотнение грунтов
песчаными и грунтовыми сваями
Глубинное уплотнение грунта можно выполнить с помощью
грунтовых и песчаных свай (рис. 28). Песчаные сваи устраивают для
уплотнения водонасыщенных рыхлых песчаных грунтов, мелких и
пылеватых песков, песчаных грунтов с прослойками суглинков, глин
или илов. Песчаные сваи в водонасыщенных грунтах работают как
вертикальные дрены, ускоряя процесс уплотнения таких грунтов.
Для устройства песчаных свай в грунт на заданную глубину
с помощью вибратора погружают обсадную трубу, имеющую на
конце инвентарный самораскрывающийся башмак. Трубу засыпают
песком и одновременно заливают водой до полного водонасыщения
песка. После заполнения трубы включают вибратор и поднимают
трубу. В начале подъема инвентарный башмак раскрывается, и песок начинает поступать в грунт.
50
зона
уплотнения
грунта
инвентарный
башмак
обсадная
труба
трамбовка
песчаная
свая
Рис. 28. Схема устройства песчаных свай
В ходе забивки трубы и трамбования песка вокруг песчаной
сваи образуется зона уплотненного грунта. Сваи располагаются таким образом, чтобы зоны уплотненного грунта соседних свай перекрывались (рис. 29).
Рис. 29. Расположение зон уплотненного грунта
Грунтовые сваи используют для уплотнения просадочных
лессовых грунтов. Грунтовые сваи изготавливаются аналогично
песчаным, но заполняются не песком, а уплотненным местным
грунтом оптимальной влажности. Лессовые грунты в сухом состоянии способны держать значительный вертикальный откос, поэтому
обсадная труба не требуется.
Также существуют известковые и грунтоцементные сваи.
Технология изготовления известковых свай сходна с технологией
устройства грунтовых и песчаных свай. Разница заключается в том,
что скважины заполняют уплотненной негашеной известью, которая при гашении увеличивается в объеме почти в 2 раза, что приводит к дополнительному уплотнению грунта между сваями. Под воздействием теплоты, выделяемой при гашении извести, и возникаю-
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]