Добавил:

ivanov666 Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Башкирский Государственный Аграрный Университет

Предмет:

[НЕСОРТИРОВАННОЕ]

Файл:

Механика грунтов основания и фундаменты. Учебное пособие

.pdf

Скачиваний:

Добавлен:

07.09.2026

Размер:

2 Мб

Скачать

☆

<<< < Предыдущая 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 1213 / 2013 14 15 16 17 18 19 20 > Следующая >>>

ства пучения и размокания. Процесс электроосмоса заключается в сле дующем: в грунт в районе осушения забивают металлические перфори рованные трубы (электроды). Они подключаются к положительному и отрицательному полюсам (рис. 9.2.2). Вода из осушаемого глинистого грунта передвигается от анода к катоду. При откачивании воды из отри цательного электрода глинистый грунт осушается. Если через перфори рованный анод ввести последовательно в грунт раствор силиката натрия и хлористого кальция, то это позволит закрепить грунт с коэффициен том фильтрации 0,1…0,005 м/сут.

Данный метод применяют для грунтов, имеющих коэффициент фильтрации 0,1…0,2 м/сут. (суглинки и глины в текучепластичном со стоянии, илы и т.д.).

Напряжение тока при электрохими ческом закреплении составляет 80…100 V, плотность тока 5…7 А/м

, расход элект

роэнергии 60…100 кВт/час на 1 м

за

крепляемого грунта.

Термическое закрепление грунтов

применяется для закрепления лессо вых просадочных, крупнопористых газопроницаемых грунтов, при этом увеличивается их водостойкость и прочность. Сущность метода заключа ется в том, что через грунт в течение нескольких суток пропускают раска ленный воздух или раскаленные газы. Под действием высокой температуры отдельные минералы, входящие в со

став скелета, оплавляются, и образу ются прочные водостойкие структур ные связи между частицами и агрегатами грунта. Кроме того, при обжиге грунты теряют значительную часть химически связанной воды, что изменяет свойства грунтов и умень шает или полностью ликвидирует просадочность, размокаемость, спо собность к набуханию (рис. 9.2.3).

Температура газов, которыми производится обработка грунта, не должна превышать 750…850

С. Если температура газов окажется выше, стенки скважины оплавляются и становятся газонепроницаемыми. При температуре ниже 300

С ликви

112211

–

пв

0,6...1,5 м

Передвижение воды

Передвижение частиц

Катод

Анод

–

Рис. 9.2.2. Схема электроосмоса:

1, 2 – перфорированные трубы

(катод, анод);

3 – генератор постоянного тока; 4 – насос

дации просадочности лессов не происходит. В результате термической обработки получается упрочненный массив грунта диаметром 1,5…3,0 м.

Рис. 9.2.3. Схема установки для термического обжига грунтов

Смолизация осуществляется нагнетанием в грунт карбамидной смо

лы с отвердителями. Карбамидная смола – синтетическое вещество, способное отвердевать под действием кислых отвердителей (щавелевая кислота и др.). Ее используют для закрепления мелких и пылеватых пе сков с коэффициентом фильтрации 0,5…5,0 м/сут., лессовых просадоч ных грунтов. Перед инъекцированием карбамидную смолу соединяют с отвердителем и после этого производят нагнетание в грунт через инъ екторы. После затвердения раствора грунт закрепляется и превраща ется в прочную породу.

Глинизацию применяют для уменьшения водонепроницаемости пе сков и закрепления лессовых просадочных грунтов. Технология глини зации заключается в нагнетании через инъекторы, погруженные в грунт, водной суспензии бентонитовой глины с содержанием монтмо риллонита не менее 60%. Глинистые частицы, выпадая в осадок, запол няют поры, в результате чего водопроницаемость грунта снижается и устраняются просадочные свойства лессового грунта.

Битумизацию применяют в основном для уменьшения водопрони цаемости трещиноватых скальных пород. Метод сводится к нагнета нию через скважины в трещиноватый массив расплавленного битума или специальных битумных эмульсий. При этом происходит заполне ние трещин и пустот, и массив становится практически водонепрони цаемым.

112222

1 – трубопровод для жидкого топлива; 2 – то же для воздуха; 3 – форсунка; 4 – затвор с камерой сгорания; 5 – скважина; 6 – лессовый грунт; 7 – зона термического закрепления

Глава 10 ФУНДАМЕНТЫ

ГЛУБОКОГО ЗАЛОЖЕНИЯ

Фундаменты глубокого заложения рекомендуется применять при залегании прочных грунтов на значительной глубине, когда устройство фундаментов в открытых котлованах становится трудновыполнимым и экономически невыгодным, а применение свай не обеспечивает необхо димой несущей способности.

Областью их применения являются опоры мостов, подземные гаражи и склады, емкости очистных, водопроводных и канализационных соору жений, здания насосных станций, глубокие колодцы и многое другое.

В настоящее время в строительной практике применяют следующие виды фундаментов глубокого заложения: тонкостенные оболочки, бу

ровые опоры, опускные колодцы, кессоны и фундаменты, устраивае мые способом «стена в грунте».

10.1. ТОНКОСТЕННЫЕ ОБОЛОЧКИ

Тонкостенная оболочка представляет собой пустотелый цилиндр из обычного или предварительно напряженного железобетона.

Оболочки выпускаются секциями длиной от 6 до 12 м и наружным диаметром от 1 до 3 м. Толщина стенок составляет 12…20 см.

Тонкостенные оболочки эффективно применять в слабых песчано илистых грунтах, находящихся в водонасыщенном состоянии, подсти лаемых прочными породами.

Тонкостенные оболочки начали широко применяться при возведении фундаментов глу бокого заложения с появлением мощных вибро погружателей. Впервые в мировой практике тонкостенные оболочки были применены совет скими специалистами в Китае при возведении мостов через реки Янцзы и Миньцзян.

На строительной площадке секции оболочки предварительно укрупняются или наращивают ся в процессе погружения с помощью специаль ных стыковых устройств. Имеющийся опыт поз воляет сделать вывод о том, что наилучшими типами стыков являются сварной, применяемый

112233

1000...3000

Рис. 10.1.1. Конструкция

тонкостенной

оболочки

для предварительной сборки на строительной площадке, и фланцевый на болтах, используемый для наращивания оболочек в процессе погружения.

Погружение оболочек в грунт осу ществляется низкочастотными вибро погружателями с большой амплитудой колебаний.

Для повышения сопротивления оболочек действию значительных по величине внешних усилий обычно ее полость после погружения до заданной глубины заполняется бетоном.

Если оболочка погружается до скаль ных грунтов, то ее нижний конец задела ется в скалу. Для этого в скале бурят скважину диаметром, равным внутрен нему диаметру оболочки, и после уста новки арматурного каркаса скважину и оболочку заливают бетоном.

В нескальных грунтах увеличение несущей способности оболочки по грунту достигается устройством внизу уширенной пяты. Полость для уширенной пяты делают либо разбуриванием, либо камуфлетным взрывом с последующим заполнением ее бетонной смесью.

Тонкостенные оболочки из сборных железобетонных элементов облада ют рядом достоинств, позволяющих им во многих случаях успешно конкури ровать с другими видами фундаментов глубокого заложения. Это в первую очередь индустриальность их изготовления, высокая сборность и механиза ция всех работ, что позволяет значительно сократить сроки строительства и уменьшить трудоемкость возведения фундаментов. Особенно экономичны ми являются оболочки, заделанные основанием в скальные грунты, когда их материал может быть использован практически полностью.

Наиболее рационально применять тонкостенные оболочки при нали чии больших вертикальных и горизонтальных нагрузок. Такие сочета ния нагрузок наиболее характерны для мостов, гидротехнических и портовых сооружений.

10.2. БУРОВЫЕ ОПОРЫ

Буровые опоры представляют собой бетонные столбы, которые воз водят путем укладки бетонной смеси в предварительно пробуренные скважины. Укладка бетонной смеси производится под защитой глинис того раствора или обсадных труб, извлекаемых при бетонировании.

Технология их изготовления аналогична буронабивным сваям боль шого диаметра (более 80 см).

112244

УПВ

Рис. 10.1.2. Схема применения

тонкостенной оболочки

Нижние концы буровых опор должны обязательно доходить до плот ных грунтов. Поэтому они работают как стойки. Иногда их делают с уши ренной пятой. При необходимости буровые опоры армируются, но толь ко на участках сопряжения со скальной породой и с ростверком.

10.3. ОПУСКНЫЕ КОЛОДЦЫ

Опускной колодец представляет собой замкнутую в плане и откры тую сверху и снизу полую конструкцию, бетонируемую или собираемую из сборных элементов на поверхности и погружаемую под действием собственного веса или дополнительной пригрузки по мере разработки грунта внутри ее (рис. 10.3.1).

Рис. 10.3.1. Последовательность устройства опускного колодца:

а) изготовление первого яруса на поверхности грунта; б) погружение первого яруса в грунт; в) наращивание оболочки колодца; г) погружение колодца до проектной отметки; д) заполнение бетоном полости колодца при использовании его

в качестве фундамента глубокого заложения

Опускные колодцы применяют в мостостроении, а также в промыш ленном и гидротехническом строительстве. Широко они используются при возведении насосных станций, дно которых опускается довольно глубоко в грунт. Это позволяет разместить оборудование на перекрыти ях внутри колодца, а надземную часть опереть на стенки колодца.

По форме в плане опускные колодцы могут быть круглыми, квадрат ными, прямоугольными или смешанной формы с внутренними перего родками и без них (рис. 10.3.2).

Наиболее рациональной является круглая форма. Такие колодцы лучше работают на сжатие и при заданной площади основания облада ют наименьшим наружным периметром, что уменьшает силы трения по их боковой поверхности, возникающие при погружении. С другой сторо

112255

а)

б)

в)

г) д)

ны, квадратная и прямоугольная формы опускных колодцев позволяет более рационально использовать площадь внутреннего помещения для размещения оборудования.

Рис. 10.3.2. Формы сечений опускных колодцев в плане:

а) круглая; б) квадратная; в) прямоугольная;

г) прямоугольная с поперечными перегородками

По способу устройства стен опускные железобетонные колодцы под разделяются на монолитные и сборные из отдельных элементов.

Оболочка монолитного железобетонного опускного колодца состоит из ножевой части и собственно оболочки.

Ножевую часть делают обычно шире стены оболочки на 100…150 мм со стороны грунта. Это позволяет снизить силы трения по боковой по верхности погружаемого колодца. Иногда с этой же целью боковые гра ни делают наклонными или ступенчатыми (рис. 10.3.3).

Ширину режущей части ножа в зави симости от размеров колодца и плотности проходимых грунтов назначают равной 150…400 мм.

Толщина стен монолитных колодцев определяется из условия создания веса, необходимого для преодоления сил тре ния, возникающих при погружении, и до стигает 2…2,5 м и более.

Предельная глубина опускания колод

цев достигает 80 м, а диаметр в поперечном сечении – 60 м.

В последние годы разработаны различные конструкции опускных колодцев с применением сборных облегченных элементов, наибольшее распространение из которых получили колодцы из пустотелых прямо угольных элементов и из вертикальных панелей.

Грунты в колодцах разрабатываются различными способами в зави симости от инженерногеологических условий строительной площадки, размеров колодцев в плане. Обычно для этого применяют грейферы или экскаваторы с бульдозерами, эрлифты.

112266

а)

б)

в)

г)

Рис. 10.3.3. Конструкция

ножевой части колодца

Наиболее рациональным способом погружения опускного колодца яв ляется его опускание в тиксотропной рубашке, сущность которого заклю чается в том, что полость между грунтом и поверхностью колодца заполня ется тиксотропным глинистым раствором из бентонитовых глин. Растворы из бентонитовых глин, в состав которых входит минерал монтмориллонит, обладают наилучшими тиксотропными свойствами, т.е. легко переходят из жидкого состояния в желеобразное. Это позволяет значительно снизить силы трения по наружной поверхности колодца (рис. 10.3.4).

Рис. 10.3.4. Схема погружения опускного колодца

в тиксотропной рубашке

При погружении опускных колодцев в грунт могут возникнуть следу ющие характерные осложнения: перекосы, зависания, самопроизволь ное опускание, появление трещин в стенах.

Расчет опускных колодцев производится на нагрузки и воздействия, возникающие в условиях их строительства и эксплуатации. Основным является расчет на строительные нагрузки, так как в большинстве слу чаев оболочки колодцев во время их изготовления и погружения оказы ваются в более напряженном состоянии, чем при эксплуатации.

Расчет опускных колодцев на строительные нагрузки включает в се бя: расчет на погружение, расчет стен на разрыв, расчет ножевой части колодца; расчет стен колодца на боковое давление грунта; расчет проч ности стен на изгиб в вертикальной плоскости, расчет на всплытие.

Погружение колодца в результате действующих на него сил обеспе чивается при соблюдении условия

(G + Q)/(T + F) =

γγ

, (10.3.1)

где G – расчетное значение веса колодца при погружении, кН;

Q – расчетное значение веса пригрузки, кН;

Т – полная расчетная сила трения грунта по боковой поверхности ко

лодца, кН;

F – сила расчетного сопротивления грунта под ножом колодца, кН;

γγ

– коэффициент надежности погружения, обычно принимаемый 1,15.

112277

1–1

1 – опускной колодец; 2 – форшахта; 3 – тиксотропная рубашка.

При слоистом напластовании расчетную силу трения определяют по формуле

, (10.3.2)

где

– трение грунта по боковой поверхности колодца, кПа;

– мощность iго слоя грунта, м;

U – периметр колодца, м.

10.4. КЕССОНЫ

Кессоном называется опускной колодец с воздухо и водонепрони цаемой камерой, расположенной в нижней части колодца, в которой вы полняются работы по удалению грунта под сжатым воздухом.

Кессонный метод устройства фундаментов был предложен во Франции в середине XIX века для строительства в сильно обводненных грунтах.

Кессон схематически представляет собой опрокинутый вверх дни щем ящик, образующий рабочую камеру, в которую под давлением на гнетается сжатый воздух, уравновешивающий давление грунтовой воды на данной глубине, что не позволяет ей проникнуть в рабочую камеру, благодаря чему разработка грунта ведется насухо без водоотлива.

Кессон состоит из двух основных частей: кессонной камеры и над кессонного строения (рис. 10.4.1).

Рис. 10.4.1. Схема кессонного способа устройства фундаментов

Главными элементами оборудования для опускания кессонов явля ются шлюзовые аппараты, шахтные трубы и компрессорная станция.

Шлюзовой аппарат, соединенный с кессонной камерой шахтными трубами, предназначен для шлюзования людей и грузов при их спуске

112288

УПВ

1 – компрессорная станция; 2 – фильтр; 3 – компрессор; 4 – воздухосборники; 5 – маслоотделитель; 6 – воздухопровод; 7 – гибкие шланги; 8 – шлюзовый аппарат; 9 – сифонная трубка; 10 – надкессонная кладка; 11 – рабочая камера; 12 – кессон

Т = U

i hi

в кессонную камеру и при подъеме из нее. Процесс шлюзования и вы шлюзовывания рабочих происходит следующим образом. Рабочий вхо дит в пассажирский прикамерок шлюза, где давление постепенно повы шается от атмоссферного до имеющегося в рабочей камере. На этот процесс затрачивается, как правило, от 5 до 15 мин, что необходимо для адаптации организма человека к условиям повышенного давления, после чего по шахтной трубе рабочий опускается в рабочую камеру кессона. Выход из рабочей камеры кессона осуществляется в обратной последова тельности, но при этом на снижение давления воздуха в пассажирском прикамерке шлюза до уровня атмосферного требуется в 3…3,5 раза больше времени, чем на переход от атмосферного давления к повышен ному. При этом необходимо проявлять особую осторожность, поскольку быстрый переход от повышенного давления к атмосферному может быть причиной так называемой кессонной болезни.

Производство работ при строительстве кессонов выполняется в сле дующей последовательности. Вначале на поверхности возводится рабо чая камера, на которой монтируется оборудование для подачи в кессон сжатого воздуха. Сжатый воздух начинают подавать в кессонную каме ру после того, как нижняя часть достигнет уровня подземных вод. Дав ление воздуха, обеспечивающее отжим воды из камеры кессона, опре деляется из условия

≥

γγ

, (10.4.1)

где Р

– избыточное (сверх атмосферного) давление воздуха, кПа;

– гидростатический напор на уровне банкетки ножа, м;

γγ

– удельный вес воды, кН/м3.

По мере погружения кессона в грунт наращивают шахтные трубы, если это необходимо, и возводят надкессоную часть сооружения.

После опускания кессона на проектную отметку все специальное оборудование демонтируется, а рабочая камера заполняется бетоном.

Грунт в камере кессона разрабатывается ручным или гидромехани ческим способом.

При опускании кессона на каждые 10 м давление воздуха повышает ся на 1 атм. больше атмосферного. Поэтому, если кессон опустить на 39 м, давление в рабочей камере должно быть на 3,9 атм выше атмосферного. Это является пределом для человека, находящегося в рабочей камере.

Необходимо отметить, что работа в кессоне является вредной для здоровья человека, так как скорость удаления азота из организма чело века происходит медленно. Поэтому продолжительность рабочих смен составляет от двух до трех часов.

К недостаткам кессонного способа сооружения фундаментов можно отнести:

112299

– вредное воздействие сжатого воздуха на организм человека;

– ограниченная глубина погружения (39 м);

– низкая производительность труда;

– высокая стоимость работ и материалов.

Вместе с тем кессонный способ имеет и некоторые преимущества: свободный доступ к препятствиям, которые могут встретиться в про цессе погружения кессона, надежность способа.

10.5. «СТЕНА В ГРУНТЕ»

Способ «стена в грунте» предназначен для устройства фундаментов и заглубленных в грунт сооружений различного назначения. Способ за ключается в том, что сначала по контуру будущего сооружения в грунте отрывается узкая глубокая траншея, которая затем заполняется бетон ной смесью или сборными железобетонными элементами. Возведенная таким способом стена может служить конструктивным элементом фун дамента, ограждением котлована или стеной заглубленного помещения.

Способ «стена в грунте» используется при строительстве подземных гаражей, переходов и развязок на автомобильных дорогах, водопровод ноканализационных инженерных сооружений.

Существенным достоинством этого способа является возможность устройства глубоких котлованов и заглубленных помещений вблизи су щественных зданий и сооружений без нарушения их устойчивости, что особенно важно в стесненных условиях, а также при реконструкции со оружений (рис. 10.5.1).

Рис. 10.5.1. Конструкции, сооружаемые способом «стена в грунте»:

а) котлованы в городских условиях; б) подпорные стенки; в) тоннели; г) противофильтрационные диафрагмы; д) подземные резервуары

113300

а)

б)

в)

г)

д)

<<< < Предыдущая 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 1213 / 2013 14 15 16 17 18 19 20 > Следующая >>>

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]