Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
M.L.Zocenko_-_Inzh_geol_Mehan_gruntiv_osnovy_i_fund.pdf
Скачиваний:
658
Добавлен:
05.02.2016
Размер:
6.57 Mб
Скачать

льованих значень модуля деформації над експериментальними можливо віднести за рахунок різниці в напружено-деформованому стані ґрунту при його ущільненні в кільці та в ґрунтовому масиві.

Із порівняння результатів моделювання ущільнення ґрунту навколо пірамідальної палі й даних натурного експерименту (дослідні дані професора А. І. Догадайло), наведених на рис. 14.31, видно їх задовільну збіжність. Біля її бічної грані (в межах “ґрунтової сорочки”) змодельовані значення щільності сухого ґрунту дещо вищі від їх дослідних аналогів, а в межах d…2d від осі палі, де d – діаметр поперечного перерізу палі на глибині, що розглядається, навпаки. Далі результати числового й натурного експериментів практично збігаються.

Порівняння розмірів ущільнених зон навколо пірамідальних паль із лідируючими свердловинами за результатами моделювання та даними виконаних ПолтНТУ натурних досліджень проводились для умов дослідної ділянки, що складена лесовим напівтвердим суглинком із вологістю W=0,21 і щільністю сухого ґрунту ρd=1,355 г/см3.

Досліджувались пірамідальні палі двох типорозмірів СП-0,8-3,6-0,1 (переріз голови bp×bp=80×80 см та вістря 10×10 см, довжина hp=3,6 м) і СП-0,9-2,0-0,1 при діаметрі лідируючих свердловин 0,2-0,6 м.

Зіставлення результатів натурних досліджень і моделювання зведено до графіків на рис. 14.32.

Відносна похибка між виміряними та змодельованими значеннями D/bp не перевищує 6 %, тобто маємо цілком задовільну їх збіжність.

На рис. 14.33 подано фрагмент схеми деформування основи при витрамбовуванні котловану (без розширення), а на рис. 14.34 – ущільнення ґрунту навколо нього (дані натурного експерименту Ю. В. Власова).

Тобто проектувальник має можливість визначення досить достовірних значень параметрів ущільнення ґрунту навколо фундаментів і штучних основ, улаштованих за різними технологіями без виймання ґрунту, у межах рішення вісесиметричної пружно-пластичної задачі МКЕ. При цьому на точність моделювання впливають призначення характеристик початкового стану ґрунту, геометричних розмірів фундаментів, напрямку витиснення ґрунту та швидкості передачі тиску на ґрунт. Змодельовані параметри ущільнення ґрунту використовують для розрахунків роботи цих основ і фундаментів під навантаженням.

14.5. ПРОЕКТУВАННЯ ФУНДАМЕНТІВ, ЯКІ ВИГОТОВЛЯЮТЬСЯ БЕЗ ВИЙМАННЯ ҐРУНТУ

Фундаменти, виготовлені без виймання ґрунту, сприймають навантаження від споруди і передають їх на основи частково силами тертя і зчеплення, що виникають за їх бічною поверхнею. У результаті дій цих сил осьові зовнішні навантаження передаються на деякий ґрунтовий конус, а від нього – на колову горизонтальну площадку, де вона підсумовується з напругами, що передаються на ґрунт підошвою фундаменту (рис. 14.35, а). Епюра стискуючих напруг у ґрунті показує, що напруги помітно знижуються в міру віддалення від центра підошви фундаменту. Залежно від розміру проміжку між сусідніми фундаментами (палями) епюри стискуючих напруг можуть дотикатися або накладатися одна на одну; в останньому випадку напруги в ґрунті будуть зростати.

Питання стійкості і деформативності ґрунту в основах фундаментів слід розглядати з урахуванням відстані між ними. При аналізі роботи кущів (груп) фундаментів можна відзначити, що при рідкому розташуванні фундаментів ділянки напруженого стану ґрунту не перекривають одна одну. В площині їх нижніх кінців вони мають вигляд кругів, які не перетинаються. Це вказує на те,

399

6bp

3bp

F

3bp

 

що кожен фундамент працює са-

 

 

мостійно.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

F1

 

 

 

 

При густому розташуванні

F2

F3

F4

фундаментів (рис. 14.35, б) діля-

 

 

 

 

 

 

нки напруженого стану перекри-

 

 

 

 

 

вають одна одну, а напруги в

 

 

 

 

 

ґрунті, що виникають під кожним

 

 

 

 

 

фундаментом, підсумовуються

з

 

 

 

 

 

напругами, що передаються сусі-

bp

 

 

 

 

дніми фундаментами. Таке роз-

 

 

 

 

 

міщення

фундаментів

у

кущі

 

 

 

 

 

сприяє розвитку в площині їх

 

 

 

 

 

нижніх кінців напруг більших,

 

 

 

 

 

ніж напруги під окремим фунда-

σ1

 

 

 

 

ментом.

 

 

 

 

 

 

 

Σσ1

 

 

Очевидно, що при деякому

 

 

 

 

а

 

б

 

 

проміжку

між

фундаментами

Рис. 14.35. Епюри напружень в основі фундаменту:

епюри

вертикальних

напруг

у

площині їх нижніх кінців тільки

а – поодинокого; б – куща

 

 

 

 

торкатимуться одна одної, а всі

 

 

 

 

 

фундаменти куща працюватимуть як поодинокі. Чим довші фундаменти, тим

більшим повинен бути проміжок між ними, щоб створити умови їх роботи як

одиночних. Оскільки напруги під кущем фундаментів при звичайних умовах

вищі, ніж у одиночного, а розміри в плані області напруженого стану в куща бі-

льші, то осідання такого куща значно більше за осідання одиночного фундаме-

нту.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Розглянемо ще одну особливість сумісної роботи фундаментів у кущі (рис. 14.35). Якщо проведено випробування навантаженням фундаментів до влаштування ростверку, то їхній опір матиме таке співвідношення: F1<F2<F3. Це пояснюється тим, що фундамент 2 частково, а фундамент 3 – з усіх боків затиснуті навколишнім ґрунтом у процесі влаштування сусідніх фундаментів. При цьому навантаження через фундамент 3 передається на сусідні фундаменти, оскільки області напруженого стану в ґрунті від розвитку сил тертя накладаються. Це підтверджується осіданням ненавантажених фундаментів. Чим менша відстань між фундаментами, тим більша різниця між F1 і F3.

Усі ці положення справедливі до влаштування ростверку, який зумовлює сумісну роботу фундаментів у кущах. Випробування куща в цілому показує, що середній опір фундаменту в кущі менший за опір одиночного фундаменту

F1<F3.

Проведені широкі дослідження кущів фундаментів у різних умовах дали можливість зробити такі висновки: при однакових навантаженнях осідання одиночного фундаменту завжди менше, ніж куща; величина осідання куща не залежить від форми фундаментів у плані; зі збільшенням відстані між фундаментами осідання куща зменшується; експериментальні дослідження показали, що для фундаментів довжиною до 10 м відстань у 6bp забезпечує роботу фун-

400

bp

 

 

F1

w>bc

 

F2

w=bc

 

F3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

σ

 

 

bc=αbp

σ

σ

Рис. 14.36. Схеми сумісної роботи пірамідальних паль:

1 – зона ущільнення

даменту у кущі як одиночного, однак при проектуванні кущів з фундаментів постійного поздовжнього профілю (наприклад, призматичних і циліндричних паль) мінімальна відстань між ними приймається 3bp; у піщаних ґрунтах нерідко трапляються випадки, коли окремі палі досить легко занурюються на проектну позначку, а палю в кущі занурити стає неможливо, що свідчить про недостатність відстані в 3bp для піщаних ґрунтів.

На рис. 14.36 показано принцип сумісної роботи коротких пірамідальних паль. Експериментально доведено, що взаємодіють палі тоді, коли їх зони ущільнення перетинаються одна з одною. Ця взаємодія проявляється, наприклад, у тому, що при занурюванні палі сусідня, раніше заглиблена, паля начебто виштовхується з ґрунту на 5-15 см залежно від відстані між ними. Тому при в и- значенні мінімально допустимої відстані між такими палями спочатку визначають діаметр зони ущільнення ґрунту bc=αbp, де α – коефіцієнт, що визначається залежно від кута внутрішнього тертя ґрунту за закономірністю, встановленою В. Г. Березанцевим.

При проектуванні фундаментів, споруджуваних без виймання ґрунту, рекомендується така послідовність:

1.Оцінюються інженерно-геологічні та гідрогеологічні умови будівельного майданчика.

2.Визначаються величини навантаження на фундамент і встановлюються їхні невигідні сполучення.

3.Вибираються типи й розміри фундаментів, конкурентоспроможних у даних конкретних умовах.

4.Розраховується кожний варіант фундаменту в такій послідовності: 4.1. Визначається глибина закладання ростверку, здійснюється вертикальна прив’язка фундаменту. 4.2. Визначається вертикальне розрахункове навантаження, що допускається на фундамент цього типу. 4.3. Визначається горизонтальне розрахункове навантаження, що допускається на фундамент. 4.4. Визначається необхідна кількість фундаментів у кущі за умови дії окремо вертикального і горизонтального навантажень. Приймається попередня кількість фундамен-

401

тів у кущі за більшою величиною. 4.5. Визначається мінімально допустима відстань між сусідніми фундаментами. 4.6. Конструюється ростверк за розмірами надфундаментної конструкції та мінімально допустимої відстані між сусідніми фундаментами. 4.7. Перевіряються фактичні вертикальні і горизонтальні навантаження на найбільш навантажений фундамент у кущі. За необхідності уточнюється їх кількість. 4.8. Розраховуються деформації фундаменту.

5.Порівнюються варіанти фундаментів і вибирається найефективніший.

6.Розраховуються фундаменти в характерних перерізах будівлі, що проектується, за вибраним варіантом у послідовності п. 4.

7.Оформляється графічна частина проекту, яка включає: інженерногеологічний розріз із контурами споруди, схему розташування фундаментів із порядковими номерами їхнього влаштування в масштабі 1:100, 1:200, 1:400; схему розміщення ростверків у тих же масштабах; окремі проекції розгортки фундаментів у масштабі 1:50; специфікації фундаментів, розгорток, арматури; примітки.

8.Розробляються основні положення щодо проведення робіт при влаштуванні фундаментів: вибираються механізми для проведення земляних робіт, улаштування фундаментів, їх бетонування й монтажу; визначається проектний відказ забивних фундаментів; даються рекомендації до лідирування або підмивання при влаштуванні фундаментів.

9.Розробляються заходи щодо охорони навколишнього середовища: збереження й використання родючого шару землі, що порушується в межах будівельного майданчика; забезпечуються оптимальні режими роботи й обслуговування машин і механізмів; вибираються для розігрівання ізолів інвентарні установки, що виключають забруднення повітря; обґрунтовується раціональна витрата води для потреб будівництва; вибираються конструктивні й технологічні рішення, що дозволяють скоротити витрати цементу, металу, енергоресурсів.

Приклад 14.1. Програмований розрахунок фундаментів, які виготовляються без вий-

мання ґрунту.

 

 

 

1. Глибину закладання ростверку слід приймати в основному з конструктивних мірку-

вань. Можливість морозного здимання ґрунтів можна нейтралізувати за допомогою підсипок

проти піднімання, а частину небудівельних ґрунтів під ростверком пройти за рахунок збіль-

 

 

 

шення довжини ствола фундаменту. Вертикальна

100

20d

100

прив’язка фундаменту полягає у визначенні кіль-

кості шарів основи та їх товщі в межах глибини

його закладання. Довжину ствола фундаменту

 

 

 

 

 

 

призначають за відповідними технічними умовами

 

 

 

і стандартами. При цьому враховують конструк-

 

 

 

цію з’єднань фундаменту з ростверком. Якщо фу-

р

 

р

ндаменти сприймають лише центрально прикла-

 

 

 

 

дені вертикальні навантаження і занурені у ґрунти,

 

 

 

що оцінюються як придатні природні, то з’єднання

 

 

 

приймають шарнірними, тобто голову фундаменту

а

 

б

замуровують у ростверк на 0,1 м (рис. 14.37, а).

 

Якщо ж фундаменти сприймають позацентрові,

Рис. 14.37. Конструкції з’єднання

висмикуючи навантаження або занурені в слабкі

ґрунти, потрібне їхнє жорстке з’єднання з рост-

фундаменту з ростверком:

 

а – шарнірна; б – жорстка

 

верком. Цього досягають замуровуванням у рост-

402

верк випусків робочої арматури фундаменту. Для збірних фундаментів, наприклад забивних призматичних паль, розбивають оголовок на необхідну довжину (рис. 14.37, б).

2. Розрахункове вертикальне навантаження, що допускається на фундамент, визначають за формулою

Pv = Fd / γ c ,

(14.25)

де γc – коефіцієнт надійності, який приймають 1-1,75, залежно від способу визначення несучої здатності, конструкції ростверку, кількості фундаментів у ростверку; Fd – несуча здатність фундаменту, яку визначають одним із розглянутих вище способів.

3. Розрахункове горизонтальне навантаження, що допускається на фундамент, визначають за формулою

Ph = Fdh / γ c ,

(14.26)

де Fdh – несуча здатність фундаменту на дію горизонтального навантаження, що встановлюється розрахунком або випробуваннями при обов’язковому дотриманні умов (12.5-12.8).

4. Кількість фундаментів у кущах попередньо визначають за формулами: при дії вертикальних навантажень

nv =

N + 0,1N

m ,

(14.27)

 

 

Pv

 

де N – сумарне розрахункове вертикальне навантаження на кущ; m≥1 – коефіцієнт, що враховує позацентрове навантаження фундаменту;

при дії горизонтального навантаження

nh = H / Ph ,

(14.28)

де H – сумарне горизонтальне навантаження на кущ; для конструювання ростверку приймають більше із двох значень nv або nh .

5.Мінімальну відстань між сусідніми фундаментами встановлюють залежно від конструкції фундаментів і умов їхньої спільної роботи з ґрунтом.

6.Конструювання ростверків проводять з урахуванням таких положень: їх розміри в

плані слід визначати, виходячи з мінімально припустимої відстані між фундаментами w=min, якщо вони не лімітуються розмірами надфундаментної конструкції; при дії значних моментів

ігоризонтальних сил вирівнювання навантажень на фундаменти можна досягти зміною ве-

личини w в межах ростверку; під стіни будівель установлюють стрічкові ростверки з однорядним, багаторядним або у шаховому порядку розташуванням фундаментів (рис. 14.38); при однорядному розташуванні фундаментів у стрічковому ростверку відстань між ними визначають за формулою

w = Pv / N ,

(14.29)

де N – сумарне погонне навантаження на ростверк; розміри у плані ростверку, що окремо стоїть, визначають за формулою

a( b ) = lw( n 1) + bp + 0,1,

(14.30)

де n – кількість фундаментів у ряду в напрямі сторін a чи b (рис. 14.39); bp – діаметр стовбура фундаменту; мінімальне звисання ростверку (відстань від бічної поверхні фундаменту до краю ростверку) 5 см; висоту ростверку визначають із конструктивних міркувань (умов його роботи за міцністю і деформаціями, типу надфундаментної конструкції тощо); армування ростверку слід проводити відповідно до вимог СНиП 2.03.01-84 “Бетонные и железобетонные конструкции”.

7. Розрахунок фундаменту за першим граничним станом завершують перевіркою фактичного навантаження;

при дії вертикального навантаження

P

fv

=

N

+

M

x

y

+

M y x

P

,

(14.31)

 

 

 

 

 

 

n

 

yi2

 

xi2

v

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

403

Б

 

 

 

 

 

w

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y

 

 

 

 

 

n

 

 

 

 

 

А

 

 

 

 

 

 

1

 

nxw

2

 

 

 

а

 

 

 

 

 

 

w

 

bp

b

bp

b

 

 

 

 

 

 

 

 

n

 

 

w

w

 

 

 

 

 

 

б

 

в

 

Рис. 14.38. Конструкції стрічкових ростверків із розміщенням паль:

 

а – однорядним; б – дворядним; в – шаховим

 

 

де N, Mx, My – відповідно сумарні розрахункові стискуюча сила й моменти відносно головних центральних осей x та y плану ростверку і фундаментів у площині підошви ростверку; n – число фундаментів ростверку; xi, yi – відстані від головних осей до осі кожного фундаменту; x, y – відстані від головних осей до осі фундаменту, для якого визначають фактичне навантаження;

при дії горизонтального навантаження

Pfh = H / n Ph ,

(14.32)

де H – сумарна горизонтальна сила.

Звичайно перевірку фактичного навантаження проводять тільки для найбільш навантажених фундаментів, тобто для тих, які розміщені на найбільшій відстані від відповідних осей.

8. Розрахунок осідань одиночних фундаментів (або їх кущів), споруджуваних без виймання ґрунту, виконують для умовного масиву “ґрунт–фундамент”. Зовнішні межі масиву визначаються за оцінкою параметрів зони впливу, а саме тієї її частини, в котрій відбуваються структурні зміни в ґрунті (зони ущільнення). Для куща фундаментів приймають розрахункову схему, наведену на рис. 14.40, а, що враховує особливості напруженого стану ґрунту при їхній сумісній роботі. На рис. 14.40, б показана розрахункова схема для визначення осідання одиночної пірамідальної палі.

Обрис меж зони ущільнення визначається поздовжнім профілем фундаменту. Приймають, що площа умовного фундаменту дорівнює площі кола діаметром, відповідним діаметру зони ущільнення. Підошву фундаменту приймають у рівні вістря палі, аналогічно фундаменту в пробитій свердловині з розширенням у нижній частині з утрамбованого щебеню

(рис. 14.40, в).

404

 

 

 

bp

w

w

bp

b

w

 

w

w

 

 

а

 

б

a

 

в

 

y

 

 

 

 

2

 

 

 

y

 

x

r1

y

 

1

 

 

r2

y

 

 

1

 

 

 

2

 

 

 

y

 

 

 

x1

x1

 

д

x2

x2

 

г

Рис. 14.39. Конструкції окремих ростверків:

а – з трьох паль; б – із чотирьох паль; в – із п’яти паль; г – із багатьох паль; д – кільцеве розміщення паль

0,000

NL

0,000

 

φ/4

dc

FL

bc

σzg

σzg

σzp

bc

bc

NL

0,000

NL

 

c

 

 

d

 

 

 

 

c

 

 

d

FL

 

 

 

 

FL

σzp

 

bc

 

 

BC

σzg

σzp

 

 

BC

BC

 

 

а

б

в

Рис. 14.40. Схеми для розрахунку осідання фундаментів:

а – куща паль; пірамідальної палі; в – палі в пробитій свердловині

405

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]