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

- непередбачені проектом випадки збільшення навантаження (іноді динамічних) на фундаменти у зв’язку з переобладнанням чи надбудовою споруд і будинків тощо.

19.2. РОЗРАХУНОК ОСНОВ І ФУНДАМЕНТІВ НА НАДІЙНІСТЬ ТА ВИКОРИСТАННЯ ХАРАКТЕРИСТИК НАДІЙНОСТІ В ПРАКТИЦІ ЇХ ПРОЕКТУВАННЯ

За ступінь надійності (рівень надійності H) системи СФО доцільно приймати ймовірність P неможливості настання граничних станів протягом строку експлуатації споруди. Якщо ця ймовірність дорівнює одиниці, то система цілком надійна, якщо ж Н=0, то ненадійна.

У загальному вигляді

H = P(Y 0 ) = P(Y1 Y2 0 ),

(19.6)

де Y – сукупний фактор, що характеризує систему; Y1 – внутрішній фактор системи, під яким розуміють несучу здатність основи або граничну деформацію споруди; Y2 – зовнішній фактор, під котрим розуміють навантаження, осідання, крени тощо.

Наприклад, рівень надійності основ і фундаментів за осіданнями можна визначити за виразом

H = P( F 0 ) = P( Su S ),

(19.7)

де F – функція ризику цього граничного стану, яка означає ймовірність того, що

функція ризику не виходить за межі граничних станів.

 

Для визначення рівня надійності за співвідношенням (19.6)

необхідно

знати закони розподілу випадкових величин Y1 та Y2. Ці закони можна визначити за методами теорії ймовірності, вивчивши попередньо статистичні закони розподілу випадкових величин (факторів, які визначають несучу здатність, деформації тощо). Чим більше факторів експериментально досліджено, тим об’єктивнішою буде оцінка надійності основ і фундаментів. Якщо буде встановлено, що чинник Y відповідає нормальному законові розподілу, то вираз (19.6) приймає вигляд (Єрмолаєв М. Н., Міхєєв В. В., 1976):

H = 0,5[1+ F(1/ vy )] ,

(19.8)

де F(1y) – інтеграл імовірності (функція Лапласа), значення якого наведені в таблицях математичної статистики; νy – коефіцієнт варіації випадкової величи-

ни (Y1-Y2):

vy =σ y / my ,

(19.9)

де σy – середньоквадратичне відхилення величини (Y1-Y2); my – математичне очікування випадкової величини Y, що відповідає найімовірнішому її значенню.

Отже для визначення рівня надійності основ і фундаментів слід знати my та σy, які встановлюють через відповідні чисельні характеристики факторів Y1 і Y2 за формулами:

my = my

my ;

(19.10)

1

2

 

 

σ y =

σ y2

+σ y2

.

(19.11)

1

2

 

 

542

Величина, зворотна коефіцієнту варіації випадкової величини (Y1-Y2), має назву “характеристики безпеки”:

 

1

 

 

 

my

 

 

 

my my

 

u =

 

 

=

 

 

 

=

 

1

2

 

.

(19.12)

vy

 

σ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

σ y2

+σ y2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

2

 

 

 

Коефіцієнт запасу (або коефіцієнт надійності) в роботі основ і фундамен-

тів при їх розрахунку за будь-яким граничним станом дорівнює:

 

 

 

 

k = my / my .

 

 

 

 

 

(19.13)

Тоді

 

 

 

 

 

 

1

 

2

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

k 1

 

 

 

 

 

 

u =

 

=

 

 

 

 

 

 

.

 

 

(19.14)

vy

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

v2y

k2 + v2y

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

2

 

 

 

 

 

Таким чином, визначивши коефіцієнт запасу k та коефіцієнти варіації факторів Y1 і Y2, встановлюють рівень надійності основ та фундаментів H.

Приклад 19.1. Визначити рівень надійності H фундаментів під цивільний будинок за осіданнями, якщо за розрахунком воно складає S=2,8 см, а його граничне значення Su=10 см.

Математичне очікування внутрішнього чинника Y1 (у даному випадку гранична де-

формація будівлі) my1 = Su =10 см; середньоквадратичне відхилення цієї величини σ y1 =1 см (значення цього фактора приймемо умовно); математичне очікування зовнішнього чинника

Y2

(осідання фундаменту за розрахунком) my

=S=2,8 см; його середньоквадратичне відхи-

лення σ y

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

=1 см (його значення теж приймемо умовно).

 

 

 

 

1.

2

Визначаємо коефіцієнт запасу за формулою (19.13): k=10/2,8=3,571.

 

 

 

 

 

2.

 

Визначаємо

коефіцієнти

варіації

факторів Y1 та

Y2

за виразом

(19.9):

vy

=σ y

1

/ my

1

=1/10=0,1;

vy

2

=σ y

2

/ my

2

=1/2,8=0,357.

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3.

 

Визначаємо характеристику безпеки за формулою (19.12):

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3,571 1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

u =

 

 

 

= 5,09 .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0,12 3,5712 + 0,3572

 

 

 

 

4.

 

Визначаємо

рівень

 

 

надійності

фундаментів

за

виразом

(19.8):

H=0,5[1+F(1/νy)]=0,5[1+F(5,09)]=1, де F(5,09)=1 – інтеграл імовірності, значення якого встановлено за таблицями математичної статистики.

Таким чином, фундаменти даної будівлі цілком надійні.

Приклад 19.2. Визначити рівень надійності H фундаментів промислової будівлі за осіданнями, якщо за розрахунком воно складає S=5,1 см, а його граничне значення Su=8 см.

 

Аналогічно прикладу 19.1 маємо my

= Su =8 см;

 

σ y = 0,8 см; my =S=5,1 см; σ y =1

 

1

 

 

1

2

2

см;

коефіцієнт запасу k=8/5,1=1,569; коефіцієнти

 

варіації

 

факторів

vy =0,8/8=0,1;

 

 

1,569

1

 

 

1

vy2

=1/5,1=0,196; характеристика безпеки u=

 

=2,266; значення інтегралу

 

 

 

 

 

 

0,12 1,569

2 +0,1692

 

 

 

 

 

 

ймовірності F(2,266)=0,975; рівень надійності фундаментів H=0,5(1+0,975)=0,988. Приклад 19.3. Визначити рівень надійності підпірної стінки на зсування за підошвою.

Розміри стінки подані на рис. 19.5. Характеристики засипання: mγ=15,0 кН/м3; σγ=0,75 кН/м3;

дисперсія цього фактора Dγ=σγ=0,5625 (кН/м3)2; mφ=30°; mtgφ=0,5774; σφ=2°; σtgφ=0,0349;

Dtgφ=0,00122. Тертям засипки по стінці знехтувати. Характеристики для коефіцієнта тертя ґрунту за підошвою: mf=0,45; σf=0,1; Df=0,01. Питома вага бетону стінки γб=22 кН/м3.

Умову стійкості підпірної стінки на зсування за підошвою приймаємо у вигляді Tsa/Tsrmsa=0,8, де Tsa та Tsr – відповідно сумарна зсувна й утримуюча сили; msa – коефіцієнт умов роботи, що забезпечує запас стійкості.

543

 

 

 

 

 

 

1. Відповідно до схеми сил, що діють на підпірну

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1500

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

стінку

(рис.

 

19.5)

 

 

приймаємо: Y1=Tsr=fQ=f(Q1+Q2);

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Y2=Tsa=Ea-En.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Q1=(2+1,5)·0,5·1·4·22=154 кН;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Q2=2,5·1·1·22=55

 

кН;

 

my

=0,45·(154+55)=94,05

 

 

кН;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3330

 

 

 

 

 

Ea=0,5γh2λa;

En = 3 En*

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=1000

 

 

 

 

500

 

 

 

 

 

 

 

Q1

 

 

 

Еа

 

 

 

h=5000

 

 

 

(коефіцієнт 1/3 приймаємо через

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

h

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1670

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

En* = 0,5γhф2 λn ,

де λa=tg2(45°-φ/2), λn=tg2(45°+φ/2) – відпо-

 

 

 

 

Eп

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Q2

 

 

 

 

 

 

 

 

неприпустимість

 

 

великих

 

переміщень

стінки);

 

ф

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

відно коефіцієнти активного та пасивного бічного тиску;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

330

 

 

 

 

 

 

 

 

1250

1250

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

λa=tg

30°=0,333; λn=tg

60°=3;

 

Ea=0,5·15·5

 

·0,333=62,5

 

кН;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

En* =0,5·15·12·3=22,5

кН;

 

En=22,5/3=7,5

 

кН; my2 =62,5-

Рис. 19.5. Розміри підпірної

7,5=55 кН.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

стінки та схеми сил, що діють на

 

 

 

 

 

 

2.

Визначаємо

 

 

характеристики

факторів Y1

 

і

Y2:

неї, до прикладу 17.3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

= Dy

= Q

2

D f

+ f

2

DQ ;

D f = 0,01;

DQ

n

1

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

σ y

 

 

 

=

3

 

Q

,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

де n – коефіцієнт перевантаження для власної ваги стінки; n=1,1; DQ

 

 

 

1,1 1

 

 

 

2

= 48,53

=

3

 

 

209

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

кН2; σ y2 = Dy

 

= 2092 0,01 + 0,452 48,53 = 446,64 кН2. Рівнодіючі активного Ea й пасивного

En

 

 

 

1

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

γ та λ. Тому

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

тиску

 

розглядаємо як

функцію

двох

випадкових

змінних

 

 

 

 

маємо:

 

D

 

=

 

E

 

2

 

 

+

E 2

 

;

 

 

 

 

 

 

 

E

=

1

h2

λ ;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

E

 

=

1

γh2 ;

 

E

 

 

 

D

 

 

 

D

λ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

γ

 

 

 

γ

 

 

λ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

γ

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

λ 2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

dλ

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

tg( 45

 

ϕ / 2 )

2

 

 

 

 

 

 

 

dλ

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

tg(

45 +ϕ

/ 2 )

2

 

 

D

λa

 

=

a

 

 

D

=

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

D ;

D

λn

=

 

 

n

 

D =

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

D

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ϕ

 

 

 

cos2 ( 45 ϕ / 2 )

 

ϕ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ϕ

 

 

 

cos2 ( 45 +ϕ /

 

 

 

ϕ

 

 

 

 

 

dϕ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

dϕ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2 )

 

 

 

Ea

 

= 4,167 ;

 

 

 

En

= 0,5;

 

 

 

Ea

= 62,5;

 

En

 

= 7,5;

 

Dλa = 0,000723;

 

 

 

 

Dλn

= 0,05856;

 

γ

 

 

 

 

γ

 

 

 

 

 

λn

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

λa

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

DEa

 

= 4,1672 0,5625 + 62,52 0,000723 =12,591 кН2;

DEn = 0,52 0,5625 + 7,52 0,05856 =3,434

кН2; σ y22 = DEa + DEn = 12,591+3,434=16,026 кН2.

3. За формулою (19.12) визначаємо характеристику безпеки:

u =

94,05 55

=1,815, звідки

F(1,815)=0,9305, а рівень надійності підпірної стінки за

446,64 +16,026

умови стійкості на зсування за підошвою H=0,5·(1+0,9305)=0,965.

4. Перевірка умови Tsa/Tsr≤msa=0,8 для розрахункових зусиль показує, що отримане значення рівня надійності близьке до того, яке забезпечується прийнятими на практиці рекомендаціями. Прийнявши коефіцієнти перевантаження 0,9 для ваги стінки та 1 ,2 для тиску ґрунту, маємо такі розрахункові значення зусиль: Tsa=1,2·55=66 кН; Tsr=0,9·94,05=84,645 кН. Отже, Tsa/Tsr=66/84,645=0,78<msa=0,8, тому стійкість стінки на зсування за підошвою слід вважати забезпеченою.

19.3. ПРИЧИНИ ЗНИЖЕННЯ І ЗАХОДИ ЗАБЕЗПЕЧЕННЯ НАДІЙНОСТІ ОСНОВ І ФУНДАМЕНТІВ

Вище йшлося про визначення рівня надійності системи “основа – споруда” на стадії проектування. Цю величину називають проектною. Якщо при проектуванні врахувати реальний характер усіх явищ, що впливають на рівень надійності, то він збережеться й у період

544

експлуатації, тобто рівень експлуатаційної надійності дорівнюватиме проектному. Однак досить часто рівень експлуатаційної надійності виявляється меншим за проектний.

Основні причини зниження проектного рівня надійності системи в процесі будівництва та подальшої експлуатації збігаються з причинами відмови системи, що були перелічені в п. 19.1. Нижче наведені типові для нашої країни випадки невідповідності проектних рішень і реальних обставин та заходи для їх запобігання.

Досить поширеним явищем при забудові історичних частин старих міст є нехтування інформацією про існування в лесовій товщі підземних ходів та інших порожнин, які можуть бути заповнені пухким матеріалом. При замоканні стінок і склепінь цих ходів можливе їх обвалення. Слід підкреслити, що наявність підземних ходів сприяє активізації просадочних явищ. Атмосферні, побутові чи виробничі води за цими ходами легко переміщуються в лесовій товщі, вимивають частки ґрунту, розчиняють карбонатні з’єднання й, нарешті, утворюють нові порожнини, пустоти, ходи (так зване явище псевдокарсту). Непоодинокими є і випадки, коли проектувальники не звертають увагу на наявність у межах лесової товщі в місцях колишньої забудови вигрібних ям та погрібників, іноді заповнених органічними залишками. Інколи будівельники самі сприяють утворенню джерел майбутнього замокання лесової товщі, розміщуючи вигрібні колодязі поряд (1-2 м) із будівлями.

Нормативними документами, прийнятими і діючими наприкінці 60-их – початку 70-их років, допускалося неповне прорізання просадочних товщ фундаментами з паль, якщо розрахункова сумарна деформація основи не перевищувала допустимої величини. Досвід експлуатації споруд у таких умовах показав, що при неточно оцінених просадочних властивостях основи (наслідком чого є збільшення просідань) знижуються експлуатаційні якості системи “основа – споруда”. Тому надалі норми були змінені для уточнення розрахункової схеми з вимогою повного прорізання просадочної товщі палями.

При влаштуванні та утриманні котлованів під фундаменти часто-густо порушують природну структуру основ: через неправильне ведення земляних робіт; у процесі водовідливу за рахунок суфозії; замочування основи атмосферними, а іноді побутовими водами; потраплянні пухкого ґрунту на дно котлованів чи свердловин (характерно для витрамбуваних котлованів, пробитих і пробурених свердловин), що призводить до додаткових, неврахованих, осідань фундаментів за рахунок ущільнення порушеного ґрунту.

При зведенні монолітних залізобетонних фундаментів нерідко: зменшують їх розміри; знижують клас бетону; недостатньо ущільнюють його при укладанні; відступають від проектного армування конструкцій; зменшують товщину захисного шару бетону; застосовують матеріали, що не відповідають корозійній активності ґрунту та ґрунтових вод, – що може викликати перевантаження основи і руйнування конструкції фундаменту.

Відхилення при зануренні або монтажі збірних фундаментів, паль, блоків від прив’язочних осей у плані призводить до зміни схеми роботи конструкції й викликає додаткові зусилля. Порушення при їх забиванні можуть викликати появу в них тріщин, оголення арматури і навіть до руйнування. Недотримання умов улаштування вирівнюючого підстильного піщаного шару при монтажі фундаментних плит призводить до недостатнього контакту їх поверхні з основоюі як наслідокдо не передбачени х проектом перерозподілів напруг у конструкції. Недотримання правил перевезення й складування збірних конструкцій зумовлює виникнення в них тріщин, які знижують довговічність фундаментів.

Залишається і проблема зворотного засипання пазух котлованів та траншей. Випадки використання для цього ґрунту із значним вмістом органіки, великими грудками, інколи мерзлого, піску, слабкоущільненого чи зовсім без ущільнення – зустрічаються на багатьох об’єктах, які будують на лесовому ґрунті. За вимогами існуючих норм зворотне засипання здійснюють шарами з місцевого глинистого ґрунту оптимальної вологості. Ущільнення кожного шару ведуть до щільності сухого ґрунту ρd=1,6 т/м3. При цьому будь-які просадочні властивості ґрунту усуваються, а його фільтраційна здатність зменшується на кілька порядків. Але, як показали численні дослідження, фактична щільність сухого ґрунту зворотного засипання лише інколи перевищує ρd=1,4 т/м3. Щодо використання піщаного ґрунту для зво-

545

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]