Ф.12.9. Как рассчитываются гибкие фундаменты с использованием теории общих упругих деформаций?

В этом случае также используется дифференциальное уравнение изогнутой оси балки, но прогиб балки определяется с использованием выражений из Ф.12.7 как для упругого полупространства. При этом упругое полупространство заменяется линейно-деформируемым полупространством, деформационные свойства которого характеризуются модулем общей деформации и коэффициентом Пуассона.

Решения уравнения для линейно-деформируемого полупространства приводятся у Б.Н.Жемочкина, М.И.Горбунова-Посадова [15] и др. Имеются детальные таблицы [13].

Решая дифференциальное уравнение изогнутой оси балки для ленточных фундаментов и для плитных фундаментов, находят реактивное давление грунта под подошвой фундаментов, а по нему изгибающие моменты и поперечные силы. После этого по известным значениям MиQуточняется сечение фундамента и проектируется его армирование.

Ф.12.10. Как конструируются гибкие фундаменты?

Выбор конструкции фундамента производится с учетом конструктивной схемы здания, величины и характера распределения нагрузок в плане, несущей способности и деформативности основания, технико-экономического сравнения возможных вариантов проектного решения.

Ленточные фундаменты под колонны устраиваются в виде одинарных или перекрестных лент. Плитные фундаменты устраиваются под всем сооружением.

Основными конструктивными типами являются безбалочная плита с опиранием колонн на сборные стаканы (рис.Ф.9.22,а), безбалочная плита с монолитным стаканом (рис.Ф.9.22,б), ребристая плита (рис.Ф.9.22,в), плита коробчатого сечения (рис.Ф.9.22,г).

Фундаменты выполняются из монолитного железобетона класса не ниже В15 с обязательным устройством бетонной подготовки толщиной не менее 100 мм. При глинистом основании необходимо делать песчаную или гравийно-песчаную подсыпку под бетонную подготовку.

Армирование фундаментов производится в двух зонах: нижней и верхней (рис.Ф.12.10,а-г). Каждая зона должна иметь рабочую арматуру в двух направлениях. Рабочую арматуру применяют класса А-III. Монтажная арматура применяется класса А-1.

Расположение арматуры в плане фундамента назначается в соответствии с огибающими эпюрами изгибающих моментов, построенными в направлении по длине и ширине фундамента по результатам статических расчетов.

На рис.Ф.12.10,а-г приведен также фрагмент рабочего чертежа безбалочной плиты с опиранием колонн на сборные стаканы.

Рис.Ф.12.10. Плитные фундаменты - план фундаментной плиты жилого дома: а - план плиты; б - план раскладки сеток первого слоя нижней зоны и второго слоя верхней зоны; в - план раскладки сеток второго слоя нижней зоны и первого слоя верхней зоны; г - сечение: 1 - унифицированные сетки вдоль буквенных осей; 2 - унифицированные сетки вдоль цифровых осей; 3 - унифицированные сетки укороченные

Ф.13. Конструкции и расчет оснований анкерных фундаментов

Ф.13.1. В каких случаях применяются анкерные фундаменты?

Анкерные фундаменты применяются в тех случаях, когда существует необходимость закрепления в грунтовом массиве сооружений, подверженных выдергивающим усилиям.

Подобные условия возникают при строительстве линий электропередачи (рис.Ф.13.1,а), радиорелейных мачт (рис.Ф.13.1,б), спортивных сооружений или ангаров с консольным покрытием (рис.Ф.13.1,в), подпорных стен и причальных стенок (рис.Ф.13.1,г), подземных гаражей (рис.Ф.13.1,д), тоннелей (рис.Ф.13.1,е), креплении свободностоящих откосов грунта (рис.Ф.13.1,ж), закреплении сооружений от всплытия (рис.Ф.13.1,з), дымовых труб (рис.Ф.13.1,к), подпорных армированных стен (рис.Ф.13.1,л) и др.

Рис.Ф.13.1. Примеры применения анкерных фундаментов: а,б,в - анкерные плиты г,д,е,ж - инъекционные анкеры; з,к - цилиндрические анкеры или винтовые сваи; л - подпорная стена

Ф.13.2. Какие конструкции анкерных фундаментов применяются в строительстве?

Конструктивно анкерные фундаменты подразделяются на массивные-столбчатые фундаменты (рис.Ф.13.2,а), грибовидные фундаменты (рис.Ф.13.2,б), анкерные плиты (рис.Ф.13.2,в), инъекционные анкеры (рис.Ф.13.2,г,д,е,ж,з), винтовые сваи (рис.Ф.13.2,и), забивные железобетонные или металлические сваи, фундаменты в виде закладных плит.

Массивные фундаменты применяются в качестве фундаментов под газоотводящие дымовые трубы и наименее распространены в строительной практике. Фундаменты выполняются ступенчатыми с массой до 3 т из монолитного железобетона непосредственно на строительной площадке.

Грибовидные фундаменты представляют собой горизонтальные плиты с вертикальной или наклонной стойкой и служат фундаментами под опоры воздушных линий электропередачи. Фундаментами свободностоящих опор являются грибовидные подножники, а фундаментами опор на оттяжках  грибовидные подножники и анкерные плиты.

Рис.Ф.13.2. Конструкции анкерных фундаментов: а - массивный фундамент; б - грибовидный фундамент; в - анкерная плита; г,д,е,ж,з - инъекционные анкеры; и - винтовая свая: 1 - теряемый башмак; 2 - цементно-песчаная заделка; 3 - металлическая тяга; 4 - изолирующая оболочка; 5 - оголовок; 6 - замок; 7 - инъекционная труба; 8 - обойма; 9 - фиксатор; 10 - манжетная труба; 11 - пакер

Ф.13.3. Каким образом анкерные плиты передают на грунт основания выдергивающие нагрузки?

В зависимости от конструкции опоры анкерные плиты воспринимают и передают на грунт основания как вертикальные, так и наклонные выдергивающие нагрузки (см.рис.Ф.13.2,а,б).

При строительстве причальных стенок анкерные плиты закладываются в грунт вертикально, а при сооружении линий электропередачи  горизонтально или наклонно к поверхности основания. Нагрузка прикладывается перпендикулярно или наклонно по отношению к плоскости анкерной плиты. Обычно угол наклона тяжа к вертикали изменяется в пределах от 0 до 60 .

Инъекционный анкер представляет собой предварительно напряженную конструкцию в виде металлической тяги, выполненной из высокопрочной стали, и зоны заделки из цементно-песчаного раствора. По способу взаимодействия с грунтом различают два типа предварительно напряженных анкеров: первый  анкеры, у которых после установки обсадной трубы диаметром 8-14 см и введения анкерной тяги осуществляется заполнение обсадной трубы цементной суспензией (рис.Ф.13.2, а,ж,з), в то время как обсадная труба извлекается по участкам; второй  анкеры, у которых только часть скважины заполняется цементным раствором (рис.Ф.13.1, г,е), в то время как буровая скважина на свободной длине тяги не заполняется вовсе или заполняется нетвердеющей массой.

Для создания высококачественной зоны заделки в анкерах применяют цементный раствор, приготовленный из портландцемента марки М400 и выше, воды и пластифицирующих добавок. В качестве напрягаемого элемента (тяги) используют одиночные арматурные стержни классов Ат-IV, А-IV и пучки отдельных проволок классов В-II, Вр-II или прядей.

Внешняя нагрузка передается на голову (верхнюю часть) анкера и далее через стальной тяж на заполненную цементным раствором зону, которая называется рабочим телом анкера.

Предварительно напряженные анкеры с углом наклона к вертикали от 0 до 60  можно применять в различных грунтах, за исключением торфа, ила, глин текучей консистенции, набухающих и просадочных грунтов. В песчаных грунтах иногда применяются анкеры, погружаемые в грунт вибрацией. Конструктивно анкер представляет собой тягу из стержневой арматуры с уширенным башмаком на нижнем конце.

Практика применения показывает, что инъекционные анкеры целесообразно использовать для восприятия динамических нагрузок от действия ветра, так как они имеют более устойчивый характер работы. Однако, если анкеры подвержены знакопеременным нагрузкам, лучше использовать цилиндрические анкеры или винтовые сваи. Например, анкеры применяются для закрепления от всплытия нефтяных резервуаров (см.рис.Ф.13.1,а), погруженных в грунт при высоком уровне грунтовой воды. Когда резервуар пустой, анкеры должны воспринимать выдергивающие нагрузки, соответствующие выталкивающим усилиям. С другой стороны, когда резервуар загружен, такие анкеры воспринимают сжимающие нагрузки, которые невозможно передать на более прочный грунт, применяя инъекционные анкеры со свободной длиной.

Ф.13.4.* Как влияет глубина заложения анкерных плит на характер деформации основания?

Характер деформации основания анкерных плит зависит не только от глубины их заложения, но также от наклона анкерной плиты к горизонту и вида грунта основания.

В зависимости от относительной глубины заложения d/b различают анкерные плиты мелкого, глубокого и промежуточного заложения. При 1< d/b < 3 анкерные плиты относятся к категории мелкого заложения. При d/b>6 мы имеем анкерные плиты глубокого заложения, а при 3 d/b  6  промежуточного заложения.

Приведенная классификация основана на выявленном экспериментально различном характере деформирования песчаного и глинистого оснований.

На рис.Ф.13.4 показаны основные случаи предельно напряженного состояния песчаного основания, которые в зависимости от относительной глубины заложения подразделяются следующим образом:

Случай а. Характерен для анкерных плит и вырываемых грибовидных фундаментов мелкого заложения при 1< d/b <3, 0   30 в песках плотных и средней плотности, когда разрушение основания происходит в виде сдвига и выпирания грунта на поверхность (рис.Ф.13.4,а,б).

Случай б (рис.Ф.13.4,в). Имеет место в песках плотных и средней плотности при относительной глубине заложения d/b>6; в отличие от фундаментов мелкого заложения в данном случае разрушение основания не связано с выпиранием грунта на поверхность основания, а характеризуется внутренним выпором.

Случай г (рис.Ф.13.4,г) является переходным от анкерных фундаментов мелкого к анкерным фундаментам глубокого заложения; разрушение песчаного основания сопровождается выпором грунта на поверхность и в область под фундаментом.

Рис.Ф.13.4. Характер деформации плотного песка в момент выпора грунта основания анкерами: а - горизонтальными мелкого заложения; б - наклонными мелкого заложения; в - глубокого заложения; г - при переходе от мелкого заложения к глубокому: 1 - уплотненная область грунта; 2 - упругое грунтовое ядро;3 - область предельно напряженного состояния грунта; 4 - линия скольжения

В глинистых грунтах характер деформации основания практически не зависит от относительной глубины заложения, угла наклона опорной плиты и совпадает со случаем а.

Характер деформации основания инъекционных анкеров не зависит от относительной глубины заложения и похож на случай а с тем лишь различием, что линии скольжения не доходят до поверхности основания.

Ф.13.5. Как рассчитываются основания анкерных фундаментов по деформациям?

В отличие от обычных фундаментов, передающих на основание сжимающие нагрузки, расчет оснований анкерных фундаментов по деформациям заключается не в определении расчетной осадки, а в ограничении давления на грунт обратной засыпки. Это объясняется отсутствием аналитических решений по определению деформаций от нагрузки, приложенной внутри линейно-деформируемого полупространства, что связано со сложностью решения задачи.

Поэтому в СНиП [1] расчет деформаций оснований грибовидных фундаментов и анкерных плит рекомендуется не выполнять, если соблюдается условие

где F_n  нормативное значение выдергивающей силы; G_n  нормативное значение веса фундамента;   угол наклона выдергивающей силы к вертикали;  _c  коэффициент условий работы;  расчетное сопротивление грунта обратной засыпки; A₀  площадь проекции верхней поверхности фундамента на плоскость, перпендикулярную линии действия выдергивающей нагрузки.

Расчет деформаций оснований инъекционных анкеров выполняется с использованием численных методов расчета на ЭВМ. Используя численные методы, можно также определить перемещение грибовидных анкеров и анкерных плит.

Ф.13.6.* Как определить несущую способность анкерных плит и грибовидных фундаментов?

Анкерные плиты и грибовидные фундаменты относятся к категории анкерных фундаментов мелкого заложения. Поэтому расчет оснований данных анкерных фундаментов производится исходя из предположения выпора грунта на поверхность основания.

Расчет оснований по несущей способности при действии на фундамент линий электропередачи выдергивающей нагрузки производится исходя из условия

где F  расчетное значение выдергивающей силы;  _f  коэффициент надежности по нагрузке, принимаемый равным 0,9; G_n  нормативное значение веса фундамента;   угол наклона выдергивающей силы к вертикали (рис.Ф.13.6);  _c  коэффициент условий работы, принимаемый равным единице; F_n.q  сила предельного сопротивления основания выдергиваемого фундамента;  _n  коэффициент надежности по назначению, который зависит от типа опор воздушных линий электропередачи.

Силу предельного сопротивления основания выдергиваемого фундамента определяют по формуле

где  _bf  расчетное значение удельного веса грунта обратной засыпки; V_bf  объем тела выпирания в форме усеченной пирамиды, образуемой плоскостями, проходящими через кромки верхней поверхности фундамента (плиты) и наклоненными к вертикали под углами  , равными: у нижней кромки ; у верхней кромки; у боковых кромок;V_f  объем части фундамента, находящейся в пределах тела выпирания; для анкерных плит принимается V_f =0; A₁, A₂, A₃,  площади граней призмы выпирания, имеющих в основании соответственно нижнюю, верхнюю и боковые кромки верхней поверхности фундамента (плиты); c₁ и  ₁ расчетные значения удельного сцепления и угла внутреннего трения грунта обратной засыпки.

Ф.13.7.* Как определить несущую способность анкерных фундаментов глубокого заложения?

К анкерным фундаментам глубокого заложения относятся винтовые сваи и инъекционные анкеры. Расчет оснований этих анкерных фундаментов по несущей способности производится исходя из различных предположений.

Предельное сопротивление грунта основания винтовых свай определяется суммой сил сопротивления грунта над лопастью и сил сдвига по боковой поверхности ствола сваи (рис.Ф.13.7).

В отличие от винтовых свай предельное сопротивление грунта основания инъекционного анкера определяется суммой сил сопротивления сдвига по боковой поверхности рабочего тела анкера и сил сопротивления по его торцевой части (рис.Ф.13.7,б). При этом решающее значение сопротивлению выдергивания инъекционных анкеров оказывает сопротивление по боковой поверхности заделки анкера, а у винтовых свай  сопротивление выдергиванию лопасти.

Рис.Ф.13.7. Схемы к расчету фундаментов глубокого заложения: а - винтовая свая; б - инъекционный анкер

Сила предельного сопротивления грунта основания винтового анкера определяется по формуле Л.Г.Мариупольского

где G₁  собственный вес анкера; k  отношение предельного давления анкерной плиты на грунт к напряжениям от собственного веса грунта; d  глубина заложения анкера;   удельный вес грунта; R  радиус лопасти анкера; r  радиус ствола анкера; f  расчетное сопротивление грунта на боковой поверхности ствола анкера; l  длина ствола анкера.

Сила предельного сопротивления инъекционного анкера определяется по формуле

где  _c  коэффициент условий работы грунта;  ₀  коэффициент условий работы анкера в грунте; R  радиус зоны заделки анкера; r  радиус скважины при устройстве анкера; f  расчетное сопротивление грунта основания на боковой поверхности заделки анкера; l  длина зоны заделки анкера; M_c, M_q - безразмерные коэффициенты, зависящие от угла внутреннего трения грунта; c  удельное сцепление грунта;   удельный вес грунта; d  глубина заложения центра заделки анкера от поверхности основания.

Ф.13.8. Как определить несущую способность забивной сваи, работающей как анкер на выдергивание?

Несущую способность забивной и буронабивной свай, работающих на выдергивающие нагрузки, определяют по формуле

где  _c  коэффициент условий работы; u  наружный периметр поперечного сечения сваи; fi  расчетное сопротивление i-го слоя грунта основания на боковой поверхности сваи; hi  толщина i-го слоя грунта, соприкасающегося с боковой поверхностью сваи;  _cf  коэффициент условий работы грунта на боковой поверхности сваи, учитывающий влияние способа погружения сваи на расчетное сопротивление fi на боковой поверхности сваи.

Ф.13.9.* В чем состоит технология устройства инъекционных анкеров?

Существует несколько способов устройства инъекционных анкеров, которые определяются их конструкцией.

1. Технология устройства анкера с теряемым башмаком (рис.Ф.13.9.А) включает:

  бурение скважины с забивкой обсадной трубы и теряемым башмаком;

  установку тяги с изолирующей оболочкой внутрь обсадных труб и высаживание теряемого ею башмака в грунт;

  поинтервальное, начиная с забоя, нагнетание цементного раствора через обсадные трубы по мере их извлечения под давлением до 1 МПа;

  полное извлечение обсадных труб с заполнением скважины цементным раствором;

  натяжение анкера после набора цементным раствором проектной прочности;

  блокировку анкера на строительной конструкции.

2. Технология устройства анкера с манжетной трубой при внутреннем расположении тяги (рис.Ф.13.9.Б) включает:

  бурение скважины(рис.Ф.13.9.Б,а);

  погружение манжетной трубы в скважину (рис.Ф.13.9.Б,б);

  установку инъектора с двойным тампоном в манжетную трубу против нижних выпускных отверстий и замещение бурового раствора на обойменный;

  установку инъектора с двойным тампоном против манжеты пакера и нагнетание обойменного раствора в пакер под давлением 0,2-0,5 МПа (рис.Ф.13.9.Б, в);

Рис.Ф.13.9.А. Технология устройства анкера с теряемым башмаком: а - бурение скважины; б - погружение анкера; в - нагнетание цементного раствора в скважину; г - натяжение анкера и блокировка его на конструкции

  поинтервальную, начиная с нижней манжеты, инъекцию цементного раствора на каждой манжете;

  заполнение нижней части манжетной трубы цементным раствором, установку тяги с изолирующей оболочкой внутрь манжетной трубы;

  натяжение анкера после набора цементным раствором проектной прочности;

  блокировку анкера на строительной конструкции (рис.Ф.13.9.Б, ж).

Рис.Ф.13.9.Б. Технология устройства анкера с инъекционной трубой
	Ф.14. СВАЙНЫЕ ФУНДАМЕНТЫ	Версия для печати