4.6.3 Стены технологического приямка и подвалов рассчитываются с учетом положения уровня подземных вод на боковое давление грунта и воды по схеме плоской задачи.

Кроме того, проверяется устойчивость приямка против всплытия, днище приямка и пол подвала рассчитываются на давление воды, либо на нагрузку от веса оборудования (в курсовом проекте при заложении приямка или подвала выше УПВ).

Вследствие того, что обратная засыпка выполняется грунтом нарушенной структуры, равнодействующие активного давления грунта и воды (см. эпюры на рис 4.16) на 1 м длины определяются без учета сил сцепления по формулам:

где γ_f – коэффициент надежности по нагрузке q_n;

γ_sw = 1,1 – коэффициент надежности, учитывающий возможность местного подъема УПВ;

d_b – глубина заложения приямка или подвала от уровня планировки;

h_w –высота столба воды над полом приямка или подвала (при высоком уровне подземных вод в период инженерной подготовки территории должно быть выполнено водопонижение из условия установления УПВ на глубине h_w ≥ 1 м от пола первого этажа);

- средневзвешенное значение удельного веса грунта, взятое на верхней границе доверительного интервала при α = 0,95, вычисляемое по формуле:

где – средневзвешенное значение нормативных величин удельного веса грунта;

– средневзвешенное значение удельного веса грунта для расчета по первой группе предельных состояний.

Толщина стен приямка или стен подвала b_ст определяются по изгибающему моменту:

и поперечной силе:

используя приближенные формулы для определения рабочей высоты сечения h_o:

и проверки выполнения условия расчета на поперечную силу:

В формулах (4.28 -4.29) R_b и R_bt – расчетные сопротивления бетона класса В15, В20 соответственно осевому сжатию и растяжению, принимаемые по таблице 13 СНиП 2.03.01-84 «Бетонные и железобетонные конструкции»; γ_b3 = 0,85 – коэффициент условий работы бетона; b = 1 м – ширина сечения.

Толщина стенки приямка (подвала):

где а – толщина защитного слоя бетона, принимаемая для конструкций, работающих в водонасыщенном грунте, не менее 3,5 см.

В то же время должно выполняться условие:

От давления воды днище приямка (пола подвала) рассчитывается на равномерно распределенную нагрузку:

где γ_fw= 1,1; γ_f = 0,9 – коэффициенты надежности от давления соответственно воды и бетона;

γ_бет ≈ 25 кН/м³ – удельный вес бетона;

h_δ – толщина днища, принимаемая в первом приближении равной 0,2-0,4 м.

Полоса днища шириной 1 м рассчитывается на изгиб от момента:

где b_n – ширина приямка а свету;

b_cm – определяется по формуле 4.30.

При заложении подвала (приямка) выше УПВ днище подвала (приямка) рассчитывается на изгибающий момент, определяемый уравнением (4.29) от условного реактивного давления q_усл = 25 кН/м².

Устойчивость приямка на всплывание в условиях строительства обеспечивается, если выполняется условие:

где γ_fw = 1,1; γ_f = 0,9; γ_n = 1,2 – коэффициент надежности по назначению сооружения;

А_о – площадь днища приямка;

G – собственный вес стен и днища.

Если условие (4.34) не выполняется, необходимо разработать конструктивные мероприятия по предотвращению всплытия (например, увеличение толщины стен и днища, анкеровка путем соединения стен приямка с полом здания, выпуск консолей днища, вовлекающих в работу окружающий грунт и т.п.).

Пример 9: Рассчитать технологический приямок по варианту задания 0 (см. табл. 1.1). Глубина пола приямка h_пр = 4,0 м, уровень подземных вод принять по литологическому разрезу II-II (см. рис.4.3а), абсолютная отметка пола здания 77, 20 (см. пример 1), класс бетона В15.

Решение: Абсолютная отметка днища приямка соответствует 77,20 – 4,00 = 73,20 м. Задаваясь толщиной днища h_δ = 200 мм, находим глубину заложения приямка от уровня планировки:

d_b = 77,05 – 73,00 = 4,05 м.

Высота столба воды (по литологическому разрезу по рис.4.3а):

h_w = 75,50 – 73,00 = 2,5 м.

Средневзвешенное значение нормативных величин удельного веса грунта:

Средневзвешенное значение удельного веса для расчета по первой группе предельных состояний:

Средневзвешенное значение удельного веса грунта, взятое на верхней границе доверительного интервала при α = 0,95 по формуле (4.25):

Равнодействующие активного давления грунта Е₁, боковой пригрузки Е₂ и воды Е₃ по формулам (4.22-4.24) (см. эпюры на рис.4.16) на 1 м длины приямка:

Максимальный изгибающий момент в уровне днища приямка по формуле (4.26):

Поперечная сила по формуле (4.27):

Определяем расчетную высоту сечения по формуле (4.28):

и проверяем условие (4.29):

Условие (4.29) выполняется, следовательно, расчет на действие поперечной силы производить не требуется. Принимаем толщину защитного слоя а = 4 см, тогда толщина стенки приямка 30 см (по формуле 4.30) удовлетворяет условию 4.31:

Окончательно принимаем b_cm = 30 см.

По формуле (4.32) определяем равномерно распределенную нагрузку на днище приямка от давления воды:

Максимальный изгибающий момент от этого давления по формуле (4.33):

Расчетная высота сечения днища по приближенной формуле (4.28):

Принятая толщина днища h_δ = 20 см > h_o + а = 18 см и удовлетворяет условию:

Оставляем h_δ = 20 см.

Проверяем устойчивость приямка против всплытия по условию 4.34:

- площадь днища А_о = 1 × 4,6 = 4,6 м²,

- собственный вес стены и днища

G = 4,6 × 0,2 × 25 + 4,5 × 0,3 × 1,0 × 25 × 2 = 90,5 кН;

Условие (4.34) не выполняется, т.к. усилие от давления воды 126,5 кН > 67,9 кН собственного веса приямка.

Для предотвращения всплывания выпустим с каждой стороны из днища приямка консоли длиной по 50 см. Тогда вес консолей и грунта, пригружающего консоли с каждой стороны, составит:

G_доп = (0,5 × 0,2 × 1× 25 + 15 × 4,05 × 0,5 ×1,0) × 2 = 65,8 кН

дополнительная сила от давления воды на днище:

0,5 × 1× 10 × 2,5 × 2 = 25 кН.

Левая и правая части неравенства (4.34):

Условие 4.34 по-прежнему не выполняется. Необходимо предусмотреть дополнительную анкеровку приямка, например, к полу цеха с усилием в анкере не менее 37 кН на 1 пог. м приямка. Другой путь увеличить толщину стен и днища.

4.7 Оценка агрессивности подземных вод и разработка рекомендаций по антикоррозийной защите фундаментов.

В соответствии со СНиП 2.03.11-85 «Защита строительных конструкций от коррозии» /17/ вода – среда по степени воздействия на конструкции из бетона и железобетона подразделяется на агрессивную, среднеагрессивную, слабоагрессивную и неагрессивную.

В бетонах различают коррозионные процессы трех основных видов, характеризующиеся:

I – выщелачиванием растворимых компонентов;

II – образованием растворимых соединений ил продуктов, не обладающих вяжущими свойствами, в результате обменных реакций между компонентами цементного камня и жидкой агрессивной средой;

III – образованием и накоплением в бетоне малорастворимых солей, увеличивающихся в объеме при переходе в твердую фазу.

Оценка агрессивности подземных вод и разработка способов антикоррозийной защиты подземной части здания выполняется для принятого в проекте основного варианта фундаментов. Исходные данные и методические указания этой части проекта:

- химический анализ подземных вод (принимается из табл. 4.3 настоящего пособия в соответствии с вариантом грунтовых условий);

- условия контакта воды и бетона характеризуются положением уровня подземных вод и возможным капиллярным поднятием воды (в песчаных грунтах на (0,3-0,6) м; в супесях на (0,8-1,2) м; в суглинках на (1,2-1,6) м; в глинах на (2-4)м над УПВ);

- фундаменты относятся к безнапорным сооружениям, а технологический приямок, либо подвал - к напорным:

- грунты, прилегающие к фундаменту, считаются слабофильтрующими при коэффициенте фильтрации k_f < 0,1 м/сутки и к сильно- и среднефильтрующим при k_f ≥ 0,1 м/сутки, если поверхность фундамента, например, свайного или на искусственной подушке соприкасается с несколькими слоями грунта, то в расчет следует принимать k_f наиболее фильтрующего элемента:

- по температурным условиям следует считать, что фундамент эксплуатируется, в основном, в интервале невысоких положительных температур;

- для фундаментов на естественном или искусственном основании и ростверков свайных фундаментов применяется тяжелый бетон средней плотности нормальной проницаемости, а для забивных свай – бетон повышенной плотности, пониженной и особо низкой проницаемости;

- при оценке коррозионных процессов всех видов следует предусматривать применение бетона на обычном портландцементе, за исключением коррозии III вида – сульфатной, при которой возможна оценка и, следовательно, применение сульфатостойкого портландцемента и портландцемента с умеренной экзотермией; применение шлакопортландцемента и пуццолановых портландцементов не допускается, как не обеспечивающих требуемой морозостойкости бетона фундаментов, например, при строительстве в зимний период.

Указанные ограничения облегчают оценку агрессивного воздействия воды – среды и принятие решений по антикоррозионной защите.

Для сопоставления исходных данных химического анализа воды с нормальными значениями по таблицам 5-7 СНиП /17/ рекомендуется использовать форму записи в виде таблицы (см. табл. 4.10 к примеру №10).

Если для принятых ограничений по проницаемости бетона результаты агрессивности воды-среды указывают на возможность обеспечения необходимой стойкости конструкций фундамента за счет выполнения проектных требований по табл. 10 и 11 СНиП /17/, то в пояснительной записке и в примечаниях к чертежу курсового проекта указываются:

- вид вяжущего и заполнителя бетона (по п.п.2.11, 2.12, 2.13 СНиП /17/);

- показатели проницаемости бетона по табл. 1 СНиП /17/ (марка по водопроницаемости, водопоглощение, водоцементное отношение);

- толщина защитного слоя бетона и требования по трещиностойкости (допускаемая ширина раскрытия трещин) по таблицам 11 СНиП /17/.

В тех случаях, когда долговечность фундамента не может быть обеспечена только выполнением проектных требований, должна предусматриваться защита от коррозии: для подошвы фундаментов или ростверков – по п.2.33 СНиП /17/; для боковых поверхностей фундаментов или ростверков – по п.2.34 и приложению 5 к СНиП /17/; для железобетонных свай – по п.п.2.37, 2.38 СНиП /17/ и приложению к настоящему руководству.

Принятый способ защиты подземных конструкций от коррозии, вид цемента и характеристики проницаемости бетона, его класс и вид арматуры приводятся в пояснительной записке и в примечаниях к чертежу проекта.

Пример 10: Оценить агрессивность подземных вод на конструкции фундаментов под каркас промышленного здания и технологический приямок, конструктивная схема и инженерно – геологические условия соответствуют примерам 1, 2, химический анализ воды представлен в таблице 4.9.