Мероприятия по повышению устойчивости откосов и склонов.

Одним из наиболее эффективных способов повышения устойчивости откосов и склонов является их выполаживание или создание уступчатого профиля с образованием горизонтальных площадок (берм) по высоте откоса. Однако это всегда связано с увеличением объемов земляных работ. При относительно небольшой высоте откосов может оказаться эффективной пригрузка подошвы в его низовой части или устройство подпорной стенки, поддерживающей откос. Положительную роль также играют закрепление поверхности откоса одерновкой, мощением камнем, укладкой бетонных или железобетонных плит.

Важнейшим мероприятием является регулирование гидрогеологического режима откоса или склона. С этой целью сток поверхностных вод перехватывается устройством нагорных канав, отведением воды с берм. Подземные воды, высачивающиеся на поверхности откоса или склона, перехватываются дренажными устройствами с отведением вод в специальную ливнесточную сеть.

При необходимости разрабатываются сложные конструктивные мероприятия типа прорезания потенциально неустойчивого массива грунтов системой забивных или набивных свай, вертикальных шахт и горизонтальных штолен, заполненных бетоном и входящих в подстилающие неподвижные части массива. Используется также анкерное закрепление неустойчивых объемов грунта, часто во взаимодействии с подпорными стенками или свайными конструкциями.

26. Термический метод закрепления грунтов.

Применяют для упрочнения сухих макропористых пылевато-глинистых грунтов, обладающих газопроницаемостью (лессы).

Сущность: через грунт в течение нескольких суток (5…12 суток) пропускают раскаленный воздух или газы. Под действием высокой температуры (t≈800˚C) отдельные минералы, входящие в состав скелета, оплавляются. В результате этого образуются прочные водостойкие структурные связи между частицами.

При обжиге грунты теряют большую часть химически связанной воды, что уменьшает просадочность, размокаемость, способность к набуханию. В результате термической обработки получается упрочненный конусообразный массив грунта d поверху 1,5…2,5м понизу 0,2…0,4м глубина 8…10м.

Рис.12.15. Схемы термического закрепления грунтов при сжигании топлива в устье скважины (а) и при передвижении камеры сгорания вдоль скважины (б):

1 – трубопровод для жидкого топлива; 2 – то же, для воздуха; 3 – форсунка; 4 – затвор с камерой сгорания; 5 – скважина; 6 – просадочный лессовый грунт; 7 – зона термического закрепления; 8 – гибкий шланг; 9 – натяжное устройство; 10 – жароизолирующий материал

Применяется и другая технология, позволяющая сжигать топливо в любой по глубине части скважин. В результате образуются грунтовые массивы (термосваи) постоянного сечения. Сроки обжига в этом случае несколько сокращаются, упрощается технология работ.

Прочность обожженного массива R≈100 кг/см

27. Фазы напряженного состояния грунтов.

При возведении здания или сооружения наблюдается постоянное возрастание давления по подошве фундаментов. При таком характере воздействия в грунтовом основании, как и во всяком твердом теле, возникает напряженно-деформирующее состояние (НДС), которое адекватно интенсивности приложенной внешней нагрузки, причем возникает оно не только в точках контакта подошвы фундамента сооружения и грунта основания, но и на значительной глубине.

Распределение напряжений как под подошвой фундамента, так и на значительной глубине необходимо знать, так как прочность и устойчивость сооружений зависит от сопротивления (R) грунта, не только примыкающей к подошве, но и глубоколежащего.

При деформации грунтов под нагрузкой Н.М. Герсеванов выделил три фазы НДС:

I — фаза нормального уплотнения; II — фаза сдвигов; III — фаза выпирания грунта.

Зависимость вертикальных перемещений фундамента от действующего давления по его подошве изображена на рис. 6.5.

Рис. 6.5. Зависимость осадки 5 от давления Р (график Н.М. Герсеванова)

На графике (см. рис. 6.5) участок оа соответствует фазе уплотнения (I), при которой осадка пропорциональна приложенной нагрузке. Эта фаза обусловлена вертикальным перемещением частиц грунта вниз Р≤P_сr,1 (P_сr,1≈Р_проп.) (рис. 6.6,а).

Из-за концентрации напряжений под краями фундамента в начале фазы сдвигов (II) происходит разрушение грунта в локальных областях, т.е. происходят местные потери устойчивости. По мере роста внешней нагрузки нарушается линейная зависимость между осадкой и давлением. График S = ƒ(P) (см. рис. 6.5) на участке аб характеризуется значительной кривизной. При дальнейшем возрастании давления под подошвой фундамента формируется уплотненное ядро и при малейшем увеличении внешней нагрузки приведет к исчерпанию несущей способности. На рис. 6.5,б такое давление соответствует точке б, являющейся переходной от второй к третьей фазе НДС.

Рис. 6.6. Фазы НДС в основании фундамента при возрастании давления по подошве: а — уплотнение; б, в — сдвиг; г — выпор грунта

Давление, соответствующее началу появления областей пластических деформаций (сдвигов и разрушения грунта) под краями фундамента, называется начальным, или первым критическим, давлением (P_cr,1).

Начальное критическое давление определяется по формуле Н.П. Пузыревского:

   (6.1)

где γ — удельный вес грунта основания; φ — угол внутреннего трения; d — глубина заложения подошвы фундамента; с — удельное сцепление.

Во второй фазе под краями фундамента формируются области пластических деформаций (разрушения грунта), которые развиваются в сторону и в глубину (см. рис. 6.6,б), P_cr,1 < Р < R.

Согласно СНиП 2.02.01—83 наибольшая глубина развития области пластических деформаций под краями фундамента не должна превышать z_max = 0,25b. Среднее давление под подошвой фундамента, при котором под его краями в основании формируются области пластических деформаций на глубину z_max = 0,25b, приравнивается к расчетному сопротивлению (см. рис. 6.6,e) Р = R.

При дальнейшем увеличении давления по подошве фундамента Р > R области (зоны) локального разрушения грунта развиваются в ширину и в глубину основания, при этом под подошвой фундамента формируется уплотненное ядро в виде клина (см. рис. 6.6,г). В определенный момент времени краевые области разрушения грунта основания смыкаются на глубине и в результате расклинивающего действия уплотненного ядра устанавливается такое состояние, при котором малейшее увеличение нагрузки приводит к потере несущей способности.

Таким образом, давление, соответствующее исчерпанию несущей способности грунта основания, называется предельным, или вторым критическим давлением (P_cr,2). Второе критическое давление определяется по формуле

    (6.2)

где q — интенсивность боковой пригрузки.

Рассмотрим два примера, как влияет прочность нижележащего слоя на прочность и устойчивость сооружения. Если в основании находятся слабые грунты, под покровом более устойчивых, то опасность нарушения устойчивости повышается с увеличением ширины фундамента (рис. 6.7).

Пример 6.1.

Рис. 6.7. Влияние ширины фундамента на прочность и устойчивость сооружения: а — при пластических деформациях; б — при выпоре грунта

Таким образом, если в основании находятся плотные грунты под покровом слабых, то опасность нарушения устойчивости понижается с увеличением ширины фундамента (рис. 6.8).

Если из массива грунта, находящегося под действием какой-либо нагрузки, выделить кубик (рис. 6.9), то на него будут действовать вертикальные и горизонтальные нормальные напряжения σ_х, σ_у, σ_z и три пары касательных напряжений —  τ_xу  и τ_ух, τ_xz и τ_zx, τ_yz и τ_zy.

Рис. 6.8. См. пояснения к рис. 6.7.

Рис. 6.9. Компоненты напряжений в грунте

При деформации обычных непросадочных грунтов под нагрузкой различают три фазы напряженного состояния: нормального уплотнения, сдвига и прогрессирующего течения. Нередко эти три фазы механически переносят и на просадочные грунты, причем просадка отождествляется с фазами сдвигов и прогрессирующего течения. Однако специальные исследования в различных грунтовых условиях показали, что в общем случае деформация просадочного лессового грунта в водонасыщенном состоянии от нагрузки фундамента характеризуется следующими пятью фазами: I — нормального уплотнения; II — просадки; III — последующего (послепросадочного) уплотнения и IV—V — фазы сдвигов и прогрессирующего течения. Переход от одной фазы к другой, как видно из рис. 43, происходит постепенно, о чем свидетельствуют криволинейные участки. I фаза — характеризуется уплотнением просадочного грунта, происходящим в результате уменьшения объема пор. Структура грунта при этом не разрушается. Величина модуля деформации в пределах этого участка почти не отличается от модуля деформации обычных непросадочных грунтов для данного состояния по влажности и степени плотности. Деформация грунта в этой фазе близка к деформации обычных грунтов и сопровождается вертикальными и, частично, горизонтальными перемещениями грунта.

II фаза — характеризуется резким увеличением осадки при сравнительно небольшом диапазоне повышения давления, которая сопровождается нарушением структуры грунта и более плотной его укладкой. Значение модуля деформации грунта в фазе просадки резко падает и, по сравнению с модулем деформации в пределах I фазы, уменьшается в 2—10 раз. Уплотнение грунта во II фазе происходит как за счет вертикальных; так и частично горизонтальных деформаций. Точка перехода фазы нормального уплотнения к фазе просадки, получившая для обычных грунтов название «предела пропорциональности», для просадочных принимается за начальное просадочное давление. III фаза характеризуется резким уменьшением степени нарастания деформаций. По существу, уплотнение в этой фазе связано с формированием новой послепросадочной структуры. По скорости и характеру протекания осадок III фаза практически аналогична I фазе. Модуль деформации грунта в этой фазе достаточно близок к модулю деформации в I фазе. IV и V фазы деформаций грунта, как и для непросадочных грунтов — фазы сдвига и прогрессирующего течения. Характер перемещений отдельных слоев грунта в этой фазе меняется. Под фундаментом формируется уплотненное ядро, о чем свидетельствует отсутствие сжатия грунта в зоне, прилегающей непосредственно к его подошве. Перемещения грунта в IV и V фазах происходят, в основном, в нижних слоях за счет увеличения глубины деформируемой зоны. В верхних слоях, по-видимому, образуются непрерывные поверхности скольжения, что обусловливает интенсивные вертикальные и горизонтальные перемещения, в результате чего при дальнейшем увеличении нагрузки массив грунта должен потерять устойчивость. Описанные особенности деформирования и фазы напряженного состояния просадочных грунтов явились основой для разработки предложений по определению расчетных давлений на просадочные грунты.

28. Проектирование фундаментов на пучинистых грунтах.

Пучинистыми (морозоопасными) грунтами называются такие грунты, которые при промерзании обладают свойством увеличивать свой объем при переходе в мерзлое состояние. В результате этих объемных изменений происходят, деформации и наносят повреждения основаниям, фундаментам и надфундаментному строению зданий и сооружений.

В зависимости от гранулометрического состава грунта, его природной влажности, глубины промерзания и уровня стояния грунтовых вод грунты, склонные к деформациям при промерзании, по степени морозной пучинистости подразделяются на: сильнопучинистые, среднепучинистые, слабопучинистые и практически непучинистые.

Основные положения по проектированию согласно РУКОВОДСТВО

ПО ПРОЕКТИРОВАНИЮ ОСНОВАНИЙ И ФУНДАМЕНТОВ НА ПУЧИНИСТЫХ ГРУНТАХ

2.2. Под каменные здания и сооружения на сильно- и среднепучинистых грунтах целесообразнее проектировать столбчатые или свайные фундаменты, заанкеренные в грунте по расчету на силы выпучивания и на разрыв в наиболее опасном сечении, или же предусматривать замену пучинистых грунтов непучинистыми на часть или на всю глубину сезонного промерзания грунта. Возможно также применение подсыпок (подушек) из гравия, песка, горелых пород с терриконов и других дренирующих материалов под всем зданием или сооружением слоем на расчетную глубину промерзания грунта без удаления пучинистых грунтов или только под фундаментами при надлежащем технико-экономическом обосновании расчетом.

2.3. Все основные мероприятия, направленные против деформаций конструктивных элементов зданий и сооружений при промерзании и пучении грунтов, следует предусматривать при проектировании оснований и фундаментов с включением всех затрат в сметную стоимость работ по нулевому циклу.

В тех случаях, когда мероприятия против морозного пучения проектом не предусмотрены, а гидрогеологические условия грунтов строительной площадки в период выполнения работ по нулевому циклу оказались не соответствующими результатам изысканий или же ухудшились по причине неблагоприятных погодных условий, представители авторского надзора должны составить соответствующий акт и возбудить вопрос перед проектной организацией о назначении дополнительно к проекту мероприятий против морозного пучения грунтов (как, например, осушение грунтов в основании, уплотнение с втрамбовкой щебня и др.).

2.4. Расчет оснований на действие сил морозного выпучивания следует производить по устойчивости, так как деформации морозного пучения знакопеременные, повторяющиеся ежегодно. На пучинистых грунтах проектом следует предусматривать обратную засыпку пазух котлованов до наступления промерзания грунтов во избежание морозного выпучивания фундаментов.

2.5. Прочность, устойчивость и долголетняя эксплуатационная пригодность зданий и сооружений на пучинистых грунтах достигаются применением в практике проектирования и строительства инженерно-мелиоративных, строительно-конструктивных и термохимических мероприятий.

2.6. Выбор противопучинных мероприятий должен базироваться на достоверных и весьма детальных данных о наличии подземных вод, их дебите, направлении и скорости движения их в грунте, рельефе кровли водоупорного слоя, возможностях изменения конструкций фундаментов, способах производства строительных работ, условиях эксплуатации и особенностях технологических процессов производства.

Мероприятия против действия сил морозного пучения грунтов

По масштабу воздействий выделяют коренные мероприятия против сил морозного пучения, ограниченные и временные.

Мероприятия против деформаций фундаментов от морозного выпучивания подразделяются на инженерно-мелиоративные (направленные на снижение величины деформации выпучивания), строительно-конструктивные (по снижению или предотвращению повреждений зданий и сооружений под действием деформаций и сил морозного пучения грунтов) и термохимические (оказывающие влияние на снижение удельных касательных и нормальных сил морозного пучения).

К конструктивным мероприятиям, направленным на снижение и преодоление касательных сил морозного выпучивания фундаментов, относятся: применение столбчатых фундаментов, уменьшение площади боковой поверхности фундамента в слое сезонного промерзания, повышение нагрузок на фундаменты, применение конструкций фундаментов анкерного типа, замена пучинистого слоя грунта непучинистым при засыпке пазух у фундаментов, снижение глубины промерзания грунтов, снижение прочности смерзания грунта с плоскостями фундаментов и др.

Мероприятия по исключению жесткого сцепления мерзлого грунта с фундаментами применяются в практике фундаментестроения уже давно. К ним относятся: засоление грунта, засыпки пазух, обмазка поверхностей фундаментов непрочносмерзающимися материалами (битумные обмазки, засыпки гидрофобным грунтом, эпоксидные смазки и др.), обертка столбчатых фундаментов рулонной гидроизоляцией.

В настоящее время промышленностью выпускается большое количество различных смазочных и полимерных материалов, которые рекомендуются для применения по снижению прочности смерзания грунта с фундаментами. Эффективность этих материалов проведена на опыте, но о долговечности этого эффекта судить пока невозможно.

29. Проверка давления на подстилающий слой слабого грунта.

П ри наличии в сжимаемой толщи слабых грунтов необходимо проверить давление на них, чтобы убедиться в возможности применения при расчете основания (осадок) теории линейной деформативности грунтов.

Рис.

Необходимо, чтобы полное давление на кровлю подстилающего слоя не превышало его расчетного сопротивления, т.е.

, где

и - дополнительное и природное вертикальные напряжения в грунте на глубине z от подошвы фундамента;

R_z – расчетное сопротивление грунта на глубине кровли слабого слоя, определяют по формуле СНиП, как для условного фундамента шириной b_z и глубиной заложения d_z.

Все коэффициенты в формуле (γ_c1, γ_c2, k, M_q, M_g и т.д.) находят применительно к слою слабого грунта.

; ;

;

Рис. 10.15. Расчетная схема к проверке давления на подстилающий слой слабого грунта.

Ширину условного фундамента b_z назначают с учетом рассеивания напряжений в пределах слоя толщиной z. Если принять. Что давление действует по подошве условного фундамента АВ, то площадь его подошвы будет составлять:

, где

N_II – вертикальная нагрузка на уровне обреза фундамента;

- для ленточного фундамента

- для квадратного фундамента

- для условного прямоугольного фундамента ,

, где l и b – размеры подошвы проектируемого фундамента.

Если проверка подстилающего слоя не выполняется, необходимо увеличить размер подошвы фундамента.

30. Электрохимическое закрепление грунтов

Для грунтов с К_ф < 0,1 м/сут (супеси, суглинки) применяют электрохимическое закрепление. Электрохимическое закрепление основано на явлении электроосмоса, которое еще в 1808 г. было открыто профессором Московского университета Ф.Ф. Рейсом. Суть данного явления заключается в том, что при пропускании постоянного тока через глинистый грунт, последний теряет связную воду, которая получает перемещение (миграцию) в сторону отрицательного электрода (катода).

При электрохимическом закреплении к перфорированным трубам-электродам подается постоянный ток со средним напряжением 70…80 В (см. схему).

Принципиальная схема электрохимического закрепления связного грунта. а - инъектор-анод для закачки хлористого натрия. б - инъектор катод для откачки свободной воды.

Свободная вода скапливается около катода, а затем через перфорированный инъектор откачивается. Одновременно через инъектор-анод подается раствор хлористого кальция (Са Сl₂), который способствует закреплению основания. Периодически производится смена полярности. На представленной схеме приняты следующие обозначения: а) – инъектор-анод с закачкой Са Сl₂; б) – Инъектор-катод с откачкой свободной воды. В результате проведения подобных работ в связном грунте уменьшается влажность (грунт переходит в категорию тугопластичного, полутвердого состояния, с коэффициентом фильтрации К_ф < 0,01 м/сут) и возрастает прочность (угол внутреннего трения и сцепления увеличиваются до 70%).

Электрохимическое закрепление грунтов является усовершенствованным способом действия постоянного тока на влажный грунт. К достоинствам этого способа относятся высокая степень механизации и малая трудоемкость. Часто строителям приходится выполнять отверстия в железобетоне и резать его. Известны следующие способы осуществления таких работ: бурение алмазными коронками, обработка пневмоинструментом, кислородная и кислороднофлюсовая резка. В настоящее время уже накоплен большой опыт использования электродугового способа резки как на переменном, так и на постоянном токе. Например, разработанная Главленинградстроем и применяемая установка типа УПО3 позволяет прожигать отверстия диаметром 35—100 мм в горизонтальном и вертикальном положениях, на максимальную глубину 300 мм. Ее источником является сварочный трансформатор на ток 1000 А. Электродами служат графитовые стержни марки СГ диаметром 20—40 мм. Исследования электродуговой резки свидетельствуют о целесообразности использования в качестве источника не переменного, а постоянного тока от сварочного преобразователя или выпрямителя на 1000 А. Несомненно, реконструкция действующих установок, внедрение при этом средств автоматизации дадут более высокий экономический эффект.

Электрохимическая обработка используется для усиления грунтов верхней площадки земляного полотна, стабилизации откосов выемок и насыпей, обеспечения устойчивости склонов, для борьбы с (пучением грунтов и для упрочнения слабых грунтов в основаниях насыпей.

Электрохимическое закрепление может быть использовано для повышения несущей способности и уменьшения деформируемости водонасыщенных глинистых, пылеватых и илистых грунтов с коэффициентом фильтрации & ф1 10 - 2ч - 1 10 - s м / сут. Оно основано на сочетании воздействия постоянного электрического тока на грунты и вводимых в него химических добавок. От того, какого рода добавки используются в этом процессе, зависит вид закрепления. Так, электросиликатизация грунтов основана на сочетании закрепления грунтов способом силикатизации и обработки их постоянным электрическим током. Электрический ток ускоряет и облегчает проникание химических растворов в грунт. Условием применения способа является наличие водонасыщенных грунтов. Закрепление ослабленного грунта ведут вдоль фундамента заходками снизу вверх. Для электросиликатизации пользуются растворами жидкого стекла и хлористого кальция.

Способ электрохимического закрепления наклонно залегающих илистых тиксо-тропных глин был успешно применен на строительстве четырехпролетного моста в Канаде. Метод электрохимического закрепления стенок нефтяных скважин предусматривает сокращение, а в ряде случаев и исключение расхода обсадных труб. 

В грунте при электрохимическом закреплении протекают такие сопутствующие физико-химические процессы, как изменение температуры, электроосмос и электрофорез, кольматация пор, коагуляция, изменение емкости поглощения и реакции обмена, миграция электролитов и адсорбция, приводящие к резкому изменению качественного состава грунта. В результате этих процессов в грунте образуются искусственные минеральные новообразования - цементы, которые связаны кристаллизационными силами .

31. Проектирование оснований и фундаментов реконструируемых зданий.

Причины, вызывающие необходимость упрочнения оснований и усиления фундаментов:

Опыт строительства и эксплуатации зданий и сооружений в различных инженерно-геологических условиях позволяет выделить ряд факторов, которые необходимо учитывать при составлении проектов инженерных изысканий и выполнении работ по реконструкции и ремонту. К ним можно отнести:

изменение физико-механических характеристик грунтов в процессе эксплуатации зданий; повреждение фундаментов;

развитие неравномерных осадок основания, вызывающих значительные деформации в конструкциях зданий; изменение схемы здания и увеличение нагрузок.

Длительная эксплуатация зданий и сооружений может привести к развитию как позитивных, так и негативных процессов в грунтах основания. К позитивным относится уплотнение грунтов основания в пределах зоны деформаций, формирующейся непосредственно под подошвой фундамента в процессе возрастания нагрузки. В пределах этой зоны происходит увеличение прочностных и деформационных свойств грунтов. Как было отмечено ранее, глубина развития зоны деформации грунтов зависит от целого ряда факторов, в первую очередь от плотности грунта в сухом состоянии «ρd», передаваемой нагрузки на грунт основания «Р», формы и площади фундамента «А». Как свидетельствуют многочисленные экспериментальные исследования, глубина развития зоны деформаций грунтов в 2...3 раза меньше глубины сжимаемой толщи. П. А. Коновалов отмечает, что вследствие длительно эксплуатируемого здания увеличивается расчетное сопротивление несущего слоя грунта до 56% для глинистых и до 44% для песчаных грунтов по сравнению с первоначальным его значением. Аналогично зафиксировано и повышение модуля деформации грунтов в пределах этого слоя. Этим объясняется возможность в ряде случаев выполнять надстройку эксплуатируемых зданий на один-два этажа без усиления существующих фундаментов и упрочнения основания.

К негативным процессам, приводящим к ухудшению свойств грунтов, относится увеличение влажности грунтов в верхней части основания, вызванное нарушением условий аэрации на застроенной площадке, сезонным промерзанием и оттаиванием грунтов основания, а также утечкой технологических вод из коммуникаций, расположенных вблизи или в пятне застройки здания. Наличие промышленных предприятий и утечка производственных отходов могут существенно повлиять на повышение агрессивности подземных вод по отношению к материалам фундаментов и привести к резкому снижению прочностных и деформационных характеристик грунтов основания. Изменение гидрогеологических условий (повышение или понижение уровня подземных вод) существенно влияет на совместную работу сооружения и основания. Понижение уровня подземных вод вызывает увеличение удельного веса грунта из-за прекращения действия взвешивающих сил на его частицы и может привести к развитию дополнительных осадок основания. Переменный уровень подземных вод, местная утечка из водонесущих коммуникаций, строительное водопонижение являются причинами механической суффозии - вымывания пылеватых и мелких песчаных частиц из грунтов основания, что приводит к увеличению их пористости и снижению прочностных и деформационных свойств. Движущиеся подземные воды могут являться причиной карстообразования, представляющего значительную опасность для существующих зданий.

Степень износа фундаментов, относящихся к различным периодам их возведения, различна и не всегда соответствует возрасту зданий. Анализ результатов и многочисленных исследований показывает, что износ фундаментов обусловливается двумя группами причин - физико-механическими и механическими.

Физико-механические причины являются результатом взаимодействия материала фундамента с окружающей средой. К ним относятся: выщелачивание вяжущего, разрушение кладки в агрессивной среде, коррозия арматуры, особенно интенсивная при наличии агрессивных подземных вод и блуждающих токов.

К механическим причинам относятся неравномерные деформации основания и различные внешние воздействия (земляные работы вблизи здания, динамические воздействия транспорта и строительных механизмов, значительное увеличение нагрузок и т.д.).

Причинами разрушения фундаментов или их преждевременного износа могут быть:

неудовлетворительное качество строительных материалов; ошибки конструктивного характера при проектировании фундаментов; ошибки технического и технологического характера, допущенные при выполнении строительно-монтажных работ. Развитие недопустимых деформаций в конструкциях эксплуатируемых зданий и сооружений может возникнуть также за счет ошибок или отклонений от нормативных требований, допущенных при изысканиях, проектировании, строительстве и эксплуатации. К природным факторам, способствующим развитию неравномерных осадок оснований сооружений, относятся изначальная неоднородность грунтового основания в плане и по глубине, наличие линз слабых грунтов.

Отрицательное влияние на строительные свойства грунтов основания, способное вызвать недопустимые деформации конструкций, оказывают также факторы эксплуатационного характера. К ним относится подтопление основания атмосферными, бытовыми или техногенными водами, связанное с низким качеством отмостки и грубыми нарушениями в организации отвода дождевых и талых вод от стен здания, а также с аварийными и продолжительными сбросами или утечками из водонесущих коммуникаций.

Иногда имеют место нарушения технологии выполнения работ нулевого цикла как в процессе строительства, так и при эксплуатации. К первым относятся излишний перебор грунта при откопке котлована и недостаточное уплотнение вновь отсыпанного грунта в местах перебора; нарушение природной структуры грунтов при разработке котлована; промораживание или затопление котлована водой при длительных перерывах в работе. Ко вторым относятся нарушения при выполнении строительных работ вблизи существующего здания, динамические воздействия на основание при возведении нового здания.

Изменение схемы здания и увеличение нагрузок на фундаменты имеют место при реконструкции и капитальном ремонте зданий. Это сопровождается увеличением нагрузок на существующие фундаменты которые возникают при замене деревянных конструкций на железобетонные или металлические; надстройка дополнительных этажей; перепланировка этажей здания и ликвидация ряда несущих элементов.

Проектирование оснований и фундаментов реконструируемых зданий:

Для принятия рационального решения по усилению и реконструкции фундаментов производится тщательное обследование основания и фундаментов. Весь комплекс работ по обследованию фундаментов и оснований разделяется на следующие этапы.

Первый этап заключается в сборе и обобщении сведений о здании, времени его строительства и сроках эксплуатации, объемно-планировочном и конструктивном решении и детальном изучении имеющейся технической документации.

Второй этап имеет целью обследование окружающей местности и надземных конструкций здания или сооружения. Это позволяет выяснить причину деформаций и установить факторы, отрицательно действующие на основание и фундаменты.

Для выявления процесса деформаций во времени устанавливают контрольные маяки на характерных трещинах, а также выполняют нивелирование стеновых марок, установленных на цоколе здания, относительно неподвижных глубинных реперов.

Третий этап предусматривает обследование фундаментов и грунтов основания из шурфов, количество и размеры которых определяются состоянием и конфигурацией объекта и грунтовыми условиями. Обычно шурфы закладывают в аварийной зоне. При обследовании фундаментов в открытых шурфах устанавливаются тип и материал фундамента, его ширина и глубина заложения. Производится также отбор образцов грунта ненарушенной структуры из стен шурфа и его дна для определения их вида и физико-механических характеристик лабораторным методом.

Инженерно-геологические изыскания являются составной частью работ, связанных с инженерными изысканиями при обследовании зданий и сооружений, подлежащих усилению или реконструкции.

Задачами инженерно-геологических изысканий являются:

составление общего геолого-литологического разреза по глубине;

установление гидрогеологического режима и химического состава подземных вод;

определение физико-механических свойств грунтов на уровне подошвы фундаментов и ниже ее.

Одним из основных видов работ при инженерно-геологических изысканиях является бурение скважин.

Принципы расчетов существующих и дополнительно возводимых фундаментов различны. Для существующих фундаментов после сбора нагрузок и с учетом реконструкции вычисляют давление на уровне подошвы фундамента и не допускают превышения фактических давлений на грунты над расчетным сопротивлением.

При проектировании новых фундаментов глубину их заложения назначают с учетом заложения существующих фундаментов. В случае необходимости производится проверка взаимного влияния новых фундаментов на существующие. Размеры фундаментов определяют в соответствии с действующими нагрузками и свойствами грунтов и оснований.

При расчете новых и существующих фундаментов неравномерность осадок, рассчитанных на воздействие дополнительных нагрузок, не должна превышать допустимых, установленных нормами проектирования.

При реконструкции зданий, связанной с увеличением нагрузок, осадки которых полностью стабилизировались, расчетную осадку рекомендуется вычислять только от действия дополнительных нагрузок. Наличие уплотненной зоны грунта в основании фундаментов следует учитывать путем введения в расчет фактических характеристик, установленных при изысканиях. Основания реконструируемых зданий рассчитывают, как и новых, по двум группам предельных состояний: несущей способности и деформациям.

Основными методами усиления фундаментов являются:

укрепление кладки фундаментов; уширение подошвы фундамента; устройство промежуточных опор; устройство под зданием фундаментной плиты; заглубление фундаментов; применение свай.

Выбор метода зависит от типа существующего фундамента, степени физического износа, особенностей инженерно-геологического напластования, уровня подземных вод, конструктивной схемы здания, величины и характера действующих нагрузок.

Закрепление грунтов основания применяется для увеличения несущей способности оснований реконструируемых зданий. Способы закрепления грунтов основаны на нагнетании раствора, состоящего из одного или нескольких компонентов, способных при смешивании образовать гель в порах грунта, придавая ему прочность и водонепроницаемость.

П ри реконструкции зданий цементацию применяют как для закрепления оснований и усиления контакта «подошва фундамента -грунт», так и для усиления частично разрушенной кладки. Кроме того, в крупнообломочных и песчаных грунтах цементацию применяют и для создания противофильтрационных завес, препятствующих выносу мелких частиц из основания фундаментов существующих зданий при откачках воды из котлована, расположенного рядом. Наряду с закреплением грунтов основания цементацию часто применяют для заполнения пустот и каверн в закарстованных основаниях. Силикатизация основания существующих фундаментов предназначена для повышения несущей способности мелких и пылеватых песков, плывунов, лессовидных и насыпных грунтов. В необходимых случаях силикатизация также может быть использована для создания противофильтрационных завес (рис. 13.4.6).

Рис. 13.4.6. Схема силикатизации основания под ленточным фундаментом: 1 - инъектор; 2 - фундамент; 3 - укрепленная зона

Возведения фундаментов вблизи существующих зданий:

Опыт свидетельствует, что пренебрежение особыми условиями такого строительства может привести к появлению в стенах ранее построенных зданий трещин, к перекосам проемов и лестничных маршей, к сдвигу плит перекрытий и, в конечном итоге, к нарушению нормальных условий эксплуатации существующих зданий, а иногда даже к аварийным ситуациям. Особенно возрастает опасность подобных деформаций при строительстве на основаниях, сложенных слабыми грунтами, так как эти грунты сравнительно легко подвержены технологическому разрушению и характеризуются значительными и медленно затухающими осадками.

При разработке котлована для строительства нового здания рядом с существующим необходимо соблюдать следующие правила: не применять ударные и взрывные способы разработки грунта; максимально сокращать строительные работы в котловане.

Если строительство ведется рядом с существующим зданием вплотную и отметки заложения подошв их фундаментов совпадают, то не рекомендуется разрабатывать весь котлован до стенки существующего фундамента без специальных мероприятий. Строительство в этом случае осуществляют захватками. При этом соседняя захватка делается только после возведения фундамента на предыдущем участке.

Если глубина заложения подошвы фундамента нового здания больше, чем глубина существующего, то применяется шпунтовое ограждение, или «стена в грунте». Водопонижение в этих случаях следует проводить с осторожностью, так как оно может вызвать дополнительные осадки.

Для рядом строящихся зданий желательно использовать однотипные фундаменты.

Основная опасность для существующих зданий связана с развитием дополнительных осадок, вызванных передаваемым давлением на грунт основания новым зданием. При этом наибольшие повреждения возникают в пределах 2...7 м от границы примыкания старых зданий. Следовательно, если между смежными зданиями обеспечен достаточный разрыв, то опасность дополнительной осадки резко снижается. На этом принципе было разработано предложение консольного примыкания к существующим фундаментам новых зданий .

Разделительная стенка должна устраиваться по всей линии примыкания фундамента нового здания к существующему и с каждой стороны выходить за пределы существующего здания не менее чем на hi/4. Шпунтовая стенка в плане должна иметь шпоры, развитые в стороны примерно на 0,25h (h - мощность сжимаемой толщи или глубина развития зоны деформации).

Перспективным является способ погружения свай вблизи существующего здания статической нагрузкой. Применение этого метода позволяет полностью устранить шум, опасную вибрацию и загрязнение воздушной среды. Разработан ряд эффективных установок, позволяющих производить вдавливание свай.

Устройство буронабивных свай по технологическим особенностям вполне отвечает требованиям к возведению фундаментов вблизи зданий. В перспективе при выборе типа фундаментов вблизи существующих зданий преимущество будет отдаваться буронабивным сваям, позволяющим достигать высокого уровня механизации процесса, иметь высокую несущую способность, проходить толщу слабых грунтов, опираться на прочные грунты и создавать необходимые условия для сохранения несущих конструкций зданий, вблизи которых выполняется строительство новых зданий.

Таким образом, анализ современной практики инженерно-геологических изысканий на застроенных территориях показывает, что большинство используемых методов не всегда приемлемы для условий реконструкции и восстановления зданий. Это связано с трудоемкостью, высокой стоимостью выполняемых работ по инженерно-геологическому обследованию площадок (проходка скважин и геологических выработок, отбор образцов грунта и проведение лабораторных исследований, наблюдения за состоянием реконструируемых объектов и др.). Для выполнения инженерно-геологических изысканий на площадках реконструируемых и восстанавливаемых зданий перспективными признаются ускоренные методы (экспресс - методы) исследования грунтов зондированием, прессиометрией, а также радиоизотопные, геофизические, терморадиационные и другие методы, которые позволяют оперативно, с минимальными затратами оценить изменения свойств грунтов и определить нужные параметры.

32. Возведение фундаментов в вытрамбованных котлованах.

Принцип устройства фундаментов в вытрамбованных котлованах состоит в том, что котлованы под фундаменты не разрабатываются, а вытрамбовываются на необходимую глубину трамбовкой с последующим бетонированием образованного котлована или с установкой в него сборных железобетонных элементов. При вытрамбовании котлована вокруг него образуется зона уплотненного грунта, в пределах которой повышается прочность грунта и снижается сжимаемость.

Вытрамбование котлованов осуществляется путем многократного сбрасывания с высоты 3—8 м трамбовки, имеющей форму будущего фундамента. Для вытрамбования используются краны-экскаваторы, тракторы с навесным оборудованием, включающим направляющую штангу, каретку и трамбовку.

Сущность: способ включает трамбование котлована с помощью трамбовки в виде обращенной книзу меньшим основанием усеченной пирамиды путем периодического подъема и сбрасывания трамбовки с заданной высоты и последующего заполнения котлована монолитным бетоном. После вытрамбовывания до проектной отметки нижнюю часть трамбовки поворачивают относительно верхней на угол , определяемый по формуле a = 180°/n, где n - количество боковых граней пирамиды, и производят дополнительное вытрамбовывание. Устройство содержит подъемный механизм со стрелой, направляющую штангу и установленную на ней посредством каретки с возможностью возвратно-поступательного перемещения трамбовку в виде обращенной книзу меньшим основанием усеченной пирамиды, выполненную составной из двух, верхней и нижней, частей, связанных осью вращения. 2 с.п. ф-лы, 3 ил. 

В зависимости от способа повышения несущей способности по грунту основания фундаменты в вытрамбованных котлованах могут быть: без уширенного основания с плоской или заостренной подошвой без дополнительного втрамбования в дно котлована жесткого материала; с уширенным основанием, получаемым втрамбованием в грунт жесткого материала (щебня, песка, гравия, песчано-гравийной смеси, шлака и т. п.); в виде отдельно стоящих, ленточных и ленточных прерывистых.

 В зависимости от способа возведения фундаменты в вытрамбованных котлованах могут быть монолитными и сборными.

Фундаменты в вытрамбованных котлованах рекомендуется применять в просадочных грунтах, а также в различных  пылевато-глинистых  грунтах.

Фундаменты без уширенного основания в вытрамбованных котлованах выполняют трамбовками, имеющими в плане форму квадрата, прямоугольника, многогранника или круга с шириной понизу 0,4—1,5 м, конусностью 1:20—1:5 и высотой 1—2 м (рис. 6.29.. Такие трамбовки делают с плоским дном. При вытрамбовании котлованов в плотных грунтах целесообразно днище делать с заострением в 90—120°, в результате чего обеспечивается более интенсивное выпирание грунта в стороны и повышается эффективность вытрамбования котлована.

Фундаменты с уширенным основанием в вытрамбованных котлованах выполняются с использованием трамбовок шестигранной, квадратной и круглой формы диаметром поверху 0,6—1,2 м, понизу 0,4—1 м, высотой 1,5—3,5 м с заострением нижнего конца под углом 60—90°.

Фундаменты из сборных бетонных блоков в вытрамбованных котлованах выполняют путем вытрамбования котлованов на глубину 0,6— 0,95 проектной глубины заложения фундаментов, установки в вытрамбованный котлован сборного бетонного блока и последующего погружения его до проектной отметки забивкой той же трамбовкой. Сборные бетонные блоки изготовляют по форме трамбовки с размерами в плане на 2—5 см больше размеров трамбовки. Это превышение размеров обеспечивает при добивке блока его плотное сопряжение с грунтов.

Вытесняемый грунт вначале перемещается в стороны, а затем вверх, в результате чего наблюдается подъем поверхности грунта вокруг котлована. Выпор грунта в стороны и вверх обычно наблюдается при вытрамбовании котлованов в плотных грунтах, а также в водонасыщенных. Выпор происходит после окончания формирования уплотненной зоны.

Разуплотнение грунта на дне и стенках котлована вызывается нарушением равновесия между силами сопротивления продавливанию и прочностью сформированного уплотненного грунта. В этом случае значительная часть энергии расходуется на образование упругих колебаний и деформации грунта в уплотненной зоне. Разуплотнение грунта наблюдается при высокой энергии удара трамбовки и зависит от связности и влажности грунтов. В пылевато-глинистых грунтах с числом пластичности разуплотнение грунта практически отсутствует. При снижении влажности грунтов возможность возникновения разуплотнения грунтов возрастает, поэтому для снижения разуплотнения грунта при вытрамбовании котлованов повышают влажность грунта, подсыпают в котлован глинистый грунт, снижают энергию удара трамбовки.

Разжижение грунтов при вытрамбовании котлованов наблюдается в водонасыщенных глинистых грунтах, склонных к тиксотропным явлениям. В таких грунтах наблюдается засасывание трамбовки. Разжижение песчаных грунтов происходит при влажности, близкой к полному водонасыщению.

Размеры общего котлована под здание или сооружение назначаются с учетом принятой технологии производства работ и схемы движения механизмов. Размеры в плане и конфигурацию вытрамбованных котлованов принимают в соответствии с размерами фундаментов и применяемых трамбовок.

 Толщина подсыпки при планировке котлована под здание не должна превышать величины определяемой по формуле

Массу трамбовки для обеспечения эффективного вытрамбования котлованов назначают исходя из того, что удельное статическое давление по основанию трамбовки должно быть не менее 0,03 МПа — для фундаментов неглубокого заложения и 0,05 МПа —для фундаментов с уширенным основанием.

Высоту сбрасывания трамбовок в зависимости от типа применяемого оборудования и вида грунта принимают равной 3-8 м.

При устройстве уширенного основания необходимое число ударов трамбовки для втрамбования жесткого грунтового материала в дно котлована определяется для каждой засыпки высотой по формуле. При этом приведенные выше значения понижения дна котлована Sim принимают в 1,5 раза меньше.

Для вытрамбования котлованов используют навесное оборудование, в комплект которого входит трамбовка, направляющая штанга или рама и сбрасывающая каретка. Для вытрамбования котлованов небольших размеров может использоваться сваебойное оборудование.

В качестве базовой машины используют краны-экскаваторы на гусеничном ходу Э-652, Э-10011 и Э-1252 и на колесном ходу Э-302. Грузоподъемность базовой машины должна быть в 2,5—4 раза больше массы трамбовки.

Вытрамбование котлованов производят в соответствии с технологической картой. Очередность вытрамбования котлованов и схему движения механизма назначают с таким расчетом, чтобы обеспечивалось бетонирование фундаментов не позднее чем через 1—2 сут после окончания вытрамбования с учетом расстояния между трамбуемой и бетонируемой захватками не менее 10 м в целях сохранения свежеуложенного бетона от сотрясения в течение 3 сут.

При расстояниях в свету между отдельными фундаментами менее 0,8 bCf> (Ьср —средняя ширина фундамента) котлованы вытрамбовываются через один. Вытрамбование пропущенных котлованов производится не менее чем через 3 сут после бетонирования ранее вытрамбованных котлованов.

Для предотвращения засасывания трамбовки высота ее сбрасывания вначале должна быть не более 3— 5 м, а затем снижаться до 1,5—2,5 м, а в процессе трамбования подсыпать на дно котлована песок, щебень или маловлажный пылевато-глинистый грунт. При вытрамбовании котлованов в песчаных грунтах создают по стенкам котлованов оболочки из пылевато-глинистого грунта, которые исключают обрушение стенок котлованов и препятствуют поступлению воды в котлован. Приемка котлованов производится на основе исполнительных схем. Монолитные фундаменты бетонируются сразу же после приемки котлованов. Перед бетонированием устанавливают арматурные каркасы, опалубку стаканной части и закрепляют закладные детали и анкерные болты.

Опытные работы включают два основных этапа: отработку технологии вытрамбовывания котлованов, втрамбовывание в дно их жесткого материала и изучение эффективности применения фундаментов в вытрамбованных котлованах. На первом этапе опытных работ определяют: среднее количество ударов трамбовки, и оптимальную высоту сбрасывания для вытрамбовывания котлованов; для фундаментов с уширенным основанием количество и объем засыпки жесткого материала, а также необходимое число ударов для втрамбовывания каждой порции засыпки; для ленточных прерывистых фундаментов — минимально допустимое расстояние между двумя соседними котлованами при различной глубине вытрамбовывания. На втором этапе определяют объемную массу скелета, влажность, прочностные характеристики уплотненного грунта, размеры уплотненной зоны вокруг вытрамбованного котлована, а также размеры уширенного основания при втрамбовывании в дно жесткого материала. Кроме этого, в необходимых случаях проводятся испытания опытных фундаментов на вертикальные и горизонтальные нагрузки и определение модулей деформации уплотненных и неуплотненных просадочных грунтов штампами. Испытания опытных фундаментов вертикальными и горизонтальными статическими нагрузками производятся, как правило, для новых районов, в которых впервые начинается применение фундаментов в вытрамбованных, котлованах; новых конструкций фундаментов в вытрамбованных котлованах, новых конструктивных схем зданий. Вытрамбовывание производится вдоль осей здания отдельными участками сразу на всю глубину котлована.

Засыпка и втрамбовывание жесткого материала в вытрамбованный котлован производится отдельными порциями из расчета заполнения котлована на 0,6—1,2 м по высоте и выполняется при поднятой трамбовке мерными емкостями (например, ковшом автопогрузчика). Каждая порция материала засыпается после втрамбовывания предыдущей до проектной глубины котлована или отметки, указанной в проекте. Смещение центров вытрамбованных котлованов от проектного положения не должно превышать 0,1 его ширины поверху, а при наличии стакана для установки колонны 0,05. При невыполнении этих условий перед сдачей котлованов производится соответствующая подрезка боковых стенок котлована вручную с удалением или доуплотнением осыпающегося грунта на дно котлована. Фундаменты устраивают сразу после приемки вытрамбованных котлованов. Устройство их начинается с установки и закрепления арматурных сеток (каркасов), а также опалубки выступающих частей гнезд и закладных деталей фундаментов. Бетонирование фундаментов производится «враспор» бетоном марки 200 или 150 до заранее установленных отметок на стенках котлована, опалубки стакана или специально устанавливаемых приспособлениях. Во избежание засорения бетона грунтом подачу его в котлован целесообразно осуществлять по легким наклонным лоткам, передвигаемым с одного котлована на другой. Бетонируют фундаменты на всю высоту до проектной отметки верха. Допуски и отклонения верхних поверхностей фундаментов от проектной отметки не должны превышать ±10 мм. Вытрамбовывание котлованов в зимнее время должно производиться при талом состоянии грунта. При промерзании грунта на глубину более 30 см перед началом работ по вытрамбовыванию котлованов производится его оттаивание на всю толщину мерзлого слоя. Перед вытрамбовыванием котлованов снег и лед с поверхности грунта в местах их расположения удаляют. В процессе производства работ по вытрамбовыванию котлованов, втрамбовыванию жесткого материала в дно котлована, а также бетонированию фундаментов не допускается попадание в котлован комьев снега, льда, мерзлого грунта. Втрамбовывание жесткого материала в дно котлована в зимних условиях должно производиться только при талом состоянии грунта на дне котлована сразу после его вытрамбовывания. Жесткий материал, используемый для создания уширенного основания, должен находиться в талом или сыпучем состоянии. После вытрамбовывания до проектной отметки и втрамбовывания жесткого материала котлованы должны закрываться утепленными крышками, с тем чтобы сохранить талое состояние грунта на дне и стенах котлованов до бетонирования фундаментов. Фундаменты в вытрамбованных котлованах с уширенным основанием выполняют удлиненными с использованием трамбовок шестигранной, квадратной, реже круглой формы в плане, приведенным диаметром по верху 0,6 ... 1,8 м, по низу 0,4 ... ...1,6 м, высотой 1,5 ... 4,5 м с заостренным под углом 60-90° нижним концом и часто уширением в верхней части.

ПРАВИЛА ПРОИЗВОДСТВА РАБОТ

Вытрамбовывание котлованов под фундаменты должно выполняться с соблюдением следующих требований:

а) вытрамбовывание котлованов под отдельно стоящие фундаменты надлежит выполнять сразу на всю глубину котлована без изменения положения направляющей штанги трамбующего механизма;

б) до увлажнение грунта в необходимых случаях должно производиться от отметки дна котлована на глубину не менее полуторной ширины котлована;

в) оттаивание мерзлого грунта необходимо производить на всю глубину

промерзания в пределах площади, стороны которой равны полуторным размерам сторон котлована;

вытрамбовывание котлованов при отрицательной температуре воздуха рекомендуется выполнять без дополнительного увлажнения грунта;

г) втрамбовывание в дно котлована щебня, гравия, крупного песка для создания уширенного основания производят сразу же после вытрамбовывания котлована.

Вытрамбовывание котлованов состоит из следующих процессов:

отрывка и подготовка котлована для вытрамбовывания;

вытрамбовывание котлованов;

втрамбовывание жесткого материала в дно котлована;

устройство монолитных фундаментов;

установка сборных фундаментов.

Котлован вытрамбовывания отрывается на проектную глубину сразу по всей площади или отдельными участками в зависимости от необходимого фронта работ. При этом полностью срезается растительный слой и насыпной грунт, содержащий более 0,05 органических включений по весу.

Подсыпка дна котлована при срезке растительного слоя с содержанием растительных остатков более 0,05, а также при уклонах местности выполняется из местного глинистого грунта оптимальной влажности отдельными слоями с уплотнением каждого слоя до удельного веса сухого грунта 1,55-1,6 т/м3.

Качество уплотнения проверяется путем отбора проб из расчета одной пробы на 100 м3 уплотненного грунта, но не менее трех на каждом участке.

Подсыпку целесообразно производить из глинистых грунтов с более высоким числом пластичности, чем грунты подстилающего слоя, но не ниже 0,8.

Размеры котлована в плане должны обеспечить возможность маневрирования механизмов, выполняющих вытрамбовывание котлованов и бетонирование фундаментов, для чего с одной стороны здания делается уширение котлована, на котором осуществляются проезды и развороты машин.

В целях исключения попадания атмосферных вод с окружающей территории котлован с верховой стороны обваловывается, а съезды делаются с низовой стороны. Дно котлована в пределах каждого участка должно быть ровным, исключающим скопление атмосферных вод, и планируется с точностью ±5 см.

В тех случаях, когда необходимо доувлажнение грунтов до оптимальной влажности, производится заливка расчетного количества воды на пятно будущего котлована, огражденное грунтовым валиком или специальным шаблоном, вдавливаемым в грунт.

При необходимости увлажнения грунтов на глубину более 2,5-3 м для замачивания бурятся одна или три расположенные по вершинам равностороннего треугольника скважины диаметром 20-30 см, глубиной до 1,2 м, в которые заливается вода.

После полного впитывания воды и подсыхания верхнего слоя грунта до оптимальной влажности производится повторная планировка всей площади котлована.

При производстве работ в зимнее время, когда толщина промерзающего слоя превышает 30 см, производится оттаивание его на всю толщину промерзания на площади диаметром 3bср (bср – размер трамбовки в среднем сечении).

Готовность котлована для производства работ по вытрамбовыванию оформляется актом на скрытые работы. Акт составляется представителями заказчика, технической инспекции, авторского надзора, исполнителя работ после осмотра готовности работ на месте. К акту прилагается исполнительная схема котлована с указанием проектных и фактических размеров и отметок, данных по разбивке осей зданий и центров будущих фундаментов.

33. Сваи, погружаемые в грунт в готовом виде. Прочность свай по материалу.

Забивные сваи размером поперечного сечения до 0,8 м включительно и сваи-оболочки диаметром 0,8 м и более подразделяются:

а) по форме поперечного сечения (рис. 5.1);

б) по форме продольного сечения (рис. 5.2);

в) по способу армирования: с ненапрягаемой продольной арматурой и поперечным армированием, предварительно напряженные со стержневой или проволочной арматурой и поперечным армированием или без него;

г) по конструктивным особенностям: цельные; составные (рис. 5.5);

д) по конструкции нижнего конца: с заостренным концом; с плоским концом; с объемным или плоским уширением (рис. 5.6); с камуфлетным уширением (рис. 5.7).

Общие требования на изготовление и применение наиболее распространенных конструкций забивных свай изложены в ГОСТ 19804.0-78* “Сваи забивные железобетонные. Общие технические условия”.

У каждой марки сваи существуют свои характеристики. Характеристиками свай являются: основные размеры “в мм” (длина – L, ширина грани - b), класс бетона, расход на сваю (арматуры “в кг”, бетона “в м³ ”), масса сваи “в тоннах”.

К онструкция сваи зависит от способа ее изготовления. Сваи могут изготавливаться вне строительной площадки, а затем погружаться в грунт в готовом виде. Возможно изготовление сваи в грунте непосредственно на строительной площадке.

Сваи, погружаемые в грунт в готовом виде (забивные по СНиП)

В готовом виде могут погружаться сваи деревянные, железобетонные, металлические и комбинированные.

Деревянные сваи в настоящее время применяют редко. Их целесообразно использовать в местностях, богатых лесом, где отсутствуют заводы ЖБИ. Для предотвращения от гниения деревянные сваи следует располагать ниже уровня подземных вод. Эти сваи изготавливают из бревен, на нижнем конце которых устраивают заострение. Длина свай ограничивается сортаментом бревен, производимых лесной промышленностью. При необходимости использования свай большей длины их стыкуют из нескольких бревен. Во время забивки деревянной сваи на ее верхний конец одевают металлический бюгель, который предохраняет древесину от размочаливания.

Железобетонные сваи более универсальны и получили большое применение в строительстве. Распространенными сечениями таких свай являются квадратное, квадратное с круглым отверстием, кольцевое. В зависимости от грунтовых условий и вида действующих на них нагрузок железобетонные сваи могут изготавливаться с поперечной арматурой или без нее, с предварительно напряженной продольной арматурой или ненапрягаемой. Забивные сваи погружают в грунт с помощью специальных сваебойных молотов. Для обеспечения целостности сваи при забивке на голову (верхнюю часть) сваи надевают специальный металлический наголовник, в который помещают прокладку из дерева, резины и других упругих материалов, которые хотя и несколько снижают эффективность удара, однако предотвращают от разрушения материал сваи внутри наголовника. Погружение сваи будет достаточно эффективным и не займет много времени, если вес ударной части молота будет больше, чем вес сваи с наголовником. сваи долговечны, дороже деревянных, но способны выдерживать значительные нагрузки. Значительно расширина область их приминения ввиду того, что проектная отметка голов железобетонных свай не зависит от уровня грунтовых вод. Расстояние между осями свай определяеться расчтеным способом. В переделах наиболее часто встречающихся глубин погружения свай - от 5 до 20 м эти растояния для обычных диаметров свай состовляют от 3 до 8d, где d - диаметр сваи.

Забивку свай трудно осуществлять, если в основании находятся гравелистые, крупные, средней крупности плотные пески. В этом случае для обеспечения погружения свай применяют подмыв грунта струями воды под острием свай. Иногда для уменьшения сопротивления грунта погружению сваи последние забивают в предварительно пробуренные лидерные скважины, длина которых должна быть не менее чем на 1 м меньше сваи, а диаметр меньше, чем диаметр или поперечные размеры сваи.

Погружение сваи с помощью вибропогружателей и вибромолотов выполняют при наличии в основании песчаных водонасыщенных грунтов. При работе эксцентрикового центробежного вибратора, установленного на головах свай, вертикальные колебания, передаваясь на грунт, приводят к его разжижению, в результате чего свая погружается в грунт при резком снижении трения по ее боковой поверхности. После прекращения действия вибрации через некоторое время трение в грунте полностью восстанавливается, а в некоторых случаях оказывается даже несколько большим, чем в первоначальном состоянии или при погружении свай с помощью забивки.

Вдавливание свай с помощью статической нагрузки обычно применяют в тех случаях, когда свайные фундаменты возводят рядом с уже существующими зданиями, что часто имеет место в условиях массовой городской застройки или при реконструкции зданий, когда недопустимо появление вибраций, которыми сопровождаются забивка и вибропогружение. Особое внимание следует обращать на водонасыщенные пески и супеси, которые способны уплотняться под действием колебаний, претерпевая дополнительные осадки.

Погружение сваи с помощью завинчивания осуществляют используя специальные винтовые лопасти диаметром до 2 м, располагаемые у острия . Применение таких свай становится целесообразным, если в верхней зоне основания залегают слабые грунты, подстилаемые плотными, малосжимаемыми грунтами, до которых и производят завинчивание. Винтовые сваи чаще всего используют для фундаментов, работающих на выдергивание, и для устройства анкеров. Для завинчивания металлических свай при; наличии в основании податливых грунтов применяют механизмы, аналогичные буровым установкам. Тяжелые железобетонные сваи с металлическими лопастями большого диаметра погружают с помощью кабестана, представляющего собой полую муфту, надеваемую на голову сваи и приводимую в медленное вращение электромотором с системой приводных шестерен. При завинчивании кабестан закрепляют с помощью специальных анкеров.

Основные принципы работы механизмов, применяемых при погружении свай, а также их устройство освещены более подробно в курсе технологии строительного производства.

По условиям передачи нагрузки на грунты оснований сваи подразделяют на сваи-стойки и сваи трения (висячие сваи).

Сваи-стойки (рис. 9.3,а), прорезая толщу относительно слабых грунтов, передают нагрузку на практически несжимаемые грунты (скальные, полускальные или очень твердые пылевато-глинистые породы). Опираясь на них, такие сваи практически не получают вертикальных перемещений, следовательно, силы трения по боковой поверхности отсутствуют и давление передается только за счет лобового сопротивления грунта под острием (пятой сваи). Следовательно, этот тип свай работает подобно сжатым стойкам, находящимся в упругой среде.

Рис. 9.3. Схема передачи нагрузки на грунты основания

Сваи трения (рис. 9.3,6) погружают в сжимаемые грунты. В результате вертикального перемещения под действием внешней нагрузки по боковой поверхности сваи образуются силы трения F„ а под острием сваи будет действовать лобовое сопротивление грунта F0.

Сопротивление грунта погружению сваи называют несущей способностью грунта основания. Для висячей сваи эта величина будет состоять из двух составляющих:

Для удовлетворения условия расчета по второй группе предельных состояний сваи рекомендуется погружать до относительно плотных грунтов, обеспечивая тем самым более полное использование несущей способности материала свай и предельно допустимое значение осадки.

Рис. 9.4. Типы свай

Железобетонные сваи в настоящее время применяют наиболее часто, так как промышленность строительных материалов выпускает широкий сортамент таких свай,удовлетворяющий всем запросам массового строительства. Железобетонные сваи имеют различные размеры и сечения. Чаще всего применяют сваи с квадратным сплошным (рис. 9.4,6), квадратным с круглой полостью (рис. 9,4,*) И полым круглым поперечным сечением (рис. 9.4,г), постоянным по всей длине сваи.

Квадратные сваи изготовляют с размером поперечного сечения от 20 х 20 до 40 х 40 см и длиной от 3 до 20 м.

При необходимости получения свай большей длины их стыкуют из отдельных секций, имеющих для этой цели закладные детали, позволяющие создавать болтовое или сварное соединение.

Сваи, имеющие полое сечение, выпускают с наконечником и без него, в последнем случае погружение осуществляется без удаления грунта из внутренней полости. В сваях устанавливают продольную и поперечную спиральную арматуру. Продольную арматуру применяют с предварительным напряжением или без него. Шаг спиральной арматуры в голове и у острия делают чаще, чем в середине сваи. Для восцринятия динамической нагрузки при забивке и возникающих при этом значительных поперечных усилий голову сваи дополнительно армируют 3.5 арматурными сетками (рис. 9.4,6).

Для исключения перенапряжения в сечениях свай при транспортировании места строповки фиксируются специальными петлями i, расположенными на расстоянии 0,2L от концов сваи, так чтобы в ней при подъеме возникали приблизительно равные изгибающие моменты. Для подачи сваи на копер в ней предусматривают отверстие на расстоянии 0,3L от головы сваи, в которое устанавливают штырь 2 подъемного троса. Сваи небольшой длины выполняют без поперечного армирования в целях экономии металла.

Круглые пустотелые цилиндрические сваи изготовляют методом центрифугирования диаметром от 40 до 80 см при длине от 4 до 12 м и толщине стенок 8… 10 см. Сваи диаметром от 60 см делают с закрытым нижним концом в виде острия. Такие сваи особенно целесообразны в качестве свай трения, так как имеют большую площадь боковой поверхности на 1 м3 железобетона и, следовательно, являются более экономичными. Конструкция цилиндрических свай позволяет создавать и составные сваи.

Полую круглую сваю, имеющую диаметр от 1 до 3 м, называют сваей-оболочкой. Длина свай-оболочек находится в пределах от 6 до 12 м при толщине стенок 12 см.

Существуют новые конструктивные решения железобетонных свай, имеющих как постоянное сечение по длине в виде треугольника, тавра, двутавра или крестообразное’-(рис. 9.5, з), так и переменное. В частности, применяют пирамидальные (рис. 9.5, а), трапецеидальные (рис. 9.5, б), ромбовидные (рис. 9.5, в), продольно расчленные (рис. 9.5, г), образующие козлообразную конструкцию после погружения в результате несимметричного заострения, сваи с забивным оголовком (рис. 9.5, д) и булавовидные (рис. 9.5, ё). Забивной оголовок уплотняет грунт при погружении и сам передает часть нагрузки на основание. В некоторых случаях применение забивного оголовка позволяет увеличивать несущую способность Фундаментов в 1,5…2 раза. Конструкции свай, показанные на рис. 9.5, обладают повышенной несущей способностью по сравнению со сваями, имеющими постоянное поперечное сечение, однако их применение пока ограничено вследствие небольших объемов производства заводами строительных конструкций. Применяются сваи-колонны и забивные блоки (рис. 9.5, и, к).

Металлические сваи, как правило, имеют трубчатое сечение, так как их изготовляют из труб, реже — тавровое или двутавровое, а также более сложное сечение, создаваемое сваркой прокатных профилей.

Рис. 9.5. Конструктивные решения свай

Комбинированные сваи представляют собой конструктивные элементы, состоящие из различных материалов. Например, ниже уровня подземных вод часть сваи выполняют из дерева, а верхнюю — из железобетона. Иногда используют сваю, состоящую в верхней части из железобетонной оболочки большого диаметра, которая объединяет для совместной работы группу металлических свай, расположенных понизу. Комбинированные сваи применяют также в виде металлической трубчатой оболочки, которую для придания большей жесткости и прочности заполняют бетоном.

С ваи дифференцируют по материалу, методу изготовления, погружения в грунт и по характеру работы в грунте. По материалу сваи бывают деревянные, бетонные, железобетонные, стальные и комбинированные. По методу изготовления и погружения в грунт сваи бывают забивные, погружаемые в грунт в готовом виде, и набивные, изготовляемые непосредственно в грунте. В зависимости от характера работы в грунте различают два вида свай: сваи-стойки и висячие. Сваи-стойки своими концами опираються на прочный грунт, например, скальную породу и передают на него нагрузку (рис. 2). ИХ применяют, когда глубина залегания прочного грунта не превышает возможной длины сваи. Свайные фундаменты на сваях-стойках пркатически не дают усадки. Если прочный грунт находиться на значительной глубине, применяют висячие сваи, несущая способность которых определяеться суммой сопротивления сил трения по боковой поверхности и грунта под острием сваи (рис.3). Свайные фундаменты, по сравнению с блочными дают меньшую осадку, благодоря чему снижаеться вероятность неравномерных деформаций грунта.

Определение несущей способности свай (расчет по первой группе предельных состояний).

Основная деформация грунта развивается в виде смещения его частиц в стороны и вверх, что приводит к поднятию дна котлована, это явление называется выпором. При выпоре глинистого грунта происходит его перемятие, что ведет к нарушению его природной структуры и снижению прочности. К снижению прочности глинистого грунта приводят также динамические воздействия, связанные с погружением сван забивкой и вибрированием. Перемещающийся вверх грунт способен поднимать ранее забитые сваи. Это существенно снижает их несущую способность. В связи с этим после забивки всех свай необходима добивка их до проектного положения.

Особенно сильно снижается прочность глинистого грунта, расположенного непосредственно у боковой поверхности сваи, так как вода, отжимаемая из пор грунта, перемещается вверх по этой поверхности, покрывая ее тонким слоем. В результате резко уменьшается трение сваи о грунт, что способствует ее погружению при ударах.

Таким образом, если по мере заглубления сваи в пески и в ненасыщенные водой глинистые грунты она встречает все большее сопротивление, а отказ, т. е. величина погружения сваи от одного удара, все уменьшается, то но мере заглубления сваи в тиксотропные насыщенные водой глины и суглинки отказ нередко увеличивается.

Опыт показывает, что надо дать свае «отдохнуть», т.е. не подвергать ее статическим и динамическим воздействиям в течение нескольких дней. За этот период окружающая сваю вода постепенно переместится от ее боковой поверхности, кроме того, вследствие тиксотропных свойств грунта прочность его около сваи со временем в значительной степени восстановится, и тогда несущая способность сваи существенно увеличится.

Во время «отдыха» сваи происходит снижение напряжений в песке и сопротивление грунта ее внедрению снижается. Необходимая продолжительность «отдыха» сваи зависит от характера грунта: для супесей и песков — 1 неделя, для суглинков — 2, для глин — не менее 3 недель.

Прочность свай по материалу. Железобетонные сваи, изготовленные в заводских условиях, должны выдерживать нагрузки при транспортировании, складировании, подъеме на копер, забивке их после погружения в грунт. Чтобы сваи не разрушались при этих строительных процессах, их армируют продольной арматурой с выпуском монтажных петель.

При складировании сваи укладывают на подкладки, размещаемые так, чтобы расстояние от концов сваи до осей подкладок (как и до осей монтажных петель) составляло 0,2l. В случае складирования свай штабелем подкладки располагают строго над подкладками нижнего ряда.

Сваи-стойки

 могут потерять несущую способность либо в результате разрушения грунта под ее нижним концом, либо в результате разрушения самой сваи, т.е. такую сваю необходимо рассчитывать: по прочности материала ствола сваи и по условию прочности грунта под ее нижним концом. За несущую способность принимается меньшая величина.

     По прочности материала свая-стойка рассчитывается как центрально нагруженный сжатый стержень, без учета поперечного изгиба.

        Для железобетонных свай формула расчета несущей способности по материалу выглядит следующим образом:

,

где Ж – коэффициент продольного изгиба, обычно Ж=1;  і_с – коэффициент условий работы, для свай сечением менее 0,3Ч0,3м і_с=0,85; для свай большего сечения і_с=1; і_m  – коэффициент условий работы бетона (0,7…1 – в зависимости от вида   

 свай); R_b – расчетное сопротивление бетона осевому сжатию, зависит от класса бетона (кПа); A – площадь поперечного сечения сваи, м²; і_a  – коэффициент условий работы арматуры, і_a  =1; R_s – расчетное сопротивление сжатию арматуры (кПа); A_s – площадь поперечного сечения арматуры, м²

     Несущая способность сваи-стойки по грунту определяется по формуле:

,

Несущая способность одиночной сваи определяется из условий работы материала, из которого она изготовлена, и грунта, в который она погружается. Поэтому сопротивление сваи действию вертикальной нагрузки определяется как наименьшая из величин, вычисляемых из условий прочности материала сваи и грунта, удерживающего сваю. В идеальном случае расчетная несущая способность по материалу должна быть равна несущей способности по грунту, однако в реальных условиях такое условие трудновыполнимо, поэтому для получения наиболее экономичного решения необходимо стремиться, чтобы полученные расчетные несущие способности были максимально близкими. Несущую способность свай по грунту и материалу рассчитывают по первой группе предельных состояний.

Несущую способность свай по материалу определяют в фундаментах с низким ростверком из условий прочности в плотных грунтах и устойчивости в слабых — на действие осевой вертикально приложенной сжимаемой силы, как центрально сжатого стержня. В высоких ростверках материал свай рассчитывают на дополнительное действие изгибающих моментов и горизонтальных сил.

Определение несущей способности по грунту свай трения. Несущая способность свай трения по грунту зависит от его сопротивления погружению сваи, которое развивается как под нижним концом сваи, так и по ее боковой поверхности.

Достаточно широкое распространение получили следующие методы определения несущей способности: практический, основывающийся на табличных данных СНиПа, динамический, статического зондирования и испытания свай статической нагрузкой.

34. Аналитический метод определения давления грунта на подпорную стену.

Н.C. Азаров предложил аналитический метод определения давлений засыпки на подпорные стенки. Откуда определил искомые компоненты σ_x , σ_y , τ_xy  , значения которых близки к результатам численного метода В.В. Соколовского. Расчет давления вдоль задней грани подпорной стенки производится решением системы уравнений плоского предельного равновесия сыпучей среды с использованием функции напряжений Д. Эри

При прямолинейных очертаниях задней грани стены и поверхности засыпки интенсивность активного давления е_а определяется по формуле: е_а = γ _зас · z · ξ_а , (3.1)

где γ _зас - удельный вес грунта засыпки, ;

z – глубина залегания рассматриваемой точки, м, от поверхности засыпки (точка В на рис. 6), в которой определяется величина е_а;

ξ_а – коэффициент бокового активного давления грунта.

ξ_а = , (3.2) где _а = . (3.3)

Расшифровка параметров приведена выше в тексте и на рис. 5.

Формулы (3.2.) – (3.5) приведены для положительных значений углов

ε и α. При отрицательных значениях ε и α знаки перед этими углами в указанных формулах меняются на обратные.

Расчет выполняется для 1 пог. м подпорной стены, поэтому размерность интенсивности давления - .

Величины горизонтальных е_аг и вертикальных е_ав составляющих определяются по следующим формулам:

е_аг = е_а · cos (ε + δ); (3.4) е_ав = е_а · sin (ε + δ); (3.5)

Н а рис. 6 представлены эпюры давлений е_а, е_аг, е_ав, и е_п при отсутствии пригрузки q на поверхности засыпки. Причем на рис. 6 а, давление показано приложенным к задней поверхности стены, а на рис. 6 (б, в и г) – условно приведенным к вертикальной плоскости. Горизонтальную штриховку на рис. 6 г не следует отождествлять с направлением действия вертикального давления.

а) б) в) г)

Рис. 6. Эпюры интенсивности давления грунта на подпорную стену

На этом же рисунке приведены равнодействующие указанных давлений, приложенные на высоте от подошвы стены. Величины равнодействующих определятся из следующих соотношений, кН:

Е_а = · γ_зас · Н² · _а ; (3.6) Е_аг = Е_а· cos (ε + δ); (3.7) Е_ав = Е_а· sin (ε + δ). (3.8)

В случае действия равномерно распределенной пригрузки q по поверхности засыпки ее заменяют эквивалентным ей по весу слоем грунта высотой h_пр = (3.9)

Тогда активное давление на уровне верха стенки определится по формуле: е_а1 = γ_зас · h_пр · _а , (3.10)

а в уровне подошвы – е_а2 = γ_зас · (h_пр + Н) · _а , (3.11)

Равнодействующая трапецеидальной эпюры активного давления определится по формуле Е_а = · Н (3.12)

и будет приложена к задней поверхности стены в точке, отстоящей по вертикали от подошвы на расстоянии

h_о = · (3.13)

Положение центра тяжести эпюр интенсивности давлении может быть найдено также графически.

Вертикальная Е_ав и горизонтальная составляющая Е_аг в этом случае будут также определяться по формулам (3.7), (3.8).

Величина интенсивности пассивного давления е_п , действующего на переднюю грань фундамента подпорной стенки высотой d, определится из выражения е_п = γ_зас · z · ξ_п , (3.14)

где z – ордината, отсчитываемая от поверхности грунта основания, м;

ξ_п – коэффициент бокового давления отпора (пассивного давления ), определяемый по формуле:ξ_п = tq² (45⁰ + ), (3.15)

где φ- угол внутреннего трения грунта, лежащего в пределах глубины заложения d.

Коэффициент ξ_п определяется по формуле (3.15) при α = 0, ε = 0 и

δ = 0, т.е. упрощенно, поскольку, как упоминалось выше, реализация отпора происходит при существенных перемещениях, превышающих, как правило, предельные. Поскольку в каждом конкретном случае величина перемещения для реализации полной величины отпора неизвестна, то его величина, во – первых, определяется упрощенным способом, во – вторых, с вводом понижающего коэффициента 0,33. Величина Е_п = · ξ_п . (3.16)

Сила отпора приложена на высоте от подошвы фундамента стены

35. Виды буронабивных свай. Технология их устройства.

Буровые сваи по способу устройства разделяются на:

а) буронабивные сплошного сечения с уширениями и без них, бетонируемые в скважинах, пробуренных в пылевато-глинистых грунтах выше уровня подземных вод без крепления стенок скважин, а в любых грунтах ниже уровня подземных вод - с закреплением стенок скважин глинистым раствором или инвентарными извлекаемыми обсадными трубами;

б) буронабивные полые круглого сечения, устраиваемые с применением многосекционного вибросердечника;

в) буронабивные с уплотненным забоем, устраиваемым путем втрамбовывания в забой скважины щебня;

г) буронабивные с камуфлетной пятой, устраиваемые путем бурения скважин с последующим образованием уширения взрывом и заполнением скважин бетонной смесью;

д) буроинъекционные диаметром 0,15-0,25 м, устраиваемые путем нагнетания (инъекции) мелкозернистой бетонной смеси или цементно-песчаного раствора в пробуренные скважины;

е) сваи-столбы, устраиваемые путем бурения скважин с уширением или без него, укладки в них омоноличивающего цементно-песчаного раствора и опускания в скважины цилиндрических или призматических элементов сплошного сечения со сторонами или диаметром 0,8 м и более;

ж) буроопускные сваи с камуфлетной пятой, отличающиеся от буронабивных свай с камуфлетной пятой (см. подл. «г») тем, что после образования камуфлетного уширения в скважину опускают железобетонную сваю.

Буронабивные сваи применяются при строительстве в районе распространения просадочных грунтов, возведении высотных зданий в крупных городах, при сооружении ряда крупных тепловых электростанций и при строительстве мостов и развязок.

Такие сваи целесообразно устраивать на площадках со сложными инженерно - геологическими условиями, затрудняющими или делающими невохможным применение забивных свай; на площадках с большой толщей просадочных грунтов; застроеных районах, где погружение забивных свай может привести к деформациям элементов несущих конструкций или оборудования. Кроме того, при устройстве набивных свай исключается шум, вызываемой работой молотов.

При устройстве набивных свай легко решаются вопросы увеличения диаметра ствола (до 1,5 м и более) при глубине заложения до 60 м и более для передачи на них больших сосредоточенных нагрузок до 500...1000 т на сваю и более и армирование ствола сваи на расчетном участке. Набивные сваи, как правило, устраивают по индивидуальным проектам в соответствии с нормативно - инструктивными документами. В настояшие время в практике отечественного фундаментостроения применяют буронабивные сваи с уширением и без.

Технология изготовления таких свай зависит от геологических и гидрогеологических условий строительной площадки. Применяют в основном три известных способа устройства свай: без специальных мероприятий по крепления стенок скважины; с обеспечением устойчивости стенок скважины от обрушения избыточным давлением глинистого раствора или воды; с креплением стенок скважины неизвлекаемыми или инвентарными обсадными трубами.

При строительстве зданий на водонасышенных неоднородных глинестых грунтах текучей консистенции с прослойкой песков и суписей буронабивные сваи длинной до 50 м можно применять с применением свай - оболочек. Иногда такие сваи называют трубобетонными.

Для повышения несущей способности буронабивных свай в их основании устраивают уширения. Такие уширения образуют энергией взрыва (в этом случае сваи называют буронабивными с комуфлетным уширением), механическим разбуриванием полости пяты, путем вдавливания грунта в стенки скважины, а также путем втрамбовывания в основание скважины жесткой бетонной смеси или забивкой в основание скважины группы свай малого размера.

Способ изготовления буронабивных свай без крепления стенок скважины рекомендуется применять при прорезании устойчивых связных грунтов (глинистые грунты твердой, полутвердой, тугопластичной консистенции, в том числе просадочные и набухающие); при залегании грунтовых вод в период строительства ниже пяты сваи.

стройство буронабивных свай условно разбивается на три группы (типа):

устройство набивных свай в сухих и маловлажных связных грунтах, не требующих специальных мероприятий по укреплению стенок скважины; устройство набивных свай в несвязных слабых и обводненных грунтах, стенки скважины удерживаются от обрушения с помощью избыточного давления или глинистого раствора; устройство набивных свай в слабых и обводненных грунтах, стенки скважины крепятся обсадными трубами.

При устройстве буронабивных свай сухим способом необходимо выполнить следующие технологические процессы:

образование лидерной скважины; разбуривание уширенной части в нижнем основании лидерной скважины (эту работу можно также выполнить с помощью камуфлетного заряда); установка в лидерную скважину арматурного каркаса; бетонирование сваи с устройством ее оголовка.

При устройстве буронабивных свай в водонасыщенных (слабых) грунтах применяют обсадные трубы или защиту глинистым раствором.

Бурить лидерную скважину можно установкой СО-2, оборудованной шнекозой колонной, а также установками СО-1200 и. МБС-1,7,  оборудованными  ковшовым  буром-желонкой  

Бетонирование скважин по методу ВПТ(верт.перемещ.труб) проводится в три этапа. На первом этапе устанавливают оборудование, на втором—бетонируют, на третьем — оформляют голову сваи.

Характерной особенностью технологии устройства буронабивных свай является предварительное бурение скважин до заданной отметки и последующее формирование ствола сваи.

В зависимости от грунтовых условий буронабивные сваи устраивают одним из следующих трех способов: без крепления стенок скважин (сухой способ), с применением глинистого раствора для предотвращения обрушения стенок скважины, с креплением скважин обсадными трубами.

Сухой способ (рис. 1.10) применим в устойчивых грунтах (просадочные и глинистые твердой, полутвердой и тугопластичной консистенции), которые могут держать стенки скважины. Технология устройства таких свай состоит в следующем. Методами вращательного бурения (шнековая колонна или ковшовый бур) в грунте разбуривают скважину необходимого диаметра и на заданную глубину. По достижении проектной отметки в необходимых случаях нижнюю часть скважины расширяют с помощью специальных расширителей, закрепленных на буровой штанге и входящих в комплект бурового станка.

Принцип работы расширителя следующий: давление, передаваемому через штангу, раскрывает шарнирную систему ножей расширителя; при вращении штанги ножи срезают грунт, попадающий в бадью, расположенную под расширителем. За 4...5 операций срезывания и извлечения грунта образуется уширенная полость диаметром до 1,6 м. После приемки скважины в установленном порядке при необходимости в ней монтируют арматурный Kapкac и бетонируют методом вертикально перемещающейся трубы.

Р ис.1.10. Технологическая схема устройства буронабивных свай сухим способом

а - бурение скважины; б -устройство уширенной полости; в -установка арматурного каркаса; г - установка бетонолитной трубы с вибробункером; д - заполнение вибробункера бетонной смесью; е -бетонирование скважины методом ВПТ; ж -утепление оголовка сваи в зимних условиях; l-шнековая бурильная установка; 2 '-расширитель; 3 -кран грузоподъемностью10...12 т; 4 -бетонолитная труба; 5 -загрузочный бункер

Применяемые в строиельстве бетонолитные трубы, как правило, состоят из отдельных" секций и имеют стыки, позволяющие быстро и надежно соединять: трубы. В приемную воронку бетонную смесь подают непосредственно из автосмесителя или с помощью специального загрузочного бункера. По мере укладки бетонной смеси бетонолитную трубу извлекают из скважины. В скважине бетонную смесь уплотняют с помощью вибраторов, укрепленных на приемной воронке бетонолитной трубы. По окончании бетонирования скважины голову сваи формуют в специальном инвентарном кондукторе и в зимнее врeмя защищают утеплителем. По этой технологии чаще всего изготовляют буронабивные сваи диаметром 400, 500, 600, 1000 и 1200 мм и длиной до 30 м.

Глинистый раствор для удержания стенок скважин от обрушения применяют при устройстве буронабивных свай (рис. 2.11) в неустойчивых обводненных грунтах. В этом случае скважины бурят вращательным способом. Однако при проходке по скальным включениями прослойкам используют сменные рабочие органы ударного типа (грейферы, долота). В скважину глинистый раствор поступает по пустотелой буровой штанге. За счет гидростатического давления, оказываемого этим раствором, плотность которого 1,2...1,3 г/см3, устраивают сваи без обсадных труб. Глинистый раствор готовят на месте производства работ преимущественно из бентонитовых глин, и по мере бурения его нагнетают в скважину. Поднимаясь по скважине вдоль ее стенок, глиняный раствор попадает в зумпф, откуда возвращается насосом в буровую штангу для дальнейшей циркуляции. Затем в скважину устанавливают арматурный каркас. Бетонную смесь подают с помощью вибробункера с бетонолитной трубой, которую опускают в скважину

Рис. 1.11. Технологическая схема устройства буронабивных свай пoд глинистым раствором

а - бурение скважины; б -устройство уширенной полости; в -установка арматурного каркаса; г -установка бетонолитной трубы с вибробункером и воронкой; д –бетонирование скважины методом ВПТ; (' -утепление оголовка сваи в зимних условиях; J –буровой станок; 2 -глиносмеситель; 3 -насос; 4 -расширитель; 5 -бетонолитная труба с вибробункером

В ибрируемая бетонная смесь, поступая в скважину, вытесняет глинистый раствор. По мере заполнения скважины бетонной смесью бетоновод извлекают.

Устройство буронабивных свай с креплением стенок скважин обсадными трубами (рис. 1.12) возможно в любых геологических и гидрогеологических условиях. Обсадные трубы можно оставлять в грунте или извлекать из скважин в процессе изготовления свай (инвентарные трубы). Секции обсадных труб, как правило, соединяют стыками специальной конструкции или с помощью сварки. Погружают обсадные трубы в процессе бурения скважины гидродомкратами, а также посредством забивки трубы в грунт или вибропогружением. Бурят скважины специальными установками вращательным или ударным способом.

После зачистки забоя и установки в скважине арматурного каркаса скважину бетонируют методом вертикально перемещаемой трубы (ВПТ). По мере заполнения скважины бетонной смесью инвентарную обсадную трубу извлекают. При этом специальная система домкратов, смонтированных на установке, сообщает обсадной трубе возвратно-поступательное и полувращательное движение, дополнительно уплoтняя бетонную смесь. По окончании бетонирования скважины голову сваи формуют в специальном инвентарном кондукторе.

Для устройства уширений в основаниях свай, как правило, применяют взрывной способ. Для этого в пробуренной скважине устанавливают обсадную трубу так, чтобы ее нижний конец не доходил до дна скважины на 1,2...1,5 м, т. е. был за пределами действия камуфлетного взрыва. В обсадную трубу опускают на дно скважины заряд взрывчатки расчетной массы и выводят проводники от детонатора к подрывной машине. Трубу заполняют бетонной смесью и производят взрыв. Энергия взрыва уплотняет грунт и создает сферическую полость, которая немедленно заполняется бетонной смесью из обсадной трубы. Окончательно заполняют скважину описанным выше способом. В нашей стране буронабивные сваи изготовляют диаметром 880...1200 мм, длиной до 35 м. для устройства буронабивных свай используют литую бетонную смесь с осадкой конуса 16...20 см.

Рис. 1.12. Технологическая схема устройства буронабивных свай с применением обсадных труб

а -монтаж ротора и забуривание скважины с одновременным погружением обсадной трубы; б -проходка скважины; в -зачистка забоя скважины; г -установка арматурного каркаса; д - заполнение скважины бетонной смесью, извлечение обсадной трубы; е - формование головы сваи в инвентарном кондукторе

Буронабивные сваи с применением обсадных труб. После бурения скважины в нее помещается свайный каркас в виде трубы. Обсадная труба позволяет: перекрывать горизонты плывунных грунтов; обеспечивает безопасность ведения свайных работ; позволяет контролировать параметры буровой скважины; обеспечивает высокое качество заполнения скважины бетоном. Данная технология позволяет изготавливать сваи с уширением до 1200 мм, что дает возможность использовать несущую способность опорной толщи грунтов основания и увеличивает эффективность применения свай.

36. Определение осадки оснований свайных фундаментов.

Определение осадки методом послойного суммирования.

1. Осадка основания sc использованием расчетной схемы в виде линейно-деформируемого полупространства определяется методом послойного суммирования по формуле

где - безразмерный коэффициент, равный 0,8;

_zp,i- среднее значение дополнительного вертикального нормального напряжения в i-м слое грунта, равное полусумме указанных напряжений на верхней z_i-1 и нижней z_iграницах слоя по вертикали, проходящей через центр подошвы фундамента;

h_iи Е_i- соответственно толщина и модуль деформации i-го слоя грунта;

n- число слоев, на которые разбита сжимаемая толща основания.

При этом распределение вертикальных нормальных напряжений по глубине основания принимается в соответствии со схемой, приведенной на рис. 1.

П римечание. При значительной глубине заложения фундаментов расчет осадки рекомендуется производить с использованием расчетных схем, учитывающих разуплотнение грунта вследствие разработки котлована.

Рис. 1. Схема распределения вертикальных напряжений в линейно-деформируемом полупространстве

DL- отметка планировки; NL- отметка поверхности природного рельефа; FL- отметка подошвы фундамента; WL- уровень подземных вод; В,С- нижняя граница сжимаемой толщи; dи d_n глубина заложения фундамента соответственно от уровня планировки и поверхности природного рельефа; b- ширина фундамента; р- среднее давление под подошвой фундамента; р₀ - дополнительное давление на основание; _zgи _zg,0 - дополнительное вертикальное напряжение от внешней нагрузки на глубине z от подошвы фундамента и на уровне подошвы; _zpи _zр,0 - дополнительное вертикальное напряжение от внешней нагрузки на глубине z от подошвы фундамента и на уровне подошвы; Н_с - глубина сжимаемой толщи

Расчет осадок методом эквивалентного слоя грунта и слоя конечной толщины

Э квивалентным слоем грунта называется слой, осадка которого при сплошной нагрузке в точности равна осадке фундамента на мощном массиве грунта

Метод эквивалентного слоя грунта, так же как и все преды­дущие методы расчета осадок фундаментов, базируется на тео­рии линейно деформируемых тел, но чрезвычайно упрощает тех­нику вычислений как в случае однородных, так и слоистых на­пластований грунтов и дает возможность определить не только конечную стабилизированную осадку фундаментов, но и протека­ние осадок во времени, приводя сложнейшую пространственную задачу теории консолидации к эквивалентной одномерной*.

hэ=Aωb Это показывает, что мощность эквивалентного слоя грунта зависит от бокового расширения грунта (коэффициента А), от формы и жесткости фундамента (коэффициента ω) и пропорциональна ширине подошвы фундамента b. Зная размер эквивалентного слоя грунта, осадку фундамента заданных размеров и формы определим по формуле, заменив в ней h на hэ: s=h_эm_vp Приближенный учет ограниченности (конечной глубины) сжима­емой толщи. Если на некоторой глубине залегают несжимаемые скальные породы, возникает необходимость учитывать новое гра­ничное условие, т. е. конечную глубину сжимаемой толщи.

Исходные данные, необходимые для определения осадок фундаментов сооружений.До нач. расчета необх убедиться в возможн-ти исп-ия теории линейно-деформируемых тел и проверить выполн-ие усл-я p<R, т.е. сред давление под подошвой фунд не д. превышать расч сопр-ия гр основ-я. Осадки опр-т от расч нагрузок с коэф надежности по нагр γ_f=1.

При опр-ии осадки методом послойного суммирования приним-ся след допущения: 1. осадка основ-я вызыв-ся дополнит. давлением p₀: p₀=p-_zg0, где p – полное давл-е под подошвой фунд, _zg0 – вертик норм напряж-е от собств веса гр на ур подошвы фунд. При планировке срезкой принимается _zg,0= 'd, при планировке подсыпкой _zg,0= 'd_n, где ‘ - уд вес гр, расположенн выше подошвы, d – глуб залож-я фунд от ур планировки, d_n – глуб залож-я фунд от ур природн рельефа. 2. распределение по глубине дополнит вертикальн норм напряж-й _zpот внешн давления p₀, приним-ся по теории линейно-деформируем среды как в однородном основании: _zp=αp₀, α – коэф, принимаем по СНиП, p₀ – дополнит вертикальн давление на основание. 3. при подсчете осадок основания дел-ся на элементарн слои, сжатие кот опр-ся от дополнит вертикальн норм напряж-я _zp, действующ по оси фунд в середине рассматриваемого слоя. 4. сжимаемая толща основ-я огранич-ся глубиной z=Hc – глубина сжимаемой толщи, где вып-ся усл-е _zp=0,2_zg.

Осадка основ-я методом послойного суммирования: , где β – коэф-т =0,8; _zpi– ср знач-е дополнит вертик напряж-я в i-том слое гр; h_i – толщина элементарн слоя, h_i=0,2b; E_i – модуль деф-ции i-того слоя гр.

37. Определение размеров подошвы жестких фундаментов.

О пределение размеров подошвы центрально нагруженных фундаментов мелкого заложения

Для расчета основ-й по 2 гр. пред сост-й необх зн размеры подошвы фунд и передаваем на гр давление.

Центр-нагруженн фунд – у кот равнодействующ внешн нагр проходит ч/з центр тяжести его подошвы. Обычно вертик нагр на фунд N₀ задается на ур его обреза, чаще совпадающ с отм. планировки. Суммарн давление на основ-ие на ур подошвы фунд опр-ся по форм: р=N₀/A+ d, где А – площадь подошвы фунд, -ср знач-е уд веса фунд и гр на его обрезах (для ж/б =20кН/м3), d – глубина залож-я фунд.

Если принять р=R₀ (давл-е под подошвой фунд = расч сопр-ю гр основ-я), то зависим-ть для опред-ия ориентировочн размеров подошвы фунд: А=N₀/ (R₀- d); . Затем уточн-т расч сопр-ие основ-я, подставляя в форм.принятые размеры подошвы фунд. Конструирование тела фунд производят в соотв-ии с нормами на проектир-е бет и ж/б констр-ций. Высоту фунд опр-т, учит след факторы: 1. усл-я произв-ва работ – верх грань фунд выводится на отн. отм. -0,150м; 2. конструктивн соображ-я – размещение колонн в фунд, миним толщ дна стакана; 3. прочность мат-ла фунд.

После уточнения всех разм опр-т ср. давл-е в подошве фунд и проверяют усл-е: , где N₀ – вертик. нагр на фунд; N_f – вес фунд; N_g – вес гр на обрезах фунд; b и l – разм подошвы фунд; R – расч сопр-ие гр основания.

Окончат разм фунд опр-т на основ-и его расчета по деф-циям.

О пред-е размеров подошвы внецентренно нагруженн фунд - у кот равнодействующ внеш нагр проходит с некоторыи эксцентриситетом отн центра тяж-ти его подошвы.

Разм внецентр.нагр фунд опр-т из усл-й: р≤R, рmax≤1,2R, ≤1,5R, где р - сред давл-е под подошвой фунд от нагрузок для расчета основ-я по деф-циям; рmax - max краевое давл-е под подошв фунд, -max давл-е в угловой точке при действии моментов в 2х направлениях.

Внецентр.нагр фунд м. испывать нагр от верт и гориз сил, изгиб моментов, действ-х в разл плоскостях. Max и min давление под краем фунд при действии момента сил отн главн осей ниерции площади подошвы: , N – нагр на осн-ие, А – площадь подошвы, Mx, My – момент сил отн центра подошвы фунд, x и y – расст-е от главн оси инерции, перпендикулярной плоскости действия момента сил до наиб удаленных точек подошвы фунд, Jx и Jy – момент инерции площади подошвы фунд отн. той же оси. Для фунд с прямоуг подошвой: , l и b – разм подошвы фунд, e_x и e_y – эксцентриситет равнодействующей внешн нагр: e_x(y)=M_x(y)/N.

Эксцентриситет вертик нагр на фунд ε: ε=e/l<ε_u – отн. эксцентриситет, = 1/10 для фунд под колонны произв зд с кр Q≥75т и откр эстакад с кр Q=15т и во всех случ-х, когда R<150кПа; =1/6 – для ост-х произв-х зд и откр эстакад; = ¼ для бескр зд / подвесн кранов оборуд-м. Эпюры контактных давлений: 1. ε<1/6 – Э – трапецивидная, p_min/p_max≥0,25; 2. ε=1/6 – Э - треугольн p_min/p_max=0; 3. ε>1/6 - Э – треугольн с нулевой ординатой пределах подошвы, p_min/p_max<0

Влияние внецентр нагр м. < путем вытягивания фунд в стороны действия момента / смещен центра тяж-ти подошвы фунд в сторону эксцентриситета (примен-е нессиметричн фунд).

Эпюры давлений на грунт при центральном и внецентренном нагружениях и их анализ

Грунты основания испытывают два вида давления:

бытовое s_б, возникающее в грунтах под влиянием веса вышележащих слоев;

дополнительное s, возникающее под влиянием нагрузок от фундаментов.

Бытовое давление увеличивается с увеличением глубины залегания и определяется по формуле: 

(5)

где z - глубина точки в которой определяется бытовое давление. 

Д ополнительное же давление, как показали исследования, уменьшается по мере удаления от подошвы фундаментов вглубь грунтов. Схема распределения давления в толще грунтов (по оси фундамента) показана на рис. 2. 

Рис. 2. Бытовое s_б и дополнительное s давления в грунте в в пределах сжимаемой толщи.

Ординаты эпюр давления на любой глубине h_i от подошвы отложены от  вертикальной оси фундамента. Слева от оси показана эпюра давления s_б, справа от оси — эпюра давления s. Глубину h, где давление s_h составляет 20 % от бытового s_б, принято считать нижней границей сжимаемой толщи грунтов основания (глубиной активного слоя основания).

Давление от фундаментов s непосредственно под подошвой передается неравномерно (рис. 3). Однако при большой жесткости фундамента когда его собственные деформации несоизмеримо малы по сравнению с осадкой основания можно не учитывать криволинейного характера эпюры реактивных давлений, так как это оказывает малое влияние на размеры фундамента, но очень усложняет расчет. Поэтому в строительной практике принято для упрощения пренебрегать упругостью основания и считать, что давления от фундаментов на грунты основания распределяются по линейному закону. При этом условно принимают, что эпюра давления непосредственно под подошвой фундамента в зависимости от величины эксцентриситета е имеет при центральном сжатии форму прямоугольника (рис. 3, а и б), при внецентренном — форму трапеции (рис. 3, в) или треугольника (рис. 3, г и д).  

 

Рис. 3. Эпюры давления грунтов под подошвой:

а–при глинистых грунтах; б–при песчаных грунтах; в–при внецентренной нагрузке, когда е < b/6; г–при внецентренной нагрузке, когда е = b/6; д–при внецентренной нагрузке, когда е > b/6. 

Для принятой глубины заложения фундаментов, назначают форму подошвы фундаментов и расчетом определяют размеры и площадь подошвы в плане. Форму подошвы фундамента обычно выбирают в зависимости от конфигурации в плане надфундаментной конструкции. Она может быть квадратной, прямоугольной, круглой, кольцевой, многоугольной и более сложных очертаний.

Поскольку неравномерные осадки фундаментов могут вызвать появление в сооружении недопустимых деформаций, приводящих к разрушению конструкций или нарушению нормальных условий эксплуатации, то приходится ограничивать неравномерность осадок. Однако для расчета осадок фундаментов надо знать размеры подошвы и давление, передаваемое на грунты основания, т. е. выполнить расчет по второй группе предельных состояний (по деформациям).

Нагрузки, учитываемые при расчете оснований по деформациям. Нагрузки, передаваемые на фундаменты, могут быть постоянными и временными. К постоянным нагрузкам относятся вес сооружения, включая собственный вес фундамента; к временным — все полезные нагрузки, давление ветра, снега и т. п. Постоянные и временные нагрузки определяют и учитывают в соответствии с указаниями СНиП П-6-74 «Нагрузки и воздействия».

Нагрузки определяют основным, дополнительным и особым сочетанием нагрузок, действующих на фундамент, и его собственного веса. Для зданий и сооружений расчетные сочетания нагрузок также нормируются СНиП П-6-74.

Основным сочетанием нагрузок являются нагрузки от собственного веса конструкций, полезные, снеговые, от рабочих кранов. Дополнительным сочетанием нагрузок являются нагрузки, входящие в основные сочетания, а также нагрузки от ветра, монтажных кранов или воздействия температуры. Особые сочетания нагрузок складываются из особого воздействия (например, сейсмическая нагрузка), собственного веса конструкций, полезных нагрузок и ветра. Основные характеристики нагрузок и их нормативные значения установлены действующими нормами. Расчетная нагрузка равна произведению нормативной нагрузки на коэффициент надежности по нагрузке.

Естественно, что такой расчет весьма затруднителен. Поэтому для большей определенности и уменьшения вычислительной работы размеры подошвы фундамента предварительно назначают из условия равенства среднего давления на основание под фундаментом рср условному значению расчетного давления R0, принимаемому в зависимости от вида и состояния грунта основания по таблицам СНиП П-15-74. В них величины R₀ даны для условных фундаментов шириной b=1 и глубиной заложения h=2 м.

Площадь и размеры подошвы фундамента определяют по известным формулам теории сооружений для центрального сжатия от действия расчетных нагрузок. При этом распределение контактных напряжений по подошве фундамента принимается по линейному закону. Необходимо стремиться к тому, чтобы эти напряжения равномерно распределялись по всей площади подошвы фундамента. С этой целью определение размеров подошвы фундамента начинают с выбора положения центра подошвы относительно оси надфундаментной конструкции сооружения (опоры, колонны и т. д.). Если равнодействующая вертикальных нагрузок проходит через центр тяжести подошвы фундамента, то такой фундамент будет работать как центрально нагруженный. Нормальные напряжения под его подошвой распределяются равномерно, и крен такой фундамент испытывать не будет. В этом случае площадь подошвы будет наименьшей, так как прочность грунта используется максимально по всей площади опирания.

Определение размеров подошвы внецентренно нагруженных фундаментов. Внецентренно нагруженным считают фундамент, у которого равнодействующая внешних нагрузок не проходит через центр тяжести площади его подошвы. Обычно такое нагружение фундамента является результатом передачи на него надземными конструкциями момента и горизонтальной составляющей или результатом одностороннего давления грунта на его боковую поверхность.

Размеры внецентренно нагруженных фундаментов определяют из условия: максимальное осевое давление на грунт у края подошвы, вычисленное в предположении его линейного распределения под подошвой фундамента, не должно превышать 1,2R, а в угловой точке — 1,5R.

Рассмотрим общий вид ленточного фундамента под стену. Пусть на обрез фундамента действуют три составляющие нагрузки: N_oII, M_oII и T_oII. Кроме того, на фундамент действуют его собственный вес Н_фII и вес обратной засыпки с одной стороны фундамента N_грII, создающий активное давление E_a на него как на подпорную стену. Зная внешние силы, можно найти составляющие усилий, передаваемых через подошву на основание: N = N_oII + Н_фII + N_грII Т=Т_oII + Е_а.

Некоторые слагаемые могут равняться нулю или иметь отрицательный знак.

При проектировании, исходя из расчетного давления на грунт основания R, условно принимают, что реактивное давление распределяется по подошве жестких фундаментов по линейному закону.

Выравнивания давлений можно достигнуть, размещая центр тяжести площади подошвы как можно ближе к точкам приложения равнодействующих от различных сочетаний нагрузок.

В общем случае на внецентренно нагруженный фундамент действуют следующие нагрузки: в уровне спланированной отметки земли, полученные в результате сбора нагрузок, действующих на надземную часть здания. Кроме того, необходимо учесть вес самого фундамента Ищ, а также момент от обратной засыпки пазух и активного давления грунта на фундамент, как на подпорную стенку.

Рис. 5.15. Эпюры контактных напряжений при внецентренном нагружении

Рис. 5.16. Расчетная схема внецентренно нагруженного фундамента

Рис. 5.17. Расчетная схема к определению горизонтального давления на стену подвала

Определение размеров подошвы центренно нагруженных фундаментов

Центрально-нагруженным считается фундамент, равнодействующая внешних нагрузок которого проходит через центр тяжести его подошвы. Основная трудность при проектировании оснований и фундаментов заключается в том, что размеры фундамента назначают, исходя из расчетного сопротивления грунта основания, в то время как оно является переменной величиной и зависит от размеров подошвы фундаментов первое слагаемое, стоящее в квадратных скобках формулы (4.10), зависит от ширины подошвы фундамента. Это приводит к необходимости выполнять расчет с помощью последовательных приближений.

Назначив глубину заложения фундамента, определяют максимальное расчетное значение внешней нагрузки, действующей на его верхний обрез Non от основного сочетания для расчета оснований по второй группе предельных состояний.

Рассматривая условие статического равновесия фундамента (рис. 5.11), из которого следует, что нагрузка от веса здания JV0n, веса грунта обратной засыпки на обрезах фундамента Л^п и веса самого фундамента N/a должна уравновешиваться средним реактивным давлением по подошве фундамента р, получим

Значение р должно удовлетворять условию pR; причем чем ближе давление по подошве к расчетному сопротивлению грунта основания, тем более экономичное решение получается в результате расчета. В практике современного проектирования считается, что фундамент имеет экономически целесообразное решение, если величина р отличается от R не более чем на 5… 10% в меньшую сторону.

Рис. 5.11. Расчетная схема центрально нагруженного фундамента

Давление по подошве центральнонагру-женных фундаментов считается равномерно распределенным. Однако, как указывалось выше, в реальных условиях контактные напряжения имеют криволинейное очертание по подошве фундамента, поэтому их осреднение оказывается оправданным только для жестких фундаментов, а в некоторых случаях и для фундаментов, имеющих конечную жесткость, Так как не вносит существенных погрешностей в окончательный результат расчета. При проектировании гибких фундаментов следует учитывать криволиней-ность очертания эпюры контактных напряжений, а их осреднение допускается только в предварительных расчетах.

Рис. 5.13. Блок-схема определения размеров подошвы центрально нагруженного фундамента