Предельные состояния при проектировании оснований и фундаментов. Условия выполнения I и II группы предельных состояний.

Основы проектирования фундаментов. Исходные данные к проектированию. Примеры возникновения ситуаций чрезмерных деформаций оснований и фундаментов.

Фундаментомназывается заглубленная в грунт конструкция, передающая воздействия и нагрузки от здания на основание.

Основные принципы проектирования фундаментов:

· Основания и фундаменты рассчитываются по предельным состояниям I и II группы предельных состояний.

· При расчете сооружений учитывается совместная работа оснований, фундаментов и надземных конструкций.

· Вариантное проектирование

Вариантное проектирование подразумевает комплексный учет факторов при выборе типа фундаментов:

· инженерно-геологических условий площадки строительства;

· конструктивных особенностей здания и чувствительности конструкций здания к неравномерным осадкам;

· особенности технологических процессов (для промышленных зданий) и их влияния свойства грунтов основания;

· способа производства работ при возведении фундаментов и подземной части сооружения.

Исходные данные к проектированию

· Конструктивная схема здания, режим эксплуатации и особенности технологических процессов.

· Геологические и геморфологические особенности района. Топографические данные участка. Инженерно-геологические и гидрогеологические условия строительной площадки.

· Данные о оснащенности местных строительных организаций специальным оборудованием и механизмами.

Конструктивная схема здания включает:

· перечень основных несущих конструкций;

· глубину заложения фундаментов;

· степень статической неопределимости и гибкость надземных конструкций;

· величины и характер действующих нагрузок;

Особенности технологических процессов:

· наличие вибрационных и динамических воздействий;

· наличие агрессивных сред;

· наличие технологических процессов, связанных с развитой системой водоснабжения и водоотведения;

·

Предельные состояния при проектировании оснований и фундаментов. Условия выполнения I и II группы предельных состояний.

 

Основания и фундаменты, как и другие строительные конструкции, рассчитываются по двум группам предельных состояний (ПС):

I группа – по несущей способности и устойчивости основания;

II группа – по деформациям.

При расчете по I группе – производится определение состояния, при котором может произойти потеря устойчивости основания, обрушение откосов, устойчивости подпорных стен и т.п.

При расчете по II группе ограничиваются величины абсолютных осадок, неравномерных осадок, крена, горизонтальных смещений и т.п.

По I группе ПС расчеты необходимо выполнять в обязательном порядке лишь в следующих случаях:

· на основание передаются значительные горизонтальные нагрузки (подпорные стены, фундаменты распорных конструкций и т.п.);

· сооружение расположено на откосе или вблизи откоса;

· основание сложено слабыми водонасыщенными, пылеватоглинистыми грунтами со следующими физико-механическими характеристиками:

E < 5 МПа

S_r> 0,85

C_v< 107 см2/год (коэффициент консолидации);

· основаниесложеноскальнымигрунтами.

Условие I группы ПС можно записать в виде:

N_I<N_u

где N_I – расчетная нагрузка на уровне подошвы фундамента;

N_u – предельная нагрузка на основание, определяемая для фундаментов как предельная критическая нагрузка P^III_cr. С учетом соответствующих коэффициентов надежности, определяемых в зависимости от типа фундамента, грунтовых условий и т.п.

Основным условием соблюдения требований II группы предельных состояний является:

 

 

 

Где - максимально допустимое значение неравномерных деформаций

 

 

относительная неравномерная осадка фундамента

Учет совместной работы оснований, фундаментов и надземных конструкций. Методы учета жесткости надземных конструкций. Основные типы сооружений по жесткости.

 

 

Классификация свай и свайных фундаментов. Конструктивные особенности и

Область применения различных свай.

Сваи в зависимости от

различных признаков сваи классифицируются следующим образом:

- по способу устройства - изготавливаемые заранее (например, деревянные, железобетонные, винтовые) и устраиваемые на месте (например, бетонные набивные);

- по способу погружения в грунт - забивные, погружаемые вибрацией, вдавливанием и вибровдавливанием, погружаемые с подмывом водой или с использованием лидерного бурения, винтовые и набивные;

- в зависимости от материала - деревянные, железобетонные, бетонные, стальные и комбинированные;

- по направлению погружения - вертикальные и наклонные

- по характеру действующего усилия - сжатые и растянутые, а также работающие на изгиб;

- по форме поперечного сечения - круглые, квадратные, прямоугольные, треугольные, многогранные (сплошные и полые), трубчатые, крестового сечения и др;

- в зависимости от профиля в продольном сечении - цилиндрические или призматические, конические или пирамидальные,

Различают следующие виды свайных фундаментов: Одиночные сваи, свайные кусты, ленточные свайные фундаменты, сплошные свайные поля. Одиночные сваи применяют под отдельно стоящие опоры. Одиночные сваи широко применяют при строительстве легких сельскохозяйственных сооружений. Свайный куст это фундамент, состоящий из группы свай. Свайные кусты устраивают под колонны сооружений, передающие значительные вертикальные нагрузки. Если сваи в фундаменте расположены в один или несколько рядов, то такой фундамент называют ленточным свайным фундаментом. Ленточные свайные фундаменты устраивают под стены зданий или протяженные конструкции. В случае, когда фундамент состоит из свай, расположенных в определенном порядке под всем сооружением, его называют сплошным свайным полем. Такие фундаменты устраивают под тяжелые сооружения башенного типа.

Типы ростверков: низкий (располагают ниже поверхности грунта, ниже сезонного промерзания), повышенный (не заглубляется в грунт, а располагается практически на дневной поверхности.), высокий (располагают выше поверхности грунта).

По способу передачи нагрузки сваи классифицируются:( сваи стойки (передают нагрузку на практически несжимаемый грунт висячие сваи () (нагрузка на окружающий грунт передается как за счет сопротивления грунта под нижним концом, так и за счет сил трения по боковой поверхности).

Забивные при любых сжимаемых грунтах которые подлежат прорезке сваями.. Буронабивные сваи применимы при сложных условиях, при необходимости большой прорезки неоднородных грунтов. Применяются при реконструкции, реставрации и условиях плотной застройки..

Сваи изготавливаемые в грунте. Методы бурения скважин, методы крепления стенок скважин. Примеры бетонирования стволов свай в скважинах.

Сваи, изготовляемые в грунте (набивные сваи) Набивные сваи изготавливают из бетона, железобетона или цементно – песчаного раствора По способу изготовления такие сваи делят на три основных типа:

сваи без оболочки (применяют как в сухих и маловлажных так и в водонасыщенных глинистых грунтах. в грунте пробуривается скважина Затем в готовую скважину устанавливают арматурный каркас. Далее скважина бетонируется с помощью вертикально перемещающейся трубы, которая применяют как в сухих и маловлажных так и в водонасыщенных глинистых грунтах.

сваи с извлекаемой и неизвлекаемой оболочкой ( проходку скважины производят под защитой глинистого раствора, который препятствует обрушению ее стенок Далее при бетонировании бетонная смесь вытесняет глинистый раствор.)

Буронабивные сваи подразделяются
По способу образования скважины:

· ¾буро-вращательным;

· ¾вибрационно-погружным;

· ¾буро-раздвижным (

· Способы буро-вращательного метода образования скважин:

· - шнековое бурение:

· - ударно-канатное;

· - роторное бурение с промывкой: ᴓ 0,1-0,5 м в грунтах осадочного происхождения, производится долотами (шарошками) с подачей в забой бурового раствора.

По способу крепления стенок скважины:

· без крепления стенок скважины;

· под защитой глинистого раствора или воды;

· с обсадкой скважины неизвлекаемыми трубами;

· под защитой извлекаемых обсадных труб;

· с обсадкой скважины трубами в пределах неустойчивой части грунта с последующим их извлечением.

По способу упрочнения грунта в уровне пяты

· без упрочнения грунта;

· с уплотнением грунта механическим способом (вытрамбовкой, выштамповкой, опрессовкой);

· с инъекцией в грунт вяжущих растворов (цементного молока и т.п.).

рушению ее стенок.)

10.Теор. работы свай-стоек и трения. Методы опред-я несущ. способности сваи на вдавливающие, выдергивающие и горизонт-е усилия. Сваи-стойки прорезают всю толщу сжимаемых грунтов и опираются на несжимаемый грунт. При загрузке их силой F они практически не получают вертикального перемещения. Между боковой поверхностью сваи и грунтом не может возникнуть трение. Считают, что сваи-стойки передают давление только через нижний конец и работают как сжатые стержни в упругой среде.

Сваи трения (висячие) окружены со всех сторон сжимаемыми грунтами. Под вдавливающей нагрузкой такие сваи перемещаются вниз (получают осадку) и по их боковой поверхности развивается суммарная сила трения F_S. Под нижним концом сваи возникает сопротивление F_p. Сопротивление основания перемещению сваи трения под нагрузкой называют несущей способностью сваи:

Несущую способность F_d кН (тc), свай по результатам их испытаний вдавливающей, выдергивающей и горизонтальной статическими нагрузками и по результатам их динамических испытаний следует определять по формуле

16 где g_c,— коэффициент условий работы; в случае вдавливающих или горизонтальных нагрузок g_c = 1;

F_u,p — нормативное значение предельного сопротивления сваи, кН (тc),

g_g,— коэффициент надежности по грунту,

Шпунтовые конструкции.

Используются для улучшения условий работы грунтов как ограждающие элементы в основания сооружений. Шпунтовое ограждение является наиболее надежным, но и самым дорогим из существующих способов. Применяют шпунт при разработке выемок в водонасыщенных грунтах вблизи существующих зданий. Шпунт, металлический или деревянный, забивают в грунт на глубину, превышающую глубину будущего котлована на 2...3 м,погружая через толщу слабых грунтов в относительно плотный грунт. И на песчаной подсыпке (дренирующий слой) в сопряжении со шпунтовым ограждением устраивается сооружение.,.Это исключает возможность выпирания грунта в сторону из-под фундамента, т.е. увеличивает его несущую способность, за счет того, что грунт приводит к уменьшению осадок.

Армирование грунта.

Метод армирования грунта заключается в введении в него специальных, армирующих элементов, уменьшающих его сжимаемость и увеличивающих его прочность. Армирование производится в виде лент или сплошных матов, выполненных из геотекстиля. Реже используется металлическая арматура Армирующие элементы должны обладать достаточной прочностью и обеспечивать необходимое зацепление с грунтом, для чего их поверхность делается шероховатой.

Боковые пригрузки.

Устройством пригрузок основания и низовой части откосов можно повысить устойчивость откосов, а также основание грунта под ее подошвой. Пригрузки выполняются из крупнообломочных или песчаных грунтов.

Оболочки.

К специальным фундаментам глубокого заложения обычно относят:

• глубокие опоры отличаются от буровых или набивных свай только большими размерами (диаметр до 2,5м, глубина до 60м). Чаще всего они делаются с уширенным нижним концом, иногда с несколькими уширениями.
• «стены в грунте»; о бычно понимается не только как конструкция глубокого фундамента, но и как определенная технология устройства подземных помещений. По контуру будущего сооружения откапывается глубокая узкая траншея (обычно шириной 0,6м, глубиной 20…30м, иногда до 50м), в нее устанавливается арматура, и производится заполнение бетонной смесью Стены в грунте могут использоваться не только как фундаменты и ограждения подземных помещений, но и как противофильтрационные завесы.
• опускные колодцы. это большое железобетонное изделие, диаметром более 3 м и глубиной более 10 м в плане кольцеобразное или прямоугольное (коробчатое), которое погружается в грунт под действием собственного веса при удалении грунта из его внутренней зоны. с использованием, в сл Технология опускания колодца:

· Диаметром 3м при помощи экскаватора грейферного типа.

Конструктивные методы преодоления сил трения:

· Устройство выступа в ножевой части колодца;

· Заполнение полости между колодцем и грунтом глинистым раствором;

· Увеличение веса колодца (массивные стены)

· Принудительное задавливание или при помощи вибрации.

Способы разработки грунта:

· Механический (экскаваторы, грейферы)

· Гидромеханический.

учае необходимости, подмыва и вибраторов или задавливающих устройств.

сваи-оболочки представляют собой полые стержни значительного диаметра. Такие конструкции нашли применение в строительстве крупных сооружений, например, для закладки многоэтажных домов.

Основная масса свай-оболочек изготавливается из бетона и армируется арматурным каркасом. металлические сваи-оболочкиявляются, по своей сути, трубами различного сечения. ↑ Для погружения свай-оболочек в грунт используется специальная вибрационная техника.

Кессоны - разновидность опускного колодца, погружение которого производится ниже уровня грунтовых вод.

При монтаже колодца его элементы рассчитываются:

· На нагрузку со стороны грунта (активное давление на стенки колодца)

· На реактивное грунта в ножевой части;

На действие собственного веса при возможном зависании колодца.

 

18.Траншейные стены, возводим. метод "стена в грунте". Конструктив. особенности, область применен., технология устр-ва.

Щелевые фундаменты (шлицевые) и стены в грунте

· Конструкция, устраиваемая из армированного бетона в разработанных траншеях любой конфигурации глубиной до 6 м (до 100м) призматические конструкции, шириной от 100 до 1000 мм, в т.ч. взаимно пересекающихся, концентрических и т.д.

Применение: Опоры для сооружений с большими комбинированными нагрузками, противофильтрационные завесы, стены подземных сооружений и т.д.

Технология изготовления

· Без применения глинистого раствора – в устойчивых неводонасыщенных грунтах глубиной до 6м

· С применением глинистого раствора – в водонасыщенных, неустойчивых грунтах глубиной до 100м

Этапы струйной цементации

• Суть метода – в подаче в готовую скважину цемента под большим давлением – в результате чего происходит укрепление стенок скважины благодаря образованию грунтобетона. Последний выполняет функцию связующего элемента, улучшающего – пусть и локально – свойства исходного грунта.

Область использования струйной цементации грунтов довольно широкая. Технология позволяет эффективно – то есть быстро и с минимальными затратами – построить такой объект как стена в грунте, отремонтировать и восстановить заглубленный фундамент, устроить свайный бетонный фундамент даже на слабых грунтах или участках, где грунт неоднороде

Основы проектирования фундаментов. Исходные данные к проектированию. Примеры возникновения ситуаций чрезмерных деформаций оснований и фундаментов.

Фундаментомназывается заглубленная в грунт конструкция, передающая воздействия и нагрузки от здания на основание.

Основные принципы проектирования фундаментов:

· Основания и фундаменты рассчитываются по предельным состояниям I и II группы предельных состояний.

· При расчете сооружений учитывается совместная работа оснований, фундаментов и надземных конструкций.

· Вариантное проектирование

Вариантное проектирование подразумевает комплексный учет факторов при выборе типа фундаментов:

· инженерно-геологических условий площадки строительства;

· конструктивных особенностей здания и чувствительности конструкций здания к неравномерным осадкам;

· особенности технологических процессов (для промышленных зданий) и их влияния свойства грунтов основания;

· способа производства работ при возведении фундаментов и подземной части сооружения.

Исходные данные к проектированию

· Конструктивная схема здания, режим эксплуатации и особенности технологических процессов.

· Геологические и геморфологические особенности района. Топографические данные участка. Инженерно-геологические и гидрогеологические условия строительной площадки.

· Данные о оснащенности местных строительных организаций специальным оборудованием и механизмами.

Конструктивная схема здания включает:

· перечень основных несущих конструкций;

· глубину заложения фундаментов;

· степень статической неопределимости и гибкость надземных конструкций;

· величины и характер действующих нагрузок;

Особенности технологических процессов:

· наличие вибрационных и динамических воздействий;

· наличие агрессивных сред;

· наличие технологических процессов, связанных с развитой системой водоснабжения и водоотведения;

·

Предельные состояния при проектировании оснований и фундаментов. Условия выполнения I и II группы предельных состояний.

 

Основания и фундаменты, как и другие строительные конструкции, рассчитываются по двум группам предельных состояний (ПС):

I группа – по несущей способности и устойчивости основания;

II группа – по деформациям.

При расчете по I группе – производится определение состояния, при котором может произойти потеря устойчивости основания, обрушение откосов, устойчивости подпорных стен и т.п.

При расчете по II группе ограничиваются величины абсолютных осадок, неравномерных осадок, крена, горизонтальных смещений и т.п.

По I группе ПС расчеты необходимо выполнять в обязательном порядке лишь в следующих случаях:

· на основание передаются значительные горизонтальные нагрузки (подпорные стены, фундаменты распорных конструкций и т.п.);

· сооружение расположено на откосе или вблизи откоса;

· основание сложено слабыми водонасыщенными, пылеватоглинистыми грунтами со следующими физико-механическими характеристиками:

E < 5 МПа

S_r> 0,85

C_v< 107 см2/год (коэффициент консолидации);

· основаниесложеноскальнымигрунтами.

Условие I группы ПС можно записать в виде:

N_I<N_u

где N_I – расчетная нагрузка на уровне подошвы фундамента;

N_u – предельная нагрузка на основание, определяемая для фундаментов как предельная критическая нагрузка P^III_cr. С учетом соответствующих коэффициентов надежности, определяемых в зависимости от типа фундамента, грунтовых условий и т.п.

Основным условием соблюдения требований II группы предельных состояний является:

 

 

 

Где - максимально допустимое значение неравномерных деформаций

 

 

относительная неравномерная осадка фундамента