Краткая история развития фундаментостроения.

Краткая история развития фундаментостроения.

Революция конца 18-19 вв. вызвала бурное развитие техники, транспорта и разных отраслей промышленности, в связи с этим возросли объемы строительства. В это время фундаментостроение переходит на научную основу. Большая заслуга принадлежала:

• Шарлю Кулону;
• Сен-Венану;
• Карлу Мору;
• Бусинеску;
• Фусс;
• Карлович(Россия);
• Красовский(Россия);
• Курдюмов (Россия).

В 19 веке МГ становится самостоятельной наукой. Особая роль – Карлу Терцаги. Немалый вклад внесли отечественные специалисты:

· Герсенванов;

· Минаев;

· Пузыревский;

· Цытович «МГ», «Краткий курс МГ»

· Ухов С.Б. «МГ», «ОиФ»

· Далматов «МГ и ОФ»

 

4. Применение решений механики грунтов. Факторы, влияющие на проектирование грунтовых оснований.

Результаты механики грунтов используются:

- в промышленности и гражданском строительстве

- в гидромеханическом строительстве (автодорог и ж/д)

- в строительстве мостов

- в стр-ве аэродромов

- в подземном стр-ве

- в стр-ве военных объектов и объектов спец. назначения

- в с/х стр-ве

- в стр-ве линейных объектов (линии электропередач, трубопроводов)

- в стр-ве объектов энергетического хозяйства

Факторы, влияющие на проектирование грунтовых оснований:

- повышение этажности зданий, увеличение габаритов сооружений и массы технологического оборудования

- возросли требования к качеству стр-ва, сокращению его материалоемкости, стоимости и продолжительности работ

- возросли объемы по реконструкции зданий и сооружений, это ведет к сложным проблемам усилений фундаментов и оснований

- нехватка территорий с благоприятными грунтовыми условиями

 

 

Грунтовые основания. Происхождение грунтов.

Грунтами строители называют верхние слои коры выветривания литосферы – это всякая горная порода, используемая при строительстве в качестве основания, или как материл для сооружения.

Горная порода – совокупность минералов, характеризуемая составом, структурой и текстурой.

Состав – перечень минералов, составляющих породу.

Структура - размер, форма и количественные соотношения слагающих породу частиц

Текстура – пространственное расположение элементов грунта, определяющее его строение.

1. Магматические горные породы ( изверженные ГП) образовались при медленном остывании магмы в верхних слоях земной коры (интрузивные породы – гранит, диорит, габбро), а так же при быстром остывании излившейся на поверхность магмы (эффузивные – базальт, порфир)
2. Осадочные ГП образуются в результате выветривания, перемещения, осаждения и уплотнения продуктов разложения исходных магматических и метаморфических пород. Бывают: сцементированные - песчаники, доломиты, алэвроиты ; несцементированные - крупнообломочные, песчаные, глинистые лёссы, илы, торфы и почвы;
3. Метаморфические горные породы – образуются в недрах земли из осадочных и магматических пород под действием высокой температуры и давления (сланцы, мрамор, кварциты, гнейсы)

Горные породы магматич, метаморфич. происхождения и сцементированные осадочные породы относятся к классу скальных грунтов. Осадочные несцементированные породы относятся к классу нескальных грунтов.

 

Магматические и метаморфические горные породы

Магматические горные породы ( изверженные ГП) образовались при медленном остывании магмы в верхних слоях земной коры (интрузивные породы – гранит, диорит, габбро), а так же при быстром остывании излившейся на поверхность магмы (эффузивные – базальт, порфир). Образование магматических непрерывно происходит и сейчас, в зонах активного вулканизма и горообразования.

Метаморфические горные породы – образуются в недрах земли из осадочных и магматических пород под действием высокой температуры и давления (сланцы, мрамор, кварциты, гнейсы). Типичными метаморфическими горными породами являются разные по составу кристаллические сланцы, контактовые роговики, скарны, гнейсы, амфиболиты, мигматиты и др. Различие в происхождении и, как следствие этого, в минеральном составе горных пород резко сказывается на их химическом составе и физических свойствах.

Осадочные ГП

Осадочные ГП образуются в результате выветривания, перемещения, осаждения и уплотнения продуктов разложения исходных магматических и метаморфических пород. Бывают: сцементированные - песчаники, доломиты, алэвроиты ; несцементированные - крупнообломочные, песчаные, глинистые лёссы, илы, торфы и почвы;

По способу своего образования осадочные породы подразделяются на три основные генетические группы: обломочные породы (брекчии, конгломераты, пески, алевриты) — грубые продукты преимущественно механического разрушения материнских пород, обычно наследующие наиболее устойчивые минеральные ассоциации последних; глинистые породы — дисперсные продукты глубокого химического преобразования силикатных и алюмосиликатных минералов материнских пород, перешедшие в новые минеральные виды; хемогенные, биохемогенные и органогенные породы — продукты непосредственного осаждения из растворов (например, соли), при участии организмов (например, кремнистые породы), накопления органических вещества (например, угли) или продукты жизнедеятельности организмов (например, органогенные известняки).

Характерной особенностью осадочных Г.П., связанной с условиями образования, является их слоистость и залегание в виде более или менее правильных пластов.

Виды осадочных пород по генезису.

Осадочные ГП образуются в результате выветривания, перемещения, осаждения и уплотнения продуктов разложения исходных магматических и метаморфических пород. Бывают: сцементированные - песчаники, доломиты, алэвроиты ; несцементированные - крупнообломочные, песчаные, глинистые лёссы, илы, торфы и почвы;

Для простоты изучения осадочных породприменяется сравнительно простая классификация, в основе которой лежит генезис (условия образования) осадочных пород. Согласно ей породы этого класса подразделяются на на три основные генетические группы: обломочные породы (брекчии, конгломераты, пески, алевриты) — грубые продукты преимущественно механического разрушения материнских пород, обычно наследующие наиболее устойчивые минеральные ассоциации последних; глинистые породы — дисперсные продукты глубокого химического преобразования силикатных и алюмосиликатных минералов материнских пород, перешедшие в новые минеральные виды; хемогенные, биохемогенные и органогенные породы — продукты непосредственного осаждения из растворов (например, соли), при участии организмов (например, кремнистые породы), накопления органических вещества (например, угли) или продукты жизнедеятельности организмов (например, органогенные известняки).

Виды воды в грунтовом массиве.

При увеличении количества воды в грунте вода начинает заполнять пустоты между частицами, которые имеют разные размеры и в том числе размеры капилляров (меньше 1 мм)

Вода в грунте может быть 4х видов (не считая замерзшей)

• (1. Свободная; 2. Капиллярная) - относятся к гравитационной
• (3. Рыхлосвязанная; 4. Плотносвязанная) - относятся к связанной

Гравитационная – подчиняется законам гидравлики. Перемещается в грунте под действием гидродинамических сил (разности напоров).

Капиллярная – неподвижная (она зависает в порах благодаря действию капиллярных сил)

Связанная вода образуется благодаря действию вокруг глинистых частиц электромолекулярных сил.

Такая вода характерна для глинистых грунтов. В песчаных в основном гравитационная.

Прочносвязанная вода находится в особом твердом состоянии (ρ= 2 г/см³).

Она обладает структурой в виде цепочек (у льда в виде кристаллической решетки). Этот вид воды можно отнести к твердому компоненту.

Рыхлосвязанная занимает промежуток между твердым и жидким состоянием.

Пределы Аттерберга.

 

Пылевато-глинистые грунты могут менять консистенцию от твердой до текучей.

Для определения пластических свойств глинистых грунтов точных методов нет. В большинстве стран используют пределы Аттерберга (нулевая влажность -> предел раскатывания - > предел текучести).

Если предел А большой – грунт пластичный (т.е частицы грунта мелкие). Если частицы крупные предел А меньше.

Для определения консистенции грунта находят характерные влажности:

Wp – влажность на границе раскатывания – это влажность, при которой шнур из глинистого грунта диаметром 3 мм начинает крошиться.

WL – влажность на границе текучести, при которой грунт переходит в текучее состояние. Она определяется погружением стандартного конуса на глубину 10 мм за 5 секунд.

Величины Wp и WL наз соответственно нижним и верхним пределами пластичности.

Число пластичности Ip — разность влажностей, соответствующая двум состояниям грунта: на границе текучести WL и на границе раскатывания Wp. Используется как классификационный показатель, характеризующий вид глинистого грунта: если Ip=1…7 этот грунт супесь, 7-17 суглинок, >17 глина.

Сравнение естественной влажности грунта с влажностью на границе раскатывания (пластичности) и текучести позволяет устанавливать его состояние по показателю текучести (консистенции):

IL=(W-Wp)/Ip. W – природная влажность.

Для глин и суглинков: IL= 0< твердый; 0-0.25 полутвердый; 0.25-0.5 тугопластичный; 0.5-0.75 мягкопластичный; 0.75 -1 текучепластичный; >1 текучий.

0-0.5 надежные основания

0.5-0.75 необходимо использовать специальные методы строительства

0.75-1 практически нельзя использовать без укрепления

 

Сопротивление грунтов сдвигу. Основные понятия.

При рассмотрении равновесия отдельной частицы песчаного грунта на открытом откосе.

φ – угол естественного откоса.

Из рассматриваемого равновесия этой частицы можно написать следующее уравнение: f = T/N = (Gsinφ)/(Gcosφ) = tgφ, T - сдвигающая сила, S – удерживающая сила,G – сила тяжести, N – нормаль к плоскости сдвига, f – коэффициент трения.

Под действием внешней нагрузки в отдельных точках грунтового массива напряжения могут превысить связи между частицами. При этом возникают скольжения и сдвиги одних частиц или агрегатов по другим и может нарушиться сплошность грунта, т.е. прочность его будет превышена. Под прочностью подразумевается свойство материала сопротивляться разрушению или развитию больших пластичных деформаций, приводящих к недопустимым искажениям формы тела.

С – удельное сцепление грунта - характеризует связность грунта, зависит от наличия жестких и водно-коллоидных связей, структуры грунта.

Внутренние сопротивления препятствуют сдвигу частиц. В идеально сыпучих телах будет лишь трение, возникающее в точках контакта частиц. В идеально связных грунтах (вязкие дисперсные глины) перемещение частиц будут сопротивления только внутренних структур связей и вязкость водно-коллоидных оболочек. Природные глины обладают как вязкими (водно-коллоидными) так и жесткими кристаллическими связями, до тех пор пока действие напряжений внутренних связей не преодолены. Глины ведут себя как твердые тела, обладающие лишь упругими связями сцепления. Под силами сцепления будем подразумевать сцепление структурных связей всякому перемещению связных частиц независимо от величины внешнего давления. Если нагрузка будет такова, что эффективные напряжения превзойдут прочность жестких структурных связей. То в точках контакта частиц и по поверхности их водно-коллоидных оболочек сдвижению частиц будут сопротивляться еще оставшиеся и вновь возникающие водно-коллоидные связи.

Для характеристики сил трения между частицами внутри массива вводиться понятие угла внутреннего трения - φ и уд. сцепление – С.

tgφ – характеризует соотношение между нормальным и сдвиговым напряжениями внутри массива, а С – сопротивление структурных связей всякому перемещению.

φ и С – основные прочностные показатели сопротивления грунта сдвигу.

Метод угловых точек.

В результате сравнения численных решений оказалось, что напряжение под центром и под углом площади связанны следующим образом:

σ_{z угл}/Z=0.25σ_{z центр}/(0,5z)

Для определения вертикального напряжения σ_z в любой точке полупространства можно воспользоваться выражением

σ_z=0.25αP, где α- коэфф., принимаемый в зависимости от отношения сторон площадей загружения a,b и глубины z.

Так, пользуясь методом угловых точек, можно найти напряжение в любой точке полупространства, к поверхности которого приложена равномерно распределенная нагрузка в пределах прямоугольной площади.

Устойчивость откосов

Откосом называется искусственно созданная наклонная поверхность, ограничивающая естественный грунтовый массив или насыпь.

Устойчивость откосов зависит от:

- прочности грунтов под откосом и в его основании, причем характеристики прочности могут изменяться со временем;

- удельного веса грунтов под откосом и в его основании;

- крутизны откоса;

- высоты откоса;

- нагрузок на поверхности откоса;

- фильтрации воды через откос;

- положения уровня воды, насыщающей грунт в теле откоса.

Разрушение откоса может происходить внезапно и носить характер обвала или оплыва, а также проявляться в виде длительного оползания, что особенно характерно для глинистых грунтов. В ряде случаев грунты оснований под откосом являются менее прочными, чем грунты в теле откоса. Тогда становится возможным их выдавливание из-под откоса, с обрушением всего откоса или его части.

Предельно устойчивым называется откос, под которым в каждой точке грунт находится в предельно напряженном состоянии. Теоретически предельно устойчивый откос из сыпучего грунта - песка имеет прямолинейный контур с углом наклона к горизонту, равным углу внутреннего трения.

Виды оползней

О́ползень — сползание и отрыв масс горных пород вниз по склону под действием силы тяжести.

-оползни по поверхности расположенных в глубине массива характерны для грунтов, обладающих трением и сцеплением

-сползание по поверхности откоса(осыпь)харак для песчаного грунта

-разжижение грунтов харак для водонасыщенных грунтов при динамических воздействиях

Причиной образования оползней является нарушение равновесия между сдвигающей силой тяжести и удерживающими силами. Оно вызывается:

• увеличением крутизны склона в результате подмыва водой;

• ослаблением прочности пород при выветривании или переувлажнении осадками и подземными водами;

• воздействием сейсмических толчков;

• строительной и хозяйственной деятельностью.

 

Подпорные стенки

Подпорная стенка-это сооружение, предназначенное для удержания грунтовой массы от обрушения. Обычно подпорные сооружения устраивают вблизи домов, дорог и иных сооружений, когда необходимо обеспечить резкий перепад отметки планировки.

Подпорная стенка удерживает от обрушения грунт, т.е грунт является для нее нагрузкой, которая стремится опрокинуть и обрушить стену. Однако, продумав конструкцию подпорной стенки можно не только снизить негативное действие грунта на стенку но и вовлечь в обеспечение устойчивости стенки.

 

Пассивное давление

Пассивное давление или отпор в грунте возникает тогда, когда конструкция оказывает давление на грунт (опорный фундамент арки).

Пассивный отпор грунта в этом случае может быть определен выражением:

 

 

УКРЕПЛЕНИЕ ОТКОСОВ

 

Производится с целью предупреждения их размыва или выдувания грунта с их поверхности. К мероприятиям по У. о. выемок относятся: а) одерновка (покрытие слоем дерна) для защиты глинистых и других грунтов, слабо подвергающихся размыву; одерновка м. б. сплошной или в клетку с заполнением клеток растительной землей и посевом на ней трав с овсом; на пологих откосах дерн кладется плашмя (одерновка в ленту), на более крутых — слой на слой по нормали к откосу (одерновка в стенку);

б) устройство клеток из камня или Камышевых жгутов с заполнением растительной землей и посевом (такие клетки удерживают откосы от сплыва на время, пока не прорастет трава);

в) устройство каменных или бетонных стенок для откосов в легко выветривающейся скале или в скале с прослойками слабого грунта.

 

Пример

Определить осадку основания фундамента через 1, 2 года и 5 лет. Давление под подошвой фундамента р = 2 кгс/см²; грунт - суглинок; толщина сжимаемого слоя 5м; коэффициент фильтрации k_Ф = 10 ^-8 см/сек; Коэффициент относительной сжимаемости суглинка m₀=0,01 см²/кг.

1. Определяем величину коэффициента консолидации: ^Пе ревод из секунд в год

С_V=k_Ф/(m₀γ_ω)=(10^-8*3*10⁷){см/год}/(0.01{см2/кг}*0,001)=3*10⁴ см²/год

2. Определяем величину N:

N= π² С_Vt/(4h²)=0.3t

 

3. Определяем величину степени консолидации:

U₁=1-16(1-2/π)e^-0.3t/π²

U₁=0.39

U₂=0.55

U₃=0.82

4. Вычисляем величину конечной осадки:

S=hm₀p=500*0.01*2=10 см

5. Вычисляем осадки во времени, как:
S_t=S_kU_i

 

Краткая история развития фундаментостроения.

Революция конца 18-19 вв. вызвала бурное развитие техники, транспорта и разных отраслей промышленности, в связи с этим возросли объемы строительства. В это время фундаментостроение переходит на научную основу. Большая заслуга принадлежала:

• Шарлю Кулону;
• Сен-Венану;
• Карлу Мору;
• Бусинеску;
• Фусс;
• Карлович(Россия);
• Красовский(Россия);
• Курдюмов (Россия).

В 19 веке МГ становится самостоятельной наукой. Особая роль – Карлу Терцаги. Немалый вклад внесли отечественные специалисты:

· Герсенванов;

· Минаев;

· Пузыревский;

· Цытович «МГ», «Краткий курс МГ»

· Ухов С.Б. «МГ», «ОиФ»

· Далматов «МГ и ОФ»

 

4. Применение решений механики грунтов. Факторы, влияющие на проектирование грунтовых оснований.

Результаты механики грунтов используются:

- в промышленности и гражданском строительстве

- в гидромеханическом строительстве (автодорог и ж/д)

- в строительстве мостов

- в стр-ве аэродромов

- в подземном стр-ве

- в стр-ве военных объектов и объектов спец. назначения

- в с/х стр-ве

- в стр-ве линейных объектов (линии электропередач, трубопроводов)

- в стр-ве объектов энергетического хозяйства

Факторы, влияющие на проектирование грунтовых оснований:

- повышение этажности зданий, увеличение габаритов сооружений и массы технологического оборудования

- возросли требования к качеству стр-ва, сокращению его материалоемкости, стоимости и продолжительности работ

- возросли объемы по реконструкции зданий и сооружений, это ведет к сложным проблемам усилений фундаментов и оснований

- нехватка территорий с благоприятными грунтовыми условиями