Фундаменты на основаниях, сложенных набухающими грунтами

Ряд глинистых грунтов обладает способностью набухать при повышенной влажности и, наоборот, давать усадку при последующем снижении влажности. Способность к набуханию имеют также некоторые виды шлаков и пылевато-глинистых грунтов при замачивании химическими отходами производства.

Набухающие грунты характеризуются следующими параметрами, определяемыми на основе опытов:

* давлением набухания p_sw;

* влажностью набухания W_sw;

* относительным набуханием при заданном давлении e_sw;

* относительной усадкой при высыхании e_sh.

 

Расчет оснований, сложенных набухающими грунтами производится следующим образом. Деформации уплотнения грунтов основания от внешней нагрузки и возможная осадка от уменьшения влажности набухающего грунта должны суммироваться. Подъем основания при набухании грунтов рассчитывается в предположении полной стабилизации осадок уплотнения грунтов от внешней нагрузки.

 

Осадка основания в результате высыхания набухающих грунтов определяется по формуле:

, (6.25)

где e_sh,i – относительная линейная усадка грунта i -го слоя;

h_i – толщина i -го слоя грунта;

K_sh =1,3 – коэффициент;

n – число слоев в пределах зоны усадки.

Нижняя граница зоны усадки, как правило, должна определяться опытным путем. При отсутствии таковой величина H_sh принимается равной 5м.

 

Подъем основания при набухании грунта определяется по формуле:

, (6.26)

где e_sw,i – относительное набухание i -го слоя грунта;

h_i – толщина i -го слоя грунта;

K_sw,i – коэффициент принимаемый равным 0,8 при s_z,tot =0,05МПа; 0,6 – при s_z,tot =0,3МПа; при промежуточных значениях s_z,tot K_sw,i принимается по интерполяции;

n – число слоев, на которое разбита зона набухания грунта.

 

Положение нижней границы зоны набухания H_sw находится из следующих условий:

1) при инфильтрации влаги – горизонтом грунта, где суммарное давление s_z,tot равно давлению набухания p_sw;

2) при экранировании поверхности и изменении водно-теплового режима – опытным путем или равным H_sw =5м при отсутствии опытных данных.

 

Если расчетные деформации оснований, сложенных набухающими грунтами, оказываются больше предельных, предусматривают следующее:

* водозащитные мероприятия;

* предварительное замачивание набухающих грунтов в пределах всей зоны или ее части;

* проектирование компенсирующих песчаных подушек;

* замену набухающего грунта ненабухающим полностью или частично;

* прорезку фундаментами слоя набухающих грунтов (полную или частичную).

 

В качестве конструктивных мероприятий принимается увеличение жесткости зданий и сооружений путем разбивки на отдельные отсеки осадочными швами, устройство железобетонных непрерывных поясов толщиной не менее 15см, выполняемых в нескольких уровнях по высоте.

 

Расчет и конструирование свайных фундаментов.

Общие указания

Сваями называются погружаемые или сформированные в грунте в вертикальном или наклонном положении относительно длинные стержни, передающие нагрузки на основание за счет лобового сопротивления и трения грунта по боковой поверхности.

Свайным фундаментом считают группу свай, объединенных сверху специальной конструкцией в виде плит или балок, называемых ростверками, которые предназначены для передачи и равномерного распределения нагрузки на сваи. Ростверки, являясь несущими конструкциями, служат для опирания надземных конструкций зданий.

Расчет свайных фундаментов и их оснований должен производиться по предельным состояниям двух групп.

1. По первой группе:

- по прочности конструкций свай, свайных ростверков;

- по несущей способности грунта основания свайных фундаментов и свай;

- по устойчивости (несущей способности) оснований свайных фундаментов в целом, если на них передаются горизонтальные нагрузки (подпорные стены, фундаменты распорных конструкций и др.) или если основания ограничены откосами либо сложены крутопадающими слоями грунта.

2. По второй группе:

- по осадкам оснований свайных фундаментов от вертикальных нагрузок;

- по перемещениям свай (вертикальным, горизонтальным перемещениям, углам поворота головы сваи) совместно с грунтом оснований от действия вертикальных, горизонтальных нагрузок и моментов;

- по образованию и раскрытию трещин в элементах железобетонных конструкций свайных фундаментов.

 

Выбор типа и размера свай

Тип сваи выбирается в зависимости от метода производства работ (забивные или изготовляемые в грунте), формы поперечного сечения (квадратные, прямоугольные, круглые, квадратные с круглой полостью и др.), вида армирования (напряженно-армированные, и ненапряженно-армированные) и т.д.

Размеры свай и глубина их забивки назначаются проектировщиком и зависят от ряда факторов: геологических условий, действующих нагрузок, типа ростверка, имеющегося оборудования для изготовления свай.

Для забивных железобетонных свай квадратного сечения поперечные размеры изменяются от 20x20см до 45x45cм (Таблица 6.19).

При проектировании свайного фундамента из таких свай в качестве первого приближения рекомендуется применять размер 30x30см. В зависимости от положения подошвы относительно поверхности земли ростверки бывают высокие (подошва расположена над поверхностью грунта), пониженные (подошва расположена на поверхности грунта, или незначительно заглублена) и низкие (полностью расположены в грунте). Положение ростверка обычно назначает проектировщик надземной части здания или сооружения. В курсовом проекте студент назначает положение ростверка самостоятельно в зависимости от конструктивных решений подземной части здания или сооружения (наличия подвала, технического подполья). Глубина заложения ростверка определяется аналогично глубине заложения фундамента на естественном основании (см. п.6.2.2).

Сопряжение сваи с ростверком может быть свободным (шарнирным) и жестким.

Свободное опирание ростверка на сваи при монолитных ростверках должно выполняться путем заделки головы сваи в ростверк на глубину 5…10см. Заделка выпусков арматуры в ростверк в этом случае необязательна.

Жесткое сопряжение обеспечивается заделкой сваи в ростверк на глубину не менее d (d – сторона квадратной сваи или диаметр круглой). Жесткое сопряжение следует предусматривать в случаях когда:

а) стволы свай располагаются в слабых грунтах (рыхлых песках, глинистых грунтах текучей консистенции, илах, торфах и т.д.);

б) сжимающая нагрузка, передаваемая на сваи, приложена к ней с эксцентриситетом, выходящим за пределы ее ядра сечения;

в) на сваи действуют горизонтальные нагрузки, величины перемещений от которых при свободном опирании (определенные расчетом) оказываются более предельно допускаемых для проектируемого здания или сооружения;

г) в фундаменте имеются наклонные или составные вертикальные сваи;

д) сваи работают на выдергивающие нагрузки.

В остальных случаях назначается свободное сопряжение сваи с ростверком.

 

Таким образом, назначив тип ростверка (т.е. геометрическое положение его относительно поверхности грунта) и сопряжение сваи с ростверком, мы определили положение верхней части (оголовка) сваи.

 

Острие сваи следует располагать в прочных малосжимаемых грунтах. При этом заглубление нижних концов свай в грунты, принятые за основание должно быть не менее:

* в крупнообломочные грунты, гравелистые, крупные и средней крупности песчаные грунты, а также глинистые грунты с показателем текучести I_L £0,1 не менее 0,5 м;

* в прочие виды нескальных грунтов – 1 м.

Назначив ориентировочное положение нижнего конца сваи на геологическом разрезе, устанавливают длину сваи (для забивных по соответствующим каталогам и ГОСТ) и уточняют положение нижнего конца сваи.

 

Таблица 6.19

Основные размеры и масса железобетонных свай квадратного сечения

Марка	Сторона поперечного сечения	Длина, мм	Масса, т
призматической части L	острия l	1м сваи	острия
С		3000…6000 4500…6000 3000…12000 8000…16000 13000…16000		0,10 0,16 0,22 0,30 0,40	0,01 0,03 0,05 0,06 0,08
СН		9000…15000 10000…20000 13000…20000		0,22 0,30 0,40	0,04 0,06 0,08
СНпр		3000…6000 4500…6000 2000…15000 8000…20000 13000…20000		0,10 0,16 0,22 0,30 0,40	0,01 0,03 0,05 0,06 0,08
СНп		11000…15000 10000…20000 13000…20000		0,22 0,30 0,40	0,04 0,06 0,08

 

Примечания:

1. Длина забивных свай L измеряется от оголовка сваи до начала острия.

2. Длина забивных свай до 6м изменяется в каталогах через 0,5м, свыше 6м – через 1м.

3. Обозначение свай: С4,5-30 – сплошная свая с поперечным армированием и с ненапрягаемой арматурой длиной 4,5м и сечением 30´30см (по ГОСТ 19804.1-79) (С – свая с ненапрягаемой арматурой; СН – с напрягаемой арматурой; СНпр – с напрягаемой проволочной арматурой; СНп – с напрягаемой прядевой арматурой.)