Расчет осадок методом послойного суммирования.

Вначале производится привязка фундамента к инженерно-геологической си­туации основания, т. е. со­вмещение его оси с литологической колонкой грун­тов. При известных на­грузках от сооружения определяется среднее дав­ление на основание по по­дошве фундамента р. За­тем, начиная от поверхности природного рельефа строится эпюра природного давления по оси фундамента. Зная природное давление в уровне подошвы фундамента σ_zq,0, определяют дополнительное вертикальное напряжение в плоскости подошвы фундамента: p₀= σ_zp,0=p- σ_zq,0. Далее в том же масштабе строят эпюру дополнительных напряжений по оси фундамента.

Построив эпюры природного давления и дополнительного на­пряжения, находят нижнюю границу сжимаемой толщи. Эту опера­цию удобно выполнять графически для чего эпюру природного давления, уменьшенную в 5 им 10 раз (в зависимости от условия ограничения сжимаемой толщи), совмещают с эпюрой дополни­тельных напряжений. Точка пересечения линий, ограничивающих эти эпюры, и определит положение нижней границы сжимаемой

толщи.

Сжимаемую толщу основания разбивают на элементарные слои так, чтобы в пределах каждого слоя грунт был однородным. Обыч­но толщину каждого элементарного слоя h_i принимают не более 0,4 b. Зная дополнительное напряжение в середине каждого элемен­тарного слоя σ_zp,i, определяют сжатие этого слоя. Нормы допускают принимать значения безразмерного коэффициента β равным 0,8.

 

Рис. 7.5. Цитологическая колонка и расчетная схема для определения осадок методом послой­ного суммирования:

DL — отметка планировки; NL — отметка по­верхности природного рельефа; FL — отметка подошвы фундамента; WL — уровень подзем­ных вод; B.C. — нижняя граница сжимаемой толщи

 

Модуль деформации Е или относительный коэффициент сжима­емости m_v определяют по компрессионной кривой в зависимости от природного давления и дополнительного напряжения в середине каждого элементарного слоя грунта согласно приведенному на рис. 7.4, в. При наличии для каких-либо пластов грунта данных испыта­ний пробной статической нагрузкой, статическим или динамичес­ким зондированием модуль деформации определяют по формулам, приведенным в § 4.5.

Общая осадка фундамента находится как сумма величин сжатия каждого элементарного слоя в пределах сжимаемой толщи по формулам

где n — число слоев в пределах сжимаемой толщи; h_i — толщина i -го слоя грунта; Е_i — модуль деформации i -гo слоя грунта; m_vi — относительный коэффициент сжимаемости i -го слоя грунта; =0,8.

 

 

15. Определение несущей способности сваи по результатам испытания динамической, статической нагрузкой. Ложный и истинный отказ

Определение несущей способности свай динамическим методом.

Уравнение для определения несущей способности свай динамическим способом, т.е. в момент забивки:

QH = A + B + C, где QH – работа свайного молота; A = Pe – работа, затраченная на погружение сваи; В = Qh – работа упругих деформаций (подскок свайного молота); С = aQH – потерянная работа (трение, смятие, нагрев и т.д.).

Схема импульсного ударного воздействия молота на голову сваи в момент забивки и упругого подскока

 

Выполнив подстановку в исходное уравнение принятых обозначений, получим:

QH = Pe + Qh + aQH, где Р – сопротивление сваи погружению (несущая способность сваи); a - коэффициент, учитывающий потерю работы.

В результате получаем квадратное уравнение, решение которого можно представить в виде:

, где А – площадь поперечного сечения сваи; е – действительный отказ сваи; Q – вес ударной части молота; q – вес сваи; n – коэффициент, учитывающий упругие деформации (150 т/м2 – для ж/б сваи).

На практике при проектировании эту формулу используют для определения величины отказа (е), определив заранее расчётом величину (Р).

.

Достоинства динамического метода испытаний:

– простота;

– малая стоимость.

Недостатки динамического метода испытаний:

– неточные результаты для глинистых грунтов.

Определение несущей способности свай статической нагрузкой.

Метод испытания свай вертикальной статической нагрузкой, не­смотря на сложность, длительность и значительную стоимость, позволяет наиболее точно установить предельное сопротивление сваи с учетом всех геологических и гидрогеологических условий строительной площадки. Метод используется либо с целью устано­вления предельного сопротивления сваи, необходимого для после­дующего расчета фундамента, либо с целью проверки на ме­сте несущей способности сваи, определенной каким-либо дру­гим методом, например прак­тическим. Так, по ГОСТ 5686 — 78* проверке подверга­ется до 1% общего числа по­гружаемых свай, но не менее двух, если их число меньше 100. В случае применения свай, изготовленных в грунте, испы­тания вертикальной нагрузкой Могут также проводиться для контроля качества их исполне­ния.

Для проведения испытаний оборудуется специальная уста­новка, показанная на рис., а. Вертикальная нагрузка чаще всего гидравлическим домкратом, установленным на голову сваи.

Упором для домкрата служит мощная сварная металлическая балка, соединенная с анкерными сваями, забитыми в грунт на расстоянии, достаточном, чтобы быть вне напряженной зоны, образующейся при загрузке испытуемой сваи. Осадка сваи измеряется прогибомерами с точностью до 0,1мм. При испытании вертикальную нагрузку на сваю увеличивают ступенями, равными 1/10-1/15 от ожидаемого предельного сопротив­ления сваи. Каждая последующая ступень нагрузки прикладывается после условной стабилизации осадки сваи на предыдущей ступени. Осадка считается условно стабилизировавшейся, если ее прираще­ние не превышает 0,1мм за 1 ч наблюдения для песчаных грунтов и за 2 ч для глинистых.

По данным испытания вычерчивается график зависимости осад­ки от нагрузки, по которому определяется предельное сопротивле­ние испытываемой сваи. Практика показала, что графики испытаний свай делятся на два типа. Для графиков типа 1 характерен резкий перелом, после которого осадка непрерывно возрастает без увеличения нагрузки. За предельную нагрузку F _и в этом случае принимают ту, которая вызвала непрерыв­ную осадку (срыв сваи). Для графиков типа 2 характерно плавное очертание без резких переломов, что затрудняет определение предель­ной нагрузки. Предельной в этом случае считается такая нагрузка, под воздействием которой испытываемая свая получила осадку

где ζ — переходной коэффициент, s_u.mt - предельное значение сре­дней осадки фундамента проектируемого здания или сооружения, устанавливаемое по СНиП 2.02.01-83.

Коэффициент ζ комплексно учитывает ряд факторов: несоответ­ствие между осадкой одиночной сваи и сваи в кусте, кратковременность испытания сваи статической нагрузкой по срав­нению с длительностью эксплуатации здания и т. п. Значение этого коэффициента устанавливается наблюдениями за осадками зданий на свайных фундаментах и в настоящее время принимается равным ζ =0,2.

В итоге расчетная нагрузка на сваю по результатам статических испытаний:

,

где γ_с – коэффициент условий работы;

γ_g – коэффициент надежности по нагрузке;

F_u – частное значение, т.е. нормативное значение.

 

Как правило, при забивке свая сначала погружается в грунт очень легко и быстро. По мере погружения возрастают силы трения на ее боковой поверхности и сопротивление грунта под нижним концом. В результате скорость погружения замедляется. При молотах ударного действия скорость погружения сваи принято характеризовать величиной ее погружения от одного удара, называемой отказом сваи. По величине отказа, который замеряется при достижении сваей проектной отметки, можно судить о ее сопротивле­нии, поскольку чем меньше отказ, тем, очевидно, больше несущая способность сваи.

При забивке свай в маловлажные пески плотные и средней плотности под нижним концом сваи образуется переуплотненная упругая зона, препятствующая погружению, что приводит к быст­рому уменьшению отказа свай вплоть до нулевого значения и даль­нейшая попытка забить сваю может привести к разрушению ее ствола. Если прекратить забивку, то через некоторое время в ре­зультате релаксации напряжений сопротивление грунта под нижним концом сваи снизится. Поэтому, если через несколько дней снова возобновить забивку, свая опять начнет легко погружаться в грунт. Описанное явление носит название ложного отказа.

 

 

16. Использование анкеров в фундаментостроении: при устройстве подпорных стен, фундаментов с моментными нагрузками. Основные положения расчета анкера на выдергивающую нагрузку

Анкеры представляют собой устройства, служащие для передачи выдергивающих усилий от строительных конструкций на грунтовую толщу. Их используют для закрепления ограждений котлованов, стен подземных сооружений, опускных колодцев, откосов и склонов, фундаментов дымовых труб, мачт, башен и т. п. (рис. 13.15).

Рис.13.15. Применение анкерных устройств:

а – крепление котлована; б – крепление днища и стенок дока или шлюза; в, г – восприятие выдергивающих сил в фундаментах дымовых труб и мачт ЛЭП; д – крепление откоса; е – усиление подпорной стенки; ж – крепление свода подземного перехода; з – противодействие взвешивающему давлению грунтовой воды на тоннели; и – восприятие опрокидывающего момента от перекрытия ангара

 

Анкера препятствуют всплытию заглубленных сооружений, что позволяет делать их более легкими, сокращает расход материалов.

Анкера можно использовать в различных грунтах, за исключением набухающих, просадочных и сильносжимаемых грунтов, илов, торфов и глин текучей консистенции.

Широкое использование анкеров объясняется исключительно положительным эффектом их применения. Так, при устройстве глубоких котлованов применение анкеров позволяет не только сделать окружающую конструкцию более легкой, но и вести строительные работы рядом с существующими сооружениями, не опасаясь развития в них чрезмерных деформаций. Кроме того, применение анкеров позволяет полностью освободить внутреннее пространство котлована от распорок и стоек, тем самым значительно упростив и ускорив производство строительных работ.

Конструкции анкеров и технология их устройства.

Конструкция анкера зависит от вида возводимого сооружения, его назначения и срока службы, геологических и гидрогеологических условий строительной площадки и ряда других факторов.

По сроку службы анкера подразделяются на временные и постоянные.

Временные анкера устраивают на срок выполнения строительно-монтажных работ или для крепления временных сооружений (шпунтовые стенки).

Постоянные анкера являются составной частью конструкции и устраиваются на весь срок службы капитального сооружения. Постоянные анкера отличаются от временных усиленной антикоррозионной защитой.

Грунтовые анкера находятся внутри массива и работают за счет сопротивления грунта.

Конструкция анкера состоит из трех основных частей: оголовка, анкерной тяги и анкерной заделки – корня анкера. Оголовок воспринимает усилие от конструкции, которую крепит анкер, анкерная тяга передает это усилие на безопасное расстояние в толщу грунта, анкерная заделка обеспечивает дальнейшую передачу усилия с тяги на окружающий грунт.

В зависимости от способа устройства заделки (корня) грунтовые анкера бывают:

- засыпными;

- буровыми;

- инъекционными;

- забивными;

- завинчивающимися и т.д.

В качестве тяжей применяются сплошные металлические стержни, трубы, тросы и т.д..

При подаче раствора в корень анкера (при инъектировании) подъему раствора из зоны заделки вверх по скважине препятствует особое устройство ­– пакер (рис. 13.16).

Рис.13.16. Инъекционный анкер:

1 – головка; 2 – анкеруемая конструкция; 3 – скважина; 4 – анкерная тяга; 5 – пакер; 6 – зона инъекцированного грунта (корень); 7 – состав для защиты тяги от коррозии

 

Предварительное натяжение анкеров производят для предотвращения или максимального ограничения перемещений анкеруемой конструкции. Натяжение обычно осуществляют с помощью домкратов.

При устройстве анкеров проводят пробные контрольные и приемочные испытания.

– Пробные испытания проводят для определения применимости выбранного типа и конструкции анкера, уточнения технологии устройства и его несущей способности. Испытанию подвергаются 3…5 анкеров.

– При контрольных испытаниях определяют соответствие фактической несущей способности рабочих анкеров расчетной нагрузке, заложенной в проекте. Контрольным испытаниям подвергается не менее 10 % от общего числа установленных анкеров.

– При приемочных испытаниях определяют пригодность анкера к эксплуатации. Если при выдержке во времени на испытательной нагрузке превышающей рабочую, разность деформаций в интервалах времени остается одинаковой или уменьшается, то анкер считается пригодным. Приемочным испытаниям подвергаются все анкеры, кроме прошедших контрольные испытания.

Допускаемые усилия на анкер определяются прочностью материала анкерной тяги и несущая способность заделки анкера в грунте.

Ориентировочно несущую способность анкера по грунту можно определить по методике расчета несущей способности свай как сумму сопротивлений по торцу и боковой поверхности зоны заделки:

,

где γ_с, γ_CR, γ_сf – коэффициенты условий работы по СНиП 2.02.03-85;

D_k – диаметр корня анкера, м, после инъектирования;

R и f – удельные сопротивления по торцу и по боковой поверхности корня, кПа, принимаемые как для свай по СНиП;

l_k – длина заделки анкера, м.

Есть рекомендации определять несущую способность анкера, пренебрегая сопротивлением грунта по торцу заделки, а сопротивление трению по ее боковой поверхности принимать с учетом напряженного состояния окружающего анкер грунта, которое зависит от избыточного давления при инъектировании цементного раствора:

,

k =0,6 – коэффициент однородности грунта;

m_p – коэффициент, учитывающий напряженное состояние грунта в зависимости от давления при инъектировании и принимаемый для песков 0,5, для глин различной консистенции 0,4…0,2;

d_c – диаметр скважины;

F_k – избыточное давление в зоне заделки при инъектировании;

φ_I – расчетное значение угла внутреннего трения грунта в зоне заделки анкера.

Изложенные методики определения несущей способности анкеров по грунту используют только для предварительных расчетов. Окончательные размеры зоны заделки (длины корня анкера) назначаются после проведения испытаний опытных анкеров. Как правило, она принимается в пределах 4…5 м в песчаных грунтах и 5…7 м в глинистых. Расстояние между анкерами в зоне заделки принимается не менее 1,5 м, с тем, чтобы их взаимное влияние не слишком сказывалось на несущей способности анкеров.

17. Особенности проектирования зданий в «глубоких» котлованах и в стесненных условиях городской застройки

В условиях плотной городской застройки часто необходимо устройство фундаментов вблизи существующих сооружений. При этом необходимо принимать меры по недопущению деформаций существующих зданий.

Существующие здания при возведении около них фун­даментов часто получают недопустимые деформации.

Рис. 1. Случаи развития дополнительных осадок существующих зданий

при возведении около них фундаментов

а — выпор грунта в сторону отрываемого котлована; б — вымывание (суффозия) грун­та из-под фундамента; в — промерзание грунта; г — смещение шпунта; д — дополни­тельное уплотнение грунта под фундаментом;

1 — существующий фундамент; 2 — дно котлована; 3 — новый фундамент; 4—поверхность скольжения при выпоре грунта; шпунт; 6 — направление движения грунтовой воды; 7—граница промерзания; 8дав­ление грунта на шпунтовую стенку; 9 — границы зон деформации уплотнения грунта в основании

 

Причин этому несколько:

выпор грунта в стороны котлована (рис. 1, а);

вымывание грунта грунтовой водой из-под существую­щих фундаментов при открытом водоотливе из котлована (рис. 1,6);

уплотнение несвязного грунта динамическими воздей­ствиями при забивке шпунта, свай, раздроблении шар- или клин-молотом мерзлого грунта или старых фундаментов;

промораживание грунта под фундаментом (рис. 1 в);

смещение шпунта в сторону котлована (рис. 1 г);

уплотнение грунтов под действием нагрузок, передавае­мых новым сооружением на основание (рис. 1 d);

 

развитие отрицательного трения, действующего на сваи.

Смещение шпунта в сторону котлована происходит до­вольно часто. Строители привыкли рассматривать шпунтовые ограждения как конструкций, исключающие только обрушение грунта в котлован, и проектируют их, исходя из условий проч­ности и устойчивости, не считаясь с их горизонтальными дефор­мациями. Наличие фундамента существующего здания около шпунтовой стенки заставляет не только обеспечивать ее проч­ность, но и исключать ее горизонтальные перемещения. Это достигается постановкой распорок или анкеров.

Шестая и седьмая причины связаны с деформациями грун­тов в основании. Чем тяжелее возводимое сооружение, чем ближе оно расположено к существующему зданию и чем боль­ше сжимаемость грунтов в пределах большой глубины, тем значительней осадка возводимого сооружения и больше во­ронка оседания (рис. 2), т. е. осадка поверхности грунта около площади загружения фундамента существующих зданий, подземные коммуни­кации и другие устройства, находящиеся вблизи возво­димого сооружения, попав в воронку оседания, получают осадку, которая приводит к деформации конструкций.

Исследования показали, что расположение новых более высоких зданий вплотную к су­ществующим при наличии относительно сжимаемых грунтов в основании приводит к дополнительной осадке последних. До­полнительная осадка наблюдается реже, если к существующим зданиям пристраиваются более легкие здания с меньшим чис­лом этажей.

Первые пять причин возможного развития дополнитель­ных осадок существующих зданий связаны с производством работ и могут быть исключены. Сложнее предотвратить уплот­нение грунта под фундаментами существующих зданий при возведении около них новых тяжелых сооружений. В этих слу­чаях защитными мероприятиями являются консольное примыка­ние и отнесение возводимого фундамента на несколько метров от фундамента существующего здания. Это смягчает указанное влияние, так как воронка оседания иногда распространяется в стороны на значительные расстояния. Приближенно можно при­нять, что воронка распространяется в стороны на толщину активной зоны (мощность сжи­маемой толщи). Более точно размеры воронки оседания можно определить методом расчета влияния загружения соседних фундаментов.

Практически полного исключения влияния загружения основания достигают разделением его шпунтом, погружаемым глубже активной зоны. Шпунт должен врезаться в плотные грунты. При этом важно, чтобы отрицательное трение, развивающееся в пределах уплотняемой толщи грунтов действующее на шпунтовую стенку, последняя передавала на подстилающие плотные грунты. С помощью разъединительного шпунта устраняется и влияние уплотнения грунта на развитие отрицательного трения при свайных фундаментах.

 

 

18. Подпорные стены. Характерные варианты конструктивного решения. Основы расчета активного и пассивного давления