Лабораторна робота № 1 «Моделювання випробування паль динамічним навантаженням».

Лабораторна робота № 2 «Моделювання випробування паль статичнимнавантаженням».

 

Спеціальні фундаменти.

У сучасному будівництві досить часто виникає необхідність у спору-дженні будівель та конструкцій на значній глибині або фундаментів під унікальні важкі опори. Це різноманітні насосні станції державного господарства, станції метро, фундаменти висотних будинків, опори мостових переходів тощо.

Крім того, спорудження заглиблених приміщень у більшості випадків по-трібно вести в складних умовах, на ділянках з високим рівнем ґрунтової води. Все це спонукає до використання особливих типів глибоких фундаментів, спо-рудження яких у відкритих котлованах неможливе.

Глибокі фундаменти істотно відрізняються від фундаментів, котрі будують у відкритих котлованах за характером своєї роботи. Передусім попереднє розроблення ґрунту в котлованах тут не потрібне. Крім того, робота глибокого фундаменту виключає можливість випирання ґрунту на поверхню з-під підошви і, навпаки, дозволяє врахування сил тертя по бічній поверхні, завдяки чому несуча здатність фундаменту зростає. Нарешті, умови роботи таких фундамен-тів дають можливість передавати на них дуже велике горизонтальне наванта-ження та значні згинальні моменти.

Серед глибоких фундаментів із співвідношенням глибини закладання і ширини підошви d/b>2–2,5 найбільше поширення з давнього часу одержали опускні колодязі та кесони.

Опускний колодязь (кесон).

Вони виконуються полегшеної конструкції у вигляді циліндричних, збірних залізобетонних, тонкостінних оболонок або масивними з каменю, бетону чи залізобетону.

Масивні колодязі споруджуються на поверхні ділянки або штучного острова, якщо йдеться про будівництво опори мосту в акваторії. Колодязі у плані можуть бути круглими або у вигляді еліпсів, овалів. Це пов’язано з тим, що в незаокруглених кутах споруди виникає нерівномірна концентрація сил тертя, яка ускладнює опускання колодязя.

Спочатку на підкладках установлюють опалубку, арматуру, а потім бетонують нижню частину колодязя, що називається ножем або консоллю. Залежно від призначення колодязя, а також від фізико-механічних властивостей ґру-нту ножі можуть бути різної форми. Після тужавіння бетону підкладки вибивають у певній послідовності й починають розроблення ґрунту під загостреною частиною ножа. За рахунок власної ваги під ножем створюється висока концентрація напруг, ґрунт втрачає стійкість і ніж осідає. Стінки колодязів можуть мати різну конструкцію. Для негли-боких колодязів стінки найчастіше роблять постійної товщини. У глибоких ко-лодязях товщину стінок зменшують за рахунок уступів. Уступи влаштовують на внутрішній поверхні стінок. Перший – трохи вище від ножа, а інші – через 3–5 м завширшки 20–30 см. При розміщенні уступів ураховують також яруси бетонування.

Матеріалом для виготовлення стінок є бетон, монолітний чи збірний залі-зобетон. Іноді на верхній частині колодязя передбачається кільцевий пояс.

Внутрішні залізобетонні стіни та перекриття бетонують звичайними способами. Для полегшення опускання колодязів іноді застосовують низькочасто-тні потужні вібратори.

На розроблення ґрунту в опускному колодязі припадає до 60–70 % часу його спорудження. Роботи ведуть у будь-яку пору року. Залежно від умов приймають різні схеми виконання земляних робіт. Часто розроблення ґрунту ведуть насухо екскаваторами за допомогою бульдозерів, які пересуваються на дні. Можлива робота тільки бульдозерів, що зміщують ґрунт у визначене місце, звідки його виймають грейферами. При застосуванні екскаваторів ґрунт навантажують у баддю і кранами подають нагору.

Із неглибоких колодязів ґрунт можна витягати на поверхню за допомогою транспортерів.

Якщо має місце значне надходження води до колодязя або наявні нестійкі породи (пливуни), ґрунт виймають грейферами, гідроелеваторами або ерліфтами. Ґрунт завжди виймають рівномірно по всій площі колодязя від центра до периферійної частини. Дуже важливо, щоб від ножа до центра був нахил. Опускання колодязів у пливун ведуть після розроблення ґрунту засобами гідромеха-нізації.

Іноді для зниження рівня води в опускному колодязі застосовують відк-ритий водовідлив. Із цією ж метою можна влаштовувати глибинне водознижен-ня за допомогою голкофільтрів чи глибинних насосів. (рис. 13.16).

Кесони. Ця назва виникла від французького слова саіssоn, тобто ящик. Якщо в ґрунті є дуже міцні прошарки або тверді включення, занурення опуск-них колодязів неможливе. У таких випадках застосовують кесонний фундамент, або кесон. Це – залізобетонна повітронепроникна міцна коробка, утворе-на товстою стелею та бічними стінками, але без дна. У порожнину безперервно подається стиснуте повітря по трубах із компресорної станції. Тиск залежить від товщини водоносного шару, яка відлічується від ножової частини. Таким чином, проникнення в порожнину кесона води неможливе, а в його робочій ка-мері, висота якої не менше ніж 2,2 м, утворюється робочий простір, де, власне, і виконуються роботи.

Для сполучення робочої камери із зовнішнім простором використовують спеціальне шлюзове обладнання, яке складається з шлюзового апарата та шахт-них труб і виготовлене з листової сталі. У свою чергу, шлюзовий апарат має центральну камеру й дві прикамерки – пасажирську та вантажну.

Для опускання людей у робочу камеру в пасажирській прикамерці знижується тиск до атмосферного, туди люди заходять, і двері зачиняються. Далі в прикамерці повільно підвищується тиск до того рівня, який є в робочій камері кесона. Коли вони зрівняються, відчиняються двері до центральної камери й люди через шахтну трубу по драбині або ліфтом опускаються до робочої каме ри. Весь процес переходу від атмосферного тиску до підвищеного, залежно від різниці між ними, триває 5–60 хв.

Тиск у робочій камері кесона, коли там працюють люди, не повинен пе-ревищувати 0,35–0,4 МПа, що відповідає висоті стовпа води над робочим міс-цем 35–40 м. У таких умовах людина може перебувати не більше 2 годин, із яких лише одну годину можна займатися фізичною працею.

Стіна в ґрунті (барети).

Будівництво заглиблених у ґрунт споруд у нестійких ґрунтах із високим рівнем ґрунтової води здійснюють найчастіше за допомогою опускних колодязів або кесонів. Але такі фундаменти потребують значних витрат, а будівельні роботи можуть виконувати тільки спеціалізовані організації. Іноді застосування їх узагалі неможливе, наприклад поряд з існуючими капітальними спорудами, бо практично неможливо виключити надхо-дження насичених водою ґрунтів (пливуни, глини текучої консистенції) до ко-лодязя або кесона.

У таких випадках доцільно використовувати сучасний метод будівництва заглиблених споруд, яким є шліцьові фундаменти або “стіна у ґрунті”.

Суть методу полягає в тому, що вертикальні стіни заглибленого в ґрунт приміщення зводяться у вузьких глибоких траншеях. Стінки траншей не спли-вають і не руйнуються завдяки заповненню їх рідиною у вигляді глинистої суспензії. Після завершення земляних робіт траншеї заповнюють монолітним за-лізобетоном, ґрунтовими сумішами або в них опускають збірні панелі.

Таким методом можна створити несучі конструкції заглибленого приміщення або сформувати протифільтраційні діафрагми (ПФД) для захисту навко-лишнього середовища від шкідливого забруднення.

В Україні таким методом збудовано немало споруд, серед яких насосні станції для мереж водопроводу та каналізації, корпуси приймання та первинно-го дроблення руди, приміщення металургійних заводів, ПФД на гірничо-збагачувальних комбінатах та нафтопереробних заводах, атомні реактори, технологічні підвали, підземні переходи, гаражі, підвали висотних будинків, при-міщення метрополітену тощо.

Метод “стіна в ґрунті” має суттєві позитивні якості. Цей тип фундаментів можна широко використовувати в безпосередній близькості до діючих об’єктів, об’єм земляних робіт дуже малий, виключена необхідність у відкачуванні води й зворотному засипанні.

Іноді “стіна в ґрунті” є єдино можливим варіантом будівництва, напри-клад, коли споруда в плані має великі розміри і складну конфігурацію, спору-джується в складних кліматичних умовах або має незамкнений лінійно-протяжний характер.

Заглиблені споруди з метою уніфікації проектують переважно круглими з діаметром 7, 8, 10, 12, 15, 18, 21, 24, 30, 36, 42 м. Глибину такого фундаменту приймають кратною 0,6 м.

Стінки з монолітного залізобетону приймають 0,5–1,2 м завтовшки, а в збірному варіанті – 0,3–0,8 м.

Розроблення траншей виконують під захистом суспензії за допомогою бурових агрегатів, бурофрезерних машин, ковшових машин грейферного типу або екскаваторів. Вони дають змогу влаштовувати траншеї шириною 0,4–1,1 м, глибиною від 10 до 50 м, а іноді й до 300 м. Вибір раціонального механізму проводять у два етапи. Спочатку вибирають технічно можливі і практично реальні варіанти, а потім за техніко-економічними підрахунками – найбільш економічний.

Так, при глибині траншей від 7 до 15 м та нескельних ґрунтах слід використовувати ковшові механізми (зворотна лопата, грейфер, драглайн, штанго-вий екскаватор).

При глибині 15—25 м у нескельних, а особливо в слабких ґрунтах, слід віддавати перевагу грейферам, бурофрезерним машинам.

Під час виконання робіт у скельних ґрунтах на будь-яку глибину слід ви-користовувати обертове або ударне буріння.

Велику увагу приділяють виготовленню глинистої суспензії, яка запов-нює траншеї та створює гідростатичний тиск для захисту стінок від руйнуван-ня. Цей тиск повинен бути більшим за тиск від власної ваги зволоженого ґрунту і ґрунтової води.

Французька фірма “Ропоsоl” запропонувала монтувати залізобетонні па-нелі в траншею, заповнену тверднучим розчином, до складу якого входить на один кубічний метр 20–30 кг бентонітової глини, 150–400 кг цементу. Збірні за-лізобетонні панелі мають вертикальний стик “паз–гребінь”, який забезпечує во-донепроникність та щільність. Панелі заводять у так званий “комір” – форшах-ту, який створено з кутової або прямокутної залізобетонної конструкції.

Під час установлення панелей твердіючий розчин повинен бути рухомим з такими ж властивостями, як і у суспензії. Згодом він тужавіє й втрачає рухомість, що затримує витікання його до суміжної ділянки. У той же час стежать за тим, щоб швидкість тверднення не стала занадто великою, інакше буде важко очищати пази панелей. Проектна міцність роз-чину становить 0,5–1 МПа.

На рис. 13.19 видно елементи “стіни в ґрунті”, які створені за методом “Ропоsоl”.

Проблеми у будівництві.

Виділяють кілька груп причин відмови системи “ОСНОВА – ФУНДАМЕНТ – СПОРУДА”.

1. Помилки при інженерно-геологічних дослідженнях:

- недостатній обсяг робіт;

- помилкова оцінка властивостей ґрунту основи;

- відсутність чи помилковість прогнозу про можливі зміни властивостей ґрунтів основи під впливом гідрогеологічних або техногенних факторів;

- неврахування історії формування інженерно-геологічних умов ділянки будівництва.

Хоч помилки цієї групи досить поширені, але вони важко піддаються врахуванню у зв’язку з тим, що проявляються в період як будівництва, так і експлуатації. Ці помилки можуть бути виявлені лише у випадку відмови того чи іншого виду.

2. Помилки при проектуванні фундаментів та основ:

- неврахування зміни властивостей ґрунту основи й навантажень у межах будинку чи споруди;

- помилковий вибір розрахункової схеми та неправильне трактування вимог нормативних документів;

- неврахування швидкості завантаження фундаментів на слабких ґрунтах;

- неврахування впливу на деформації будинків завантаження сусідніх із ними ділянок;

- відсутність конструктивних заходів для надземної частини будинків;

- помилкове інтерпретування результатів випробувань паль і фундаментів, які виготовляються без виймання ґрунту;

- використання для просадочних ґрунтів фундаментів на природній основі без попереднього поліпшення властивостей ґрунту та прийняття конструктивних і водозахисних заходів або неправильне застосування методів часткового усунення просадочних властивостей, неправильне проектування водонесучих мереж, які надалі стають систематичними джерелами замочування тощо.

3. Відмови системи, пов’язані із зміною характеристик ґрунту основи й фундаментів, унаслідок будівельних робіт:

- неправильне виконання збезводнювання ґрунту шляхом відкритого водо-відливу в дрібнодисперсних ґрунтах, порушення властивостей ґрунту через пересування механізмів, вибухові роботи;

- порушення правил виконання палебійних робіт та штучних основ;

- порушення правил виконання основ і фундаментів узимку, наслідком чого є промерзання ґрунту основи та його випинання;

- замокання ґрунтів основи у відкритих котлованах;

- неправильне виконання робіт із улаштування зворотного засипання навколо фундаментів і відсутність вимощень;

- неправильна “консервація” будівництва тощо.

Ця група найбільш чисельна (більше ніж 40% відмов). Звичайно, що в більшості випадків вони можуть бути усунені при дотриманні відповідних технічних умов та правил виконання робіт.

4. Відмови системи під час експлуатації:

- неправильна експлуатація (однобічне навантаження фундаментів, витоки виробничих та побутових вод, некваліфіковане проведення робіт поряд з об’єктами й ін.);

- непередбачені проектом випадки збільшення навантаження (іноді дина-мічних) на фундаменти у зв’язку з переобладнанням чи надбудовою споруд і будинків тощо.

Висновки.

В століття технічного прогресу існує завдання максимальної економічності коштів за допомогою механізації, індустріалізації, і автоматизації як при будівництв так і при проектуванні. Ось, наприклад, закріплення ґрунтів хімічними засобами відоме з кінця ХІХ сторіччя, і до цих пір було розроблено багато різних рецептур, кожна з яких має свою галузь використання, обмежену величиною коефіцієнта фільтрації, хімічним складом ґрунтів, особливостями реагентів, котрими закріпляють ґрунт, і багатьма іншими чинниками. З часом ці методи показують свою ефективність або непридатність у певних ґрунтових умовах.

Досить поширена термічна обробка лесових ґрунтів, що веде до створення міцної основи, властивості якої подібні до властивостей звичайної цегли.

Нарешті, закріплення слабкого водонасиченого ґрунту можливе за рахунок збезводнювання його за допомогою вертикальних дрен, водозниження, а також електрохімічного впливу. Останній також сприяє закріпленню грунту.

Перелічені прийоми не завжди можна застосовувати. Їх виконують згідно з ретельним обґрунтуванням та техніко-економічним аналізом. Необхідно також мати на увазі, що нагнітання деяких хімічних речовин у геологічне середовище може значно погіршити його екологічний стан.

Із метою підвищення ефективності спорудження фундаментів будівель розв’язують такі завдання, як підвищення якості інженерно-геологічних розвідувань на будівельних майданчиках і точності оцінювання фізико-механічних характеристик ґрунтів основ; удосконалення методів розрахунку й проектуван-ня основ та фундаментів; розроблення і впровадження прогресивних конструкцій фундаментів; розширення галузі застосування нових, сучасних методів штучного поліпшення властивостей ґрунтів основ; удосконалення методів ула-штування фундаментів у різних інженерно-геологічних умовах; широке впро-вадження сучасної будівельної техніки, індустріалізації й механізації робіт, зв’язаних з улаштуванням фундаментів і основ.

8. Література:

1. ДБН В.2.1-10-2009 Основи та фундаменти. Основні положення проектування. - К.: Мінрегіонбуд України, 2009 - 104с. – Чинні від 01.07.2009.

2. СНиП 2.02.03-85: Свайные фундаменты.- М.: ЦИТП Госстроя СССР, 1986. - 48с.

3. Зоценко М.Л. Інженерна геологія. Механіка ґрунтів, основи та фундаменти. – Полтава: ПНТУ, 2004. – 568 с.

4. Далматов Б.И. Механика грунтов, основания и фундаменты (включая специальный курс инженерной геологии). - Л.: Стройиздат, 1988. - 416с.

5. www.mvea.ru

6. www.keller.com.ua

7. www.fundexbmgs.ru