|
ОиФ. 1. Виды оснований
1. Виды оснований.
Основание – это грунтовый массив, расположенный непосредственно под сооружением и воспринимающий от него нагрузку. Различают два вида оснований: скальные и нескальные.
Скальные – прочность от 5 до 125 МПа, недеформируемые, но способны потерять прочность и устойчивость и затрещеневатость.
Нескальные грунты состоят из рыхлых горных пород, природный минерально – дисперсные (т.е. состоящие из отдельных частиц).
Раздробленность является причиной пористости грунтов. Независимо от степени пористости нескальные грунты всегда деформируемые, но в различной степени. Имеют слабые связи между частицами, либо эти связи отсутствуют. (Пылевато-глинистые, глинистые ….), низкая прочность на сжатие от 0,1 до 0,5 МПа.
Основания могут быть естественные и искусственные. ИГЭ1
Естественные – это основания, свойства которых не изменяются в процессе строительства и эксплуатации, тем или иным искусственным способом.
Искусственные основания – это основания, свойства которых тем или иным способом улучшаются в предпостроечный период или в процессе реконструкции.
Закрепление грунтов заключается в искусственном преобразовании строительных свойств грунтов в условиях их естественного залегания разнообразными физико-химическими методами. В процессе закрепления между частицами грунта возникают прочные структурные связи за счет инъецирования в грунт и последующего твердения определенных реагентов. Это обеспечивает увеличение прочности грунтов, снижение их сжимаемости, уменьшение водопроницаемости и чувствительности к изменению внешней среды, особенно влажности. Важным условием применимости инъекционных методов закрепления является достаточно высокая проницаемость грунтов.
Методы инъекционного закрепления грунтов, не сопровождаемые механическими, в особенности динамическими воздействиями, в основном применяют для усиления оснований сооружений, защиты существующих зданий и сооружений при строительстве новых, в том числе подземных, сооружений, создания противофильтрационных завес. Вследствие их высокой стоимости целесообразность применения методов закрепления грунтов на вновь осваиваемых строительных площадках должна обосновываться технико-экономическим расчетом. 6.Нормативные и расчётные значения характеристик грунтов.
Основными параметрами механических свойств грунтов, определяющими несущую способность оснований и их деформации, являются прочностные и деформационные характеристики грунтов (угол внутреннего трения , удельное сцепление с, модуль деформации грунтов Е, предел прочности на одноосное сжатие скальных грунтов и т.п.). Допускается применять другие параметры, характеризующие взаимодействие фундаментов с грунтом основания и установленные опытным путем (удельные силы пучения при промерзании, коэффициенты жесткости основания и пр.).
Характеристики грунтов природного сложения, а также искусственного происхождения, должны определяться, как правило, на основе их непосредственных испытаний в полевых или лабораторных условиях с учетом возможного изменения влажности грунтов в процессе строительства и эксплуатации сооружений.
Все расчеты оснований должны выполняться с использованием расчетных значений характеристик грунтов Х, определяемых по формуле
где - нормативное значение данной характеристики; - коэффициент надежности по грунту.
Коэффициент надежности по грунту при вычислении расчетных значений прочностных характеристик (удельного сцепления с, угла внутреннего трения нескальных грунтов и предела прочности на одноосное сжатие скальных грунтов , а также плотности грунта ) устанавливается в зависимости от изменчивости этих характеристик, числа определений и значения доверительной вероятности . Для прочих характеристик грунта допускается принимать = 1.
Доверительная вероятность расчетных значений характеристик грунтов принимается при расчетах оснований по несущей способности = 0,95, по деформациям = 0,85.
Доверительная вероятность для расчета оснований опор мостов и труб под насыпями принимается согласно указаниям п. 12.4. При соответствующем обосновании для зданий и сооружений I класса допускается принимать большую доверительную вероятность расчетных значений характеристик грунтов, но не выше 0,99.
Расчетные значения характеристик грунтов с, и для расчетов по несущей способности обозначаются , I и , а по деформациям , и .
Количество определений характеристик грунтов, необходимое для вычисления их нормативных и расчетных значений, должно устанавливаться в зависимости от степени неоднородности грунтов основания, требуемой точности вычисления характеристики и класса здания или сооружения и указываться в программе исследований.
Количество одноименных частных определений для каждого выделенного на площадке инженерно-геологического элемента должно быть не менее шести. При определении модуля деформации по результатам испытаний грунтов в полевых условиях штампом допускается ограничиваться результатами трех испытаний (или двух, если они отклоняются от среднего не более чем на 25%).
Для предварительных расчетов оснований, а также для окончательных расчетов оснований зданий и сооружений II и III классов и опор воздушных линий электропередачи и связи независимо от их класса допускается определять нормативные и расчетные значения прочностных и деформационных характеристик грунтов по их физическим характеристикам.
16.Виды деформаций сооружений.
Постоянное давление массы сооружения приводит к уплотнению грунта под фундаментом и вблиз него и вертикальному смещению, или осадке, сооружения. Кроме давления массы сооружения осадка может происходить от изменения уровня грунтовых вод, карстовых, оползневых и сейсмических явлений, от работы тяжелых механизмов и т. д. При уплотнении пористых и рыхлых грунтов происходит быстрая по времени деформация, называемая просадкой.
Если грунты под фундаментом сооружения сжимаются неодинаково нагрузка на грунт различная, то осадка является неравномерной и приводит горизонтальным смещениям, сдвигам, перекосам, прогибам, в результате появляются трещины и даже разломы.
Смещение сооружений в горизонтальной плоскости может происход вследствие бокового давления грунта, воды, ветра и т. п. Высокие сооруже башенного типа (телебашни, дымовые трубы и т. п.) из-за неравномерно нагрева солнцем, давления ветра и по другим причинам испытывают кручение и изгиб.
Для определения деформаций в характерных точках сооружения устанавливают марки и путем геодезических измерений находят изменение их пространственного положения за выбранный промежуток времени, при этом первый цикл геодезических наблюдений принимают за начальный.
Из-за неоднородности грунтов в пределах пятна застройки и различных нагрузок на отдельные фундаменты сооружения обычно возникают неравномерные деформации основания, вызывающие также неравномерные деформации в конструкциях сооружения. Различают следующие характерные формы совместных деформаций сооружения и основания. Абсолютная осадка основания отдельного фундамента определяемая как среднее вертикальное перемещение подошвы фундаментов. Зная величины а для различных фундаментов, можно оценить неравномерность деформаций основания и конструкции сооружения.
Средняя осадка основания сооружения:![](14062_html_4b02ed40.gif)
Относительная неравномерность осадок двух фундаментов ΔS/L, где S=st-si+1 разность абсолютных осадок соседних фундаментов, L — расстояние между осями этих фундаментов, которая является важнейшей характеристикой для оценки дополнительных усилий, возникающих в конструкциях при неравномерной деформации оснований.
Крен фундамента (сооружения), определяемый как отношение разности осадок крайних точек подошвы фундамента к расстоянию между ними [ I=(S2-S1)/L на рис. Кроме учета дополнительных усилий в конструкциях при возникновении крена отдельных фундаментов знание этой величины важно для оценки возможного нарушения технологического процесса в проектируемом сооружении.
Относительный прогиб или выгиб сооружения рис.— это отношение стрелы прогиба или выгиба/к длине однозначно изгибаемого участка сооружения:
f/L=(2S2-S1-S3)/(2L),
где S1 и S3 и — осадка концов рассматриваемого участка сооружения;
S2 — наибольшая (прогиб) или наименьшая (выгиб) осадка на том же участке; L — расстояние между осями фундаментов, для которых определены осадки S1 и S3 Для случая выгиба рис. в формуле следует принимать: S2=S4 S1=S3 S3=S5 Зная относительный прогиб (выгиб) сооружения или отдельных его участков, можно определить кривизну изгибаемого участка — величину, обратную радиусу искривления. Этот показатель используется при разработке типовых проектов зданий и сооружений и позволяет устанавливать для них значения предельных деформаций оснований по условиям прочности и трещиностойкости конструкций.
Относительный угол закручивания сооружения в характеризует пространственную работу сооружения и позволяет установить дополнительные усилия не только в несущих конструкциях, но и в перекрытиях. Закручивание сооружения возникает при неравномерных осадках по его торцам, имеющих разное направление. Тогда в соответствии с обозначениями на рис.
![](14062_html_m75d83ce8.gif)
Горизонтальное перемещение фундамента или сооружения в целом определяется в соответствии со схемой на рис при действии горизонтальных составляющих нагрузок. Часто массивные сооружения при этом испытывают и деформации крена.
15.Причины возникновения деформаций оснований.
Деформация основания в зависимости от причин возникновения подразделяются на два вида:
первый - деформации от внешней нагрузки на основание (осадки, просадки, горизонтальные перемещения);
второй - деформации, не связанные с внешней нагрузкой на основание и проявляющиеся в виде вертикальных и горизонтальных перемещений поверхности основания (оседания, просадки грунтов от собственного веса, подъемы и т.п.).
Деформации оснований могут вызываться различными причинами, так следующие виды деформаций вызываются следующими причинами:
Осадки — деформации, происходящие в результате уплотнения грунтов основания под воздействием внешних нагрузок, включая действующие вблизи сооружения, и собственного веса грунтов основания. Осадки развиваются без коренного изменения структуры грунтов.
Просадки — деформации, происходящие в результате уплотнения и коренного изменения структуры грунтов основания под воздействием как внешних нагрузок и собственного веса грунтов, так и проявления дополнительных факторов (замачивания просадочных грунтов, оттаивания ледовых прослоек в мерзлых грунтах и т. п.).
Подъем или усадка поверхности основания — деформации, связанные с изменением объема некоторых видов грунтов при физических и химических воздействиях (морозное пучение при промерзании, набухание при увеличении влажности и т. д., усадка при уменьшении влажности грунтов и т. п).
Оседание — деформации земной поверхности, вызываемые подземными работами (разработка полезных ископаемых, некачественное возведение подземных сооружений и т. п.), а также резким изменением гидрогеологических условий территории (понижение Уровня подземных вод, карстово-суффозионные процессы и т. п.).
Горизонтальные перемещения — деформации, вызываемые действием горизонтальных нагрузок и составляющих общей нагрузки (подпорные стенки, фундаменты распорных систем и т. п.), а также связанные с большими вертикальными перемещениями поверхности при оседаниях, просадках и т. п. 25.Конструкция фундаментов мелкого заложения: столбчатые, ленточные… Конструкции на упругом основании. К ним относятся: сплошные или ребристые фундаментные плиты, балочные ленточные ф-ты (под ряды колонн), перекрестные ленты (под сетку колонн), массивные фундаменты под здания и сооружения с приподнятым центром тяжести), часть фундаментов в вытрамбованных котлованах. Стеновые ленточные ф-ты устраиваются под несущие конструкции бескаркасных з-ний. Длина ленточных ф-тов обусловлена длиной стены. Поэтому ширину подошвы можно развивать только в поперчном направлении. Эти ф-ты применяются из-за необходимости к\устройства подвала или техподполья.
Столбчатые ф-ты устраиваются под колонны каркасных зданий и совместно с ф-ными балка под несущие и самонесущие стены. Для уыеличения жесткости (выравнивания давления под подошвой) столбчатые ф-ты можно развивать как по длине,так и по ширине. Но они не увеличивают жесткость с-ния. Применяются только тогда, когда обеспечена требуемая неравномерность деф-ций оснований.
Устройство столбчатого фундамента представляет собой систему столбов, которые устанавливаются во всех углах, местах пересечения стен, под опорами тяжело нагруженных прогонов и других точках с повышенной нагрузкой. Расстояние между столбами 1,5-2,5 м, они могут быть из бетона, бутобетона, каменной или кирпичной кладки. В устройстве столбчатого фундамента свободное пространство между столбами засыпается щебнем или крупнозернистым песком. Далее идёт толстый слой бетона или железобетона. Чтобы сохранить тепло подпольного пространства, предохранить его от попадания влаги и пыли делают забирку. Забирка – это стенка, соединяющая столбы. Для её строительства можно использовать кирпич, бетон, бутовую кладку толщиной 10-20 см. Если грунт пучинистый, то под забиркой следуют сделать песчаную подушку в 15-20 см. Сама же забирка углубляется в грунт на 10-20 см. К-ции на упругом основании. Сплошные или ребристые ф-ты плиты размещают под всем с-нием и они работают как изгибаемые эл-ты в 2х направлениях. Имеют армирование в верхних и нижних зонах для повышения их жесткости. Иногда проектируют в виде сплошной монолитной ф-ной плиты жестко соединеной с монолитными фундаментными стенами и перекрытые монолитной плитой.Сплошные монолитные ф-ты уменьшают неравномерность осадок в 2х направлениях. Иногда они применяются из-за необходимости устройства гидроизоляции подвальных помещений.
Ленточные балочные ф-ты воспринимают нагрузку от рядов колонн. Обладают достаточно большой жесткостью в обоих направлениях. Эти фундаменты в 2х направлениях – перекрестные. Эти ф-ты устраиваются с целью уменьшения неравномерности осадок рядов колонн, а перекрестные ленты позволяют выравнять осадки з-ния в целом. Кроме того ленточные ф-ты можно развивать в поперечном направлении для уменьшения реактивного давления под подошвой ф-та.
Технология ленточного фундамента проста, хотя ей и свойственна массивность, трудоёмкость и большой расход материала. Этот тип фундаментов часто применяется в индивидуальном строительстве. Ленточный фундамент – это железобетонная полоса, идущая по периметру всего здания. Ленту закладывают под все внутренние и наружные стены застройки, сохраняя одинаковую форму поперечного сечения по всему периметру фундамента. Ленточные фундаменты пригодны для домов с бетонными, каменными, кирпичными стенами или с тяжёлыми перекрытиями. Если в доме планируется подвал или гараж, то необходим именно такой тип фундамента.
![](14062_html_m46ffc8c5.png)
а, б – столбчатый, в,г – ленточный, д – перекрестно ленточный, е – плитный.
Устройство ленточного фундамента
Как правило ленточный фундамент закладывают на 20 см глубже границы промерзания, но не глубже 50-70 см от уровня земли. Толщина ленточного фундамента может быть различная. Всё зависит от толщины стен, используемого материала, а также предполагаемой силы давления здания. Плитный фундамент – монолитная железобетонная плита, которая располагается под всей площадью фундамента. Это довольно затратный тип фундамента за счёт больших расходов на земляные работы и строительный материал. Целесообразно его использовать при строительстве небольших домов, в которых сама плита выступает в качестве основания пола.
Устройство плитного фундамента надёжно и его можно использовать для строительства домов на всех видах грунтов и при любой глубине залегания грунтовых вод. Это хороший вариант и в том случае, если строительство ведётся на неравномерно и сильно сжимаемых, пучинистых грунтах, песчаных подушках. Благодаря своей прочной конструкции – монолитной плите, которая выполняется под всей площадью здания, такой фундамент-плита не боится никаких смещений грунтов. На монолитной плите фундамента можно строить кирпичный, брусовый или каркасный дом в один или два этажа.
32. Подбор площади подошвы центрально нагруженного ленточного фундамента. .
![](14062_html_43bc3b57.gif)
Определяем требуемую площадь подошвы фундамента:
![](14062_html_1ac7cb93.gif) где - суммарная расчетная нагрузка на фундамент по II п.с.
-значение расчетного сопротивления грунта,
усредненное значение удельного веса материала фундамента и грунта на его уступах,
глубина заложения фундамента.
Определяем требуемые размеры подошвы фундамента:
![](14062_html_m4ab3106a.gif)
Уточняем размеры фундамента:
![](14062_html_m63c47211.gif) ![](14062_html_6a1f12c4.gif)
Находим значение расчетного сопротивления грунтов основания:
![](14062_html_6d8493a.gif)
где - коэффициенты условий работы грунтового основания и здания во взаимодействии с основанием.
- коэффициент надежности.
- коэффициенты, принимаемые в зависимости от расчетного значения угла внутреннего трения грунта, находящегося непосредственно под подошвой фундамента;
- коэффициент, при ; ![](14062_html_m741f2eda.gif)
- осредненное расчетное значение удельного веса грунтов, залегающих ниже подошвы фундамента;
кН/м3- осредненное расчетное значение удельного веса грунтов, залегающих выше подошвы фундамента;
СII , кПа - расчетное значение удельного сцепления грунта, залегающего непосредственно под подошвой фундамента;
d, м - глубина заложения подошвы фундамента бесподвальных зданий от уровня планировки или приведенная глубина заложения наружных и внутренних фундаментов от пола.
Определяем среднее давление, действующее под подошвой фундамента:
![](14062_html_m3b71d2d3.gif)
![](14062_html_m4ab51929.gif)
![](14062_html_m4b513f93.gif)
Проверяем условие ![](14062_html_310f28af.gif)
Среднее давление под подошвой фундамента должно быть меньше или равно расчётному сопротивлению грунтов основания. Если условие не выполняется, то увеличиваем размеры подошвы фундамента на один или несколько модульных размеров и возвращаемся, уточняем глубину заложения и повторяем расчёт, если условие выполняется, то проверяем
экономичность принятого решения:
![](14062_html_m15ae25ab.gif)
Условие выполняется, принимаем размер. Если условие не выполняется, то уменьшаем ширину подошвы фундамента на один или несколько модульных размеров и повторяем расчёт. Условие прочности самое главное.
37. Аналитический метод расчёта несущей способности оснований на …..фундаментов с горизонтальной подошвой при действии внецентренной наклонной нагрузки.
Вертикальную составляющую силы предельного сопротивления основания, сложенного нескальными грунтами в стабилизированном состоянии, допускается определять по формуле (16), если фундамент имеет плоскую подошву и грунты основания ниже подошвы однородны до глубины не менее ее ширины, а в случае различной вертикальной пригрузки с разных сторон фундамента интенсивность большей из них не превышает 0,5R ( R – расчетное сопротивление грунта основания, определяемое в соответствии с пп.2.41.-2.48):
(16)
где и - обозначения те же, что в формуле (12), причем символом b обозначена сторона фундамента, в направлении которой предполагается потеря устойчивости основания;
|
, , - безразмерные коэффициенты несущей способности, определяемые по табл.7 в зависимости от расчетного значения угла внутреннего трения грунта I и угла наклона к вертикали равнодействующей внешней нагрузки на основание F в уровне подошвы фундамента;
|
и - расчетные значения удельного веса грунтов, кН/м3 (тс/м3 ), находящихся в пределах возможной призмы выпирания соответственно ниже и выше подошвы фундамента (при наличии подземных вод определяются с учетом взвешивающего действия воды);
|
- расчетное значение удельного сцепления грунта, кПа (тс/м2 );
| d- глубина заложения фундамента, м (в случае неодинаковой вертикальной пригрузки с разных сторон фундамента принимается значение d, соответствующее наименьшей пригрузке, например, со стороны подвала);
|
, , - коэффициенты формы фундамента, определяемые по формулам:
| | |
|
|