ответы по геотехнике. Ответы по геотехнике (зачет). Грунт скальный

• Название: Грунт скальный
• Анкор: ответы по геотехнике
• Дата: 23.05.2022
• Размер: 0.8 Mb.
• Имя файла: Ответы по геотехнике (зачет).docx
• Тип: Документы; #545722

Ответы по геотехнике (зачет)

1) Грунт – трехфазная система, состоящая из: 1)твердой фазы (частицы минералов иобломочных пород), 2) жидкой фазы (вода), 3) газообразной фазы (воздух). Грунты подразделяют на два основных класса: скальные и нескальные.

грунт скальный - грунт, состоящий из кристаллитов одного или нескольких минералов, имеющих жесткие структурные связи кристаллизационного типа.

Грунт дисперсный - грунт, состоящий из отдельных минеральных частиц (зерен) разного размера, слабосвязанных друг с другом; образуется в результате выветривания скальных грунтов с последующей транспортировкой продуктов выветривания водным или эоловым путем и их отложения.

Гранулометрическим (зерновым) составом называется весовое со­держание частиц различной крупности, выраженное в процентах по отношению к массе сухой пробы, взятой для анализа.Выделяют шесть основных фракций (табл. 1).

Фракции (частицы)	Размер частиц, мм
Валунные (глыбовые) Галечниковые (щебенистые) Гравийные (дресвяные) Песчаные Пылеватые Глинистые	Более 200 10 – 200 2 – 10 От 2 до 0,05 0,05 до 0,005 Менее 0,005

2) Характеристики физических свойств условно разделяют на группы: основные и производные. Следует выделить три основные физические характеристики грунта: плотность грунта, влажность и плотность частиц грунта. Основными они называются потому, что определяются только экспериментальным путем и служат для расчета других, так называемых производных характеристик.  К производным относят: плотность сухого грунта (Скелета), пористость, коэффициент пористости и коэффициент водонасыщения. Их вычисляют по формулам, используя основные характеристики.

• 
  1) Плотность грунта- масса единицы объема грунта в условиях естественного залегания.   (г/см³). Определяется методом режущих колец.
  
• 
  2) Плотность твердых частиц грунта- масса единицы объема минер. части грунта абсолютно не имеющая пустот. 
  
• 
  3) Природная влажность - отношение массы воды, содержащейся в порах грунта к массе сухого грунта.   Определяется путем высушивания образца при температуре 100-105^оС до постоянной массы.
  
• 
  Производные хар-ки грунта:
  
• 
  1) Плотность сухого грунта- отношение массы минер. частиц ко всему объему грунта.   .
  
• 
  2) Пористость грунта- отношение объема пор ко всему объему грунта.   .
  
• 
  3) Коэффициент пористости- отношение объема пор к объему минеральных частиц грунта. 
  
• 
  4) Коэффициент водонасыщения показывает степень заполнения объема пор водой.   .
  
• 
  Пластичностью грунта называется его способность деформироваться по действием внешнего давления без разрыва сплошности массы и сохранять приданную форму после прекращения деформирующего усилия. Глинистые грунты обладают пластичностью только в пределах определенной влажности; при меньшей влажности они становятся полутвердыми или твердыми, при большей — из пластичного состояния переходят в текучее.
  
• 
  Для установления способности грунта принимать пластичное состояние определяют влажность, характеризующую границы пластичного состояния грунта текучести и раскатывания.
  
• 
  Граница текучести W_L характеризует влажность, при которой грунт из пластичного состояния переходит в полужидкое — текучее. При этой влажности связь между частицами нарушается благодаря наличию свободной воды, вследствие чего частицы грунта легко смещаются и разъединяются. В результате этого сцепление между частицами становится незначительным и грунт теряет свою устойчивость.
  
• 
  Граница раскатывания W_P соответствует влажности, при которой грунт находится на границе перехода из твердого состояния в пластичное. При дальнейшем увеличении влажности (W > W_P) грунт становится пластичным и начинает терять свою устойчивость под нагрузкой. Границу текучести и границу раскатывания называют также верхним и нижним пределами пластичности.
  
• 
  Определив влажность на границе текучести и границе раскатывания, вычисляют число пластичности грунта I_Р. Число пластичности представляет собой интервал влажности, в пределах которого грунт находится в пластичном состоянии, и определяется как разность между границей текучести и границей раскатывания грунта:
  
• 
  Чем больше число пластичности, тем более пластичен грунт. Минеральный и зерновой составы грунта, форма частиц и содержание глинистых минералов (особенно монтмориллонитовой группы), а также состав обменных катионов существенно влияют на границы пластичности и число пластичности
  

3. Пластичностью грунта называется его способность деформироваться по действием внешнего давления без разрыва сплошности массы и сохранять приданную форму после прекращения деформирующего усилия. Глинистые грунты обладают пластичностью только в пределах определенной влажности; при меньшей влажности они становятся полутвердыми или твердыми, при большей — из пластичного состояния переходят в текучее.

Для установления способности грунта принимать пластичное состояние определяют влажность, характеризующую границы пластичного состояния грунта текучести и раскатывания.

Граница текучести W_L характеризует влажность, при которой грунт из пластичного состояния переходит в полужидкое — текучее. При этой влажности связь между частицами нарушается благодаря наличию свободной воды, вследствие чего частицы грунта легко смещаются и разъединяются. В результате этого сцепление между частицами становится незначительным и грунт теряет свою устойчивость.

Граница раскатывания W_P соответствует влажности, при которой грунт находится на границе перехода из твердого состояния в пластичное. При дальнейшем увеличении влажности (W > W_P) грунт становится пластичным и начинает терять свою устойчивость под нагрузкой. Границу текучести и границу раскатывания называют также верхним и нижним пределами пластичности.

Определив влажность на границе текучести и границе раскатывания, вычисляют число пластичности грунта I_Р. Число пластичности представляет собой интервал влажности, в пределах которого грунт находится в пластичном состоянии, и определяется как разность между границей текучести и границей раскатывания грунта:

Чем больше число пластичности, тем более пластичен грунт. Минеральный и зерновой составы грунта, форма частиц и содержание глинистых минералов (особенно монтмориллонитовой группы), а также состав обменных катионов существенно влияют на границы пластичности и число пластичности

4)  Сжимаемость грунтов .Компресионная зависимость. Закон уплатнения. Характеристики сжимаемости.

Наиболее важным деформационным свойством грунтов является их сжимаемость. Сжимаемостью грунтов называется их способность уменьшаться в объеме под действием внешней нагрузки. Сжимаемость зависит от пористости грунтов, гранулометрического и минералогического состава, природы внутренних структурных связей и характера нагрузки.

Деформативными характеристиками сжимаемости являются: коэффициент сжимаемости m0, МПа-1; коэффициент относительной сжимаемости mV, МПа -1; модуль общей деформации Ео, МПа и структурная прочность грунта Рстр, МПа. Одним из способов определения характеристик сжимаемости в лабораторных условиях являются компрессионные испытания. Это испытания грунта в условиях одноосного сжатия без возможности бокового расширения. Компрессионное сжатие моделирует процесс уплотнения грунта под центром фундамента. Компрессионные испытания грунтов производят в одометрах – приборах с жесткими металлическими стенками, препятствующими боковому расширению грунта при сжатии его вертикальной нагрузкой. При испытаниях происходит уплотнение грунта за счет уменьшения объема пор и влажности.

При испытании прикладываем на образец грунта нагрузку Р₁ – произойдет уплотнение грунта, и коэффициент пористости станет е₁.

Затем прикладываем нагрузку Р₂, получим е₂ и т.д. (4–5 ступеней).

После заданного нагружения будем снимать нагрузку и наблюдать за результатами. По результатам испытаний строим график компрессионной кривой (к.к).

Графическое представление компессионных испытаний в одометре с построением прямой и обратной ветвей компрессионных кривых (к.к.).

Компрессия- это сжатие грунта без возможного бокового расширения.

изменение коэффициента пористости грунта прямо пропорцио­нально изменению давления. На небольшом участке рассмотрим приращение нагрузки ∆Р и получим соответственно ∆е. Заменим дугу прямой и рассмотрим угол α.

 

∆е = –tgα∆Р

В этой формуле знак (–) означает, что с увеличением нагрузки α – уменьшается. В дифференциальной форме:

dе = –tgαdР

tgα = m_о и тогда de = –m_оdP – основная математическая форма закона компрессии.

Относительное изменение коэффициента пористости пропорционально изменению нагрузки (для малых интервалов нагрузок).

Компрессионная кривая позволяет судить о сжимаемости грунта.

α – может характеризовать сжимаемость.

Пример изменения угла наклона к.к. для мало и сильно сжимаемого грунтов.

Возьмем произвольную точку i на прямой, в пределах отрезка Р₁ – Р₂. Составим уравнение для этой точки, исходя из начального параметра е₀.

е_i = е₀ – р_i tgα – это основное уравнение, характеризующее компрессию в выбранном варианте.

Рассмотрим подробнее .

где m<_o – коэффициент сжимаемости грунта.

Для того чтобы получить m_o, необходимо выделить определенный интервал давлений.

• 
  Р₁ – напряжение от собственного веса грунта
  
• 
  Р – дополнительное давление от внешней нагрузки
  
• 
  Р₂ – полное напряжение (Р₂ = Р₁ + Р)
  

Окончательно:

В соответствии с полученными значениями коэффициента относительной сжимаемости СП (СНиП) определяет 3 категории грунта:

• 
  m_o < 0,005 – грунт мало сжимаемый.
  
• 
  m_o = 0,005÷0,05 – грунт средне сжимаемый.
  
• 
  m_o > 0,05 – грунт сильно сжимаемый.
  

1. 
   При изысканиях отбирают пробы грунта, строят график к.к. и определяют m_o – это делают обычно инженеры-геологи, а строители оценивают свойства грунта по показателям, полученным от геологов.
   
2. 
   Основной расчет оснований по II предельному состоянию – по деформациям. В формулу расчета осадки S=hm_vP входит величина коэффициента относительного сжатия грунта .
   

Таким образом, m_о является той характеристикой, которая, как правило, решает выбор основания: можно строить или нельзя (тогда возникает необходимость перехода на искусственное основание).

существует еще одна характеристика сжатия грунта: Е₀ – модуль общей деформации грунта.

5. Водопроницаемостью грунта называют его способность пропускать через себя свободногравитационную воду под действием разности напоров. От водопроницаемости грунтов зависит ряд процессов, влияющих на устойчивость сооружений, в том числе:

-скорость уплотнения основания (грунтов);

-суффозия грунта — перемещение или вынос мелких частиц по порам, образованным более крупными частицами под воздействием фильтрационного потока;

-оползневые явления — перемещение грунтовых масс под действием силы тяжести или внешней нагрузки.

Движение воды в грунте происходит под действием возникающего в нем градиента напора.

Движение воды в песчаных и глинистых грунтах рассматривается как параллельно-струйное, т.е. имеет ламинарный характер движения, так как скорость фильтрации в таких грунтах невелика.

Методы определения коэффициента фильтрации

1. Полевой.

На местности бурят несколько колодцев. В один из них добавляют подкрашенную жидкость, в другом засекают ее время появления и замеряют уровень воды, откачивая жидкость.

Достоинства: Грунт в естественном состоянии.

2. Лабораторный.

В цилиндр с диаметром D помещают испытываемый образец. Сверху вниз пропускают воду. Уровни в пьезометрах поднимаются на определенную высоту. Замеряя разность уровней и деля на расстояние между пьезометрами получаем гидравлический уклон.

Расход замеряют объемным методом.

3. Аналитический.

Определяют коэффициент фильтрации с помощью формул через другие коэффициенты.

4. Табличный.

По соответствующим таблицам, справочникам для определенного вида грунта находят коэффициент фильтрации.

6. Грунт в основании всегда находится в состоянии пространственного (трехосного) сжатия. Если в процессе сжатия одно из главных напряжений будет сильно возрастать по сравнению с остальными, то при определенном соотношении произойдет разрушение грунта. Разрушение происходит с образованием площадки сдвига. Для плотных песков и твердых глин и суглинков сдвиг происходит по четко выраженной плоскости, наклоненной к оси разрушения напряжений под углом менее 45^о. Если влажность глинистых грунтов близка к пределу текучести площадки не образуются, разрушение носит характер течения. Несмотря на различие в формах разрушений сущ-ет общая закономерность для всех видов грунта: потеря прочности наступает тогда, когда внутри грунта происходит сдвиг при образовании касательных напряжений превышающих некоторые предельные значения, называемые сопротивлением грунта сдвигу. В основетеории прочности Мора-Кулона лежит гипотеза Мора о зависимости предельных касательных напряжений от среднего нормального напряжения и гипотеза Кулона о том, что названная зависимость обусловлена внутренним трением в твердом теле. где φ – угол внутреннего трения; с – сцепление грунта. Это прочностные характеристики грунта.

У словия предельного равновесия. Для сыпучих грунтов где σ₁ и σ₂ – главные напряжения, φ – угол внутреннего трения грунта.

Для связных грунтов, получим условие пре­дельного равновесия в виде

где с – сцепление грунт, определяемое как начальный параметр огибающей кругов предельных напряжений.

7) 1) Лабораторное испытание на одноплоскостном сдвиговом приборе.

2) Лабораторное испытание на стабилометре

3) Полевые испытания крыльчаткой

4) Полевые испытания статическим и динамическим зондированием.



8)Прибор представляет собой обойму из двух металлических колец с зазором величиной 0,5 мм. Одно кольцо закреплено неподвижно, второе может перемещаться горизонтально. Через перфорированный штамп производиться обжатие грунта вертикальной нагрузкой. После стабилизации вертикальной деформацией к подвижному кольцу прикладывают горизонтальное усилие до наступления незатухающих деформ. сдвига (или 5 мм). Испытание проводят 3 раза при возрастающем значении вертикального давления Р.

Испытание на трехосное сжатие проводят на стабилометрах. Цилиндрический образец грунта помещают в рабочую камеру стабилометра, заполненную раб жидкостью или воздухом. За счет давления воздуха создают всестороннее давление на образец. Вертик. дополнит. давление передается через жесткий штамп. Испытания проводят 3 раза, в каждом испытании к образцу прикладывают постоянное, но разное для различных испытаний боковое давление.

Полевые испытания крыльчаткой. При испытании крыльчатку задавливают в забой скважины, вращая крыльчатку вокруг своей оси производят срез грунта по цилиндрической пов-ти. Определяют максимальный момент в момент среза Mmax и статический момент, постоянный момент после среза грунта.

Полевые испытания методом зондирования. Различают статич и динамич зондирование. Статич заключается в медленном задавливании в грунт стандартного зонда с коническим наконечником. Плотность и прочность грунтов хар-ся усилием необходимым для задавливания зонда на определенную глубину. Динамич зондирование производится путем погружения зонда в грунт ударами. Плотность и прочность хар-ся количеством ударов необходимым для забивки зонда на опред глубину.

9. Распределение напряжений в массиве грунта от сосредоточенной силы (задача Буссинеcска). Распределение напряжений от равномерно распределенной нагрузки, действующей на ограниченной зоне прямоугольной формы.

Решение задачи может иметь место при соблюдении след условий: 1) грунты однородны и линейно-деформ., 2) процесс сжатия закончился, 3) рассматриваемая точка нах-ся на некотором отдалении от приложенной силы.



Если на пов-ть грунта действует несколько сосредоточенных сил, то напряжения могут быть определены простым суммированием. 

Распределение напряжений от равномерно распределенной нагрузки, действующей на ограниченной зоне прямоугольной формы. 

Если на пов-ти приложена нагрузка, на площади ограниченных размеров, то напряжение в любой точку массива могут быть определены суммированием напряжений, возникающих от системы сосредоточенных сил. Интегрируя последнее выражение от 0 до bи от 0 до l можно определить напряжение в любой точке массива. В наст время пользуются решениями, полученными для точек, расположенных под центром и под углами прямоуг площадок. Для центральной точки напряжения определены



10) Суть метода заключается в том, что напряжение в любой точке массива находят как суммарное давление угловых точек прямоуг площадок. Для этого площадку в плане разбивают на отдельные прямоугольники, углы которых сходятся на исследуемой точке.

Распределение напряжений от сосредоточенной линейной нагрузки (плоская задача Фламана). Напряжения в грунте при равномерной распределенной нагрузке.

Если нагрузка распределена по бесконечной полосе и если её величина вдоль полосы не меняется, то для оценки напряженно деформ состояния массива достаточно исслед напряжение в любом сечении перпенд к оси полосы, такая задача наз-ся плоской (ленточный фундамент, основание насыпей дорож полотен). Решение задачи о распред напряжения от действия полосообразной системы сосредоточенных сил было получено Фламаном.

Принимая эл нагрузку dN за сосредоточенную нагрузку и интегрируя по ширине полосы решение Фламана получим

 12.  Распределение напряжений под подошвой жестких фундаментов и штампов (контактная задача).

Если тело (фундамент) передающее нагрузку имеет абсолютную жесткость, то распред напряжений под подошвой фундамента будет значительно отличатся от равномерного. Решение для абсолютно жесткого, круглого в плане фундамента будет в след виде

Как показали практич исследования напряжения под краями жесткого фундамента значительно отличается от теоретических. Эпюры напряжений могут быть одного из трёх видов:

1) колоколообразные

2) параболические

 3) седлообразные.

Жесткость фундамента отражается только на глубине равной ширине фундамента. В практике расчета распред напряжений по подошве фундамента принимается линейно, в виде прямоугольных, либо трапецеидальных эпюр.

13. Распределение напряжений от собственного веса грунтов (природное давление). Влияние подземных вод на распределение напряжений.

Напряжения в массиве грунта, возникающие от собственного веса грунтов возрастают пропорционально глубине рассматриваемого слоя. Эпюра напряжений по глубине однородного слоя будет иметь вид треугольника, а при нескольких неоднородных слоях изображается ломанной линией.

Гидростатические давления столба воды на кровлю водоупорного слоя.

14. Понятие об активном и пассивном давлении грунта на подпорную стенку. Аналитический метод определения давления сыпучего грунта на подпорную стенку.

При решении задачи о боковом давлении грунта на стенку различают два случая: 1) удержив стенки поддерживают грунт и испытывают давление на свою внутреннюю грань. Давление пытается сдвинуть стенку в направлении действия. Максимальное значение будет определятся     

 

 

Такое давление наз-ся активным

2) стенка упирается в грунт и может вызвать его выпаривание, т.е. стенка давит на грунт. Грунт будет сопротивляться этому давлению, такое давление наз-ся пассивным.

 

 Действие сплошной равномерно распределенной нагрузки зам-ся эквивалентной высотой слоя грунта. Активное давление на уровне верха подпорной стенки:

 

На уровне низа:

 

 

Равнодействующая:      

         

15.

18. 

19.

20.

21) Фундаментом называется часть сооружения, которая служит для передачи и более равномерного распределения давления от веса возводимого сооружения на его основание.

Основанием называется область грунта, воспринимающая давление от фундамента или земляного сооружения. Основания могут быть естественными и искусственными.

Все виды фундаментов можно разбить на 3 основные группы:

1) Фундаменты мелкого заложения. Устраиваются обычно в открытых котлованах при наличии хороших грунтов на естественном или искусственном основании при глубине, как правило, до 5 м (иногда до 10 м).

2) Свайные фундаменты применяются при наличии в верхних горизонтах грунтов, обладающих незначительной несущей способностью.

3) Фундаменты глубокого заложения (опускные колодцы, кессоны, опоры из тонкостенных оболочек, «стена в грунте») применяются в случаях, когда необходимо пройти значительные толщи слабых грунтов, а сооружение компактно в плане и достаточно массивно, а также при строительстве зданий с развитой подземной частью.

Последовательность проектирования оснований и фундаментов

Проектирование оснований и фундаментов выполняется в соответствии с действующими нормативными документами (СП 22.13330-2011 «СНиП 2.02.01-83* Основания зданий и сооружений», СП 24.13330-2011 «СНиП 2.02.03-85 Свайные фундаменты») и включает ряд операций, которые обычно выполняются в указанной ниже последовательности.

1. Оценка результатов инженерно-геологических, инженерно-геодезических и инженерно-гидрометеорологических изысканий для строительства.

В общем случае результаты изысканий должны содержать сведения о местоположении территории строительства, ее климатических и сейсмических условиях, инженерно-геологическом строении толщи грунтов, физико-механических свойствах грунтов основания, наблюдаемых неблагоприятных факторах (наличие просадочности грунтов, карста, оползневых процессов, горных выработок и т.п.), наличии горизонтов подземных вод и агрессивности по отношению к материалам фундаментов.

2. Анализ проектируемого здания и сооружения. Исходя из конструктивных и эксплуатационно-технологических требований определяется чувствительность сооружения к неравномерным осадкам, назначаются предельные значения деформаций основания. Важным этапом является определение нагрузок, действующих на сооружение (ветровых, снеговых, особых и т.п.), а также нагрузок от несущих конструкций сооружения, перекрытий, различного рода оборудования и эксплуатационных условий, передающихся на фундаменты.

3. Выбор типа основания и конструкций фундаментов. Осуществляют привязку проектируемого сооружения к строительной площадке, т.е. совмещение осей сооружения с инженерно-геологическими разрезами и выбор глубины заложения подошвы фундаментов. Заканчивается этот этап выбором типа основания и нескольких конструктивных типов фундаментов проектируемого сооружения, намеченных для дальнейшего, более детального анализа.

4. Расчеты оснований по предельным состояниям, технико-экономический анализ вариантов и принятие окончательного решения. Для одного или нескольких сечений сооружения проводятся расчеты выбранных вариантов фундаментов по предельным состояниям. Определяются размеры фундаментов в плане, количество и расположение свай, проектируются фундаменты для каждого варианта. Проводится технико-экономическое сравнение рассматриваемых вариантов и по минимуму приведенных затрат устанавливается оптимальное проектное решение.

22. Основные положения. В основе современного подхода к проектированию всех строительных конструкций лежит принцип расчетов по предельным состояниям. Согласно этому принципу, действующие на конструкцию усилия или возникающие в ней напряжения, перемещения и деформации не должны превышать соответствующих предельных величин.

Расчеты по предельным состояниям подразделяются на две группы.

Первая группа – расчеты по несущей способности, призванные не допустить потери устойчивости формы или положения конструкции; хрупкое, вязкое или иного характера ее разрушение.

Вторая группа – расчеты по деформациям, обеспечивающие установление таких величин перемещений или деформаций конструкций (осадок, прогибов, подъемов, кренов и т.п.), при которых еще не возникнут затруднения в нормальной эксплуатации сооружений и не произойдет снижение их долговечности.

Отсюда целью расчетов оснований по предельным состояниям является выбор такого технического решения фундаментов, которое должно исключить достижение сооружением предельного состояния.

Согласно СНиП 2.02.01-83* необходимость расчетов оснований по I группе ПС (по несущей способности) возникает в тех случаях, если:

а) на основание передаются значительные горизонтальные нагрузки (подпорные стенки, фундаменты распорных конструкций и т.п.), в том числе и сейсмические нагрузки;

б) сооружение расположено на откосе или вблизи откоса;

в) основание сложено медленно уплотняющимися водонасыщенными глинистыми или биогенными грунтами при степени влажности Sr≥0,85 и коэффициенте консолидации Cν ≤ 107 см2/год;

г) основание сложено скальными грунтами.

Расчеты по II группе ПС (по деформациям) производятся во всех случаях, если основание сложено нескальными грунтами.

Допустим, потеря основанием несущей способности произойдет при давлении под подошвой фундамента p=pu. Однако может оказаться, что уже при меньших давлениях осадка фундамента превысит предельно допустимую величину. В этом случае нормальная эксплуатация сооружения будет определяться условиями расчетов по II группе предельных состояний.

С другой стороны, представим себе то же сооружение, расположенное на откосе. Пусть фундаменты сооружения запроектированы исходя из условий расчетов по II группе предельных состояний, и полностью обеспечена его нормальная эксплуатация. Однако если дополнительная нагрузка на основание от построенного сооружения приведет к потере устойчивости откоса, то и само сооружение окажется непригодным к эксплуатации. Здесь уже потребуется оценка устойчивости откоса вместе с сооружением с помощью расчетов по I группе предельных состояний.

Расчеты оснований по деформациям производятся исходя из условия

S ≤ Su ,

где S – совместная деформация основания и сооружения, устанавливаемая расчетом (например, методом послойного суммирования).;Su – предельное значение деформации основания сооружения, устанавливаемое нормами или заданием на проектирование.

Важнейшей предпосылкой применения методов расчета осадок, основанных на использовании положений теории линейного деформирования грунта, является ограничение среднего давления под подошвой фундамента р условием p ≤ R, где R – расчетное сопротивление грунтов основания.

23.  К фундаментам мелкого заложения (ФМЗ), как правило, относятся фундаменты, имеющие отношение высоты к ширине подошвы, не превышающее 4, и передающие нагрузку на грунты основания преимущественно через подошву.

Рис. 1 Схема фундамента мелкого заложения:

1 – фундамент; 2 – колонна; 3 – обрез

 

Подошвой фундамента называется его нижняя плоскость, соприкасающаяся с основанием; верхняя плоскость фундамента, на которую опираются наземные конструкции, называется обрезом. За ширину фундамента принимается минимальный размер подошвы b, а за длину наибольший ее размер l. Высота фундамента hfесть расстояние от подошвы до обреза, а расстояние от поверхности планировки до подошвы d называется глубиной заложения фундамента.

По условиям изготовления ФМЗ делятся на монолитные, возводимые непосредственно в котлованах, и сборные, монтируемые из элементов заводского изготовления.

В качестве материалов фундаментов применяются железобетон, бетон, бутобетон и каменные материалы.

Фундаменты мелкого заложения делятся на отдельно стоящие, ленточные, сплошные.



Отдельно стоящие фундаменты устраивают под колонны, опоры балок, ферм и других элементов промышленных и гражданских зданий и сооружений и представляют собой кирпичные, каменные, бетонные или железобетонные столбы с уширенной опорной частью. Ленточные фундаменты используют для передачи нагрузки на основание от протяженных элементов строительных конструкций, например, стен зданий, или ряда колонн.

Сплошные фундаменты, иногда называемые плитными, устраивают под всем зданием в виде железобетонных плит. Сплошные фундаменты способствуют уменьшению неравномерности осадки сооружения.

24. Расчет ФМЗ начинают с предварительного выбора его конструкции и основных размеров, к которым относятся глубина заложения фундамента, размеры и форма подошвы. Затем для принятых размеров фундамента производят расчеты основания по предельным состояниям.

Очевидно, что чем меньше глубина заложения фундамента, тем меньше объем затрачиваемого материала и ниже стоимость его возведения, поэтому естественно стремление принять глубину заложения как можно меньшей. Однако при выборе глубины заложения фундамента приходится руководствоваться целым рядом факторов, основными из которых являются инженерно-геологические и гидрогеологические условия строительной площадки, глубина сезонного промерзания грунтов и конструктивные особенности возводимого сооружения.

Инженерно-геологические условия строительной площадки. Учет инженерно-геологических условий строительной площадки заключается главным образом в выборе несущего слоя грунта, который может служить естественным основанием для фундаментов.



Рис. 1. Схемы напластований грунтов с вариантами устройства фундаментов:

1 - прочный грунт; 2 - более прочный грунт; 3 - слабый грунт;

4 - песчаная подушка; 5 – зона закрепления грунта

Схема I. Площадка сложена одним или несколькими слоями прочных грунтов, причем строительные свойства каждого последующего слоя не хуже свойств предыдущего. В этом случае глубина заложения фундамента принимается минимальной, с учетом сезонного промерзания грунтов и конструктивных особенностей сооружения (рис.1,а). Иногда за несущий принимают слой более плотного грунта, залегающий на некоторой глубине, если это решение экономичнее (рис. 1,б).

Схема II. С поверхности площадка сложена одним или несколькими слоями слабых грунтов, ниже которых располагается толща прочных грунтов. Здесь возможны следующие решения. Можно прорезать слабые грунты и опереть фундамент на прочные, как это показано на рис.1, в. С другой стороны, может оказаться более выгодным прибегнуть к укреплению слабых грунтов или замене их песчаной подушкой (рис.1, г). Если же мощность слабого слоя окажется чрезмерно большой, то рекомендуется перейти на свайные фундаменты (рис. 1, д).

 Схема III. С поверхности площадки залегают прочные грунты, а на некоторой глубине встречаются слои слабого грунта. В данной ситуации возможно принять решение по схеме II. Но т.к. при этом придется прорезать толщу прочных грунтов, то более выгодным может оказаться или использование прочного грунта в качестве распределительной подушки при обязательной проверке прочности слабого подстилающего слоя (рис.1,е), или закрепление слоя слабого грунта (рис.1,ж), что позволит существенно уменьшить размер подошвы фундамента. Глубина сезонного промерзания грунтов. Проблема состоит в том, что промерзание водонасыщенных грунтов сопровождается образованием в них прослоек льда, толщина которых увеличивается по мере миграции воды из слоев, расположенных ниже уровня подземных вод это приводит к возникновению сил пучения по подошве фундамента, которые могут вызвать подъем сооружения. Последующее оттаивание таких грунтов приводит к резкому снижению их несущей способности и просадкам сооружения.

Наибольшему пучению подвержены грунты, содержащие пылеватые и глинистые

частицы. Крупнообломочные грунты с песчаным заполнителем, пески гравелистые, крупные и средней крупности относятся к непучинистым грунтам, глубина заложения фундаментов в них не зависит от глубины промерзании в любых условиях.

Нормативная глубина сезонного промерзания грунта dfnустанавливается по данным многолетних наблюдений (не менее 10 лет) за фактическим промерзанием грунтов в районе предполагаемого строительства под открытой, лишенной снега поверхностью. При отсутствии таких данных нормативную глубину сезонного промерзании грунтов определяют в соответствии с рекомендациями СП 22.13330.2011.

Расчетная глубина сезонного промерзания грунта определяется как

Df= khDfn

где kh– коэффициент, учитывающий влияние теплового режима сооружения, принимаемый для наружных фундаментов отапливаемых сооружений по СП 22.13330.2011, а для наружных и внутренних фундаментов неотапливаемых сооружений – равным 1,1.

25. Основные положения. Классификация свай. В тех случаях, когда с поверхности залегают слои слабых грунтов, не обладающих достаточной несущей способностью, чтобы служить основанием для ФМЗ проектируемого сооружения, возникает необходимость передачи нагрузки на более плотные грунты, расположенные на некоторой глубине. В этих условиях чаще всего прибегают к устройству фундаментов из свай.

Сваей называют погруженный в готовом виде или изготовленный в грунте стержень, предназначенный для передачи нагрузки от сооружения на грунт основания. Группы или ряды свай, объединенные поверху распределительной плитой или балкой, образуют свайный фундамент. Распределительные плиты и балки, выполненные, как правило, из монолитного или сборного железобетона, называют ростверками. Ростверки воспринимают, распределяют и передают на сваи нагрузку от расположенного на фундаменте сооружения.

В настоящее время в строительстве применяется более 150 типов свай и их конструктивных видов, которые принято классифицировать по двум основным признакам: по характеру передачи нагрузки на грунт и по условиям изготовления свай.

По характеру передачи нагрузки на грунт сваи подразделяются на сваи-стойки и висячие сваи (сваи трения).

По условиям изготовления сваи делятся на две группы: сваи, изготовляемые заранее на заводе или полигоне (предварительно изготовленные) и затем погружаемые в грунт, и сваи, изготовляемые на месте, в грунте.

В зависимости от расположения свай в плане различают следующие виды свайных фундаментов: одиночные сваи, свайные кусты, ленточные свайные фундаменты и сплошные свайные поля (рис. 3).

Одиночные сваи применяют под отдельно стоящие опоры, когда несущей способности одной сваи достаточно для восприятия передаваемой на основание нагрузки. Разновидность одиночных свай, служащих одновременно и фундаментом, и колонной легкой надземной конструкции, называют сваей-колонной. Сваи-колонны широко применяют при строительстве легких сельскохозяйственных сооружений.

Свайным кустом принято называть фундамент, состоящий из группы свай. Число свай в кусте может быть различным, обычно не менее 3-х, хотя в отдельных случаях допускается устройство кустов и из 2-х свай. Свайные кусты устраивают под колонны сооружений и опоры, передающие значительные вертикальные нагрузки.

Если сваи в фундаменте расположены в один или несколько рядов, то такой фундамент называют ленточным свайным фундаментом. Ленточные свайные фундаменты устраивают под стены зданий и другие протяженные конструкции.

Если фундамент состоит из свай, расположенных в определенном порядке под всем сооружением, его называют сплошным свайным полем. Сплошные свайные поля устраивают под тяжелые сооружения башенного типа, имеющие ограниченные размеры в плане.



27. Сваи, погружаемые в грунт в готовом виде, в зависимости от материала, из которого они изготовляются, подразделяются на железобетонные, деревянные, стальные и комбинированные.

Железобетонные сваи, получившие наибольшее распространение в практике строительства, подразделяют:

по форме поперечного сечения – на квадратные, квадратные с круглой полостью, полые круглого сечения, прямоугольные, швеллерные и двутавровые (рис. 4);

по форме продольного сечения – на призматические, цилиндрические, с наклонными боковыми гранями (пирамидальные, трапецеидальные, ромбовидные), сваи с уширенной пятой (рис. 5);

по способу армирования – на сваи с ненапрягаемой и предварительно напряженной продольной арматурой, с поперечным армированием и без него;

по конструктивным особенностям – на сваи цельные и составные.



д - ромбовидные; е - с уширенной пятой

Наиболее часто в настоящее время применяют призматические сваи сплошного квадратного сечения, квадратного сечения с круглой полостью и полые цилиндрические· (рис. 6).

0,4м и длиной 3...16 м с ненапрягаемой арматурой, 3...20 м – с напрягаемой. При необходимости увеличения длины свай их стыкуют из нескольких звеньев, применяя стыковочные соединения различного типа (болтовые, сварные, клеевые и т.д.).0,2 до 0,4Сваи сплошного квадратного сечения выпускают сечением от 0,2

Стальные сваи. Стальные сваи делят на трубчатые и шпунтовые. Трубчатые сваи изготовляют из стандартных стальных труб диаметром 0,2...0,8м, шпунтовые – из стального шпунта различного профиля. В качестве стальных свай используют также двутавровые балки, швеллеры и другие прокатные профили. Если после погружения в грунт стальная трубчатая свая заполняется бетоном, ее называют трубобетонной.

Преимуществом стальных свай является возможность наращивания сваркой их длины по мере погружения в грунт, основным недостатком – подверженность коррозии, особенно в агрессивных водных средах. Для защиты от коррозии поверхность сваи покрывают битумом, суриком или эпоксидными смолами.

Стальные сваи рекомендуется применять в сложных для забивки грунтовых условиях (включения валунов, гальки и т.п.)

Конструкции свай, изготовляемых в грунте (набивные сваи).

Их изготовляют из бетона, железобетона или цементно-песчаного раствора. Конструкция набивных свай, которые имеют, как правило, цилиндрическую форму, может предусматривать уширение нижнего конца, что значительно повышает их несущую способность. По способу изготовления набивные сваи можно разделить на три основных типа: сваи без оболочки, сваи с оболочкой, извлекаемой из грунта, и сваи с неизвлекаемой оболочкой.

Сваи с извлекаемой оболочкой можно применять практически в любых геологических и гидрогеологических условиях, поскольку используемые для их изготовления инвентарные обсадные трубы защищают стенки пройденной скважины от обрушения.

Сваи с неизвлекаемой оболочкой применяют, когда отсутствует возможность качественного изготовления свай с извлекаемой оболочкой. Такие условия создаются на площадках, сложенных водонасыщенными глинистыми грунтами текучей консистенции с прослойками песков и супесей, где под напором подземных вод ствол сваи на отдельных участках может быть разрушен во время твердения бетонной смеси.

Сваи без оболочек применяют в связных сухих и маловлажных грунтах, где можно осуществлять бурение без крепления стенок скважин. Изготовление сваи производится в следующем порядке: в грунте буровой установкой пробуривается скважина и, если это предусмотрено проектом, специальной фрезой-уширителем разбуривается полость для устройства уширенной пяты сваи. В необходимых случаях в готовую скважину устанавливают арматурный каркас

26. Размещение свай в плане, конструирование свайного фундамента.

Свайные фундаменты в зависимости от действующих нагрузок следует проектировать в виде:

а) одиночных свай - под отдельно стоящие опоры;

б) свайных лент - под стены зданий и сооружений при передаче на фундамент распределенных по длине нагрузок с расположением свай в один, два ряда и более;

в) свайных кустов - под колонны с расположением свай в плане на участке квадратной, прямоугольной, трапецеидальной и другой формы;

г) сплошного свайного поля - под тяжелые сооружения со сваями, равномерно расположенными под всем сооружением и объединенными сплошным ростверком, подошва которого опирается на грунт.

 При разработке проекта свайных фундаментов необходимо учитывать следующие данные: конструктивную схему проектируемого здания или сооружения; размеры несущих конструкций и материал, из которого они проектируются; наличие и габариты приближения заглубленных помещений к строительным осям здания или сооружения и их фундаментам; конструкции полов и технологические нагрузки на них; нагрузки на фундамент от строительных конструкций; размещение технологического оборудования, нагрузки, передаваемые от него на строительные конструкции, а также требования к предельным осадкам и кренам строительных конструкций и фундаментов под оборудование.

Число свай в фундаменте следует назначать из условия максимального использования прочностных свойств их материала при расчетной нагрузке, допускаемой на сваю, с учетом допустимых перегрузок крайних свай в фундаменте.

Выбор конструкции и размеров свай должен осуществляться с учетом значений и направления действия нагрузок на фундаменты (в том числе технологических нагрузок), а также технологии строительства здания и сооружения.

 Сопряжение свайного ростверка со сваями допускается предусматривать как свободно опирающимся, так и жестким.

Свободное опирание ростверка на сваи должно учитываться в расчетах условно как шарнирное сопряжение и при монолитных ростверках должно выполняться путем заделки головы сваи в ростверк на глубину 5-10 см.

Жесткое сопряжение свайного ростверка со сваями следует предусматривать в случае, когда:

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

б) в месте сопряжения сжимающая нагрузка, передаваемая на сваю, приложена к ней с эксцентриситетом, выходящим за пределы ее ядра сечения;

в) на сваю действуют горизонтальные нагрузки, значения перемещений от которых при свободном опирании оказываются более предельных для проектируемого здания или сооружения;

г) в фундаменте имеются наклонные или составные вертикальные сваи;

д) сваи работают на выдергивающие нагрузки.

Жесткое сопряжение железобетонных свай с монолитным железобетонным ростверком следует предусматривать с заделкой головы сваи в ростверк на глубину, соответствующую длине анкеровки арматуры, или с заделкой в ростверк выпусков арматуры на длину их анкеровки в соответствии с требованиями СНиП 2.03.01-85. В последнем случае в голове предварительно напряженных свай должен быть предусмотрен ненапрягаемый арматурный каркас, используемый в дальнейшем в качестве анкерной арматуры.

Допускается также жесткое сопряжение с помощью сварки закладных стальных элементов при условии обеспечения требуемой прочности.