эл. учебник. И фундаменты

• Название: И фундаменты
• Дата: 21.10.2022
• Размер: 1.24 Mb.
• Имя файла: эл. учебник.doc
• Тип: Учебник; #746623
• страница: 15 из 26

Зная Fad.s, найдем усилие, которое рассеивается в массиве грунта в пределах длины сваи:

Fdis*=K^aX-Fad.s-» Z У off А - Fad. s-(П-29)

Суммарное усилие, вызывающее уплотнение грунтов ниже

плоскости, проходящей через нижний конец одиночной сваи,
будет

FNF(11.30)

Теперь с некоторым приближением можно принять, что сред­нее давление по подошве условного фундамента цилиндриче­ской формы при одиночной свае

Pmtп - (F_mИ + Ори + Opt + G_gU)/nrl;(11.31)

обозначения к формуле те же, что в экспликации к формуле (11.24),

292

Рис. 11.24. План подошвы условного фундамента

Зная p_mtnи размеры услов­ного фундамента (диаметр 2гь), находят его осадку.

Для свайных кустов с расстоя­нием между осями рядов свай 3...4d (где d— диаметр круглых свай или размер поперечного

сечения квадратных свай) размеры прямоугольного условного фундамента в плане определяют в соответствии со схемой, по­казанной на рис. 11.24, и формулой (11-.27). Для такого фунда­мента можно принять, что боковыми поверхностями угловых свай рассеивается часть усилия, равная 0,5/^, а поверхно­стями свай крайних рядов (кроме угловых) — 0,25Fd;_s. В таком случае нагрузка от условного фундамента (свайного куста) будет:

Fenи = Nil (0,25/w + 2) F_dls+ G_pU + Ощ + Q_gu -ydfA_c, (11.32)

где n_ea— число свай в крайних' рядах (без угловых); у—удельный вес грунта в пределах глубины df, df, A_c— глубина заложения и площадь, по­дошвы условного фундамента.

Теперь найдем среднюю интенсивность давления по подошве условного фундамента с учетом рассеивания напряжений в мас­сиве грунта:

Pll = ^Fcnlll\-d''³³)

Далее любым методом (см. п. 7) можно рассчитать' осадку свайного фундамента.

Учет рассеивания напряжения в массиве грунта в пределах длины свай особенно важен при большой длине и небольшом числе свай в редко расположенных свайных фундаментах,

В случае близкого размещения свайных фундаментов друг к другу при расчете осадок необходимо учитывать взаимное влияние загружения соседних фундаментов. Причем рассеива­ние напряжений происходит только от свай, размещаемых по периметру сооружения.

Рассеивание напряжений в массиве грунта в пределах дли* ны свай подтверждается данными наблюдений за распределен нием давления между сваями в кусте. Многими исследовате* лями, в т. ч. А. А. Бартоломеем и Н. М. Дорошкевич, установ-н лено, что наибольшую нагрузку воспринимают угловые сваи, несколько меньшую — сваи, расположенные по периметру свай" ного фундамента (без угловых), и наименьшую — сваи внутри куста. В то же время более свободное развитие пластических деформаций под крайними и тем более угловыми сваями долж-> но бы привести к обратной картине распределения нагрузки,

293

Кроме большего рассеивания напряжений в пределах длины угловых и крайних свай, неравномерному распределению на­грузки между сваями, по-видимому, способствует большая шь тенсивность напряжений в грунте основания по вертикали, про­ходящей через центр тяжести подошвы свайного фундамента, по сравнению с напряжениями по вертикалям, соответствующим крайним рядам свай.

12. ИСКУССТВЕННО УЛУЧШЕННЫЕ ОСНОВАНИЯ

12.1. Общие поло&ения

Согласно постановлениям партии и правительства для строительства предприятий и жилых.объектов следует исполь­зовать территории, непригодные для сельского хозяйства (за­болоченные, овражистые и др.)- Такие площадки сложены ча* сто слабыми грунтами, что, как правило, обусловливает разви­тие недопустимых неравномерностей осадки фундаментов или потерю устойчивости грунтов основания. При наличии слабых грунтов целесообразно применение свайных фундаментов, ра­ционально также искусственно улучшать работу и свойства грун­тов в основании: работу грунтов улучшают конструктивными методами, а их свойства — уплотнением, и закреплением.

К конструктивным методам улучшения работы грунтов ос­нований относятся устройство грунтовых подушек, применение шпунтового ограждения, создание боковых пригрузок, армиро­вание грунта.

Для уплотнения грунтов применяют следующие методы: по­верхностное уплотнение, глубинное виброуплотнение, камуф-летные взрывы, устройство грунтовых (из местного грунта) и песчаных свай, уплотнение либо статической нагрузкой с при­менением вертикальных дрен, либо водопонижением, в т. ч. с использованием электроосмоса.

К методам устройства искусственно улучшенных оснований с уплотнением грунта относят также сооружение фундаментов в вытрамбованных котлованах.

Из методов закрепления грунтов широко известны следую­щие: цементация, химические, электрохимические способы, смо-лизация, термический метод, битумизация и глинизация. После закрепления грунты иногда превращаются в сравнительно проч­ную полускальную породу.

Выбор метода улучшения работы и свойств грунтов в осно* вании в значительной степени зависит от характера напласто­вания и свойств грунтов, интенсивности передаваемых нагрузок, особенностей сооружения и возможностей строительной органи* бации (табл, 12.1),

294

Таблица 12.1. Искусственно улучшенные основания и способы их устройства

Методы устройства оснований

Вид основания или способ его устройства

Грунтовые условия, прн которых

может применяться данный

способ

I. Конструк­тивные

II. Механиче­ское уплотне­ние

1. Песчаные подушки (за­мена грунта)

2. 
   Грунтовые подушки из
   местного связного грунта
   
3. 
   Каменные, песчано-гра-
   вийные и другие отсыпки
   

1. Поверхностное уплотне­ние грунтов: тяжелыми трамбовками

катками, легкими трамбов­ками и другими механиз­мами и транспортными средствами

вибраторами площадоч­ными

вытрамбовыванием котло­ванов под отдельные фун­даменты

2. Глубинное уплотнение

грунтов:

грунтовыми, сваями из местного связного грунта песчаными сваями

виброуплотнением или ги> дровиброуплотнением взры­вами

предварительным замачи­ванием

предварительным замачи­ванием и глубинными взрывами

3. Предварительное обжатие

грунтов:

понижением уровня под­земных вод

посредством внешней при-грузга и устройства верти­кальных дрен

Слабые силыгосжимаемые грунты (алы,, связные грунты в текучем состоянии, торфы, ааторфованные, насыпные и пучинистые грунты)

То же и просадочные грун­ты

Илы. и другие слабые грун­ты, залегающие под слоем воды

Макропористые просадоч­ные, рыхлые песчаные, све-жеуложепные связные и на­сыпные грунты при степени влажности S_r< 0,7

То же при послойной ук­ладке

Рыхлые песчаные грунты при послойной укладке

Макропористые просадоч-иые (I тип просадочности). и другие пылевато-глинистые грунты при S_r< 0,7

Макропористые просадоч­ные грунты

Рыхлые пылеватые и мел-Кие пески,- слабые сильносжи-маемые заторфованные грун« ты

Рыхлые песчаные грунты

То же

просадоч-

Макропористые кые грунты То же

Слабые силыгосжимаемые водонасыщенные грунты (при снятии взвешивающего дейст­вия воды)

Слабые силыгосжимаемые пылевато-глинистые и затор-фоваиные грунты

295

Продолжение таблицы 12.1

Методы устройства оснований

Вид основания или способ его устройства

Грунтовые условия, при которых

может применяться данный

способ

III. Закрепле­ние

1. 
   
   сиитетиче-
   Силикатизация
   
2. 
   Закрепление
   скими смолами
   
3. 
   Цементация
   

4. Закрепление грунта из­вестковыми и грунтоцемент-иыми сваями

аа-

5. Электрохимическое крепление

6. 
   Электроосмос
   
7. 
   Термическое закрепление
   (обжиг)
   

Пески и макропористые просадочные грунты То же

Трещиноватая скала, гравий и песчаные грунты

Слабые сильносжимаемые водонасыщенные пылевато-глинистые и заторфованные грунты

Слабые пылевато-глшгастые грунты (при коэффициенте фильтрации k_fsg: 0,01 м/сут)

То же

Макропористые просадоч­ные грунты

12.2. Конструктивные методы

улучшения работы грунтов в основании

12.2.1. Устройство грунтовых подушек

В п. 6.2 было установлено, что при действии на грунт внешней местной равномерно распределенной нагрузки наи­большие нормальные напряжения возникают в нем непосред­ственно под местом ее приложения. С глубиной и в стороны от площади загружения напряжения быстро уменьшаются вслед­ствие рассеяния в окружающем грунте. В п. 8.2 было показано, что зоны сдвигов возникают под краями фундаментов и затем развиваются в глубину и частично в стороны. Если в пределах области возможных значительных уплотнений и зон сдвигов за­менить слабый грунт на малосжимаемый с относительно высо­ким сопротивлением сдвигу, можно существенно улучшить ра­боту грунтов в основании. Примером такого решения является устройство под фундаментами подушек (рис. 12.1) песчаных или из иного материала (гравия, щебня, шлака, отходов различ­ных производств). К материалу, применяемому для подушек, предъявляются следующие требования: удобоукладываемость с заданной плотностью, малая сжимаемость, относительно высо­кое сопротивление сдвигу, устойчивость его скелета при движе­нии грунтовых вод.

При проектировании подушек необходимо установить их тол­щину и размеры в плане, Толщину подушки h_csпринимают ис-

296

	•
		a ,	J	a
rrri	7 /i	/ in ii	Pa	■h /a /i/
•ч	,					с ^
л?			•■^^
						3

Рис. 12.1. Расчетные схемы песчаных подушек

ходя из давления, которое можно передавать на подстилающие ее грунты. Расчетное сопротивление грунтов устанавливают как на подстилающий слой слабого грунта (см. п. 9.6.5). Размеры подушки в плане зависят от сопротивляемости горизонтальному давлению грунта, расположенного по сторонам от нее. Эта ха­рактеристика должна исключить возможность деформации по­душки в стороны. Для определения ширины подушки задаются распределением давления в ней под углом а, равным обычно 30...45° (см. рис.12.1, а). Тогда

B_cs= Ъ + 2h_cstg a,(12.1)

Более экономичное решение можно получить при проектиро­вании песчаной подушки, исходя из условий устойчивости * призмы ACD(см. рис. 12.1,6)—случай 1 или ACED(см. рис. 12.1, в) —случай 2. При расчете учитывают трение по по-

* Далматов Б. И. Устройство песчаных подушек под фундаментами// Архитектура и строительство Ленинграда. Л.-М., 1946,

297

верхности скольжения AD, зависящее от угла внутреннего тре­ния песка фсз, и активное давление слабого грунта на верти­кальную грань песчаной яодушки, равное гидростатическому давлению от- собственного веса грунта. В случае 2 учитывают, кроме того, трение песчаной подушки о подстилающий грунт на участке DE. Обычно ограничиваются расчетом по случаю 1. Тогда для ленточных фундаментов, задавшись размерами песча-Ной подушки и вероятной поверхностью скольжения АВ, после­довательным приближением находят наименьшее давление р_и, соответствующее условиям предельного равновесия:

где у и Yes — удельный вес заменяемого грунта н материала подушки; <р_с* — расчетное значение угла внутреннего трения песка; у — размер призмы:

у = Ь + а;(12.3)

остальные обозначения те же, что на рис. 12.1.

Среднее давление р_тпо подошве фундамента площадью А от расчетных нагрузок N по первой группе предельных состоя­ний (по несущей способности) будет р_т= N/A, при этом долж­но удовлетворяться условие

Рт<УсРи/Уп,(12.4)

где у_с— коэффициент условий работы; у_п— коэффициент надежности {ем. п. 9.7).

Песок в подушке должен быть уплотнен, так как, если он будет находиться в рыхлом или близком к рыхлому состоянию, возможна его осадка в результате динамических воздействий, а также замачивания. По этой причине не допускается укладка в подушку мерзлого песка, не поддающегося уплотнению.

При большой стоимости пески для устройства подушек иног­да используют местные грунты, поддающиеся уплотнению. Выше уровня подземных вод можно применять супеси, суглинки и даже глины. В подушку эти грунты укладывают при оптималь­ной влажности с тщательным контролем за однородностью их состава и степенью их уплотнения.

12.2.2. Шпунтовые ограждения, боковые пригрузки и армирование грунта

Для исключения выпора грунта из-под фундамента в стороны иногда применяют шпунтовое ограждение основания "(рис. 12,2, а). В таком случае через толщу слабых грунтов 4 в

£98

а;	S i	1 1
'"I	1		I""'
'Л			\/
	////j/ 3.	/////

S)

Рис. 12.2. Укрепление основания, сложенного слабыми грунтами

относительно плотный грунт 3 забивают шпунт 2 с заделкой его в фундаментную плиту /, под которой устраивают дренирую­щую песчаную подсыпку 5. Такое решение возможно под соору­жениями, допускающими значительную осадку.

С целью исключения выпора слабого грунта из-под малочув-ствительного к неравномерным осадкам сооружения на поверх­ность грунта в пределах возможной призмы выпирания иногда укладывают пригрузку. Такое решение чаще всего используют при устройстве насыпей 6 (рис. 12.2,6). Лригрузки 7, устраи­ваемые путем отсыпки грунта, повышают устойчивости основа­ния насыпи. Этого же достигают армированием нижних слоев насыпи стальными стержнями или укладкой на основание тех­нической негииющей ткани. Армированием грунта можно резко увеличить устойчивость подпорных стенок. Для этого по мере обратной засыпки грунта в него укладывают арматуру, идущую от стенок за пределы призмы обрушения. При песчаных грунтах можно армировать и основание. Арматура должна выходить за пределы возникающих по сторонам от фундамента призм выпи­рания грунта. Металлическую арматуру тщательно изолируют для исключения коррозии.

12.3. Уплотнение грунтов

12.3Л. Поверхностное уплотнение грунтов

Производя удары трамбовкой по дну котлована, можно уплотнить грунты некоторых видов и тем самым существенно улучшить их качество. К таким грунтам относятся ненасыщен­ные водой пылевато-глш-шстые грунты (с коэффициентом водо-насыщенности S_r— по СНиПу со степенью влажности — менее 0,7) и независимо от степени насыщения водой крутшообломоч-ные и песчаные грунты. Толщина слоя уплотняемого грунта за­висит от интенсивности воздействия применяемой трамбовки или катка и свойств грунта. Ниже приведены ориентировочные данные о возможной толщине уплотняемого слоя,

299

Толщина

уплотняемого слоя, м

Пневматические трамбовки 0,1 ... 0,2

Катки:

гладкие . 0,1 ... 0,25

кулачковые 0,2 ... 0,35

Виброкатки 0,4 ... 1,20

Катки с падающими грузами массой 0,8...1,7 т 1,0 ... 1,50

Виброплиты . . .^; 0,2 ... 0,60

Молот двойного действия массой 2,2 т на метал­
лической плите (поддоне) 1,2 ... 1,40

Тяжелые трамбовки массой, т: ...<..,,.

2...3 1,5 ... 2,00

4,5...5 2,5 ... 3,00

10 5,5 ... 6,00

Грунты уплотняются до плотности сложения, при которой они обладают деформативностью не выше заданной и требуемой прочностью. Уплотнение грунта достигается многократной про­ходкой катков (обычно 6...8 раз) или ударами трамбовки до 8 раз по одному месту.

В Швеции применяли сверхтяжелые трамбовки массой 40 т, свободно падающие с высоты 40 м. Это позволило уплотнить ще-беночно-камениую насыпь на глубину до 40 м.

Режим уплотнения устанавливают экспериментально. При этом определяют оптимальные влажность и плотность (см. п. 1.2.6). Уплотнение производят до определенной плотности сложения, выражаемой коэффициентом уплотнения, равным от­ношению плотности скелета уплотненного грунта к оптималь­ной плотности грунта pd/Pd.o_Pt, или в некоторых случаях плот­ностью скелета грунта ра. Обычно уплотняют до Pd/pa. o_Pf^3=0,95.

Понижение дна котлована при трамбовании тяжелыми трам­бовками приближенно определяют по формуле

. t Prf. cs ' Prf. dm Pd ,.

ДЛ = ^-

где pa. csплотность (объемная масса) скелета грунта ниже дна котлована после уплотнения; pa.dm— требуемая по проекту плотность скелета грунта на нижней границе уплотненного слоя; р_л— плотность скелета грунта при­родного сложения; p_s — плотность твердых частиц грунта; h_cn—толщина уплотненного слоя.

Поскольку дно котлована при поверхностном уплотнении грунта понижается на величину Л/г, отметку дна котлована при его отрывке принимают соответственно выше.

Грунты с влажностью меньше оптимальной перед уплотне­нием доувлажняются путем подачи воды в открытый котлован, Требующуюся массу воды Gопределяют по формуле

^a-*9d{^wopt-")^hcnA,C12.6)

зоо

ДЛ = ^ h_cn,

где Wopi— оптимальная влажность грунта; w • А — площадь замачиваемого дна котлована.

• природная влажность грунта;

Трамбование начинают через 12...24 ч после проникания всей воды в грунт. При интенсивной испаряемости воды с поверхно­сти грунта в котловане значение Gцелесообразно несколько увеличивать. Ход уплотнения контролируют зондированием.

12.3.2. Глубинное уплотнение грунтов динамическими воздействиями

Для уплотнения насыщенных водой песчаных грунтов применяют глубинное вибрирование. Виброуплотнение песков можно производить двумя способами: погружением вибратора (вибробулавы) в песок (рис. 12.3, а) аналогично погружению вибробулавы в бетонную смесь или погружением в грунт стерж­ня с прикрепленным к его голове вибропогружателем (рис. 12,3 6). В этом и другом случае колебательные движения передаются песку, который сначала частично или полностью разжижается, а затем постепенно уплотняется. При определен­ных условиях можно достигнуть плотного состояния песка. Если песок находится в ненасыщенном водой состоянии, к месту виб­рирования либо подают воду, либо применяют гидровибраторы (виброфлотаторы).

Вибробулавы обычно используют для уплотнения слоя песка толщиной от 1 до 10 м. В целях ускорения работ на специаль­ной раме укрепляют куст вибраторов, погружая и извлекая его из грунта с помощью крана.

о.)


/2

^,о,

_(Г

1

Рис. 12.3. Уплотнение насыщенных водой песков вибрированием

1 — граница уплотнения; 2 — трос; 3 — вибратор; 4 — вибропогружатель; Л—стержень из трубы; « — приваренные планки T-образиой формы

301

{////7777777777T/77////////////////////////////■/////

Рис, 12,4, Разрез по зоне грунта, уплотняемого предварительным замачива­нием и глубинными взрывами

/ — граница уплотняемой зоны; 2 — неуплотняемый грунт; 3 — контурная траншей; 4 — поверхность уплотняемого грунта; 3 — совмещенные скважины; $ — иепросадочиый грунт

При необходимости уплотнения слоя песка толщиной 5...20 м можно применять вибропогружатель, который крепится к труб­чатому стержню. Для увеличения объема уплотняемого грунта к стержню приваривают Т-образные поперечные планки (см. рис. .12.3,6).

Вибрацией хорошо уплотняются все пески, кроме пылеватых. Для уплотнения последних в Ленинграде, например, используют камуфлетные взрывы по методике, разработанной П. Л. Ивано­вым *. На месте намеченного уплотнения в грунт на расчетную глубину погружают заряды взрывчатого вещества и производят камуфлетный взрыв. Оседание поверхности грунта после взрыва свидетельствует об уплотнении песка. Для достижения необхо­димой плотности рыхлых песков, намытых в воду слоем толщи­ной до 5 м, производят последовательно 3 взрыва в одном месте.

Взрывами уплотняют толщи просадочных лёссовых грунтов по методике, предложенной М. И. Литвиновым **. Для этого грунты предварительно замачивают через фильтрующие или сов­мещенные скважины. Затем в скважины устанавливают заряды в трубках и производят ряд взрывов, следующих один за дру­гим через несколько секунд. Уплотненный таким образом лёссо­вый грунт теряет просадочные свойства и может быть использо-

* Иванов П. Л. Уплотнение несвязных грунтов взрывами, Л.: Строй-издат, 1967.

** Методические рекомендации по ускоренному уплотнению просадочных лёссовых грунтов большой мощности предварительным замачиванием и глу­бинными взрывами. Киев, 1977,

3UJ

ван в качестве естественного основания сооружений. Не полу-* чает должного уплотнения лишь верхний слой толщиной 2...3 м, который уплотняют в дальнейшем, например, тяжелыми трам­бовками. Для ограничения зоны деформации лёсса по перимет­ру замачиваемого объема грунта откапывают контурные тран­шеи глубиной 4...6 м или устраивают водозащитные экраны. На рис. 12.4 схематично показан разрез по зоне грунта, уплотняе­мого предварительным замачиванием и глубинными взрывами. Динамического воздействия на пески для их уплотнения можно достигнуть с помощью электрогидродинамического эф­фекта. Известны и другие методы воздействия пульсирующей на­грузки на рыхлые пески.

12.3.3. Устройство грунтовых (из местного грунта) и песчаных свай

Толщи песков, содержащих органические остатки или заторфованных, и лёссов можно уплотнять с помощью песчаный или грунтовых свай. При погружении лидера забивкой или виб­рированием вокруг него происходит уплотнение песков и лёссов без выпора. Этим можно воспользоваться и произвести их уплот­нение до требуемой плотности.

Уплотнение насыщенных водой песков, содержащих органи­ческие остатки или заторфованных, производят песчаными свая­ми. Для их изготовления в грунт погружают инвентарную трубу с раскрывающимся (рис. 12.5) или теряемым башмаком. Погру­жение производят забивкой или вибрированием (рис. 12.6,а). Затем в трубу укладывают порциями песок, трамбуют его и од­новременно извлекают ее (рис. 12.5,6).

В просадочные лессовые грунты, способные держать верти­кальные стенки без обсадной трубы, забивают инвентарный сер-, дечник. В процессе забивки грунт вокруг сердечника уплотняет* ся. Затем сердечник извлека­ют, а в образовавшуюся сква­жину укладывают порциями с тщательным трамбованием, как правило, местный грунт при оптимальной влажности. Это приводит к дополнитель­ному уплотнению грунта во­круг скважин.