эл. учебник. И фундаменты

• Название: И фундаменты
• Дата: 21.10.2022
• Размер: 1.24 Mb.
• Имя файла: эл. учебник.doc
• Тип: Учебник; #746623
• страница: 19 из 26

при сохранении в основании просадочности грунтов

Применение перечисленных з предыдущем пункте меро­приятий связано с затратой иногда значительных средств, по­этому при застройке территорий относительно легкими здания­ми, не имеющими развитого водного хозяйства, иногда целесо­образно устранить возможность замачивания лёссовых грунтов в основании сооружений. При этом должны исключаться по­ступление любых вод в грунт (дождевых, хозяйственных, про­изводственных, грунтовых при поднятии их уровня) и накопле­ние влаги вследствие изменения природных условий испарения ее с поверхности грунта.

Чтобы устранить поступление в грунт дождевых вод, предъ­являют особые требования к планировке территории застройки. Обычно наилучшим решением является сохранение природного рельефа местности и дернового покрова. Для удаления дожде­вых вод с территории застройки используют кюветы, ■ канавы или систему ливневой канализации. Особое внимание уделяют отводу дождевых вод от фундаментов за пределы ранее отры­вавшегося котлована. С этой целью тщательно трамбуют обрат­ную засыпку при оптимальной влажности и устраивают водоне­проницаемую отмостку, с которой воду отводят лотками в кю­веты или канализацию (рис. 14.4).

Напорные трубопроводы водопровода и теплофикации де­лают из стальных труб, допускающих искривление при случай­ных местных просадках грунтов. Под трубопроводами канализа-

Рио. 14.4. Схема устройства отмостки

— грунт обратной засыпки, тщательно утрам­бованный, 2 — водонепроницаемая отмостка; 3 — лоток для отвода воды; 4 — лросадочный грунт

ции устраивают водонепроницаемые лотки, которыми отводят воду в смотровые колодцы.

Опыт строительства свидетельствует, что даже при тщатель­ном выполнении мер по исключению замачивания водой грунтов в отдельных случаях может происходить местное замачивание, в том числе и в результате аварий трубопроводов. Поэтому при­меняют дополнительный комплекс мер и приемов, позволяющих либо уменьшать чувствительность конструкций к неравномер­ным осадкам (см. п. 9.3 и 14.2), либо быстро устранять возник­шие неравномерности осадок (рихтовка подкрановых путей и лифтов, поднятие колонн домкратами и др.). Иногда крен со­оружений, возникший из-за одностороннего замачивания грунта, уменьшают путем увлажнения грунта с другой стороны фуида-, мента.

Н.3.4. Фундаменты на набухающих и дающих усадку грунтах

К набухающим грунтам, как правило, относятся глины и суглинки, содержащие монтмориллонит. Иногда пылевато-гли-нистые грунты набухают при воздействии на них химических отходов производства (раствор серной кислоты и др.).

Набухание грунтов происходит при их увлажнении и ха­рактеризуется относительным набуханием e_swи давлением на­бухания p_sw(см. п. 3.4.3). Эти же грунты при уменьшении влажности (высыхании) испытывают усадку, которая харак­теризуется относительной усадкой e_Sft.

В южных странах (Индия, Судан и др.), а также в от­дельных районах Средней Азии набухающие грунты залегают с поверхности. Ежегодно в период дождей они набухают, а в засушливое время получают большую усадку в результате че­го в поверхностном слое образуются трещины с раскрытием до 0,3 м глубиной до 2 ... 2,5 м. При увлажнении трещины смы­каются и поверхность грунта поднимается вверх до 0,2 ... 0,3 м. В указанных условиях деформации набухания и усадки испы­тывает только верхний слой — слой аэрации. Однако при на­рушении температурно-влажностного режима в верхней части слоя грунта могут произойти изменения объема грунта и ниже зоны сезонных колебаний влажности. По мере поступления воды на глубину ниже слоя аэрации постепенно будут развиваться деформации набухания. Этот процесс под фундаментами прохо­дит тем интенсивнее, чем большей водопроницаемостью обла­дают обратная засыпка грунта и тело фундамента.

Таким образом, при проектировании фундаментов надо ре­шить две задачи: исключить воздействие набухания и усадки слоя сезонного увлажнения и высыхания и обеспечить неизмен­ность объема грунта под фундаментами или добиться, чтобы

349

перемещения фундаментов при набухании указанного грунта были меньше предельно допустимых.

В соответствии со СНиП 2.02.01—83 предельно допустимые подъемы поверхности основания не должны быть более 25 %' предельно допустимых осадок, а неравномерность поднятий — 50% величины, предельно допустимых неравномерностей оса­док. Сниженные значения предельно допустимых деформаций при набухании создают условия, при которых часто набухание грунтов под фундаментами недопустимо.

Величина поднятия основания h_swпри набухании грунтов определяется по формуле

п
2 w. U(14.3)

где п — число слоев набухающих грунтов под фундаментами; 8n». i — коэф­фициент относительного набухания грунта i-ro слоя, определенный по фор­муле (3.14); Ы — толщина i-ro слоя набухающего грунта; k_sm.t— коэффи­циент условий набухания грунта в основании.

Величина коэффициента k_Bwпринимается в зависимости от суммарного вертикального напряжения ov totна рассматриваемой глубине основания:' при Gztot = 50 кПа коэффициент k₃w= 0,8; при a_z. tot= 300 кПа — k$w=

=0,6,

В случае местного замачивания грунтов в пределах огра­ниченной площади (шириной В_ти длиной L_w) суммарное вер­тикальное напряжение с*, totна глубине г ниже подошвы фундамента определяется по формуле

<У_г. tot = °z. p + °z. _s + о>, _ad,(14.4)

где Ог. р — вертикальное напряжение, возникающее от загрузки фундамента ва глубине z; о*, g— вертикальное напряжение от собственного веса грунта на этой же глубине; а₂. аи — дополнительное вертикальное давление, вызван­ное влиянием веса неувлажненной части массива за пределами зоны увлаж­нения с размерами В_ши L_w.

В большинстве случаев при проектировании без надлежа­щего опыта строительства трудно устанавливать значения B_wи L_w. При больших же их величинах а_г. ad= 0, что чаще всего и принимается в расчетах.

Нижняя граница набухания слоя устанавливается на глу-Ял», на которой Gz.tot— psw(где p_sw— давление набу­хания, определяемое экспериментально). При экранировании поверхности и изменении водно-теплового режима толщи­на набухающего слоя определяется экспериментально. Если опытные данные отсутствуют, то H_swпринимается не менее 5 м. При наличии местного источника обводнения из-за неис­правностей трубопроводов толщина набухающего грунта мо­жет быть больше.

При слое сезонно набухающих и дающих усадку грунтов толщиной H_swдля обеспечения устойчивости сооружений их

350

Рис, 14.6. Свайный фундамент в условиях сезонно набухающих и дающих усадку грунтов

1 — свая с уширением; 2. — ростверк; 3 — водонепроницае­мая отмостка; 4 — песок; В — сезонно набухающий грунт; 6 — ненабухающий грунт

фундаменты заделывают в подстилающем слое (рис. 14.5). Это может быть ненабу­хающий или набухающий грунт. При воз­ведении фундаментов и самого сооружения принимаются меры по исключению мест­ного замачивания грунта хозяйственными и производственными водами. В последнем случае особое вни* мание должно быть уделено сохранению природной водопрони-" цаемости грунтов. Для этой цели фундаменты делают набив* ными, бетонируемыми в распор с грунтом, с применением бе« тона на расширяющем цементе. Кроме того, сам бетон не дол­жен быть водопроницаемым. Это дает гарантию, что через тело фундамента и по щелям между фундаментом и грунтом вода не будет проникать к основанию.

Поскольку грунт сезонно набухающего слоя перемещается относительно неподвижного фундамента при набухании вверх, а при усадке — вниз, необходимо учитывать касательные си­лы, развивающиеся по боковым поверхностям фундаментов и свай. Величина этих сил зависит от сопротивления грунта сдви­гу при возникающей при этом влажности. В случае легких сооружений касательные силы при набухании, передаваемые фундаментам, могут оказаться больше нагрузки, действующей на них. Тогда вероятно систематическое поднятие и опускание фундаментов, что недопустимо. Для лучшей заделки свай в грунте их делают с уширением в нижней части (рис. 14.5). С целью снятия воздействия набухания грунта на раидбалку ее обсыпают песком, а под рандбалкой делают воздушный зазор.

Полная прорезка фундаментами слоя сезонно набухающе­го грунта (обычно набивными сваями) не предотвращает воз­действия набухания и усадки на полы, конструкции, возводи­мые на поверхности грунта, и трубопроводы, проложенные в грунте. В таких случаях целесообразно полы устраивать по перекрытиям, а трубопроводы делать подвесными к стенам и перекрытиям. Учитывая сезонные колебания верхнего слоя грунта, особое внимание надо уделять вводам в здания и вы­пускам из них, жесткая заделка которых недопустима.

Для обеспечения устойчивости состояния софйужения иногда набухающий грунт заменяют ненабухающим. Пр"и этом требуется плотная его укладка. Допустима также частичная-прорезка набухающей толщи и устройство песчаных комден*

351

сирующих подушек. Основание подушки тщательно планиру­ется под одну отметку. Тогда в случае ленточных фундаментов при проникании воды в одном месте она будет растекаться по длине подушки, вызывая относительно равномерный подъем. Кроме того, основание подушки в месте увлажнения несколь­ко поднимается и проникающая вода растекается все на боль­шие расстояния. Это приведет к сравнительно равномерному поднятию конструкций здания.

Усадка достаточно влажных глин может возникнуть под сооружениями, выделяющими в грунт большое количество тепла (доменные печи, котельные и др.). Так, в одном из кор­пусов стекольного завода произошли недопустимые осадки ■фундаментов печей. При обследовании выяснилось, что ранее мягкопластичиая глина в основании высохла и получила зна­чительную усадку. Очевидно, в таких случаях необходимо пре­рывать тепловой поток от сооружений и оборудования в грунт,

14.3.5. Фундаменты на подрабатываемых территориях

При добыче полезных ископаемых методом подработ­ки под застраиваемыми территориями возникают сдвиже­ния горных пород, которые вызывают деформирование оснований сооружений, приводящие к смещениям фундамен­тов. Сооружения, попадающие в зону сдвижений, сначала ис­пытывают в горизонтальном направлении растяжение, затем сжатие. Поскольку при сдвижениях грунтов в основании наблю­дается значительная просадка и горизонтальные смещения, проектировать фундаменты сооружений и надземные несущие конструкции следует с учетом возможных взаимных смещений отдельных их частей. С этой целью все несущие конструкции делают с уменьшенной чувствительностью к неравномерным осадкам. Наилучшего эффекта добиваются разрезкой зданий осадочными швами на отсеки простой конфигурации и арми­рованием кладки стен поясами (см. п. 9.3.3). Опоры плит и балок перекрытий, а также перемычек делают удлиненными, чтобы при появлении трещин и расхождении стен не произош­ло обвала.

При проектировании фундаментов оценивают основные па­раметры деформаций поверхности земли в связи со сдвиже­нием пород: радиус кривизны ее деформации, расчетные отно­сительные горизонтальные деформации и величину суммарных деформаций, развивающихся в пределах длины здания.

Для восприятия горизонтальных растягивающих усилий целесообразно делать фундаменты зданий под стены и колон­ны ленточными монолитной конструкции с продольной армату-*

8S2

рой. При устройстве отдельных фундаментов под колонны их соединяют железобетонными элементами в одну систему (см. рис. 15.5), способную воспринимать растягивающие напряже­ния, развивающиеся вдоль и поперек здания. Усилие растяже­ния может быть установлено исходя из трения, возникающего под подошвой фундаментов, и давления грунта на их боковые грани вследствие сдвижения пород.

Для уменьшения горизонтального давления на боковые грани фундаментов перед возникновением сдвижения горных пород рекомендуется делать вблизи фундаментов узкие про­рези, заглубляемые на 15 ... 20 см ниже их подошвы, так как горизонтальное давление может возрасти до пассивного отпо­ра грунта.

144. Фундаменты в районах распространения вечномерзлых грунтов

14.4.1. Принципы проектирования

и строительства фундаментов

на территориях,

сложенных вечномерзлыми грунтами

Нормы (СНиП П-18—76) рекомендуют два принципа проектирования и строительства на территориях, сложенных вечиомерзлыми грунтами:

принцип I — в основании зданий и сооружений сохраняется вечномерзлое состояние грунтов как в процессе строительства, так и в течение всего периода эксплуатации;

принцип II — в основании зданий и сооружений использу­ются предварительно оттаянные грунты или грунты, оттаиваю­щие в период эксплуатации (следовательно, по принципу II ■вечномерзлое состояние грунтов не сохраняется).

В районах с отрицательной среднегодовой температурой при строительстве на площадках, не имеющих слоя вечномерз­лых грунтов, фундаменты проектируют и строят как в рай­онах с сезонным промерзанием грунтов. Дополнительно при­нимают меры по исключению образования в основании соору­жений линз мерзлого грунта как в период строительства, так и во время эксплуатации.

Если вечномерзлые грунты залегают лишь под частью про­ектируемого здания, то грунты основания либо предварительно искусственно замораживают и тогда проектируют фундаменты по принципу I, либо, наоборот, оттаивают и строят здание как на талых грунтах.

Сохранение вечномерзлого состояния грунтов в основании зданий при проектировании и строительстве по принципу I обычно обеспечивается следующими приемами: возведением

12 Б. И. Далматав 353



Рис. 14.6. Схемы устройств для сохранения в основайии вечномерзлого со

стояния грунтов

1 — вечномерзлый грунт; 2 — верхняя граница слоя вечномерзлого грунта; 3 —деятель­ный слой; 4 — насыпной непучинистый грунт; 5 — теплоизоляция; б — вентилируемое подполье; 7 —сваи; 8 — неотапливаемый I этаж; 5—вентиляционные каналы, охла­ждающие грунты воздухом; /в — замораживающие колонки

зданий на подсыпках (рис. 14.6,а); теплоизоляцией поверхно­сти грунта под полом здания (рис. 14.6,6); устройством вен-тилируемых подполий (рис. 14.6, й); расположением в 1-м эта­же зданий неотапливаемых помещений (рис. 14.6,г); проклад­кой под полом здания охлаждающих вентиляционных каналов (рис. 14.6, д); искусственным охлаждением грунтов с помощью специальных установок (например» аамораживающие колонки на рис. 14.6, е). '

Возведение зданий на подсыпках и с теплоизоля­цией поверхности и гр у н т а применимо при сравнитель­но небольшой ширине зданий (в основном до Юм). Эти приемы строительства рассчитаны на охлаждение массива грунта ос­нования с боков. Если такое охлаждение окажется недостаточ­ным, то массив грунта будет постепенно прогреваться и нач­нется оттаивание грунтов в основании.

Наиболее эффективно устройство охлаждаемых в е н т и лируемых подполий (см. рис. 14.6, а). Такой прием це­лесообразен при возведении жилых, общественных и промыш­ленных зданий. При этом все чаще устраивают свободно про­ветриваемое подполье, поднимая рандбалку над поверхностью земли. В некоторых случаях по архитектурным соображениям подполье закрывают, оставляя в его стенах отверстия (про­духи). Подполье- служит одновременно местом для разводки труб водопровода, канализации, теплофикации и газа, которые подвешивают к перекрытию.

364

Для предотвращения застаивания воды в подполье глино­битный пол в нем делают выше отмосток с уклонами наружу. Кроме того, под трубопроводами располагают лотки для отво­да аварийных вод за пределы здания.

Вследствие температурных колебаний рандбалки в под­польях периодически удлиняются и укорачиваются. При не­большом возвышении над поверхностью земли сравнительно жестких верхних частей фундаментов это приводит к разруше­нию их косыми трещинами. Для исключения таких разрушений надземную часть фундаментов рекомендуется устраивать гибкой, по возможности небольшого сечения и наибольшей высоты. Кроме того, рандбалки делают разревной конструкции.

При устройстве низких продухов они могут быть занесены снегом, что исключит .вентиляцию подполий. К постепенному уменьшению продухов и затруднению вентиляции подполья мо­жет привести также периодический ремонт покрытия панели око­ло здания с поднятием ее отметки.

Особое внимание должно быть уделено прокладке по ули­цам трубопроводов, выделяющих тепло (теплофикации, водо­провода, канализации). Их целесообразно прокладывать в проходных вентилируемых тоннелях (коллекторах): внутри-квартальную сеть иногда прокладывают в надземных кана­лах. Короче говоря, при сохранении вечномерзлого состояния грунтов в основании надо принимать все меры, исключающие проникание тепла в грунт и обеспечивающие охлаждение по­верхности грунтов под зданием и около него.

Неотапливаемые помещения, располагаемые в 1-м этаже, выполняют роль вентилируемого подполья. Для ин­тенсивного охлаждения их стены 1-го этажа делают из тепло­проводного материала, а окна — с одинарным остеклением. Недопустимо расположение здесь утепленных помещений, а также укладка на зиму непосредственно на пол каких-либо материалов.

В производственных зданиях с большими нагрузками на пол, а также при больших размерах этих зданий в плане при­ходится устраивать под полом вентиляционные к а н а ■< лы (см. рис. 14.6,5), а в местах выделения большого количе­ства тепла в грунт в результате технологических процессов применять искусственное охлаждение грунтов са­морегулирующими колонками или специальными холодильны­ми установками с замораживающими колонками.

В некоторых случаях сохранение вечномерзлого состояния грунтов в основании обеспечивают устройством свайных фундаментов или фундаментов глубокого заложения, врезаемых в веч померзлый грунт ниже глубины возможного оттаивания его под зданием. Такое решение мо­жет сопровождаться укладкой теплоизоляции под полом отап-

12* • ■ 355

о.)


1

-г-т-С

Рис. 14.7. Схемы регулирования процесса оттаивания основания под зданием

/ — вечномерзлый грунт; 1 — верхняя граница слоя вечномерзлого грунта в конце

процесса оттаивания; 3 — то же, в промежуточных состояниях; 4 — оттаявший грунт;

5 — консоль; 6 — обогревающий трубопровод

ливаемого здания, что существенно уменьшает глубину оттаи­вания. Кроме того, нельзя допускать проникания теплой воды в грунты основания, поскольку это вызывает местное оттаива­ние грунтов.

По принципу II проектирования и строительства фунда­ментов оттаивание грунтов в основании допускается как после возведения здания, так и перед устройством фундаментов при инженерной подготовке территории под застройку.

Допуская оттаивание грунтов в основании во время эксплу­атации зданий, всегда следует считаться с возможностью воз­никновения дополнительных просадок. Дополнительные про­садки фундаментов зданий иногда наблюдались при оттаива­нии даже трещиноватой скальной породы и крупнообломочных грунтов. В связи с этим при проектировании и строительстве фундаментов по -принципу II необходимо возводить здания из конструкций, малочувствительных к неравномерным осадкам ,'.,(см. п. 9.3 и п. 14.2), а в некоторых случаях предусматривать возможность регулирования процесса оттаивания. Поскольку наиболее опасны неравномерности осадок, необходимо так про­ектировать здания, чтобы тепловое влияние их развивалось примерно равномерно под всеми фундаментами. Обычно на­ибольшая неравномерность наблюдается между осадками фун­даментов внутренних конструкций (стен и колонн) и фунда­ментов наружных стен, особенно если последние имеют выно­сы наружу. В связи с этим целесообразно фундаменты наруж­ных стен относить внутрь здания и возводить наружные стены и колонны на консолях (рис. 14.7, а) или во время оттаивания грунтов основания обогревать грунт около здания (рис. 14.7 6)..

Если вечномерзлые грунты содержат включения льда даже в виде миллиметровых прослоев, использование их в основании с оттаиванием в процессе эксплуатации небезопасно. Малей­шая неравномерность оттаивания грунтов может привести к

356

недопустимым деформациям с появлением в стенах продувае-¹ мых трещин.

При таких грунтах правильнее либо применять принцип I строительства,, либо, предварительно оттаивать грунты на месте возведения здания на необходимую глубину. Для оттаивания грунтов используют паровые иглы, электропрогрев и др. При­менение паровых игл обеспечивает максимальную скорость процесса оттаивания, но приводит к дополнительному увлаж­нению грунтов, что обычно недопустимо. Оттаявшую массу грунта, как правило, надо уплотнить.

Пески и даже гравелистые грунты после оттаивания часто находятся в рыхлом состоянии, что недопустимо для грунтов в основании, особенно если они будут испытывать в дальней­шем динамические воздействия, в т. ч. сейсмические.

Пылевато-глинистые грунты после оттаивания часто имеют большую влажность и обладают значительной сжимаемостью, поэтому их относят к категории слабых сильносжимаемых грунтов. Методы строительства на них освещены в п. 12 н п. 14.2.

Иногда грунты в основании предварительно оттаивают лишь на ту глубину, в пределах которой возможно развитие наи­больших неравномерностей просадки. Такое решение допусти­мо только при грунтах, обладающих относительно малой де-формативностью при оттаивании. При большой глубине зоны ожидаемого оттаивания под зданием ее целесообразно умень­шать путем укладки теплоизоляции под полом.

14.4.2. Выбор глубины заложения подошвы фундамента

Глубину заложения подошвы фундаментов зданий, воз­водимых с сохранением вечномерзлого состояния грунтов (по принципу I), при сливающемся деятельном слое определяют исходя из расчетной глубины сезонного оттаивания грунтов, заглубляя фундаменты, возводимые в открытых котлованах, в вечномерзлый грунт не менее чем на 1 м, а сваи — не менее чем на 2 м. Расчетную глубину сезонного оттаивания грунтов dthдля зданий с вентилируемым подпольем вычисляют по формуле

^dth = ^kh^dth.n<(14.5)

где k_h—коэффициент теплового влияния зданий: принимается у наружных стен с асфальтовыми отмостками равным 1,2, у наружных стен без асфаль­товых отмосток—1, у внутренних стен — 0,8; d._tll. „ — нормативная глубина оттаивания, обычно устанавливается на основе теплотехнического расчета или по картам с поправкой на влажность грунта *,

* Справочник по строительству на вечномерзлых грунтах. Л.: Стройтлат 1977. С. 161.

357

.При проектировании и строительстве по принципу II, т. е. с оттаиванием грунтов, глубину заложения подошвы фунда* ментов устанавливают так же, как для фундаментов, возводи­мых в районах сезонного промерзания (см. п. 9.5). При этом надо учитывать, что с северной стороны в зоне затенения мо­жет образовываться линза мерзлого грунта, которая будет способствовать более глубокому промерзанию грунтов.

14.4.3. Расчет центрально нагруженных

фундаментов, возводимых с сохранением вечномерзлого состояния грунта (по принципу I)

При наличии в основании проектируемого сооружения ' твердомерзлых грунтов, которые при устройстве¹ фундаментов по принципу I характеризуются очень большим модулем де­формации, основание рассчитывают только по первой группе предельных состояний (по несущей способности). Следователь­но, при расчете должно быть удовлетворено условие (9.13).

Столбчатые и свайные фундаменты, заделанные в вечно-мерзлый грунт, передают нагрузку не только подошвой (пя­той), но и боковой поверхностью. В связи с этим при определе­нии их несущей способности учитывают как лобовое сопротив­ление грунта, так и сопротивление смерзания грунта с их бо­ковыми поверхностями.

Несущую способность фундамента или сваи определяют по формуле
где у„ и у — соответственно температурный коэффициент и коэффициент условий работы грунтов основания, принимаемые по СНиП 11-18—76; R— расчетное сопротивление мерзлого грунта при расчетной температуре, опре­деляемое по СНиП П-18—76, на глубине заложения подошвы фундамента или нижнего конца сваи, равной dth + z; A— площадь подошвы фундамента или сечения нижнего конца сваи; R_a[, t— среднее расчетное сопротивление смерзания мерзлого грунта обратной засыпки или грунтового раствора, окру­жающего фундамент или сваю (рис. 14.8, а и в), зависящее от температуры грунта на глубине середины рассматриваемого слоя, определяемой по СНиПу; Aaf.i—площади поверхности смерзания грунта с нижней ступенью фундамента или i-ro слоя грунта с боковой поверхностью сваи; п — число слоев по высоте вмороженной части нижней ступени фундамента или сваи.

Возникает вопрос; из каких температур следует исходить при определении значений Rи R_af? В общем случае, согласно данным теплотехнических расчетов, а также наблюдений, мак­симальные температуры до границы нулевых амплитуд сезон­ных колебаний температуры с глубиной понижаются (рис. 14.8,в). Если исходить из максимальной температуры на любой глубине, значения Rи R_afполучаются заниженные, так

358




t£=k

ЖЯ7Ж

^Г1Щ