Лекция по Фундаментам - 9 - Коробова. Лекция 1 03. 10. 12

• Название: Лекция 1 03. 10. 12
• Анкор: Лекция по Фундаментам - 9 - Коробова.docx
• Дата: 15.01.2018
• Размер: 8.79 Mb.
• Имя файла: Лекция по Фундаментам - 9 - Коробова.docx
• Тип: Лекция; #14042
• страница: 5 из 8

- фундаменты на сваях переменного сечения по длине;

- фундаменты из забивных свай с прорезкой просадочной толщи;

- фундаменты на пирамидальных сваях;

- фундаменты на набивных сваях.

• 
  При II типе грунтовых условий по просадочности:
  

- фундаменты мелкого заложения на лессовидном основании, уплотнённом грунтовыми сваями пробивкой скважин; на предварительно замоченном основании;

- фундаменты на уплотнённых грунтах тяжёлыми трамбовками весом более 100 кН и в сочетании с грунтовой подушкой;

Уплотнении тяжёлыми трамбовками рекомендуется при:

S_r < 0,7

ρ_d < 1,55 т/м³

- фундаменты на свайном основании из забивных или набивных свай различных типов, а также на основании, закреплённом методом силикатизации или термическим методом;

- фундаменты на буронабивных сваях с уширенной пятой.

При грунтовых условиях II типа и возможности их замачивания проводится устранение просадочных свойств на всю глубину просадочной толщи или прорезка этой толщи свайными фундаментами.
Лекция 13 – 18.01.13

Основания и фундаменты на вечномерзлых грунтах. Проектирование фундаментов в условиях вечномерзлых и мерзлых грунтов. Физико-механические свойства мерзлых грунтов. Основные принципы проектирования фундаментов на вечномерзлых грунтах.

Вечномерзлые грунты распространены на Севере Европейской части, вдоль Западной и Восточной границ и на Дальнем Востоке (Хабаровск, вдоль транссибирской магистрали) площадь залегания достигает 49,8%=50%.

Грунты, которые в условиях природного залегания, находятся в мерзлом состоянии непрерывно (без оттаивания) в течение нескольких лет (обычно столетий и даже сотни тысяч лет), называются вечномерзлыми грунтами.

Грунты, имеющие отрицательную температуру и содержащие в своем составе лед, называются мерзлыми грунтами.

У мерзлых грунтов часть поровой воды находится в замерзшем состоянии в виде кристаллов льда (вместо воды – лед).

Вечномерзлые грунты могут располагаться слоями от нескольких метров до 400м.

Характер вечномерзлых грунтов:

• 
  по глубине – может быть сплошное залегание, островное.
  
• 
  по температурному режиму
  

- деградирующий (температура повышается столетиями → 0⁰ С),

- прогрессирующий (температура снижается веками).

Вечномерзлые и мерзлые грунты обладают криогенной (морозной) текстурой.

Текстура – сложение, т.е. пространственное размещение и взаимное расположение частиц грунта и их агрегатов.

Структура – обуславливается структурными связями между минеральными частицами и их агрегатами, а также силами молекулярного воздействия между поровой водой и твердыми частицами.

По содержанию льда различают три вида криогенной текстуры:

• 
  монолитная текстура
  

• 
  слоистая текстура
  
• 
  сетчатая текстура
  

Монолитная текстура: лед в порах придает высокую структурную прочность. Это так называемый лед – цемент. Лед визуально не видно, на свету проявляется.



Механические свойства практически соответствуют свойствам скального грунта. Такой грунт обладает хрупким изломом. Монолитная текстура характерна для крупнообломочных, гравелистых и всех видов песков, кроме пылеватых.
Слоистая текстура: имеет отдельные включения, отдельные слои.



1 – ледяные включения в виде сплошных слоев и линз;

2 – элементы монолитной текстуры.

Свойства: общее содержание льда значительно больше, чем при монолитной текстуре, деформация при оттаивании значительно выше, строительные качества обычно низкие. Монолитная текстура предпочтительнее.
Сетчатая текстура: большое присутствие льда-включения. Прочность при сетчатой текстуре ниже, чем при слоистой и тем более, чем при монолитной.



Свойства:

1. Прочность самая низкая;

2. Содержание льда самое высокое;

3. Значительные деформации при оттаивании;
В любом инженерно-геологическом разрезе в реальных условиях обычно наблюдается сочетание всех трех видов текстур с преобладанием одного из видов.



По характеру, вечномерзлые грунты могут находится в твердомерзлом, пластично-мерзлом или сыпучемерзлом состояниях.

Твердомерзлые грунты – имеют низкую температуру и практически несжимаемы (Е > 100 МПа). К ним относятся песчаные и супесчаные грунты.

Пластично-мерзлые - имеют температуру, близкую к 0⁰С, сцементированы льдом, но обладают вязкими свойствами. Содержат в большом количестве незамерзшую воду (связанную, пленочную), (Е < 100 МПа). К ним относят в основном глинистые грунты и тяжелые суглинки.

Сыпучемерзлые– к ним относятся грунты, имеющие отрицательную температуру, но они не сцементированы льдом. Это рыхлые и сыпучие маловлажные грунты в талом состоянии. Такими грунтами являются пески, гравелистые и крупнообломочные грунты.

Наихудшими свойствами обладают пластично-мерзлые грунты т.к. они переходят в талое состояние и в связи с этим недостаточно прочные.

Твердомерзлые – прочные и малосжимаемые.

Сыпучемерзлые – в твердом состоянии имеют такие же свойства, как и в талом.
Деятельный слой

Деятельный слой - это поверхностный слой грунта, промерзающий зимой и оттаивающий летом.

Он может быть сливающимся, когда грунт промерзает до верхней границы слоя вечномерзлого грунта и несливающимся, когда грунт зимой не промерзает до границы вечномерзлого грунта.

Перелёток - слой мерзлого грунта небольшой толщины, не оттаивающий в течение 1-2 лет.

Перелёток образуется при наступлении периодов с температурой ниже среднегодовой или вследствие временного изменения местных условий.

При наличии подземных вод всех видов создаются условия для образования грунтовых наледей.



Физико-механические свойства

Обязательной составной частью мерзлых грунтов является лед. Мерзлые грунты – это четырехкомпонентная (четырехфазная) система, в которую входят твердые частицы, незамерзшая вода, воздух или иной газ и лед (пластичное тело). Свойства мерзлых грунтов зависят от количества содержащейся в них незамерзшей воды и свойств льда.

Вечномерзлые грунты обладают всеми 15 характеристиками, как и у мерзлых грунтов, но есть и специфические:
1. Суммарная влажность:



– влажность мёрзлого грунта за счет наличия порового льда (льда – цемента). - отношение веса льда – цемента к весу твердых частиц.

– влажность мерзлого грунта за счет наличия ледяных включений.

– влажность мерзлого грунта за счет содержания незамерзшей воды.


– табличный коэффициент, зависящей от числа пластичности и температуры грунта.

– влажность грунта на границе раскатывания.
2. Льдистость мерзлого грунта



Если i_i = 0,5 – в общем объеме грунта лед составляет половину.
3. Суммарнаяльдистость



- льдистость за счет льда – цемента,

- льдистость за счет включений льда,

- определяется специальными методами с помощью калори-метров,

- определяется обычными замерами в шурфе.




4. S_r - степень заполнения пор грунта льдом и незамерзшей водой.

(По аналогии – степень заполнения пор водой у обычных грунтов).
5. Группа теплофизических характеристик:

• 
  Теплопроводность мерзлого λ_f и талого λ_th грунтов;
  
• 
  Теплоемкость мерзлого С_f и талого С_th грунтов.
  
• 
  Теплота таяния (замерзания) грунта z_V
  

λ_f , λ_th , С_f, С_th , z_V – определяют в лабораторных условиях при проведении точных опытов, а чаще всего принимают для различных грунтов по таблицам норм в зависимости от плотности сухого грунта (мерзлого и талого) и суммарной влажности.
Прочностные характеристики

j и с

Для воздушно-сухих ничем не отличаются от обычных грунтов, песок одинаков, что в Сочи, что в Магадане.

Для мерзло-сыпучих (например, сухие пески) φ и с – те же прочностные характеристики.

Глинистые грунты



ВГВМ - верхняя граница вечной мерзлоты.

h_А – активный слой (деятельный слой, слой сезонного оттаивания) грунта промерзающий зимой и оттаивающий летом.

R_sh – расчетное сопротивление мерзлых грунтов сдвигу по грунту или грунтовому раствору.

Не имеет ничего общего с

Если превысить R, то произойдет хрупкое разрушение.

R_af – расчетное сопротивление ВМ грунта сдвигу на поверхности смерзания с фундаментной конструкцией.

R→R_м, R_af→R_см - для глинистых и песчаных грунтов, если они не воздушно-сухие.

Лекция 14 – 23.01.13

Деформационные характеристики

• 
  Е- модуль деформации
  
• 
  а- коэффициент сжимаемости
  
• 
  ν- коэффициент бокового расширения грунта.
  

Если при промерзании грунт испытывает пучение, то при оттаивании неизбежны просадки.

Морозное пучение – увеличение объема воды при переходе её в лед и миграции влаги из нижних горизонтов к фронту промерзания.

Деформируемость грунта при оттаивании оценивается коэффициентом просадочности ε_th образца грунта содержащего включения льда при оттаивании. Определяется в компрессионных приборах.





h_f и h_th - высота образца, находящегося в мерзлом и талом состояниях при неизменном давлении.

- монолитная текстура;

- слоистая текстура;

- сетчатая текстура.

Принципы проектирования фундаментов на вечной мерзлоте

СНиП 2.02.04 – 88 «Основания и фундаменты на вечномерзлых грунтах».

Нормы рекомендуют два принципа проектирования и строительства на территориях, сложенных ВМ грунтами:

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

II принцип – в основании зданий и сооружений используются предварительно оттаянные грунты или грунты, оттаивающие во время эксплуатации (по II принципу ВМ состояние грунтов не сохраняется).

При расчете по II принципу существует 3 метода:

1 метод - оттаивание предварительное;

2 метод - возможность оттаивания в период эксплуатации (самооттаивание).

3 метод - комбинированный – сочетание первого и второго методов.
I принцип использования вечномерзлых грунтов в качестве основания применяется:

• 
  при больших запасах холода в грунтовом основании;
  
• 
  при температуре заметно ниже 0˚С, (глубина заложения ВМ должна быть большой);
  
• 
  в случаях, когда сооружение не должно обладать большой тепловыделительной способностью (для неотапливаемых сооружений или там, где можно летом устроить теплоизолирующие подсыпки или другие мероприятия по защите основания от проникновения в него тепла).
  

Для зданий и сооружений на основаниях, устраиваемых по I принципу, необходимо выполнить следующие требования:

1. 
   устройство зданий с вентилируемыми подпольями;
   
2. 
   устройство неотапливаемых первых этажей зданий;
   
3. 
   устройство теплоизолирующих подсыпок, защищающих грунтовые основания от оттаивания (шлак, песок, опилки).
   
4. 
   применение фундаментов, не нарушающих тепловой режим оснований.
   

Площадь контакта вечномерзлого грунта с фундаментом должна быть минимальной. Чем больше площадь контакта с грунтом, тем хуже. В 99% случаев применяются столбчатые или свайные фундаменты.

Сваи, рекомендованные СНиПом: бурозабивные или буроопускные, погружение сваи производится в грунт, предварительно оттаянный паровыми иглами.

Последовательность проектирования на основаниях фундаментов по I принципу использования ВМ грунтов:

1. 
   Производится выбор и теплотехнический обсчет мероприятий по сохранению ВМ.
   
2. 
   Определяем температурное поле в основании здания (производится расчет температуры, строится температурная сетка, в каждой точке температура определяется теплотехническим расчетом).
   
3. 
   Производится выбор конструкций фундаментов.
   
4. 
   Назначается глубина заложения фундаментов. Она принимается ниже расчетной глубины оттаивания, причем необходимо углубиться в ВГВМ грунта:
   

для столбчатых фундаментов ≥ 1м;

для свайных ≥ 2м;

Расчетная глубина сезонного оттаивания грунтов определяются по формуле:



- коэффициент теплового влияния зданий,

- нормативная глубина оттаивания, устанавливаемая на основе теплотехнического расчета или по нормам с поправкой на влажность грунта.

17.Расчет по I группе предельных состояний (выполняется во всех случаях)



F – расчетная нагрузка на основание;

– предельное значение нагрузки (несущая способность грунтового основания, разрушающая нагрузка);

– коэффициент надежности не менее, чем 1,2.



- температурный коэффициент, учитывающий изменение температуры грунтов (СНиП)

– коэффициент условия работы, в основном зависит от метода выполнения фундамента;

и - прочностные характеристики грунта, определяемые в зависимости от температуры в данном слое грунта;

A - площадь подошвы фундамента или сечения нижнего конца сваи;

- площадь боковой поверхности фундамента (или сваи) в пределах данного слоя;

n – число слоев по высоте вмороженной части нижней ступени фундамента или сваи.

18.Расчет основания по II группе предельных состояний.

Расчет ведется только для пластично-мерзлых грунтов.

S ≤ S_u

Принцип ТУ для ВМ наболее подходящий.
Проектирование при II принципе использования ВМ грунтов в качестве основания.

Различают:

• 
  основания предварительно оттаянными грунтами на всю глубину (1 метод);
  
• 
  основания, грунты которых оттаивают на всю глубину в процессе эксплуатации
  

(2 метод).

• 
  основание с предварительно оттаянными грунтами только в верхней зоне (остальная часть основания оттаивает в процессе эксплуатации сооружений) (3 метод);
  

1.Основания с предварительно оттаянными грунтами проектируют как основания, сложенные немёрзлыми грунтами.

2. Основания, грунты которых оттаивают на всю глубину во время эксплуатации, рассчитывают по I группе предельных состояний с учетом процесса оттаивания верхних слоев и по II группе предельных состояний, исходя из деформаций всего основания как от нагрузок, передаваемых фундаментами, так и под действием собственного веса грунта.

3. Основания, в которых грунты оттаяны только в верхней зоне, а подстилающие грунты оттаивают в процессе эксплуатации, рассчитывают по II группе предельных состояний как основания немерзлых грунтов, а оттаившие основания - по I группе предельных состояний на устойчивость.

Осадка с просадкой частично или полностью оттаивающего основания состоит из двух слагаемых:



– осадка уплотнения грунта от давления под подошвой фундамента, которая определяется как для талых грунтов по СНиП 2.02.01-83^* «Основания зданий и сооружений»

– дополнительная осадка, возникающая за счет оттаивания толщин ВМ грунта в процессе эксплуатации под действием собственного веса.



n – число выделенных при расчете слоев грунта;

- коэффициент оттаивания, доли единицы;

- коэффициент сжимаемости i-го слоя оттаивающего грунта, кПа^-1;

- вертикальное природное напряжение в середине i-го слоя грунта, кПа;

– толщина i-го слоя оттаивающего грунта, м.
СЛАЙДЫ

№1