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: 6 из 8

Фундаменты на структурно-неустойчивых грунтах. Физико-механические свойства илов, торфов, слабых водонасыщенных глинистых грунтов. Типы фундаментов на структурно-неустойчивых и слабых грунтах.

Структурно-неустойчивыми называются такие грунты, которые обладают способностью изменять свои структурные свойства под влиянием внешних воздействий (увлажнение, промерзание, оттаивание, выветривание, передача внешней нагрузки, перемятие грунтов и т. д.) с развитием значительных осадок.

К структурно-неустойчивым грунтам относятся: илистые, торфяные грунты, рыхлые пески, набухающие грунты, слабые водонасыщенные глинистые грунты и др. 11% территории страны.



Заболоченная низинная пойма
Илистые грунты

Илы – глинистые грунты в начальной стадии своего формирования, образовавшиеся как структурный осадок в воде при наличии микробиологических процессов.

В естественных условиях илы обычно находятся в текучем состоянии w > w_L (влажность на границе текучести), при высушивании затвердевают.

Илы обладают исключительно высокой пористостью.

Коэффициент пористости:

е > 1 – для супеси и суглинков;

е < 1,5 – для глин. ???(е > 1,5) – в копиях???



Изменение объема набухающего грунта при увлажнении
По гранулометрическому составу илы близки к глинам, но часто встречаются илистые грунты, богатые содержанием органических веществ (до 10% и более), которые придают им серую окраску и специфический запах.

Илы мелкодисперсные, при оседании образуют губчатую неуплотненную структуру.



В осадок → после коагулирования (соединение);

обратный процесс – пептизация (разъединение).
Свойства илистых грунтов:

1. 
   Сильная деформируемость;
   
2. 
   Высокая сжимаемость;
   
3. 
   Малая прочность;
   
4. 
   Значительное влияние структурных связей на механические свойства.
   

Показателем структурности грунтов служит индекс их чувствительности:



и – предельное сопротивление грунта сдвигу при ненарушенной и нарушенной структурах, соответственно.

5. 
   Ничтожное сопротивление давлению (а потому для использования их в качестве естественного основания они обычно не пригодны);
   
6. 
   Незначительное сопротивление сил трения, что затрудняет применение в них свайных фундаментов;
   
7. 
   Тиксотропия – заключается в разжижаемости илистых грунтов при нарушении их структурных связей и восстановлении губчатой структуры с течением времени вследствие теплового движения мельчайших колиольных частиц.
   

Тиксотропия – восстановление прочности с течением времени.

Тиксотропия – способность глинистого раствора загустевать в спокойном состоянии и становится жидким при перемешивании.



Возможные формы деформации насыпей на болотах (по Н. П. Кузнецовой)


Возможные формы деформации насыпей на болотах (по Н. П. Кузнецовой)
К отрицательным качествам многих илов относится наличие в них органических (гуминовых) кислот, вредно действующих на бетон сооружений и фундамента.
Последовательность возведения фундаментов:

1. 
   Производится «огрузка» этих грунтов, их загружают послойно песчаным грунтом;
   
2. 
   Отсыпают каменную наброску, она играет роль распределительной подушки;
   ее мощность определяется расчетом, необходимо, чтобы на поверхность илистого грунта от сооружения и подушки приходилось давление неопасное для илистого грунта;
   
3. 
   Затем возводится сооружение.
   

Схема электроуплотнения илистых грунтов.

1-грунт илистый; 2-песок; 3-катоды; 4-аноды; 5-трубопровод водоотлива; 6-депрессионный уровень после осушения; 7-перфорированная часть электрода; 8-уплотненный массив; 9-катодный ряд; 10-анодное ограждение; 11-источник постоянного тока.
Илы различаются по свойствам (они вытекают из происхождения ила): пресноводные и морские.

Морской ил прочнее, появляются цементирующие связи из-за солей, но он может расслаиваться, тогда он снижает прочностные характеристики → оползни.

Древние и молодые (современные).



Мост через реку Миссисипи.

1-средний уровень воды; 2-ил; 3-глины; 4-песок.
Торфяные грунты

Пески и пылевато-глинистые грунты могут включать не полностью разложившиеся органические вещества.

Если содержание таких веществ в грунте менее 10% веса сухого грунта, то при его наименовании отмечают, что грунт содержит органические вещества.

Грунты, содержащие по весу органические вещества от 10 до 50%, а также грунты, имеющие торфяные прослойки, называются заторфированными (заторфованными – в копиях).

Грунты, содержащие более 50% органических веществ, относят к торфам.

Торф является продуктом разложения растений под водой при малом доступе воздуха, отличается легкой горючестью.

(Органические вещества представляют собой остатки разложения растительных организмов).



Крен здания в связи с наличием в основании слоя торфа (из материалов А. Т. Иовчука)
Различают:

• 
  Открытые торфы (залегающие с поверхности);
  
• 
  Совершенно неуплотненные;
  
• 
  Погребные, имеющие сверху слой природных минеральных грунтов или техногенные отложения (насыпные грунты).
  

Погребные заторфованные грунты по содержанию органических веществ подразделяются на:

- Слабозаторфованные от 10 до 25%,

- Среднезаторфованные от 25 до 40%,

- Сильнозаторфованные от 40 до 50%.

Сильнозаторфованные грунты представляют собой кашицу коричневого цвета, легко выдавливаемую из-под фундаментов (на 1м под нагрузкой 0,5 м осадки);

Слабозаторфованные грунты - представляют собой переплетение волокон - тюфяк из растительных остатков, сильно разлагается (1 м – 25-35 см осадка).
Способы подготовки торфяных оснований:

Меры строительства:

1. 
   Предварительное осушение торфяных оснований [открытым (канавы, котлованы) и закрытым (скважины) дренажом];
   
2. 
   С помощью иглофильтров; для сильнозаторфованных – электроосмос;
   
3. 
   Уплотнение торфяных оснований известковыми и песчаными сваями;
   
4. 
   Прорезка торфяного грунта забивными сваями с опиранием их на прочные подстилающие грунты.
   

Электроосмос – перемещение воды в грунте под влиянием пропускаемого через него постоянного тока.
Свойства:

1. 
   Очень пористые (объем пор, заполненных водой, в 4…12 и более раз больше объема твердого вещества) и влажные грунты (требуют медленного загружения из-за обводнения);
   
2. 
   Обладают значительной и неравномерной сжимаемостью;
   
3. 
   Плохо уплотняются;
   
4. 
   Легко выдавливаются из-под фундаментов;
   
5. 
   Агрессивны по отношению к бетону.
   

Обнажение свайного фундамента в городе Архангельске в результате просадки торфа при его осушении (фото Н. Н. Морарескула)
Проектирование фундаментов на структурно-неустойчивых и слабых грунтах. Конструктивные мероприятия при проектировании фундаментов на структурно-неустойчивых грунтах.

Обязателен расчет на устойчивость по I–ому предельному состоянию с учетом специфических оснований.

Принимаем во внимание удельное сцепление с, а j (угол внутреннего трения) = 0. Обязателен расчет по деформациям.

Специфика расчета состоит в том, что:

1. 
   Компрессионная кривая даже на малых участках криволинейна (замена прямой не допускается);
   

2. 
   Обязателен расчет осадок во времени методами фильтрационной консолидации грунтов;
   

Для сильнозаторфованных грунтов – необходимо учитывать ползучесть скелета – вторичную консолидацию.
Требования по проектированию фундаментов на структурно-неустойчивых и слабых грунтах:

1. 
   Основания, сложенные водонасыщенными, заторфованными грунтами, торфами и илами или включающие эти грунты, должны проектироваться с учетом их большой сжимаемости, медленного развития осадок во времени, существенной изменчивости и анизотропии прочностных, деформационных и фильтрационных характеристик и их изменения в процессе консолидации основания, а также значительной тиксотропии илов.
   
2. 
   Деформационные, прочностные и фильтрационные характеристики грунтов должны определяться при давлении или в диапазоне давлений, соответствующих напряженному состоянию основания проектируемого сооружения; эти характеристики должны устанавливаться при испытаниях образцов грунта в вертикальном и горизонтальном направлениях;
   
3. 
   Опирание фундаментов непосредственно на поверхность сильнозаторфованных грунтов, торфов и илов не допускается. Если непосредственно под подошвой фундамента залегает слой грунта с Е<5МПа толщиной более ширины фундамента, то осадка основания должна определяться с учетом полного давления под подошвой фундамента.
   

График изменения осадки S от нагрузки P.

1-уплотненный грунт; 2-неуплотненный грунт.
Фильтрационная консолидация(деформация во времени) – постепенный процесс уплотнения, связанный с выдавливанием воды из пор грунта.
При расчетных деформациях основания, сложенного структурно-неустойчивыми грунтами, больше предельных или недостаточной несущей способности основания, должны предусматриваться следующие мероприятия:

1. 
   Полная или частичная прорезка слоев грунтов глубокими фундаментами (в том числе, где это возможно, свайными);
   
2. 
   Полная или частичная замена структурно-неустойчивого грунта песком, гравием, щебнем и др.;
   

Свайный фундамент в условиях сезонно набухающих дающих осадку грунтов

3. 
   Уплотнение грунтов временной или постоянной пригрузкой основания сооружения или всей площади строительства насыпным (намывным) грунтом или другим материалом (с устройством фильтрующего слоя или дрен);
   
4. 
   Закрепление илов буросмесительным способом;
   
5. 
   Устройство фундаментов (столбчатых, ленточных и т. п.) на песчаной, гравийной, щебеночной подушке или на предварительно уплотненной подсыпке из местного материала;
   
6. 
   Устройство зданий и сооружений на плитных фундаментах, перекрестных монолитных или сборно-монолитных лентах и т. п. с конструктивными мероприятиями по повышению пространственной жесткости здания (устройство замкнутых поясов жесткости, армированных швов и т. д.);
   
7. 
   Устройство осадочных швов.
   

Осадочные швы устраиваются в разных фундаментах, t°-е – в одном.



Размещение ж/ б поясов (а) и армированных швов (б) в стенах здания



Размещение ж/б поясов в подвальной части зданий, устраиваемых на сильносжимаемых грунтах.

1-по верху фундамента; 2-на уровне цокольной части.



Крупные камни в подсыпке



Авария здания построенного на сильно сжимаемом основании

1-подсыпка, устроенная перед укладкой пола; 2-стык; 3-пол без стыков; 4-подсыпка; 5- затяжка; 6-фундаменты на подсыпке, устроенная на слабом иле; 7-сваи, которые не достигали прочного слоя; 8-песок и мелкий гравий; 9-мягкий мергель; 10-плотный мергель; 11-пол;

12-пол без стыков, соединенный с фундаментами трибун и затяжками арок;

13-пол, опирающийся на ранд балки фасада; 14-фундамент трибуны.
Пригрузка – с целью исключения выпора слабого грунта, в пределах призмы выпирания. Чаще всего используют при устройстве насыпей.

Пригрузки, устраиваемые путем отсыпки грунта, повышают устойчивость основания насыпи. Этого же достигают армированием нижних слоев насыпи стальными стержнями или укладкой на основании технической негниющей ткани.

Применение шпунтового ограждения основания (для исключения выпора грунта из-под фундамента в стороны): в толщу слабых грунтов в относительно плотный грунт забивают шпунт с заделкой его в фундаментную плиту, под который устраивают дренирующую песчаную подсыпку. Такое решение возможно под сооружениями, допускающими значительную осадку.

Для сокращения расстояния движения отжимаемой воды из глинистого слоя, и, следовательно, уменьшения времени уплотнения грунтов основания принимают вертикальные песчаные дрены. Их выполняют на глубину до 20м на расстоянии 2,5м др. от др. Æ400…600мм. План расположения, их сечение и шаг определяются расчетом. Дрены объединяются поверху песчаной подушкой толщиной 0,6… 1 м, которая служит горизонтальным дренажем для отвода отжатой поровой воды из вертикальных песчаных дрен. Для отжатия воды в песчаные дрены устраивают пригрузочную насыпь.

Песчаные дрены выполняют путем погружения с помощью башенных копров пустотелых цельнотянутых металлических труб Æ420…600мм (0,42…0,6м) с самораскрывающимся или железобетонным башмаком, оставляемым в грунте. По мере извлечения труб производят засыпку скважин песком.



Вертикальные; песчаные дрены.

1-плотный грунт2-насыпь; 3-песчаная подушка; 4-дрены.


Уплотнение сильносжимаемого грунта фильтрующей пригрузкой и вертикальными дренами.

1-фильтрующая пригрузка; 2-сильносжимаемый грунт; 3-водоупор; 4-фильтрующий слой.
Дрены из искусственных материалов применяют в районах, где отсутствуют песчаные грунты для устройства вертикальных песчаных дрен.

В ряде случаев применение дрен из искусственным материалов является более экономичным, чем устройство песчаных дрен (добыча большого объема песка и транспортировке его на большие расстояния, устройство вкладов песка на стройплощадке, устройство самих дрен и т. д.).

Картонные дрены изготавливают из непроклеенного картона поперечным сечением 3*100мм и площадью поперечного сечения проходящих внутренних каналов 3 или 2. Картон пропитывают раствором солей мышьяка. Коэффициент фильтрации картонной дрены из пропитанного картона составляет 10^–3…10^-1 , что в 100…1000 раз больше коэффициентов фильтрации большинства слабых водонасыщенных глинистых грунтов основания.

Картонные дрены изготавливают в виде сплошных лент длиной 400м с массой 1м дрены 200г. Они легко наматываются на барабаны и могут доставляться в собранном виде на значительные расстояния.

Песчаные сваи – путем забивки в грунт металлической трубы с закрытым концом с последующим заполнением уплотненным песчаным грунтом. Вокруг ствола сваи – уплотненная зона слабого грунта. При Æ сваи 0,4–0,5м – зона уплотненного грунта толщиной до 1,5м от центра сваи (по сути это песчаная дрена, но с уплотненной вокруг нее зоной местного грунта).

Пригрузочная насыпь. За счет забивки трубы – большие напряжения в уплотненной зоне до 0,8МПа. Эти s воспринимаются поровой водой. Это обуславливает в ней избыточное давление, и вода отжимается в песчаную сваю – так же, как и дрены.

Известковые сваи с обсадной трубой.



Картонные дрены



Вертикальные дренажные прорези

1-песчанная подушка; 2-дренажные прорези.
Негашеная комковая известь d не менее 1м слоя внутри трубы. Далее – в трубу опускается трамбовка массой 300–400кг и производится уплотнение извести. Затем при взаимодействии негашеной извести с поровой водой происходит ее гашение, увеличивается Æ сваи на 60–80% и дополнительное уплотнение слабого водонасыщенного грунта. Под воздействием высокой t° (300°C) теряется большое количество поровой воды и w грунта уменьшается. Над слоем уплотненного слабого грунта – отсыпают слой из местного грунта d=1,5–3,0м и уплотняют тяжелыми трамбовками. Известь с активностью > 75%.

Дренирующие прорези – при устройстве сооружений большой площади на слое водонасыщенных слабых глинистых грунтов d до 7м.

В виде траншей шириной 0,6–0,8м и глубиной до 5,5м. Траншеи полностью заполняются песком, над прорезями отсыпается горизонтальная песчаная подушка.

Песчаные подушки – отсыпаются чаще всего из среднезернистых, крупнозернистых песков, щебня, гравия, гравийно-песчаной смеси.

Расчетом определяются размеры, проверка устойчивости на действие горизонтальных сил.



Разрушение крытого дворика вид с запада и с востока.


Разрушение дворика (фасад)


Осадка фундаментов, деформация затяжек


Разрушение перегородок


№2