Учет влияния соседних фундаментов. Определение напряжений методом угловых точек.

Влияние загружения соседних фундаментов осуществляется с использованием кольцевых графиков (рис 1)

Рис. 1. Пример построения

графика для Н = 7 м, v = 0,27

Исходят из того, что накладывают на них контуры подошвы фундаментов, изображенных на кальке, в масштабе графиков пересечения окружностей с радиусами (рис. 1) находят число точек пересечения радиусов и окружностей в пределах фундамента. Каждая точка пересечения, которая находится в пределах площади подошвы соседнего фундамента, ведет к увеличению Н_е на 0,02 м, а точка на контуре фундамента считается за 0,5 точки. Это дает возможность найти значение Н_е по формуле

где H_If - эквивалентная толща грунтов при загрузке рассчитываемого фундамента, м; K_ν - коэффициент, учитывающий боковое расширение грунта; n_i - количество точек пересечений графика, располагающихся в пределах i-го соседнего фундамента; j - количество соседних фундаментов, влияющих на осадку рассчитываемого; K_Ii -коэффициент интенсивности нагрузки по сравнению с рассчитываемым.

где р_oi - дополнительное давление по подошве i-го соседнего фундамента.

При нахождении n_i необходимо иметь кольцевые графики на кальке в масштабе плана подошвы фундаментов. На графике окружности разделены радиусами на 40 частей.

Для нахождения Н_е надо знать Н_с, которое при учете загружения соседних фундаментов обычно получается в 1,5 - 2 раза больше, чем при их отсутствии. Задаемся Н₁, и Н₂ и ищем Н_с, для чего находим Н_с1 и Н_с2:

где Н_с1 и Н_с2 –сжимаемые толщи грунтов при загрузке рассчитываемого фундамента при толщах Н₁ и Н₂, м; n_i1 и n_i2- количество точек по кольцевым графикам для толщи Н₁ н Н₂ i-го соседнего фундамента; коэффициент

фундамента, м. Находим Н_с и получаем:

Найдя Н_е можно осадку фундамента.

Метод угловых точек можно использовать для двух расчетных схем. Первую схему используют в тех случаях, когда загруженную площадь можно разделить на ряд прямоугольников, а вторую схему — если площадь делится на ряд прямоугольных треугольников. Существующие таблицы позволяют определить коэффициенты рассеивания напряжений ɑ под угловыми точками М_с.

Применяя первую схему, нагруженную площадь делят на ряд прямоугольников (I, II, III, IV) так, чтобы для каждого прямоугольника расчетная вертикаль и точка М, в которых определяются напряжения, были угловыми (рис. 2). Нагрузка на прямоугольных площадках может быть в виде прямоугольной, треугольной или трапецеидальной призмы. Далее определяют напряжения в точке М_с от каждого нагруженного прямоугольника, а затем, пользуясь принципом независимости действия сил, суммируют их. Для точек, расположенных на вертикалях, находящихся в пределах контура прямоугольной нагруженной площади (рис. 2):

Рис. 2. Членение площади нагружения на прямоугольники для определения напряжений методом угловых точек.

Рис. 3. Членение площади нагружения для определения напряжений методом угловых точек: а – для точек, лежащих на оси, проходящей через контур нагруженного прямоугольника; б - то же на оси, расположенной вне нагруженного прямоугольника.

Для вертикалей, расположенных на контуре прямоугольной нагруженной площади, напряжения суммируются от двух прямоугольников 1 и II (рнс. 3, а). Для точек вне нагруженной площади добавляют фиктивную нагрузку таким образом, чтобы вертикаль с точкой М_с совпадала с контуром новой прямоугольной нагруженной площадки (рис. 3, б). Напряжение в точке М_с определяют суммируя напряжения от прямоугольников I и II с действующей и фиктивной нагрузкой, а затем. вычитая напряжения от прямоугольников III и IV с фиктивной нагрузкой:

Вторую схему используют для определения сжимающих напряжений на оси, проходящей через любую точку М в пределах и вне площади многоугольника, от действия равномерно распределенной нагрузки. В этом случае площадь многоугольника делят на ряд прямоугольных треугольников так, чтобы один из острых углов совпадал с точкой М, через которую проходит расчетная вертикаль.

Для определения напряжений на оси, проходящей через острый угол прямоугольника, составлены соответствующие таблицы и дальнейший расчет ведется так же, как и по первой схеме.

С помощью таблицы можно определить напряжения в точке М, расположенной в центре тяжести равнобедренного треугольника.

22. Возведение заглубленных подземных сооружений методом “стена в грунте”. Технология устройства. Монолитный и сборный варианты. Определение действующих нагрузок в эксплуатационный период. Активное и пассивное давление грунта на «стену в грунте».

Этот способ предназначен для устройства фундаментов и заглубленных в грунт сооружений (рис. 13.13).

Рис.13.13. Конструкции, сооружаемые способом «стена в грунте»: а – котлованы в городских условиях; б – подпорные стенки; в – тоннели; г – противофильтрационные диафрагмы; д – подземные резервуары.

Способ заключается в том, что сначала по контуру будущего сооружения в грунте отрывается узкая глубокая траншея (b=60…100 см, H≤40…50 м) с помощью жесткого грейфера или механизированного траншеекопателя на проектную глубину с врезкой в водоупор, которая затем заполняется бетонной смесью или сборными железобетонными элементами.

Возведенная таким образом стена может служить конструктивным элементом фундамента, ограждением котлована или стеной заглубленного помещения.

Помимо заглубленных сооружений способом «стена в грунте» можно устраивать противофильтрационные завесы. Устройство «стены в грунте» наиболее целесообразно в водонасыщенных грунтах при высоком уровне подземных вод. Способ особенно эффективен при заглублении стен в водоупорные грунты, что позволяет полностью отказаться от водоотлива или глубинного водопонижения.

Существенным достоинством способа является возможность устройства глубоких котлованов и заглубленных помещений вблизи существующих зданий и сооружений без нарушения их устойчивости, что особенно важно при строительстве в стесненных условиях, а также при реконструкции сооружений.

Технология устройства «стены в грунте».

· Сооружение «стена в грунте» начинается с устройства сборной или монолитной форшахты, которая служит направляющей для землеройных машин, опорой для подвешивания армокаркасов, бетолитных труб, сборных железобетонных панелей и т.п. и обеспечивает устойчивость стенок в верхней части. Форшахту обычно устраивают в траншее, отрытой по контуру будущей стены на глубину 0,7...0,8 м, внутреннее расстояние между стенками форшахты принимают на 10...15 см больше ширины траншеи. При высоком уровне подземных вод форшахту устраивают на подсыпке из песчаного грунта.

· После устройства форшахты приступают к отрывке траншеи. Отрывку ведут отдельными захватками длиной 4...6 м. Откопав первую захватку, на всю глубину стены по ее торцам устраивают ограничители, арматурный каркас и укладывают бетонную смесь.

· Затем переходят к захватке «через одну», а после ее устройства – к промежуточной и т.д., в результате получается сплошная стена (рис. 13.14).

Рис.13.14. Последовательность

возведения «стены в грунте»:

а – первая очередь работ;

б – вторая очередь работ;

1 – форшахта;

2 – базовый механизм;

3 – бетонолитная труба;

4 – глинистый раствор;

5 – грейфер;

6 – траншея под одну захватку;

7 – арматурный каркас;

8 – бетонная смесь;

9 – забетонированная секция;

10 – готовая «стена в грунте»

Такой метод называется методом последовательных захваток или секционным методом.

Для удержания стен захватки против обрушения по мере углубления в нее подливают тиксотропный глинистый раствор. Для приготовления глинистых растворов используют бентонитовые глины (глина, содержащая большой процент монтмориллонита).

Наряду с монолитным бетоном формирование «стены в грунте» можно осуществлять заполнением секций траншей сборными железобетонными панелями. Для удобства монтажа толщина панелей принимается на 6...10 см меньше ширины траншеи, а образовавшиеся зазоры заполняют специальным цементно-песчаным или цементно-глинистым тампонажным раствором. Тампонажный раствор во время закладки должен быть жидким, а после твердения иметь прочность не ниже прочности окружающего грунта, легко сниматься с внутренней поверхности панелей при отрывке, котлована и быть водонепроницаемым.

При устройстве стен из сборных железобетонных панелей из технологического цикла исключается трудоемкий процесс бетонирования на строительной площадке, ускоряются темпы производства работ, достигается высокое качество внутренней поверхности стен. Кроме того, появляется возможность устройства стен с выступами, окнами для пропуска анкеров, закладных деталей для крепления панелей и т. д.

После возведения «стены в грунте» по всему периметру сооружения (т.е. конструкция замыкает в плане будущее сооружение) поэтапно удаляют грунт из внутреннего пространства. При необходимости на каждом этапе по периметру устраивают грунтовые анкера или распорки. Если крепления не изготавливаются, то устойчивость стены при удалении грунта обеспечивается ее заделкой в основание. После полного удаления грунта из внутреннего пространства до проектной отметки возводят внутренние конструкции.

При расчете подземной части на сочетание нагрузок от дополнительного давления грунта, возникающих в условиях эксплуатации (рис. 2.1), соблюдается условие:

При расчете нормативного значения гидростатического давления грунтовых вод принимается прогнозируемый повышенный средний уровень грунтовых вод соответствующей обеспеченности в зависимости от класса сооружения. При определении нормативного значения дополнительного давления грунта на сооружение, вызываемого нагрузками от массы вблизи расположенных зданий и сооружений, а также стационарного оборудования, вертикальная нагрузка прикладывается по подошве их фундаментов.

Расчет несущих конструкций заглубленных сооружений производится по первой и второй группам предельных состояний. При этом стены рассчитываются по прочности, устойчивости, деформациям и раскрытию трещин, а основания — по устойчивости и деформациям.

Помимо этого, учитывая, что сооружения, возводимые методом “стена в грунте”, строятся преимущественно в водонасыщенных грунтах, производится проверка устойчивости их на всплытие и на общую устойчивость при сдвиге по основанию.

Расчет железобетонных конструкций, выполняемых методом “стена в грунте”, по несущей способности производится на воздействие расчетных нагрузок (с учетом коэффициентов перегрузки), а по деформациям и по раскрытию трещин — на воздействие нормативных нагрузок. Расчеты сооружений производятся на наиболее невыгодные сочетания нагрузок:

в условиях эксплуатации — по расчетным схемам, учитывающим наличие днища, внутренних конструкций стен, перекрытий, колонн и т.д., включая нагрузки от всего расположенного внутри сооружения оборудования, технологических жидкостей, от опирающегося на подземную часть надземного здания, а также с учетом рядом расположенных сооружений.

В сборных железобетонных сооружениях проверяют также прочность железобетонных стеновых панелей в условиях изготовления, транспортирования и монтажа. При этом в качестве нагрузки принимают собственную массу панели (с учетом коэффициентов перегрузки), а размещение опор — в зависимости от принятой схемы строповки и опирания панелей на подкладки.

Вопрос. Монолитные и сборные опускные колодцы. Конструктивные схемы. Методы погружения. Характерные осложнения при погружении. Погружение колодцев в тиксотропной рубашке. Понятие о тиксотропном растворе. Тампонаж опускного колодца. Основы расчета опускного колодца на строительные и эксплуатационные нагрузки.

Опускные колодцы представляют собой замкнутую в плане и открытую сверху и снизу полую конструкцию, бетонируемую или собираемую из сборных элементов на поверхности грунта и погружаемую под действием собственного веса или дополнительной пригрузки по мере разработки грунта внутри нее (рис.13.1 и 13.2.).

Рис.13.1 Последовательность устройства опускного колодца:

а – изготовление первого яруса опускного колодца на поверхности грунта; б – погружение первого яруса опускного колодца в грунт; в – наращивание оболочки колодца; г – погружение колодца до проектной отметки; д – заполнение бетоном полости опускного колодца в случае использования его как фундамента глубокого заложения

Рис.13.2. Формы сечений опускных колодцев в плане:

а – круглая; б – квадратная; в – прямоугольная; г – прямоугольная с поперечными перегородками; д – с закругленными торцевыми стенками

Форма колодца в плане определяется конфигурацией проектируемого сооружения. Очертание колодца должно быть в плане симметричным, т.к. всякая асимметрия осложняет его погружение (прекосы, отклонения).

Наиболее распространенным конструкционным материалом для опускных колодцев является железобетон:

· Монолитный (только когда форма колодца в плане имеет сложное очертание, нет возможности изготовления сборных элементов, при проходке скальных грунтов и грунтов с большим числом валунов).

· Сборный (наибольшее предпочтение).

Погружению колодца в основание сопротивляются силы трения стен колодца о грунт. Для уменьшения трения колодцам придают коническую или цилиндрически уступчатую форму, с использованием тиксотропной суспензии. Оболочка опускного колодца из монолитного ж/б состоит из двух основных частей: 1 – ножевой; 2 – собственно оболочки. См. рис. 13.3.

Рис.13.3. Форма вертикальных сечений монолитных опускных колодцев:

а – цилиндрическая; б – коническая; в – цилиндрическая ступенчатая; 1 – ножевая часть опускного колодца; 2 – оболочка опускного колодца; 3 – арматура ножа колодца.

Ножевая часть шире стены оболочки на 100…150 мм со стороны грунта. Толщина стен монолитных колодцев определяется из условия создания веса, необходимого для преодоления сил трения. Бетон должен быть прочным, плотным (вес) и иметь высокую водонепроницаемость – В35. Монолитные ж/б колодцы изготавливают непосредственно над местом их погружения на специально изготовленной выровненной площадке. При h_к>10м его бетонирование ведется отдельными ярусами, последовательно. К опусканию преступают только после набором бетоном 100% прочности, что непроизводительно (потеря времени).

К недостаткам монолитных ж/б опускных колодцев также следует отнести:

· большой расход материалов, не оправданный требованиями прочности;

· значительная трудоемкость, за счет их изготовления полностью на строительной площадке;

Преимущества монолитных колодцев:

· простота изготовления;

· возможность придания им любой формы;

· отсутствие (как правило) опасности всплытия.

Из сборных опускных колодцев наибольшее распространение получили:

· колодцы из пустотелых прямоугольных элементов (рис.13.4)

Рис.13.4. Сборный опускной колодец

из пустотелых прямоугольных блоков:

1 – блоки; 2 – форшахта;

3 – монолитный железобетонный пояс;

4 – нож из монолитного железобетона.

· из плоских вертикальных панелей (клепок) (рис.13.5)

Рис.13.5. Сборный опускной колодец

из вертикальных панелей:

1 – панели; 2 – форшахта.

Погружение опускных колодцев в тиксотропных рубашках. Для преодоления сил трения, препятствующих погружению колодца, приходится увеличивать его вес, для чего стены делают значительно толще, чем требуется из условия прочности. Однако все равно может возникнуть ситуация, когда силы трения возрастают настолько, что дальнейшее погружение прекращается еще до достижения сооружением проектной отметки (т.к. зависание).

Для уменьшения сил трения был предложен метод погружения колодцев в тиксотропной рубашке. Суть метода: благодаря уступу, устраиваемому в ножевой части снаружи колодца, при погружении вокруг него образуется полость (рис.13.7).

Рис.13.7. Схема погружения опускного

колодца в тиксотропной рубашке:

1 – опускной колодец;

2 – форшахта; 3 - тиксотропная рубашка.

Чтобы обеспечить устойчивость грунта стенок полости от оползания или обрушения ее заполняют глинистым раствором с тиксотропными свойствами (бентонитовые глины =>монтмориллонит), который образует тиксотропную рубашку. В результате контакт колодца с грунтом при нормальном его опускании происходит только в пределах его ножевой части, имеющую малую площадь боковой поверхности, т.е. силы трения значительно снижаются. Это практически исключает опасность зависания опускных колодцев и позволяет резко уменьшить их вес.

После достижения колодцем проектной отметки глинистый раствор в полости тиксотропной рубашки заменяется цементно-песчаным раствором, галечником или гравием.

Осложнения.

При нагружении опускных колодцев в грунт могут возникнуть следующие осложнения:

· перекосы;

· зависания;

· самопроизвольное опускание;

· появление трещин в стенах.

Для предотвращения перекосов – через каждый метр погружения колодца проверяют его вертикальность геодезическими инструментами (теодолит и т.п.). Обнаруженные перекосы (крены) исправляют:

· опережающей и более интенсивной разработкой грунта под менее нагруженной ножевой частью;

· дополнительной пригрузкой этого же участка;

· уменьшением локального трения грунта этого участка о наружную поверхность стены (откопка грунта, его размыв гидроиглой или виброразрушение).

Зависание устраняют увеличением веса колодца (наращивание яруса, дополнительная пригрузка камнем или бетонными блоками и т.п.). Или уменьшением трения при помощи различных промывных устройств.

Самопроизвольное опускание происходит в тех случаях, когда основание сложено слабыми грунтами и не выдерживает нагрузок от колодца. Его останавливают путем подвода под ножевую часть (под наклонную ее часть) специальных ж/б блоков, увеличивающих площадь его опирания на грунт. В том случае, когда произвольное опускание предвидится заранее, с наружной стороны утраивают ж/б кольцевую консоль, которая, опираясь на предварительно подготовленную площадку земли, задерживает дальнейшее погружение.

Трещины в стенах колодца появляются либо вследствие недостаточной их жесткости неполного учета нагрузок и сил, либо за счет нарушения технологии производства работ.

Основным является расчет не на эксплуатационные, а на строительные нагрузки, т.к. во время их изготовления и погружения последние оказываются в более напряженном состоянии, чем при эксплуатации.

Расчет на строительные нагрузки включает:

· расчет на погружение;

· расчет стен на разрыв;

· расчет ножевой части колодца;

· расчет стен колодца на боковое давление грунта;

· расчет прочности стен на изгиб в вертикальной плоскости;

· расчет на всплытие.

Рис.13.8. Схема нагрузок, действующих на опускной колодец во время его погружения

Дата добавления: 2015-07-16