Расчет фундаментов на действие сил морозного пучения. Меры по предотвращению морозного пучения. Определение глубины промерзания.

Основными климатическими факторами, влияющими на глубину заложения фундаментов, являются промерзание — оттаивание грунтов.

Глубина заложения фундамента из условия промерзания грунтов назначается в зависимости от их вида, состояния, начальной влажности и уровня подземных вод в период промерзания. Известно, что при промерзании некоторых грунтов наблюдается их морозиое пучение — увеличение объема, поэтому в таких грунтах нельзя закладывать фундаменты выше глубины промерзания.

Морозное пучение грунтов происходит преимущественно за счет миграции (перемещения) влаги к фронту промерзания из нижележащих слоев. В связи с этим существенное значение имеет положение уровня подземных вод в период промерзания грунта. Миграция влаги обычно наблюдается в пылевато-глинистых грунтах, пылеватых и мелких песках.

Взаимодействие грунта, испытывающего морозное пучение, с фундаментами и другими подземными конструкциями сооружений приводит к воздействию на последние сил морозного пучения: касательных и нормальных (рис. 13.12).

Интенсивность морозного пучения грунтов оценивается коэффициентом морозного пучения ε_f- относительной деформацией грунта при промерзании на глубину h_f, т.е.

где - величина морозного пучения.

Коэффициент морозного пучения определяется экспериментально или на основании аналитического расчета по величинам и .

Скальные породы, крупнообломочные грунты с песчаным заполнителем, пески гравелистые, крупные и средней крупности относятся к непучинис-тым грунтам. Глубина заложения фундаментов в них не зависит от глубины промерзания.

Практикой установлено, что если уровень подземных вод во время промерзания находится от планировочной отметки поверхности основания на глубине, равной расчетной глубине промерзания, плюс 2 м и более, пучение пылевато-глинистых грунтов зависит от их консистенции. Поэтому нормы рекомендуют расчетную глубину заложения фундаментов наружных стен и колонн принимать по таблице 2 СНиП 2.02.01-83* в зависимости от положения уровня подземных вод и показателя текучести пылевато-глинистых грунтов, которые должны сохраняться в течение всего периода эксплуатации зданий.

Расчетная глубина промерзания

Приведенные в табл. 1 (СНиП 2.02.01-83*) значения k_h соответствуют вылету фундамента за наружную грань стены до 0,5 м. При вылете ступе ни более 1,5 м значение коэффициента k_h принимают на 0,1 более значений, указанных в табл. 3.2, но не более 1,0. При промежуточном значении вылета фундамента значение k_h определяют интерполяцией.

Нормативная глубина сезонного промерзания грунта устанавливается по данным многолетних наблюдений (не менее 10 лет) за фактическим промерзанием грунтов в районе предполагаемого строительства под открытой, лишенной снега поверхностью.

За d_fn принимают среднее значение из ежегодных максимальных глубин сезонного промерзания. При отсутствии данных по таким наблкэдениям ее можно принимать для суглинков и глин по схематической карте. Для песков и супесей значения d_fn, найденные по карте, следует увеличивать на 20%, т.е. умножать на коэффициент 1,2.

Возможно определять d_fn по формуле

В районах, где чередуются дождливые и засушливые периоды года, необходимо учитывать возможность сезонного набухания верхних слоев глин и суглинков при увлажнении и их усадку при высыхании. Глубину заложения фундаментов тогда принимают ниже зоны возможного сезонного набухания и усадки грунтов.

Во всех случаях обратная засыпка при укладке должна уплотняться и по ней делается отмостка для отвода воды от здания.

Вопрос. Проектирование оснований на лессовых грунтах. Происхождение лессовых грунтов и их физические характеристики. Методы ликвидации просадочных свойств основания. Определение границ просадочной толщи. Конструктивные решения.

Трудность строительства сооружений на лессовых просадочных грунтах состоит в том, что после окончания строительства, когда осадка фундаментов стабилизируется, или после ряда лет эксплуатации сооружений при обводнении грунтов в основании происходят большие и часто неравномерные деформации, называемые просадками. В отдельных случаях просадки достигают 0,5...1,0 м и более. При этом здания и сооружения испытывают чрезмерные деформации, в результате чего разрушаются конструкции и сооружения становятся непригодными для дальнейшей эксплуатации.

Просадки лессовых грунтов возникают при одновременном воздействии двух факторов: нагрузок от сооружений и собственного веса грунтовой просадочной толщи и замачивания при подъеме горизонта подземных вод или за счет внешних источников (атмосферные осадки, промышленные сбросы, утечки и т. п.).

В условиях естественного залегания лессовые грунты обычно имеют влажность 0,08...0,16 при степени влажности S_r < 0,5 и проявляют просадочные свойства только при достижении влажностью некоторого предела w_sI, называемого начальной просадочной

влажностью. Просадочность грунтов часто оценивается показателем просадочности П:

К просадочным относятся лессы и лессовидные грунты, для которых при числе пластичности 0,01 I_p <0,1; 0,1 I_p <0,14 и 0,14 I_p <0,22 показатель просадочности П соответственно меньше 0,1; 0,17 и 0,24. Следует отметить, что показатель просадочности является номенклатурным признаком и лишь определяет склонность грунта к просадкам, не позволяя достоверно дать величину возможной просадочности грунта.

Устранение просадочных свойств грунтов достигается их уплотнением или закреплением, устройством грунтовых подушек.

Эффективным способом является уплотнение тяжелыми трамбовками. На площадках с I типом грунтовых условий для небольших по ширине фундаментов (до 1,5...2 м) поверхностное уплотнение обычно оказывается достаточным для полной ликвидации просадочных свойств грунтов в пределах деформируемой зоны от нагрузки фундаментов. На. площадках со II типом грунтовых условий уплотнение тяжелыми трамбовками позволяет полностью или частично устранить просадку грунта только от нагрузки фундаментов и применяется в комплексе с водозащитными и конструктивными мероприятиями. Для полного устранения просадочных свойств грунтов на всю их толщу при П типе грунтовых условий этот метод применяется в сочетании с глубинным уплотнением для уплотнения верхнего, так называемого буферного слоя. Удары тяжелых трамбовок создают колебания в грунтовом массиве, что следует учитывать при уплотнении грунтов вблизи существующих знаний и сооружений. Для приближенной оценки можно принять, что при энергии удара 300...400 кН' м сейсмичность распространяется на расстоянии: 3,5...4м при 8 баллах, 5...7м при 7 баллах, 9...Юм при 6 баллах.

Устройство грунтовых подушек обеспечивает создание в основании фундаментов слоя непросадочного грунта. Когда необходимо получить уплотненный слой грунта значительной толщины, применяется двухслойное уплотнение путем сочетания поверхностного уплотнения со дна котлована тяжелыми трамбовками и устройства по верху уплотненного слоя грунта грунтовой подушки. На площадках с I типом грунтовых условий этим методом полностью устраняется возможность просадки фундаментов.

При умеренных нагрузках от сооружений можно рекомендовать устройство фундаментов в вытрамбованных котлованах, фундаментов в виде пирамидальных свай и забивных блоков. На площадках со II типом грунтовых условий применение указанных типов фундаментов допускается, если суммарная просадка грунта от собственного веса и нагрузок, передаваемых фундаментами, не превышает допустимой величины.

Использование катков имеет ограниченный характер, например при уплотнении материала в теле грунтовых подушек. Применяется также поверхностное уплотнение подводными взрывами.

Уплотнение предварительным замачиванием дает возможность уплотнить грунты с глубины, на которой напряжения от собственного веса водонасыщенного грунта превышают начальное просадочное давление. Происходящее при этом понижение поверхности может распространиться на большие площади, поэтому данный метод наиболее целесообразно применять на вновь застраиваемых площадках. Широко используют также уплотнение оснований пробивкой скважин (грунтовые сваи) и глубинными взрывами.

Для закрепления просадочных грунтов применяют методы однорастворной силикатизации или термообжига. На площадках с I типом грунтовых условий закрепление производят в пределах деформируемой зоны для ликвидации просадочных свойств, повышения прочности и уменьшения сжимаемости грунта. На просадочных грунтах со II типом грунтовых условий и особенно для жилых зданий обычно целесообразно создавать из закрепленного грунта отдельные опоры или массивы, передающие нагрузки от зданий на подстилающие слои непросадочного грунта с достаточной несущей способностью. Иногда в нижней части таких опор устраивают уширения из закрепленного грунта.

Прорезка просадочных грунтов обычно осуществляется с помощью свайных фундаментов.

После того как установлены источник и зона возможного замачивания, определяются размеры деформируемой зоны h_si, в пределах которой ожидаются просадочные деформации. Для этой цели строится суммарная эпюра изменения по глубине природных σ_zg и дополнительных σ_zp напряжений, а также эпюра начальных просадочных давлений p_si (рис. 15.10). Просадка учитывается в тех слоях, где выполняется условие

На рис. 15.10 приведены характерные случаи расположения деформируемых зон.

Принципы строительства на просадочных грунтах. При проектировании оснований и фундаментов зданий на просадочных грунтах прежде всего учитывают возможность их замачивания и возникновения просадочных деформаций. В тех случаях, когда исключается замачивание, основания и фундаменты проектируются как на обычных непросадочных грунтах.

При возможности замачивания грунтов надежность и нормальная эксплуатация зданий и сооружений достигаются применением одного из следующих принципов:

осуществление комплекса мероприятий, включающего подготовку основания, водозащитные и конструктивные меры; устранение просадочных свойств грунтов; прорезка просадочных грунтов глубокими фундаментами.

В комплекс водозащитных мероприятий входят: компоновка генплана; планировка застраиваемых территорий; устройство под зданиями и сооружениями маловодопроницаемых экранов; качественная засыпка пазух котлованов и траншей; устройство вокруг зданий водонепроницаемых отмосток; отвод аварийных вод за пределы зданий и в ливнесточную сеть.

При планировке следует использовать пути естественного стока атмосферных вод. Применение песчаных грунтов, строительного мусора и других дренирующих материалов для планировочных насыпей, обратных засыпок, грунтовых подушек не допускается. Для этих целей должны использоваться местные лессовидные суглинки и глины с тщательным уплотнением. Вокруг зданий для отвода атмосферных вод устраиваются отмостки специальных конструкций.

Конструктивные мероприятия применяют обычно при строительстве на просадочных грунтах со II типом грунтовых условий и назначают по расчету конструкций зданий и сооружений на неравномерные просадки. Мероприятия объединяют в три группы, по составу и способам осуществления традиционные для строительства в особых грунтовых условиях.

Повышение прочности и общей пространственной жесткости сооружений, выполняемое для относительно жестких зданий и сооружений, обеспечивается разрезкой зданий и сооружений осадочными швами на отсеки с ориентировочным расстоянием между осадочными швами для жилых, гражданских и промышленных многоэтажных зданий, равным 20...40 м, а для промышленных одноэтажных зданий 40...80 м. Предусматриваются также устройство железобетонных поясов и армированных швов, усиление фундаментно-подвальной части зданий и сооружений путем применения монолитных или сборно-монолитных фундаментов.

Для податливых и гибких зданий и сооружений иногда оказывается эффективным применение мероприятий по дополнительному увеличению податливости. Это достигается введением гибкой связи между отдельными элементами, повышением площади опирания отдельных конструктивных элементов и т. п.

Третья груша объединяет методы, обеспечивающие нормальную эксплуатацию зданий и сооружений при возможных, часто неравномерных, просадках. Для этого применяют конструктивные решения, позволяющие в короткие сроки восстановить после неравномерных просадок нормальную эксплуатацию кранов, лифтов, оборудования путем рихтовки подкрановых путей и направляющих лифтов, поднятия опор домкратами. Предусматриваются также увеличенные габариты между отдельными конструкциями, например между мостовыми кранами и элементами покрытия.

31.Проектирование фундаментов на насыпных грунтах. Виды насыпных фунтов, особенности строения. Определение R₀ по СНиП. Условие применения насыпных грунтов в качестве естественного и искусственного основания. Особенности расчета фундаментов по 1-му и 2-му предельному состоянию.

Насыпные грунты образуются в результате деятельности человека и по своему составу, сложению и. физико-механическим свойствам резко отличаются от естественных отложений.

Толщи насыпных грунтов обычно неоднородны по составу, обладают неравномерной сжимаемостью, отдельные области не выдержаны по толщине и простиранию. Особенностью насыпных грунтов является возможность их самоуплотнения от массы вышележащих толщ, от действия вибрации и перемещения подземных вод. При наличии органических включений возможно развитие дополнительных осадок за счет их разложения. В толщах насыпных грунтов могут встречаться большие пустоты, а иногда и твердые включения больших размеров (обломки свай, кирпичной кладки, элементов конструкций и т. п.).

По условиям образования, однородности состава и сложения насыпные грунты подразделяют на три подгруппы:

· планомерно возведенные насыпи, обычно устраиваемые из однородных природных грунтов или из отходов промышленных производств для планировки территорий, устройства оснований под фундаменты, обратных засыпок котлованов и т. п. К ним также' относятся многие земляные сооружений: дамбы, плотины, насыпи железных и автомобильных дорог и т. д. Такие насыпи возводятся по специальному проекту отсыпкой или гидронамывом с уплотнением укладываемого грунта до заданной плотности и, как правило, имеют однородный состав, сравнительно высокую прочность и практически равномерную сжимаемость;

· отвалы грунтов и отходов промышленных производств устраиваются в виде отсыпки отдельных видов грунтов при вскрытии строительных котлованов, планировании территорий, подземной проходке или отсыпке отходов промышленных предприятий: шлаков, золы, формовочной земли и т. п. Уплотнение грунтов в таких отвалах не производится, поэтому плотность и сжимаемость насыпей при относительной однородности состава могут изменяться по глубине и простиранию;

· свалки являются результатом произвольного сбрасывания различных грунтов и отходов производства, часто перемешанных с бытовыми отходами. Для свалок характерно высокое содержание органических веществ, достигающее 30% и более. Состав, сложение и сжимаемость материала свалок могут резко изменяться даже на небольшом расстоянии.

Толщи насыпных грунтов способны самоуплотняться от собственного веса. Время, по истечении которого насыпи относятся к слежавшимся, ориентировочно может быть принято по табл. 15.2.

Полная и достоверная оценка физико-механических характеристик и особенностей насыпных грунтов как оснований сооружений может быть получена только на основе детальных инженерно-геологических исследований, выполняемых по специальным программам. В дополнение к общим требованиям на изыскания устанавливаются способ и давность отсыпки, состав, однородность сложения, физико-механические характеристики,, изменчивость сжимаемости и т. п.

Ориентировочная оценка строительных свойств слежавшихся насыпных грунтов производится по условному расчетному сопротивлению R₀, которое зависит от способа образования насыпи, вещественного состава, степени влажности материала и может определяться согласно рекомендациям СНиП 2.02.01— 83.

Основание из насыпных грунтов рассчитывается по двум группам предельных состояний.

Для обеспечения устойчивости основания и возводимого фундамента должно выполняться условие

где η = 0,75 — коэффициент, учитывающий условия залегания органических включений; к₀ — коэффициент, учитывающий возможность разложения органических включений и равный для водонасыщенных насыпных грунтов 0,2, а для остальных — 0,5.

Использование насыпных грунтов как естественных оснований возможно для слежавшихся грунтов, уложенных в виде планомерно возводимых насыпей при достаточном уплотнении, а также в тех случаях, когда насыпные грунты представлены крупным песком, гравием, щебнем или гранулированными стойкими шлаками. Для зданий и сооружений с нагрузкой на фундаменты до 400 кН и до 80 кН/м в качестве естественных оснований могут быть использованы все виды слежавшихся планомерно возведенных насыпей, а также отвалов грунтов, если относительное содержание в них органических веществ не превышает 0,05.

Устройство искусственных оснований на насыпных грунтах связано с принятием мер по улучшению механических свойств грунтов. При этом должны быть обеспечены достаточная несущая способность оснований и величина деформаций, допустимая для строящихся сооружений.

Для улучшения свойств оснований, сложенных насыпными грунтами, используют уплотнение тяжелыми трамбовками на глубину до 2...7 м, поверхностное уплотнение вибрационными машинами ж катками. При значительной толще насыпных грунтов эффективны методы глубинного уплотнения песчаными и грунтовыми сваями, способ гидровиброуплотнения. Возможно устройство фундаментов методом вытрамбовывания котлованов. Гравийные и песчаные подушки устраивают на насыпных грунтах для замены верхних слоев сильносжимаемых грунтов либо грунтов с большим содержанием органики (более 0,1). Если ниже слоя насыпных грунтов залегают просадочные лессовые, набухающие или засоленные грунты, то при устройстве грунтовых подушек принимают меры по устройству водонепроницаемых экранов из глинистых грунтов, асфальтового или бетонного непрерывного покрытия.

Дата добавления: 2015-07-16