ev-E4183

1) отрывают котлован шириной не менее глубины просадочного слоя. Глубину котлована назначают минимальной и часто ограничиваются срезкой растительного слоя. Вокруг котлована делают обвалование 0,7–1,0

м;

2) дно котлована покрывают дренирующим материалом (гравий, ще-

бень) толщиной 100 - 150 мм; 3) котлован заливают водой таким образом, чтобы слой воды пок-

рыл дно котлована на 500 - 600 мм.; 4) ведут наблюдение и в котловане и за его пределами и несколько

месяцев (6 – 12) ждут уплотнения. Процесс можно ускорить системой дре-

нажных скважин до 1,5 - 2 месяцев.

Этот способ применяется для лёссовых просадочных грунтов боль-

шой мощности. Но этот метод имеет недостатки. Замачивается площадка в

3 – 4 раза больше, чем нужно для застройки, имеется неоправданно боль-

шой расход воды, после замачивания необходимо ждать несколько меся-

цев, сохраняется потенциальная возможность дополнительной осадки по-

сле уплотнения, нельзя применять в условиях городской застройки.

Был предложен ускоренный способ уплотнения просадочных грун-

тов большой мощности, который во многом снижает отрицательное влия-

ние замачиваемого участка на окружающую территорию, позволяет уско-

рить процесс уплотнения до 4 дней и получить более высокую степень уп-

лотнения, а также значительно снизить количество воды и территорию за-

мачивания (способ предварительного замачивания и взрыв). Чтобы огра-

дить территорию замачивания, устраивают контурные траншеи по пери-

метру площадки В = 200 – 400 мм, Н = 4 – 6 м или водозащитные экраны.

Замачивание территории делают через фильтрующие скважины, куда по-

мещают трубку с взрывчатым веществом и после замачивания делают по-

следовательные (через несколько секунд) взрывы. Процесс замачивания

91

приводит грунт в неустойчивое состояние, взрывы оказывают резкое гид-

родинамическое воздействие, и происходит уплотнение. При этом не обра-

зуется камуфлетных уширений, а лёссовый грунт теряет свои просадочные свойства и может быть использован в качестве естественного основания.

Верхний слой толщиной 2 – 3 м в дальнейшем доуплотняют.

Способ глубинной вибрации применяется с 1939 г. для уплотнения рыхлых песчаных грунтов, насыщенных водой. Виброуплотнение песков можно производить двумя способами: погружением вибробулавы (для уп-

лотнения слоя песка до10 м) или вибропогружателя со стержнем из ме-

талла и приваренными к нему горизонтальными планками (для уплотнения слоя песка от 5 до 20 м). В обоих случаях песок разжижается, а затем по-

степенно уплотняется. Вибраторы погружают в шахматном порядке с ша-

гом 0,7 – 1,0 м. С целью ускорения работ можно использовать куст виб-

раторов, погружая и извлекая его из грунта с помощью крана. Качество уплотнения может быть проверено статическим или динамическим зонди-

рованием. При гидровиброуплотнении используют насос, нагнетающий воду в количестве Q = 40 - 50 л на 1 м3 массива грунта. Пористость грунта может быть уменьшена на10–12 %, а расчётное сопротивление грунта увеличено до 4 кг/см2. Возможная осадка основания уменьшается в3 – 4

раза. Для пылеватых песков этот способ не применяется из-за малого раз-

мера частиц.

Способ уплотнения грунта статической нагрузкой применяется для илов, водонасыщенного торфа, пористых текучих глинистых грунтов. Уп-

лотнение этих грунтов связано с выдавливанием воды из пор грунта. Для этого используют статическую нагрузку в виде насыпи, для ускорения процесса уплотнения устраивают дрены. Давление по подошве насыпи должно быть больше давления от проектируемого сооружения в пределах площади застройки. Обычно насыпь отсыпают постепенно, послойно, так

92

как выполнение её сразу на всю высоту может привести к потере устойчи-

вости слабых грунтов в основании. Собственный вес насыпного грунта должен быть не менее веса будущего сооружения.

Вкачестве вертикальных дрен могут быть приняты песчаные сваи

ø= 420 – 600 мм или траншеи В = 600 – 800 мм, а также искусственные ма-

териалы там, где нет песка (картонные из трёхслойного картона, пропитан-

ного солью мышьяка для защиты от грунтовых бактерий и микроорганиз-

мов; пластмассовые).

Рис. 75. Схема уплотнения грунта статической нагрузкой

Лекция 10. Расчёт фундаментов по первому предельному состоянию

Расчёт фундаментов по первому предельному состоянию делается в следующих случаях:

1) основание сложено слабыми (водонасыщенными пылевато - гли-

нистыми или заторфованными) грунтами; 2) в основании есть скальные грунты;

93

3)сооружение находится на бровке откоса, обрыва;

4)основание сложено крутопадающими слоями грунта;

5)фундамент работает на сдвиг, опрокидывание, выдёргивание (ан-

керные фундаменты).

Целью расчётов по несущей способности является обеспечение прочности и устойчивости грунтов основания, а также недопущение сдви-

га фундамента по подошве и его опрокидывания.

Несущая способность основания, согласно СНиП 2.02.01-83, счита-

ется обеспеченной при выполнении условия

F £ g c × Fu g n ,

где F – равнодействующая расчётной нагрузки на основание при соответ-

ствующих Fv и Fh, наклонённая к вертикали под углом (рис. 77)

δ = arctg (Fh / Fv);

Fu – сила предельного сопротивления(равнодействующая предель-

ной нагрузки);

γс – коэффициент условий работы (зависит от вида грунта);

γh – коэффициент надёжности (зависит от класса здания).

Значение γс для песков (кроме пылеватых) – 1; песков пылеватых и глинистых грунтов в стабилизированном состоянии – 0,9; глинистых грун-

тов в нестабилизированном состоянии– 0,85; скальных невыветрелых и слабовыветрелых – 1; скальных выветрелых – 0,9; скальных сильновывет-

релых – 0,8.

Значение γn для зданий и сооружений класса I составляет 1,2; класса

II – 1,15; класса III – 1,1.

94

Вертикальную составляющую силы предельного сопротивления ос-

нования Nu, сложенного нескальными грунтами в стабилизированном со-

стоянии, определяют по формуле

Nu = b′ l′ (Nγ ξγ b′ γ + Nq ξq d + Nc ξc c),

где b' и l' – приведённые ширина и длина подошвы фундамента;

Nγ , Nq и Nс – табличные коэффициенты, зависящие от φ и δ;

ξγ , ξq и ξс – поправочные коэффициенты (зависят от соотношения сторон фундамента).

Приведённую ширину и длину подошвы фундамента b' и l' опреде-

ляют как

b'= b - 2 ×eb ; l'= l - 2 ×el ,

где eb и el – эксцентриситеты приложения равнодействующей нагрузки на уровне подошвы фундамента (рис. 76).

95

Рис. 76. Схема к определению приведённых размеров прямоугольного (а)

и круглого (б) фундамента

96

Символом b обозначают сторону фундамента, в направлении кото-

рой ожидают потерю устойчивости основания. При центральном загруже-

нии b' = b и l' = l.

Коэффициенты ξγ , ξq и ξс определяют в зависимости от отношения сторон фундамента η = l / b по СНиП 2.02.01-83.

Вертикальную составляющую силы предельного сопротивления ос-

нования Nu, сложенного скальными грунтами, определяют по формуле:

Nu = Rc ×b'×l' ,

где Rc – расчётная прочность образца грунта на одноосное сжатие.

Устойчивость фундамента на плоский сдвиг считается обеспеченной при выполнении условия

åFsa £ g c ×åFsr ,

g n

где ΣFsa и ΣFsr – суммы проекций на плоскость скольжения расчётных сдвигающих и удерживающих сил.

Величины ΣFsa и ΣFsr можно выразить по формулам(расчётная схема представлена на рис. 77)

åFsa = Fh + Ea ; åFsr = (Fv -W × A)×tgj + A ×c + Eп ,

где Fv и Fh – нормальная и касательная составляющие равнодействующей силы F на уровне подошвы фундамента;

W – взвешивающее давление воды на подошву фундамента при вы-

соком залегании уровня подземных вод;

А – площадь подошвы фундамента;

Еа и Еп – равнодействующие активного и пассивного давления грунта на фундамент (рис. 77).

97

Рис. 77. Схема к расчёту фундамента на плоский сдвиг

Проверка на плоский сдвиг возможна на разных этапах строитель-

ства. Фундамент может быть запроектирован на грунтовой подушке, по которой возможен плоский сдвиг. Также плоский сдвиг может иметь место по слою грунта ниже грунтовой подушки, т.е. происходит сдвиг конст-

рукции фундамента вместе с грунтовой подушкой. Это обстоятельство учитывается в значении удельного сцепления и площади сдвига (рис. 78).

При расчёте фундамента на устойчивость по схеме глубинного сдви-

га задают поверхность скольжения с центром в точкеО, лежащей на краю обреза фундамента (рис. 79).

98

Рис. 78. Схема плоского сдвига фундамента по подушке и фундамента с подушкой по нижележащему грунту: Сz – cцепление грунта под подошвой песчаной подушки на глубине z

Рис. 79. Схема к расчёту фундамента на глубинный сдвиг методом круглоцилиндрических поверхностей скольжения

99

Фундамент и прилегающий к нему грунт выше поверхности скольже-

ния называют отсеком обрушения. Коэффициент устойчивости определяют по формуле

kst = M sr , M sa

где Мsr – момент сил, удерживающих отсек обрушения;

Мsa – момент сил, стремящихся повернуть отсек обрушения относи-

тельно точки О.

Если определить удерживающие и опрокидывающие силы, то коэф-

фициент устойчивости можно записать в виде

		é	×(pi	+ g i ×hi )×tgji ×cosai		bi ×ci	ù
		r × êåbi			+ å		ú
kst	=	ë				cosai û
								,
		åEаj ×lаj + r ×åbi ×(pi + g i ×hi )×sin ai

где bi и hi – ширина и высота i-го элемента;

γi – средний удельный вес грунта в i-м элементе;

φi и сi – угол внутреннего трения и удельное сцепление грунта по по-

дошве i-го элемента;

pi – среднее давление, передаваемое фундаментом на i-й элемент;

αi – угол между вертикалью и нормалью к подошве i-го элемента;

Еаj и lаj – равнодействующая и плечо сил активного давления; r – радиус поверхности скольжения.

Объект может находиться на бровке откоса, обрыва (рис. 80). На схеме показаны силы, действующие на каждый отсек и подземную конструкцию.

К сдвигающим моментам добавляются моменты от веса конструкции РкLк и

возможной горизонтальной силы TкHк относительно точки вращения.

Для инженерных целей коэффициент устойчивости не должен быть меньше 1,2.

100