Mekhannika_gruntov_1_

Оглавление
1.Давления грунта на подпорные стены. Устойчивость грунтов, откосов.	3
1.1 Понятие и конструкция подпорной стены.	3
1.2 Повышение устойчивости подпорных стенок.	6
1.3 Виды укрепляющих подпорных стен.	8
1.4 Устойчивость грунтов.	10
1.5 Устойчивость откосов и склонов.	11
2.Закономерности при сжатии и сдвиги грунтов.	11
2.1 Сжимаемость грунтов.	11
2.2 Внутреннее сопротивление грунта сдвигу.	15
3.Прочность грунтов оснований сооружений.	15
3.1 Способы закрепления грунтов оснований.	15
3.2 Цементация грунта.	16
Заключение	17
Литература	18

1

Введение

Механика грунтов предметом его изучения являются материалы, как правило, природного происхождения – грунты и их взаимодействие с сооружениями. Если конструкционные материалы приготавливаются технологами так, чтобы они обладали заданными строительными свойствами, то грунты каждой строительной площадки имеют самостоятельную историю образования. Состав, строение и свойства грунтов разных строительных площадок определены природой и могут существенно различаться, требуя каждый раз специального изучения.

Поведение грунтов под нагрузками сопровождается сложными процессами, во многом отличающимися от поведения конструкционных материалов. Это потребовало разработки специальных экспериментальных методов и теоретического аппарата механики грунтов для описания процессов их деформирования и разрушения.

В общестроительном понятии подпорная стена - это конструкционное сооружение, удерживающее от обрушения и сползания находящийся за ней массив грунта на уклонах местности (откосах, склонах, выпуклостях и впадинах поверхности участка). При загородном строительстве подпорные стены применяют на участках местности с резким перепадом высот (оврагах, крутых склонах, холмах, и т.д.). Помимо их прямого предназначения, как инженерных сооружений, они нашли применение как художественно-декоративные элементы ландшафтного дизайна.

Основное назначение укрепительных подпорных стенок - укрепить грунт на откосах, склонах и предупредить обрушение и сползание грунта (образование оползней), которые часто наблюдаются на участках, расположенных по берегам рек, озер и прудов. Это явление особенно опасно при соседстве с оврагами, так как их неукрепленные склоны сползают практически постоянно даже от небольшого дождя или талых вод. Также подпорные стены используют при устройстве террас (о террасировании участка мы расскажем в отдельной статье).

Откосом называется искусственно созданная поверхность, ограничивающая природный грунтовый массив, выемку или насыпь. Откосы образуются при возведении различного рода насыпей (дамбы, земляные плотины и т.д.) и выемок (котлованы, траншеи, каналы и т.п.). Склоном называется откос, образованный природным путём и ограничивающий массив грунта естественного сложения.

Сжимаемость грунтов – способность грунтов изменять свое строение (упаковку твердых частиц) под влиянием внешних воздействий на более компактное за счет уменьшения пористости.Для установления основных показателей сжимаемости грунтов производятся их испытания на уплотнение под нагрузкой, когда деформации грунта могут развиваться только в одном направлении и никакие другие силы, кроме внешней нагрузки, не действуют.

Для повышения прочности оснований и снижения деформаций зданий и сооружений применяют различные способы закрепления грунтов оснований. В зависимости от технологии закрепления и процессов, происходящих в основании способы закрепления можно разделить на три основные группы: физико-химические, химические и термические. Применение того или иного способа повышения прочности основания зависит от инженерно-геологических условий, конструкции здания и его фундамента, причин, вызывающих усиление, и других местных условий. К физико-химическим способам закрепления грунтов, используемых при повышении прочности оснований, можно отнести: цементацию, упрочнение грунта негашеной известью и другие методы.

2

1.1Понятие и конструкция подпорной стены (стенки).

Вобщестроительном понятии подпорная стена - это конструкционное сооружение, удерживающее от обрушения и сползания находящийся за ней массив грунта на уклонах местности (откосах, склонах, выпуклостях и впадинах поверхности участка).

При загородном строительстве подпорные стены применяют на участках местности с резким перепадом высот (оврагах, крутых склонах, холмах, и т.д.). Помимо их прямого предназначения, как инженерных сооружений, они нашли применение как художественнодекоративные элементы ландшафтного дизайна.

Все стенки, возводимые при загородном строительстве можно условно разделить на:

а – декоративные. Используются в качестве архитектурнохудожественного элемента. Применяются на плоских (ровных) и с небольшим уклоном участках как элемент ландшафтного дизайна;

б – укрепительные. Применяются для удержания грунта на уклонах местности. Широко применяются при террасировании естественных склонов с целью увеличения полезной площади для размещения элементов озеленения и благоустройства.

Декоративная подпорная стенка.

В этой статье декоративные подпорные стены рассматриваться не будут, и в дальнейшем речь пойдет только об укрепительных подпорных стенах. Далее укрепительные подпорные стены в статье будут именоваться как подпорные стены (без слова «укрепительные»).

Основное назначение укрепительных подпорных стенок - укрепить грунт на откосах, склонах и предупредить обрушение и сползание грунта (образование оползней), которые часто наблюдаются на участках, расположенных по берегам рек, озер и прудов. Это явление особенно опасно при соседстве с оврагами, так как их неукрепленные склоны сползают практически постоянно даже от небольшого дождя или талых вод. Также подпорные стены используют при устройстве террас (о террасировании участка мы расскажем в отдельной статье).

3

Опыт планирования участков на уклонах показывает, что при уклоне более 8% без подпорных стен практически не обойтись.

Помимо основных функций, укрепляющие стенки позволяют решить ряд задач по планировке и оформлению участка:

∙организовать оптимальное террасирование;

∙рационально использовать садовые площади;

∙наполнить горизонтальные площадки, образующейся при террасировании, плодородным слоем и создать благоприятные условия для роста растений;

∙разделить участок на зоны – функциональные и эстетические.

Укрепленная подпорная стенка

4

а – общий вид подпорной стенки; б – разрез подпорной стенки, где:1 – фундамент; 2 – тело; 3 – дренажное отверстие; 4 – дренажная труба; 5 – гравий.

Независимо от того, какой цели служит подпорная стенка, она состоит из основных частей:

∙Фундамент – подземная часть стенки;

∙Тело – надземная (видимая) часть несущей конструкции;

∙Дренаж и водоотвод, необходимые для повышения прочности подпорной стенки.

Фундамент, дренаж и водоотвод выполняют только технические функции. А тело, кроме технических функций, может решать еще и эстетические задачи.

Материалы, из которых изготавливаются элементы подпорных стенок, будут рассмотрены ниже. На подпорную стенку постоянно действуют следующие основные нагрузки:

А - собственный вес стенки (вертикальные силы);

Б - нагрузки на стенку от находящихся на ней грузов (вертикальные силы);

В - давление грунта засыпки на стенку и ее фундамент (вертикальные силы);

Г - давление грунта засыпки за стенкой (горизонтальные силы);

Д - силы трения или сцепления с грунтом (горизонтальные силы),

5

Силы, действующие на стенку.

Силы, возникающие от нагрузок А, Б, В, Д обеспечивают устойчивость стенки.

А вот сила Г пытается сдвинуть (создать скольжение по основанию) или опрокинуть стенку.

Также при неравномерной осадке грунта, вымывании насыпного грунта при недостатках дренажной системы, неоднородной плотности грунта засыпки, действие сил Б и В могут привести к навалу стенки на грунт (это явление характерно для высоких стенок).

Навал высокой стены на грунт. 1 - положение до начала перемещения стены, 2 - положение после перемещения стены.

Также необходимо помнить, что на стенку еще действуют такие периодические силы:

∙ветровые (при высоте стенки более 2м);

∙сейсмические (в сейсмоопасных районах);

∙вибрационные (например, при интенсивном движении тяжелого колесного транспорта по рядом проходящей улице. При расположении участка недалеко от железной дороги);

∙паводковые и ливневые потоки воды;

∙морозное вспучивание грунта и т.д.

1.2Повышение устойчивости подпорных стенок.

При проектировании стенки, наряду с ее прочностными характеристиками, необходимо максимально обеспечить ее устойчивость.

Для повышения устойчивости подпорных стенок на сдвиг и опрокидывание при их проектировании принимают ряд конструктивных мероприятий:

6

∙заднюю грань стенки проектируют с наклоном в сторону засыпки (для уменьшения давления засыпного грунта, см. вариант «а»);

Влияние наклона задней грани стены на величину давления засыпного грунта на нее

∙увеличивают шероховатость задней грани стенки, что также помогает уменьшить давление грунта засыпки на нее. Для этого грань делают неровной. В бетонных и железобетонных стенках смещают горизонтальные соседние доски опалубки на 5-10 см относительно друг друга. Делают небольшие сколы бетона.. В кирпичных и каменных стенах делают выступы кладочного материала;

∙устраивают обязательный дренаж стенки (подробно будет изложено в следующей статье);

∙с лицевой стороны стенки устраивается выступ - консоль. Это уменьшает вероятность опрокидывания стенки;

Консольная подпорная стенка

∙закладывают в засыпаемый грунт легкие пустотелые элементы. Это уменьшает удельный вес засыпаемой массы и вследствие этого боковое давление на подпорную стенку. Например, используют гранулы пенополистирола (ППС), представляющие собой пустотелые шарики, заполненные газообразующим реагентом. Их плотность - 8-10кг/м.куб. Размер гранул - 3-5 мм. Основные назначения использования гранул ППС в строительстве - наполнитель для изготовления полистиролбетона; - засыпной утеплитель;

∙изготовление утеплительных плит. В сельском хозяйстве для разрыхления почвы. При изготовлении мебели, как наполнитель. При транспортировке изделий в качестве засыпной упаковки.

Также могут использоваться отходы плит ППС или экструдированного пенополистирола - ЭППС.

7

- применяют разгрузочную площадку в стенке. Площадка позволяют включить вес грунта над ней (дополнительные вертикальные силы) в работу, что повышает устойчивость стенки, уменьшает давление грунта на ее нижнюю часть.

Подпорная стенка с разгрузочной площадкой. 1-стенка, 2-разгрузочная площадка

Перечисленные мероприятия являются универсальными и могут быть применены к любым видам укрепительных подпорных стен.

Размеры поперечного сечения и профиль подпорной стены определяют на основе сложных инженерных расчетов ее прочности, устойчивости к опрокидыванию, сдвигу, навалу. Это в основном относится к промышленному и гражданскому строительству. Что касается стен возводимых в загородном строительстве, то здесь используется упрощенная методика на основании имеющегося большого опыта возведения подобных конструкций.

Специалисты рекомендуют при высоте подпорных стен более 1 м, наличии на участке неустойчивых слабых грунтов (преимущественно супесей, песчаных, суглинистых пород насыщенных водой), близких ( 1-1,5м от поверхности грунта) грунтовых вод или, что еще хуже, наличии так называемых плывуновобращаться в специализированные организации для их строительства, так как в таких ситуациях стенки представляют собой сложное инженерное сооружение с сильно заглубленной частью.

1.3 Виды укрепляющих подпорных стенок.

Укрепляющие подпорные стенки можно разделить на следующие виды.

По способу возведения:

∙А. Монолитные. Изготавливаются в виде отдельных звеньев на заводах железобетонных изделий, а затем транспортируют к месту возведения. Они имеют уголковый профиль и бывают консольными или контрфорсными. Также монолитные стенки отливаются из армированного бетона, бутобетона на месте в заданную форму (опалубку);

8

∙Б. Сборные. Выкладываются из различного строительного материала (камня, кирпича, дерева и т.д.) на месте строительства.

Стены уголкового профиля: а-консольная; б-контрфорсная

По глубине заложения:

∙А. Глубокого заложения (глубина заложения больше ширины стенки в полтора и более раза);

∙Б. Неглубокого заложения.

По высоте:

∙А. Низкие (высота не превышает 1м.)

∙Б. Средние (высота от 1м. до 2м.)

∙В. Высокие ( высота превышает 2м.)

Средние и высокие стенки целесообразно рассчитывать специальными (в том числе на основе компьютерных программ) методами, а не принимать размеры, исходя исключительно из конструктивных соображений.

По конструктивному решению достижения устойчивости (по массивности):

∙А. Массивные подпорные стенки. Устойчивость на сдвиг и опрокидывание достигается собственно массой стенки (бетон, бутовая или кирпичная кладка). Массивные подпорные стены более материалоемкие и трудоемкие при возведении, чем тонкостенные, и могут применяться при соответствующем, технико-экономическом обосновании (например, при возведении их из местных материалов, отсутствии сборного железобетона и т. д.). Как правило, массивные подпорные стены имеют одинаковые размеры по высоте и ширине;

∙Б. Полумассивные. Устойчивость подпорной стенки обеспечивается комплексно: массой стенки и грунта лежащего на фундаментной плите. Такие стены обычно представляют собой конструкцию из армированного бетона;

∙В. Тонкоэлементные. Обычно состоят из связанных друг с другом железобетонных плит. Устойчивость стен этого типа обеспечивается в основном массой грунта над фундаментной плитой и лишь в небольшой степени собственным весом;

∙Г. Тонкие. Их устойчивость обеспечивается защемлением основания в грунте.

9

Рис. а - массивная неармированная; б – полумассивная армированная; в - тонкоэлементная; г – тонкая.

По расположению:

∙А. Отдельно стоящие;

∙Б. Связанные с примыкающими сооружениями (лестницы, пандусы, ниши для растений и т.д.).

По материалу изготовления:

∙железобетонные;

∙бетонные;

∙бутобетонные;

∙из природного камня;

∙кирпичные;

∙деревянные или металлические и т.д.

1.5Устойчивость откосов и склонов

Откосом называется искусственно созданная поверхность, ограничивающая природный грунтовый массив, выемку или насыпь. Откосы образуются при возведении различного рода насыпей (дамбы, земляные плотины и т.д.) и выемок (котлованы, траншеи, каналы и т.п.). Склоном называется откос, образованный природным путём и ограничивающий массив грунта естественного сложения.

Основными причинами потери устойчивости откосов и склонов являются:

-устройство недопустимо крутого откоса или подрезка склона, находящегося в состоянии, близком к предельному;

-увеличение внешней нагрузки (возведение сооружений, складирование материалов на откос или вблизи его бровки);

-изменение внутренних сил (изменение удельного веса грунта при изменении его влажности);

-неправильное назначение расчетных характеристик прочности грунта или снижение его

10