1.                Виды оснований и фундаментов, основные понятия и определения.

 

Основание - часть массива грунта, на которую передается нагрузка от сооружения. Основание называется естественным, если фундамент возводится непосредственно на грунте природного сложения, и искусственным, когда несущая способность грунта увеличена различными способами.

Основания, в зависимости от грунта, его составляющего, делятся на скальные и не скальные. Скальные состоят из скальных пород грунтов – это массивные кристаллические трещиноватые тела, прочность сжатия R0=5-120 МПа.

Нескальные основания составлены нескальными рыхлыми дисперсными пористыми горными породами, у которых слабая связь между частицами, прочность сжатия 0,1-0,5 МПа.

Фундамент – это подземная или подводная часть сооружения, которая вопринимает нагрузку от наземных конструкций и передаёт её на основание.

Виды фундаментов:

-  Фундаменты котлованного типа мелкого заложения – отношение высоты к ширине подошвы d/b<4

                                            

-  Свайный фундамент – это конструкция из жёстких стержней, помещённых в грунт, и ростверка.

Ростверк – чаще всего монолитный ж/б, в виде плиты или неразрезной балки, которая объединяет головы свай. Вся нагрузка от наземной части падает на ростверк, с него на сваи, а с них на грунт.

 , где R –  несущая способность грунта

 

-  Фундаменты глубокого заложения

Опускные колодцы, кессоны, тонкостенные оболочки (буровые опоры).

 

 

2.               Инженерно-геологическая оценка территории строительной площадки.

Для характеристики инженерно-геологических условий площадки составляются следующие карты:

-                          Геоморфологическая карта с показом на ней основных форм рельефа, всех физико-геологических явлений и процессов, характера склонов речных террас, их крутизны и пр., элементов неоготектоники, опорных буровых скважин, точек наблюдения и линий геологических разрезов;

-                          Геолого-литологическая карта, отображающая геологический возраст и генезис первого от поверхности слоя после снятии почвенных и насыпных грунтов, преобладающий литологический состав пород в пределах первых 5-10 метров глубины, возраст, генезис, и литологию пород по опорным буровым скважинам на глубину до 15-20 метров, контуры распространения слабых грунтов, линии геологических разрезов.

Эти материалы дополняются геологическими профилями, составляемыми по направлениям, дающих наиболее ясное представление о характерных особенностях территории.

На основе указанных материалов составляются сводные инженерно-геологические карты, отображающие весь комплекс природных особенностей изучаемой территории, определяющий возможности её использования.

3.               Задачи и объем инженерно-геологических исследований.

 

Основные задачи инженерно-геологических изысканий

-  Снижение рисков деформации (трещин, перекосов, провалов и т.д.) здания в результате неравномерных просадок.

-  Выполнение расчета оптимального типа фундамента как с точки зрения сокращения затрат, так и с точки зрения его несущих способностей под планируемые нагрузки.

-  Исключение негативного последствия подтопления, возможность рассчитать данные необходимые для защиты фундамента от грунтовых вод.

-  Выполнение проектирования сооружения в соответствии с законодательством (законодательство предписывает в ОБЯЗАТЕЛЬНОМ порядке проводить инженерные изыскания при проектировании объектов капитального строительства).

-  Получение данных необходимых для обустройства дренажа

 

Состав инженерно-геологических изысканий.

Общие технические требования

 

     5.1. Настоящий раздел устанавливает общие технические требования к выполнению следующих видов работ и комплексных исследований, входящих в состав инженерно-геологических изысканий:

    

-                    сбор и обработка материалов изысканий и исследований прошлых лет;

 

-                    дешифрирование аэро - и космоматериалов;

 

-                    рекогносцировочное обследование, включая аэровизуальные и маршрутные наблюдения;

 

-                    проходка горных выработок;

 

-                    геофизические исследования;

 

-                    полевые исследования грунтов;

 

-                    гидрогеологические исследования;

 

-                    стационарные наблюдения (локальный мониторинг компонентов геологической среды);

 

-                    лабораторные исследования грунтов, подземных и поверхностных вод;

 

-                    обследование грунтов оснований фундаментов существующих зданий и сооружений;

 

-                    составление прогноза изменений инженерно-геологических условий;

 

-                    камеральная обработка материалов и составление технического отчета (заключения).

    

     Для комплексного изучения современного состояния инженерно-геологических условий территории (района, площадки, трассы), намечаемой для строительного освоения, оценки и составления прогноза возможных изменений этих условий при ее использовании следует предусматривать выполнение инженерно-геологической съемки, включающей комплекс отдельных видов изыскательских работ. Детальность (масштаб) съемки следует обосновывать в программе изысканий.

    

 

     5.2. Сбор и обработку материалов изысканий и исследований прошлых лет необходимо выполнять при инженерно-геологических изысканиях для каждого этапа (стадии) разработки предпроектной и проектной документации, с учетом результатов сбора на предшествующем этапе.

    

     Сбору и обработке подлежат материалы:

    

     инженерно-геологических изысканий прошлых лет, выполненных для обоснования проектирования и строительства объектов различного назначения - технические отчеты об инженерно-геологических изысканиях, гидрогеологических, геофизических и сейсмологических исследованиях, стационарных наблюдениях и другие данные, сосредоточенные в государственных и ведомственных фондах и архивах;

    

     геолого-съемочных работ (в частности, геологические карты наиболее крупных масштабов, имеющиеся для данной территории), инженерно-геологического картирования, региональных исследований, режимных наблюдений и др.;

    

 

     аэрокосмических съемок территории;

    

     научно-исследовательских работ и научно-технической литературы, в которых обобщаются данные о природных и техногенных условиях территории и их компонентах и (или) приводятся результаты новых разработок по методике и технологии выполнения инженерно-геологических изысканий.

    

     В состав материалов, подлежащих сбору и обработке, следует, как правило, включать сведения о климате, гидрографической сети района исследований, характере рельефа, геоморфологических особенностях, геологическом строении, геодинамических процессах, гидрогеологических условиях, геологических и инженерно-геологических процессах, физико-механических свойствах грунтов, составе подземных вод, техногенных воздействиях и последствиях хозяйственного освоения территории. Следует также собирать другие данные, представляющие интерес для проектирования и строительства, - наличие грунтовых строительных материалов, результаты разведки местных строительных материалов (в том числе вторичное использование вскрышных грунтов, твердых отходов производств в качестве грунтовых строительных материалов), сведения о деформации зданий и сооружений и результаты обследования грунтов их оснований, опыте строительства других сооружений в районе изысканий, а также сведения о чрезвычайных ситуациях, имеющих место в данном районе.

    

     При изысканиях на застроенных (освоенных) территориях следует дополнительно собирать и сопоставлять имеющиеся топографические планы прошлых лет, в том числе составленные до начала строительства объекта, материалы по вертикальной планировке, инженерной подготовке и строительству подземных сооружений и подземной части зданий.

    

4.               Физические свойства грунтов и их строительная классификация.

Оценка каждой конкретной разновидности грунта как физического тела производится с помощью физических характеристик. Разнообразие состава, строения и состояния грунтов делает неизбежным введение значительного числа таких характеристик.

Плотность грунта – отношение массы грунта к его объёму кг/м3

При расчётах нагрузок на сооружения и напряжений от действия собственного веса необходимо переходить к значению удельного веса грунта  (кН/м3)

Влажность грунта – отношение массы воды к массе твёрдых частиц, выражаемое в долях единицы, иногда в %.

Плотность частиц грунта определяется как отношение массы твёрдых частиц грунта к их объёму. Также определяют удельный вес частиц грунта, плотность сухого грунта – отношение массы сухого грунта к объёму всего грунта, удельный вес сухого грунта, пористость грунта – отношение объёма пор ко всему объёму грунта, что соответствует объёму пор в единице объёма грунта, относительное содержание твёрдых частиц в единице объёма грунта – отношение объёма твёрдых частиц ко всему объёму.

Коэффициент пористости грунта е равен отношению объёма пор к объёму твёрдых частиц.

Степень влажности определяется как отношение объёма воды в порах грунта к объёму пор и соответствует отношению влажности грунта к его полной влагоёмкости.

Для глинистых грунтов важной характеристикой является показатель пластичности

Разница между границей текучести и границей раскатывания называется числом пластичности грунта.

 

Классификация грунтов по ГОСТ 25100-82

Классификация грунтов:

-                    Скальные и нескальные грунты

-                    По происхождению – магматические, метаморфические, осадочно-сцементированные и искусственные для скальных пород; для нескальных осадочные несцементированные и искусственные.

Каждая группа подразделяется по условиям образования на подгруппы. Дальнейшее подразделение производится по преобладающему минеральному составу и размеру частиц грунта, по степени его неоднородности, числу пластичности – на типы грунтов: например песок гравелистый, крупный; супесь, глина, суглинок. В пределах каждого типа по структуре и текстуре, а иногда по составу примесей грунты разделяются на виды (песок крупный – плотный, средней плотности, рыхлый; супесь, глина, суглинок – щебенистые, друвесные, без примеси органики или с примесью). В пределах каждого вида по физическим, физико-механическим и химическим свойствам и состоянию выделяются разновидности грунтов (песок крупный, влажный, засолённый; суглинок щебенистый, тугопластичный и т.п.)

4.1 Классификация грунтов включает следующие таксономические единицы, выделяемые по группам признаков:

 

класс - по общему характеру структурных связей;

 

группа - по характеру структурных связей (с учетом их прочности);

 

подгруппа - по происхождению и условиям образования;

 

тип - по вещественному составу;

 

вид - по наименованию грунтов (с учетом размеров частиц и показателей свойств);

 

разновидности - по количественным показателям вещественного состава, свойств и структуры грунтов.

 

4.2 Наименования грунтов должны содержать сведения об их геологическом возрасте в соответствии с местными стратиграфическими схемами, принятыми в установленном порядке.

 

4.3 К характеристикам грунтов по разновидностям, предусмотренным настоящим стандартом, допускается вводить дополнения и изменения в случаях появления новых количественных критериев выделения разновидностей грунтов и результате научно-технических разработок.

 

5. Классификация

 

 

5.1 Класс природных скальных грунтов - грунты с жесткими структурными связями (кристаллизационными и цементационными) подразделяют на группы, подгруппы, типы, виды и разновидности согласно таблице 1.

 

5.2 Класс природных дисперсных грунтов - грунты с водноколлоидными и механическими структурными связями подразделяют на группы, подгруппы, типы, виды и разновидности согласно таблице 2.

 

5.3 Класс природных мерзлых грунтов* - грунты с криогенными структурными связями подразделяют на группы, подгруппы, типы, виды и разновидности согласно таблице 3.

 

5.4 Класс техногенных (скальных, дисперсных и мерзлых) грунтов - грунты с различными структурными связями, образованными в результате деятельности человека, подразделяют на группы, подгруппы, типы и виды согласно таблице 4.

 

5.5. Частные классификации по вещественному составу, свойствам и структуре скальных, дисперсных и мерзлых грунтов (разновидности) представлены в приложении Б.

 

 

 

-------------------------------------------------------------------------

 

* Грунты с отрицательной температурой, не имеющие криогенных структурных связей (не содержащие в своем составе лед), относят к классу природных дисперсных грунтов.

5.               Механические характеристики грунтов.

Механические свойства грунтов – их способность сопротивляться изменению объёма и формы в результате силовых и физических воздействий. В зависимости от состояния и вида напряжений характеристики механических свойств называются деформационными, прочностными и фильтрационными.

Механические свойства грунтов зависят от их состава, физического состояния и структурных особенностей

Для расчетов деформаций, устойчивости грунта и оценки прочности оснований необходимо знать механические характеристики используемых грунтов. Такими свойствами определяется поведение грунтовых массивов под воздействием нагрузок и при изменении их физического состояния. На механические свойства оказывают влияние характер структурных связей частиц, гранулометрический и минеральный состав и влажность грунтов. Основными механическими свойствами грунтов считают: сжимаемость; сопротивление сдвигу; водопроницаемость.

 

Сжимаемость грунтов.

Способность грунта уменьшаться в объеме под воздействием уплотняющих нагрузок называют сжимаемостью, осадкой или деформацией. По физическому строению грунт состоит из отдельных частиц различной крупности и минерального состава (скелет грунта) и пор, заполненных жидкостью (вода) и газом (воздух). Частицы в грунте бывают связанные и несвязанные между собой, но независимо от этого, прочность связей всегда ниже прочности частиц. При возникновении напряжений сжатия изменение объемов происходит за счет уменьшения объемов, располагающихся внутри грунта пор, заполненных водой или воздухом и за счет сгущения связующих (коллоидов). Таким образом, сжимаемость зависит от многих факторов, основными из которых являются физический состав, вид структурных связей частиц и величина нагрузки.

 

По характеру усадки разделяют упругие и пластические деформации. Упругие деформации возникают в результате нагрузок, не превышающих структурную прочность грунтов, т.е. не разрушающих структурные связи между частицами и характеризуются способностью грунта возвращаться в исходное состояние после снятия нагрузок. Пластические деформации разрушают скелет грунта, нарушая связи и  перемещая частицы относительно друг друга. При этом объемные пластические деформации уплотняют грунт за счет изменения объема внутренних пор, а сдвиговые пластические деформации – за счет изменения его первоначальной формы и вплоть до разрушения. При расчетах сжимаемости грунта основные деформационные характеристики определяют в лабораторных условиях согласно коэффициенту относительной сжимаемости, коэффициенту бокового давления и коэффициенту поперечного расширения.

 

Сопротивление сдвигу. Прочность грунта.

Предельным сопротивлением сдвигу (растяжению) называется способность грунта противостоять перемещению частей грунта относительно друг друга под воздействием касательных и прямых напряжений. Этот показатель характеризуется прочностными свойствами грунтов и используется в расчетах оснований зданий и сооружений. Способность грунта воспринимать нагрузки не разрушаясь, называют прочностью. В песчаных и крупнообломочных несвязных грунтах сопротивление достигается в основном за счет силы трения отдельных частиц, такие грунты называют сыпучими. Глинистые грунты обладают более высоким сопротивлением к растяжению (сдвигу), т.к. наряду с силой трения сдвигу противостоят силы сцепления: водно-коллоидные и цементационные связи (связные грунты). В строительстве этот показатель важен при расчете оснований фундаментов и изготовлении земляных сооружений с  откосами.

 

Водопроницаемость грунтов. Фильтрация.

Водопроницаемость характеризуется способностью грунта пропускать через себя воду под действием разности напоров и обуславливается физическим строением и составом грунта. При прочих равных условиях при физическом строении с меньшим содержанием пор, и при преобладании в составе частиц глины водопроницаемость будет меньшей, нежели у пористых и песчаных грунтов соответственно. Нельзя недооценивать данный показатель, т.к. в строительстве он влияет на устойчивость земляных сооружений и обуславливает скорость уплотнения грунтов оснований, суффозию грунта и оползневые явления (в т.ч. и на сопротивление растяжению). Фильтрацией называется движение свободногравитационной воды в грунтах в различных направлениях (горизонтально, вертикально вниз и вверх) под воздействием гидравлического градиента (уклона, равного потере напора на пути движения) напора. Коэффициентом фильтрации (Kf) принято считать скорость фильтрации при гидравлическом градиенте равном единице. При этом скорость фильтрации (V) прямо пропорциональна гидравлическому градиенту (J). V = Kf * J.

6.    Полевые и лабораторные испытания грунтов.

Испытание грунтов может проводиться в лабораторных либо полевых условиях. Для того чтобы получить наиболее полную картину и не упустить из внимания важные детали, рекомендуется совмещать эти методы, так как результаты полевых и лабораторных исследований прекрасно дополняют друг друга.

Лабораторные испытания грунтов производятся в соответствии с положениями ГОСТ 23161-78 «Грунты. Метод лабораторного определения характеристик просадочности», ГОСТ 12248-96 «Грунты. Методы лабораторного определения характеристик прочности и деформируемости», ГОСТ 24143-80 «Грунты. Метод лабораторного определения характеристик набухания и усадки» и ГОСТ 25584 «Грунты. Метод лабораторного определения коэффициента фильтрации».

Все применяемые в полевых испытаниях методы регламентированы в ГОСТ 20276-85 «Грунты. Методы полевого определения характеристик деформируемости», «Грунты. Метод полевого испытания динамическим зондированием», ГОСТ 21719-80 «Грунты. Методика полевых испытаний на срез в скважинах и в массиве», ГОСТ 23741-79 «Грунты. Методы полевых испытаний на срез в горных выработках» и ГОСТ 20069-81 «Грунты. Методика полевого испытания статическим зондированием».

Лабораторные испытания ГОСТ 30416-96

4.1 Метод определения характеристик физико-механических свойств грунтов устанавливают в программе испытаний в зависимости от стадии проектирования, грунтовых условий, вида и уровня ответственности проектируемых зданий и сооружений.

 

 

4.3 Отбор, упаковку, транспортирование и хранение образцов грунта, предназначенных для лабораторных испытаний, производят по ГОСТ 12071.

4.4 Испытания проводят на лабораторных образцах грунта ненарушенного сложения с природной влажностью и в водонасыщенном состоянии или на искусственно приготовленных пробах и образцах с заданными плотностью и влажностью, значения которых устанавливают в программе испытаний.

При определении характеристик прочности и деформируемости лабораторные образцы грунта ненарушенного сложения должны иметь ориентацию, соответствующую природному залеганию.

Образцы грунта природной влажности испытывают непосредственно после их изготовления.

4.5 Форму и размеры лабораторных образцов грунта определяют в зависимости от метода испытаний, а также от свойств самого грунта (способности сохранять форму, наличия включений и т.д.).

Минимальный размер испытуемых образцов должен быть не менее пятикратного размера максимальной фракции грунта (включений, агрегатов).

4.6 За результат испытаний принимают среднее арифметическое значение параллельных определений, предусмотренных для соответствующего метода.

4.10 Испытания немерзлых грунтов проводят в помещениях с положительной температурой воздуха.

4.11 Испытания мерзлых грунтов проводят в помещении с регулируемой отрицательной температурой, холодильных камерах, а также в шурфах или подземных лабораториях, расположенных в толще вечномерзлых грунтов.

Технология изготовления образцов и проведения испытаний должна обеспечивать сохранность мерзлого состояния грунта, недопущение сколов и других нарушений поверхности образца.

4.12 В помещении для проведения испытаний мерзлых грунтов должна поддерживаться заданная программой испытаний температура воздуха, отклонения от которой не должны превышать ±0,1; ±0,2 и ±0,5°С при температуре испытаний соответственно от 0 до минус 1; ниже минус 2 до минус 5 и ниже минус 5°С.

4.13 Измерения температуры воздуха в процессе испытаний мерзлых грунтов следует выполнять одновременно с измерением деформаций образца грунта по двум лабораторным термометрам (или другим термоизмерительным устройством), расположенным по обе стороны установки для испытаний таким образом, чтобы их ртутный резервуар или датчик находились на уровне образца грунта на расстоянии не более 0,5 м от него.

4.14 В период подготовки и проведения испытаний необходимо предусматривать меры по предохранению образцов немерзлых грунтов от высыхания, а мерзлых - от иссушения.

Для предохранения образцов грунта от иссушения следует предусматривать создание защитных оболочек, прокладку образцов снегом или льдом, помещение установок для испытаний под чехлы.

4.17 Результаты лабораторных испытаний образцов грунта заносят в журналы испытаний, содержащие данные о месте отбора образцов (монолитов) грунта и другие необходимые характеристики грунта.

Страницы журнала должны быть пронумерованы. Журнал должен быть подписан руководителем лаборатории и исполнителями.

 

 

Полевые испытания ГОСТ 30672-99

4.1 Метод определения характеристик физико-механических свойств грунтов устанавливают в программе испытаний в зависимости от стадии проектирования, грунтовых условий, вида и уровня ответственности проектируемых зданий и сооружений.

4.3 Полевые испытания проводят непосредственно на поверхности грунта, в массиве грунта или в опытных горных выработках (котлованах, шурфах, дудках или буровых скважинах).

4.4 Площадка, выбранная для проведения испытаний грунтов или заложения горной выработки, должна быть спланирована и оконтурена водоотводной канавой. Размеры площадки устанавливают из условий размещения выработки и установки для испытаний грунта.

4.5 Точки проведения испытаний или опытные горные выработки закрепляют временными знаками с использованием геодезических методов. Планово-высотная привязка этих точек должна контролироваться после проведения испытания.

4.6 Испытания просадочных грунтов, проводимые с замачиванием, следует выполнять на специально отводимой опытной площадке.

4.7 Способы проходки выработок для испытаний должны обеспечивать сохранение ненарушенного сложения грунта и его природной влажности.

При бурении скважины для испытания грунта ниже уровня подземных вод не допускается его понижение в скважине.

При испытании мерзлого грунта забой выработки зачищают до ненарушенного мерзлого грунта.

4.8 В процессе проходки выработок следует вести документацию литологического строения, а в мерзлых грунтах — и криогенного строения толщи грунтов.

4.9 Места проведения испытаний должны быть защищены от проникновения поверхностных вод и атмосферных осадков, а в зимнее время — от промерзания.

Приборы и оборудование должны быть защищены от непосредственного воздействия солнечных лучей, сильного ветра и атмосферных осадков.

4.11 После проведения испытаний горную выработку, пройденную в процессе испытания и не переданную заказчику для продолжения стационарных наблюдений, надлежит затампонировать грунтом и при необходимости закрепить с соответствующей маркировкой (номер выработки, организация и т.п.).

Площадку испытания следует очистить от мусора и восстановить почвенно-растительный слой в местах, где он был нарушен в результате испытаний грунта.

4.12 За результат испытаний принимают среднеарифметическое значение параллельных определений, предусмотренных для соответствующего метода.

4.13 Погрешность измерений при испытаниях не должна превышать:

0,1 мм — при измерении деформаций грунта и отказов свай;

5 % — при измерении прикладываемой нагрузки от ступени нагрузки;

0,1 °С — при измерении температуры грунта.

4.16 Результаты полевых испытаний грунта заносят в журналы испытаний, содержащие данные о месте проведения испытаний и схему расположения точек испытаний или опытных горных выработок, описание грунта и другие необходимые характеристики грунта.

Образцы грунта для определения этих характеристик отбирают непосредственно в опытных горных выработках на отметке испытания грунта или на расстоянии не более 3 м от оси выработки.

Страницы журнала должны быть пронумерованы, а журнал подписан руководителем полевого подразделения и исполнителями.

 

7.    Определение нормативных и расчетных характеристик грунтов.

Расчётные значения характеристик Х определяются делением соответствующей нормативной характеристики Хn на кэф. надёжности по грунту .

СНиП 2.02.01-83: «при вычислении угол внутр. трения фи, удельное сцепление с нескальных грунтов, предел прочности на сжатие скальных грунтов Rс, плотность грунта зависит от изменчивости этих характеристик, числа определений и значения доверительной вероятности. Для прочих характеристик он равен 1.

Прочностные характеристики сопротивления сдвигу фи и с определяются после построения графиков

Расчётные значения прочностных характеристик и плотности грунта определяются как отношение нормативного значения к кэфу надёжности, где , где б – доверительный интервал, характеризующий область вокруг среднего значения, в пределах которого с заданной вероятностью находится «истинное» (генеральное) среднее значение.

Для Rc и плотности б=ta*V/корень из n

Для с и тангенса фи б=ta*V

ta – табличный кэф

V – кэф вариации   - нормативное значение характеристики, сигма – среднее квадратичное отклонение

Нормативные значения  и с

                                                                          

Расчётные значении определяются делением на кэф надёжности.                        

8.    Классификация сооружений по жесткости.

-        Абсолютно жёсткие сооружения – высотные здания. При взаимодействии сооружения с основанием происходит перераспределение напряжений по подошве фундамента. Показатели: крен фундамента и абсолютно стабилизированная осадка. При несимметричном (внецентренном) загружении или несимметричном распределении свойств грунтов под жестким зданием может возникнуть его крен. Характер взаимодействия таких сооружений с основанием следующий: в зонах основания, где податливость грунта меньше, давление по подошве фундаментов увеличивается, а в зонах с большей податливостью уменьшается. Поскольку грунты оснований способны перераспределять напряжение с более нагруженных участков на менее нагруженные, возможность проявления неравномерных осадок уменьшается.Вследствие выравнивания осадок в конструкциях абсолютно жестких зданий и сооружений возникают дополнительные усилия, которые, как правило, неопасны, так как такие конструкции имеют большой запас прочности.

-        Относительно жёсткие сооружения – большинство многоэтажных зданий, но не высотные, каркасные многоэтажные здания 16-20 эт. Показатели: прогиб-выгиб, абсолютная осадка и относительная неравномерность осадок соседних фундаментов; Имея конечную жесткость, такие сооружения способны оказывать влияние на величину осадки, выравнивая ее вследствие перераспределения давлений по подошве фундаментов, в результате чего в несущих и ограждающих конструкциях зданий и сооружений конечной жесткости возникают дополнительные усилия, которые часто не учитываются при проектировании, что в некоторых случаях приводит к образованию трещин, нарушающих нормальную эксплуатацию зданий.

-        Относительно гибкие сооружения – одноэтажные здания – чаще всего промышленные – большой протяжённости каркасные и неполнокаркасные и бескаркасные. Показатели: важно знать неравномерные деформации фундаментов;

-        Абсолютно гибкие сооружения  - ирригационные сооружения – каналы, насыпи, дороги. Показатели: осадка сооружения полностью следует за деформациями основания.   

Необходимо отметить, что иногда отдельные участки возводимого здания и сооружения по характеру работы можно отнести к различным типам по жесткости. В таких случаях необходимо отдельно рассматривать процесс деформирования каждого участка с последующей оценкой их взаимного влияния, которое может сказаться на результатах совместной работы. При проектировании зданий такого типа нужно учитывать возможные неблагоприятные последствия, вытекающие из условий совместной работы отдельных участков сооружения, имеющих различную жесткость, и предусматривать мероприятия, направленные на их ликвидацию.

9.    Виды деформаций сооружений.

Виды деформаций зданий и сооружений

 

Прогноз величины деформаций оснований на стадии проектирования сооружения позволяет выбрать наиболее правильные конструктивные решения фундаментов и надземных частей зданий и сооружений. Осадки оснований оказывают решающее влияние на прочность и устойчивость подземных конструкций.

 

Осадкой называется медленная и сравнительно небольшая деформация, происходящая в результате уплотнения грунта под действием нагрузок и сопротивляющаяся коренным изменениям его структуры.

 

При равномерных осадках основания подошва фундамента в любой моент времени опускается на одинаковую величину. Такие осадки не вызывают перераспределения усилий в конструкциях, но затрудняют нормальную эксплуатацию.

 

При неравномерных осадках основания подошва фундамента опускается на разную величину, вызывая перераспределение усилий и деформаций в надземных частях зданий и сооружений. Такие осадки ухудшают эксплуатацию оборудования, изменяют условия устойчивости сооружений, вызывают перенапряжения в отдельных конструкциях и элементах.

 

В зависимости от характера развития неравномерных осадок и от жесткости здания или сооружения возникают следующие виды деформаций.

 

Прогиб и выгиб возникают в протяженных зданиях и сооружениях, не обладающих большей жесткостью.

 

В случае развития прогиба (рис. 7.1,а) наиболее опасная зона растяжения находится в нижней части здания или сооружения, выгибе (см. рис. 7.1,6), — наоборот, в верхней части сооружения.

 

 

Рис. 7.1. Схема прогиба (а) и выгиба (б) сооружения

 

Относительный прогиб или выгиб (ƒ/L) здания или сооружения оценивается отношением стрелы прогиба или выгиба к длине прогнувшейся части здания и кривизной изгибаемого участка (рис. 7.2) и определяется по формуле (по пособию к СНиП, 1986; СНиП 2.02.01—83):

 

        7.1.

 

где S1 и S3 — осадки в краях фундамента; S2 — наибольшая или наименьшая осадка фундамента; L — длина фундамента.

 

 

Рис. 7.2. Относительный прогиб или выгиб сооружения

 

Крен (наклон) — поворот фундамента относительно горизонтальной оси, проявляющийся при несимметричной загрузке основания. Наибольшую опасность данный вид деформации представляет для высоких сооружений — дымовых труб, узких зданий повышенной этажности и др., т.е. характерен для жестких сооружений.

 

Крен рассматривается как разность абсолютных осадок двух точек фундаментов, отнесенных к расстоянию между ними (рис. 7.3), и определяется по формуле

 

                  (7.2)

 

где S1 и S2 — осадки крайних точек сплошного фундамента или двух фундаментов.

 

 

Рис. 7.3. Крен сооружения

 

Перекос зданий и сооружений характерен при резком проявлении неравномерности осадок на участке небольшой протяженности при сохранении относительной вертикальности несущих конструкций (рис. 7.4).

 

Кручение возникает при неодинаковом крене здания или сооружения по длине, при этом происходит развитие крена в двух сечениях сооружения в разные стороны (рис. 7.5).

Горизонтальные перемещения фундаментов зданий или сооружений возникают при действии на основания горизонтальных нагрузок (рис. 7.6). Например, устои мостов (рис. 7.6,а), гидротехнические сооружения (рис.7.6,б), они возможны при развитии оползней и при выполнении подземных выработок.

 

 

 

Рис. 7.4. Перекос сооружения

 

Рис. 7.5. Кручение сооружения

 

 

Рис. 7.6. Схема горизонтального перемещения устоя моста (а) и гидротехнического сооружения (б)

10. Виды деформаций оснований.

5 видов:

-        S  - осадка это вертикальная деформация, происходящая в результате уплотнения грунта под воздействием внешней нагрузки (иногда собственного веса). Осадке не сопровождается коренным изменением структур грунта. Она присуща всем дисперсным грунтам;

-        Просадка – вертикальная деформация, происходящая в результате уплотнения и дополнительного воздействия на структурно-неустойчивые грунты. Чаще всего воздействие связано с изменением температурно-влажностного режима некоторых грунтов. Просадка всегда дополнительна к осадке. По величине может быть во много больше осадки, связана с коренным изменением структуры грунта – .

-        Подъём и осадка  - это вертикальные знакопеременные деформации цикличного характера, связанные с изменением объёмов некоторых грунтов при изменении температурно-влажностного режима. Это дополнительная к осадке деформация. Набухающие грунты при изменении влажности, пучинистые грунты, грунты химического замачивания;

-        Оседание - - вертикальные деформации значительных по площади территорий, дополнительная к осадкам и вызываемые подработкой территории или значительным изменением гидро-геологических условий территории;

-        Горизонтальные перемещения связаны с действием горизонтальных нагрузок на основание от сооружения, например подпорная стенка, трёх шарнирная арка или со значительными вертикальными перемещениями поверхности при оседаниях и осадках.