61. Определение несущей способности грунта основания одиночной сваи аналитическим расчетом по формулам СНиП (сваи-стойки, забивные висячие призматические и пирамидальные свай, висячие набивных и буронабивные сваи, винтовые сваи).

 

Расчёт по таблицам СНиП – практический метод – позволяет определять несущую способность сваи по данным геологических изысканий. Несущая способность сваи определяется по формуле , гамма с – кэф условий работы сваи в грунте, гамма сR b гамма сf – кэф условий работы грунта соответственно под нижним концом и на боковой поверхности сваи, учитывающие влияние способа погружения сваи на расчётные сопротивления грунта; R – расчётное сопротивление под нижним концом сваи, А – площадь поперечного сечения сваи; u – периметр поперечного сечения сваи, f итое – расчётное сопротивление итого слоя грунта основания по боковой поверхности сваи, h итое – толщина итого слоя грунта, соприкасающегося с боковой поверхностью сваи.

В этой формуле первое слагаемое представляет сопротивление нижнего конца сваи, второе – сопротивление боковой поверхности.

При определении несущей способности сваи практическим методом особое внимание надо уделять правильности оценки физико-механических свойств грунтов, особенно показателям текучести глинистых, который оказывает значительное влияние на результат расчёта.

По этой формуле рассчитывают сваи постоянного сечения по длине или булавовидные. При расчёте булавовидных свай за периметр u на участке ствола принимают периметр его поперечного сечения, а на участке уширения – периметр поперечного сечения уширения.

Несущую способность пирамидальных и ромбовидных свай определяют с учётом дополнительного сопротивления грунта, вызванного наклоном боковых граней сваи и зависящего от модуля его деформации.

Несущую способность висячих свай, изготовленных в грунте, также можно вычислить всё по той же формуле, но при других значениях входящих кэфов и расчётных сопротивлений грунтов.

 

62. Определение осадки свайного фундамента.

 

Сложность определения осадок свайных фундаментов связана с тем, что они передают нагрузку на грунт основания одновременно через боковую поверхность и нижние концы свай, при этом соотношение передаваемых нагрузок зависит от многих факторов: числа свай в фундаменте, их длины, расстояния между сваями, свойств грунта и степени его уплотнения при погружении свай.

В настоящее время при расчёте осадок свайный фундамент рассматривается как условный массивный фундамент на естественном основании. Предполагается, что сваи, грунт межсвайного пространства и некоторый объём грунта, примыкающего к наружным сторонам свайного фундамента, рассматриваются как единый массив, ограниченный снизу плоскостью АБ, проходящей через нижние концы свай, а с боков вертикальными плоскостями, отстоящими от наружных граней крайних рядов свай на расстояние , где h – глубина заложения свай в грунт, считая от подошвы ростверка, фи – осреднённое расчётное значении угла внутреннего трения , итое – это характеристики отдельных слоёв.

При наличии  в фундаменте наклонных свай боковые поверхности проходят через их концы. Размеры подошвы условного фундамента в этом случае определяются расстояниями между нижними концами наклонных свай.

Расчёт осадки свайного фундамента, как условного массивного выполняется теми же методами, что и расчёт фмз. При жтом также требуется выполнение условия, чтобы среднее давление по подошве фундамента не превышало расчётное сопротивление грунта на этой глубине.

Осадка, как правило, определяется методом элементарного суммирования.

63. Последовательность расчета и проектирования свайных фундаментов.

 

НЕТУ

 

64. Область применения и виды фундаментов глубокого заложения.

 

При залегании прочных грунтов на значительной глубине, когда устройство фундаментов в открытых котлованах становится трудновыполнимым и экономически невыгодным, а применение свай не обеспечивает необходимой несущей способности, прибегают к устройству ФГЗ. Необходимость устройства фундаментов глубокого заложения может быть вызвана и особенностями самого сооружения, например когда оно должно быть опущено на большую глубину – подземные гаражи и склады, ёмкости очистных, водопроводных и канализационных сооружений, здания насосных станций, водозаборы, глубокие колодцы для зданий дробления руды, непрерывной разливки стали и многие другие.

Фундаменты глубокого заложения отличаются от фундаментов, возводимых в открытых котлованах, следующими специфическими особенностями:

1) не требуют предварительной разработки котлованов;

2) работа грунта под действием внешних нагрузок происходит иначе, чем у фундаментов в открытом котловане, в частности исключается выпирание грунта на поверхность;

3) условия-работы фундамента глубокого заложения позволяют передавать на них значительные горизонтальные нагрузки и моменты;

4) несущая способность таких фундаментов существенно выше, так как вертикальные нагрузки воспринимаются не только грунтом под подошвой фундамента, но и силами трения, развивающимися по боковой поверхности.

В настоящее время применяют следующие типы фундаментов глубокого заложения: опускные колодцы и кессоны, тонкостенные оболочки, буровые опоры и фундаменты, возводимые методом стена в грунте.

 

65. Опускные колодцы: область применения, виды (конструкции), способы возведения, основы расчета.

 

Опускной колодец представляет 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 её.

В ок могут размещаться установки непрерывной разливки стали конверторного цеха, технологические процессы крупного дробления горно-обогатительных комбинатов, насосные станции, отстойники различного назначения, скиповые ямы,

ОК могут быть выполнены из дерева, каменной или кирпичной кладки, бетона, жб, металла. Наиболее распространены жб.

Монолитные жб колодцы – оболочка состоит из двух частей – ножевой и собственно оболочки. Их изготовляют непосредственно над местом погружения на специально подготовленной выровненной площадке.

В последние годы разработаны различные конструкции ок с применением сборных облегчённых элементов, наиболее распространённые – колодцы из пустотелых прямоугольных элементов с монолитной ножевой частью и из вертикальных панелей.

С зависимости от условий площадки, а также с учётом экономической целесообразности в настоящее время применяют две схемы погружения колодцев: насухо – при отсутствии подземных вод или с применением открытого водоотлива или водопонижения) и с разработкой грунта под водой. В зависимости от условий, грунт из колодца отводится грейферами, гидротехническими агрегатами или с помощью бульдозеров, экскаваторов и кранов.

Для преодоления сил трения, препятствующих погружении, колодца приходится увеличивать его вес, для чего стены делают значительно толще, чем это требуется из условия прочности. Для уменьшения сил трения инженер А.В.Озеров в 1945 г. предложил метод погружения колодцев в тиксотропной рубашке. Благодаря уступу, устраиваемому в ножевой части наружной стены, при погружении вокруг ок образуется полость, которую заполняют глинистым раствором с тиксотпропными свойствами, который уменьшает сопротивление сил трения и предохраняет вертикальные стенки грунта от обрушения и оползания. Если ок погружается в водонасыщенные грунты, то тиксотропный раствор заменяется тампонажным – цементно-песчаным, предохраняющим от всплытия.

Основным является расчёт ок на строительные нагрузки, так как в большинстве случаев эксплуатационные значительно меньше. На колодец при погружении его в грунт действуют следующие основные нагрузки: собственный вес колодца G, пригрузка колодца при погружении Q, горизонтальное давление грунта на стенки , гидростатическом давление воды на стенки колодца, если он погружается ниже уровня подземных вод , силы трения грунта по боковой поверхности колодца t, реактивное давление грунта под подошвой ножа р.

Расчёт ок на строительные нагрузки включает: расчёт на погружение, расчёт стен на разрыв, расчёт ножевой части колодца, расчёт стен на изгиб в вертикальной плоскости, расчёт на всплытие. К расчётам на эксплуатационные нагрузки относятся расчёт на всплытие, расчёт днища и других элементов конструкции, а также при необходимости расчёты устойчивости.

 

66. Кессоны: устройство, производство работ по возведению, основы расчета.

 

Кессонный метод устройства фгз был предложен во Франции в середине19 века для строительства в сильно обводнённых грунтах, содержащих прослойки скальных пород или твёрдые включения. Кессон схематически представляет собой опрокинутый вверх днищем ящик, образующий рабочую камеру, в которую под давлением нагнетается сжатый воздух, уравновешивающий давление грунтовой воды на данной глубине, что не позволяет ей проникать в рабочую камеру, благодаря чему разработка грунта ведётся насухо.

Кессон состоит из двух основных частей: кессонной камеры и надкессонного строения.

Кессонная камера, высота которой по санитарным нормам не менее 2.2 метра, выполняется из железобетона и состоит из потолка и стен, называемых консолями. Консоли камеры с внутренней стороны имеют наклон и заканчиваются ножом. Толщина консолей в месте примыкания к потолку составляет 1.5-2 метра, ширина банкетки принимается 25 см. Конструкций ножа такая же, как у ок.

Последовательность производства работ при строительстве кессонов такая же, как и при строительстве ок. Сначала на спланированной поверхности или на дне пионерного котлована возводится кессонная камера, на которой монтируются шлюзовой аппарат и шахтные трубы. Одновременно вблизи кессона сооружается компрессионная станция и монтируется оборудование для подачи в кессон сжатого воздуха.

После опускания кессона на проектную глубину все специальное оборудование демонтируется, а рабочая камера заполняется бетоном.

Грунт в камере разрабатывается ручным или гидромеханическим способом.

Расчёт кессонов производится аналогично расчёту ок, но у учётом специфики их погружения и конструктивных особенностей. При расчёте кессонов на погружение к нагрузкам, действующим на обыкновенный ок, добавляется давление сжатого воздуха на потолок кессонной камеры, а расчёт прочности кессона сводится в основном к расчёту конструкции его кессонной камеры, на которую в процессе её изготовления и погружения действуют следующие нагрузки: собственный вес камеры, горизонтальное давление грунта и воды снаружи, силы трения о грунт, реактивное давление грунта на ножевую часть консоли, вес надкессонной кладки, давление сжатого воздуха на потолок и консоли камеры. По полученным в результате расчёта усилиям проверяют прочность и трещиностойкость кессона как жб конструкции.

 

 

 

 

67. Тонкостенные оболочки: основные сведения, производство работ по возведению.

 

Тонкостенная оболочка представляет собой пустотелый цилиндр из обычного или предварительного напряжённого жб. Оболочки выпускаются секциями 6-12 метров и наружным диаметром 1-3 метра. Длина секций кратна 1 м, толщина стенок составляет 12 см. На площадке секции оболочки или предварительно укрупняются, или наращиваются в процессе погружения с помощью специальных стыковых устройств, чаще всего на сварке или на фланцевых соединениях.

Погружение оболочки в грунт осуществляется вибропогружателями. Для облегчения погружения, а также для предотвращения разрушения оболочки при встрече с твёрдыми включениями конец нижней секции снабжается ножом. Для придания большей прочности, иногда оболочки заполняют бетоном. Существуют оболочки с усиленными стенками до 20 см.

Разновидность усиленных оболочек являются оболочки с несущей диафрагмой. Если оболочка погружается до скальных грунтов, то её нижний конец заделывается в скалу.

В нескальных грунтах увеличение несущей способности оболочки по грунту достигается устройством уширенной пяты.

Тонкостенные оболочки из сборных жб элементов обладают рядом достоинств, прежде всего индустриальность их изготовления, высокая сборность и механизация всех работ.

Наиболее рационально применять их при больших вертикальных и горизонтальных нагрузках. Такие сочетания характерны для мостов, гидротехнических и портовых сооружений.

 

68. Фундаменты, устраиваемые способом «стена в грунте». Общие положения.

 

Способ заключается в том, что сначала по контуру будущего сооружения в грунте отрывается узкая глубокая траншея, которая затем заполняется бетонной смесью или сборными жб элементами. Возведённая таким образом стена может служить конструктивным элементом фундамента, ограждением котлована или стеной заглубленного помещения. Глубина 30-50 метров.

Этот способ используется при возведении фундаментов под тяжёлые здания и сооружения, подземных частей и конструкций промышленных и гражданских зданий, строительстве подземных гаражей, переходов и развязок на автодорогах, водопроводно-канализационных инженерных сооружений, противофильтрационные завесы. Существенным достоинством этого способа является возможность устройства глубоких котлованов и заглубленных помещений вблизи существующих зданий и сооружений без нарушения их устойчивости, что особо важно при строительстве в стеснённых условиях, а также при реконструкции сооружений.

Сооружение стены в грунте начинают с устройства сборной или монолитной форшахты, служащей направляющей для землеройных машин, опорой для подвешивания армокаркасов, бетонолитных труб и т.п. Далее приступают к отрывке траншеи на одну захватку. Далее в эту траншею подают монолит жб либо панели. После возведения стен в грунте по всему периметру сооружения удаляют грунт из внутреннего пространства и возводят внутренние конструкции. Устойчивость стены обеспечивается заделкой в основание, либо предусматриваются распорные или анкерные крепления.

Расчёт устойчивости стены в грунте и её прочности производят методом упругой линии или методом конечных элементов.

 

69. Анкеры в грунтах: конструкции, технология устройства и основы расчета.

 

Анкеры представляют собой устройства, служащие для передачи выдёргивающих усилий от строительных конструкций на грунтовую толщу. Их используют для закрепления ограждений котлованов, стен подземных сооружений, ок, откосов и склонов, фундаментов дымовых труб, мачт, башен и т.п.

Конструкция анкера зависит от вида возводимого сооружения, его назначения и срока службы, геологических и гидрогеологических условий строительной площадки и ряда других факторов.

По сроку службы бывают временные и постоянные. По схеме взаимодействия с грунтом – наземные и заглубленные. Простейшая конструкция – жб плита с гладкой подошвой укладывается на спланированную поверхность грунта или в небольшое углубление, получается как бы якорь.

Конструктивно заглубленный анкер состоит из трёх основных частей: оголовка, анкерной тяги и анкерной заделки. Оголовок воспринимает усилие от конструкции, которую крепит анкер, анкерный тяж передаёт это усилие на безопасное расстояние в толщу грунта, анкерная заделка обеспечивает дальнейшую передачу усилия с тяги на окружающий грунт. В зависимости от способа заделки бывают засыпными, буровыми, инъекционными, забивными, завинчивающимися и т.д.

Инъекционный предварительно напряжённый анкер представляет собой устройство, один конец которого закрепляется в грунте путём инъекции под давлением цементного, силикатного или полимерного раствора, а другой после предварительного напряжения фиксируется на удерживаемом сооружении. В качестве тяжей применяют металлические стержни, трубы, тросы. Подъёму раствора вверх препятствует пакер.

Допустимые усилия на анкер определяются прочностью материала анкерной тяги и несущей способностью зоны заделки анкера в грунте. Сечение тяги рассчитывается обычными методами сопромата.

Ориентировочную несущую способность анкера по грунту можно определить по методике расчёта несущей способности свай как сумму сопротивлений по торцу и боковой поверхности зоны заделки:

, где гаммы – кэфы условий работы по СНиП, Dk – диаметр заделки м, принимаемый для безынъекционных анкеров равным dc, а для инъекционных 3dc, dc – начальный диаметр скважины, R и f – удельные сопротивления по торцу и боковой поверхности анкерной заделки, принимаемое как для свай, lk – длина заделки анкера.

Есть методика определения несущей способности анкера, пренебрегая сопротивлением грунта по торцу заделки, а сопротивление трению по боковой поверхности принимается с учётом напряжённого состояния окружающего анкер грунта, которое зависит от избыточного давления при инъецировании цементного раствора:

, где л=0.6 кэф однородности грунта, mp – кэф учёта напряжённого состояния окружающего грунта в зависимости от давления при инъецировании и принимаемый для песков 0.5, для глин 0.4-0.2; dc – диаметр скважины, pk – избыточное давление в зоне заделка при инъецировании, фи – расчётное значение угла внутреннего трения грунта в зоне заделки анкера.

Изложенные методики определения несущей способности анкеров по грунту используют только для предварительных расчётов. Окончательные размеры зоны заделки назначаются после проведения испытаний опытных анкеров.  

             

 

70.    Конструктивные методы улучшения работы грунтов в основании сооружений.

 

Устройство грунтовых подушек. Если в основании фундамента залегают слабые грунты (илы, текучие пылевато-глинистые грунты, торфы, заторфованные, малоуплотнённые насыпные или пучинистые) обладающие низкой несущей способностью и повышенной сжимаемостью, то их использование в качестве естественных оснований чаще всего оказывается невозможным или нецелесообразным. В этом случае экономичной может оказаться замена слабого грунта другим, обладающим достаточно высоким сопротивлением сдвигу или имеющим малую сжимаемость, который образует грунтовую подушку.

В качестве материала используют крупнообломочные грунты (гравий, щебень) крупные и среднезернистые пески, шлак и т.д.

Порядок проектирования грунтовых подушек сводится к следующем. Задавшись расчётными значениями физико-механических характеристик материала подушки, определяют ориентировочные размеры фундамента в плане. Далее, изменяя толщину подушки и, если надо, размеры фундамента, устанавливают такую толщину подушки, чтобы выполнялось условие , где Pz – сумма давлений, передаваемых на подстилающий слой слабого грунта от фундамента и веса грунтовой подушки: , где гамма и z – соответственно удельный вес и толщина грунтовой подушки, Po – дополнительное давление под подошвой фундамента, Rz – расчётное сопротивление грунта, слагающего слабый подстилающий слой. Далее идёт проверка деформаций основания. Ширина подушки зависит от угла β:

Шпунтовые конструкции как ограждающие элементы могут быть использованы для улучшения условий работы грунтов в основании сооружений.  Шпунт погружают через толщу слабых грунтов в относительно плотный грунт. Фундаментная конструкция устраивается на песчаной подготовке и сопрягается со шпунтовым ограждением. Такое техническое решение исключает возможность выпирания грунта в сторону из-под фундамента, т.е. увеличивает его несущую способность и ограничивает боковое расширение грунта при деформациях основания, что приводит к уменьшению осадок.

Армирование грунта заключается во введении в грунт специальных арматурных элементов. Это элементы выполняются в виде лент или сплошных матов, изготовленных из геотекстиля. Реже используется металлическая арматура. Армирующие элементы должны обладать достаточной прочностью и обеспечивать необходимое зацепление с грунтом, для чего их поверхность делается шероховатой. За счёт восприятия армирующими элементами касательных и горизонтальных напряжений увеличивается несущая способность основания и снижаются осадки фундаментов.

Боковые пригрузки. При возведении ограждающих дамб и других земляных сооружений на слабых грунтах устойчивость откосов сооружений и их оснований может быть повышена устройством пригрузок основания и низовой части откосов, выполняемых из крупнообломочных и песчаных грунтов.