double arrow

Вопрос. Проектирование оснований и фундаментов по предельным состояниям

Воп. Основные понятия и определения

Грунты—горные породы, слагающие верхние слои земной поверхности, образовавшиеся в результате выветривания.

Основание — толща грунтов со всеми особенностями их на­пластования, воспринимающего нагрузку от веса зданий н сооруже­ний. Различают скальные и несильные основания.

Скальным основанием называют массивные горние породы с жесткими связями между частицами грунта, залегающие в виде сплошного или трещиноватого массииа и имеющие значительную прочность ори сжатии (Лс>5 МПа).

Нескальные или грунтовые, основания представляют собой тол­щу несвязных или связных горных пород, имеющих связи между отдельными частицами, которые во много раз меньше прочности самих минеральных частиц. К этому типу относят основания из крупнообломочных, песчаных. пылевато-глинистых грунтов.

Нескальные основания подразделяют на естественные и искус­ственно улучшенные Первые используют при возведении зданий в условиях природного залегания после предварительной подготов­ки. Естественные основания разделяют на однородные, сложенные грунты одного типа и слоистые.

Фундаменты подразделяют на следующие основные категории: возводимые в открытых котлованах, глубокого заложения и свай­ные.

Фундаменты в открытых котлованах —- это такие фундаменты, которые после возведения и котловане / засыпаются грунтом 2 и передают давление на основание преимущественно по подошве.

Фундаментами глубокого заложения называют л фундаменты, формируемые или погружаемые н грунт с помощью специальных механизмов. Они передают нагрузку на основание как по подошве,так и за счет сил трения по боковой поверхности фундамента

Свайным фундаментом называют группу спай, объ­единенных поверху для совместной работы с помощью специаль­ных плит или балок 3.

Вариантность решений

При проектировании фундаментов группы сооружений (зда­ний) или отдельного объекта прежде всего оцениваются инже­нерно-геологические и гидрогеологические условия возможной территории строительства. Объекты на этой территории жела­тельно размещать таким образом, чтобы застраивались благо­приятные площадки (с грунтами наиболее высокого качества, с уровнем грунтовых вод ниже проектной отметки подошвы фундаментов, со спокойным рельефом местности). Инженерно­геологические условия площадки строительства оценивают на основании тщательного изучения материалов изысканий, в том числе данных лабораторных и полевых испытаний грунтов, дан­ных статического и динамического зондирования, а в некото­рых случаях путем испытания свай или опытных фундаментов.

Используя все полученные данные, уточняют значения ре­комендованных геологами расчетных характеристик грунта для каждого слоя, зависящие, в частности, от того, для каких рас­четов (по деформациям или прочности — устойчивости) они определяются.

Весьма важно также учесть опыт строительства на соседних территориях с аналогичными инженерно-геологическими усло­виями. Опыт строительства часто заставляет вносить коррек­тивы в рекомендации, приводимые в инженерно-геологических заключениях. Действительно, чему отдать предпочтение; реко­мендациям инженерно-геологического заключения об устрой­стве свайных фундаментов или опыту строительства более де­шевых фундаментов на естественном основании, как это, на­пример, сделано на соседнем участке, имеющем точно такие же инженерно-геологические и гидрогеологические условия? Крите­рием истины, согласно диалектическому материализму, являет­ся опыт, поэтому он должен быть детально изучен и учтен при проектировании и выборе вариантов,

Процесс рассмотрения вариантов' является одним из основ­ных моментов проектирования фундаментов. В связи с этим важно правильно решить все принципиальные вопросы при раз­работке вариантов. С этой целью проектирование выполняют* по этапам:составляют эскизы всех реальных вариантов; отбрасывают наиболее неприемлемые из них ’(по способу производства работ, величинам ожидаемых неравномерностей осадок, долговечности и другим условиям);рассчитывают отобранные варианты одного наиболее загру­женного типичного фундамента;производят технико-экономическое сравнение вариантов фундамента, удовлетворяющих требованиям расчета по дефор­мациям и устойчивости, долговечности, возможности возведения их, в том числе в зимнее время.Каждый вариант доводят до оптимального решения, чтобы затрата на его устройство были минимальными. При этом, ко­нечно, надо помнить, что в сооружении имеются и менее загру­женные фундаменты, которые также не должны противоречить оптимальности решения.

2 вопрос.. Исходные данные. 1.необходимо иметь информацию о геологических, гидрогеологичес­ких условиях района строительства и свойствах грунтов строитель­ной площадки. Для этого на строительной площадке проводит инженерно-геологические изыскания. Они включают проведение следующих работ: бурение скважин и разработку шурфов, обяза­тельный отбор образцов с целью выяснения геологического стро­ения и особенностей иаи.частования, лабораторные исследования для установления физико-механических свойств грунтов.2. данные об особенностях геологическою строения и напласто­вания грунтов на строительной площадке, сведения о мощности отдельных слоев грунта, основные классификационные показа­тели, позволяющие судить о физико-механических характеристиках грунтов, на основе которых дается оценка деформатнвных и про­чностных свойств оснований. 3.Особое внимание следует обращать на гидрогеологические условия района строительства, на установив­шийся уровень подземных вод, на причини, которые могут вызвать его колебание, а также наименьшую и наивысшую отметку возмож­ных колебаний. 4.Важно знать о возможности образования в основа­ниях агрессивных сред, формирующихся в результате проникнове­ния в грунты химических веществ, Если на строительной площадке имеются уже построенные здания, необходимо знать о времени возведения и конструктивных особенностях их фундаментов, чтобы судить о взаимном влиянии проектируемых и существующих соору­жений.5Особое внимание следует обращать иа возможность протекания различных физико-геологических процессов в районе предполагаемого строительства, которые могут оказать существенное влияние на эксплуатацию фундаментов, а также самих зданий и сооружений. 6.Необходимо учитывать вероятность образования оползней; явления просадочносги, свойственные лессовым грунтам при замачивании и вечномерзлым — при оттаивании; явления усадки и набухания грунтов в результате изменения климатических и гвдроюологичсс- ких режимов; сейсмические явления, способные поилечь за собой разжижение водонасыщеилих песчаных грунтов; морозное пучение, которое может вызвать значительные деформации фундаментов зданий и сооружений.Материалы инженерно-геологических изысканий включают то­пографический план участка строительства с указанием рельефа и горизонталей уже существующих и проектируемых зданий. Объем и содержание инженерно-геологических изысканий зави­сят от степени изученности района строительства, сложности геоло­гического сгроеиня исследуемого района, стадии проектирования, особенностей возводимого здания или сооружения и регламентиру­ются действующими ГОСТами.

Инженерно-геологические условия площадки строительстваи Напластование фунтов на каждой площадке сугубо индиви­дуально. При выборе типа и глубины заложения опорных частей фундаментов проектируемого сооружения следует вначале оценить прочность и сжимаемость слоев грунта по данным инженерно- геологических изысканий. После этого целесообразно разделить грунты на две условные категории: слабые и надежные. Слабыми можно назвать гру нты, которые в естественном состо­янии не могут являться основанием данного сооружения. Эю озна­чает, что даже при больших затратах на создание громоздких фунда­ментов с целью г>ередачи на эти гру ты давлений, не ведущих к раз­рушению основания, ожидаемые осадки и их неравномерность пре­вышают предельно допу стимые для проектируемого сооружения. Надежными называются грунты, которые обеспечивают раз­витие деформаций в допус тимых пределах.При указанном делении фунтов все многообразие их наплас­тований можно предегавить в виде трех расчетных схем (рис. 2.1). Рассмотрим варианты устройства фундаментов при залегании грунтов площадки строительства в соответствии с этими тремя схемами. Схема I. Инженерно-геологические условия площадки строи­тельства благоприятны. Как правило, основным вариантом в лом случае являются фундаменты на естественном основании с мини­мальной глубиной заложения, корректировка которой производит­ся при учете климатических факторов и особенностей сооружения. Схема II. Эта схема допускает большое разнообразие вариан­тов фундаментов. При относительно малой толщине слабого слоя наиболее очевидными являются его прорезка и устройство фун­даментов на естественном основании, в качестве которого исполь­зуется надежный грунт.Вторым возможным вариан­том будет свайный фундамент с заделкой концов свай в надежный При необходимости строительства на данной пдошадке тяже­лого сооружения в случае очень большой толщины слабого слоя последний приходится рассматривать в качестве основания. Зада­ча при этом будет состоять в снижении ожидаемых осадок до ве­личин, допустимых для данного сооружения, либо с понижением чувствительности сооружения за счет его разрезки на отсски, либо наоборот, с увеличением жесткости его конструкций. Схема III. Дополнитель­ным явится вариант, когда фундамент (как правило, на естествен­ном основании) опирается на верхний надежный слой При невозможности реализации этого варианта гм при­чине слишком больших давлений на слабый прослоек либо значи­тельных осадок слабый слой может быть закреплен э

. Климатические факторы 1.глубина промерзания2. глубина заложения в зависимости от глубины промерзания.3. К влияющим на глубину заложения фундаментов климатичес­ким факторам помимо промерзания следует отнести сезонные яв­ления набухания и усадки, характерные для глин, залегающих в некоторых южных районах. В этих районах подошва фундамен­тов (ростверков) должна располагаться на глубине, ниже которой объемные изменения в грунте не имеют места (см. гл. 10). Нагр и возд-я на основ-е. (см. п. 1.1, 1.3 – 1.12 СНиП “Нагрузки и возд-я”, п. 2.5 “Основ-я”) При проектир-и основ-й и фунд нагр и возд-я, их классиф-я, вид, интенсивность, усл-я возд-я и возможн сочетания назнач-ся в соотв-ии с треб-ми СНиП. Расчетн знач-я опр-т умножением нормативн нагр на коэф надежн-ти по нагр γf.

Нагр и возд-я в завис-ти от продолжит-ти действия: 1. длительные – вес всех частей и эл-в, вес и давл-е гр; 2. длительн времен – вес стационарн оборуд-я, нагр на перекр-я от складир материалов, от кранов, от людей и снега, обусловленн деф-циями основ-я, не сопровожд-ся коренным измен-м гр; 3. кратковременн – вес людей, снега, ветра; 4. особые – возд-я, обусловлен деф-циями основ-я с коренным изменением структуры гр, сейсмич и взрывн возд-я.Расчет основ-й зд и сооруж-й по пред сост-м I и II гр д. вып-ся с учетом наиб неблагопр сочетаний нагр, различают след сочетания: 1. осн. сочет-я нагр, состоящ из пост, длит, кратковр нагр; 2. особое сочет нагр - пост, длительн, кратковр и 1 из особых.

Если учит-ся сочетания, включ. постоянн и не <2х кратковременн нагр, то расч знач-я времен нагр необх умножить на коэф сочетаний: а) в осн сочет-х для длит. нагр y1 = 0,95; для кратковременн y2 = 0,9; б) в особых сочет-х для длит нагр y1 = 0,95; для кратковременн y2 = 0,8.

Расчет по деф-циям произв-т на осн. сочет-е нагр, по несущ способн-ти – на основное, о при наличии особ нагр – на осн и особое сочет-е. Нагр на перекр-е и снегов нагр при расч по деф-циям счит-ся длительн, а по несущ способн-ти – кратковременн. Нагр от подвижн оборуд-я всегда счит-ся кратковременн.

Т.к. осадки протекают во времени и склад-ся из остаточн и восстан-ся, то к гр неприменим принцип независимости действия сил, т.е. нельзя суммировать напряжение и осадки без учета измен-я св-в гр. Т.о. сочетания нагр необх назначать с учетом последоват-ти времени приложения и действия кажд нагр.

Нагр на стены и столбы, перекр-я и покрытия принимают приложенными по оси подошвы фунд. Нагр на основ-е от наземн части зд-я опред-я: 1. в бесподвальн зд-х и у наружн стен зд-я с подвалом – на ур. спланированной отм. земли; 2. при передече давления от кол ч/з ж/б башмаки/мет траверсы – на ур. верхнего обреза фунд; 3. для внутр стен и кол в заглубленн помещ-х, в сооруж-х где фунд явл-ся частью констр-ции / стойки, рамы и каркасы, подпорные стенки, для фунд, на кот. одновременно действ-т вертик, горизонт и изг мом – на ур подошвы фунд.

вопрос. Проектирование оснований и фундаментов по предельным состояниям

В основу положено предположение, чтобы усилия, напря­жения деформации и перемещения, возникающие в основаниях и эле­ментах конструкций фундаментов зданий и сооружений, были близки к установленным предельным значениям, но не превышали их. Предельные состояния подразделяют на две группы.

Первая группа — по несущей способности. При расчете предельных состояний по этой группе должны быть исключены все возмож­ные формы разрушений, которые могут произойти в результате потери прочности или устойчивости под действием силовых факто­ров.

Вторая группа — по деформациям. При расчетах по данной группе предельных состояний должны быть исключены факторы, затрудняющие нормальную эксплуатацию зданий и сооружений, вызываемых чрезмерными осадками, прогибами, выгибами, крена­ми, углами поворота, развитием трещин.

4 вопрос. Первая группа — по несущей способности. При расчете предельных состояний по этой группе должны быть исключены все возмож­ные формы разрушений, которые могут произойти в результате потери прочности или устойчивости под действием силовых факто­ров.

Расчет оснований по несущ. способн-ти. (п.2.6 “Основ-я”) Несущ способн-ть гр основ-й оцен-ся совместно с фунд и наземными констр-ми. Расчет сводится к опред-ю предельной нагр, при кот.: 1. у сооруж-й, передающих основ-ю доминирующую сдвигающую нагр, происх сдвиг, связан с резко развивающимися прогрессирующими перемещ-ми с захватом части массива гр основ-я / непосредственно по подошве; 2. у сооруж-й, опирающ-ся на фунд мелкого залож-я и передающих основ-ю доминирующ вертикальн нагр, происх выпирание гр основ-я из-под фунд и связан с этим резкое прогрессирующ нарастание вертикальн перемещ-й; 3. у сооруж-й на фунд глубокого залож-я нарастание осадок происх одновременно с увеличением нагр.

Потеря устойчивости гр основания влечет за собой большие деф-ции и потерю устойч-ти всего / части зд-я. Устойчивость основ-й и фунд зависит от действ-х нагр, формы, разм, глуб залож-я, наклона и очертания подошвы фунд.

Проверка произв-ся на след. возможные потери устойчивости: 1. на глубинный сдвиг гр основ-я вместе с сооруж-м / фунд; 2. на плоский сдвиг сооруж-я по контакту подошва сооруж-я – поверх-ть гр; 3. на опрокидывание и возможное выдергивание фунд отн 1й из граней сооруж-я с высокорасположенным центром тяж-ти.

При потере несущ способности основ-я образ-ся поверх-ть скольжения, охватывающ всю подошву фунд / сооруж-я. В кажд. точке поверх-ти скольжения по теории Мора-Кулона м/у норм и касат напряж-ми в стабилизированном состоянии вып-ся усл-е, исх из кот. опр-ся сила предельн сопр-ия основ-я Fu, сложен скальн. гр:, где и - расч знач-е угла внутр трения и сцепления гр.

Расчет произв-ся из усл-я: , где F – расч. нагр. на основание, и - коэфф-т усл-й раб и надежности по назнач-ю.

5.вопрос. Виды деформаций и смещений сооружений деформации и перемещения сооружений следующих простейших видов: про­гиб, выгиб, перекос, крен, скручивание, горизонтальные пере­мещения фундаментов.Прогиб и выгиб (рис. 9.1,а, б) связаны с искривлением сооружения. Такие деформации могут возникать в зданиях и сооружениях, не обладающих очень большой жесткостью Растягивающие усилия, появляющиеся в конструкциях, за­висят от неравномерной податливости основания и от жестко­сти сооружения. Чем большей жесткостью обладает сооруже­ние, тем большие усилия при тех же грунтовых условиях по-являются в конструкциях и тем меньше величина прогиба ила выгиба.Перекос (рис. 9.1,s, г) возникает в конструкциях, когда резкая неравномерность осадок проявляется на участке неболь­шой протяженности при сохранении относительно вертикального положения конструкции.Крен сооружения (рис. 9.1, д) — поворот по отношению к горизонтальной оси, проходящей через центр тяжести площади подошвы фундамента — возможен, если основание сооруже­ния загружено несимметрично или имеет несимметричное на­пластование грунтов относительно вертикальной оси сооруже­ния. Скручивание возникает при неодинаковом крене со­оружения по его длине, особенно при развитии крена в двух сечениях сооружения в разные стороныГоризонтальные пере м е щ е н и я фундаментов воз«можны, если опирающиеся на них конструкции передают зна«чительные горизонтальные усилия (например, распорные когь струкции, подпорные стенки)

. Причины развитиянеравномерных осадок сооружений

Эти неравномерности зависят, как считает Р. С. Шеляпин, от двух основных причин: неодно­родного напряженного состояния грунтов в основании рассмат­риваемого сооружения и неравномерной сжимаемости грунтов в основании под площадью загружения. При этом неравномер­ность податливости основания — неоднородность основания — оценивается степенью изменчивости сжимаемости слагающих его грунтов.

1. Неравномерные осадки уплотнении Деформации развиваются дреимущественно вследствие уменьшения объема пор грунта (уплотнения) и искажения формы отдельных частиц или агре­гатов грунта (упругие деформации). Упругие деформации ис­кажения формы обычно во много раз меньше остаточных де­формаций уплотнения. В связи с этим осадки, развивающиеся под воздействием местной нагрузки, называют осадками уплот­нения, хотя в них входят и упругие деформации. Осадки уплот­нения под отдельными частями сооружения обычно неодина­ковы из-за неоднородности основания и неоднородности напря­женного состояния грунтов в основании.

2. Неравномерные осадки разуплотнения 5ра3упл Осадки разуплотнения развиваются под действием на­грузки, которая не превышает веса грунта, вынутого при от­рывке котлована.

3. Неравномерные осадки выпирания. Осадки выпирания связаны с развитием пластических деформаций (местных сдвигов) грунта основания. По подошве жестких фундаментов реактивное давление распределяется не­равномерно. Даже при небольшой нагрузке под краями же­стких фундаментов возникает давление, приводящее к разви­тию зон сдвигов. Вследствие перемещения границ зон сдвигов (см. рис. 8.1) происходит уплотнение грунтов по сторонам от этих зон. По мере загрузки фундамента указанные зоны уве­личиваются, грунт, окружающий их, уплотняется и оказывает все большее сопротивление, которое может достигать значения пассивного отпора.

4. Неравномерные осадки расструктуривания растр При отрывке котлована грунты основания обнажаются и подвергаются воздействию различных факторов, в результате чего может произойти нарушение их природной структуры — расструктуривание. В связи с этим изменяются их физико­механические свойства. Чаще всего происходит увеличение сжимаемости грунтов и уменьшение t сопротивляемости их сдвигу. Нарушение структуры грунтов основания возможно по сле­дующим четырем причинам: от метеорологических воздействий; от воздействий грунтовых вод и газа; от динамических воздействий механизмов; в результате грубых ошибок строителей.

5. Неравномерные осадки в период эксплуатации сооружений зэкспл Причины развития осадок во время эксплуатации со­оружений можно объединить в пять групп. Уплотнение грунтов после начала эксплуатации сооружения. Изменение положения уровня грунт.вод.Ослабление грунтов основания подземными и котлованными выработками.Динамические воздействия на грунты основания.Активность геодинамических процессов.

6 вопрос ПОКАЗАТЕЛИ ДЛЯ ОЦЕНКИ ЭКОНОМИЧНОСТИ ПРОЕКТНЫХ РЕШЕНИЙ.
Стоимостные показатели подсчитываются на основании соответствующей сметной документации путем деления сметной стоимости на количество расчетных единиц, определяемых по проектным данным. Так, количество жилой и общей площади определяется на основании планов этажей, количество школьных мест - на основании пояснительных записок к проектам этих учреждений и т.п.
Следует учесть, что при размещении, например, в жилом доме нежилых помещений в графе «Технико-экономические показатели» для жилой и нежилой части приводятся раздельно:
а) по жилой части дома - показатель стоимости строительства на 1 м приведенной общей площади, а также показатель стоимости на одну квартиру в среднем;
б) по нежилой части дома - показатель стоимости строительства на расчетную единицу измерения размещенных в нем предприятий и учреждений (одно рабочее место в магазинах, одно посадочное место в столовых и т. д.).


Понравилась статья? Добавь ее в закладку (CTRL+D) и не забудь поделиться с друзьями:  



Сейчас читают про: