Грунтов

При инженерно-геологических изысканиях, проектировании и строительстве используют единую классификацию грунтов, устанавливающую их классы, группы, подгруппы, типы, виды и разновидности по ГОСТ 25100-95 [4].

По общему характеру структурных связей выделяют 4 класса грунтов: - природные скальные грунты - грунты с жесткими и прочными структурными связями (криcтaллизационными или цементационными); - природные дисперсные грунты - грунты со слабыми водноколлоидными и механическими структурными связями или без связей между частицами;

- природные мерзлые грунты - грунты с криогенными структурными связями;

- техногенные (скальные, дисперсные и мерзлые) грунты - грунты с различными структурными связями, созданные или измененные в результате деятельности человека.

Более детальную классификацию грунтов и количественную оценку их строительных свойств про изводят по физико-механическим характеристикам.

Вопрос №2 основные задачи курса. Типы оснований и фундаментов.

Фундаменты можно разделять по различным признакам: по виду материалов; условиям изготовления; глубине заложения; форме; характеру работы под нагрузкой и др.

В зависимости от материала фундаменты бывают деревянные, каменные, бетонные, железобетонные, металлические.

По условиям изготовления фундаменты монолитные, которые возводятся непосредственно в котловане; сборные, кото­рые изготавливаются заранее на заводе. По глубине заложения фун­даменты разделяют на две основные группы - мелко­го и глубокого заложения. Если подошва фундамента расположена на глубине 5-6 м и отношение этой глубины к ширине подошвы не превышает 1,5-2 м, то такой фундамент называют фундаментом мелкого зало­жения и возводят в отрытом котловане. Если подошва фундамента расположена на глубине более 5-6 м и отно­шение этой глубины к шири­не подошвы превышает 1,5­-2 м, то такой фундамент назы­вают фундаментом глубокого заложения. Такие фундамен­ты подразделяются на свай­ные, опускные колодцы и кессонные.

По конструктивной форме фундаменты подразделяются на от­дельные, ленточные, сплошные, массивные, смешанные и свайные

Отдельно стоящие фундаменты устраивают под колонны, опоры и устои мостов, гидросооружений, под оборудование. Ленточныевыполняют в виде непрерывных параллельных или пе­рекрестных лент под всеми протяженными несущими конструкци­ями - стенами зданий большой протяженности. Сплошные Ф-ты располагают под всей площадью сооружения в виде плиты. МассивныеФ-ты устраивают под отдельно стоящими тяжело нагруженными опорами или сооружениями. СмешанныеФ-ты представляют собой сочетание ленточного или сплошного со столб­чатым. СвайныеФ-ты состоят из одиночных свай, куста или рядов свай, объединенных поверху плитой, которая воспринимает нагрузку от сооружения. По характеру работы под нагрузкой различают жесткие и гибкие фундаменты. Жесткие фундаменты выполняются из бетона, угол развития которых не превышает предельного угла развития. эти фун­даменты работают в основном на сжатие, при этом растягивающие напряжения либо отсутствуют, либо небольшие.

При слабых грунтах бывает необходимость значительно развивать площадь подошвы фундамента, тогда они становятся гибкими, ра­ботают на изгиб и их надо армировать. Задачи проектирования оснований и фундаментов вытекают из общих требований к сооружениям. Сооружения должны отвечать своему назначению, быть прочным и устойчивыми. Конструкции сооружений, особенно в городском строительстве, должны быть при­способлены к грунтовым условиям строительной площадки. Геоло­гические условия района застройки иногда не остаются постоянны­ми во времени, например, из-за обводнения территории. Грунтовые условия в пределах одной строительной площадки могут быть раз­личными, поэтому при одинаковых напряжениях по подошве отдель­ные фундаменты будут получать разные осадки, приводящие к не­равномерности осадок отдельных частей здания, что наиболее опас­но для сооружения.

Вопрос №4 Принципы проектирования……

Задачи проектирования оснований и фундаментов вытекают из общих требований к сооружениям. Сооружения должны отвечать своему назначению, быть прочным и устойчивыми. Конструкции сооружений, особенно в городском строительстве, должны быть при­способлены к грунтовым условиям строительной площадки. Геоло­гические условия района застройки иногда не остаются постоянны­ми во времени, например, из-за обводнения территории. Грунтовые условия в пределах одной строительной площадки могут быть раз­личными, поэтому при одинаковых напряжениях по подошве отдель­ные фундаменты будут получать разные осадки, приводящие к не­равномерности осадок отдельных частей здания, что наиболее опас­но для сооружения.

Проектирование оснований - сложная комплексная задача. При ее решении необходимо учитывать общие инженерно-геологические ус­ловия строительной площадки, свойства грунтов, конструктивные и эксплуатационные особенности проектируемых зданий и сооружений, условия производства работ по устройству оснований и фундаментов. Проектирование оснований и фундаментов осуществляется строго в соответствии с действующими нормативными документами. Согласно действующим нормам, проектирование оснований и фун­даментов ведется по двум группам предельных состояний: по несу­щей способности и по деформациям. Предельными называются та­кие состояния, при которых нормальная эксплуатация сооружения становится невозможной или вызывает затруднение.

Требования расчета по предельным состояниям заключается в том, чтобы усилия, напряжения, деформации и перемещение отдель­ных частей конструкций, оснований или всего сооружения были близки к установленным предельным величинам и не превышали их.

По 1ой группе пред. состояний фундаменты рассчитыва­ют в тех случаях, если на них передаются значительные горизонталь­ные силы, включая сейсмические, или фундамент расположен на бровке откоса либо вблизи крутопадающего откоса дороги, или ос­нование сложено скальными грунтами. Расчеты производят по проч­ности и устойчивости грунтов и конструкций под действием сило­вых воздействий. При расчетах должны быть исключены все возмож­ные формы разрушений.

По 2ой группе пред. состояний при расчете по деформа­циям фундаменты рассчитывают всегда, кроме случаев, когда осад­ка или крен фундамента заведомо неопасные для сооружения. При расчетах должны быть исключены факторы, затрудняющие нормаль­ную эксплуатацию зданий и сооружений, вызываемые чрезмерны­ми осадками, прогибами и кренами.

Вопрос №5 Типы ФМЗ. Классификация.

Основным признаком фундамента мелкого заложения является характер передачи на грунт нагрузки от надземного сооружения на этот фундамент (с учетом веса насыпного грунта). Основ­ным рабочим элементом фундамента мелкого заложения является его подошва. В транспортном строительстве, как правило, фун­даменты мелкого заложения заглубляются в грунт на глубину не бо­лее 6м.Технологическим признаком фундаментов мелкого заложения является то, что сооружаются они в открытых котло­ванах, разработанных до подошвы фундамента. На рис. приведена схема фундамента мелкого заложения. Ос­новными показателями фундамента мелкого заложения являются следующие отметки и размеры:

- отметка обреза фундамента - OL;

- отметка подошвы фундамента - FL;

- глубина заложения фундамента d = FL – DL

DL -отметка уровня планировки или уровня местного размыва;

размеры сечения надземной конструкции в уровне OL - ши­рина b₀ и длина a₀.

размеры подошвы фундамента в уровне FL- ширина bи длина a;

- высота фундамента h = FL – OL

Основным критерием, по которому различают типы ФМЗ, являются условия работы тела Ф. на изгиб. Различают два типа фундаментов – жёсткие и гибкие.Клас­сификационным показателем для данного деления фундаментов на типы служит угол α развития фундамента. линия, соединяю­щая отрезки b₀и b, называется линией развития Ф. Ф. выполненные из бетона или бутобетона, считаются жесткими, если угол развития не превышает 30⁰. Если угол разви­тия Ф. превышает граничное значение 30⁰, то такой Ф.считается гибким и для него требуется выполнить расчет прочности тела фундамента на изгиб.

Вопрос №6 Глубина заложения фу – да.

Глубина заложения фундамента зависит от глубины залегания несущего слоя грунта в основании, который должен являться надежным с точки зрения безопасного восприятия им внешних нагрузок. Если несущий слой залегает первым от поверхности, то заглубление в него фундамента определяют с учетом промерзания грунта или размыва его. В пучинистых грунтах подошва фундамента назначают на отметке ниже расчетной глубины промерзания, а при наличии размыва дна реки - не менее 2,5 м ниже отметки местного размыва. Поэтому |FL| = |DL| + d.С целью рационального проектирования глубину заложения подошвы фундамента стремятся назначить минимально возможной. Однако из этого не следует, что назначенная глубина заложения фундамента является окончательной. Ее положение в последующем корректируется на основании расчетов и правил конструирования фундамента.

Вопрос №7 Конструирование ФМЗ

Развитие размеров массивного фундамента мелкого заложения от обреза к подошве выполняется в форме ступеней. Высота ступеней обычно принимается одинаковой в пределах 1…2 м. Угол развития фундаментов не должен превышать 30^о. По общей высоте фундамента, определяется количество ступеней и их размеры.

Вопрос №8 подбор размеров ФМЗ.

К основным относятся размеры подошвы фундамента b и a (соответственно вдоль и поперек моста), а также глубина ее заложения d, отсчитываемая от расчетного уровня поверхности грунта с учетом размыва и высота фундамента h.

Размеры подошвы находятся в границах:

; , где ,

где b₀, a₀ – размеры опоры в плоскости обреза фундамента вдоль и поперек моста,с₀ = 0,2…1,0 м, Размер а приближенно определяется по формуле: ,

γ_c= 1,2, γ_n = 1,4 – коэффициенты условий работы и надежности, γ_F = 23 кН/м³ – расчетный удельный вес материала фундамента с грунтом на его уступах, R – расчетное сопротивление грунта несущего слоя основания, кПа, которое определяется по формуле:

где γ средний в пределах глубины заложения d удельный вес грунта, кН/м³.

Вопрос №9 Расчёт по 1ой группе.

Расчеты массивного фундамента мелкого заложения по первой группе предельных состояний предупреждают потери несущей способности оснований, устойчивости положения фундамента против опрокидывания, сдвига по подошве, устойчивости фундаментов при воздействии сил морозного пучения грунтов, потери прочности и устойчивости конструкций фундаментов.

Проверка несущей способности основания под подошвой фундамента Проверка выполняется от первого сочетания нагрузок

вдоль моста по формулам: , где и – среднее по подошве и максимальное под краем фундамента давление, кПа,

и М – расчетная вертикальная сила (кН) и момент (кН∙м), – коэффициент условий работ, – коэффициент надежности по назначению сооружения, R – расчетное сопротивление грунта несущего слоя для принятых размеров подошвы фундамента и глубины ее заложения. Проверка устойчивости положения фундамента 1) Проверка устойчивости фундамента против опрокидывания Эта проверка производится на возможность опрокидывания фундамента вокруг одного из нижних ребер от действия нагрузок в плоскости моста по условию: –момент опрокидывающих сил относительно соответствующего ребра фундамента, принимается равным моменту из второго сочетания нагрузок, – момент удерживающих сил относительно того же ребра: , где – вертикальная сила из второго сочетания нагрузок, m – коэффициент условий работы, γ_n- коэффициент надежности по назначению сооружения. 2) Проверка устойчивости фундамента против сдвига в плоскости его подошвы Эта проверка выполняется по условию:

,где – сдвигающая сила, которая принимается равной из второго сочетания нагрузок, кН, – удерживающая сила, кН. , где – коэффициент трения кладки материала фундамента по грунту.

Вопрос №10 Расчёт по 2ой группе.

Расчеты по второй группе предельных состояний выполняются с целью проверки назначенных размеров фундамента по предельно допустимым деформациям, при которых сооружение (мост) может еще нормально выполнять свои эксплуатационные функции. Определение осадки основания фундамента: Равномерная осадка основания фундамента определяется по среднему дополнительному давлению на грунт от вертикальных нагрузок. При этом рекомендуется пользоваться методом послойного суммирования

Проверка горизонтального смещения верха опор. Горизонтальное перемещение верха опоры определяют по формуле: , где – горизонтальное перемещение опоры за счет деформации изгиба тела опоры и фундамента, которое при жесткой конструкции опоры и фундамента разрешается считать равным нулю, , h – высота опоры и фундамента, – угол поворота фундамента (крен), рад. Крен прямоугольного фундамента в плоскости моста (третье сочетание нагрузок) определяется по формуле: , где – безразмерный коэффициент, принимается по таблице. – средние в пределах расчетной зоны сжатия основания значения Горизонтальное перемещение верха опоры, вычисленное по формуле ограничивается предельно допустимым его значением , которое назначается равным ,

Вопрос № 12Расчётное сопротивление и несущая способность ФМЗ

Проверка выполняется от первого сочетания нагрузок

вдоль моста по формулам: , где и – среднее по подошве и максимальное под краем фундамента давление, кПа,

и М – расчетная вертикальная сила (кН) и момент (кН∙м) из первого сочетания нагрузок, – коэффициент условий работ, – коэффициент надежности по назначению сооружения, R – расчетное сопротивление грунта несущего слоя для принятых размеров подошвы фундамента и глубины ее заложения.

R – расчетное сопротивление грунта несущего слоя основания, кПа, которое определяется по формуле:

где γ средний в пределах глубины заложения d удельный вес грунта, кН/м³.

Вопрос №11 Определение осадки основания фундамента методом послойного суммирования, порядок расчета 1) Определяется среднее давление (кПа) по подошве фундамента: P=Fv/A, 2) Определяется природное напряжение в уровне подошвы фундамента от собственного весагрунта: , где – средний по глубине удельный вес грунта (кН/м³) d_n – глубина заложения фундамента м. Удельный вес грунта с учетом взвешивающего воздействия воды определяется поформуле: , 3) Определяется избыточное над природным среднее давление по подошве фундамента: , 4) Разбивается групповая толща ниже подошвы фундамента на отдельные слои толщиной (0,2…0,4) м, но не более 2 м.5) Определяются напряжения от собственного веса лежащего выше грунта на границах выделенных слоев под центром тяжестиподошвы фундамента: ,где – удельный вес грунта i -го слоя с учетом гидростатического взвешивания, кН/м³, – толщина i -го слоя грунта, n – число слоев. При наличии водоупора на его границе и ниже к напряжениям добавляется давление воды, равное , где и 2.По вычисленным значениям слева от вертикальной оси строится эпюра напряжений. 6) Определяются дополнительные , где – коэффициент рассеивания напряжений. справа от вертикальной оси по вычисленным значениям строится эпюра дополнительных напряжений до глубины, где: , Граница, где выполняется это условие, принимают за нижнюю границу расчетной зоны сжатия основания. 7) Определяется среднее в каждом i -м слое дополнительное напряжение 8) Определяется осадка (в м) каждого выделенного слоя от давления по формуле: , где 0,8 – безразмерный коэффициент, – модуль деформации грунта в i -м слое, кПа. 9) Вычисляется полная осадка основания 10) Расчетная осадка S не должна превосходить предельно допустимую для данного сооружения осадку S_и, которую для опор балочных разрезных мостов рекомендуется принимать равной: ,где – длина меньшего пролёта

Вопрос №14 Типы свай.

Применяемые в строительстве сваи различаются по нескольким признакам: по материалу, из которого они изготовлены, по разме­ру, форме, по способу устройства в грунте и др. Сваей называет­ся элемент, погружаемый в грунт, - деревянный, бетонный, железобетонный или стальной, сплошного сечения или полый, (с закрытым нижним концом), имеющий диаметр поперечного се­чения не более 0,8 м. Различают разновидности свай - свая-оболочка и свая-столб. Сваей-оболочкой называется полый железобетонный или стальной элемент, погружаемый в грунт с открытым нижним концом с после­дующей выемкой грунта из внутренней полости диаметром 1-3 м. Свая-столб - элемент, как правило, изготовляемый из железобето­на на месте строительства в заранее пробуренной скважине диамет­ром более 0,8 м. Деревянные сваи. Сваи изготовляют из хвойных пород леса, преимущественно из сосны и лиственницы со здоровой древесиной, диаметром от 18 до 40 см и длиной 4,5-8,5 м. Рекомендуется использовать деревья зимней рубки с неограниченной влажностью. Сваи погружают в грунт тонким концом, который заостряют на 3 или 4 грани.Если в грунтах содержатся твердые включения (гравий, галька и пр.), острие сваи защищают стальным башма­ком, который крепят гвоздями. Заострение укрепляют сталь­ным кольцом-бугелем из полосы толщиной 12-20 мм и шириной 50-100 мм для защиты от размочаливания при ее забивке. Бревна в свае можно наращивать. Стык по длине сваи делают не более одного раза, строго в торец и фиксируют стальным штырем или уголковыми накладками. Более длинные деревянные сваи (до 25 м) изготовляют пакетными из трех или четырех штук. 3абивные железобетонные сваи сплошного сечения. Широко применяют железобетонные сваи квадратного сечения 30 х 30, З5 х З5 и 40 х 40 см с обычной или предварительно напряженной арматурой. Реже используются сваи прямоугольного сечения. Мостовые сваи бывают нетрещиностойкие которые изготавливают из обычного железобетона с невысоким процентом армирования. Трещиностойкие имеют больший процент армирования. Сваи из сборных ж.б. оболочек. Представляет собой бетонную трубу из бетона класса В35 для заполнения оболочки используется бетон более низких классов. оболочка армируется. Сваи стальные и сталебетонные. Делают из прокатных профилей или из труб. Для увеличения жёсткости сваривают в пакеты. Ими пробивают прослойки полускальных грунтов. Винтовые сваи. Состоит из стального ствола и стального башмака с лопастями. Погружают путём завинчивания с помощью кабестов. Набивные и буровые сваи. Предварительно бурят скважину, уплотняют грунт и заполняют бетоном. Камуфлетные сваи. Тоже самое что и свая оболочка только в нижней части устраивают взрыв для уширения и заполняют всё бетоном.

Вопрос №15 Определение несущей способности сваи

Несущая способность по грунту на вдавливание F_d (кН) забивных висячих свай сплошного поперечного сечения определяют по формуле:,

где γ_с – коэффициент условия работы сваи в грунтах, принимаемый равным 1,

R – расчетное сопротивление грунта под нижним концом сваи, кПа,

А – площадь поперечного сечения сваи, м²,

U – периметр поперечного сечения сваи, м,

f_i – расчетное сопротивление i-го слоя грунта по боковой поверхности сваи, кПа,

h_i – толщина i-го слоя грунта, м,

n – число слоев,

γ_сR, γ_cfi – коэффициенты условия работы грунта соответственно под нижним концом и на боковой поверхности сваи, принимаемые равными1.Суммирование в формуле распространяется на все пройденные сваей слои грунта (с учетом размыва) Несущая способность сваи на выдергивание из грунта F_du (кН) определяется по формуле:

,

Вопрос №17 Конструирование свайного ф – да

общее количество свай ориентировочно определяется по формуле:

, где – наибольшая вертикальная сила в плоскости обреза фундамента G_p – вес ростверка с учетом взвешивания водой, кН, k_м – коэффициент неравномерного загружения свай за счет действия моментов, принимается в пределах 1,3…1,5, γ_k – коэффициент надежности принимаемый для фундаментов с высоким ростверком в зависимости от числа свай в фундаменте: γ_К = 1,4 при n ≥ 21, γ_К = 1,55 при n = 11…20, γ_К = 1,65 при n = 6…10. При проектировании фундамента с высоким ростверком коэффициент надежности предварительно назначается γ_К = 1,4, затем после определения числа свай корректируется и расчет повторяется. Для предварительного определения числа свай вес ростверка вычисляется по его минимальным размерам: ,

где – коэффициент надежности по нагрузке,

– минимальные размеры ростверка в плане по обрезу и его минимальная высота. Конструирование свайного фундамента заключается в эффективной расстановке необходимого числа свай в ростверке и его конструктивном оформлении. При размещении свай в фундаменте необходимо выполнять требования норм проектирования: расстояние между осями соседних свай в уровне подошвы ростверка должно быть не менее 1,5 d_p, а в уровне нижних концов свай – не менее 3 d_p, где d_p – размер стороны поперечного сечения сваи. Минимальное расстояние между гранью сваи и гранью ростверка в плоскости его подошвы должно быть не менее 0,25 м. Сваи в фундаменте могут быть вертикальными и наклонными. Наклоны свай указываются в форме заложения m: 1, где m назначается целым числом в пределах от 3 до 8.

Вопрос № 22. Проверка прочности ствола сваи. Прочность ствола сваи проверяется на сжатие с изгибом и на растяжение. Первая проверка производится в сечении, где действует наибольший (по абсолютной величине) момент М_i. Для того чтобы определить такое сечение, строится эпюра изгибающих моментов по длине сваи. В случае высокого ростверка построение эпюры выполняется: 1) На участке свободной длины сваи (от подошвы ростверка до расчетной поверхности грунта) по формуле:

M_zi = M_i + H_i(l₀ + z), -l₀£ z £ 0, 2) Ниже расчетной поверхности основания по формуле (z > 0):

M_zi = a_ε²EIu_oiA₃ – a_εEIω_0iB₃ + (M_i + H_il₀)C₃ + D₃H_i/a_ε,

Где ; .

z – расстояние по вертикали, отсчитываемое от расчетной поверхности основания (положительное направление отсчета вниз); – коэффициенты, зависящие от приведенной величины координаты z: . Условия прочности i -й сваи на сжатие с изгибом удовлетворяются, если точка с координатами N =N_i, М = mах М _i располагается ниже соответствующей кривой прочности сваи.

Вопрос №23. Расчеты по второй группе предельных состояний предусматривают проектирование такой конструкции фундамента, при которой деформации сооружения (моста) ограничены допустимыми для нормальной эксплуатации пределами. Проверка по отклонению верха опоры

Горизонтальное перемещение верха опоры вычисляется по формуле: u₀=u_оп+u+(h_оп+h_р)×w, где u _оп= 0 – горизонтальное перемещение верха опоры за счет собственных деформаций, u, w – горизонтальное перемещение и угол поворота ростверка, определенные по формулам (3.17) для третьего сочетания нагрузок, h _оп– высота опоры, h _p– высота ростверка.

Расчет сводится к проверке неравенства:

, .

Расчет осадки основания свайного фундамента

Осадка свайного фундамента рассчитывается по схеме условно массивного фундамента методом послойного суммирования аналогично расчету осадки основания фундамента мелкого заложения

1) Среднее давление (кПа) по подошве условного фундамента на четвертое сочетание нагрузок равно:

2) Определяется природное напряжение в уровне подошвы условного фундамента от собственного веса грунта по формуле.

3) Определяется избыточное над природным среднее давление по подошве условного фундамента по формуле: затем также как в послойном суммировании

Вопрос №27. Устройство свайных ф – ов ……

Постройка свайных фундаментов включает работы, связанные с изготовлением свай, их погружением и устройством плиты роствер­ка. При сооружении фундаментов с низким ростверком выполняют также котлованные работы.

Забивка. Сваи забивают сваебойными молотами, которые навешивают на копры или краны, снабженные направляющими стрелами. для на­правленной забивки свай применяют также кондукторы и направ­ляющие каркасы. Простейшим типом является подвесной молот (механический), который представляет собой металлическую отливку массой от 0,25 до 4,0 т и по направляющей стреле сбрасывается на голову сваи с высоты 3-4 м. Подъем молота осуществляется тросом от ручной или механической лебедки. Частота ударов составляет 3-4 в мин. Подвесные молоты просты по конструкции, безотказны в рабо­те, но их производительность невелика. Их применяют, когда надо забить небольшое число свай на малую глубину. Паровоздушные молоты приводятся в действие энергией сжатого воздуха или пара. В паровоздушных молотах одиночного действия энергия сжатого воздуха или пара используется только для подъема ударной части. Поршень молота через шток неподвижно соединен с головой сваи. Энергия удара такого молота создается только весом падаю­щего цилиндра. Гuдромолоmы при водятся в действие давлением жидкости (масла) и могут быть двух типов - одиночного и двойного действия. В мо­лотах одиночного действия гидропривод служит только для подъе­ма ударной массы. Частота ударов при этом не превышает 40 в мин. В молотах двойного действия гидропривод действует не только при подъеме ударной массы, но и образует дополнительную силу удара за счет разгона этой массы при падении. Копры представляют собой жесткие стержневые конструкции, предназначенные для подъема и установки свай на место погружения, для подвешивания молота и направления свай и молота в процессе погружения. Вибропогружение. Вибропогружение свай особенно эффективно в песчаные грунты, так как оно обеспечивает большую скорость погружения в сравнении с забивным методом и несколько увеличивает несущую способность свай. В глинистых грунтах вибрационный метод погру­жения снижает несущую способность свай и менее производителен, чем забивной. Вибропогружение применяют также для тонкостенных железобетонных оболочек большого диаметра (более 0,8 м), так как забивка их затруднительна. Принцип действия вuбропогружателей основан на их направлен­ных, продольных по отношению к сваям колебаниях, возникающих от синхронно и противоположно направленного вращения от элек­тропривода горизонтально расположенных парных валов с дебалан­сами. Вибропогружатели жестко соединяют с погружаемыми элемен­тами с помощью болтового или зажимного наголовника. При работе вибропогружателя возникает вынуждающая сила, вызывающая продольные колебания всей системы и погружение свай или шпунта. Горизонтальные составляющие центробежных сил экс­центриков воспринимаются корпусом вибратора и взаимно уравно­вешиваются.

Вопрос №25. Устройство котлованов. Возведению фундаментов в открытых котлованах предшествуют подготовительные работы: расчистка и планировка строительной площадки с организацией водоотвода, прокладка дорог, перенос подземных коммуникаций, подводка электроснабжения и другие работы. Для закрепления на местности проектногo положения фундаментов и их котлованов производят разбивочные геодезические работы. Размеры котлованов назначают в соответствии с проектными размерами фундаментов с запасом для устройства их креплений, установки опалубки, организации водоотлива. Для закрепления осей и контура фундамента, а также границ котлована устраивают обноску, состоящую из досок толщиной 40 мм, закрепленных на столбиках диаметром 14-16 см, забитых на расстоянии 1,5-2 м от бровки котлована. На кромках досок обноски наносят метки (пропилы), соответствующие линиям граней котлована и фундамента. Через метки натягивают шнуры, навешивают отвесы и по их положению делают отметки на поверхности земли. При строительстве на местности, покрытой водой, разбивочные работы удобно вести зимой со льда. В летний период оси фундаментов на акватории закрепляют сваями, которые устанавливают в проектное положение методом триангуляции (созданием сети опорных центров) с береговых базисов. Вертикальную разбивку производят нивелированием проектных отметок в процессе ведения работ, пользуясь реперами, закрепленными на стройплощадке. Крепление. Простейшее закладное крепление состоит из горизонтальных досок или горбылей и поддерживающих их стоек и распорок. Доски забирки заво­дят за стойки снизу по мере рытья котлована в несколько приемов. Стойки при этом заменяют на более длинные, а распорки перезак­репляют. Исходя из расчетных схем в котлованах ши­риной более 6 м стойки закрепляют подкосами. Другой тип закладного крепления состоит из двутавровых сталь­ных стоек, предварительно забитых по периметру котлована. Шпунтовое крепление служит не только для удержания вертикальных стен котлована от обрушения, но и препятствует притоку грунтовых вод в котлован. Шпунтовые стенки могут быть деревянными, стальными и железобетонными. По способу их крепления различают свободно стоящие, распорные и с анкерным креплением. Его применяют, когда уровень подземных или поверхностных вод расположен в пределах глубины котлована, и выполняют в виде сплошной стенки, заглубленной ниже отметки дна. Такое крепление состоит из шпунтин (свай), погружаемых по контуру котлована до начала его отрывки, маячных свай и направляющих схваток (обвязки), обеспечивающих проектное положение шпунта в процессе его погружения, а также распорок или анкерующих устройств, удерживающих шпyнтины от обрушения. При разработке котлованов ниже уровня воды организуют их осушение на период производства работ. Осушение котлованов осуществляют разными способами: открытым водоотливом, глубинным водопонижением, электроосушением. При открытом водоотливе. воду из котлована откачивают насосами. И из специально обустроенных приямков-зумпфов, которые размещают по углам на дне котлована, постепенно углубляя их или закладывая новые по мере рытья котлована. В зумпфы вода стекает по водосборным канавкам, которые устраивают по периметру котлована с уклоном. В зумпф опускают всасывающую трубу насоса с проволочной сеткой на конце и засыпают ее гравием или мелким щебнем. Уровень воды в зумпфе поддерживают ниже дна котлована на 0,25-0,5 м. При надежном водозащитном ограждении котлована вода может поступить в него только со дна. Если шпунт забит до водоупора, то вода в котлован не поступает. Если шпунт не доходит до водоупора, то приток воды будет тем больше, чем больше толщина водопроницаемого слоя грунта под шпунтом. Открытый водоотлив является простым и дешевым способом осушения котлованов. Недостатком его является то, что в пылеватых гpyнтах при интенсивном водоотливе возможно вымывание частиц (механическая суффозия) и снижение несущей способности основания. Водопонижение. Искусственное понижение горизонта грунтовых вод на месте расположения котлована применяют в мелкозернистых пылеватых и глинистых грунтах. Сущность способа заключается в откачке воды из скважин, устраиваемых по периметру котлована. В результате откачки вокруг котлована образуется депрессионная поверхность грунтовых вод. Откачивают так, чтобы уровень грунтовых вод опустился ниже дна котлована не менее чем на 0,5 м.

Вопрос №21 Расчеты свайного фундамента по первой группе предельных состояний

Расчеты по первой группе предельных состояний предусматривают проектирование такой конструкции фундамента, при которой не должны происходить разрушения отдельных его элементов. Проверки несущей способности свай на вдавливание в грунт и выдергивание из грунта Несущая способность грунтов в основании сваи рассчитывается исходя из условия:

,

При расчете свай как на вдавливание, так и на выдергивание продольное усилие N_i, возникающее в свае от расчетной нагрузки, определяется с учетом собственного веса сваи, принимаемого с коэффициентом надежности по нагрузке g_f=1,1 (вес сваи определяется по массе, умножением ее на ускорение свободного падения).

,

Проверка прочности ствола сваи

Прочность ствола сваи проверяется на сжатие с изгибом и на растяжение. Первая проверка производится в сечении, где действует наибольший (по абсолютной величине) момент М_i. Для того чтобы определить такое сечение, строится эпюра изгибающих моментов по длине сваи. В случае высокого ростверка построение эпюры выполняется:

1) На участке свободной длины сваи (от подошвы ростверка до расчетной поверхности грунта) по формуле: M_zi = M_i + H_i(l₀ + z), -l₀£ z £ 0,

2) Ниже расчетной поверхности основания по формуле (z > 0):

M_zi = a_ε²EIu_oiA₃ – a_εEIω_0iB₃ + (M_i + H_il₀)C₃ + D₃H_i/a_ε,

Где ;(3.24)

.

z – расстояние по вертикали, отсчитываемое от расчетной поверхности основания (положительное направление отсчета вниз); – коэффициенты, зависящие от приведенной величины координаты z: . Условия прочности i -й сваи на сжатие с изгибом удовлетворяются, если точка с координатами N =N_i, М = mах М _i располагается ниже соответствующей кривой прочности сваи.

Проверка устойчивости грунта, окружающего сваю

При поперечных перемещениях свай может произойти потеря устойчивости грунта в виде его пластического выпора, что приведет к ухудшению работы свай. Соответствующий расчет сводится к проверке неравенства:

(3.25)

где h₁,h₂ – коэффициенты принимаемые h₁=h₂ =1, j, c – расчетные значения удельного сцепления, кПа, и угла внутреннего трения грунта, g– расчетный удельный вес грунта, определяемый в водонасыщенных грунтах с учетом взвешивания в воде, x– коэффициент, принимаемый для забивных свай равным 0,6. Расчетное давление на грунт s_zi,кПа, боковой поверхности сваи, определяемое на глубине z = 0,85/α_ε,рассчитывается по формуле:

Проверка прочности опорного и подстилающего слоев основания Эти проверки выполняются по схеме условно массивного фундамента. Условный фундамент принимается в форме прямоугольного параллелепипеда. Определение его размеров для фундамента с низким ростверком показано на рисунке 3.3, а, а для фундамента с высоким ростверком – на рисунке 3.3, б. Рисунок 3.3 –К расчету свайного фундамента с низким – а и высоким – б ростверками как условно массивного фундамента На этих рисунках а – угол наклона крайних свай, а φ_m– средневзвешенное значение угла внутреннего трения для пройденных сваей грунтов где φ_i – угол внутреннего трения i-го слоя грунта, расположенного в пределах глубины заложения свай, с учетом размыва дна,

h_i – толщина i - го слоя грунта в пределах глубины d.

Несущая способность основания условного фундамента проверяется, как и фундамента мелкого заложения, по среднему р и максимальному р_max давлению по его подошве:

где N_c – нормальная составляющая давления условного фундамента на грунт основания, кН, определяется с учетом веса грунтового массива 1–2–3–4 вместе с заключенными в нем сваями, l₁ – расстояние от подошвы ростверка до поверхности грунта с учетом размыва, м, d – глубина заложения условного фундамента по отношению к расчетной поверхности грунта, м, a_cb_c – размеры в плане условного фундамента в направлении, параллельном плоскости действия нагрузки и перпендикулярном ей, м, C_b– коэффициент постели в уровне подошвы условного фундамента, кН/м³, определяемыйпри d<10 м по формуле С_b = 10К/3, R – расчетное сопротивление грунта несущего слоя основания условного фундамента, определяемое по формуле (2.6) с учетом его размеров.

,

Вопрос № 31 Поверхностное и глубинное уплотнение.

Оптимальная влажность – влажность, при которой достигается максимальная плотность грунта при условиях его уплотнения падающим грузом.

Поверхностное уплотнение – в пределах деформируемой зоны основания или её части, уплотняющее воздействие прикладывается с поверхности грунта. Поверхностное уплотнение применяется для: увеличения плотности грунта; обеспечения равномерности осадки зданий; уменьшения водопроницаемости глинистых грунтов основании сооружений. 1)уплотнение грунтов укаткой. Применяется для всех грунтов при большом фронте работ, обеспечивающем достаточную маневренность механизмов, уплотнение производят гладкими, кулачковыми или пневматическими катками. 2) вибрационное уплотнение. Эффективно для несвязанных грунтов. При уплотнении на грунт передаются колебательные воздействия, из за чего происходит более плотная укладка грунта. 3) Уплотнение тяжёлыми трамбовками. Уплотнение происходит за счёт падающих с кранов – экскаваторов тяжёлых трамбовок. 4) Вытрамбовывание котлованов под фундаменты производится уплотнением грунта путем сбрасывания с высоты 4 – 8 м. трамбовки весом 15 – 100 кН, имеющей форму будущего фундамента. Глубинное уплотнение – в пределах всей толщей рыхлых грунтов основания, уплотняющее воздействие прикладывается по всей глубине массива или по её части. 1) Глубинное уплотнение грунтовыми сваями. На расстоянии друг о друга устраиваются скважины, которые потом заполняются уплотненным грунтом. Грунт при образовании скважин не вынимается, а вытесняется в окружающий массив в результате чего грунт уплотняется. 2) уплотнение грунтов пневмопробойниками. Пневмопробойник представляет собой снаряд с внутренним ударником, приводимым в действие подачей в него сжатого воздуха. Пневмопробойник погружается в грунт на нужную глубину образуя скважину, грунт вокруг скважины уплотняется, затем скважина заполняется грунтом и проходка повторяется (не более 3 – 4 проходок).затем скважина заполняется тощим бетоном и трамбуется. Эффективно используется в городских условиях. 3) Раскатчики скважин. Раскатчик состоит из установленных на валу конических катков при вращении которые внедряются в грунт и уплотняют его. 4) Известковые сваи. Скважины заполняются известью которая при добавлении воды расширяется и уплотняет грунт. 5) уплотнение просадочных грунтов предварительным замачиванием. При водонасыщении грунт самоуплотняется от собственного веса. В верхней части грунт не уплотняется требуется поверхностное уплотнение. 6) уплотнение просадочных грунтов подводными взрывами. Заряды располагаются в сетке на расстоянии от уплотняемого основания. слой воды ниже обеспечивает равномерную передачу энергии на грунт. 7) уплотнение песчаных грунтов глубинной вибрации. Вибратор помещается в песок под собственным весом рядом помещается труба для подачи воды. 8) уплотнение грунтов понижением уровня подземных вод. Из за длительных откачек происходит уплотнение. 9) уплотнение грунтов статической нагрузкой с вертикальным дренированием.

Вопрос 24. Расчёт свайного ф – да……………

Условный фундамент принимается в форме прямоугольного параллелепипеда. Определение его размеров для фундамента с низким ростверком показано на рисунке 3.3, а, а для фундамента с высоким ростверком – на рисунке 3.3, б. Рисунок 3.3 –К расчету свайного фундамента с низким – а и высоким – б ростверками как условно массивного фундамента На этих рисунках а – угол наклона крайних свай, а φ_m– средневзвешенное значение угла внутреннего трения для пройденных сваей грунтов где φ_i – угол внутреннего трения i-го слоя грунта, расположенного в пределах глубины заложения свай, с учетом размыва дна,

h_i – толщина i - го слоя грунта в пределах глубины d.

Несущая способность основания условного фундамента проверяется, как и фундамента мелкого заложения, по среднему р и максимальному р_max давлению по его подошве:

где N_c – нормальная составляющая давления условного фундамента на грунт основания, кН, определяется с учетом веса грунтового массива 1–2–3–4 вместе с заключенными в нем сваями, l₁ – расстояние от подошвы ростверка до поверхности грунта с учетом размыва, м, d – глубина заложения условного фундамента по отношению к расчетной поверхности грунта, м, a_cb_c – размеры в плане условного фундамента в направлении, параллельном плоскости действия нагрузки и перпендикулярном ей, м, C_b– коэффициент постели в уровне подошвы условного фундамента, кН/м³, определяемый при d<10 м по формуле С_b = 10К/3, R – расчетное сопротивление грунта несущего слоя основания условного фундамента, определяемое по формуле (2.6) с учетом его размеров.

,