I . ФУНДАМЕНТЫ, ИХ ВИДЫ И ОСНОВЫ РАСЧЕТА
ЗАЩИТА ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ ОТ ГРУНТОВЫХ ВОД
Общие сведения
Грунтовые воды при высоком уровне их стояния могут затоплять подвальные помещения и создавать в них сырость. Под влиянием капиллярных сил влага может распространиться вверх по порам кладки стен и вызвать сырость также в нижних этажах здания. Все это влечет нарушение санитарных условий помещений, способствует развитию гнили и заражению грибком деревянных частей здания.
Теплозащитные свойства наружных стен с появлением сырости понижаются, а при замерзании накопившейся в их порах воды происходит механическое разрушение материала. Если грунтовые воды обладают еще и агрессивными свойствами по отношению к бетону, интенсивность разрушения фундаментов и других подземных частей сооружения увеличивается.
Чтобы защитить здания и сооружения от вредного воздействия грунтовых вод, ведут борьбу с прониканием атмосферных осадков в грунт, устраивают дренажи для его осушения и применяют гидроизоляцию.
Отвод поверхностных вод и осушение грунтов дренажами улучшают условия строительства фундаментов и последующую эксплуатацию подвальных и подземных помещений. Эти мероприятия облегчают также выбор типа гидроизоляции, если в ее устройстве встречается необходимость.
В настоящее время известно много видов гидроизоляции, различающихся по своей надежности, стоимости и сложности устройства. Из них в каждом конкретном случае необходимо выбрать наиболее рациональный тип, чтобы в комплексе с другими водозащитными мероприятиями обеспечить заданный режим влажности в изолируемых помещениях на весь срок их службы. Предпочтение следует отдать такому решению, которое является наиболее экономичным, удобным в эксплуатации и позволяет осуществить выполнение намеченных работ в короткий срок.
Правильное решение этой задачи возможно, если при инженерно-геологических изысканиях будут собраны все необходимые материалы, освещающие гидрогеологические условия территории строительства и выявлены все причины, вызывающие переувлажнение грунтов.
Количество слоев оклеечной битумной гидроизоляции
Назначение гидроизоляции
II. ИСКУССТВЕННЫЕ ОСНОВАНИЯ И СВАЙНЫЕ ФУНДАМЕНТЫ
Фундаменты на песчаных подушках и уплотнение грунтов.
ИСКУССТВЕННОЕ ЗАКРЕПЛЕНИЕ ГРУНТОВ
Цементация
Цементацию применяют для закрепления песчаных и гравелистых грунтов и устройства в них противофильтрационных завес, а также для заделки различных полостей и трещин в скальных грунтах. Наибольшее распространение цементация получила в строительстве гидротехнических сооружений как средство борьбы с фильтрацией воды под плотиной или в ее обход.
Цементация возможна в грунтах, в поры которых могут проникать цементные частицы. Она наиболее эффективна в гравелистых и крупнозернистых песках, затруднительна в мелкопесчаных грунтах и неприменима в илистых, пылеватых и глинистых грунтах.
Цементацию считают недостаточно надежной при наличии агрессивных вод и при значительных скоростях фильтрации в период производства работ.
Для нагнетания в грунт используют цементные суспензии (цемент + вода) составом 1 : 1 до 1 : 10. Более жидкий состав применяют при тонких трещинах и мелких порах. Проникание в грунт улучшается, если произвести дополнительное измельчение частиц цемента путем его домола в сухом виде на специальных мельницах вибрационного типа. Сорт и марку цемента выбирают в зависимости от назначения цементации и степени агрессивности грунтовых вод.
В настоящее время применяют также суспензии из цементно-глинистых смесей, именуемых растворами, где используют вибродомолотый цемент и высокодисперсную глину. Обычно глину берут в. количестве 50 ÷ 100% от веса цемента. При нагнетании цементно-глинистых растворов достигается высокая плотность получаемого в порядке камня, приближающегося по своим водозащитным свойствам к глинам и обладающего повышенной стойкостью в агрессивной среде. Инъекция цементно-глинистых растворов была, например, успешно применена Ленинградским метростроем для повышения водонепроницаемости грунтов, окружающих подземные конструкции станции «Автово» и эскалаторный туннель станции «Площадь имени Ленина». При цементации же скальных грунтов, содержащих сравнительно крупные трещины и полоски, В состав цементной суспензии добавляют песок, потребное количество которого обычно устанавливают по опытным данным.
Цементные суспензии и растворы нагнетают по трубам, погружаемым в грунт и имеющим в нижней части боковой их поверхности отверстия. Для нагнетания обычно используют грязевые поршневые насосы, а для густых растворов также и диафрагмовые насосы.
Расстояние между нагнетательными трубами зависит от водопоглощающей способности грунта и колеблется в пределах 1 - 3 м.
Его рекомендуют определять опытным путем.
Термическое закрепление
Термическое закрепление применяют в лессовых грунтах для устранения их просадочных свойств. В первых опытах по термическому закреплению, произведенных Н. А. асташевым в 1936 г., горячие газы поступали из печи в скважину по трубе и под давлением распространялись в толще окружающего грунта, производя его обжиг.
В 1955 г. этот способ был усовершенствован в ЮЖНИИ по строительству И. М. Литвиновым с группой сотрудников. Сжигание топлива производили не в печи, а в устье самой скважины, герметически закрытой сверху, куда для обеспечения горения кислородом нагнетали воздух под давлением 0,15 ÷ 0,5 ат.
Для обжига здесь применяют жидкое и газообразное топливо.
Режим его горения выбирают таким, чтобы образующиеся газы не вызывали плавления грунта в стенках скважины, которое имеет место при температуре 1200-1400°. В скважинах с оплавленными стенками может произойти закупорка пор, а это вызывает резкое сокращение притока горячих газов в его толщу.
Термическое закрепление доступно в лессовых грунтах при коэффициенте воздухопроницаемости 0,2-0,4 см/сек. Глубина скважин обычно бывает не более 15 м , но при малой мощности закрепляемого грунта
(до 3 м ) применять обжиг нерационально. Считают, что для образования вокруг скважины цилиндрического тела из термически закрепленного грунта диаметром до 2-2,5 м требуется примерно 80-120 кг жидкого топлива на каждый 1 м ее глубины, а время обжига может колебаться в пределах 5 - 10 дней.
Обожженный грунт не размокает и не набухает, повышается его морозоустойчивость. Вместе с тем он приобретает повышенную водопроницаемость, не изменяющуюся во времени, что превращает его в своеобразный фильтр. Через такой «фильтр» вода может проникнуть к его подошве и вызвать замачивание залегающего под ним незакрепленного грунта. Поэтому термическое закрепление следует считать надежным, когда образующиеся керамические тела прорезают всю просадочную толщу и опираются на устойчивый непросадочный грунт.
Для закрепленного обжигом грунта модуль деформации принимают в пределах 20 – 30 МПа, а его сопротивление внешним нагрузкам оценивают величиной 0,4 – 0,6 МПа. При этом сопротивление сжатию необожженного грунта, находящегося между керамическими столбами, не учитывают.
Основные сведения.
Свайные фундаменты имеют с давних пор широкое распространение в практике строительства различных сооружений на слабых грунтах. В зависимости от способа передачи нагрузки грунту сваи могут работать либо как стойки, либо как висячие опоры (рис. 2.5)
Рис. 2.5. Общий вид устройства фундаментов из свай-стоек и висячих свай (справа)
Сваи-стойки прорезают толщу слабого грунта и своей подошвой опираются на нижерасположенный прочный грунт, например: скалу, если последний залегает на практически достижимой глубине. Висячие сваи своим нижним концом прочного грунта не достигают. Они удерживаются в слабом грунте силами его сопротивления, приложенными к боковой поверхности свай и их подошве.
Силы сопротивления грунта, действующие вдоль боковой поверхности свай, часто называют силами трения,· что применительно к пескам, возражений не встречает. Однако в глинистых грунтах, богатых содержанием коллоидов, заметное влияние могут приобрести и силы сцепления, возникающие, например, под влиянием их тиксотропных свойств или иных причин.
Раздельный учет сил трения и сцепления в расчете висячих свай затруднителен. Поэтому их условно называют силами сопротивления, не подразделяя на трение и сцепление. Если же их и считают иногда силами трения, то следует иметь в виду, что в этом определении содержится по существу более сложное понятие.
Висячие сваи могут хорошо работать в тех случаях, если в окружающем грунте создается необходимое уплотнение, которое образуется при их забивке молотами или вибраторами. Если такие сваи достигают своим нижним концом поверхности твердого грунта, их рассматривают уже как стойки.
Рис. 2.6. Высокий свайный ростверк
Сваи, устраиваемые бетонированием в заранее пробуренных скважинах, уплотненной зоны в окружающем грунте не образуют, а потому силы его сопротивления на боковой поверхности этих свай меньше, чем у забивных. Они обжаты лишь природным давлением грунта.
Если набивные сваи окружены сбоку слабым грунтом, их обычно рассматривают как стойки и стремятся заглубить до прочного малосжимаемого грунта.
Погруженные в грунт сваи перекрывают плитой или иной аналогичной конструкцией, носящей название ростверка. Ростверки служат для взаимной связи свай между собой и способствуют выравниванию их осадки. В зависимости от характера заглубления свай в грунт различают низкие и высокие свайные ростверки.
Низким называют ростверк, устроенный на сваях, заглубленных в грунт полностью (см. рис. 2.5.), а высоким,- когда это заглубление, осуществлено лишь частично (рис. 2.6.).
В мостовых опорах низкий свайный ростверк может иногда получить вид высокого, если при размыве грунта в русле peки обнажаться сваи в верхней их части. Возможности таких изменений в работе свай учитывают при проектировании.
Расчет свайных фундаментов с высоким ростверкам производят по общепринятому в строительной механике методу деформаций. Плиту ростверка в сравнении со сваями полагают бесконечно жесткой. Ее считают опертой на упругие стержни - сваи, деформации которых принимают прямо пропорциональными действующим нагрузкам. В сложных опорах учитывают также роль наклонных свай, раскосов и различного рода поперечных поясов, повышающих сопротивление внешним силам.
Виды ростверков на сваях
Конструктивно сваи, как уже указывалось, объединяют поверху ростверком, который способствует также и выравниванию осадки свай. По роду материалов ростверки подразделяют на деревянные, бетонные и железобетонные.
Деревянные ростверки имеют вид подмости, и их устраивают лишь на деревянных сваях, если дерево постоянно будет находиться ниже самого низкого горизонта воды не менее чем на 0,5 м. В старину такие ростверки имели широкое распространение. Теперь их чаще заменяют бетонной подушкой, устройство которой проще. Деревянные ростверки применяют лишь в случаях, когда в конструкции свайного фундамента имеются сваи, работающие на растяжение. Здесь их надежно соединяют посредством врубок с элементами самого ростверка.
Бетонные ростверки или подушки применяют на любых сваях.
Обычно их делают толщиной 0,7-0,8 м, а в опорах крупных сооружений - не менее 1 м. При опирании на сваи сплошной железобетонной плиты такая подушка может быть устроена минимальной толщины, достаточной, чтобы покрыть головы свай и образовать ровную поверхность для разбивки сооружения.
Бетонные подушки не обеспечивают надежного закрепления свай, работающих на растяжение. В этом случае ростверки делают железобетонными, а их арматуру надежно соединяют с арматурой свай. Бетонные сваи могут работать лишь на сжатие.
При компактном расположении свай в плане их головы иногда бывает целесообразно заключить в железобетонную оболочку и заполнить ее бетоном. Головы свай здесь получают хорошую заделку в бетон, который в окружающей его оболочке будет находиться как в обойме.
В настоящее время начали применять, составные железобетонные ростверки сборной конструкции. Их сопряжение между собой и со сваями или оболочками осуществляют посредством сварки выпусков арматуры или закладных частей.
Общие сведения
Свайные фундаменты и их основания рассчитывают по трем предельным состояниям:
по несущей способности (по прочности или устойчивости) - сваи, ростверки, основания свайных фундаментов;
по деформациям (по осадкам и перемещениям) - основания и конструкции свайных фундаментов;
по трещиностойкости (по образованию или раскрытию трещин) - железобетонные сваи и сваи-оболочки, ростверки.
Расчет свайных фундаментов по первому предельному состоянию ведут на воздействие расчетных нагрузок от сооружений. При этом учитывают расчетные характеристики грунтов и расчетные сопротивления материалов свай, и ростверков. В указанном расчете определяют несущую способность свай, которую находят как по сопротивлению окружающего грунта, так и по прочности их материала, принимая окончательно меньшее из полученных двух значений.
Расчет ростверков ведут по прочности их материала.
Для оснований свайных фундаментов производят расчет их устойчивости. Его выполняют лишь в случаях, когда на сооружение действуют горизонтальные силы или когда площадка строительства ограничена с одной стороны откосом.
Расчет по второму предельному состоянию ведут для оснований фундаментов, сооруженных из висячих свай. В расчете рассматривают воздействие нормативных нагрузок на основание и учитывают нормативные характеристики грунтов. Целью этих расчетов является определение вероятной осадки и крена сооружений, возведенных на сваях.
Расчеты перемещений производят для конструкций высоких свайных ростверков и горизонтально нагруженных свай. Расчеты высоких ростверков основаны на использовании методов строительной механики и излагаются в специальных трудах. Расчету горизонтально нагруженных свай посвящены также многие работы.
Расчет по третьему предельному состоянию ведут на усилия от расчетных нагрузок, руководствуясь требованиями, предъявляемыми в отношении трещинообразования к элементам железобетонных конструкций (СНиП [ 5 ] «Бетонные и железобетонные конструкции»). При этом в сваях и сваях-оболочках с предварительно напряженной арматурой появление трещин не допускается. Если же для свай применена арматура без предварительного напряжения, то раскрытие трещин считают возможным, но их ширина не должна превышать 0,3 мм .
Учитывают также· применительно к сваям соответствующие указания и правила по антикоррозийной защите строительных конструкций. По этой причине появление трещин не допускается, в частности, в железобетонных сваях и ростверках, омываемых водой и находящихся в зоне переменного замораживания и оттаивания или подверженных воздействию агрессивных вод.
Свайные фундаменты проектируют в соответствии с указаниями СНиП 2.02.03 – 85 «Свайные фундаменты» (нормы проектирования). В этих нормах приведены указания по расчету забивных и набивных свай, свай-оболочек, свай винтовых и с камуфлетным утолщением внизу, а также изложены дополнительные требования к проведению инженерно-геологических изысканий на площадке строительства.
Общие сведения
Грунты называют мерзлыми, если они имеют отрицательную или нулевую температуру и содержат включения льда. Мерзлота бывает сезонной, возникающей под влиянием лишь зимних холодов, и многолетней, сохраняющейся в грунтах длительное время, исчисляемое иногда столетиями и даже тысячелетиями.
В связи с возможностью сохранения мерзлого состояния грунтов в природных условиях в течение многих веков сложилось народное понятие вековая, или в е ч н а я м е р з л о т а, вошедшее в литературу примерно в середине прошлого столетия.
Нередко в периоды суровых зим при малом снеговом покрове происходит настолько большое охлаждение верхней толщи грунтов, что возникшая сезонная мерзлота за время короткого и прохладного лета не успевает вся растаять и какая-то ее часть остается на последующие годы. Такую мерзлоту называют п е р е л е т к о м. Ее нельзя смешивать с вечной мерзлотой, так как сроки ее существования малы и часто не превышают 1 - 2 лет.
Предполагают, что вечная мерзлота возникла в результате значительного охлаждения поверхностных толщ горных пород в периоды оледенения, когда происходило систематическое накапливание в них холода при воздействии отрицательных среднегодовых температур. Существуют и другие гипотезы ее образования.
Вечная мерзлота встречается на многих территориях земной поверхности. Она распространена в РФ, Канаде, на Аляске, в Антарктиде, на островах Северного Ледовитого океана, в горных районах с высокими снеговыми вершинами и занимает около 1/4 всей суши.
Характер распространения вечной мерзлоты различен. На севере она залегает в виде сплошного массива значительной мощности, достигающей иногда 500 м и более. По мере перемещения к югу мощность слоя вечной мерзлоты снижается, а затем в ней начинают появляться окна талого грунта (талики). Далее она переходит в участки островного залегания. От общего характера распространения вечной мерзлоты имеются иногда существенные отклонения, зависящие от местных грунтовых условий, особенностей рельефа, наличия растительного покрова и других причин. Так, на северных склонах местности мерзлота сохраняется лучше, чем на южных. В долинах рек она заметно оттаивает в подрусловой их части вследствие отепляющего действия текущей воды.
Поверхностный слой грунта, замерзающий зимой и оттаивающий летом, называют деятельным слоем. При смерзании сезонной мерзлоты с вечной ее называют сливающейся. Если между этими видами мерзлоты остается слой талика, ее считают несливающейся. Вечную мерзлоту называют слоистой, если она содержит прослойки талых грунтов.
Мерзлые грунты практически непроницаемы для воды и являются для нее водоупором. Вода может циркулировать по поверхности вечномерзлого грунта, в его толще по таликам и жилам и в подмерзлотных отложениях. В связи с этим в вечной мерзлоте различают надмерзлотные, межмерзлотные и подмерзлотные подземные воды, последние часто обладают напором.
В толще вечной мерзлоты встречаются включения льда в виде различных линз, гнезд, прожилок и прослоек - от тончайших и до имеющих значительную мощность (до 20 м и более). Лед в виде крупных включений называют ископаемым. Его оттаивание ведет к возникновению провальных явлений (термокарст) и опасно для возведенных сооружений.
Среди многочисленных видов грунтов в районах вечной мерзлоты
распространены различные илистые, суглинистые и пылеватые отложения. Такие грунты в мерзлом состоянии достаточно прочны и обладают сравнительно большим сопротивлением сжатию и сдвигу. Однако при оттаивании они резко снижают прочность и могут выдавливаться из-под фундамента.
На склонах местности эти грунты, будучи переувлажнены дождевыми и талыми водами, легко могут течь даже при небольших уклонах (3 - 5º). Такое движение грунтов называют с о л и ф л ю к ц и е й. Для борьбы с ней необходимы мероприятия по осушению склонов.
При зимнем промерзании грунтов надмерзлотные воды подвергаются как бы сжатию надвигающейся сверху сезонной мерзлоты и, стремясь выйти на поверхность, прорывают ее слой в наиболее слабом месте. Изливающаяся наружу вода замерзает, образуя ледяной бугор - наледь. Наледи часто образуются на дорогах и у сооружений, где вследствие изменений термического режима в грунте, вызванного строительством, к их возникновению часто складываются благоприятные условия. Нередко наледные явления сопровождаются резким разломом коры замерзшего грунта и разбрасыванием крупных его глыб в стороны на большие расстояния. Это происходит вследствие обращения в лед воды, которая, будучи сжата некоторым давлением, может остаться в какой-то области в переохлажденном состоянии.
Вопросы для закрепления материала
1. Виды фундаментов мелкого заложения и материалы для их устройства.
2. Мероприятия по предупреждению появления неравномерных осадок сооружения.
3. Определение глубины заложения фундаментов.
4. Причины проявления пучения грунтов.
5. Механизм образования сырости в подвальных помещениях и защита их от грунтовых вод.
6. Виды дренажей.
7. Виды гидроизоляций подвальных помещений и их краткая характеристика.
8. Характеристика штукатурной цементной и асфальтовой гидроизоляций.
9. Характеристика окрасочной битумной и синтетической гидроизоляций.
10. Виды оклеечных гидроизоляций.
11. Случаи применения металлической гидроизоляции.
12. Характер распределения напряжений по подошве фундамента.
13. Основы расчета фундаментов мелкого заложения.
14. Расчет центрально нагруженных фундаментов.
15. Расчет внецентренно нагруженных фундаментов.
16. Суть и порядок проверки давления на подстилающий слой слабого грунта.
17. Виды искусственных оснований. 18.Фундаменты на песчаных подушках.
19. Методы и оборудование для поверхностного уплотнения грунта.
20. Основы глубинного уплотнения грунта.
21. Цементация грунтов (состав растворов).
22. Основы химического закрепления грунтов.
23. Принцип электрохимического закрепления.
24. Закрепление синтетическими смолами.
25. Принцип термического закрепления.
26. Основы свайного фундаментостроения и взаимодействия свай
с грунтом.
27. Виды свай и особенности их устройства.
28. Виды ростверков на сваях.
29.Особенности применения свайных фундаментов для зданий.
30. Принцип расчета свайных фундаментов.
31. Расчет свай по нормативным сопротивлениям грунта.
32. Конструирование ростверков.
33. Принцип расчета осадок свайных фундаментов.
34. Характеристика вечномерзлых грунтов и их строительные свойства.
35. Методы строительства на вечномерзлых грунтах.
36. Борьба с пучением и наледями в районах вечной мерзлоты.
37. Характеристика просадочных грунтов оснований.
38. Особенности проектирования фундаментов в просадочных грунтах.
39. Водозащита и конструктивные мероприятия при возведении фундаментов в просадочных грунтах.
Литература
1. Механика грунтов, основания и фундаменты: Учебное пособие для
строительных специальностей вузов/С. Б. Ухов, В.В.Семенов, В.В.Знаменский и др.; Под реД.С.Б.Ухова.-М.:Высшая школа, 2002.
2. Руководство по проектированию свайных фундаментов/НИИОСП ИМ.В.В. Герсеванова,-М.:СтроЙиздат,1976.
3. Руководство по проектированию фундаментов из пирамидальных свай/ Росколхозстройобъединение. М., 1983.
4.СНиП 2.02.03-85: Свайные фундаменты. Нормы проектирования.
М.: Стройиздат,1985.
5.СНиП 2.03.01-84:Бетонные и железобетонные конструкции. Нормы
проектирования. -М.: Стройиздат,1985.
6.СНиП П-6-74. Нагрузки и воздействия/Госстрой СССР.
М.: Стройиздат,1976.
7.СНиП 2.02.04-88. Основания и фундаменты на вечномерзлых грунтах.
М.:1990.
Содержание
стр.
1.Фундаменты, их виды и основы расчета ……………………………………1
1.1. Виды фундаментов и материалы для их устройства .... …………….1
1.2. Глубина заложения фундаментов ……………………………………8
1.3. Защита зданий и сооружений от грунтовых вод …………………...12
1.3.1. Общие сведения……………………………………………………..12
1.3.2. Основные мероприятия по осушению грунтов…………………...12
1.3.3. Виды гидроизоляции и материалов для ее устройства…….. …...14
1.4. Распределение напряжений по подошве фундамента……………...19
1.5. Определение формы и размеров подошвы фундамента…………...20
1.6. Проверка давления на подстилающий слой грунта. ........................24
2. Искусственные основания и свайные фундаменты………………………..25 2.1. Фундаменты на песчаных подушках и уплотнение грунтов……....25 2.1.1. Фундаменты на песчаных подушках……………………………....25 2.1.2. Поверхностное уплотнение грунтов ……………………………….27 2.1.3. Глубинное уплотнение грунтов ……………………………………..28 2.2. Искусственное закрепление грунтов…………………………………30 2.2.1. Цементация …………………………………………………………..30 2.2.2. Химическое закрепление грунтов……………………………………31 2.2.3. Электрохимическое закрепление…………………………………...33 2.2.4. Закрепление грунтов синтетическими смолами…………………….34 2.2.5. Термическое закрепление…………………………………………….35
2.3. Виды свай и свайных фундаментов…………………………………....36 2.3.1. Основные сведения…………………………………………………….36
2.3.2. Виды свай и особенности их устройства……………………………38 2.3.3. Виды ростверков на сваях …………………………………………...44 2.3.4. Свайные фундаменты зданий ……………………………………….45 2.4. Расчет свай и проектирование свайных фундаментов………………..47 2.4.1. Общие сведения ………………………………………………………47 2.4.2. Расчет свай по нормативным нагрузкам ……………………………48 3. Фундаменты в особых условиях ………………………………………. ..58
3.1.Фундаменты в условиях вечной мерзлоты……………………………..58
3.1.1. Общие сведения ……………………………………………………...58 3.1.2. Строительные свойства вечномерзлых грунтов…………………….60 3.1.3. Методы строительства на вечномерзлых грунтах…………………..63
3.1.4. Мероприятия против пучения грунтов и борьба с наледями…...…67
3.2. Фундаменты на просадочных грунтах……………………………….....69 3.2.1. Общие сведения……………………………………………………….69 3.2.2. Особенности проектирования фундаментов………………………..70 3.2.3. Водозащитные и конструктивные мероприятия……………………71 Вопросы для закрепления материала ………………………………………74 Литература……………………………………………………………………75 Содержание ………………………………………………………………….76
I . ФУНДАМЕНТЫ, ИХ ВИДЫ И ОСНОВЫ РАСЧЕТА
Дата: 2019-02-02, просмотров: 265.
