Раздел Основания и фундаменты Фундаменты в особых условиях и при динамических нагрузках
ОСОБЕННОСТИ ПРОСАДОЧНЫХ, МАКРОПОРИСТЫХ ГРУНТОВ К структурно неустойчивым основаниям относятся, прежде всего, просадочные лёссовые грунты. Просадкам подвержены лёссы и многие разновидности лёссовидных пород. Около 15% территории России занято примерно такими грунтами. Украина, Закавказье, Забайкалье, Китай имеют на карте желтый цвет – цвет лёсса. • Гипотеза происхождения лёсса: В результате грунты оказываются недоуплотненными с наличием большого количества макропор. Рисунок. Схема образования лёссового грунта по эоловой теории. Рисунок Схема образования макропор и солей кальция в лёссовом грунте. По эоловой теории происхождения лёсса, пылеватые отложения с различными коэффициентами пористости е 1, е 2, и т. д. откладывались ветровыми наносами слоями и постепенно прорастали растительностью. Со временем растительность сгнивает, вода испаряется, а соли остаются. Эта особенность лёсса влияет на его строительные свойства, возникает возможность возникновения просадки. В практике строительства были случаи, когда здания, просуществовавшие значительное количество лет на лёссовом основании без деформаций, вдруг внезапно начинали разрушаться. Причина – замачивание лесса и отсюда его просадка.
Пример: церковь постройки ХII века Рисунок. Схема развития событий, вызвавших проявление просадки лёссового основания. Фундаменты церкви, постройки XII века с глубиной заложения 7 м прорезали слой лёсса и опирались на скальный грунт. Такая конструкция являлось вполне надёжной, однако в XIX веке к церкви выполнили пристройку меньших размеров и меньшей глубиной заложения. Таким образом, фундаменты этого сооружения остались в лёссовом грунте. Со временем была нарушена инфильтрация воды (вспахали луг) и вода замочила лёсс. В результате пристройка XIX века развалилась (это произошло уже в ХХ в. ). Произошла просадка лёссового основания. Макроструктура лёсса и микроструктура лёсса, влияющие на просадку. В сухом состоянии структура лёссового основания находится в равновесии и выдерживает нагрузку 2– 3 кг/см 2 (0, 2… 0, 3 МПа).
При замачивании вода разрушает связи между минеральными частицами, и это приводит к следующим последствиям: известь (соли Са) растворяется. глина увлажняется. толстые плёнки воды вокруг глинистых частиц оказывают расклинивающее действие. Расклинивающие действие толстых плёнок воды, вызывающие разрушение связей в лёссовом грунте. В результате минеральные частицы падают в крупные поры, и грунт превращается в обычный суглинок с дальнейшим развитием просадки. Рисунок. Компрессионная кривая для лёссового грунта, разрушение пор при Wест (грунт обладает определенной структурной прочностью). • Просадками называются местные, быстро протекающие вертикальные деформации грунта, обусловленные резким коренным нарушением структуры.
Проектирование фундаментов на просадочных макропористых грунтах 1 Оценка инженерно геологических условий 2 Определение осадки + просадки Водонапорн ая башня Утечка воды в лессовом грунте опасна 1 Просадочный 2 Не просадочный 3 4 5 Гидроизоля ция Уширенная отмостка Повышенный уклон 1 – фундамент не проходит Sпр > Su; 2 – увеличиваем глубину заложения фундамента; 3 – фундамент глубокого заложения – просадки вообще нет; 4 прорезка просадочного грунта сваями (необходимо учитывать отрицательное трение); 5 – сжимаемую зону под фундаментом делаем не просадочной; 6 – другие мероприятия. Сюда относиться (согласно СНи. П): - дренаж; - прокладка инженерных коммуникаций (труба в трубе); - правильная планировка застраиваемой территории; - различные мероприятия, уменьшающие возможность замачивания грунта под фундаментами.
Устранение просадочности лессовых грунтов А) Предварительное замачивание лессовых грунтов. Вода в основании сооружения укладывают песчаный слой (до 20 см); первые ряды блоков возводят в сухом котловане; в блоки закладываются трубы; производится боковая засыпка, затем в слой песка по трубам подается вода. Обжатие происходит интенсивно под весом сооружения и боковой засыпки. Осадки сооружения в строительный период не страшны и всегда могут быть легко выровнены. В) Глубинное уплотнение грунтовыми сваями вода Б) Поверхностные уплотнения грунтов (возможно, поскольку лес имеет крупные поры) Лес уплотняется (уменьшается количество пор) Q = 3 т =4 м Н 20 Лесс Не просадочный грунт лесса
Г) Устройство грунтовых подушек грунт Грунт уплотняется слоями по 0, 5 м, ( d 16, 5 к. Н/м 3), а затем устанавливают фундамент 2 м Д) Силикатизация грунтов Применяют однорастворный метод. Этот метод дорогой, 1 м 3 закрепленного грунта – стоит почти также как бетон – поэтому его применяют в основном в аварийных случаях. Применение в Одессе. Там «Оперный театр» периодически проседал. Провели силикатизацию за 2 года – укрепили грунт, обеспечив его неподвижное существование. Е) Термическая обработка грунта Турбина пр
Фундаменты при динамических нагрузках Явления в грунте при динамических воздействиях. 1. 1. Распространение колебаний в массиве грунта Р Источник колебаний Волны Рэлея – Лява (продольно - поперечные Эпюра уменьшения амплитуд по глубине Движение воды Если скорость движения воды будет создавать гидродинамический напор равный весу частиц песка, то песок будет испытывать взвешивающие действие воды, переходя в плывунное состояние. Величина распространения колебаний в грунте зависит от источника колебаний и состояния среды. Любое сооружение, попавшее в зону вибрации, начинает само вибрировать. Опасны резонансные явления, т. е. совпадение собственных частот колебаний с вынужденными колебаниями в грунтовой среде. Уплотнение грунта В большей степени характерно для песчаного грунта. В общем случае S = S стат. + S динам. может быть упругой или (упругой + остаточной), в зависимости от вида динамического воздействия. 1. 3. Разжижение водонасыщенных песков При динамических воздействиях грунтовая вода будет то вытесняться из пор, то засасываться, переходя в колебательные движения.
Виды динамических воздействий 1. Сейсмические воздействия. Землетрясение 6 м 6 м Намытые пески Глина Осадка свай 60 см При землетрясении, в результате осадки, песчаная толща увлекла за собой сваи, вдавив их в подстилаемую глинистую толщу (явление отрицательного трения). Осадка сооружения превысила все допустимые величины. 2. Динамические воздействия от движения транспорта. При движении тяжелого транспорта (железнодорожные, трамвайные пути) создается вибрационный фон, который передаваясь по грунтовой среде, оказывает негативное воздействие на здания, сооружения. Вибрационные воздействия от движущегося транспорта могут превышать допустимый уровень вибрации по санитарным нормам проживания людей в здании. 3. Забивка свай. В соответствии со строительными правилами забивка свай в городах на расстоянии ближе 30 м от существующей застройки запрещена. При динамических воздействиях пески уплотняются, разжижаются, а глины проявляют тиксотропные свойства. 4 Взрывы. 5 Работа машин, механизмов. (Строительство промышленных объектов, где возможны динамические воздействия: молоты, прессы, компрессоры, фундаменты пилорам и т. д. ).
Особенности устройства фундаментов в сейсмических районах. Существует 12 бальная сейсмическая шкала. До семи бальная сейсмичность воспринимается обычными зданиями, сооружениями без принятия каких либо дополнительных мер по усилению несущих конструкций. Расчетной является сейсмичность в 7, 8, 9 баллов. При сейсмичности свыше 9 баллов строительство не рекомендуется и только в исключительных случаях возможно при разработке специальных мероприятий. Вся территория поделена на отдельные районы по сейсмичности, но даже в пределах одного района сейсмичность может быть различной в зависимости от грунтовых условий. Во многих районах выполнено микросейсмирование (повышение или понижение сейсмичности на 1 балл, которое санкционируется Госстроем). При строительстве зданий необходимо: Фундаменты сооружения закладывать на одной отметке (более равномерное распределение сейсмических сил). Здание делить на отсеки. Фундаменты делать монолитными или омоноличивать (перекрестные ленты, сплошные фундаменты). Свайные фундаменты рассчитывать на горизонтальную нагрузку. При этом преимущество имеют сваи – стойки, а головы свай должны быть надежно заделаны в ростверк. Рдин f – f 1 Уменьшение трения за счет динамического воздействия Моделирование сейсмики S R – R 1 Рст
Фундаменты под машины Основные требования к фундаментам: Фундаменты должны обеспечить стабильную работу машины, механизма, расположенного на нем. Динамические воздействия от машин не должны угрожающе влиять на фундаменты зданий, сооружений. Воздействие машин и механизмов можно разделить на следующие виды: Машины и механизмы с уравновешивающим воздействием. (Обычно вращательного типа: эл. моторы, центробежные насосы и т. п. – динамические воздействия возникают в пусковой период или из за износа отдельных частей). Машины и механизмы с не уравновешивающим воздействием. (Поступательно вращательное движение – поршневые насосы, пилорамы, компрессоры, двигатели внутреннего сгорания). Наиболее опасно – совпадение частот колебаний с собственными частотами сооружений (резонансные явления). Ударного действия. (Молоты, быстродействующие прессы, копры и т. д. ). Прочие. (Станы, станки и т. д. ). Фундаменты проектируются из условия ограничения амплитуды колебания системы: машина + фундамент. Адоп = 0, 1… 0, 3 мм – предельно допустимые амплитуды колебаний, назначаются в зависимости от вида машины, её обслуживания, возможности без опасной работы человека. Если определяющими являются При горизонтальной вертикальные колебания возмущающейся силе Рz X Z Рx L Z При вертикальной силе делаем фундамент с максимальной подошвой и минимальной массой, а при горизонтальной принимаем h фундамент малой высоты с песчаной подушкой
Фундаменты машин следует проектировать бетонными или железобетонными монолитными и сборно монолитными, а при соответствующем обосновании сборными. Монолитные фундаменты допускается предусматривать под все виды машин с динамическими нагрузками, а сборно монолитные (или сборные) — главным образом под машины периоди ческого действия (с вращающимися частями, с кривошипно шатунными механизмами и др. ). Устройство сборно монолитных и сборных фундаментов под машины с ударными нагрузками не допускается. Проектный класс бетона для монолитных и сборно монолит ных фундаментов должен быть не ниже ВС 12/15, а сборных — С 15/20. Форму фундаментов под машины необходимо принимать наиболее простую. Фундаменты машин допускается проектировать отдельными под каждую машину или общими под несколько машин. По конструкциям фундаменты под машины с динамическими нагрузками делятся на два основных вида — массивные, рамные. Массивные фундаменты выполняются в виде сплошных бло ков или плит с выемками, отверстиями, необходимыми для раз мещения и крепления частей машины и ее обслуживания. Преимуществом массивных фундаментов является их большая жесткость, которая, как правило, позволяет пренебрегать в расчетах деформациями таких фундаментов и рассматривать их как твердые тела. Рамные фундаменты (рис. 9. 2) представляют собой несущую машину пространственную многостоечную жесткую раму, заде ланнуюстойками в опорную плиту или фундаментные ленты. Горизонтальные элементы рамы образуют площадку, предназна ченную для установки и обслуживания машины. Наряду с массивными и рамными фундаментами используют ся свайные облегченные фундаменты. Свайные фундаменты под машины следует применять, если: а) строительная площадка сложена сильно и неравномерно сжимаемыми грунтами, исполь зование которых в качестве естественного основания может при вести к недопустимым осадкам и перекосам фундамента; б) стесненность площадки не позволяет разместить фундамент на естественном основании.
Фундаменты на слабых водонасыщенных глинистых грунтах К слабым водонасыщенным относятся глинистые грунты различного происхождения (аллювиальные, морские) с модулем общей деформации грунтов Е<5 МПа (при изменении давления до 0, 3 МПа) и степенью влажности Sr>0, 8 (более 80% пор заполнены водой). Такими являются илы, ленточные глинистые отложения, водонасыщенные лессовые макропористые грунты. К слабым можно отнести и водонасыщенные биогенные грунты (заторфованные, торфы и сапропели). Биогенные грунты по характеру залегания классифицируются: на открытые (не перекрытые естественными песчано глинистыми отложениями): погребенные (залегают в виде линз или слоев и перекрытые естественными отложениями): искусственно погребенные (перекрытые искусственно сформированными отложе ниями). Рассматриваемые грунты характеризуются следующими особенностями, специфичными вообще для слабых грунтов: обладают большой и неравномерной сжимаемостью; возведенные на таких грунтах здания и сооружения претерпевают большие осадки; слабые водонасыщенные глинистые грунты имеют низкую прочность; определенные по методике быстрого сдвига значения угла внутреннего трения и удельного сцепления составляют соответственно 4. . . 10° и 0, 006. . . 0, 025 МПа; процесс уплотнения слабых водонасыщенных глинистых грунтов идет очень медленно и достигает иногда нескольких десятилетий; структурные свойства слабых водонасыщенных глинистых грунтов характеризуются неустойчивостью и низкой структурной прочностью сжатия. Фильтрационные свойства слабых водонасыщенных глинистых грунтов обладают рядом особенностей: фильтрация воды у многих видов слабых глинистых грунтов отличается от закономерности, определяемой законом Дарси. в процессе уплотнения таких грунтов существенно изменяются коэффициент и начальный градиент напора. коэффициент фильтрации и коэффициент пористости связаны логарифмической зависимостью.
Методы строительства зданий и сооружений на водонасыщенных слабых глинистых грунтах определяются рядом условий: Фундаменты должны иметь такие размеры и закладываться на такую глубину, чтобы обеспечить развитие осадок, не превышающих предельных значений по условиям нормальной эксплуатации зданий и сооружений. Разность осадок в пределах здания или его части не должна также превышать предельных значений. Очень важно обеспечить приемлемую скорость протекания осадок, особенно при их значениях, близких к допустимым. При строительстве промышленных и гражданских зданий в большинстве случаев идут на создание искусственных оснований путем уплотнения слабых водонасыщенных глинистых грунтов. Если такие грунты имеют мощность до 12 м и подстилаются прочными породами, то в таких случаях применяются сваи с полной прорезкой слабых водонасыщенных глинистых грунтов с опиранием на прочные породы. Искусственные основания при строительстве зданий и сооружений на слабых водонасыщенных глинистых грунтах создаются зачастую в виде песчаных подушек толщиной до 7 м при наиболее часто повторяющихся толщинах 1. . . 2 м. Песчаные подушки позволяют уменьшить глубину заложения фундаментов и распределить давление на площадь большую, чем подошва фундамента. Это дает возможность передать давление на слабые грунты значительно меньшей вели чины, чем давление на грунты подошвой фундамента.
Фундаменты на набухающих грунтах Ряд глинистых грунтов обладает способностью набухать при повышенной влажности и, наоборот, давать усадку при последующем снижении влажности. Способность к набуханию имеют также некоторые виды шлаков и пылеватоглинистых грунтов при замачивании химическими отходами производства. Способность к набуханию нескольких грунтов устанавливается на основе опытов в лабораторных и полевых условиях. На величину набухания существенное влияние оказывают влажность и плотность грунтов. Увеличение начальной влажности способствует уменьшению набухания; с увеличением начальной плотности линейно возрастает набухание грунта. При проектировании зданий и сооружений на набухающих грунтах необходимо учитывать их набухание при подъеме уровня подземных вод или инфильтрации (увлажнение грунтов производственными или атмосферными водами), вследствие накопления влаги под сооружениями при застройке и асфальтирования территории набухание и усадку грунтов в результате измене ния водно теплового режима, усадку грунтов в процессе их высыхания от воздействия тепловых источников. Набухающие грунты характеризуются следующими параметрами: 1) давлением набухания; 2) влажностью набухания; 3) относительным набуханием при заданном давлении; ; 4) относительной усадкой при высыхании Если расчетные деформации основа ний, сложенных набухающими грунта ми, оказываются больше предельных, предусматривают следующее: 1) водозащитные мероприятия; 2) предварительное замачивание набухающих грунтов в пределах всей зоны или ее части; 3) проектирование компенсирующих песчаных подушек; 4) замену набухающего грунта ненабухающим полностью или частично; 5) прорезку фундаментами слоя набу хающих грунтов (полную или частичную).
Фундаменты на засоленных грунтах Засоленные грунты рассматриваются так же, как слабые грунты, и имеют ряд специфических особенностей, которые необ ходимоучитывать при проектировании и устройстве оснований и фундаментов (просадки фундаментов в результате суффозии солей, солевая коррозия материалов конструкций и т. п. ). Основные принципы проектирования и расчета фундаментов на засоленных грунтах практически не отличаются от общих принципов проектирования и расчета фундаментов на естествен номосновании. При этом общая величина осадки с учетом уплот нениязасоленных грунтов, суффозионной осадки не должна пре вышатьпредельных значений, а устойчивость фундаментов про веряется в условиях замачивания грунтов[25]. Скорости осадок фундаментов большой площади на засолен ных грунтах определяются по теории фильтрационной консоли дациигрунтов только до достижения степени консолидации, равной 40. , . 60 %. При степени консолидации более 60 % расчет скорости осадок следует производить с учетом вторичной кон солидации засоленных глинистых грунтов.
Скачать презентацию Раздел Основания и фундаменты Фундаменты в особых условиях
Лекция на пятницу 17 мая 2013.ppt