12.1.1. Деформации земной поверхности, вызываемые горными выработками, и их воздействие на конструкции зданий
При выемке полезного ископаемого подземным способом в образовавшуюся полость смещаются покрывающие его толщи пород, а на земной поверхности образуется чашеобразная впадина, называемая мульдой сдвижения. Размер в плане и глубина мульды зависят от ряда факторов: толщины пласта m , его угла падения α , глубины разработки Н , размеров выработки вдоль и вкрест простирания пласта D1 и D2 , толщины наносов, физико-механических свойств пород и т.д. В зависимости от глубины разработки деформации земной поверхности могут проявляться в виде провалов, возникающих при выемке угля на небольших глубинах, уступов и трещин, возникающих при выемке крутопадающих пластов ( α > 45°), a также в виде плавных оседаний.
На рис. 12.1 изображены вертикальные разрезы по главным осям отдельной выработки вкрест и вдоль простирания пласта при α = 25°, а также кривые оседаний η , наклонов i , относительных горизонтальных деформаций ε , кривизны k и горизонтальных сдвижений ξ , вычисленные и построенные для условий Донецкого бассейна [2] при m = 1,2 м; H = 220 м; D1 = 120 м; D2 = 250 м.
Границы мульды определяются граничными углами сдвижения: β0 , γ0 и δ0 . Вектор сдвижения из любой точки Аимеет направление в сторону центра выработанного пространства, он разлагается на вертикальную составляющую ηA и горизонтальную ξA . Максимальное оседание ηmax (при полной подработке η0 ) определяется углами сдвижения ψ и углом максимального оседания θ . Максимальное оседание при полном обрушении кровли достигает 50–90 % толщины вынимаемого пласта, а горизонтальное сдвижение – 30% максимального оседания.
Все эпюры деформаций, кроме оседаний, двузначные: по краям мульды ξ и k положительные (растяжение грунта и кривизна выпуклости), а в средней части отрицательные (сжатие и кривизна вогнутости). Знаки кривых i и ξ свидетельствуют о разных направлениях наклонов точек мульды и их перемещений.
Относительные горизонтальные деформации ± ε , вследствие трения и сцепления фундаментов с грунтом, вызывают в конструкциях растяжение и сжатие, изгиб и скашивание; кривизна мульды k — прогиб и выгиб конструкций здания; наклоны i — их крен. Деформации земной поверхности, вызываемые горными выработками, являются факторами нагрузки для несущих конструкций сооружений, а их воздействия на конструкции относятся к числу особых.
Сорочан Е.А. Основания, фундаменты и подземные сооружения
Источник
8 Фундаменты в особых условиях
8.1 К особым относят условия территорий со сложными или искусственными основаниями; основания на подрабатываемых территориях, а также основания машин с динамическими нагрузками или подверженные сейсмическим воздействиям.
Фундаменты на сложных основаниях
8.2 Сложные основания характеризуются наличием слабых, элювиальных, искусственных, просадочных, засоленных, набухающих, пучинистых при промерзании грунтов.
8.3 При расчете оснований, полностью или частично сложенных илом, биогенными (торф, заторфованный грунт, сапропель) и слабыми водонасыщенными пылевато-глинистыми грунтами, следует использовать результаты определений прочностных, деформационных и фильтрационных характеристик грунтов при давлениях или в диапазоне давлений, соответствующих напряженному состоянию грунтов оснований на различных этапах возведения сооружений, применительно к принятой расчетной модели.
Следует учитывать медленное развитие осадок таких грунтов во времени и возможность в связи с этим возникновения нестабилизированного состояния, существенную изменчивость и анизотропию прочностных, деформационных и фильтрационных характеристик и их изменения в процессе консолидации основания, значительную тиксотропию ила, как правило, сильную агрессивность к материалам подземных конструкций.
8.4 Опирание фундаментов непосредственно на поверхность средне- и сильнозаторфованных грунтов, торфов, слабоминеральных сапропелей и илов не допускается.
Если непосредственно под подошвой фундамента залегает слой грунта с модулем деформации Е
Вид и состояние грунта
Пески мелкие водонасыщенные при относительном содержании органического вещества (Iom)
Пылевато-глинистые грунты водонасыщенные при относительном содержании органического вещества 0,25 0,5
8.8 Основания, сложенные засоленными грунтами, должны рассчитываться с учетом осадки от внешней нагрузки, суффозионной осадки, при необходимости — просадки, набухания и усадки грунтов.
Суффозионные осадки и крены отдельных фундаментов и сооружения в целом необходимо рассчитывать с определением состояния выщелачиваемой зоны на расчетный момент времени, учетом схемы фильтрационного потока в основании, наличия по площади и глубине легко- и среднерастворимых (гипс, ангидрит) солей.
8.9 Основания, сложенные набухающими грунтами, должны проектироваться с учетом возможности их набухания при повышении влажности и усадки при ее уменьшении. Способность грунтов к набуханию устанавливается опытным путем по результатам лабораторных или полевых испытаний по ГОСТ 24143.
8.10 При проектировании оснований, сложенных набухающими грунтами, следует учитывать:
— возможность набухания грунтов за счет подъема уровня подземных вод или увлажнения их производственными или поверхностными водами;
— набухание за счет накопления влаги под сооружением в ограниченной по глубине зоне вследствие нарушения природных условий испарения при застройке и асфальтировании территории;
— набухание и усадку грунта в верхней зоне аэрации за счет сезонных климатических факторов;
— усадку за счет высыхания грунтов от воздействия тепловых источников.
8.11 Основания, сложенные набухающими грунтами, должны рассчитываться в соответствии с общими требованиями проектирования оснований сооружений. Деформации основания в результате набухания или усадки должны определяться путем суммирования деформаций отдельных слоев, при этом величины деформаций основания от внешней нагрузки и от возможной усадки при уменьшении влажности набухающего грунта должны суммироваться. Подъем основания в результате набухания грунта должен определяться в предположении, что деформации основания от внешней нагрузки стабилизировались.
Предельные значения деформаций, вызываемых набуханием (усадкой) грунтов, допускается определять по приложению Б.
8.12 При проектировании фундаментов на сложных основаниях следует предусматривать следующие мероприятия:
— защиту основания от увлажнения посредством вертикальной планировки и асфальтирования территории с отводом воды за пределы строительной площадки и дренажем основания. устройства уширенной отмостки, противофильтрационных стен (завес и экранов);
— улучшение свойств грунтов, включая их уплотнение, предварительное замачивание, глубинное виброуплотнение, устройство грунтовых свай, различные виды химического закрепления, устройство временного пригруза, полную или частичную замену грунтов основания;
— конструктивные, уменьшающие чувствительность сооружений к деформациям оснований.
8.13 К конструктивным мероприятиям относятся:
— увеличение жесткости здания разрезкой его на отдельные блоки осадочными швами;
— применение нежестких, связевых конструктивных схем зданий;
— устройство монолитных (сборно-монолитных) жестких фундаментов;
— устройство жестких горизонтальных диафрагм в уровне перекрытий, а также непрерывных железобетонных поясов по всему контуру здания в уровне плит перекрытий первого и последующих этажей, анкеровка фундаментов и др.;
— увеличение глубины заделки (анкеровки) опорных частей (арматуры) несущих конструкций;
— армирование кирпичных стен и столбов, пилястр и т. п.;
— «гибкое» подсоединение внутренних инженерных сетей к наружным коммуникациям;
— устройство приспособлений для выравнивания конструкций сооружения и рихтовки технологического оборудования.
8.14 При проектировании свайных фундаментов на сложных основаниях нижние концы всех типов свай и глубоких опор должны заглубляться, как правило, в пески средние и гравелистые прочные и средней прочности, а также в пылевато-глинистые грунты с показателем текучести в водонасыщенном состоянии il 0,25 в проектной документации на фундаменты следует предусматривать их прорезку и заглубление концов свай в прочные слои грунта.
8.34 Для уникальных объектов, а при надлежащем обосновании и для сооружений I и II клас-
сов ответственности, возводимых на основаниях из искусственных грунтов, рекомендуется предусматривать наблюдения за их осадками и деформациями.
Основания фундаментов при действии на них динамических нагрузок
8.35 Основания фундаментов сооружений, подверженных воздействию источников вибрации, и машин с динамическими нагрузками проектируются исходя из характера источников вибрации и специфики работы каждого вида машин и оборудования.
8.36 Техническое задание на проектирование оснований фундаментов сооружений, подверженных воздействию источников вибрации, и машин с динамическими нагрузками должно содержать:
— технические характеристики источников вибрации и колебаний (наименование, тип, мощность, масса, стационарность, скорость движущихся и ударяющихся частей), места их размещения и компоновки (отдельный или общий фундамент);
— данные о величинах, местах приложения и направлениях действия статических и динамических нагрузок, в т. ч. на анкерные болты, а также об их амплитуде, частоте, фазе;
— данные об инженерно-геологических изысканиях;
— требования по защите фундаментов от агрессивных и вредных воздействий.
8.37 Следует различать два типа источников вибрации — подвижный и стационарный, и два типа машин — периодического и непериодического действия.
Машины периодического действия подразделяются на виды:
— с равномерным вращением (электродвигатели, турбогенераторы, дымососы и вентиляторы, центрифуги, роторы и др.);
— с равномерным вращением и возвратно-поступательным движением (с кривошипно-шатунным механизмом, компрессоры, насосы, двигатели внутреннего сгорания, лесопильные рамы и т. д.);
— с возвратно-поступательным движением, завершающимся ударами (вибрационно-ударные, встряхивающие).
Машины непериодического действия делятся на виды:
— с неравномерным вращением или возвратно-поступательным движением (прокатные станы, генераторы разрывных мощностей и др.);
— с возвратно-поступательным движением, завершающимся ударами (молоты, копры и др.);
— передающие на фундамент случайные импульсивные нагрузки (щековые, конусные и молотковые дробилки, а также мельничные барабанные и трубчатые установки).
8.38 Фундаменты сооружений и машин, подверженных действию источников вибрации, следует проектировать простой формы: а) монолитными (железобетонными, бетонными); б) сборно-монолитными; в) сборными (при соответствующем обосновании) — с разделительными швами не менее 100 мм между боковыми гранями фундамента машин и полом сооружения, в котором эти машины установлены, а также между полом и фундаментами несущих конструкций сооружения.
Монолитные фундаменты применяются для любых типов сооружений и машин, а сборно-монолитные и сборные, как правило, под машины периодического действия. Применять их под машины с ударными нагрузками не допускается.
8.39 В качестве фундаментов для машин с динамическими нагрузками используются плитные массивные и рамные конструкции в виде отдельных опор под каждую машину и общие — под несколько машин. Для оснований III категории сложности и стесненных площадок допускается применять свайные фундаменты, как правило, из свай сплошного сечения.
8.40 Основные положения по проектированию фундаментов сооружений и машин, подверженных воздействию источников вибрации, должны удовлетворять разделам 4-7, условиям безопасности труда, санитарным нормам, а также допустимым уровням вибрации для технологических процессов, приборов и оборудования.
Класс бетона по прочности на сжатие для фундаментов, подверженных динамическим воздействиям, должен приниматься не ниже В12,5 для монолитного варианта и не ниже В15 для сборного варианта фундаментов. Армирование фундаментов назначается по расчету.
При действии ударных нагрузок применяется только горячекатанная стержневая арматура в вязаных каркасах.
В местах изменения размеров фундамента в плане и по высоте, по контуру вырезов, а также в местах, ослабленных отверстиями или выемками для колодцев, следует предусматривать конструктивное армирование.
8.41 Размеры и форму верхней части фундамента, подверженного воздействию динамических нагрузок, назначают с учетом размеров опорных частей надземных конструкций и паспортных данных заводов-поставщиков оборудования (габариты опорной плиты, расположение анкерных болтов).
Расстояние от наружной грани фундамента до грани колодца должно быть не менее 50 мм при диаметре анкерного болта dp 24 мм.
8.42 Высоту фундаментов следует назначать минимальной из условия размещения в них технологических выемок и шахт, а также надежной заделки анкерных болтов. Расстояние от нижних концов наиболее глубоко заделанных болтов до подошвы фундамента должно быть не менее 100 мм.
8.43 Расчет оснований фундаментов при воздействии на них динамических нагрузок сводится к определению:
— амплитуд колебаний фундаментов и их отдельных элементов (Aαdm), мм;
— среднего статического давления под подошвой фундамента (Р), кПа, на естественном основании или несущей способности сваи (fdi), кН;
— возможности возникновения дополнительных осадок основания, вызванных действием вибрации.
8
.44 Наибольшая амплитуда колебаний верхних граней фундамента (Aαdm), мм, (в т. ч. вертикальных аz и горизонтальных ay, с учетом возможных поворотов относительно главной горизонтальной оси инерции и вертикальной оси) должна удовлетворять условию
где Aαdm — наибольшая амплитуда колебаний фундамента, определяемая расчетом или полученная опытным путем;
—предельно допустимая амплитуда, регламентируемая соответствующими документами, заданием на проектирование, с учетом санитарных и технологических требований.
В
еличина должна быть не более:
— для машин с вращающимися частями 0,1-0,2 мм;
— для машин с кривошипно-шатунным механизмом 0,1-0,25 мм;
— для кузнечных молотов 1,2 мм (0,8 мм для водонасыщенных песков);
— для дробилок 0,3 мм;
— для мельничных установок 0,1 мм;
— для прессов и подвижного состава 0,25 мм (0,2 мм для грузового состава).
Источник