Расчет проверка устойчивости фундамента мелкого заложения

10.3. Расчет фундаментов мелкого заложения

Расчет фундамента мелкого заложения начинают с предварительного выбора его конструкции и основных размеров, к которым относятся глубина заложения фундамента, размеры и форма подошвы. Затем для принятых размеров фундамента производят расчеты основания по предельным состояниям.

Вследствие причин, рассмотренных в гл. 9, расчет по второй группе предельных состояний (по деформациям основания) является основным и обязательным для всех фундаментов мелкого заложения. Расчет по первой группе предельных состояний (по несущей способности основания) является дополнительным и производится в одном из следующих случаев: сооружение расположено на откосе или вблизи него; на основание передаются значительные горизонтальные нагрузки; основание сложено слабыми грунтами, обладающими малым сопротивлением сдвигу, или, напротив, представлено скальными грунтами. В первых двух случаях расчет по первой группе предельных состояний не производят, если конструктивными мероприятиями обеспечена невозможность смещения проектируемого фундамента.

Установив окончательные размеры фундамента, удовлетворяющие двум группам предельных состояний, переходят к его конструированию. Расчет фундамента как железобетонной конструкции рассматривается в соответствующем курсе, здесь же отметим, что соблюдение правил конструирования массивных и сборных гибких фундаментов позволяет исключить проверку их на прочность и трещиностойкость.

Определение глубины заложения фундамента. Очевидно, что чем меньше глубина заложения фундамента, тем меньше объем затрачиваемого материала и ниже стоимость его возведения, поэтому естественно стремление принять глубину заложения как можно меньшей. Однако в силу того, что верхние слои грунта не всегда обладают необходимой несущей способностью или же конструктивные особенности сооружения требуют его заглубления, при выборе глубины заложения фундамента приходится руководствоваться целым рядом факторов, основными из которых являются инженерно-геологические и гидрогеологические условия строительной площадки, глубина сезонного промерзания грунтов, конструктивные особенности возводимого сооружения, включая глубину прокладки подземных коммуникаций, наличие и глубину заложения соседних фундаментов.

Инженерно-геологические условия строительной площадки. Учет инженерно-геологических условий строительной площадки заключается главным образом в выборе несущего слоя грунта, который может служить естественным основанием для фундаментов. Этот выбор производится на основе предварительной оценки прочности и сжимаемости грунтов по геологическим разрезам. Несмотря на то что каждая площадка обладает сугубо индивидуальным геологическим строением, все многообразие напластований можно, следуя Б. И. Далматову, представить в виде трех схем, показанных на рис. 10.10.

Схема I. Площадка сложена одним или несколькими слоями прочных грунтов, при этом строительные свойства каждого последующего слоя не хуже свойств предыдущего. В этом случае глубина заложения фундамента принимается минимальной, допускаемой при учете сезонного промерзания грунтов и конструктивных особенностей сооружения (рис. 10.10, а). Иногда за несущий принимают слой более плотного грунта, залегающий на некоторой глубине, если это решение экономичнее (рис. 10.10, б).

Схема II. С поверхности площадка сложена одним или несколькими слоями слабых грунтов, ниже которых располагается толща прочных грунтов. Здесь возможны следующие решения. Можно прорезать слабые грунты и опереть фундамент на прочные, как это показано на рис. 10.10, в. С другой стороны, может оказаться более выгодным прибегнуть к укреплению слабых грунтов или замене их песчаной подушкой (рис. 10.10, г). Если же мощность слабого слоя окажется чрезмерно большой, то рекомендуется перейти на свайные фундаменты (рис. 10.10, д).

Схема III. С поверхности площадки залегают прочные грунты, а на некоторой глубине встречается один или несколько слоев слабого грунта. В данной ситуации возможно принять решение по схеме II, но так как при этом придется прорезать толщу прочных грунтов, то более выгодным может оказаться или использование прочного грунта в качестве распределительной подушки (при обязательной проверке прочности слабого подстилающего слоя), как это показано на рис. 10.10, е, или закрепление слоя слабого грунта, как это показано на рис. 10.10, ж, что позволит существенно уменьшить размер подошвы фундамента.

При выборе типа и глубины заложения фундамента по любой из рассмотренных схем придерживаются следующих общих правил:

минимальная глубина заложения фундаментов принимается не менее 0,5 м от спланированной поверхности территории;

глубина заложения фундамента в несущий слой грунта должна быть не менее 10. Г5 см; по возможности закладывать фундаменты выше уровня подземных вод для исключения необходимости применения водопонижения при производстве работ;

в слоистых основаниях все фундаменты предпочтительно возводить на одном грунте или на грунтах с близкой прочностью и сжимаемостью. Если это условие невыполнимо (основания с выкликивающими или несогласно залегающими пластами), то размеры фундаментов выбираются главным образом из условия выравнивания их осадок.

Глубина сезонного промерзания грунтов. Глубина заложения фундамента из условия промерзания грунтов назначается в зависимости от их вида, состояния, начальной влажности и уровня подземных вод в период промерзания. Проблема состоит в том, что промерзание водонасыщенных грунтов сопровождается образованием в них прослоек льда, толщина которых увеличивается по мере миграции воды из слоев, расположенных ниже уровня подземных вод. Это приводит к возникновению сил пучения по подошве фундамента, которые могут вызвать подъем сооружения. Последующее оттаивание таких грунтов приводит к резкому снижению их несущей способности и просадкам сооружения.

Наибольшему пучению подвержены грунты, содержащие пылеватые и глинистые частицы. Крупнообломочные грунты с песчаным заполнителем, пески гравелистые, крупные и средней крупности относятся к непучинистым грунтам, глубина заложения фундаментов в них не зависит от глубины промерзания в любых условиях.

Практикой установлено, что, если уровень подземных вод во время промерзания находится от спланированной отметки земли на глубине, равной расчетной глубине промерзания плюс 2 м (что связано с высотой капиллярного поднятия подземных вод), в песках мелких и пылеватых с любой влажностью и в супесях твердой консистенции глубина заложения фундаментов наружных стен и колонн назначается без учета промерзания грунта. Во всех остальных грунтовых условиях глубина заложения наружных фундаментов назначается не менее расчетной глубины промерзания. Исключение составляют площадки, сложенные суглинками, глинами, а также крупнообломочными грунтами с глинистым заполнителем при показателе текучести глинистого грунта или заполнителя I_L

Грунты под подошвой фундамента

Глубина заложения фундамента при глубине поверхности подземных вод d_w, м

Скальные крупноблочные с песчаным заполнителем, пески гравелистые, крупные и средней крупности

Источник

Проверка устойчивости фундаментов мелкого заложения

Провер­ка устойчивости фундаментов мелкого заложения (расчет по перво­му предельному состоянию) возникает при нагруже­нии фундаментов значительными горизонтальными нагрузками, действие которых может вызвать следующие формы потери устой­чивости:

плоский сдвиг по подошве,

глубинный сдвиг с захватом грунта основания.

Проверка на опрокидывание

производится в тех случаях, когда имеет место отрыв части подошвы фундамента от основания (двузначная эпюра давления на грунт). На практике такая ситуация характерна для фундаментов безраспорных конструкций, имеющих большую высоту (подпорные стенки, дымовые трубы и т. п.). Устойчивость на опрокидывание оценивается в этом случае коэффициентом устойчивости к_st, равным отношению моментов удерживающих и опрокидывающих сил относительно центра поворота.

При недопустимо­сти отрыва части подошвы от основания, когда равнодействующая проходит внутри ядра сечения подошвы фундамента, опрокидыва­ние невозможно и эту проверку не проводят.

Устойчивость фундамента на плоский сдвиг по подо­шве проверяется в обязательном порядке.

В данном случае необходимы для проверки равновеликие расчетные сдвигающие и удерживающие силы, действующие на фундамент. Если условие не удовлетворяется, то увеличивают вес фундамента или вертикальную нагрузку на него.

Устойчивость фундаментов на плоский сдвиг может быть значи­тельно увеличена конструктивными мероприятиями. К ним отно­сятся устройство полов в подвале здания, введение затяжек в рас­порные конструкции, объединение фундаментов в жесткую простра­нственную систему.

Устойчивость фундамента на глубинный сдвигпроверя­ется аналитическим или графоаналитическим методом расчета. Графоаналитические методы оценки устойчивости используются при сложных расчетных схемах систе­мы «фундамент — основание», для которых аналитические методы не разработаны: для многослойных оснований, когда фундамент расположен на откосе или рядом с ним и др.

При расчете графоаналитическим методом предельная наг­рузка, вызывающая глубинный сдвиг в основании, не определяется, а вычисляется коэффициент устойчивости: отношение момента сил, удерживающих рас­сматриваемый отсек обрушения, к моменту сил, стремящихся по­вернуть этот отсек относительно центра вращения.

Тема 3. «Фундаменты»

Вопрос: 3.15 Основные положения проектирования гибких фундаментов.

Ленточные фундаменты большой длины, балки на грунте, большинство плитных фундаментов относятся к гибким фундаментам.

В отличие от жестких фундаментов, деформации которых ничтожно малы, деформации гибких фундаментов соизмеримы с деформациями ос­нования, в результате этого гибкий фундамент и его основание работают под нагрузкой совместно, образуя единую систему, а ре­активное давление грунта изменяется по сложному закону, сущест­венно отличающемуся от линейного.

Определение этого давления из расчета совместного деформирования фундамента с основанием является основной задачей при проектировании гибких фундамен­тов. Задача довольно сложная, поскольку в общем случае реактив­ное давление на фундамент зависит от жесткости фундамента, его размеров и формы, характеристик деформируемости основания, величины, характера и расположения нагрузки.

Методы расчета балок и плит на упругом основании изложены в курсах «Строительная механика» и «Железобетонные конструкции».

Расчет ленточных фундаментов.

В задачу расчета гибкого лен­точного фундамента входят определение реактивного давления гру­нта по подошве фундамента, вычисление внутренних усилий, дейст­вующих в фундаменте, установление размеров поперечного сечения фундамента и его необходимого армирования.

При расчете реактивного давления грунта гибкий ленточный фундамент рассматривается как балка на упругом основании, изги­бающаяся под действием приложенных к ней внешних нагрузок. Если пренебречь трением между подошвой фундаментной балки и грунтом основания, что идет в запас прочности, дифференциаль­ное уравнение ее изгиба можно представить в виде

EI d4z/dx = -px, (пояснение: d, dx в «четвертой степени»)

где EI — жесткость балки; z — прогиб балки в точке с координатой х; р_х — реактивное давление в той же точке.

Предварительный под­бор сечения фундаментной балки

где с_z — коэффициент пропорциона­льности, называемый коэффициен­том постели, ориентировочно рав­ный: (0,3. 1) • 10 4 кН/м 3 — при очень слабых грунтах, (l. 3)’ 10 4 кН/м 3 — при слабых грунтах, (3. 8) • 10 4 кН/м 3 — при грунтах средней плот­ности;

z — осадка в точке определения реакции р_х.

Тема 3. «Фундаменты»

Вопрос: 3.16 Свайные фундаменты

Классификация свай и свайных фундаментов

Ответ:

В случаях, когда на поверхности залегают слои слабых грунтов, не обладающих достаточной несущей способностью, чтобы служить основанием для фундаментов мелкого заложения, возникает необходимость передачи нагрузки на более плотные грун­ты, расположенные на некоторой глубине. В этих условиях чаще всего прибегают к устройству фундаментов из свай.

Сваей называют погруженный в готовом виде или изготовлен­ный в грунте стержень, предназначенный для передачи нагрузки от сооружения на грунт основания.

Группы или ряды свай, объеди­ненные поверху распределительной плитой или балкой, образуют «свайный фундамент».

Распределительные плиты и балки, выпол­ненные, как правило, из монолитного или сборного железобетона, называют ростверками.

Ростверки воспринимают, распределяют и передают на сваи нагрузку от расположенного на фундаменте сооружения.

Если ростверк заглублен в грунт или его подошва расположена непосредственно на поверхности грунта, то его назы­вают низким свайным ростверком,

если подошва ростверка расположена выше поверхности грунта — высоким свайным ро­стверком (рис.1).

В строительстве применяется более 150 типов свай и их конструктивных видов, которые принято классифициро­вать по двумосновным признакам:

— по характеру передачи нагрузки на грунт,

— по условиям изготовления свай.

По характеру передачи нагрузки на грунт сваи подразделяются на

—сваи-стойки

— висячие сваи.

К сваям-стойкам относятся сваи, прорезающие толщу слабых грунтов и опирающиеся на практически несжимаемые скальные или малосжимаемые грунты:

Свая-стойка практи­чески всю нагрузку на грунт передает через нижний конец, так как при малых вертикальных перемещениях сваи не возникают условия для проявления сил трения на ее боковой поверхности (рис. 2, а).

Свая-стойка работает как сжатый стержень в упругой среде, ее несущая способность определяется сопротивлением грунта под ее нижним концом.

К «висячим сваям» относятся сваи, опирающиеся на сжимаемые грунты. Под действием продольного усилия N висячая свая получа­ет вертикальные перемещения, достаточные для возникновения сил трения между сваей и грун­том.

Типы свайных ростверков: а) низкий; b) высокий

В результате нагрузка на основание передается как боковой поверхностью сваи, так и ее нижним концом (рис. б ). Несущая спосо­бность висячей сваи опреде­ляется суммой сопротивле­ния сил трения по ее боко­вой поверхности и грунта под острием.

По условиям изготовления сваи делятся на две группы:

-сваи, изгото­вляемые заранее на заводе, и

-сваи, изготовляемые на месте, в грунте.

Схемы передачи наг­рузки сваями на грунты основания

В зависимости от расположения свай в плане различают виды свайных фундаментов:

—одиноч­ные сваи,

—свайные кусты,

—ленточные свайные фундаменты

— сплошные свайные поля (рис.).

Одиночные сваи применяют под отдельно стоящие опоры, когда не­сущей способности одной сваи до­статочно для восприятия передава­емой на основание нагрузки.

Разно­видность одиночных свай, служащих одновременно и фундаментом, и ко­лонной легкой надземной конструкции, называют сваей-колонной.

Свайным кустом принято называть фундамент, состоящий из группы свай,

обычно не менее трех

Если сваи в фундаменте расположены в «один или несколько рядов», то такой фундамент называют ленточным свайным фун­даментом. Ленточные свайные фундаменты устраивают под стены зданий и другие протяженные конструкции.

Если фундамент состоит из свай, расположенных в определен­ном порядке под всем сооружением, его называют сплошным свайным полем.

Сплошные свайные поля устраивают под тяже­лые сооружения башенного типа, имеющие ограниченные размеры в плане.

Тема 3. «Фундаменты»

Вопрос: 3.17 Конструкции предварительно изготовленных свай

Ответ:

подразделяются на железобетонные, деревянные, стальные и комбинированные.

Железобетонные сваи, получившие наибольшее распростра­нение в практике строительства, подразделяют:

-по форме поперечного сечения — на квадратные, квадратные с круглой полостью, полые круглого сечения, прямоугольные, (рис.);

-по форме продольного сечения — на призматические, цилинд­рические, сваи с уширенной пятой (рис.);

-по способу армирования — на сваи с ненапрягаемой и пред­варительно напряженной продольной арматурой, с поперечным армированием и без него;

-по конструктивным особенностям — на сваи цельные и состав­ные.

Наиболее часто в настоящее время применяют призматические сваи сплошного квадратного сечения, квадратного сечения с круг­лой полостью и полые цилиндрические .

Сваи сплошного квадратного сечения выпускают сечением от

— 0,2 х 0,2 до 0,4 х 0,4 м и длиной 3-16 м с ненапрягаемой арматурой,

-длиной 3- 20 м — с напрягаемой.

При необходимости увеличения длины свай их стыкуют из нескольких звеньев.

Сваи сплошного квадратного сечения применяют в любых сжи­маемых грунтах без твердых включений для передачи на основания вдавливающих, выдергивающих и горизонтальных нагрузок.

Сечения железобетон­ных свай

а) — квадратной; б) — квадратной с круглой полостью; в ) — круглой пустотелой;

г ) — прямоугольной; д) — швеллерной, е)-двутавровой.

Полые круглые сваи в зависимости от диаметра ствола подраз­деляют на два вида:

— диаметром 0,4 — 0,8 м — полые круглые сваи,

— диаметром более 0,8 м — сваи-оболочки.

Полые круглые сваи изго­товляют цельными (из одного звена) длина одного звена 4. 8 м, длина составной сваи до 40 м.

Полые круглые сваи рекомендуется применять в слабых грунтах мощностью более 12 м и при передаче на сваю больших (более 100 кН) горизонтальных нагрузок.

Конструкция железобетонных свай:

-а — призматическая с поперечным армированием ствола;

—б — то же, без поперечного армирования ствола

-в — то же, с круглой полостью;

Деревянные сваи

. Простейшая конструкция деревянной сваи предста­вляет собой бревно с за­остренным нижним кон­цом. Верхний конец сваи снабжается стальным коль­цом— бугелем, защища­ющим его от размочали­вания во время забивки. При погружении сваи в грунты с твердыми вклю­чениями на ее нижнем конце закрепляют сталь­ной башмак.

Для изготовления деревянных свай используют древесину хвой­ных пород (сосны, лиственницы, пихты, ели). Готовые сваи имеют диаметр от 18 до 40 см, наибольшую длину — 8,5 м.

Преимуществом деревянных свай являются простота изготовле­ния и небольшой вес, Недо­статками — небольшая несущая способность, и опасность загнивания.

Стальные сваи.

Стальные сваи делят на трубчатые и шпун­товые.

Трубчатые сваи изготовляют из стандартных стальных труб диаметром 02 — 0,8 м, шпунтовые — из стального шпунта, также двутавровые балки, швеллеры.

Преимуществом стальных свай — возможность наращи­вания сваркой, недостатком — подверженность коррозии, особенно в агрессивных водных средах.

Комбинированные сваи.

Сваи, составленные по длине из двух различных матери­алов, это комбинация из деревянной части, которая поме­щается ниже уровня подземных вод, с бетонной или железобетон­ной верхней частью.

Тема 3. «Фундаменты»

Вопрос: 3.18 Способы погружения свай

Ответ:

Забивка свай в грунт осуществляется сваебойными молотами. Для защиты свай от разрушения надевают металлический наголовник. Молоты подразделяют на :

Наиболее простыми являются механические, это чугунная или стальная болванка весом до 60 кН .

Работа молота: подъем на высоту (обычно 2. 3 м) и свободное падение на оголовок сваи. Недостаток — низкая производительность.

Более производительные — паровоздушные и дизель­ные молоты.

Забивка сваи механическим мо­лотом:

1 — мачта копра; 2 — подвесной молот; 3 — металлический наголовник; 4 — .свая

К вибромолотам отно­сятся молоты ударно-вибра­ционного действия, в кото­рых на сваю передаются вертикальные колебания.

Для уменьшения сопротивления грунта погру­жению свай (в промерзший грунт) , их забивают в пробуренные лидерные скважины, их глубина не более 0,9 длины сваи, диаметр скважины — не более диагонали поперечного сечения сваи.

Вибропогружение свай наиболее эффективно при насыщен­ных водой песках. Вертикальные колебания передаются через сваю грунту, который разжижается, что приводит к резкому уменьшению сил трения на боковой поверхности сваи.

Вдавливание свай с помощью гид­родомкратов, применяется при невозможности за­бивать или вибропогружать сваи (вблизи существующих сооружений или усилении существующих фундаментов).

Ввинчивание свай винтовыми лопастя­ми (винтовые сваи) особыми механизмами, назы­ваемыми кабестанами.

Преимущество: хорошо работают на выдергивающие нагрузки.

Сваи, изготовляемые в грунте (набивные сваи). Конст­рукция: имеет, как правило, цилиндричес­кую форму, может предусматривать уширение нижнего конца, для повышения их несущей способности.

Набивные сваи можно разделить на три основных типа:

-сваи без оболочки,

-сваи с оболочкой, извлека­емой из грунта, и

-сваи с неизвлекаемой оболочкой.

Сваи без оболочек применяют в связных сухих и мало — влажных грунтах, где возможно бурение без крепления стенок скважин.

Последовательность изготовления набивных свай без оболочек:

а- бурение скважин; б — устройство уширения механическим способом; в — установка арматурного каркаса; г — опускание а скважину бетонолитной трубы; д — заполнение скважины бетонной смесью; е — извлечение бетонолитной трубы с вибрацией; ж — формирование головы в инвентарном кондукторе.

В водонасыщенных глинистых грунтах проходку скважин для устройства бетонооболочковых свай производят под защитой глини­стого раствора с избыточным давлением в скважине, препятствующем обрушению ее стенок.

Набивную сваю, скважина под которую получена бурением, принято называть буронабивной сваей.

Разновидность буронабивных свай — буроиньекционные сваи, для заполнения вертикальных или наклонных скважин цементно-песчаным раствором под давлением.

Сваи имеют арматурный каркас, который позволяет им воспринимать не только сжимающие, но и растягивающие усилия и моменты.

Малый диаметр (80. 250 мм) при большой длине (до 30 м ), их используют для усиления фундаментов существующих зданий, бурят сквозь старую кладку.

Сваи с извлекаемой оболочкой, используемые инвентарные обсад­ные трубы защищают стенки скважины от обруше­ния.

а ) бурение скважины под защитой обсадной трубы;

б),в) бетонирование с трамбованием и постепенным извлечением обсадной трубы;

г ) «готовая» свая.

Сваи с неизвлекаемой оболочкой применяют, на площадках с водонасыщенными глинистыми грунтами. где под напором подземных вод ствол сваи может быть разрушен во время твердения бетонной смеси.

Дата добавления: 2018-04-05 ; просмотров: 1722 ; Мы поможем в написании вашей работы!

Источник