Основные принципы проектирования фундаментов в различных геологических условиях
Каждая площадка строительства обладает специфическими особенностями, прежде всего сугубо индивидуальным напластованием грунтов. Это обстоятельство затрудняет оценку их влияния на выбор глубины заложения подошвы фундаментов. В связи с этим рассмотрим типовые схемы напластования, в которые можно сгруппировать все инженерно-геологические условия. Для схематизации все грунты делят на две условные категории: слабые и надежные (хорошие).
Слабыми называют грунты, если использование их в качестве основания при устройстве фундаментов в открытых котлованах не может обеспечить надежного существования проектируемого сооружения.
Надежными называют грунты, которые обеспечивают требуемое существование проектируемого сооружения.
Следует обратить внимание на относительность понятий «слабый» и «надежный» грунт. Эти понятия, как отмечено выше, связываются с проектируемым сооружением. Если сооружение легкое или несущие конструкции его допускают развитие больших и неравномерных осадок, то даже сильно сжимаемые грунты будут относиться к категории надежных. Наоборот, при возведении конструкций, не допускающих неравномерные осадки, а также тяжелых сооружений приходится считать слабыми даже грунты, обладающие средней сжимаемостью и с успехом используемые в основании обычных сооружений.
Рис.1 Схемы I—III напластования грунтов 1 — надежный грунт; 2 — слабый грунт
При указанном делении грунтов все многообразие их напластований можно представить в виде трех схем (рис1.).
Схема I. С поверхности на большую глубину залегают надежные грунты. Толща их может состоять из нескольких слоев. Строительные качества грунтов всех подстилающих слоев не ниже качества грунтов верхнего слоя толщи. Решением для такой схемы напластования грунтов является принятие минимальной глубины заложения подошв фундаментов, допускаемой при учете климатических воздействий и особенностей сооружения. Иногда за несущий принимают слой более плотного грунта, залегающий на некоторой глубине (рис. 2), если это решение экономичнее.
Схема П. С поверхности на некоторую глубину залегают один или несколько пластов слабых грунтов, ниже которых располагается толща надежных грунтов. При таком напластовании можно наметить ряд решений.
Простейшим решением является прорезка слабых грунтов и передача нагрузки на слои надежных грунтов (рис. 3,а). При высоких качествах надежного грунта сооружение можно опереть на столбы (рис. 3,б) или сваи (рис. 3,в). Сван при этом могут иметь различную длину в зависимости от качества надежных грунтов. Легкие сооружения можно возводить на сваях, передающих нагрузку на слабые грунты (рис. 3,г). Слабые грунты могут быть уплотнены, заменены или закреплены (рис. 3,д). Иногда целесообразно использовать слабые грунты в основании, понизив чувствительность несущих конструкций к неравномерным осадкам или уменьшив неравномерности осадок путем устройства сплошных фундаментных плит или ленточных фундаментов под колонны.
Схема III. На некоторой глубине слоистой толщи залегает один или несколько пластов слабых грунтов. В этом случае приемлемы решения, рассмотренные при напластовании грунтов по схеме II, однако приходится прорезать и верхний слой надежного грунта. При напластовании грунтов по схеме III верхний слой надежного грунта можно использовать в качестве распределительной подушки (рис. 4, а) или закрепить только слой слабого грунта (рис. 4,6).
Таким образом, тип и глубина заложения фундаментов существенно зависят от инженерно-геологических условий площадки строительства.
Рнс. 2. Варианты устройства фундаментов при наличии более плотных грунтов под «надежным» грунтом I — «надежный» грунт среднего качества; 2 —более плотный грунт
Рис 3Варианты устройства фундаментов при напластовании грунтов по схеме II
Рис. 4. Варианты устройства фундаментов при напластовании грунтов по схеме III 1 — надежный грунт; 2 —слабый грунт; 3— зона закрепления; 4 — эпюра напряжений
Источник
I инженерная геология
5. Основания и фундаменты.
В основе проектирования оснований и фундаментов заложены следующие принципы:
1) проектирование оснований сооружений по предельным состояниям;
2) учет совместной работы системы основание – фундаменты – несущие конструкции сооружения;
3) комплексный учет факторов яри выборе типа фундаментов и оценке работы грунтов в основании в результате совместного рассмотрения:
инженерно-геологических условий площадки строительства;
особенностей сооружений и чувствительности его несущих конструкций к развитию неравномерных осадок;
метода выполнения работ по устройству фундаментов и подземной части сооружения.
Такой учет факторов делает задачу проектирования и возведение фундаментов сложной, поэтому необходимо разрабатывать несколько вариантов устройства оснований и фундаментов, а затем на основе технико-экономического их сравнения принимать наиболее рациональное решение.
5.1 Предельные состояния оснований сооружений.
При загрузке фундаментов в основании, состоящем из дисперсных грунтов, развиваются деформации уплотнения, приводящие к осадке сооружений. Такие фундаменты, как гибкая плита, система различных фундаментов, не обеспечивают жесткости сооружения, осадки под отдельными частями будет не одинаковой, т.е. неравномерной. В связи с этим расчет оснований прежде ведется по второй группе предельных оснований, т.е. по деформациям.
При слабых грунтах, обладающих малым сопротивлением сдвигу, может произойти полная потеря устойчивости грунтов под фундаментами. В таких случаях основания рассчитывают дополнительно по первой группе предельных состояний – по устойчивости.
5.1.1. Выделяются три типа сооружений по жесткости: абсолютно гибкие, беспрепятственно следующие за перемещениями поверхности грунта и по всем точкам контактирующим с ним. Это земляные насыпи. Даже значительная неравномерная осадка их не опасна. Для получения проектных отметок насыпи ее делают выше на величину ожидаемой осадки, т.е. придают насыпи строительный подъем.
Абсолютно-жесткие сооружения не могут искривляться. При симметричной загрузке и симметричной податливости основания их осадка будет равномерной, при неравномерной деформации основания они получат крен без изгиба конструкции (дымовые трубы, доменные печи и т. п.) Эти конструкции имеют большой запас прочности на изгиб.
К сооружениям конечной жесткости относятся большинство зданий и сооружений. При развитии неравномерных осадок они получают искривления. В результате возможно появление в них трещин. Для исключения этого при проектировании необходимо уделять существенное внимание оценке совместной работы грунтов основания и несущих конструкций сооружения.
5.2. Причины развития неравномерных осадок сооружений.
5.2.1 . Основные слагаемые осадок фундаментов.
В общем случае осадка каждого фундамента может состоять из суммы пяти слагаемых:
S = S упл . + S разупл . + S выпир . + S расстр . + S экспл .
Неравномерные осадки уплотнения S упл.
Под нагрузками, превышающими природное давление, грунт деформируется вследствие уменьшения объема пор грунта (уплотнения) и искажения формы отдельных частиц или агрегатов грунта. Такие явления развиваются из-за неоднородности основания, в частности: выклинивания слоев, линзообразного залегания слоев, неодинаковой толщины слоев, неоднородностью самого грунта, использование слоев разных грунтов, неоднородной консолидацией грунтов в основании под различными частями сооружения.
Неравномерные осадки разуплотнения S разупл.
Осадки разуплотнения развиваются под действием нагрузки, которая не превышает вес грунта вынутого при отрывке котлована. Таким образом, происходит неравномерное поднятие дна котлована. Влияние осадок разуплотнения ощутимо при глубине более 5м и устройстве фундаментов, нагрузка от которых вместе с обратной засыпкой существенно меньше веса вынутого из котлована грунтов. С этой целью при изысканиях испытывают грунты не только на сжатие, но и на разуплотнение.
Неравномерные осадки выпирания S вып.
По подошве жестких фундаментов реактивное давление распределяется неравномерно. По краям возникает давление, приводящее к развитию зон сдвига. Вследствие перемещения границ зон сдвигов происходит уплотнение грунтов по сторонам от этих зон. По мере загрузки фундамента указанные зоны увеличиваются, грунт, окружающий их, уплотняется и оказывает все большее сопротивление, которое может достигать значения пассивного отпора.
Неравномерные осадки расструктурирования S расстр .
При отрывке котлована грунты основания обнажаются и подвергаются расструктурированию. Здесь играют роль такие факторы, как воздействие грунтовых вод и газа; от динамических воздействий механизмов; в результате грубых ошибок строителей.
Сильно увлажненные такие грунты при промерзании испытывают пучение, сильно увеличиваясь в объеме, а при оттаивании под нагрузкой – просадку. Процесс посадки при оттаивании развивается очень неравномерно: грунт оттаивает с южной стороны здания быстрее, чем с северной, и быстрее, чем под внутренними стенами и колоннами. Недопустимо также интенсивное высыхание дна котлована из-за усадки пылевато-глинистых грунтов, а в дальнейшем, при восстановлении влажности, набуханию и поднятию фундамента.
Под воздействием подземных вод грунты испытывают гидростатическое и гидродинамическое давления, механическую и химическую суффозии, влияние расширения и выделения газа.
а) Если гидростатическое давление в водопроницаемом грунте, подстилающем сравнительно водонепроницаемый грунт больше напряжения от веса оставшегося ниже дна котлована слоя водонепроницаемого грунта, то возможна деформация и даже разрушение этого слоя.
б) Воздействие гидростатического давления особенно проявляется при слоистой текстуре грунтов (ленточные глины, суглинки), когда водопроницаемость вдоль слоистости в 50-100 раз больше, чем поперек.
в) Когда грунт испытывает гидродинамическое давление фильтрующего потока, уменьшается давление в скелете грунта и возникают предпосылки к набуханию грунта. Для устранения этих явлений либо искусственно понижают уровень подземных вод, либо забивают вокруг котлована шпунт с погружением его в подстилающий слой водонепроницаемого грунта.
г) Механическая суффозия возникает, когда вода из бортов котлована поступает по прослойкам грунта и выносит пылеватые и глинистые частицы. При растворении солей и минералов скелета грунта основания происходит химическая суффозия. Недопустимо динамическое воздействие перемещающихся механизмов и ударов по дну котлована, затопленного водой. Это приводит к расструктурированию пылевато-глинистых грунтов и пылеватых песков. В целях сохранения естественной структуры указанных грунтов их разрабатывают легкими механизмами, перемещающимися вблизи бровки котлована. Кроме того, на дне котлована оставляют защитный слой грунта, который удаляют вручную или очень легкими землеройными машинами.
Из грубых ошибок строителей относятся: перебор грунта и некачественная его обратная укладка; отрывка глубоких котлованов около ранее возведенных менее заглубленных; заблаговременная отрывка котлована; затопление котлована
6. Инженерно-геологические условия в строительстве .
Каждая площадка обладает специфическими условиями, прежде всего сугубо индивидуальным напластованием грунтов. В связи с этим рассмотрим типовые схемы напластования. Для схематизации все грунты делят на 2 условные категории: слабые и надежные (хорошие).
Слабые называют грунты, если они в качестве основания при устройстве фундаментов в открытых котлованах не могут обеспечить надежного существования проектируемого сооружения.
Надёжными называют грунты, которые обеспечивают требуемое существование проектируемого сооружения
Схемы 1, 2, 3 напластований грунтов.
1.надёжный грунт; 2.слабый грунт
Схема 1. С поверхности на большую глубину залегают надежные грунты. Здесь принимается решение минимального заглубления фундаментов при учете климатических факторов и особенностей сооружения.
Схема 2. С поверхности на некоторую глубину залегают 1 или несколько пластов слабых грунтов, ниже которых залегают надежные грунты. Простейшим решением является прорезка слабых грунтов, и передача нагрузки на слои надежных грунтов. Можно также опереться на столбы или сваи. Слабые грунты могут быть уплотнены, заменены или закреплены. Есть также решение уменьшить неравномерность осадок путем устройства фундаментных плит или ленточных фундаментов под колонны.
Схема 3. На некоторой глубине слоистой толщи залегает 1 или несколько пластов слабых грунтов. В этом случае приемлемы решения, рассмотренные при напластовании грунтов по схеме №2, однако приходится прорезать и верхний слой надежного грунта. При напластовании грунтов по схеме №3 верхний слой надежного грунта можно использовать в качестве распределительной подушки (рис.7) или закрепить только слой слабого грунта.
Рис.7 Варианты устройства фундаментов при напластовании грунтов по схеме 3
1.надёжный грунт; 2.слабый грунт; 3.зона закрепления;4.эпюра напряжений
II . ОРГАНИЗАЦИЯ ГЕОДЕЗИЧЕСКИХ РАБОТ В СТРОИТЕЛЬСТВЕ
1.Основы организации геодезических работ в строительстве.
В зависимости от степени сложности и объёма геодезических работ на линейный персонал строительной организации (мастеров, прорабов) возлагается:
обеспечение геодезической службы приборами, инструментами, оборудованием, инвентарём и транспортными средствами, а также помещениями, специально оборудованными для проведения камеральных работ и безопасного хранения приборов, инструментов и документов;
непосредственная проверка качества геодезических работ;
обеспечение в пределах стройплощадки сохранности принятых знаков геодезической плановой и высотной основы, в том числе главных осей зданий, сооружений и инженерных коммуникаций, строительной сетки, а также постоянных знаков пунктов рабочей платной и высотной основы;
при необходимости непосредственное выполнение геодезических работ;
передача заказчику по акту комплекта исполнительной геодезической документации, установленной нормативными документами;
проверка разбивочных работ, выполненных другими лицами.
Геодезические работы в строительстве выполняются в объёме и с точностью, обеспечивающие при размещении и возведении объектов строительства соответствие геометрических параметров проектной документации, требованиям строительных норм, правил и госстандартов.
Наиболее сложные геодезические работы выполняются силами с нециализированной геодезической организации, менее сложные — прикомандированным к каждому строительству объекту техником — геодезистом. Возможно выполнение геодезических работ строителями при наличии квалифицированных кадров при строительстве одним подразделением строителей одного — двух жилых домов, одного общественного здания и т. п.
Уровень современных геодезических зданий строителя должен позволить ему выполнить все разбивки зданий, включая вводы в дом коммуникаций и вертикальную планировку около здания. Строитель должен понимать назначение и содержание любых геодезических работ на строительстве, чтобы компетентно участвовать в разработке планов геодезических работ и вести наблюдения за их строительством. Следует помнить, что исправления геодезических ошибок при строительстве или очень дорого или невозможно.
В зависимости от назначения и этапов строительства геодезические работы делятся на следующие виды: съёмочные и трассировочные, разбивочные, исполнительные съёмки, наблюдения за деформациями сооружений.
Съёмочные и трассировочные работы предшествуют проектированию сооружений и проводятся в период изысканий. Цель изысканий состоит в обеспечении проектирования сооружений материалами по изучению топографических, геологических, гидрологических условий сводится к выполнению топографических съёмок территорий, к трассированию сооружений линейного типа (дорог, линий электропередач, связи, различных трубопроводов), к определению координат и высот точек геологической разведки.
Разбивочные работы ведутся при возведении сооружений и линейных коммуникаций и предназначаются для выноса с проекта на местность осей и точек сооружения. Исполнительная съёмка выполняется в процессе возведения сооружений или коммуникаций и по завершении строительства и имеет целью контроль выполненного строительства (соответствие СНИПу и проекту) и составлениенового плана местности (исправление старого, хранящегося в местном управлении архитектуры). Наблюдение за деформацией сооружений ведутся с начала возведения сооружений и продолжаются в период эксплуатации последних.
До начала выполнения геодезических работ на строительной площадке исполнители изучают чертежи строящегося объекта, проверяют взаимную увязку размеров, координат и высот в чертежах, используемых при разбивочных работах.
Геодезические работы выполняются с использованием приборов соответствующей точности и различных приспособлений, повышающих производительность труда геодезистов. Геодезические инструменты должны регулярно поверяться перед началом работ. Ежегодно полагается все приборы и инструменты отправлять в местный центр Госстандарта для сертификации. Производство геодезических работ несертифицированными (не поверенными) теодолитами, нивелирами, рулетками и др. приборами запрещено и облагается штрафами.
Организация геодезического обеспечения строительства предусматривает разработку комплекса мероприятий методического, технического, экономического и информационного характера. Указанные мероприятия определяются и конкретизируются в проектах организации строительства (ПОС), проектах производства работ (ППР), а для особо сложенных и уникальных зданий и сооружений – в отдельно разрабатываемом проекте производства геодезических работ (ППГР).
1.1.Государственный геодезический надзор
Госгеонадзор является одним из основных подразделений ГУГК (Гос. управление геодезии и картографии) при Совете Министров РФ. Он создан для того, чтобы вести государственный надзор за выполнением геодезических работ всеми ведомствами, в том числе и строительными организациями, за исключением М.О.
Свою деятельность Госгеонадзор осуществляет силами территориальных инспекций в соответствии с Инструкцией о государственном геодезическом надзоре.
1.2. Техника безопасности
При выполнении геодезических работ необходимо соблюдать правила техники безопасности. Все организации, деятельность которых связана с геодезическими работами, обязательно разрабатывают правила или инструкции по технике безопасности применительно к тем конкретным условиям, в которых предстоит выполнять геодезические работы.
На площадках развёрнутого строительства соблюдаются правила техники безопасности, принятые для данного строительного объекта, причём этими правилами должны быть предусмотрены и геодезические работы.
К выполнению геодезических работ допускаются лица, прошедшие вводный инструктаж и обучение правилам Т.Б. Проведение инструктажей оформляют приказом по строительному управлению. Здания по правилам техники безопасности проверяют ежегодно.
При работе на проезжей части дороги и при работе на строй площадке с работающими механизмами назначают наблюдателя — рабочего, освобождённого от других обязанностей,
К работам на высоте более 5 м не допускаются лица, моложе 18 лет.
На перекрытиях зданий устанавливают ограждения предусмотренные ППР.
Нельзя производить геодезические работы в глубоких котлованах, вблизи нависших стенок, на краю откосов, под стеной даже работающего экскаватора.
В зимнее время при прогреве грунта или бетона электропрогревом нельзя производить на таких участках измерения стальными лентами.
Геодезисты с приборами должны перемещаться по лестничным маршам, имеющим инвентарные заграждения. Нельзя ходить по опалубке.
Запрещается перемещаться по краю корпуса, перемычками, перегородками, ригелям.
Переходы с ригеля на ригель допускаются только по удобным подмостям. При работе в опасных местах исполнитель должен привязывать себя к прочно закреплённым конструкциям монтажным поясом.
При монтаже различных конструкций геодезические приборы должны быть установлены на расстоянии полуторной высоты монтируемой конструкции.
При обследовании и обмере различных колодцев следует учитывать, что в них могут накапливаться ядовитые газы.
Геодезические работы на строй площадке производятся в спецодежде и каске.
При выполнении работ в зимних условиях следует предусматривать перерывы в работе для обогрева, работающих и создавать условия для этого.
Запрещается выполнять геодезические работы:
при порывистом ветре силой в 6 баллов;
при сильном снегопаде, дожде, тумане;
при температуре воздуха от — 30 С и ниже;
на монтажной площадке при гололёде;
на проезжей части дорог.
При использовании на строй площадке лазерных приборов соблюдать меры предосторожности, указанные в инструкции к этим приборам.
Ответственность за выполнение мероприятий по ТБ возлагается на руководство строительного управления.
2. Система координат, применяемых в геодезии, ориентирование
Географические координаты точки – это её широта и долгота.
Поверхность Земли делят меридианами на зоны и в каждой зоне принимается своя система координат (система Гаусса).
Осью абсцисс () зональной системы координат является проекция осевого меридиана на плоскость, а осью ордината () – проекция экватора.
Положительное направление оси абсцисс – к северу от экватора, а ординат – к востоку от осевого меридиана. Для того, чтобы избежать официальных значений ординат, в СССР была принята ордината начала зональных координат ( центр зоны), равная 500 км.
Также ординаты называются преобразованными перед их значениями указывают номер зоны.
Рис.1 Изображение координатных зон на плоскости
В основном на территории России применяются местные системы координат.
Направление оси абсцисс () совмещают с направлением меридиана (на север), проходящего через выбранное начало координат на поверхности Земли.(рис.2)
Рис.2 Система плоских прямоугольных координат, применяемых в геодезии
Разности координат двух точек называется приращениями координат:
Обычно по координатам одной точки приходится вычислять координаты другой:
Для решения этой задачи, называемой прямой геодезической задачей, необходимо знать горизонтальное положение d = AB линии между заданными точками и её дирекционный угол α.
Горизонтальным проложением измеренного расстояния между двумя точками на местности называется это расстояние, приведённое к горизонту (исправленное за счёт угла наклона)
d = ΙABΙ cosﻻ. где ﻻ — угол наклона.
Дирекционный углом α называют угол, образуемый осью зоны или линией, параллельной ей и заданной линией. Дирекционный угол отчитывается от северного конца осевого меридиана, т.е от положительного направления оси по направлению движения часовой стрелки от заданной линии.
Дирекционный угол может иметь значения от 0 до 360
Из решения прямоугольного треугольника АА 0 В (см. рис. 2) получаем:
При вычислении на калькуляторе следует помнить, что значения углов нужно вводить в десятичной мере.
Например: 19 30’= 19 5’
Знаки приращений координат зависят от знаков cos α и sin α, они указаны в табл. 1.
Источник