Основные положения проектирования оснований и фундаментов ПО ПРЕДЕЛЬНЫМ СОСТОЯНИЯМ.

Оценка инженерно-геологических условий строительной площадки

Этот раздел должен содержать оценку инженерно-геологических условий и свойств грунтов, слагающих строительную площадку. При оценке инженерно-геологических условий на основе полученных исходных материалов (по заданию) необходимо осветить следующие вопросы:

1. Географическое положение площадки.

2. Геологическая характеристика площадки.

3. Гидрогеологические условия.

4. Основные и дополнительные показатели физических свойств грунтов.

5. Характеристики физического состояния и сжимаемости грунтов.

6. Расчетное сопротивление каждого вида грунта (по глубине слоев).

7. Расчетная глубина промерзания грунтов и их пучинистые свойства.

Вначале на плане строительной площадки в масштабе намечают пятно застройки, располагая здание так, чтобы оно в меньшей степени испытывало возможные неравномерные осадки. Устанавливают планировочную отметку (DL). В пределах пятна застройки намечают геологический разрез, применительно к которому осуществляют оценку инженерно-геологических условий и на котором схематично наносят подземную часть здания или сооружения с указанием отметок.

Для каждого пласта, имеющего номер, по заданным характеристикам грунта вычисляют дополнительные, необходимые для дальнейших расчетов; классифицируют грунты и устанавливают их свойства в соответствии с ГОСТами (1.4 [3]).

Вычисление дополнительных характеристик рекомендуется выполнять в такой последовательности: плотность скелета (сухого) фунта (p_d); коэффициент пористости (е), пористость (n), полная влагопроницаемость (w_sat), степень влажности (S_r), удельный вес грунта с учетом взвешивающего действия воды (y_sb); число 20
пластичности (1_р), показатель текучести (I_L), коэффициент относительной сжимаемости (m_n).

После вычисления каждого из указанных показателей следует дать соответствующую характеристику грунта (плотность сложения песчаных грунтов, консистенция пылевато-глинистых, их наименование, водонасыщенность, сжимаемость). Расчетную глубину промерзания (d_f) определяют по формуле (З) СНиП 2.02.01-83, а нормативную (d_¦n) по формуле (2) СНиП 2.02.01-83 или ориентировочно по карте нормативных глубин промерзания (рис. 3.4 [3]).

Для всех грунтов основания определяют их расчетные сопротивления по формуле (7) СНиП 2.02.01-83 при ширине подошвы b = 1 м.

При определении R для первого слоя глубина заложения фундамента d выбирается исходя из конструктивных особенностей здания или глубины промерзания. Для последующих слоев глубину заложения принимают равной расстоянию от поверхности планировки площадки строительства (DL) до отметки на 0, 3 м ниже кровли этого слоя.

Оценка инженерно-геологических условий завершается заключением, в котором делаются выводы о возможности строительства проектируемого сооружения на рассмотренной площадке, выборе несущего слоя грунта фундамента на естественном основании или свайного, а также даются рекомендации о целесообразности рассмотрения других вариантов фундаментов. В заключении оценивается сжимаемость грунтов основания фундаментов, возможные его неравномерные деформации; определяется наличие или отсутствие слабого подстилающего слоя; даются предварительные рекомендации по устройству гидроизоляции подземных частей сооружения, учету пучинистых свойств грунтов при подготовке оснований и устройстве фундаментов; приводятся соображения по проектированию водоотлива или водопонижения при разработке котлована исходя из гидрологических условий и фильтрационных свойств грунта.

Исходные данные для проектирования оснований и фундаментов. Нагрузки и воздействия. Данные инженерно-геологических изысканий.

Инженерно-геологические условия площадки строительства оцениваются с помощью деформационных и прочностных характеристик грунтов отдельных слоев основания грунты можно отнести к слабым или надежным.

Слабыми называются грунты, которые в естественном состоянии не могут являться основанием данного сооружения.

Надежными называются грунты которые при разумных издержках на устройство фундаментов, обеспечивают деформации (осадки) в допустимых пределах.

I II III IV

надежный слабый надежный слабый

надежный надежный слабый слабый

надежный

I схема предполагает использование фундамента мелкого заложения т.е. на естественном основании с минимально возможной глубиной заложения.

II схема при наличии слоя слабых грунтов малой мощности предполагает использование фундаментов мелкого заложения с прорезанием слоя слабых грунтов и опирающееся на надежные грунты. При значительной мощности слабых грунтов используют для прорезания свайные фундаменты.

III схема предполагает использование фундаментов мелкого заложения при большой мощности надежных грунтов (первый слой). При малой же мощности предполагается использование свайного фундамента с прорезаением сваями слабых грунтов. Как вариант можно укрепить слабые грунты.

IV схема не может быть использована в качестве естественного основания.

Климатические условия.

Зимой грунты промерзают и увеличиваются в объеме. На фундамент могут оказывать влияния силы морозного пучения, чтобы исключить такое влияние необходимо в ряде случаев заглублять фундаменты ниже глубины промерзания грунтов. различают нормативную и расчетную глубины промерзания грунтов.

Особенности возводимых сооружений.

1. С точки зрения их степени ответственности.

I класс – имеющие народно-хозяйственное значение и социальные объекты, требующие повышенной надежности: ТЭЦ, АЭС, стадионы, кинозалы.

II класс – остальные здания и сооружения.

III класс – временные постройки, одноэтажные или складские.

Исходные данные, необходимые для проектирования оснований и фундаментов:

Инженерно-геологические и гидрогеологические условия стройплощадки.

Выполняется комплекс инженерно-геологических исследований стройплощадки с учетом:

- глубина изысканий (скважин) зависит от вида фундаментов, наличия слабых или структурно неустойчивых грунтов,

- количество выработок зависит от сложности инженерно-геологических условий и размеров здания в плае,

- количество проб, отбираемого из каждого инженерно-геологического элемента – не менее 6 шт.

- определяется положение грунтовых вод, определяется их хим. состав,

- определяется глубина сезонного промерзания - d_fn( для Нск – 2, 2 м)

По результатам разведывательных работ строится инженерно-геологический разрез. Изыскания производятся раз в 5 лет.

Основные положения проектирования оснований и фундаментов ПО ПРЕДЕЛЬНЫМ СОСТОЯНИЯМ.

Общие сведения. Основания и фундаменты надлежит проектировать так, чтобы была надежно обеспечена возможность нормальной эксплуатации сооружений. Для этого они должны быть прочными и устойчивыми, т. е. обладать достаточной несущей способностью. Если это условие не выполнено, то несущая способность основания и фундамента может оказаться исчерпанной, в результате чего расположенное на них сооружение будет разрушено или деформировано в такой степени, что нормальная эксплуатация сооружения будет невозможна или значительно затруднена. Различают пять форм исчерпания несущей способности оснований и фундаментов:
1) исчерпание прочности фундамента (прочности материала фундамента), приводящее к его разрушению;
2) исчерпание устойчивости фундамента, приводящее к его опрокидыванию;
3) исчерпание устойчивости фундамента, вызывающее его сдвиг;
4) исчерпание прочности основания, приводящее к большим просадкам;
5) исчерпание устойчивости основания, сопровождающееся сдвигом массы грунта совместно с фундаментом по некоторой поверхности скольжения — глубокий сдвиг.
Наиболее характерные схемы потери устойчивости фундаментов: опрокидывание с поворотом; плоский сдвиг; глубокий сдвиг.

Расчеты оснований и фундаментов на прочность, устойчивость по деформациям и на трещиностойкость, как и других строительных конструкций, выполняют по методу предельных состояний. Под предельным состоянием подразумевается такое напряженное состояние конструкций или оснований, когда при самом незначительном увеличении нагрузок они перестают удовлетворять предъявляемым к ним требованиям: наступает их разрушение, возникают недопустимые деформации, происходит потеря устойчивости и т. п.
Основания и фундаменты мостов и труб под насыпями рассчитывают по двум группам предельных состояний:
по первой группе — по несущей способности оснований, устойчивости фундаментов против опрокидывания и сдвига, устойчивости фундаментов при действии сил морозного пучения грунтов, прочности и устойчивости конструкций фундаментов;
по второй группе — по деформациям оснований и фундаментов (осадкам, кренам, горизонтальным перемещениям), трещиностойкости железобетонных конструкций фундаментов.
Расчет по первой группе предельных состояний выполняют с целью не допустить исчерпания несущей способности и устойчивости оснований и фундаментов. Расчет производят исходя из условия
F≤ Fu, (6.1)
где F — силовое воздействие (нагрузка) на основание или на фундамент; Fu — несущая способность (сила предельного сопротивления) основания или фундамента.
Цель расчета по второй группе предельных состояний — исключить возможность возникновения недопустимых по условиям нормальной эксплуатации сооружения деформаций (осадок, кренов, сдвигов) оснований и фундаментов. Расчет производят, исходя из соблюдения условия s< su, (6.2)
где s — совместная деформация основания и фундамента, определяемая расчетом; su —соответствующее предельно допустимое значение деформации.
При расчетах оснований и фундаментов необходимо иметь в виду, что по характеру действия на фундамент нагрузки подразделяют на постоянные и временные, которые могут действовать только в вертикальном направлении или же в горизонтальном и вертикальном направлениях одновременно. Последний случай является наиболее характерным для фундаментов мостов. К постоянным нагрузкам относят собственный вес конструкции, грунта и воды, а также горизонтальное давление грунта и воды. Остальные нагрузки относят к временным.
При проектировании фундаментов следует учитывать, что длительно действующие постоянные нагрузки оказывают решающее влияние на рост остаточной равномерной или неравномерной осадки оснований. Временные нагрузки, действующие на сооружение лишь в течение короткого промежутка времени, почти не оказывают влияния на увеличение остаточных деформаций. Это объясняется тем, что уплотнение фундаментом большой массы грунта представляет собой не кратковременное явление, а длительный, сложный, зависящий от многих факторов процесс. Кроме фактора продолжительности действия нагрузки на степень уплотнения грунтов оказывает большое влияние удельное давление, с увеличением которого возрастает осадка основания. Основными параметрами сопротивления материалов силовым воздействиям являются нормативные сопротивления, устанавливаемые нормами проектирования строительных конструкций с учетом случайной изменчивости механических свойств материалов.
Основными параметрами механических свойств грунтов, определяющими несущую способность оснований фундаментов и их деформации, являются нормативные значения прочностных и деформационных характеристик грунтов (угла внутреннего трения, удельного сцепления, модуля деформации, сопротивлений одноосному сжатию и сдвигу скальных и мерзлых грунтов и т. д.).

Расчет по второй группе предельных состояний проводят с целью ограничения перемещений оснований, фундаментов и надфундаментных конструкций такими пределами, при которых гарантирована невозможность достижения состояния, затрудняющего нормальную эксплуатацию сооружений в целом или отдельных элементов, либо снижающего их долговечность.
Различают следующие деформации (перемещения) основания:
осадки — деформации, происходящие в результате уплотнения грунта под воздействием внешних нагрузок и в отдельных случаях собственного веса грунта, не сопровождающиеся коренным изменением его структуры;
просадки — деформации, происходящие в результате уплотнения и, как правило, коренного изменения структуры грунта под воздействием как внешних нагрузок и собственного веса грунта, так и дополнительно с ними действующих факторов, например, замачивания просадочного грунта, оттаивания ледовых прослоек в замерзшем грунте и т. п.;
подъемы и усадки — деформации, связанные с изменением объема некоторых грунтов при изменении их влажности или воздействии химических веществ (набухание и усадка) и при замерзании воды и оттаивании льда в порах грунта (морозное пучение и оттаивание грунта);
оседания — деформации земной поверхности, вызываемые разработкой полезных ископаемых, изменением гидрогеологических условий, понижением уровня подземных вод, карстово-суффозионными процессами и т. п.;
горизонтальные перемещения — деформации, связанные с действием горизонтальных нагрузок на основание (фундаменты распорных систем, подпорные стены и т. д.) или со значительными вертикальными перемещениями поверхности при оседаниях, просадках грунтов от действия собственного веса и т. п.
Деформации основания в зависимости от причин возникновения подразделяют на два вида:
1) деформации от внешней нагрузки на основание (осадки, просадки, горизонтальные перемещения);
2) деформации, не связанные с внешней нагрузкой на основание и проявляющиеся в виде вертикальных и горизонтальных перемещений поверхности основания (оседания, просадки грунтов от действия собственного веса, подъемы и т. п.).
Совместная деформация основания и сооружения может характеризоваться абсолютной осадкой основания отдельного фундамента s; средней осадкой основания сооружения sm; относительной неравномерностью осадок двух фундаментов As/L сооружения длиной L; креном фундамента или сооружения в целом i; горизонтальным перемещением фундамента или сооружения в целом u.

Принципы расчета оснований по предельным состояниям (I и II).

1 предельное состояние – обеспечение условий невозможности потери несущей способности, устойчивости и формы.

2 предельное состояние – обеспечение пригодности к нормальной эксплуатации зданий и сооружений при недопущении деформаций сверх нормативных (потери устойчивости не происходит).

По 1 ПС расчет ведется всегда, по 2 (по тещиностойкости) – только для гибких фундаментов (ленточных, притных).

По 1 ПС расчеты ведутся, если:

1) на основание передается значительная горизонтальная нагрузка.

2) фундамент расположен на откосе или вблизи, или основание сложено крупнопадающими пластинами грунта.

3) основание сложено медленноуплотняющимисяводонасыщенными пылевато-глинистыми грунтами с показателем водонасыщения S_r≥ 0.8 и к-нтом консолидации с_y≤ 10⁷cм²/год – прочность скелета грунта при нейтральном давлении.

4) основание сложено скальным грунтом.

Расчетное условие для 1 ПС:

F – расчетная нагрузка на основание,

F_u – сила предельного сопротивления основания,

γ _с = 0, 8..1, 0 – к-нт условий работы грунтового основания,

γ _n = 1, 1..1, 2 – к-нт надежности, зависит от назначения здания.

По 2 ПС – ведется всегда.

S ≤ Su – расчетное улови (при P ≤ R), где P – давление под подошвой фундамента.

R – расчетное сопротивление грунта.

12 3 4 5 6 7 8 9 10 Следующая ⇒