Открытый водоотлив и искусственное понижение уровня грунтовых вод. Многоярусные установки. Искусственное замораживание водонасыщенных грунтов.
Водопонижение на строительстве метрополитенов применяют при сооружении станций, тоннелей и подземных переходов, возводимых открытым способом, при проходке станционных и перегонных тоннелей закрытым способом, при строительстве стволов шахт, а также выполнении различных работ, сопутствующих сооружению тоннелей метрополитена.
Для водопонижения применяют: легкие иглофильтровые установки, эжекторные иглофильтры, установки вакуумного и забойного водопонижения, а также глубинные насосы, устанавливаемые в водопонижающие скважины,
По мере откачки воды депрессионная воронка увеличивается по площади распространения и в глубину. Если интенсивность откачки остается постоянной, то со временем наступает стабилизация - установившийся режим, при котором не происходит дальнейшего развития депрессионной воронки. С прекращением откачки уровень грунтовых вод восстанавливается. Целью водопонижения является развитие и поддержание депрессионной воронки в водоносных грунтах, т. е. их поддержание в осушенном состоянии в течение всего периода возведения сооружения. В ряде случаев водопонижение применяют для снятия избыточного напора в подстилающих водоносных грунтах, отделенных от дна котлована слоем водоупорного грунта.
Водопонижающие скважины бурят за пределами контура возводимых конструкций. Их расположение в плане зависит от размеров сооружения, а также от гидрогеологических характеристик грунтов и может быть: линейным, контурным, кольцевым, комбинированным.
Искусственное охлаждение грунтов в естеств. залегании до отрицательных температур с целью их стабилизации и достижения водонепроницаемости. Замораживание грунтов применяется для создания временной прочной водонепроницаемой перемычки, преграждающей доступ воде или плывунным грунтам в выработку, при производстве работ по стр-ву подземных сооружений в водоносных грунтах. Широко распространен этот способ при стр-ве шахт, туннелей, станций метрополитена, подземных камер, фундаментов, мостов, перемычек и др. сооружений. Все замораживающие колонки соединяются с общим коллектором прямым и обратным трубопроводами, в к-рых циркулирует раствор соли хлористого кальция, охлажденный на замораживающей станции. Рассол поступает через питательные трубки в замораживающую колонку и, достигнув дна колонки, давлением насоса поднимается вверх по кольцевому пространству между питательной и замораживающей трубками и омывает внутренние стенки замораживающих колонок. При этом рассол отнимает тепло у грунта, окружающего колонку, понижает его темп-ру и постепенно замораживает. Вокруг каждой колонки образуются цилиндры из замороженного грунта, к-рые, увеличиваясь в диаметре, с течением времени соединяются между собой, образуя сплошную льдогрунтовую перемычку. Время, необходимое для образования перемычки, зависит от количества, скорости движения и состава грунтовой воды, термофизич. свойств грунтов, расстояния между скважинами, темп-ры циркулирующего рассола и других факторов. Во время разработки грунта, после образования льдогрунтовой перемычки, процесс замораживания осуществляется непрерывно или с определенным режимом.
Для искусственного замораживания грунтов используются холодильные машины различной конструкции и производительности, применяемые и в др. отраслях пром-сти, основанные на принципе испарения жидкостей (аммиак, углекислота, фреон и др.).
Отличие связаных грунтов от несвязаных (сыпучих).
Грунт представляет собой горные породы, залегающие большей частью в зоне выветривания и характеризующиеся как многокомпонентная геологическая система. Грунт можно разделить на три основных типа:
-Скальный грунт;
-Нескальный грунт: связанный (суглинок и глина), несвязанный (пески и супеси);
-Конгломерат.
Несвязанные грунты состоят из зерен различной величины, которые касаются друг друга. Несвязанные грунты не удерживают воду, и наличие воды практически не влияет на трение между зернами. Так как такие грунты не размягчаются, то их несущая способность не зависит от влагосодержания, а только от их плотности. Связанные грунты состоят из суглинка и глины с пластинчатым строением (глиняные лепестки). Вследствие строения поверхности глиняных лепесточков связанные грунты могут набирать воду и удерживать ее. Водовосприятие размягчает поверхность глиняных пластинок, что уменьшает трение между пластинками. При этом изменяется консистенция грунта и уменьшается его несущая способность. При уменьшающемся содержании влаги несущая способность таких грунтов, соответственно, увеличивается.
Нескальный связанный грунт, состоящий из сухой и слежавшейся глины и суглинка, может так же послужить неплохой основой для возведения дома. Но сухая глина встречается крайне редко, чаще всего встречаются мокрые глинистые породы, которые при отрицательных температурах замерзают и деформируются, разрушая фундамент. Такие же неблагоприятные для строительных работ свойства проявляют илистые почвы, торфяники и пылеватые пески с примесью глины. Такой состав почв при прокладке фундамента требует обязательного обустройства амортизационной подушки толщиной не менее 15-20 см. и состоящей из мокрого, утрамбованного, крупного песка.
Нескальный несвязанный грунт, состоящей из песков супесей представляет собой прекрасную основу для строительства. Несвязанный грунт неоднороден по своему составу и содержит множество различных примесей, состав которых и определяет глубину залегания фундамента. Например, в крупных песках с содержанием гравия, минимальная глубина залегания фундамента – 50 см., в сухих, мелких, песчаных почвах – 70 см., в твёрдых глинистых почвах – также 70 см., в пластичных глинах и насыщенных водой песках – 1 м.
П
Порядок проектирования свайных фундаментов.
Проектирование свайных фундаментов выполняется в следующем порядке:
Выполняется оценка инженерно-геологических условий (определяется слой грунта, в который наиболее рационально заглубить острие сваи)
Определяется тип и размер сваи
Определяется несущая способность сваи (расчетная нагрузка, допустимая на сваю):
расчетом с использованием таблиц;
по испытаниям;
по данным статического зондирования (SPT)
Определяется необходимое количество свай.
Производится размещение свай в плане и конструирование ростверка.
Проводится проверка давления, приходящегося на одну сваю. (При несоблюдении данного условия производится перерасчет свайного фундамента, а при выполнении условия п.6 переходят к выполнению п. 7).
Определяется осадка свайного фундамента.
1.Выполняется оценка инженерно-геологических условий (определяется слой грунта, в который наиболее рационально заглубить острие сваи). Как правило, остриё сваи должно быть заглублено в несущий слой основания не менее чем на 1, 5 м (см. схему). Схема алгоритма программного расчёта свайного фундамента и определения длины сваи с заглублением её острия не менее 1, 5 м в надёжное основание. 2.Определяется тип и размер сваи. 3. Определяется несущая способность сваи (расчетная нагрузка, допустимая на сваю): - по испытаниям; - по данным статического зондирования, (SPT). 4.Определяется необходимое количество свай. 5.Производится размещение свай в плане и конструирование ростверка. 6.Проводится проверка давления, приходящегося на одну сваю. (При несоблюдении данного условия производится перерасчет свайного фундамента, а при выполнении условия п.6 переходят к выполнению п. 7). 7.Определяется осадка свайного фундамента.
Приложение теории предельного равновесия к определению предельных нагрузок на основание. Возникновение и развитие пластических областей под краями фундамента. Критические кривые напряжений
Модель теории предельного напряженного состояния грунта. Данная модель относится только к предельному состоянию, т.е. к такому напряженному состоянию, когда в массиве грунта от действующих нагрузок сформировались значительные по размерам замкнутые области, в каждой точке которых устанавливается состояние предельного равновесия. Потому теорию предельного напряженного состояния часто называют теорией предельного равновесия грунта.
Теория предельного равновесия грунта позволяет определить предельную нагрузку на основание ( его предельная несущая способность), но при этом невозможно определять деформации грунта. Решения теории предельного равновесия используются также для общих расчетов устойчивости сооружений и оснований, откосов и склонов, определения давления грунта на ограждения. В основе современных решений теории предельного равновесия лежат фундаментальные работы В.В. Соколовского.
При возведении здания или сооружениянаблюдается постоянное возрастание давления по подошве фундаментов. При таком характере воздействия в грунтовом основании, как и во всяком твердом теле, возникает напряженно-деформирующее состояние.
При деформации грунтов под нагрузкой выделяют три фазы НДС:
I — фаза нормального уплотнения;
II — фаза сдвигов;
III — фаза выпирания грунта.
Зависимость вертикальных перемещений фундамента от действующего давления по его подошве изображена на рис. 1
Рис. 1. Зависимость осадки S от давления Р
На графике (см. рис. 1) участок оа соответствует фазе.
Из-за концентрации напряжений под краями фундаментав начале фазы сдвигов происходит разрушение грунта в локальных областях, т.е. происходят местные потери устойчивости.
Во второй фазе под краями фундамента формируются области пластических деформаций (разрушения грунта), которые развиваются в сторону и в глубину, Pcr, 1 < Р < R.
Согласно СНиП 2.02.01—83 наибольшая глубина развития области пластических деформаций под краями фундамента не должна превышать zmax = 0, 25b. Среднее давление под подошвой фундамента, при котором под его краями в основании формируются области пластических деформаций на глубину zmax = 0, 25b, приравнивается к расчетному сопротивлению Р = R.
