Схема взаимодействия свай с грунтом. Определение несущей способности свай при действии вертикальной и горизонтальной нагрузок.

Расчет свайных фундаментов

 

Расчет свай на совместное действие вертикальных и горизонтальных нагрузок и моментов ( 10. должен выполняться в такой последовательности.

 

Расчет свай по деформации, заключающийся в проверке условия допустимости расчетных величин горизонтального перемещения головы сваиир и угла.

 

1 Расчетная схема при действии на сваю вертикальной и горизонтальной составляющих нагрузок и изгибающего момента (показаны положительные направления перемещений и усилий) при свободном (а) и жестком (б) закреплении свай в ростверке

 

Расчет устойчивости грунта основания, окружающего сваю.

 

Проверка сечения свай по сопротивлению материала по первой и второй группам предельных состояний в соответствии с главами СНиПа по проектированию бетонных и железобетонных или деревянных конструкций.

 

По первой группе предельных состояний расчет производят из условия обеспечения несущей способности ростверка, свай и грунта свайных фундаментов. Несущую способность грунта свайного фундамента проверяют по формуле (10.. Если в фундаменте имеется несколько свай, то учитывают их количество.

 

Общие положения. Расчет свайных фундаментов и их оснований выполняют по двум группам предельных состояний.

 

Последовательно суммируясь по высоте висячей сваи, силы трения вместе с усилием, возникающим под нижним концом сваи, передаются на грунты основания, находящиеся ниже плоскости, проходящей через ее острие. В расчетной схеме принимается, что вокруг сваи образуется напряженный массив грунта, ограниченный по боковой поверхности усеченным конусом или пирамидой в зависимости от формы поперечного сечения сваи, а под нижним концом сваи — выпуклой криволинейной поверхностью ( Ю.5, с).

 

По второй группе предельных состояний расчет выполняют только для фундаментов из висячих свай и свай-оболочек по условию (4., ограничивающему развитие значительных деформаций. Свайные фундаменты, состоящие из свай-стоек, одиночные висячие сваи, доспринимающие вне кустов вдавливающие или выдергивающие нагрузки, а также свайные кусты, работающие на выдергивающие нагрузки, рассчитывать по деформациям не требуется.

 

Если деформативность сваи в кусте возрастает по сравнению с Деформативностью одиночной сваи, что отрицательно сказывается на работе свайного фундамента, то несущая способность сваи в кусте будет выше, чем несущая способность одиночной сваи, Что оказывает положительное влияние на эксплуатацию свайного фундамента. Последний факт объясняется увеличением сил трения по боковой поверхности свай, происходящим за счет уплотнения грунта вследствие забивки соседних свай, а также ограничения значительного развития зон пластических деформаций под нижним острием свай вследствие возникновения напряженного состояния от загружения соседних свай.

 

 

Теоретические, фактические и расчетные эпюры напряжений под подошвой жестких фундаментов (контактная задача).

Решения Буссинеску для круглого жёсткого штампа

Контактным называют давление по подошве фундамента

Для определения контактного напряжения совместно решается два уравнения:

Дифференциальное уравнение изогнутой оси балки;

Физическое уравнение связей между действующим давлением и осадкой.

E_бJ_б(d⁴s/dx⁴)=q_x­p_x;

где: E_бJ_б-жесткость балки

S – прогиб балки

Распределение напряжений на подошве фундамента
(Контактная задача)

Этот вопрос имеет особое значение для гибких фундаментов, рассчитываемых на изгиб.

Если известно Рконт, то загружая этой величиной фундамент, можно легко определять усилия в конструкции тела фундамента.

Из курса сопротивления материалов известно, что напряжения для сжатых конструкций при прямолинейной эпюре определяются по обобщенной формуле:

smax, min =(N/F) +-(M/W) - но здесь не учитывается работа сжимаемого основания.

Аналитическое решение по определению значений величин контактных напряжений, получено Буссинеску в виде зависимости:

Расчётная схема для решения задачи Буссинеску.

Анализируя аналитическую зависимость (см. приведённую выше формулу и схему), можно записать, что

При ρ = r → Рρ = ∞

При ρ = 0 → Рρ = 0, 5Р_ср

и построить теоретическую эпюру контактных напряжений. Фактически же, грунт под подошвой фундамента, при давлениях, стремящихся к бесконечности (краевые точки) разрушаясь, приводит к перераспределению напряжений, возникает практическая эпюра (см. приведенную схему). Однако в данной методике также не учитываются свойства грунта основания.

При дальнейших исследованиях было установлено, что эпюра контактных напряжений под подошвой фундамента будет зависеть от его гибкости (Г) - обобщённой характеристики, учитывающей деформативные свойства основания.

Р = f(Г)

Понятие гибкости (Г) было введено профессором Горбуновым-Посадовым М.И.

 

Е₀ – модуль деформации грунта;

ℓ – полудлина фундамента (балки);

Е₁ – модуль упругости материала фундамента;

h₁ – высота фундамента.

 

Эпюры контактных напряжений под подошвой фундамента в зависимости от его гибкости. Крайняя правая схема на данном рисунке показывает, что для абсолютно жёстких фундаментов (Г=0), в целях аппроксимации, принята не фактическая седлообразная эпюра контактных напряжений, а прямоугольная (использование аппарата теории упругости к грунтам).

Форма эпюры контактных напряжений зависит и от ширины подошвы фундамента Р = f(b) и при прочих равных условиях (m_v – const; N – const) и может быть представлена на следующей схеме:

 

Эпюры контактных напряжений под подошвой фундамента в зависимости от его ширины.

Форма эпюры контактных давлений зависит и от степени нагружения фундамента Р = f (N) и при прочих равных условиях (m_v – const; F - const) может быть представлена на следующей схеме:

Эпюры контактных напряжений под подошвой фундамента в зависимости от степени нагружения.

Таким образом, приведённые примеры дают наглядную картину изменения величины и формы эпюры контактных напряжений в зависимости от поэтапного нагружения (увеличение веса сооружения в процессе его строительства), что значительно осложняет решение поставленной задачи.

 

 

Термическое и электрохимическое закрепление грунтов. Основные свойства закрепленных грунтов.

Закрепление грунтов — это искусственное преобразование строительных свойств грунтов, используемых в строительства, различными физико-химическими способами в условиях их естественного залегания.

Электрохимическое закрепление грунтов. Наиболее часто этот метод применяется для закрепления водонасыщенных глинистых грунтов в сочетании с электоосмосом. В этом методе через аноды в грунт подают водные растворы солей многовалентных металлов, которые соединяясь с глинистым грунтом коагулируют глинистые частицы. Создаются глинистые агрегаты, сцементированные между собой гелями солей железа и алюминия. При этом прочность грунтов существенно возрастает, резко снижается их способность к набуханию.

Термическое закрепление грунтов. Этот метод используется для устранения просадочных свойств макропористых лессовых грунтов. Глубина закрепляемой толщи достигает 20 м.

Сущность метода заключается в том, что через грунт в течение нескольких суток пропускают раскаленный воздух или раскаленный газ с температурой 750…850 ⁰С. Под действием высокой температуры отдельные минералы оплавляются. В результате этого образуются прочные водостойкие структурные связи между частицами и агрегатами грунта, что уменьшает или полностью ликвидирует просадочность, размокаемость и способность к набуханию.

Термическая обработка грунтов производится через специально пробуренные скважины диаметром 100…200 мм непрерывно в течение 5…12 суток.

В результате термической обработки в зависимости от технологической схемы получается либо упрочненный конусообразный массив грунта диаметром поверху 1, 5…2, 5 м, а понизу на глубине 8…10 м около 0, 2…0, 4 диаметра поверху, либо термосваю постоянного сечения диаметром 1, 5…2, 5 м. При этом прочность закрепленного грунта может достигать 10 МПа.

 

 

Искусственное преобразование грунтов предполагает увеличение их прочности, устойчивости, уменьшение водопроницаемости, сжимаемости, а также ослабление чувствительности природной прочности грунтов к изменению внешней среды, особенно влажности.

 

Требования, необходимые при проектировании фундаментов.

Фундаменты устраиваются для передачи нагрузок от конструкций зданий и сооружений, установленного в них технологического и другого оборудования и полезных нагрузок на грунты основания. Основание, воспринимая эти нагрузки, претерпевает, как правило, неравномерные деформации, что вызывает появление в конструкциях дополнительных перемещений и усилий.
Работы по устройству оснований и фундаментов без проекта производства работ не допускаются.
Очередность и способы производства работ должны быть увязаны с работами по прокладке подземных инженерных коммуникаций, строительству подъездных дорог на стройплощадке и другими работами нулевого цикла.
При устройстве оснований, фундаментов и подземных сооружений необходимость водопонижения, уплотнения и закреплении грунта, устройства ограждения котлована, замораживания грунта, возведения фундаментов методом «стена в грунте» и проведения других работ устанавливают проектом сооружения, а организацию работ - проектом организации строительства.
При расчете жестких фундаментов принята линейная зависимость распределений напряжений под подошвой фундамента.
При расчете фундаментов конечной жесткости (гибких фундаментов- балок и плит) условная линейная эпюра распределения напряжений под подошвой гибкого фундамента не приемлема.
В этом случае необходимо учитывать M и Q, возникающие в самой конструкции фундамента, вследствие действия неравномерных контактных реактивных напряжений по подошве фундамента. Не учет возникающих усилий может привести к неправильному выбору сечения фундамента или % его армирования.
Поэтому необходимо решать задачу совместной работы фундаментной конструкции и сжимаемого основания.
Таким образом, при расчете гибких фундаментов необходимо одновременно учитывать и деформации фундамента (конструкция) и его осадки (грунт).

На основании вышеизложенного можно сформулировать общие требования, предъявляемые в действующих нормативных документах к проектированию оснований и фундаментов:
· обеспечение прочности и эксплуатационных параметров зданий и сооружений (общие и неравномерные деформации не должны превышать допустимых величин);
· максимальное использование прочностных и деформационных свойств грунтов основания, а также прочности материала фундамента;
· достижение минимальной стоимости, материалоемкости и трудоемкости, сокращение сроков строительства.
Соблюдение этих положений основывается на выполнении указанных ниже условий:
· комплексный учет при выборе типа оснований и фундаментов инженерно-геологических и гидрогеологических условий строительной площадки;
· учет влияния конструктивных и технологических особенностей сооружения на его чувствительность к неравномерным осадкам;
· оптимальный выбор методов выполнения работ по подготовке оснований, устройству фундаментов и подземной части сооружений;
· расчет и проектирование оснований и фундаментов с учетом совместной работы системы «основание - фундаменты - конструкции сооружения».
Таким образом, проектирование оснований и фундаментов состоит в выборе типа основания (естественное или искусственное), конструктивного решения (в том числе материала) и размеров фундаментов (глубина заложения, размеры площади подошвы и т. д.), а также определении мероприятий, применяемых для уменьшения влияния деформаций основания на эксплуатационную пригодность и долговечность сооружения.

 

У

⇐ Предыдущая9101112131415161718Следующая ⇒

Поделиться: