Водозащитные и конструктивные мероприятия при проектировании фундаментов на просадочных грунтах

А)Водозащитные мероприятия:-особая компоновка генпланов,-устройство маловодопроницаемых экранов,-выполнение качеств. отмостки вокруг здания,-прокладка коммуникаций с исключением возможной утечки.

Б)Конструктивные мероприятия:-повышение прочности и пространственной жесткости здания,-увеличение гибкости здания за счет применения гибких подативых кон-ций;-меры, обеспечивающие норм. Эксплуатацию здания при неравномерных просадках основания (рехтовка подкрановых путей, поднятие колонн домкратом и т.д.)

Выбор мероприятий производится на основе ТЭП и анализа в зависимости от констукции здания и грунт. условий.

60.Варианты устроиства осн-ий и ф-ов в грунтовых условиях 1го типа просадочности(рисунок1) 1-толщина просадочного грунта,2- непросадочный грунт,3- нижняя граница просадочности,4-уплотненный или закрепленный грунт,5-грунт подушка уплотненная послойно,6- ф-т в вытрамбованном котловане,7- свайный ростверк,8-сваи. Варианты устроиства осн-ий и ф-ов в грунтовых условиях 2го типа просадочности(рисунок1) 4- сваи с комуфлетным усилением,6-уплатнение послойно грунта,7-грунт сваи,8- зона уплотненная сваями грунта, 5- закрепленный грунт.

61.Вечномерзлый – грунт который в условиях природного залегания находится в мерзлом состоянии непрерывно в течение многих лет.К мерзлым грунтам относятся грунты имеющие –t и содержащий лед..Поверхостный слой грунта ,промерзает зимой и оттаив летом – наз деятельным слоем.Различают сливающийся и не сливающийся деятельный слой(рисунок1)(1-деят слой,2-мерзлота,3-талый слой)По физическому состоянию мерзл грунт делится на 3 вида:твердомерзлый,пластичномерзлый,сыпучемерзлый.Твердомерзлый-прочно цем льдом грунта хар-ся относит хрупким разрушением.Пластичномерзлый- грунт цементир льдом но обладает вязким св-ми и сжимаемостью.Типы ф-ов на вечномерзлых грунтах:Сущ-т 2 типа исп-ия мерзлых и вечномерз грутов.Для каждого стр-ся отд площадки.Принцип 1:Использование в мерзлом состояние грунт,сохраняемой в период строительства ив течение всего периода эксплуатации здания.Принцип 2: Использование гр-ов оттаившего состояния и допускает их оттаивание в процессе эксплуатации зд.Сваи по способу погружения в вечмерз грунт делится на: 1)Буроопускные-погружение сваи в пробуренной заранее и заполн гр раствором скважины.Этот способ применяется в твердомерзлых и пластичных грунтах; 2)Опускные сваи- погружают с оттаиванием грунта d зоны оттаивания должно быть ни >2d.Применяют в твердомерзлых и мелких мылеватых песках; 3) Бурозабивные сваи- забиваются в предварительно пробуренных скважинах-лидеры,d которых на 1-2см наим размера попер сеч.Прим в пластич грунтах.При исп грунта по 1му принципу в них наиболее целесообразны сваиные ф-ты так как отпадает необходимость в отправке глубоких котлованов и траншейи земл раб сокр до минимума.Сохр гр-та вмерз сост обеспеч:1)Укладка охлаждение труб,Устроиство саморег охлажд,ограничении зоны оттаивания, залож ф-та ниже расчетной зоны,если диф при от таивание не привышает ПД значения.

62. Существует огромное разнообразие типов машин и оборудования, передающих через фундамент динамические воздействия на грунты основания. По характеру динамического воздействия все они различаются на машины периодического и не­периодического, включая импульсное, действия. Динамические на­грузки, возникающие при работе таких машин, могут изменяться по различным законам и приводить к разным колебаниям системы «машины — фундамент — основание». Общая задача проектирования фундаментов заключается в том, чтобы обеспечить нормальную работу установленных на них ма­шин и оборудования, исключить вредное воздействие вибрации на расположенные вблизи строительные и технологические объекты,

Расчет фундаментов производится на действие статических и ди­намических нагрузок.

Расчетные статические нагрузки определяются обычным спосо­бом (масса машины и вспомогательного оборудования, фундамента и грунта на его обрезах с коэффициентом перегрузки п= 1). Значения динамических нагрузок обычно даются заводом-изготовителем в техническом задании на проектирование фундамента. В соответствии с общими правилами основания и фундаменты под машины рассчитываются по двум группам предельных состоя­ний. По первой группе (по несущей способности) во всех случаях производится проверка среднего статического давления под подо­швой фундамента на естественном основании или расчет несущей способности свайного фундамента, а также выполняется расчет прочности отдельных элементов конструкции фундамента. Расчеты по второй группе (по деформациям) включают сопоставление на­ибольшей амплитуды колебаний фундамента с предельно допусти­мой для данного типа машин и, если это требуется по техническим условиям (например, для фундаментов турбоагрегатов), определе­ние неравномерных осадок, прогибов, кренов и т. п. и их сопостав­ление с предельными значениями, устанавливаемыми проектом.

В практике часто применяют следующие три конструктивных типа фундаментов (рисунок): массивные в виде блока или плиты; стенчатые, состоящие из продольных или поперечных стен, жестко связанных с фундаментной плитой; рамные, представляющие собой пространственную конструкцию из верхней плиты или системы балок, опирающихся через стойки на фундаментную плиту.

Глубина заложения фундамента зависит от его конструкции, технологических требований, инженерно-геологических условий площадки и глубины заложения соседних фундаментов. Особенности расчета и проектирования фундаментов различных типов машин и оборудования приводятся в СНиП 2.02.05 — 87. Ниже рассмотрены лишь основные положения расчетов примените­льно главным образом к фундаментам на естественном основании.

63. Основные сведения. Землетрясения возникают из-за очень быст­рого освобождения огромной энергии в гипоцентре, расположенном на глубинах в десятки и сотни километров. Максимальные амплитуды колебаний возникают в эпицентре — точке поверхно­сти, непосредственно расположенной над очагом землетрясения.

Поверхность земли при землетрясении испытывает горизонталь­ные и вертикальные колебания. Вертикальные колебания существен­ны для сооружений вблизи зоны эпицентра. По мере удаления от нее они затухают быстрее и основную опасность пред­ставляют горизонтальные ко­лебания. Сила землетрясений оценивается по 12-балльной шкале. Строительство сооружений раз­решается только в районах с интенсивностью сейсмического воздей­ствия не более 9 баллов и, как исключение, на площадках с сейсмич­ностью более 9 баллов. При силе землетрясения менее 7 баллов основания можно проектировать без учета сейсмических воздейст­вий.

Сейсмичность определенной площадки стороительства зависит как от сейсмичности района, в котором она находится, так и от вида и состояния слагающих ее грунтов. К первой категории относят: скальные грунты всех видов (в том числе вечномерзлые и вечномерзлые оттаявшие), невыветрелые и слабовыветрелые; Ко второй категории — скальные грунты выветрелые и силь­новыветрелые (кроме отнесенных к I категории); пески гравелистые крупные и средней крупности плотные и средней плотности мало­влажные и влажные; К третьей категории — пески рыхлые независимо от крупности и влажности; пески гравелистые, крупные и средней крупности, мелкие и пылеватые.

Основные положения расчета и проектирования сейсмостойких фундаментов.Сейсмостойкостью называется способность конструк­ции не разрушаться, не терять устойчивость формы и не опрокиды­ваться при действии на эту конструкцию кроме обычных нагрузок инерционных (сейсмических) сил, возникающих при землетрясении.

Фундаменты в этих условиях играют двоякую роль. Во-первых, они передают на сооружение колебания грунта, Во-вторых, фундаменты, являясь частью сооружения, должны воспринимать без разрушения сейсмическую нагрузку и пе­редавать ее на основание, обеспечивая общую устойчивость и проч­ность системы «сооружение — основание».

В соответствии с этим СНиП 2.02.01 — 83 предусматривает, что проектирование оснований с учетом сейсмических воздействий должно выполняться на основе расчета по несущей способности на особое сочетание нагрузок и воздействий. Расчет по несущей способности оснований производится для обеспечения прочности скальных и устойчивости нескальных грун­тов, а также для исключения сдвига фундамента по подошве и его опрокидывания. Глубина заложения фундаментов при грунтах I и II категорий по сейсмическим свойствам принимается такой же, как и для несей­смических районов. При грунтах III категории рекомендуется прини­мать специальные меры для улучшения основания (водопонижение, искусственное упрочнение грунтов). Для зданий повышенной этаж­ности (более 5 этажей) рекомендуется увеличивать глубину заложе­ния фундаментов устройством подвальных этажей.

64. Работы по проектированию оснований и фундаментов реконст­руируемых зданий обычно выполняются в следующем порядке:

1) анализируются материалы технического заключения по со­стоянию фундаментов и инженерно-геологическому обследованию основания.2) проводится освидетельствование здания и устанавливается его конструктивная схема. Определяются действующие и проек­тируемые нагрузки;3) выполняются расчеты и конструирование усиления фундаментов и укрепления оснований, если в этом возникает необходи­мость.

Принципы расчетов существующих и дополнительно возводи­мых фундаментов во многом различны. Для существующих фун­даментов после сбора нагрузок с учетом реконструкции вычисляют напряжения на контакте стены или колонны с верхним обрезом фундамента и в уровне подошвы фундамента. Затем по обычной схеме проверяют прочность материала фундамента и стен (или колонн) на местное смятие, а также прочность грунта в уровне подошвы фундамента из условий непревышения фактического дав­ления на грунты над расчетным сопротивлением по СНиПу. Взави­симости от результатов проверки принимается решение о необ­ходимости усиления конструкции фундаментов, изменения их вида и размеров, укрепления грунтов основания.

Опыт показывает, что длительная эксплуатация построенных зданий, как правило, приводит к увеличению несущей способности грунтов основания по сравнению с принятой при первоначальном проек­тировании. П. А. Коновалов рекомендует определять допустимые давления на грунты основания существу-щих фундаментов после реконструкции и увеличения нагрузки по формуле

p<R'=Rmk,где R' — новое значение расчетного сопротивления грунта; R — расчетное сопротивление, найденное по формуле СНиП 2.02.01 — 83; т — коэффициент, учитывающий изменение физико-механичес­ких свойств грунтов к — коэффициент, определяемый отношением расчетной осад­ки s_R к предельно допустимой осадке s_u.

Реконструкция, ремонт и усиление фундаментов. Если реконстру­ируемое или ремонтируемое здание имеет трещины и другие дефек­ты, вызванные неравномерными деформациями, то, как правило, эти дефекты распространяются и на фундаменты. В таком случае проект реконструкции должен предусматривать совместный ремонт как конструкций, так и фундаментов здания. При проектировании ремонта деформируемых стен следует предусматривать возмож­ность частичной разгрузки поврежденных участков путем передачи нагрузки на соседние элементы фундаментов. В этом и других случаях может оказаться, что прочность существующих фундаментов недостаточна или давление под подошвой фундамента превышает расчетное сопротивление, определяемое по формуле Коновалова

65. Работы по проектированию оснований и фундаментов реконст­руируемых зданий обычно выполняются в следующем порядке:

1) анализируются материалы технического заключения по со­стоянию фундаментов и инженерно-геологическому обследованию основания.

2) проводится освидетельствование здания и устанавливается его конструктивная схема. Определяются действующие и проек­тируемые нагрузки;

3) выполняются расчеты и конструирование усиления фундаментов и укрепления оснований, если в этом возникает необходи­мость.

Укрепление кладки фундамента. Если прочность материала буто­вого, бетонного или железобетонного фундамента недостаточна или имеются отдельные повреждения, часто применяют укрепление цементацией. При значительном ослаблении нижней части фундамента агрес­сивными водами, гниением древесины или по другим причинам производят ее замену бетонным или железобетонным элементом. Распространенным способом укрепления фундамента является устройство бетонной или железобетонной обоймы. Минимальная толщина бетонной обоймы 10... 15 см, железобетон­ной — не менее 15 см. Уширение фундамента, устройство' промежуточных опор. Если расчетное сопротивление, определяемое по формуле p<R'=Rmk,где R' — новое значение расчетного сопротивления грунта; R — расчетное сопротивление, найденное по формуле СНиП 2.02.01 — 83; т — коэффициент, учитывающий изменение физико-механичес­ких свойств грунтов к — коэффициент, определяемый отношением расчетной осад­ки s_R к предельно допустимой осадке s_u.

В ряде случаев в реконструируемых зданиях из условий новой планировки или для уменьшения нагрузок на существующие опоры устраивают промежуточные дополнительные опоры. Несущую способность и число свай определяют расчетом. Забивка свай при усилении фундаментов не приме­няется, так как возникающие при этом динамические воздействия могут оказать вредное влияние на реконструируемое здание. Укрепление оснований, задачи реконструкции не удается решить с помощью уширения фу­ндаментов или при этом ожидает­ся развитие чрезмерных деформа­ций, следует прибегнуть к укре­плению грунтов основания, при использовании в целях укрепления оснований существующих зданий возникают некоторые дополнительные трудности. Цементацию часто применяют для заполнения пустот и каверн в закарстованных основаниях. Известен случай закрепления закарстованных лёссов основания одной из АЭС, способствовавшего устранению фильтрационной неоднородности, снижению водопро­ницаемости и предотвращению развития суффозионных процессов в основании. Это позволило избежать развития опасных дефор­маций сооружения. В крупнообломочных и песчаных грунтах цементация чаще при­меняется для создания водонепроницаемых завес, чем Для повыше­ния несущей способности основания. Силикатизацию используют обычно для местного укрепления грунта под отдельными опорами. Иногда, при высокой ценности сооружения, применяют сплошную силикатизацию слабых грунтов или передают нагрузку от фундаментов на своеобразную подушку из закрепленного силикатизацией грунта. Смолизация не нашла еще массового применения и обычно используется для особо важных зданий и сооружений.

66. Возведение зданий вблизи или вплотную к уже существующим является значительно более сложной задачей, чем строительство отдельно стоящего дома, пренебрежение особыми условиями такого строительства может приводить к появ­лению в кладке стен ранее построенных зданий трещин, перекосам проемов и лестничных маршей, к сдвигу плит перекрытий, т. е. к нарушению нормальных условий эксплуатации существующих зданий, а иногда даже к авариям. Особенно возрастает опасность подобных деформаций при строительстве на основаниях, сложен­ных слабыми грунтами. Характерный пример, заимствованный из указанной выше рабо­ты, приведен на рис. (рисунок). Здания I (шестиэтажное, постройки 1956 г.) и III (четырехэтажное, постройки 1937 г.) находились в состоянии нормальной эксплуатации до начала строительства в 1972 г. II-этажного кирпичного здания II. Проект возведения нового здания не содержал каких-либо мер, направленных на защиту конструкции существующих зданий. К 1983 г. осадка здания II превысила 20 см и стабилизация деформаций не наступила. Прогнозируемая осадка этого здания ожидается в 36 см.

Дополнительная осадка фундаментов зданий I и III при стро­ительстве нового распространялась на расстояние до 20 м. Чрезмер­ное ее значение вблизи примыкания и явилось основной причиной появления аварийного состояния. Как показывает анализ опыта строительства, именно этим и объясняется большинство поврежде­ний зданий в подобных условиях.Определение предельно допустимых дополнительных деформаций.Основные по­ложения проектирования сводятся к следующему. Кроме требо­вания СНиП 2.02.01 — 83 по условию второй группы предельных состояний

s<s_u необходимо удовлетворить также условие Sad<Sad, и,где Sad — дополнительная осадка от загружения основания сущест­вующего здания проектируемым; Sad. и — предельно допустимое

значение совместной дополнительной деформации здания При прогнозе неравномерных деформаций используются следу­ющие показатели Sad,a - дополнительная осад­ка точки а на линии примыкания нового здания к существующе­му;

jad — дополнительный пере­кос существующего здания на участке примыкания;

iad — дополнительный крен

существующего здания в сторо­ну нового.

Дополнительный перекос определяют по формуле

jad= (Sad, a-Sad, b)\lгде Sad, ь — осадка дополнитель­ной точки b существующего зда­ния на расстоянии l от линии примыкания. Дополнительный крен равен

iad= (Sad, a-Sad, n)/L, где п — дополнительная осадка противоположной грани здания для относительно узких зданий (или блоков); L — ширина здания (или блока); для протя­женных зданий L — расстояние, где Sad, п практически равно нулю.

Предельные значения дополнительных деформаций рекоменду­ется устанавливать по данным табл.

При использовании данных табл. рекомендуется различать следующие случаи:

s<s_u, Sad<Sad, и — ожидаемые осадки проектируемого и сущест­вующего зданий меньше допустимых — достаточно применения простейших мероприятий, в частности устройства осадочных швов;S<Su, Sad>Sad, и -ожидаемые осадки проектируемого здания ме­ньше допустимых, но дополнительная осадка существующего зда­ния превышает допустимую — необходимо применение специаль­ных мероприятий, (устройство фундаментов с консолями, разделительный шпунт и т. п.);

s>s_u, Sad>Sad. и — строительство не может быть разрешено; для возведения нового здания необходимо использовать другие типы фундаментов, обеспечивающих уменьшение осадок до допустимых значений.

67. Учет сложившихся условий при строительстве новых зданий. При реконструкции городской застройки приходится встречаться со слу­чаями возведения новых зданий на площадках, часть которых была ранее застроена уже снесенными зданиями или образована насып­ным грунтом, свалкой и т. п. В этих случаях необходимы детальное инженерно-геологическое обследование пятна застройки, выявление площадной неоднородности основания и принятие такого решения фундаментов, которое не допустило бы неравномерных деформа­ций здания.

В случае разных конструкций фундаментов необходимо проводить дополнительные поверочные расчеты для обеспечения нормальной эксплуатации существующих зданий. (рисунок) В результате осадок построенного здания в некоторой части под ростверком старого здания может возникнуть зона разуплотнения грунта, уменьшающая первоначальную несущую способность свай. Кроме того, дополнительные напряжения, возникшие в основании от массы нового здания, приведут к дополнительной нагрузке на крайние ряды свай. Следствием этого может явиться дополнительная неравномерная осадка старого здания с по­вреждением его конструкции. Если между смежными зданиями обеспечен разрыв всего в несколько метров, опасность дополнительной осадки резко снижается. Основываясь на этом, С. Н. Сотников (1986) предложил новый тип фундаментов с консолями для строительства в стесненных условиях.

Фундамент нового здания не доводится до его торца. Торцевая часть здания опирается на консоль, вылет которой Lk определяется по расчету. Сама консоль рассчитывается и проектируется по прави­лам железобетонных конструкций. Она может выполняться как в виде плиты, так и в виде пространственной конструкции.

Другим надежно апробированным при строительстве на слабых грунтах способом является устройство между зданиями раздели­тельной шпунтовой стенки . Для этой цели шпунт должен быть заглублен в подстилающий слой плотных грунтов или на такую глубину, при которой сила, удерживающая шпунт от вдавливания, была бы заведомо больше отрицательного трения, вызывающего его внедрение в грунт под действием осадки постро­енного здания.