Npdpk.ru

Стройжурнал НПДПК
2 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

При расчете устойчивости откосов пойменной насыпи учитывается резкий

Определение критического коэффициента устойчивости откосов индивидуального поперечного профиля пойменной насыпи

В зоне насыпи можно выделить 5 зон грунтов с отличающимися свойствами: сухая насыпь, зона капиллярного поднятия, влажная насыпь, сухое основание, влажное основание.

1. Сухая насыпь (с.н.):

=2,044 т/м3;

=0,586;

;

Сцепление грунта: Ссн =2,2т/м2.

2. Зона капиллярного поднятия (к.з.):

==2,084 т/м3;

;

Скз=0,5*Ссн =1,1 т/м2.

3. Влажная насыпь (в.н.):

==1,084 т/м3;

;

4. Сухое основание (с.о):

т/м3;

==0,656;

;

Сцепление грунта: Ссо =2,5 т/м2.

5. Влажное основание (в.о.):

==1,027 т/м3;

;

Расчет устойчивости откосов насыпи производится по схеме, приведенной на чертеже .

Устойчивость насыпи характеризуется коэффициентом устойчивости, который определяется следующим образом:

, где

МУД и МСДВ – моменты соответственно удерживающих и сдвигающих сил относительно центра поверхности обрушения.

К удерживающим силам относятся: — сила внутреннего трения; — сила сцепления; — вес грунта;

К сдвигающим силам относятся: — вес грунта; — гидродинамическая сила;

Кроме этого к сдвигающим силам относятся постоянная нагрузка от верхнего строения пути и временная нагрузка от подвижного состава.

Раскрыв значения удерживающих и сдвигающих сил, получим:

, где

∑Fуд и ∑Fсдв –суммы соответственно сил удерживающих и сдвигающих откос насыпи.

∑Fуд =;

∑Fсдв=;

Ni*fi – силы трения;

Ci*li – силы сцепления; li — длина основания отсека;

Туд – удерживающие касательные силы (левее вертикального радиуса);

Тсдв — сдвигающие касательные силы (правее вертикального радиуса);

D – гидродинамическая сила.

,где

γв – удельный вес воды;

I0 – средний уклон кривой депрессии;

ωВО – площадь в поперечнике влажного основания;

Исследование устойчивости земляного полотна скоростных автомобильных дорог

Рубрика: Технические науки

Дата публикации: 29.05.2017 2017-05-29

Статья просмотрена: 531 раз

Библиографическое описание:

Грибов, А. А. Исследование устойчивости земляного полотна скоростных автомобильных дорог / А. А. Грибов. — Текст : непосредственный // Молодой ученый. — 2017. — № 22 (156). — С. 37-40. — URL: https://moluch.ru/archive/156/43914/ (дата обращения: 22.09.2021).

Ключевые слова: автомобильная дорога, земляное полотно, насыпь, слабое основание, слабый грунт, устойчивость, дополнительные мероприятия, осадка, оценка устойчивости, прогноз осадки, ленточные геодрены, тканный геосинтетический материал, конструктивно-технологические решения

Потеря устойчивости насыпи на слабом основании является одной из наиболее часто встречающихся причиной деформаций земляного полотна. Часто по результатам расчетов, выполненных для прогноза устойчивости и осадки основания, возникает необходимость в проведении мероприятий, обеспечивающих в некоторых случаях повышения устойчивости насыпи, а в других процесс ускорения прохождения осадки, но также встречаются и комплексные виды технических решений.

Вопросы, касающиеся повышения и сохранения устойчивости земляного полотна скоростных автомобильных дорог, а также дополнительных мероприятий, направленных на ее обеспечение, являются очень актуальными в современных тенденциях развития транспортной инфраструктуры.

С увеличением транспортного потока возрастает и требования к безопасности при движении на автомобильных дорогах. Исходя из этого, возникает необходимость увеличения общей протяженности сети скоростных автомагистралей.

Проектирование и строительство автомобильных дорог не всегда возможно произвести в наиболее благоприятных условиях. Очень часто проектировщики и строители сталкиваются с участками, производство работ на которых требует большего внимания. Такие участки, как правило, характеризуются сложными инженерно-геологическими условиями, а в ряде случаев — индивидуальными проектными решениями. В связи с этим на таких участках уделяют больше внимания оценки устойчивости.

При проектировании насыпи земляного полотна на слабых грунтах разрабатываются варианты дополнительных мероприятий по обеспечению несущей способности слабых грунтов и ускорению их осадки, если это необходимо по результатам проделанных прогнозов устойчивости и осадки слабого основания (с учетом конкретных особенностей проектируемой дороги, местных условий и технических возможностей строительной компании). Наиболее приемлемый вариант технологических или конструктивных мероприятий выбирается с учётом технико-экономического расчета.

В зависимости от определяющего результата повышения устойчивости основания конструктивно-технологические решения объединены в группы.

Для уменьшения нагрузки с целью повышения устойчивости применяются следующие конструктивные решения:

‒ снижение высоты насыпи;

‒ устройство насыпей из легких материалов;

‒ применение несжимаемых свай.

Группа конструктивных решений, принимаемых для улучшения напряженного состояния с целью повышения устойчивости, включает следующие мероприятия:

‒ использование свайных конструкций;

‒ устройство боковых пригрузочных призм;

‒ применение распределительных плит.

Для увеличения сопротивляемости сдвигу грунта основанияс целью повышения устойчивости применяются следующие конструктивные и технологические решения:

‒ использование свайных конструкций;

‒ использование песчаных свай-дрен.

Все выше перечисленные мероприятия позволяют обеспечить устойчивость земляного полотна на слабом основании, как при отдельном использовании одного из них, так и при выборе нескольких конструктивных и технологических решений, которые будут работать в комплексе.

Одним из таких комплексных решений является использование ленточных геодрен (Рис.1) в слабом основании с укладкой тканого геосинтетического материала на основе полиэстера и укладка матрасов Рено в нижней части насыпи.

Использование в основании насыпи ленточных геодрен приведет к ускорению прохождения просадки и для обеспечения устойчивости насыпи на слабом основании. Ленточная геодрена представляет собой ленту заводского изготовления шириной 10 см и толщиной 5 мм, состоящую в наружных слоях из тканого геосинтетического материала, предохраняющих геодрену от заиливания, и внутреннего слоя из пластмассовой объемной георешетки которая создает внутреннюю полость, по которой происходит отток воды вдоль геодрены. Шаг установки геодрен — 2,0 м. Глубина погружения геодрен равна 15 м. Поверх основания насыпи устраивается пластовый дренаж из песка мелкого с Кф ≥3м/сут, толщиной 50 см.

Рис. 1. Ленточная геодрена

Укладка тканого геосинтетического материала на основе полиэстера производится для предотвращения повторного попадания влаги, поступающей из толщи слабого грунта, в основание насыпи, а также дальнейшего ее отвода из под насыпи.

В дальнейшем и производится погружение ленточных геодрен в толщу слабого грунта (Рис. 2).

Рис. 2. Погружение ленточных геодрен

Укладка матрасов Рено производится по слою щебеночной подготовки толщиной 40 см из щебня фракции 20–40. Матрасы Рено в данном случае играют роль распределяющей плиты, которая несет функцию рспределения нагрузки от веса насыпи.

В процессе возведения насыпи ленточные дрены будут обеспечивать снижение избыточного порового давления. Максимальная величина после окончания отсыпки составит около 65 кН/м 2 .

Предворительный расчет такой конструкци на первом этапе отсыпки покажет, что устойчивость насыпи обеспечена.

При расчете консолидации осадки необходимо учесть вес дополнительных слоев грунта, соответствующих величине расчетной осадки. Подразумевается, что досыпка грунта вызовет дополнительную осадку и повлияет на общее время консолидации.

На основе проведенных расчетов подтверждается основная гипотеза об обеспечении устойчивости сооружения при использовании подобного комплекса мероприятий..

  1. ГОСТ 25100- 2011 «Грунты. Классификация».
  2. ОДМ 218.3.049–2015. «Методические рекомендации по применению многослойных композиционных дренирующих материалов (геодрен) для осушения и усиления дорожных конструкций при строительстве и реконструкции автомобильных дорог»
  3. Пособие «Пособие по проектированию земляного полотна автомобильных дорог на слабых грунтах. Москва. 2004.
  4. СТО НОСТРОЙ 2.25.28–20112 Строительство земляного полотна автомобильных дорог. М. 2012
  5. Хархута Н. Я., Васильев Ю. М. Прочность, устойчивость и уплотнение грунтов земляного полотна автомобильных дорог. М., Транспорт 1975г

Корректность определения глубины сезонного оттаивания грунтов в условиях криолитозоны

PROНЕФТЬ. Профессионально о нефти. – 2019 — № 3(13). – С. 41-44

УДК 622.276.012

Д.С. Паздерин, к.т.н., Д.В. Аксенов, А.Е. Ерошкин
ООО «Газпромнефть-Ямал»
А.В. Федорова
Тюменский индустриальный университет

Ключевые слова: многолетнемерзлые грунты (ММГ), глубина сезонного оттаивания, теплотехнические расчеты, оптимизация насыпи, инженерная подготовка, замеры температуры грунтов

В статье приводятся результаты натурных исследований максимальной глубины оттаивания насыпного грунта, используемые для проектирования инженерной подготовки. Приведены результаты геотехнического мониторинга и выполнено их сопоставление с прогнозным теплотехническим расчетом с применением различных методик.

Correctness of determining the seasonal thawing depth in a cryolithic zone

PRONEFT». Professional’no o nefti, 2019, no. 3(13), pp. 41-44

D.S. Pazderin, D.V. Aksenov, A.E. Eroshkin
Gazpromneft-Yamal LLC, RF, Tyumen
A.V. Fedorova
Tyumen Industrial University, RF, Tyumen

Keywords: permafrost soils, seasonal thawing depth, thermotechnical calculations, embankment optimization, engineering training, soil temperature measurements

The article gives the results of field studies of the maximum thawing depth of fill-up ground, to be used for the design of engineering training. The results of geotechnical monitoring are presented and compared with the predictive thermotechnical calculations using various methods

DOI: 10.24887/2587-7399-2019-3-41-44

Введение

При освоении крупных нефтегазовых проектов разработки месторождений, расположенных на территории распространения многолетнемерзлых грунтов (ММГ), как правило, вертикальную планировку местности проводят с помощью подсыпки (насыпи из непучинистого песка), что позволяет сохранить в мерзлом состоянии грунты в процессе строительства и в течение всего периода эксплуатации зданий и сооружений. Существует несколько методик (формул) расчета глубины оттаивания насыпного грунта, которые определяют проектную минимальную высоту подсыпки. В статье на примере Новопортовского нефтегазоконденсатного месторождения (НГКМ) показано, какие методики являются эффективными и экономически обоснованными. Согласно обязательному к применению приложению Г свода правил СП 25.13330.2012 «Основания и фундаменты на вечномерзлых грунтах» нормативная глубина сезонного оттаивания может быть определена по данным натурных наблюдений по формуле

Читать еще:  Мрт откос от армии

где d’th – наибольшая глубина сезонного оттаивания грунта в годовом периоде, м, устанавливаемая по данным натурных наблюдений; Tbf – температура начала замерзания грунта, °С; Tth.m, t th.m – соответственно средняя по многолетним данным температура воздуха за период положительных температур, °С, и продолжительность этого периода, ч, принимаемые по СП 131.13330.2012 (для климатических подрайонов IБ и IГ значения Tth.m, t th.m следует принимать с коэффициентом 0,9). При отсутствии данных натурных наблюдений допускается определение dth.n по следующей формуле:

где LV – объемная теплота таяния грунта, ккал/(м3·К) (1 кал = 4,18 Дж); λth –теплопроводность талого грунта, ккал/(м·ч·К); λf – теплопроводность мерзлого грунта, ккал/(м·ч·К); t th.c – расчетная продолжительность летнего периода, ч; Cth – теплоемкость талого грунта, ккал/(м3·К); Cf – теплоемкость мерзлого грунта, ккал/(м3·К); Tth.c – расчетная температура поверхности грунта в летний период, ч; Tbf – температура начала замерзания грунта, ºC; T0 –расчетная среднегодовая температура многолетнемерзлого грунта, ºC; t 1 – время, принимаемое равным 3600 ч; t 2 – время, принимаемое равным 7500 ч; km= 1,0 – коэффициент для песчаных грунтов. Существующая практика проектирования показала, что проектная организация не располагает необходимыми натурными наблюдениями, и вычисления проводятся по формуле (2). Требования к проведению натурных наблюдений достаточно жесткие [1]. Например, измерения температуры необходимо выполнять в течение летнего периода не реже одного раза в 10 дней.

Из формул (1) и (2) видно, что рассчитываемая величина сезонного оттаивания не зависит от многих влияющих на нее параметров. В расчетах не учитываются динамика климатических параметров в течение года, неоднородность геологического строения грунта, ландшафт (от которого зависит снегонакопление), начальное распределение температуры ММГ и др. Другим распространенным методом прогнозного расчета динамики теплового состояния ММГ является численный метод. Методы таких прогнозов в настоящее время достаточно хорошо разработаны [2] и регламентированы (РСН 67-87. Республиканские строительные нормы. Инженерные изыскания для строительства. Составление прогноза изменений температурного режима вечномерзлых грунтов численными методами).

Расчет по СП 25.13330.2012 без учета натурных данных

При разработке проектно-сметной документации Новопортовского НГКМ проектным институтом выполнен расчет минимально допустимой высоты насыпи для выполнения инженерной подготовки. При расчете температура грунта на глубине нулевых амплитуд (10 м) принята равной -3 °С на основании материалов изысканий теплофизические свойства насыпного грунта (песок ИГЭ-70) приведены в табл. 1. Расчет выполнен по формуле (2), из которой следует:

Q = (0,25 – 3672/3600)(-3-0)1 1,7 465 3672 = 3935,63 , ккал/ м3,

q1 = (0,25 – 3672/3600)(-3-0)⋅1× ×√1,7⋅465⋅3672 = 3935,63 ккал/м³,

Q1 = Lv + (t th.c/7500 – 0,1)(Cth(Tth.c – Tbf) – – Cf (T0 – Tbf),

где Lv = 1690⋅0,11⋅80 = 14872 ккал/м3; t th.c = 1,15⋅2880+0,1⋅3600 = 3672 ч; Cth – теплоемкость талого грунта, ккал/(м3⋅К), Tth.c = 1,4⋅7,1 + 2,4 = 12,34 °С; Tbf = 0 °С, λth – теплопроводность талого грунта, ккал/(м⋅ч⋅К); T0 = -3,0 °С. В результате расчетов глубина сезонного оттаивания составила 2,64 м.

Расчет численным методом

В связи c тем, что в приведенных выше расчетах использовались формулы, не описывающие процесс оттаивания/промерзания влажного грунта и не учитывающие всех влияющих факторов, было принято решение выполнить сравнительный прогнозный теплотехнический расчет в сертифицированном программном комплексе (ПК) Frost 3D Universal.

При определении граничных условий на поверхности грунта применялась методика, описанная в работе [2]. Свойства грунтов, принятые для расчета численным методом, представлены в табл. 1, средняя месячная температура воздуха на метеостанции Новый Порт – в табл. 2. По результатам прогнозного теплотехнического расчета глубина сезонного оттаивания на конец летнего периода составила 1,6 м.

Натурные исследования

В летне-осенний период 2018 г. на территории кустовой площадки № 3 Новопортовского месторождения были проведены натурные исследования по определению максимальной глубины сезонного оттаивания. Следует учесть, что летний период 2018 г. был аномально теплым по сравнению с нормативными климатическими данными, приведенными в СП 131.13330.2012 Строительная климатология (с изменениями от 17 ноября 2015 г.).

Для определения температуры грунта по глубине были пробурены четыре термометрические скважины глубиной до 5,5 м. Они располагались на удалении от объектов, способных оказать влияние на чистоту эксперимента, т.е. вне их теплового влияния. В термометрических скважинах были установлены стационарные термокосы с шагом датчиков температуры 0,25 м. Для считывания показаний использовался логгер (периодичность фиксации показаний датчиков – 4 раза в сутки). По результатам натурных исследований наибольшая глубина оттаивания грунта составила 1,78 м.

Расчет по СП 25.13330.2012 с учетом натурных данных

С учетом полученных натурных данных был проведен расчет нормативной глубины сезонного оттаивания по формуле (1)

Нормативная глубина сезонного оттаивания грунта составила 1,62 м. Результаты натурных исследований температуры грунтов представлены на рисунке.

Анализ результатов

Выводы

1. При выполнении теплотехнических расчетов по определению глубины сезонного оттаивания целесообразно применять численный метод расчета, т.к. для его выполнения не требуется проведения дополнительных исследований, при этом имеется возможность учета всех необходимых условий.

2. Проведенное исследование позволило существенно снизить капитальные вложения в инженерную подготовку, сократить объем материально-технических ресурсов и сроки строительных работ площадочных объектов Новопортовского месторождения.

3. Методика расчета минимальной высоты инженерной подготовки для объектов капитального строительства в условиях Крайнего Севера рекомендована к применению в других дочерних обществах «Газпром нефти» в качестве одного из лучших технологических решений.

Список литературы

    1. Попов А.П. Технология геотехнического мониторинга в криолитозоне. // Инженерные изыскания. –2009. – № 4. – С. 20–33.
    2. Горелик Я.Б., Паздерин Д.С. Корректность постановки и решения теплотехнических задач по прогнозу динамики температурных полей в основании сооружений на многолетнемерзлых грунтах // Криосфера Земли. – 2017. – Т. XXI. – № 3. – С. 49–59.

Фундаменты на набухающих грунтах

Фундаменты на набухающих грунтах

Понятие
Набухающие грунты – это один из видов структурно-неустойчивых грунтов. Следовательно, им присуща способность к резкому снижению прочности структурных связей между частицами при определенных воздействиях во время строительства и эксплуатации зданий и сооружений. Таким воздействием является замачивание грунтов водой и особенно растворами серной кислоты.
К набухающим относят глинистые грунты с большим содержанием гидрофильных глинистых минералов (монтмориллонит) и малой влажностью в природном состоянии (W Распространение
Набухающие грунты имеют широкое распространение. Такие грунты распространены в Египте, Бирме, США, ЮАР, а в Индии более 30% территории занимают так называемые хлопковые почвы. В странах СНГ такие грунты встречаются в Казахстане, Грузии, Азербайджане, Украине, России (Поволжье, Северный Кавказ и других районах). Распространены набухающие грунты в равнинах, реже в предгорных районах, и приурочены к зонам сухих степей и полупустынь. Для районов развития набухающих грунтов характерно незначительное количество атмосферных осадков, общий дефицит влажности воздуха, продолжительные засушливые периоды в летнее время. По условиям залегания набухающие грунты в отличие от лессовых пород могут занимать не только покровное положение, но и располагаться на значительной глубине от поверхности земли. Мощность набухающих грунтов колеблется от нескольких метров до нескольких десятков метров.

Причины набухания
Анализ деформаций различных зданий и сооружений, а также натурные наблюдения, проведенные в нашей стране и за рубежом, позволили установить, что набухание и усадка грунтов происходят в результате:
— техногенного замачивания (утечки из водонесущих коммуникаций, фильтрация воды из каналов);
— повышение уровня подземных вод
— сезонного изменения влажности набухающих грунтов под влиянием климатических факторов;
— изменение условий испарения влаги после застройки и асфальтирования территории.
Некоторые грунты, не обладающие способностью к набуханию при их замачивании природной водой, приобретают свойства набухать при увлажнении их растворами солей, представляющими собой технологические отходы химических, металлургических и других предприятий. Это явление часто называют «химическим набуханием».
Расчет деформаций
Поскольку набухающие грунты обладают особыми свойствами, для них кроме обычных физико-механических характеристик определяются специальные характеристики набухания и усадки. Наиболее часто в расчетах используют следующие показатели.
Относительное набухание — исследуется в компрессионных приборах по различным методикам. Часто используемый метод одной кривой заключается в том, что образец грунта природной влажности нагружается давлением р, после чего производят замачивание образца и измеряют абсолютную величину набухания.
Относительное набухание определяют при различных уплотняющих давлениях р и вычисляют по формуле: εsw = (h’- h) / h,
где h —высота образца грунта природного состояния, обжатого давлением р; h’ —то же, после набухания образца.
По относительному набуханию εsw, определяемому для не обжатого образца, т. е. при р= 0, грунты классифицируются следующим образом: ненабухающие при εsw 0,12.
Ответственным этапом при проектировании фундаментов на набухающих грунтах является расчетный прогноз деформаций оснований. На основе этих расчетов определяют абсолютные значения подъема отдельных фундаментов и их относительные вертикальные смещения, которые не должны превышать предельных значений.
Подъем основания при набухании грунта hsw определяют методом послойного суммирования.

Читать еще:  Крутизна откосов при рытье котлованов

Для расчета необходимо построить эпюры природных напряжений σzg, дополнительных напряжений от фундаментаσzp и дополнительных давлений σz,ad.
При местном замачивании основания процесс набухания в увлажненной зоне встречает противодействие от веса незамоченного грунта за ее пределами, что учитывается введением в расчет дополнительных давлений σz, зависящих от размеров и формы зоны замачивания и вычисляемых по формуле
σz, ad = kg γ (d + z)
Формула для вычисления подъема основания имеет вид:
hsw =∑ εsw, hi ksw, i
где εsw, i — относительное набухание грунта i-го слоя, соответствующее суммарному напряжению σz, tot в слое; hi— толщина i-го слоя; ksw, i —коэффициент, принимаемый равным 0,8 при z, tot = 50 кПа и 0,6 при z, tot = 300 кПа, а при промежуточных значениях z, tot — по интерполяции.
Если расчетные деформации набухания hsw превышают предельные значения su, применяют различные мероприятия, снижающие или полностью исключающие деформации, вызванные набуханием, или уменьшающие их неравномерность до заданных пределов.
Меры по снижению деформаций
Казалось бы, при строительстве на набухающих грунтах рациональней использовать свайный или глубокий фундаменты, но данные фундаменты не выгодно использовать при малоэтажном строительстве. В данном случае возможно использование ленточного или столбчатого фундамента, но тогда для обеспечения надежной эксплуатации зданий и сооружений на набухающих грунтах применяют комплекс различных мер:
— водозащитные мероприятия для предотвращения локального замачивания грунтов основания;
-предварительное замачивание
— замена набухающего грунта местным ненабухающим, уплотненным до заданной плотности;
— применение компенсирующих подушек, выравнивающих неравномерности подъема ленточных фундаментов при локальном замачивании основания;
— полная или частичная прорезка набухающего грунта свайными фундаментами.
— конструктивные мероприятия
Водозащитные мероприятия. Для предупреждения проникания воды или химических растворов в грунтовое основание устраивают отмостки вокруг зданий шириной 2…3 м, применяют водонепроницаемые экраны под всем сооружением из полимерных материалов либо из асфальта, заключают водопроводные и канализационные трубы в специальные железобетонные лотки и т. п. При этом следует иметь в виду, что маловлажные набухающие грунты иногда рассечены большим количеством усадочных трещин, по которым вода может легко проникать в грунтовое основание.

Предварительное замачивание применяют при небольших толщах набухающих грунтов. Сущность этого метода состоит в том, что до начала строительства грунта основания увлажняется искусственным путем с тем, чтобы произошло разуплотнение грунта в пределах всей или части набухающей толщи. На подготовленном путём замачивания основании возводится сооружение. Предварительное замачивание нельзя использовать, если во время эксплуатации может произойти высушивание грунта (например, в основании нагревательных печей и т. п.), что приведет к усадочным деформациям. Замачивание осуществляется через скважины диаметром 89…276 мм, располагаемые в шахматном порядке через 2…5 м друг от друга. Глубину скважин принимают на 0,5 м меньше расчетной глубины замачивания. Скважины засыпаются песком, гравием или дробленым кислым шлаком. При замачивании ведется наблюдение за деформациями поверхности основания.
Грунтовые подушки применяют для замены всей или части толщи набухающих грунтов. При частичной замене толщину подушек назначают из условия, чтобы подъем фундамента в результате набухания оставшегося слоя набухающих грунтов находился в допустимых пределах. Материалом грунтовых подушек могут служить пылевато-глинистые ненабухающие грунты.
Компенсирующие подушки применяют для уменьшения неравномерности подъема фундаментов при локальном замачивании. Их устраивают из любых, кроме пылеватых, песков на кровле или в пределах толщи набухающих грунтов преимущественно под ленточные фундаменты шириной до 1,5 м, давление по подошве которых составляет менее 0,1 МПа.

Принцип работы компенсирующей подушки состоит в следующем. В связи с тем, что ширина песчаной подушки превышает ширину фундамента, при набухании грунтов происходит выпирание песка между фундаментом и стенкой траншеи. Поэтому при подъеме дна такой траншеи песок вокруг фундамента поднимается, а сам фундамент остается практически неподвижным.
Прорезка набухающих грунтов свайными фундаментами и глубокими опорами эффективна, если толща набухающих грунтов не превышает 12 м. При набухании грунтов возникают силы набухания, направленные вверх и действующие по части боковой поверхности свай, расположенной в пределах толщи набухающих грунтов. Эти силы стремятся поднять сваи вверх. Для исключения подъема длина свай должна быть назначена таким образом, чтобы указанные силы были меньше, чем сумма нагрузок от сооружения и силы сопротивления по боковой поверхности в нижней части свай, заглубленной в ненабухающие грунты. Для увеличения сил сопротивления в заделанной части свай можно применять винтовые сваи или сваи с уширенной пятой.
К конструктивным мероприятиям относится увеличение жесткости зданий путем разбивки их на отдельные отсеки. Крупнопанельные здания, наиболее чувствительные к неравномерным подъемам, следует разделять осадочными швами на отсеки длиной не более 30 м. Увеличение прочности достигается введением армированных поясов толщиной не менее 15 см, устраиваемых в нескольких уровнях по высоте. При использовании набухающих грунтов в качестве естественных оснований необходимо проектировать фундаменты с наибольшим возможным давлением по подошве. Поэтому следует отдавать предпочтение ленточным и столбчатым фундаментам, устраивая фундаменты в виде плит и перекрестных лент только в тех сооружениях, где это обусловлено их конструктивной схемой.

Заключение
Увеличение влажности набухающих грунтов приводит к подъему расположенных в них фундаментов и развитию отрицательного (негативного) трения в случае свайных фундаментов. Профессор Сорочан приводит примеры, когда подъем некоторых конструкций при набухании грунтов основания достигал 580 мм. Усадка грунта после высыхания вызывает осадку сооружений. В ряде случаев представляет опасность также и горизонтальное давление набухания на подземные элементы конструкций.
Так что строительство на набухающих грунтах – это серьезная и актуальная проблема. Недооценка их набухания явилась причиной повреждения многих промышленных и гражданских зданий и сооружений.
Одним из печально известных случаев – обрушение 5-этажного жилого дома в г. Караганда, Казахстан.
Многоквартирный жилой дом, возведенный за счет средств участников долевого строительства, был сдан в эксплуатацию в 2009 году.
1 апреля 2012г., в доме произошло обрушение строительных несущих конструкций, на стенах помещений образовались трещины, здание начало крениться. Из аварийного дома были переселены 138 человек.
6 апреля дом рухнул. По заключениям экспертных организаций основной причиной обрушения части существующего дома явилось отсутствие мероприятий по выполнению требований, исключающих проявление и предотвращение влияния набухающих свойств грунтов на устойчивость здания.

В результате, весь новый жилой комплекс «Бесоба» был снесен.

Несмотря на то, что процессы набухания существенно осложняют строительство и эксплуатацию зданий и сооружений, районы их распространения интенсивно осваиваются. Это объясняется дефицитом свободных территорий для строительства, темпы которого в последнее время показывают тенденции к росту.

Расчет фундамента под наружную стену подвала. Расчет устойчивости основания против сдвига (по 1 предельному состоянию). Пример расчета.

Расчет стены проводится в несколько этапов, в каждом из них проверяется определенное условие, обеспечивающее надежную работу конструкции. Что определяет расчет устойчивости основания против сдвига? На стену воздействуют немалые горизонтальные силы от давящего на нее грунта (в нашем примере такое давление достигает более двух тонн на метр квадратный стены), пытающиеся сдвинуть стену в сторону подвала. Препятствуют этому удерживающие силы: нагрузка на стену подвала (из п. 4 расчета); собственный вес стены подвала и фундамента; пригруз грунта со стороны обратной засыпки (именно поэтому мы стараемся сделать фундамент не симметричным, а большую его часть выдвинуть в сторону обратной засыпки – чтобы получше пригрузить); пригруз обратной засыпкой и конструкцией пола со стороны подвала и пассивное горизонтальное давление от них же. Все эти вертикальные силы придавливают фундамент к земле, возникает сила трения между подошвой и грунтом основания (чем шире подошва, тем больше сила трения – это еще один фактор, который нужно запомнить); и если сила трения больше сдвигающей силы хотя бы в 1,2 раза (коэффициент запаса, учитывающий всякие погрешности), то фундамент не сдвинется и стена будет стоять на нем надежно.

Читать еще:  Монтаж сайдинга инструкция откосы

Что означает «по 1 предельному состоянию»? К 1 предельному состоянию относится решение вопроса устойчивости конструкции, его мы и решаем. Конкретно для расчета – это проявляется в выборе повышающих коэффициентов из п. 1.

Итак, первое, что нужно определить – это горизонтальное давление, воздействующее на стену по высоте.

В п. 5.2 и 5.3 мы определяем горизонтальную составляющую интенсивности активного давления грунта – она переменна, вверху равна σг1, а к низу возрастает до σг2. Что это такое, название явно сложное. Грунт засыпки имеет собственный вес (удельный вес грунта γ), и неоднородную, сыпучую структуру, характеризующуюся углом внутреннего трения φ (этот угол определяет способность грунта не рассыпаться под собственным весом, а значит и влияет на степень давления веса грунта на конструкцию стены). Если бы грунт был подобен скале (монолитный и целостный), то его вес давил бы только вниз и на соседствующую стену не воздействовал. А так давление грунта распределяется под углом трения, и в итоге в нем можно выделить вертикальную и горизонтальную составляющую. Чем выше угол трения, тем лучше держит грунт сам себя, и тем меньше его горизонтальное давление и больше вертикальное.

Понятие активного и пассивного давления введено для различия: активное пытается сдвинуть, пассивное – помогает удержать на месте.

Величина горизонтального давления всегда увеличивается с глубиной, она прямо пропорциональна глубине грунта. На уровне поверхности грунта она равна нулю, поэтому σг1 = 0, т.к. в нашем примере поверхность грунта ниже верха стены (если бы грунт был выше верха стены, то вверху стены σг1 имела бы уже какую-то величину).

Помимо влияния собственного веса грунта на стену также оказывает влияние нагрузка на грунте – горизонтальная составляющая давления от нее постоянна по всей глубине, ее мы находим в п. 5.4. В данном примере рассмотрен случай, когда временная нагрузка на грунте распределена равномерно по всей площади. Если у Вас другой случай, то формулу и эпюру надо переработать согласно рисунку 8 руководства.

И последняя величина – это интенсивность горизонтальных сил сцепления грунта засыпки, которую мы находим в п. 5.6. Сила сцепления удерживает грунт – чем больше сцепление грунта, тем меньше его давление на стену, поэтому σсг в формуле 5.7 и 5.8 мы используем со знаком минус. И чем большего сцепления грунта можно добиться при уплотнении обратной засыпки, тем легче будет стене и фундаменту.

В формуле определения интенсивности сил сцепления повышающий коэффициент не используется – обратите внимание на такие случаи. Если мы применим повышающий коэффициент, то тем самым мы уменьшим сдвигающую силу, а ее нам нужно определить максимальной. Повышающие коэффициенты используются только там, где они могут ухудшить условия работы конструкции.

Обратите внимание, что в данном расчете грунт засыпки – это связный грунт, он имеет не нулевое сцепление. Если вы применяете несвязный грунт (песок, шлак и др.), то нужно считать по другим формулам руководства, и эпюры будут другими, т.е. данный расчет уже не подходит.

Далее нам следует суммировать горизонтальные давления, чтобы получить итоговую эпюру.

Вверху значение интенсивности горизонтального давления равно σ1, а внизу – σ2.

Причем, здесь может быть два варианта: σ1 может получиться как с отрицательным, так и с положительным значением. При отрицательном значении итоговая эпюра будет иметь вид треугольника; при положительном – вид трапеции. Соответственно, формулы получатся тоже разные.

В данном примере у нас получился вариант с треугольной эпюрой. Но расчет я постаралась сделать универсальным для обоих случаев, поэтому в данном месте расчет у меня раздвоился, и нужно сделать выбор, по какому из вариантов «а» или «б» считать далее.

Итак, в п. 5.9 мы определили, что расчет будем вести по варианту «а».

В этом варианте, когда мы суммируем все три эпюры (с учетом знаков: первые две действуют в одну сторону, третья – в противоположную), получается итоговая треугольная эпюра давления, наглядно показывающая, на какой высоте (Н1) и с какой силой воздействует на стену активное горизонтальное давление. Обратите внимание, что если графически построить эпюры пропорционально значениям, получившимся в формулах, то все результаты на рисунке и в расчете сойдутся – такая самопроверка никогда не помешает.

Найдя горизонтальное давление грунта σ2 на уровне низа подошвы, мы с его помощью определяем сдвигающую силу Тсд, что и сделано в п. 5.10а.

Вариант «б» (пункт 5.10б) для данного примера не актуален, но я приведу его на рисунке ниже, вдруг ваш расчет пойдет по другому пути (пример итоговой эпюры для варианта «б» я не привожу).

И следующим этапом будет определение всех возможных удерживающих сил, действующих на фундамент: собственный вес фундамента, стены и грунта обратной засыпки, опирающегося на подошву фундамента с двух сторон, собственный вес конструкции пола и нагрузка на стену фундамента от конструкций здания. Временные нагрузки в этом расчете не участвуют, т.к. без них ситуация хуже, чем с ними.

Все эти силы, кроме Р5, имеют площадь сбора нагрузки, что мы наглядно видим из рисунка выше. Суммируя все силы, мы получаем N (п. 5.16).

Также необходимо найти пассивное горизонтальное давление грунта Еп – это давление части грунта, находящейся под уровнем пола подвала (справа от стены и фундамента) и удерживающей фундамент от сдвига. Пассивное давление зависит от веса грунта, его сцепления и угла внутреннего трения – обратите внимание, их значения берутся для расчета по 1 предельному состоянию. Полы в данном случае условно игнорируются, и их толщина при расчете пассивного давления грунта исключается.

После этого в п. 5.18 определяется удерживающая сила Туд.

Обратите внимание, для стены подвала без сложных геологических условий выполняется проверка только при β = 0. Иначе расчет нужно выполнять согласно примечанию к п. 8.13 руководства.

Последним шагом является проверка – сравнение сдвигающей и удерживающей сил. Если первая меньше второй хотя бы в 1,2 раза, то условие обеспечено, и можно переходить к следующему этапу расчета.

Что делать, если условие не обеспечено? Можно выполнить следующие мероприятия:

— увеличение ширины подошвы в сторону улицы – этим мы добавляем дополнительный пригруз от веса грунта засыпки, а также вес самой подошвы;

— увеличение ширины подошвы в сторону дома – эффект от него меньше, чем от первого, но все же есть, т.к. с увеличением площади фундамента возрастает сила трения, препятствующая сдвигу;

— увеличить собственный вес конструкций фундамента и стены за счет их толщины – иногда (если не хватает совсем немного) это рациональней, чем копать более широкую траншею;

— заменить обратную засыпку на грунт с большим углом внутреннего трения (песок, шлак).

Не забывайте, положительные факторы в этом расчете – это любая вертикальная нагрузка; ширина подошвы фундамента (чем больше, тем лучше); большой угол трения грунта засыпки со стороны улицы. Отрицательные факторы: глубина подвала, точнее высота грунта засыпки со стороны улицы (чем она больше, тем больше сдвигающая сила); маленькая толщина засыпки со стороны подвала (эта засыпка препятствует сдвигу, иногда стоит ее увеличить немого, подняв пол подвала, чтобы условия по сдвигу удовлетворялись); небольшая нагрузка на стену подвала (чем больше пригруз, тем больше сила трения и сопротивление сдвигу).

В обычных случаях все проблемы можно решить увеличением ширины подошвы фундамента. Но если этого не достаточно, возможно проведение дополнительных мероприятий, например устройство распорок между стенами подвала, которые будут препятствовать сдвигу. Естественно, распорки должны быть рассчитаны на действие сдвигающей силы и установлены с определенным шагом. Если в доме часто стоят несущие поперечные стены, нужно проводить анализ о возможности сдвига фундамента – в некоторых случаях можно пропускать эту часть расчета.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector