Классификация фундаментов глубокого заложения.

Классификация фундаментов глубокого заложения.

Фундаменты глубокого заложения: опускные колодцы, кессоны, тонкостенные ж/б оболочки, набивные столбы. Опускные колодцы проектируют цилиндрической формы. Для уменьшения трения поверхности стенок колодца о грунт при его погружении с их внешней стороны делают уступ и образующийся зазор заполняют раствором тиксотропнойбентонитовой глины. Для облегчения погружения колодца нижнюю часть его оборудуют стальным ножом. Во время погружения колодца на него действуют следующие нагрузки: давление грунта на стенки колодца, реактивное давление грунта на его нож, собственный вес колодца. При устройстве фундаментов этим методом на поверхности грунта возводят пустотелую нижнюю часть фундамента в виде колодца. С помощью землеройных механизмов из под него извлекают грунт. Под действием силы тяжести колодец погружается в грунт. По мере опускания колодца его наращивают. После погружения нижнюю часть колодца заполняют бетонной смесью. Опускные колодцы применяют для устройства фундаментов под тяжелые сооружения, для возведения подземных сооружений. Сущность устройства фундаментов с помощью кессона заключается в отжатии подземных вод от места разработки грунта сжатым воздухом. Для этого делают кессон – большой ящик, перевернутый вверх дном. Кессон образует рабочую камеру, в которую могут опускаться рабочие. Над рабочей камерой делают шахту, на которую устанавливают шлюзовой аппарат, предназначенный для входа и выхода рабочих. Все эти устройства герметизируют. Кессоны можно опустить на глубину не более 35-40 м. Применяют кессоны при наличии в грунте крупных включений или при необходимости опирания фундамента на неровную поверхность скалы. Для разработки грунта применяют гидромониторы, а для его удаления наружу – эрлифты. На кессон действуют нагрузки, как и на опускные колодцы, и также вес кладки, давление сжатого воздуха. Тонкостенные оболочки погружаются в грунт принудительно. Сущность способа устройства фундаментов с помощью оболочек – погружение в грунт мощными вибромолотами или низкочастотными вибропогружателями ж/б труб диаметром 0,8-3 м. Под действием вибрации оболочка врезается в грунт на несколько метров. Для возможности дальнейшего погружения оболочки из нее извлекают грунт. После погружения одного звена оболочку наращивают. Нижнее звено оболочки снабжается ножом. Оболочки можно погружать на глубину 30м и более. Их недостатки: возникновение значительных колебаний грунта. Преимущества: индустриальность изготовления, возможность механизировать процессы погружения. Набивные столбы устраиваются в грунте аналогично буронабивным сваям или методом «стена в грунте». Эти фундаменты доводят до плотных грунтов, так что они работают как стойки. Набивные столбы изготовляют диаметром более 80см либо с извлекаемой оболочкой, либо без нее. Столбы армируют только в верхней части. Некоторыми особенностями обладают набивные столбы, выполняемые методом «стена в грунте». Для их изготовления в грунте устраивают под защитой глинистого раствора несколько прорезей. Затем эти прорези заполняют бетонной смесью. Такие опоры могут выдержать сжимающую нагрузку в тысячи кН.

 

Расчет внецентренно-нагруженных жестких фундаментов.

При внецентренном нагружении эпюра напряжений под подошвой фундамента имеет вид: Условие применимости расчета внецентренно нагруженногого фундамента по 2 пред.состоянию является:Gmt≤R. Gmax≤1.2R, Gmin>0 A=N2∙ke/R- γmt∙d Особенности работы и расчета гибких фундаментов. Различие в определении размеров для р-р подошвы для гибкого и жесткого фундта нет., условие жесткости при этом не контролируетсяb=N2∙ke/R- γmt∙d

 

Понятие о сдвиге в грунте.

 

Сопротивление грунта срезу вызывается сопротивлением междучастичных связей, зависящим от прикладываемого давления. Прочность связей зависит от вида грунта, его влажности и плотности.

Разница между срезом и сдвигом: Срез происходит по определенной поверхности. Деформация сдвига захватывает некоторый объем и связана с перекашиванием прямоугольного элемента. Под прямым срезом в механике грунтов понимается срез, изображенный на рис.М.11.2, однако часто под сдвигом понимается и прямой срез, а эти понятия отождествляются.

Сопротивление сдвигу одного и того же грунта непостоянно и зависит от физического состояния грунта - степени нерушимости естественной структуры, плотности, влажности, а также от условий производства испытаний (конструкция прибора, размеры образца, скорость сдвига и т. д.). Для получения наиболее достоверных данных испытания на сдвиг должны всегда проводиться в условиях, максимально приближающихся к условиям работы грунта под сооружением или в самом сооружении.

Показатели сопротивления грунта сдвигу определяются различными способами, среди которых можно выделить три группы:

1) способы определения сопротивления сдвигу по одной или двум заранее фиксированным плоскостям в сдвиговых приборах; 2) способы определения сопротивления сдвигу путем раздавливания при одноосном и трехосном сжатии; 3) способ определения сопротивления сдвигу по углу естественного откоса.

Способы первой группы могут быть в свою очередь разделены на две подгруппы:

а) способы поперечного сдвига с конечной плоскостью сдвига;

б) способы кольцевого сдвига с бесконечной (замкнутой) плоскостью сдвига.

Сжимаемость грунтов

Учитывая, что зависимость между напряжениями и деформациями пропорционально, согласно закону Гука, рассмотрим решение теории упругости применительно к грунтам.

Образец грунта под подошвой фундамента испытывает трехосное сжатие. Зависимость напряжения от деформацией характеризуется системой уравнений, т.к напряжение по оси х,у,z в пределах активной зоны переменной, то прямое выражение для расчета осадки получить трудно. В настоящий момент с развитием компьютерных технологий применяется моделирование напряженного деформированного состояния грунтового основания, но в теории механики грунтов этот подход не используется, т.к. является сложным. При компрессионном сжатии модуль деформации образца грунта: Ez=S/h Компрессионное сжатие-сжатие без возможности бокового расширения. При решении системы уравнений 3остного напряженного состояния для случая компрессионного сжатия получим простую зависимость осадки от нагрузки, которое широко используется в механике грунтов: S=Phβ/E (Е -модуль деформации грунта основания, Р - напряжение (давление), h - мощность сжимаемой толщи, β - безразмерный коэффициент)

Приборы компрессионного сжатия – одометры, для которых основной частью является кольцо Терцаги.

Диаметр кольца Терцаги 71мм или 87мм для стандартных испытаний, по площади = 40 см² или 60см² соответственно, высота кольца 35мм.

Образец грунта нагружают ступенчато по 5-10% от общей нагрузки(σ_mt). Каждая ступень нагрузки выдерживается во времени до наступления условной стабилизации осадки. Только после этого прикладываются следующие ступени нагрузки. За условную стабилизацию осадки принимают приращение осадки не больше 0,01мм за последние 30 минут наблюдения для песков и 12 часов для пылевато-глинистых грунтов.

В классической механике грунтов компрессионная кривая выражает зависимость коэффициента пористости от нагрузки. Компрессионная кривая характеризует процесс сжатия грунта с увеличением нагрузки. Значение коэффициента пористости при увеличении нагрузки: e_i=e₀-S_i(1+e₀)/h_i (e₀ - начальное значение коэффициента пористости; e_i - каждое последующее значение при соответствующей ступени нагрузке; S_i - осадка грунта; h_i - высота образца грунта).

Для количественной оценки сжимаемости используют 2 показателя: коэффициент сжимаемости и модуль деформации грунта.

Коэффициент сжимаемости: cc=tgα=e1-e2/P2-P1 (P1-давление в грунте от собственного веса(природное напряжение);P2-напряжение под подошвой фундамента) В зависимости от коэффициента сжимаемости грунты различают: слабо сжимаемые(сс<0,0005), средней сжимаемости,(0,005-0,0005), сильно сжимаемые(>0,005). В расчетах чаще используют модуль деформации: Eocd=(1+e0)β/cc (Eocd -компрессионный модуль деформации; e0 -коэффициент пористости грунта в природных условиях; β -безразмерный коэффициент, принимаемый в зависимости от вида грунта) Модуль деформации грунта обычно составляет от 1-100МПа (Е< 5МПа-слабое основание, Е>10МПа-хорошее основание).

 

 

Особые свойства грунта

Характеризуют количество органического вещества в грунте, солей, льда, величину просадочности, набухания и усадки и др. характеристики.

Структурные связи – спайки и мостики между отдельными частицами и их физическими контактами. Структурные связи сохраняют структуру грунта устойчивой, определяют механические свойства грунта.

Первичные связи (водно-коллоидные) – образуются в процессе выпадения частиц в осадок за счет электро-молекулярных сил взаимодействия. Эти связи малой прочности, пластичны, легко разрушаются, но и быстро восстанавливаются. С этим качеством грунта связано явление тиксотропии (разжижение).

Вторичные связи – образовались в результате спаек, пленок, окислов солей, объединяющих отдельные частицы. Это происходит во время уплотнения, упрочнения и осади грунта. Эти связи прочны, жестки, хрубки, после разрушения не восстанавливаются.

 

Классификация фундаментов глубокого заложения.

Фундаменты глубокого заложения: опускные колодцы, кессоны, тонкостенные ж/б оболочки, набивные столбы. Опускные колодцы проектируют цилиндрической формы. Для уменьшения трения поверхности стенок колодца о грунт при его погружении с их внешней стороны делают уступ и образующийся зазор заполняют раствором тиксотропнойбентонитовой глины. Для облегчения погружения колодца нижнюю часть его оборудуют стальным ножом. Во время погружения колодца на него действуют следующие нагрузки: давление грунта на стенки колодца, реактивное давление грунта на его нож, собственный вес колодца. При устройстве фундаментов этим методом на поверхности грунта возводят пустотелую нижнюю часть фундамента в виде колодца. С помощью землеройных механизмов из под него извлекают грунт. Под действием силы тяжести колодец погружается в грунт. По мере опускания колодца его наращивают. После погружения нижнюю часть колодца заполняют бетонной смесью. Опускные колодцы применяют для устройства фундаментов под тяжелые сооружения, для возведения подземных сооружений. Сущность устройства фундаментов с помощью кессона заключается в отжатии подземных вод от места разработки грунта сжатым воздухом. Для этого делают кессон – большой ящик, перевернутый вверх дном. Кессон образует рабочую камеру, в которую могут опускаться рабочие. Над рабочей камерой делают шахту, на которую устанавливают шлюзовой аппарат, предназначенный для входа и выхода рабочих. Все эти устройства герметизируют. Кессоны можно опустить на глубину не более 35-40 м. Применяют кессоны при наличии в грунте крупных включений или при необходимости опирания фундамента на неровную поверхность скалы. Для разработки грунта применяют гидромониторы, а для его удаления наружу – эрлифты. На кессон действуют нагрузки, как и на опускные колодцы, и также вес кладки, давление сжатого воздуха. Тонкостенные оболочки погружаются в грунт принудительно. Сущность способа устройства фундаментов с помощью оболочек – погружение в грунт мощными вибромолотами или низкочастотными вибропогружателями ж/б труб диаметром 0,8-3 м. Под действием вибрации оболочка врезается в грунт на несколько метров. Для возможности дальнейшего погружения оболочки из нее извлекают грунт. После погружения одного звена оболочку наращивают. Нижнее звено оболочки снабжается ножом. Оболочки можно погружать на глубину 30м и более. Их недостатки: возникновение значительных колебаний грунта. Преимущества: индустриальность изготовления, возможность механизировать процессы погружения. Набивные столбы устраиваются в грунте аналогично буронабивным сваям или методом «стена в грунте». Эти фундаменты доводят до плотных грунтов, так что они работают как стойки. Набивные столбы изготовляют диаметром более 80см либо с извлекаемой оболочкой, либо без нее. Столбы армируют только в верхней части. Некоторыми особенностями обладают набивные столбы, выполняемые методом «стена в грунте». Для их изготовления в грунте устраивают под защитой глинистого раствора несколько прорезей. Затем эти прорези заполняют бетонной смесью. Такие опоры могут выдержать сжимающую нагрузку в тысячи кН.