Предельные состояния оснований фундаментов, принципы их проектирования
Основания рассчитываются по двум группам предельных состояний: первая — по несущей способности, вторая — по деформациям.
К первой группе предельных состояний оснований относятся деформации неустановившейся ползучести, чрезмерные пластические деформации, резонансные колебания, потеря устойчивости формы и положения, вязкое или хрупкое разрушение.
Ко второй группе предельных состояний относятся такие состояния оснований, при которых затрудняется нормальная эксплуатация здания или сооружения или снижается его долговечность в результате недопустимых осадок, прогибов углов поворота, а также колебаний, трещин и т. д.
Следует иметь в виду, что потеря несущей способности основания приводит чаще всего конструкции здания или сооружения в предельное состояние первой группы. В этом случае предельные состояния основания и конструкций здания или сооружения совпадают. Что касается деформаций основания, то они могут привести конструкции здания или сооружения в предельные состояния как второй, так и первой групп. В связи с этим предельные деформации основания могут ограничиваться прочностью, устойчивостью и трещиностойкостью, а также требованиями архитектурного, эксплуатационно-бытового и технологического характера.
Расчет основания по деформациям производится с соблюдением следующих условий (исходя из совместной работы основания и сооружения):
где S — абсолютные значения осадки отдельных фундаментов, определяемые расчетом, исходя из наиболее неблагоприятных грунтовых условий; Ṡ — средняя осадка фундаментов, рассчитываемая как среднее значение абсолютных осадок отдельных фундаментов:
где s1, s2, . , sn — абсолютные осадки отдельных фундаментов или лент; A1, A2 . An — суммарные площади подошвы фундаментов с одинаковыми размерами, аналогичными грунтовыми условиями оснований и близкими по влиянию загружения соседними фундаментами; Su и Ṡu — предельные значения соответственно абсолютных и средних осадок, устанавливаемых СНиП 2.02.01-83.
Расчет оснований только по условию (1.1) является недостаточным. Основным расчетом оснований зданий и сооружений по деформациям является проверка по относительной неравномерности осадки:
где (Δs/L) и i — соответственно относительная неравномерность осадок и крен, определяемые расчетом; (Δs/L)u и iu — предельные (соответственно) относительная неравномерность осадок и крен, рекомендуемые СНиП 2.02.01-83.
По второй группе предельных состояний (по деформациям) основания рассчитываются во всех случаях, по первой группе — в следующих случаях:
- основание подвержено действию значительных горизонтальных нагрузок (подпорные стены, фундаменты распорных конструкций и т. д.) с учетом сейсмических;
- здание или сооружение расположено на откосе или в непосредственной близости от него;
- основание сложено скальными грунтами.
Если основание сложено медленно уплотняющимися пылевато-глинистыми грунтами со степенью влажности Sг≥0,85 и коэффициентом консолидации сν≤107 см2/год, силу предельного сопротивления основания следует определять с учетом возможного нестабилизированного состояния основания в результате избыточного порового давления в грунте и. В этом случае соотношение нормальных и касательных напряжений определяется следующей зависимостью:
где ϕ1 и c1 — угол внутреннего трения и удельное сцепление грунта в стабилизированном состоянии.
Избыточное поровое давление можно определять методами фильтрационной консолидации грунтов, при этом обязательно учитывается скорость приложения нагрузки на основание. В случае возведения зданий и сооружений высокими темпами, отсутствия в основании дренирующих слоев грунта или дренирующих устройств и т. д., при соответствующем обосновании допускается в запас надежности принимать избыточное поровое давление, равное нормальному напряжению по площадкам скольжения (u=σ), или использовать в расчетах угол внутреннего трения ϕ1 и удельное сцепление c1 для нестабилизированного состояния грунтов основания. Для водонасыщенных глинистых грунтов с показателем текучести JL≤0,5 можно не учитывать возможности возникновения нестабилизированного состояния грунта и не определять коэффициент консолидации.
При проектировании оснований и фундаментов необходимо учитывать взаимодействие здания или сооружения со сжимаемым основанием. Состояние основания можно считать предельным в том случае, если оно приводит к одному из предельных состояний здания или сооружения.
Расчет деформации основания производится с использованием расчетной схемы в виде линейно деформируемого полупространства с ограничением глубины активной (сжимаемой) зоны или линейно деформируемого слоя. Анизотропию прочностных и деформационных характеристик, а также развитие деформаций во времени рекомендуется учитывать при расчете оснований из водонасыщенных пылевато-глинистых грунтов и илов.
При расчете конструкций зданий и сооружений на сжимаемом основании могут применяться также расчетные схемы с использованием коэффициентов постели или коэффициентов жесткости, представляющих собой отношение удельного давления на грунт основания к его расчетной осадке. Такие расчетные схемы приемлемы в случае необходимости учета неоднородности грунтов, слагающих основание, а также при расчете зданий и сооружений на подрабатываемых территориях и т.д.
Нелинейность деформирования грунтов рекомендуется учитывать при расчете пространственно-жестких зданий и сооружений во взаимодействии со сжимаемым основанием, допуская при этом использование упрощенных методов с заменой фундаментов нелинейно деформируемыми опорами.
Проектирование оснований осуи1,ествляется по следующим основным принципам:
- Проектирование оснований зданий и сооружений по предельным состояниям независимо от типа фундамента.
- Учет совместной работы системы — основание, фундамент и надземные несущие конструкции здания или сооружения.
- Комплексный подход при выборе типа фундамента и оценке работы грунтов основания на основе совместного рассмотрения: инженерно-геологических условий территорий строительной площадки; чувствительности несущих конструкций здания или сооружения к неравномерным деформациям основания; методов производства строительно-монтажных работ по устройству оснований фундаментов и особенностей эксплуатации зданий и сооружений.
Перечисленные факторы свидетельствуют о сложности выполнения задачи по проектированию оснований и фундаментов. Поэтому зачастую невозможно определить рациональные типы оснований и фундаментов, не рассмотрев предварительно несколько возможных, конкурирующих вариантов. Окончательное решение следует принимать на основе технико-экономического сравнения рассматриваемых вариантов оснований и фундаментов. При этом необходимо учитывать стоимость конструкции фундамента, ее долговечность, индустриальность изготовления, трудоемкость, возможность выполнения строительно-монтажных работ в зимнее время. Особое внимание обращается на сохранение естественной структуры грунтов основания во время производства земляных работ.
Вариантное проектирование оснований и фундаментов рекомендуется выполнять в такой последовательности:
- Наметить возможные, конкурирующие варианты оснований и фундаментов с учетом инженерно-геологических условий строительной площадки, конструктивных особенностей здания или сооружения и действующих нагрузок.
- Рассчитать выбранные варианты оснований и фундаментов в стадии технического проекта, отобрав наиболее нагруженные фундаменты.
- Произвести технико-экономическое сравнение вариантов и выбрать из них наиболее рациональный.
>> Modules Anywhere >>> —>
Источник
УСТРОЙСТВО ОСНОВАНИЙ И ФУНДАМЕНТОВ ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ ВЕЧНОМЕРЗЛЫХ ГРУНТОВ ПО ПРИНЦИПУ II
Для оснований по принципу II предусматривать мероприятия по уменьшению деформаций основания:
предварительное (до возведения сооружения) искусственное оттаивание и уплотнение грунтов основания;
замену льдистых грунтов основания талым или непросадочным при оттаивании песчаным или крупнообломочным грунтом;
ограничение глубины оттаивания мерзлых грунтов основания, в том числе со стабилизацией верхней поверхности вечномерзлого грунта в процессе эксплуатации сооружения;
увеличение глубины заложения фундаментов, в том числе с прорезкой льдистых грунтов и опиранием фундаментов на скальные или другие мало сжимаемые при оттаивании грунты.
Контуры зоны оттаивания или замены грунтов основания в плане должны выходить за контуры сооружения не менее чем на половину глубины предварительного оттаивания грунта.
Оттаивание грунтов оснований можно производить способами электрооттаивания, парооттаивания или за счет других источников тепла. При этом должны быть предусмотрены меры по обеспечению установленной проектом степени уплотнения оттаянного грунта. Для ограничения глубины оттаивания грунтов в основании сооружения следует предусматривать устройство теплоизолирующих подсыпок, увеличение сопротивления теплопередаче полов первых этажей и другие мероприятия по уменьшению теплового влияния сооружения на грунты основания, а также стабилизацию верхней поверхности вечномерзлого грунта ниже глубины заложения подошвы фундаментов путем регулирования температуры воздуха в подпольях или технических этажах здания.
Приспособление конструкций сооружений к неравномерным деформациям основания должно обеспечиваться:
а) увеличением прочности и пространственной жесткости здания, достигаемой устройством поэтажных, связанных с перекрытиями железобетонных и армокирпичных поясов, усилением армирования конструкций, замоноличиванием сборных элементов перекрытия, усилением цокольно-фундаментной части, равномерным расположением сквозных поперечных стен, а также разрезкой протяженных зданий на отдельные отсеки длиной до полуторной ширины здания;
б) увеличением податливости и гибкости сооружения путем разрезки его конструкций деформационными швами, устройством гибких сопряжений отдельных конструкций с учетом возможности их выравнивания и рихтовки технологического оборудования.
Допускается предусматривать комбинацию указанных мероприятий применительно к особенностям проектируемого сооружения. При этом бескаркасные жилые и общественные здания следует, как правило, проектировать по жесткой конструктивной схеме; для промышленных сооружений могут применяться гибкие и комбинированные конструктивные схемы.
При использовании вечномерзлых грунтов в качестве оснований по принципу II следует, как правило, применять:
а) при жесткой конструктивной схеме на оттаивающих грунтах — усиленные армопоясами ленточные фундаменты, в том числе в виде жестких перекрестных лент, воспринимающих и перераспределяющих усилия, вызванные неравномерной осадкой оттаивающего основания, а при необходимости — плитные фундаменты; на предварительно оттаянных и уплотненных грунтах допускается применять столбчатые, ленточные и другие фундаменты на естественном основании, а также свайные фундаменты;
б) при гибкой конструктивной схеме — столбчатые и отдельно стоящие фундаменты под колонны, гибкие ленточные фундаменты, свайные фундаменты (при необходимости).
В случаях, когда в основании сооружений залегают скальные или другие малосжимаемые при оттаивании грунты, применяются столбчатые фундаменты, свайные фундаменты из свай-стоек, в том числе из составных и буронабивных свай.
Сваи следует погружать, как правило, буроопускным способом в скважины, диаметр которых не менее чем на 15 см превышает наибольшие размеры поперечного сечения сваи, с заполнением свободного пространства грунтовым, цементно-песчаным или другим раствором.
Источник
Второй принцип проектирования фундаментов на вечномёрзлых грунтах. Метод предпостроечного оттаивания
В данном случае уменьшение осадки оттаявших грунтов осуществляется путём предварительного уплотнения под действием собственного веса (см. метод электроосмоса в механике грунтов).
Метод предпостроечного оттаивания применяется в следующих случаях:
· основание сооружения имеет неоднородные по сжимаемости в мёрзлом и талом состоянии грунты;
· проектируемое сооружение имеет сосредоточенные избытки тепла (неравномерность оттаивания основания).
Необходимо помнить, что применение того или другого принципа строительства зависит:
· от особенностей возводимых сооружений;
· геокриологических условий места постройки.
Следует иметь в виду, что строить сооружения надо одним из двух принципов.
Нельзя сочетать эти принципы, как для соседних зданий и сооружений, так и для сооружений, расположенных в одном и том же районе. И особенно это относится для отдельного сооружения.
Расчет основания свай для фундаментов опор мостов по несущей способности многолетнемерзлых грунтов, используемых по принципу I, следует производить в последовательности, приведенной в Части I . При этом значение gn в формуле (1) следует принимать равным 1,4 независимо от числа свай в фундаменте и от положения подошвы ростверка по отношению к поверхности грунта. Значения коэффициентов gc и gt в формуле (2) допускается принимать равным 1,0.
Для кратковременной части нагрузок расчетные значения R и Raf допускается принимать с повышающим коэффициентом nt, равным: для свайных фундаментов железнодорожных мостов 1,35 – при одновременном действии постоянных и временных вертикальных нагрузок; 1,5 – при действии постоянных и временных совместно с временными горизонтальными нагрузками (включая сейсмические нагрузки); для свайных фундаментов автодорожных мостов – соответственно 1,5 и 1,75.
Для железнодорожных мостов на станционных и подъездных путях, городских, а также других мостов, на которых возможны систематические остановки на неопределенное время поездов или автотранспорта, значение коэффициента gc в формуле (2) следует принимать равным 1,0.
Расчет оснований свайных фундаментов по несущей способности многолетнемерзлых грунтов, используемых по принципу II, следует производить в соответствии с требованиями СП 24.13330.2011. При этом расчетное сопротивление оттаивающих грунтов под торцом свай следует принимать по СП 24.13330.2011, как для буровых свай.
Расчет по несущей способности оснований фундаментов мелкого заложения на многолетнемерзлых грунтах, используемых по принципу II, надлежит производить по СНиП 2.05.03.
Фундаменты береговых, переходных и промежуточных опор мостов на крутых склонах, а также фундаменты устоев при высоких насыпях в случаях расположения под несущим слоем пласта немерзлого или оттаивающего (в период эксплуатации моста) глинистого грунта или прослойки насыщенного водой песка, подстилаемого глинистым грунтом, необходимо рассчитывать по устойчивости против глубокого сдвига (смещения фундамента совместно с грунтом) по круглоцилиндрической или другой более опасной поверхности скольжения. Для указанных условий надлежит также проверять возможность появления местных оползневых сдвигов на ранее устойчивых склонах вследствие дополнительного их нагружения весом насыпи и опоры, нарушения устойчивости пластов грунта в процессе производства работ или изменения режима (уровня и скорости течения) подземных и поверхностных вод.
Фундаменты мостов, возводимых на многолетнемерзлых грунтах, используемых в качестве оснований по принципу II, следует рассчитывать для условий полного оттаивания грунтов основания независимо от их состояния (мерзлое или талое) в период строительства. Расчет по прочности и трещиностойкости свайных элементов следует производить на усилия в расчетных сечениях, возникающие как для мерзлого, так и оттаявшего состояния грунтов основания.
Свайные фундаменты надлежит рассчитывать на совместное действие вертикальных и горизонтальных сил и моментов, принимая перемещения фундаментов пропорциональными действующим усилиям. Независимо от принципа использования грунтов в качестве основания, не следует учитывать сопротивление грунтов перемещениям заглубленного в грунт ростверка фундаментов. В расчетах, включающих определение свободной длины свай, оттаявшие и пластичномерзлые грунты допускается рассматривать как линейно-деформируемую среду, характеризуемую коэффициентом постели, принимаемым как для немерзлых грунтов.
При использовании грунтов в качестве основания по принципу I в расчете допускается принимать, что каждый свайный элемент жестко заделан в твердомерзлом грунте на глубине d, считая от уровня, соответствующего расчетной (максимальной) температуре, при которой данный грунт переходит в твердомерзлое состояние; здесь d – диаметр или больший размер поперечного сечения элемента в направлении действия внешних нагрузок.
В сейсмических районах фундаменты мостов допускается проектировать на любых грунтах, используемых в качестве основания по принципу I. Если грунты используются по принципу II, то следует предусматривать опирание подошвы фундаментов или нижних концов свай преимущественно на скальные или другие малосжимаемые при оттаивании грунты.
Источник