10.4. Основные положения проектирования гибких фундаментов. Гибкие фундаменты

№ 21 Проектирование гибких фун-ов

Лекция 21.

Проектирование гибких фундаментов

При расчете жестких фундаментов была 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.

Вэтом случае необходимо учитыватьM 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.

Какие же фундаменты считать гибкими?

Гибкие фундаменты - это те, деформации изгиба которых того же порядка, что и осадки этого же фундамента

∆ S(см) ≈ f(см); ∆ S – осадка фундамента (деформация основания)

f – деформация изгиба фундамента

Таким образом, при расчете гибких фундаментов необходимо одновременно учитывать и деформации фундамента и его осадки.

конструкция грунт

При расчете ленточных фундаментов, загруженных неравномерно сосредоточенными силами - необходимо учитывать изгиб в продольном направлении.

Вследствие изгиба фундамента конечной жесткости давление на грунт увеличивается в местах передачи фундаменту сосредоточенных сил и уменьшается в промежутках между этими силами.

Единого метода расчета гибких фундаментов нет, а существует несколько способов.

Критерий, определяющий состояние фундамента

- абсолютно жесткие фундаменты

h < - гибкие фундаменты

1. Метод прямолинейной эпюры

Области применения:

1 - для предварительных расчетов;

2 - когда не требуется большой точности расчетов;

3 - при слабых сильно сжимаемых грунтах;

Пример:

N1 =N2=80 т

b=1м

Определение ординаты эпюры

контактного напряжения

4. Определяем высоту балки

где

r - коэффициент, зависящий от от % армирования;

m - коэффициент условий работы.

2. Теория местных упругих деформаций.

(Гипотеза Фусса-Винклера) 1868г.

Основная предпосылка этой теории – прямая

пропорциональность между давлением и местной осадкой.

; где Px– давление на подошве фундамента

Сz– коэффициент упругости основания

(коэффициент постели)

Zx– упругая осадка грунта в месте приложения

нагрузки

Эта модель хорошо отражает работу конструкции, если основание представлено жидкостью. Поэтому чаще всего этот метод при строительстве на слабых грунтах или в случае малой мощности слоя сжимаемого грунта.

В последнее время было предложено несколько методов, усовершенствующих эту модель: Дутов, Крылов, Кузнецов, Пастернак. Однако модели соответствующие гипотезе Фусса-Винклера не в состоянии учитывать разновидность оснований (изменение Ео по глубине и в плане сооружения).

В действительности эти результаты непосредственных наблюдений показали, что оседает не только нагруженная поверхность, но и соседние участки грунта.

рунт деформируется в соответствии с упругим полупространством. Поэтому была выдвинута другая теория.

3. Теория общих упругих деформаций.

(Гипотеза упругого полупространства)

В основу этой теории положено предположение, что грунт является однородным и изотропным.

Это дало возможность применить к описанию напряженно деформируемого состояния аппарат теории упругости.

Рассмотрим осадку штампа:

Поэтому единого критерия расчета не существует. В каждом конкретном случае необходимо индивидуально подходить к поставленной задачи, оценивая жесткость конструкции и деформируемость основания. И только после этого следует выбирать руководствующую теорию для расчета.

Задачи, рассматриваемые на основании расчета теории балок

или плит на упругом основании.

Плоское напряженное состояние.

(Рассматриваются при опирании конструкции стены. Расчитываются гибкие конструкции типа рандбалок, ж/б поясов).

Плоская деформация.

Бесконечно простирающаяся полоса и нагрузка приложена вдоль всей полосы.

Для расчета необходимо рассматривать единичный элемент.

Рассчитываются гибкие ленточные конструкции - фундамент под стены.

Пространственная задача.

(Трехмерная задача)

(ж/б фундамент под колонну)

Расчет балок по методу

местных упругих деформаций ( гипотеза Винклера).

; где

Px– интенсивность давления, передающегося на основание (реактивный отпор грунта в т. Х)

Zx– величина перемещения в т. Х (зависит от жесткости балок, характера распределения нагрузки, размеров балки и деформируемости основания

Сz – коэффициент постели

Впервые этот метод был применён при расчете шпал под ж/дор., тогда считали, что Сz= f (грунта), но потом выяснилось, что Сz= f (грунта и ширины подошвы фундамента)

Px=

; Сz=

;Zx= см

Из сопромата известно уравнение, описывающее изгиб балки:

; ;

Значение Рх заменяем исходной формулой:

Решая это уравнение мы найдем Zx :

; А1, А2, А3, А4 - произвольные постоянные, определяемые из

начальных параметров.

В конечном итоге находим Сz и Рх , а следовательно Мх и Qx .

Решение этой задачи во многих случаях приведено в табличной форме в зависимости от конструкции фундаментов (Справочник проектировщика).

;

Расчет балок по методу общих упругих деформаций.

(Гипотеза упругого полупространства)

; где Г - гибкость балки;

l - полудлина балки;

h – высота балки;

Е – модуль упругости материала балки;

Е0 – модуль общей деформации грунта.

Г<1 - абсолютно жёсткая балка Для всех случаев составлены таблицы

1<Г>10 - жёсткая балка (метод Горбунова-Посадова)

Г>10 - гибкая балка

Часто при расчете гибких фундаментов (особенно если жесткость балки применима)- переходят к решению задач по методу Жемочкина Б.Н. (Исследование приемов строительной механики для решения статически неопределимых систем).

Метод Жемочника для расчета фундаментных балок

на упругом основании.

Воснову метода положены следующие допущения:

Действительная криволинейная эпюра

распределения давлений под подошвой

балки заменяется ступенчатой

Распределение давлений на ширине балки

также принимаются равномерным.

Между балкой и сжимаемым основанием предполагаются жесткие шарниры опирающиеся стержни, воспринимающие усилия от балки и равномерно распределяющие это усилие на основание.

4. Условие совместимости работы балки и основания и удовлетворяются равенством прогиба балки и осадки основания в месте закрепления опорного стержня yi=Si .

Этот метод является универсальным и позволяет решать любые задачи с любой степенью сложности.

Расчетная схема

Составляется система канонических уравнений (строительная механика):

Задача решается смешанным методом.

- единичное перемещение по направлению "к" связи от воздействия "i" связи

- единичное перемещение, вызванное осадкой основания

- единичное перемещение, вызванное прогибом балки

; -находятся обычно по таблицам

Решив систему уравнений и найдя Xi, определяют величины реактивных давлений Рi, соответствующих ширине принятых участков ступенчатой эпюры (см. допущение № 1):

Затем с использованием метода сечений строят эпюры изгибающих моментов M, а по ним окончательно определяют сечение балки и ее армирование

Область применения:

1. При хороших (плотных) грунтах.

2. Для расчета плит (днища емкостей).

3. При глубоком залегании скалы.

studfiles.net

Гибкие фундаменты применяются

при малой прочности грунтов основания или при больших нагрузках на подошву. Изготовляются они из железобетона, способного работать на растяжение и скалывание (изгиб). Форму придают им трапецоидальную. Грани в них могут быть наклонены к вертикали под любым углом, так как растягивающие и скалывающие усилия, возникающие при изгибе, воспринимаются арматурой, укладываемой в растянутой зоне. Высота железобетонной трапеции принимается по расчету. Трапецоидальная форма гибкого фундаментаможет быть заменена ступенчатой.

Сравнивая между собой жесткие и гибкие фундаменты, можно сделать следующие практические выводы. Жесткие фундаменты следует рекомендовать в тех случаях, когда грунты основания относительно прочные, т. е. допускают давление 2—3 кг/см2, нагрузки на подошву относительно невелики — здания высотой до 5—7 этажей, а также когда число уступов (ступеней) не превышает двух - трех. При слабых же грунтах и больших нагрузках на подошву жесткие фундаменты вследствие малого угла распространения давления в материалах, из которых они изготовляются, получаются большой ширины, глубокими, имеют большой вес и становятся экономически невыгодными. Поэтому при слабых грунтах, допускающих давление 1,2—1,5 кг 1см2, или при больших нагрузках на подошву рекомендуются гибкие фундаменты, так как они способны работать на изгиб и распределять нагрузку от веса здания на необходимую (расчетную) ширину основания. При этом их не нужно заглублять более глубины промерзания.

Вид фундаментов при разных грунтах:а — жесткий фундамент при слабых грунтах; б— гибкий фундамент при слабых грунтах; в — жесткий фундамент при прочных грунтах

Определение размеров. Основное требование проектирования — обеспечить равномерную осадку без отклонения вертикалькой оси сводится к тому, чтобы напряжения по подошве распределялись равномерно, т. е. чтобы эпюра напряжений была прямоугольной.

Учет влияния соседних фундаментов на осадку проектируемого. Определение крена фундаментов.

Крены фундаментов

Расчет крена фундаментов весьма прост и применим не только для однородного основания, но и при слоистом залегании грунтов, где искомую равномерную их осадку можно найти способом послойного суммирования деформаций.

Крены фундаментов происходят также и при взаимном их влиянии на деформацию грунтов основания. В этом случае, пользуясь методом угловых точек, определяют осадки противоположных краев фундамента и его крен вычисляют.

Взаимное влияние напряжений, возникающих в грунтах под соседними фундаментами, проявляется в различной мере, что зависит от расстояний между ними и свойств сжимаемости грунтов. В наиболее неблагоприятных условиях это влияние может оказаться весьма

значительным.

Крен фундамента (или здания, сооружения в целом) следует измерять одним из следующих методов или их комбинированием: проецирования, координирования, измерения углов или направлений, фотограмметрии, механическими способами с применением кренометров, прямых и обратных отвесов.

Предельные погрешности измерения крена в зависимости от высоты Н наблюдаемого здания (сооружения) не должны превышать величин, мм, для:

гражданских зданий .………….......................…………………………. 0,0001Н

промышленных зданий и сооружений, дымовых труб, башен и др...... 0,0005Н

фундаментов под машины и агрегаты .……………………………...… 0,00001Н

При измерении кренов фундамента здания (сооружения) методом проецирования следует применять теодолиты, снабженные накладным уровнем, или приборы вертикального проецирования.

При измерении кренов методом координирования необходимо установить не менее двух опорных знаков, образующих базис, с концов которого определяются координаты верхней и нижней точек здания (сооружения).

Фотограмметрический метод измерения горизонтальных и вертикальных перемещений и кренов следует применять для измерения осадок, сдвигов, кренов и других деформаций зданий (сооружений) при неограниченном числе наблюдаемых мерок, устанавливаемых в труднодоступных местах для измерений эксплуатируемых зданий и сооружений.

Для измерений деформаций фотограмметрически одновременно по трем координатным осям (X, Y, Z) необходимо выполнять фототеодолитную съемку с двух опорных знаков, являющихся концами базиса фотографирования, не изменяя местоположения и ориентирования фототеодолита в различных циклах наблюдений.

При проведении вышеуказанных видов работ по выявлению перемещений конструкций фундаментов и крена зданий необходимо руководствоваться указаниями ГОСТ 24846-81, СНиП 3.01.03-84 и "Руководства по наблюдениям за деформациями оснований и фундаментов зданий и сооружений" [IV-8].

Для измерений вертикальных перемещений фундаментов применяются нивелиры, обеспечивающие точность нивелирования III класса, типа Н-3, Н-5 и равноточные им. Используются также самоустанавливающиеся нивелиры типа КО-007.

Перед началом и после окончания работ нивелир должен быть обязательно проверен, а рейки проверены с помощью металлической измерительной линейки.

Крен фундамента i при действии внецентренной нагрузки определяется по формуле

где E и v - соответственно модуль деформации и коэффициент Пуассона грунта основания; в случае неоднородного основания значения Е и v принимаются средними в пределах сжимаемой толщи;

kе - коэффициент, принимаемый по табл.;

N - вертикальная составляющая равнодействующей всех нагрузок на фундамент в уровне его подошвы;

Е - эксцентриситет;

а - диаметр круглого или сторона прямоугольного фундамента, в направлении которой действует момент; для фундамента с подошвой в форме правильного многоугольника площадью А принимается ;

km - коэффициент, учитываемый при расчете крена фундаментов по схеме линейно деформируемого слоя при а ³ 10 м и Е ³ 10 МПа (100 кгс/см2) и принимаемый по табл.

10. Коэффициент Пуассона v принимается равным для грунтов: крупнообломочных - 0,27; песков и супесей - 0,30; суглинков - 0,35; глин - 0,42.

11. Средние (в пределах сжимаемой толщи Нс или толщины слоев Н) значения модуля деформации и коэффициента Пуассона грунтов основания (и ) определяются по формулам:

;

Глинистые грунты представляют собой тонкодисперсные частицы чешуйчатой формы размером менее 0,005 мм. Сухое глинистое основание может выдерживать большие нагрузки от массы зданий и сооружений. С увеличением влажности глины резко падает ее несущая способность. Влияние положительных и отрицательных температур вызывает во влажной глине усадку при высыхании и вспучивание при замерзании воды в порах глинистого грунта. Разновидностью глинистых грунтов являются супеси, суглинки и лёссы.

Супесчаные грунты представляют собой смесь песка и глинистых частиц в количестве 3...10 %. Суглинистые грунты состоят из песка и содержат 10...30 % глинистых частиц. Эти виды грунтов могут использоваться в качестве естественных оснований (если они не подвержены увлажнению). По своей прочности и несущей способности они уступают песчаным и сухим глинистым грунтам. Отдельные виды супесей, подверженных регулярному воздействию грунтовых вод, становятся подвижными. Поэтому они получили название плывунов. Этот вид грунтов непригоден в качестве естественного основания .

Лёссовые грунты — то частицы пылеватых суглинков со сравнительно постоянным гранулометрическим составом. Лёссовые грунты в сухом состоянии могут служить надежным основанием. При Увлажнении и воздействии нагрузок лёссовые грунты сильно уплотняются, в результате чего образуются значительные просадки. Поэтому они называются просадочными.

Наименование грунтов, а также критерии выделения грунтов со специфическими свойствами и их характеристики приведены в СНиП «Основания зданий и сооружений. Нормы проектирования».

Искусственными основаниями называют грунты, которые по механическим свойствам в своем природном состоянии не могут выдерживать нагрузки от зданий и сооружений. Поэтому для упрочнения слабых грунтов необходимо выполнять различные инженерные мероприятия. К слабым относятся грунты с органическими примесями и насыпные грунты. Грунты с органическими примесями включают: растительный грунт, ил, торф, болотный грунт. Насыпные грунты образуются искусственно при засыпке оврагов, прудов, мест свалки. Перечисленные грунты неоднородны по своему составу, рыхлые, обладают значительной и неравномерной сжимаемостью. Поэтому в качестве оснований их используют только после укрепления уплотнением, цементацией, силикатизацией, битумизацией или термическим способом.

infopedia.su

Основные положения проектирования гибких фундаментов.

⇐ ПредыдущаяСтр 2 из 3Следующая ⇒

Гибкие сооружения, передавая нагрузку на основание, следуя за осадкой, которая может быть различна в каждой точке. При такой деформации в них не возникает практические никакие усилия разрушения. Такие сооружения имеют статически определенную схему. Гибкие могут быть фундаменты у которых отношение h/l<1/3.

Такими фундаментами являются:

1. Ленточные под колонны промышленных и гражданских зданий

2. Сплошные ж/б плиты высотного здания, элеваторов, АС.

3. Фундаменты из перекрестных лент

4. Коробчатые фундаменты

5. Кольцевые фундаменты дымовых труб

Выбор конструкции гибких фундаментов производится с учетом конструктивной схемы здания, величины и характера распределения нагрузок в плане, несущей способности и деформативности основания.

Ленточные фундаменты под колонну устраиваются в виде одинарных или перекрестных лент. Плитные фундаменты устраиваются под всем зданием, выполняются из монолитного ж/б класса В15. при глинистом основании необходима песчаная или гравийно-песчаная подсыпка под бетонную подготовку.

Армирование производят в двух зонах, как в верхней так и в нижней. Каждая зона должна иметь арматуру рабочую в двух направлениях (А3).

Наибольшее распространение в практике проектирования гибких фундаментов получили следующие методы:

1. Теория местных деформаций (Теория Винкнера)

2. Теория упругого полупространства

3. Теория упругого слоя, ограниченной толщины, на несжимаемом основании

4. теория упругого слоя с переменным модулем деформации основания по глубине

Способы уплотнения и укрепления грунтов.

Уплотнение трамбовками применяется для грунтовых условий 1-го и 2-го типа для устранения просадочных свойств только оснований фундамента, а также создания малопроницаемого экрана под всем зданием. Грунтовую подушку применяют для создания в основании уплотненных грунтов большей толщины, чем при уплотнении трамбовками. Фундаменты в вытрамбованных котлованах применяют в грунтах 1-го и 2-го типов. Уплотнение грунтовыми сваями применяется при толщине слоя 10-24м и отсутствии слоев из пылевато-глинистых грунтов, песков, переувлажненных грунтов.

На площадке с 1-м типом просадочности проводят в пределах деформируемой зоны, со 2-м типом на всю величину просадочной толщи. Конструктивные мероприятия должны обеспечивать: увеличение прочности конструкций и общей пространственной жесткости; применение гибких конструкций, увеличение податливости зданий и сооружений; создавать нормальные условия эксплуатации зданий и сооружений.

Закрепление грунтов применяют в тех случаях, когда устройство фундаментов невозможно или связано с затратами значительных средств (например, при усилении основания под существующим фундаментом), либо для уменьшения фильтрации воды около мест ее проникания в подземные помещения.

Цементация (нагнетание цементационного раствора под большим давлением) производят для закрепления грунтов, обладающих большой водопроницаемостью. Цементацию применяют для уменьшения водопроницаемости и повышения прочности материала самого фундамента. С этой целью в бетонной кладке фундамента делают шпуры, в которые заделывают трубки. Затем через эти трубки подают цементационный раствор под большим давлением. Он проникает в поры бетона, в связи с чем его прочность повышается, а водопроницаемость резко снижается.

Силикатизация. Химические растворы (силикаты натрия) легко проникают в поры песков и других грунтов, хорошо фильтрующих воду. Существует два метода силикатизации грунтов – 2-х растворный и однорастворный. 2-х растворный метод применяют для закрепления песков крупных и средней крупности. При 2-х растворном методе в песок забивкой или виброванием погружают инъектор, через который в грунт нагнетают раствор силиката натрия. Слабофильтрующие грунты и лессовые закрепляют однорастворным методом. При закреплении в инъектор нагнетают сложный раствор, состоящий из силиката натрия и фосфорной кислоты.

Электрохимическое закрепление. Слабые грунты (илы, глины и суглинки, находящиеся в текучем и текучепластичном состоянии) имеют малый коэффициент фильтрации. Чтобы ввести растворы силиката натрия и хлористого кальция, через них пропускают постоянный электрический ток, при его пропускании в грунтах развивается электроосмос - движение воды, находящейся в порах, от анода к катоду.

Смолизация. Растворы синтетических смол, способных твердеть в грунтах, можно нагнетать в поры грунта. После твердения смол грунт превращается в достаточно твердое тело. В качестве вяжущего вещества применяют карбомидную смолу с отвердителями.

Термический метод. Сущность термического закрепления заключается в увеличении прочности структурных связей в грунте под влиянием высокой температуры. Для обжига грунта в пробуренных скважинах сжигают топливо, в качестве которого используют обычно природный и иные горючие газы. С целью поддерживания процесса горения в скважины подают воздух под давлением.

Для уменьшения водопроницаемости грунтов применяют 1.битумизацию и 2.глинизацию. 1-заключается в нагнетании в скальную породу битумной эмульсии. 2-в песчаных грунтах нагнетание глинистой суспензии в тонкие поры грунтов

Фундаменты глубокого заложения. Условия применения и классификация фундаментов глубокого заложения: свай, свай-оболочек, опускных колодцев кессонов, «стена в грунте» и т.д. Их отличие от фундаментов, закладываемых в котлованах.

Необходимость фундаментов глубокого заложения возникает:

1. Если сооружение д.б. опущено на большую глубину

2. Если сооружение создает большие нагрузки, а верхние слои представлены толщей слабых грунтов, подстилаемые прочными скальными грунтами

3. Если сооружение передает на основание значительные вертикальные нагрузки

4. Если имеются высокое залегание грунтовых вод

Конструкции фундаментов глубокого заложения находятся в тесной взаимосвязи с методами их возведения: опускные колодцы (ОК) – колодцы - оболочки из сб. ж/б и массивные ОК; кессонные фундаменты; буровые опоры. Колодец или кессон погружается в грунт под действием собственного веса, в результате, на уровне его ножевой части по мере погружения, наращиваются стены. ОК – открытая сверху и снизу полая конструкция, произвольного в плане очертания, погружаемая под действием собственного веса или дополнительных нагрузок по мере удаления из них грунтов. Кессон применяется, когда работы производятся ниже уровня грунтовых вод и требуется ручная разработка грунта. Это опрокинутый кверху дном ящик, образующий камеру, в которой нагнетается под давлением воздух, т.о. чтобы выдавить всю воду и осушить разрабатываемый грунт.

Стена в грунте – этот способ предназначен для устройства фундаментов, а главное заглубление в грунт сооружения. По контуру сооружения отрывается узкая глубокая траншея, которая дополняется бетонной смесью или ж/б панелями. Стена в грунте применяется для устройства фундаментов тяжелых зданий, подземных этажей, гаражей, переходов.

Свая – относительно длинный конструктивный элемент, расположенный в грунте в вертикальном и в наклоненном положении и предназначенные для передачи нагрузки на лежащие ниже плотные слои грунта. При изготовлении свай, свай-оболочек, свай-столбов, изготовленными в грунте (набивными), явления, происходящие в массиве грунта, в значительной степени зависят от применяемой технологии. Использование бурения для изготовления скважин приводит к разуплотнению грунта вокруг сваи. Для увеличения несущей способности таких свай уплотняют грунт под сваями и вокруг них.

Необходимость ф-тов глубокого заложения, если сооружение д.б. опущено на большую глубину, если сооружение создает большие нагрузки, а верхний слой представлен толщей слабого грунта, подстилаемые твердыми скальными грунтами, если сооружение передает на ф-т знач-ные вертикальные нагрузки, если имеется глубокое заложение грунтовых вод.

Конструкции глубокого заложения нах-ся во взаимосвязи с методом их возведения, и их вида.

- Опускные колодцы – наз. Открытую сверху и снизу кон-цию, погруженную в грунт под собственным весом или дополнительных нагрузок по мере удаления из нее грунта. Достоинства: - возможность передачи гор-ых или вер-ых нагрузок

- возм-сть заглубления более чем на 40 м, ниже уровня грунтовых вод.

-возм-сть использования местных материалов.

Недостатки: - недоиспользование прочн-ых св-в материала колодца

-большая трудаемкость

-необх-сть тщательного геодезического и техн. контроля

Форма в плане – симметричная, круглая, овальная, повтор-ие контур сооружения

Наружные стены в нижней части заостренные кот. наз. консолью или ножом. Внутренняя часть вып-ся полой или заполняется грунтом. Размеры унифицированы. Размеры сторон в плане 3,4,5,6,7,8 м. – шаг 1 м. 10,12,15,18,21,24 м.- шаг 3 м. 30,36,42,48,54,60 м. – 6 м. Глубину принимаем кратной 1 м, а высоту консоли 0,2 м.

Кессонные ф-ты. Сущностьустройства заключаете в отжатии подземных вод от места разработки грунта сжатым воздухом. Для этого на месте уст-ва ф-та делают кессон – большой ящик, перевернутый вверх дном. Кессон образует рабочую камеру. В ней по мере погружения ее в грунт повышают давление воздуха. Это давление уравновешивает давление подземных вод на данной глубине. Применяют кессон при наличии в грунте крупных включений или при необходимости опирания ф-та на неровную поверхность скалы. После опускания кессона на проектную глубину рабочую камеру заполняют бетоном.

“Стена в грунте “. В грунте отрывают участок глубокой траншеи шириной 50…80см. Для потдержания стен траншеи верт-ми ее в процессе отрывки заполняют раствором мелкодисперстной тиксотропной глины. Устойчивость тонкой “стены в грунте “при отрывке котлована под ее защитой обеспечивается наклонными анкерами или распорками.

Ее устраивают по всему периметру сооружения, а внутренние колонны бетонируют.

Сваи применяют при наличии в верхней части основания слабых грунтов обычно возникает необходимость в передаче давления сооружения на более плотные грунты. В таких случаях часто устраивают ф-ты из свай, свай-оболочек. Все эти устройства явл-ся длинными стержнями, погруженные в грунт в готовом виде или изготовленные в грунте

и предназначенными для передачи давления сооружения на грунт основания.

15. Свайные фундаменты. Основные определения. Классификация свай и свайных фундаментов. Конструкция и условия применения различных видов свай. Теория работы свай – стоек и висячих свай (свай трения).

Сваями называется относительно длинные конструктивные элементы, располагаемые в грунте в вертикальном или наклонном положении, предназначены для передачи нагрузки на лежащие снизу плитные слои грунта

Свайные фундаменты - группа свай, объеденная поверху плитами или балками, называется ростверками.

В зависимости от расположения ростверка фундаменты могут быть с низким, высоким ростверком Свайные фундаменты применяют, когда экономически необоснованно применение мелких ф-тов, глубина котлована больше 5-7м.

Классификация. 1)По особенностям передачи нагрузки на грунт - свая – стойка (нагрузка передается нижним концом или уширением на любые мало сжимаемые грунты).

-Сваи висячие, передающие нагрузку боковой поверхностью.

-Сваи-стойки передают нагрузку нижним концом на любые сжимаемые грунты.

-Сваи-уплотнения (конические, пирамидальные, клиновидне).

-Сваи трения. Нагрузка определяется только трением грунта о боковую поверхность (анкерные сваи).

2)По способу заглубления или устройству свай в грунте.

а) сваи, изготавливаемые заранее, погружаемые в грунт в готовом виде – динамическим сп-ом, - вибропогружением.

б) сваи, сооружаемые в грунте на месте возведения ф-та – буронабивные, - набивные

в) комбинированные

3) По материалу

- деревянные, - ж\б, - стальные,- бетонные,- комбинированные.

Деревянные бывают - цельные, сращенные. Длина свай =4,5…16. Пакетной=20…25 м.

D бревна 18см.

Применяют в водонасыщенных грунтах, где срок службы не ограничен. Вся свая должна находиться в воде.

Металлические сваи служат до 100 лет и более. Недостаток коррозия (защита битумом). Поперечное сечение 0,8м. Изготавливают из цельных сварных труб или прокатных профилей, сваривают встык, усиливают проваркой из 4-х,6-ти накладок, полость заполняют бетоном. Железобетонные набивные разделяют.1)по способу армирования с напряженной и не напряженной арматурой .2)по форме поперечного сечения (квадратные, прямоугольного, круглого, квадратные с круглой полостью, полые. 3)по форме продольного сечения (призматические, цилиндрические, с наклонными боковыми гранями). 4)по конструктивным особенностям . 5)по конструкции нижнего конца (призматические заостренные, с плоским или объемным уширением, полые с открытым или закрытым нижним концом

Сваи-стойки прорезают всю толщу сжимаемых грунтов и опираются на несжимаемый грунт. При загрузке их силой F они практически не получают вертикального перемещения. Между боковой поверхностью сваи и грунтом не может возникнуть трение. Считают, что сваи-стойки передают давление только через нижний конец и работают как сжатые стержни в упругой среде.

Сваи трения (висячие) окружены со всех сторон сжимаемыми грунтами. Под вдавливающей нагрузкой такие сваи перемещаются вниз (получают осадку) и по их боковой поверхности развивается суммарная сила трения FS. Под нижним концом сваи возникает сопротивление Fp. Сопротивление основания перемещению сваи трения под нагрузкой называют несущей способностью сваи

Fd = Fp + FS

16. Методы определения несущей способности свай.

1)Определение нес. способности по результатам статических испытаний.

Если возникают сомнения в надежности свай, то их подвергают стат-им испыт-ям по ГОСТ 5686-78 проверяют не менее 2-х свай для 1-го здания. Берут две сваи заданных размеров и погружают рекомендуемым в проекте способом, нагрузка накладывается ступенями 1/10,1/15 от ожидаемой предельной нагрузки. По результатам строят график

S = f( P)

1- для слабых грунтов ,2- общий случай. Можно разделить на 3 участка(I уч-ок – внешняя нагрузка не превышает сопротивления сваи по грунту, происходит осадка сваи. На II уч. Силы трения достигают и превышают предельной величины и свая постепенно теряет несущ. сп.(Fd ).На III уч. Области пред-го напр-го состояния достигают полного развития, происходит полный срыв, кривая опускается вниз , осадка резко возрастает, свая вдавливается в грунт и теряет нес. сп..

Несущая способность сваи - (Fd ) = γс

Нагрузка, под действием которой испытываемая свая получает осадку

S = u.mt

2) Динамический метод определения несущей способности

основан на зависимости между величиной ее погружения и энергии удара молота. Он основан на замерах расч-го отказа (Sа) определяемого по результатам полевых испытаний сваи после отдыха.

Предельное норм-ое сопрот-ие сваи.

Fu =

3) Метод статического зондирования.

Позволяет опред-еь нес, спос. сваи в результате оценки сопрот-ия гр-та как под нижним концом сваи так и по боковой пов-ти.

Fd =

Частное знач-ие пред-го сопрот-ия сваи в точке зондирования

Fu= Rs A+ f h u

Rs – сопр-ие гр-та под нижним концом сваи

f – сопр-ие гр-та по боковой пов-ти

h – глубина погружения сваи от поверх–ти грунта

u – периметр попер. Сечения ствола сваи.

Жесткие и гибкие фундаменты

08.06.2017

Фундаменты по их конструктивным пропорциям разделяют на жесткие и гибкие. Жесткие фундаменты, передавая нагрузку на основание, сами не искривляются, подошва их всегда остается плоской, при этом автоматически выравниваются деформации основания. Гибкие фундаменты при передаче нагрузки сами искривляются, причем деформации определяются совместным влиянием гибкости фундамента и сжимаемости основания. На рис, 5 схематически показан гибкий фундамент до нагрузки и после загружения и возникновения деформаций (для ясности деформации увеличены). Вопросы постройки фундаментов. Разработка котлована представляет важный этап постройки, так как в этой операции не только заключаются подчас основные трудности, но на нее приходятся главные затраты средств и времени. При благоприятных условиях можно откапывать котлован, ограничивая его грани откосами, выбирая при этом несколько больший объем грунта. Извлеченный грунт надо отвезти в отвал и затем частично вернуть для засыпки пазух. В водоносных грунтах откосы оплывают, их надо для устойчивости делать пологими, и это будет стоить дорого. Дело существенно изменится, если стены котлована укрепить, тогда его можно будет откапывать с отвесными гранями, что не только уменьшит объем вынимаемого грунта, но и затруднит приток воды. Современная техника фундаментостроения располагает многими средствами для подобных креплений, и это позволяет выбрать наиболее рациональный способ применительно к местным условиям. На местности, покрытой водой, для изолирования места постройки устраивают перемычки и огражденное ими пространство осушают. Там, где по местным условиям такой прием непригоден, уже давно научились применять опускные колодцы и с прошлого века — сжатый воздух (кессоны). Эти вспомогательные устройства изготавливаются предварительно и опускаются на дно с подмостей или в плавающем состоянии. При неосмотрительном удалении воды из котлована (водоотливе) можно повредить грунт дна, что тем опаснее, чем более размываем и подвижен грунт. Это обязывает изыскивать способы удаления воды, при которых возможно устранить подобную опасность. Все это указывает на неразрывную связь между способами постройки фундаментов, качествами грунтов и другими местными обстоятельствами.

www.sedmoycanal.com

Жесткие и гибкие фундаменты

kuhnidizayn.ru

10.4. Основные положения проектирования гибких фундаментов

Ленточные фундаменты большой длины, загруженные колоннами, расположенными на значительных расстояниях, балки на грунте, а также большинство плитных фундаментов относятся к гибким фундаментам.

В отличие от жестких фундаментов, собственные деформации которых ничтожно малы по сравнению с деформациями грунта, деформации гибких фундаментов соизмеримы с деформациями основания, в результате этого гибкий фундамент и его основание работают под нагрузкой совместно, образуя единую систему, а реактивное давление грунта изменяется по сложному закону, существенно отличающемуся от линейного. Определение этого давления из расчета совместного деформирования фундамента с основанием является основной задачей при проектировании гибких фундаментов. Задача довольно сложная, поскольку в общем случае реактивное давление на фундамент зависит от жесткости фундамента, его размеров и формы, характеристик деформируемое™ основания, величины, характера и расположения нагрузки. Сюда следует добавить и жесткость надземной части сооружения.

Подробно методы расчеты балок и плит на упругом основании изложены в курсах «Строительная механика» и «Железобетонные конструкции». Ниже будут рассмотрены основные положения этих расчетов, а также их особенности, связанные со спецификой работы грунтов как линейно деформируемых тел.

Расчет ленточных фундаментов. В задачу расчета гибкого ленточного фундамента входят определение реактивного давления грунта по подошве фундамента, вычисление внутренних усилий, действующих в фундаменте, установление размеров поперечного сечения фундамента и его необходимого армирования.

При расчете реактивного давления грунта гибкий ленточный

фундамент рассматривается как балка на упругом основании, изгибающаяся под действием приложенных к ней внешних нагрузок. Если пренебречь трением между подошвой фундаментной балки и грунтом основания, что идет в запас прочности, дифференциальное уравнение ее изгиба можно представить в виде

Eld4z/dx4=-pX(10.18)

где EL— жесткость балки; z — прогиб балки в точке с координатой х; рх — реактивное давление в той же точке.

В дифференциальном уравнении (10.18) имеются две неизвестные функции: одна — уравнение изогнутой оси балки z=f(х), вторая — закон распределения реактивных давлений грунта рх=f(х), поэтому решение может быть получено лишь при условии составления второго уравнения, в котором будут связаны между собой осадки различных точек балки и реактивное давление грунта.

В зависимости от гипотезы, принятой для установления второго уравнения, различают два основных метода расчета балки, лежащей на упругом основании: метод местных упругих деформаций и метод упругого полупространства. Оба метода базируются на одноименных моделях грунтового основания, рассмотренных в § 5.2, там же определена и область их применения для практических инженерных расчетов.

Уравнение (10.18) содержит жесткость фундамента Е1, что требует предварительного назначения размеров его сечения. Это делают исходя из схемы линейного распределения реактивных усилий, принимая равномерное или трапециевидное распределение давления по подошве. Поясним сказанное на примере.

Рис. 10.21. Предварительный подбор сечения фундаментной балки

На рис. 10.21 показана фундаментная балка, загруженная системой сил, в результате чего по ее подошве действует реактивное давление грунта рх, изменяющееся по какому-то сложному закону. Заменяя криволинейную эпюру распределения реактивных давлений рх линейной трапециевидной, определяем краевые значения давления р1и р2 по формуле внецентренного сжатия (5.7), которая для рассматриваемого случая будет иметь вид

P1.2=N/A+-6M0/(bl2)

А — площадь подошвы фундаментной балки; МO — момент всех сил относительно центра тяжести подошвы фундаментной балки г

Определив краевые значения прямолинейной эпюры давлений P1 и Р2 загружаем ею рассматриваемую фундаментную балку, как внешней нагрузкой, и по правилам строительной механики строим эпюру изгибающих моментов Мх. Определив максимальное значение Мх, находим необходимый по условию прочности момент сопротивления балки WX, а уже по нему подбираем предварительное сечение фундаментной балки и устанавливаем ее жесткость Еl.

Расчет по методу местных упругих деформаций. Как указывалось в § 5.2, предпосылкой расчета гибких фундаментных балок по этому методу является гипотеза о том, что осадка в данной точке основания не зависит от осадки других точек и прямо пропорциональна давлению в этой точке (гипотеза Фусса — Винклера), что выражается зависимостью (5.3)

Рх=СZZ,

где СZ— коэффициент пропорциональности, называемый коэффициентом постели, ориентировочно равный: (0,3...1). 104 кН/м3 при очень слабых грунтах, (1...3).104 кН/м3 при слабых грунтах, (3...8) • 10 кН/м при грунтах средней плотности; Z — осадка в точке определения реакции рх.

Подставляя эту зависимость в дифференциальное уравнение (10.18), получим

Eld4z/dx4= -СZZ,. (10.19)

Уравнение (10.19) известно как дифференциальное уравнение изгиба балок на упругом основании по методу местных упругих деформаций. Решение этого уравнения имеет вид

. (10.20)

где х — текущая координата; z — прогиб балки в точке с координатой х;

=

Ь — ширина фундаментной балки.

Коэффициент а называют линейной характеристикой балки на упругом основании. При l<0,75 (l—длина балки, м) балки (при расчете по методу местных упругих деформаций) классифицируются как короткие жесткие, деформациями изгиба которых можно пренебречь; при 0,75 < l<3—как короткие гибкие; при l>3 — как длинные гибкие. Естественно, что указанные границы условны поэтому в практических расчетах допустимы небольшие отклонения.

Постоянные интегрирования С1, С2. Сз и С4 определяются изначальных условий деформирования, которые зависят от категории гибкости балки. Так, одним из начальных условий деформирования для короткой жесткой балки, загруженной в центре сосредоточенной силой, будет постоянство деформации грунта вдоль всей ее длины (z=const), а в случае длинной гибкой балки при таком же загружении начальным условием деформирования будет отсутствие прогиба на ее концах (Z-1/2=Z+1/2=0).

Беря последовательно производные от выражения (10.20), определяют необходимые для конструирования фундаментной балки значения изгибающих моментов Мx и поперечных сил QX в различных ее сечениях. Если уточненные по известным значениям Мx и QX размеры сечения балки значительно меняют ее жесткость, то расчет повторяется.

Модель местных упругих деформаций рекомендуется применять для расчета гибких фундаментных балок, работающих в условиях плоской задачи на сильно сжимаемых грунтах (Е<=5 МПа), на лессовых просадочных грунтах, а также при малой толще сжимаемого слоя, подстилаемого недеформируемым массивом, например скальным. В этих случаях результаты расчета хорошо совпадают с действительными. Определенную трудность при расчете представляет правильное назначение коэффициента постели, особенно в тех случаях, когда свойства грунта изменяются по длине балки.

В настоящее время в связи с широким внедрением в практику 1 проектирования ЭВМ метод местных упругих деформаций продолжает развиваться, что позволяет использовать его для решения все более сложных инженерных задач.

Расчет по методу упругого полупространства. Метод упругого полупространства базируется на решениях классической теории упругости, которые в известных пределах считают приемлемыми и для грунтовых оснований. Согласно этому методу, фундаментная балка принимается лежащей на однородном линейно деформируемом полупространстве, деформационные свойства которого характеризуются модулем деформации Е и коэффициентом Пуассона v. Метод разработан для условий плоской и пространственной задач. По условиям плоской задачи ведется расчет ленточных фундаментов под стены, а по условиям пространственной задачи — под колонны.

В случае плоской задачи за исходное уравнение деформации поверхности основания принято уравнение Фламана

ZX=(P/C)ln(-) (10.21)

а в случае пространственной задачи — уравнение Буссинеска

ZX=(CR) (10.22)

где х — координата точки поверхности, в которой определена осадка, м; — координата точки приложения силы Р, м; D — постоянная интегрирования; С=Е/(1 —V2) — коэффициент жесткости основания, кПа; R — расстояние от точки приложения силы Р до точки, в которой определена осадка ZX , м.

При определении осадок поверхности основания от действия равномерно распределенных нагрузок уравнения (10.21) и (10.22) интегрируются по площади загружения.

Решая дифференциальное уравнение изогнутой оси балки (10.18) совместно с одним из уравнений (10.21) или (10.22), находят реактивный отпор грунта по подошве гибкого фундамента, изгибающие моменты и поперечные силы, действующие в его сечениях.

Практические расчеты ведутся чаще всего с использованием готовых таблиц, которые составлены для фундаментных балок различной относительной гибкости, при различном характере и размещении нагрузок.

Относительная гибкость фундаментной балки, работающей в условиях плоской задачи, характеризуется показателем гибкости t, определяемым по формуле (5.1):

Если фундаментная балка работает в условиях пространственной задачи, показатель гибкости определяется по формуле

(10-23)

где Е — модуль деформации грунта, кПа; v — коэффициент Пуассона грунта; Еk— модуль упругости материала балки, кПа; l, b — полудлина и полуширина фундаментной балки, м; h — высота балки, м.

При t<1 в случае плоской и t<=0,5 — пространственной задачи балки рассматриваются как абсолютно жесткие, деформациями изгиба при их расчете пренебрегают. В остальных случаях балки рассчитываются как гибкие.

Наиболее полно расчет фундаментных балок на упругом основании по гипотезе упругого полупространства по таблицам готовых расчетных величин приведен в монографии М. И. Горбунова-Поса-дова с соавторами (1984).

Длинные ленточные фундаменты под стены, а также полосы, работающие в условиях плоской задачи, можно рассчитать и другим методом, разработанным Б. Н. Жемочкиным и А. П. Синицы-ным*. Суть этого метода заключается в том, что между балкой и линейно деформируемым основанием вводятся абсолютно жесткие стержни, через которые балка опирается на основание. Постановкой вертикальных стержней-связей ставится условие, что вертикальные перемещения балки и основания в местах этих стержней одинаковы. Затем стержни заменяются неизвестными силами и составляется система канонических уравнений, к которой добавляются два уравнения, вытекающие из условия равновесия. Решение системы уравнений с помощью ЭВМ позволяет определить эпюру реактивных давлений, а затем уже и эпюры изгибающих моментов, поперечных сил и прогибов (осадок). Этот метод особенно удобен для расчета балок, имеющих переменное сечение по длине.

Расчет плитных фундаментов. Сплошные фундаментные плиты под ряды колонн или под стены, а также под полы промышленных зданий и т. п. классифицируются как плиты большой протяженности. Для их расчета из фундамента выделяется полоса единичной ширины, которая рассматривается как гибкая фундаментная балка. Расчет часто ведется по методу упругого слоя ограниченной мощности, суть которого заключается в следующем. При больших опорных площадях грунт под фундаментом сжимается в основном без возможности бокового расширения, что не учитывается в методах упругого полупространства. Чтобы приблизить расчетные условия к действительным, при больших опорных площадях используют схему, согласно которой основание представляет собой сжимаемый слой, подстилаемый несжимаемым основанием. Это позволяет получить более достоверные результаты. Трудность метода заключается в установлении толщины деформируемого слоя.

studfiles.net

Проектирование гибких фун-ов

Лекция 21.

Проектирование гибких фундаментов

Поэтому необходимо решать задачу совместной работы фундаментной конструкции и сжимаемого основания.

Какие же фундаменты считать гибкими?

Гибкие фундаменты - это те, деформации изгиба которых того же порядка, что и осадки этого же фундамента

∆ S(см) ≈ f(см); ∆ S – осадка фундамента (деформация основания)

f – деформация изгиба фундамента

конструкция грунт

Единого метода расчета гибких фундаментов нет, а существует несколько способов.

Критерий, определяющий состояние фундамента

- абсолютно жесткие фундаменты

h < - гибкие фундаменты

1. Метод прямолинейной эпюры

Области применения:

1 - для предварительных расчетов;

2 - когда не требуется большой точности расчетов;

3 - при слабых сильно сжимаемых грунтах;

Пример:

N1 =N2=80 т

b=1м

Определение ординаты эпюры

контактного напряжения

4. Определяем высоту балки

где

r - коэффициент, зависящий от от % армирования;

m - коэффициент условий работы.

2. Теория местных упругих деформаций.

(Гипотеза Фусса-Винклера) 1868г.

Основная предпосылка этой теории – прямая

пропорциональность между давлением и местной осадкой.

; где Px– давление на подошве фундамента

Сz– коэффициент упругости основания

(коэффициент постели)

Zx– упругая осадка грунта в месте приложения

нагрузки

Грунт деформируется в соответствии с упругим полупространством. Поэтому была выдвинута другая теория.

3. Теория общих упругих деформаций.

(Гипотеза упругого полупространства)

В основу этой теории положено предположение, что грунт является однородным и изотропным.

Это дало возможность применить к описанию напряженно деформируемого состояния аппарат теории упругости.

Рассмотрим осадку штампа:

Задачи, рассматриваемые на основании расчета теории балок

или плит на упругом основании.

Плоское напряженное состояние.

Плоская деформация.

Бесконечно простирающаяся полоса и нагрузка приложена вдоль всей полосы.

Для расчета необходимо рассматривать единичный элемент.

Рассчитываются гибкие ленточные конструкции - фундамент под стены.

Пространственная задача.

(Трехмерная задача)

(ж/б фундамент под колонну)

Расчет балок по методу

местных упругих деформаций ( гипотеза Винклера).

; где

Px– интенсивность давления, передающегося на основание (реактивный отпор грунта в т. Х)

Сz – коэффициент постели

Px=; Сz=;Zx= см

Из сопромата известно уравнение, описывающее изгиб балки:

; ;

Значение Рх заменяем исходной формулой:

Решая это уравнение мы найдем Zx :

; А1, А2, А3, А4 - произвольные постоянные, определяемые из

начальных параметров.

В конечном итоге находим Сz и Рх , а следовательно Мх и Qx .

;

Расчет балок по методу общих упругих деформаций.

(Гипотеза упругого полупространства)

; где Г - гибкость балки;

l - полудлина балки;

h – высота балки;

Е – модуль упругости материала балки;

Е0 – модуль общей деформации грунта.

Г<1 - абсолютно жёсткая балка Для всех случаев составлены таблицы

1<Г>10 - жёсткая балка (метод Горбунова-Посадова)

Г>10 - гибкая балка

Метод Жемочника для расчета фундаментных балок

на упругом основании.

Воснову метода положены следующие допущения:

Действительная криволинейная эпюра

распределения давлений под подошвой

балки заменяется ступенчатой

Распределение давлений на ширине балки

также принимаются равномерным.

Между балкой и сжимаемым основанием предполагаются жесткие шарниры опирающиеся стержни, воспринимающие усилия от балки и равномерно распределяющие это усилие на основание.