Под действием нагрузок от сооружений основания претерпевают деформации, внешним проявлением которых являются осадки (равномерные и неравномерные), горизонтальные смещения и крены зданий и сооружений. Равномерные осадки не вызывают в фундаментах и вышележащих конструкциях зданий и сооружений дополнительных усилий, не затрудняют их нормальную эксплуатацию. Они не опасны для их прочности. Чаще всего осадки зданий и сооружений неравномерны, они обуславливают появление дополнительных усилий в конструкциях, которые могут вызвать образование трещин и даже разрушение.
Например, взаимные смещения блоков гидротехнических сооружений нарушают целостность противофильтрационных устройств. Они являются причиной усиленной фильтрации воды через деформационные швы, а большие крены нарушают нормальную работу оборудования.
Количественное прогнозирование деформаций «сооружений — оснований» представляют собой одну из наиболее сложных задач механики грунтов. При определении конечных осадок зданий или сооружений необходимо учитывать характер деформирования грунта на всех этапах производства работ.
Первый этап строительства здания или сооружения заключается в отрывке котлована под сооружение. При этом напряжения в грунте ниже поверхности дна котлована уменьшаются, т.е. происходит разгрузка грунта, что приводит к подъему дна котлована.
Рис.1
Как видно из рис.1, величина подъема S1 дна котлована неравномерна по ширине. Вблизи подошвы откоса наименьший подъем, а в среднем сечении — наибольший. Чем глубже котлован, тем интенсивнее проявляется разгрузка грунта.
На втором этапе строительства можно условно выделить два периода. в течении первого периода давление от строящегося сооружения возрастает до величины γd, соответствующий весу извлеченного грунта. В течении второго периода, после завершения строительства сооружения, появляются дополнительное давление
Р0 = Р — γd,
где Р — среднее давление на грунт от построенного сооружения.
Дополнительное давление вызывает осадку основания за счет уменьшения объема грунта, происходящего в результате уплотнения.
Осадки основания, происходящие под действием внешних нагрузок, обычно называют осадками уплотнения (по М.В. Берлинову, 1998г.).
Осадки уплотнения в отдельных зонах оснований под сооружением, как правило, неравномерны (неодинаковы) из-за неоднородности напряженного состояния грунтов в основании и неоднородности грунтовых условий.
Возникновение неравномерных деформаций основания в процессе строительства обусловливается различным весом конструкций, зависит от методов возведения сооружения и других факторов.
Неравномерные деформации зданий возможны и после завершения строительства, т.е. в процессе эксплуатации сооружений, например при разработке вблизи сооружений котлована или траншеи, при строительном водопонижении (рис.2), при загружении соседнего с сооружением участка (рис.3).
Рис.2
Рис.3
Таким образом, причина неравномерных деформаций оснований могут быть:
spravkidoc.ru
2.2.3. На электростанциях должны быть организованы наблюдения за осадками фундаментов зданий, сооружений и оборудования (фундаменты турбоагрегатов, котлов, питательных насосов и молотковых мельниц): в первые 2 года эксплуатации – 2 раза в год, в дальнейшем до стабилизации осадок фундаментов – 1 раз в год, после стабилизации осадок (1 мм в год и менее) – не реже 1 раза в 5 лет.
Результаты натурных измерений осадок являются одним из основных показателей, характеризующих устойчивость оснований и надежность фундаментов. По материалам наблюдений могут быть заранее разработаны мероприятия по устранению или предупреждению деформаций фундаментов, опасных для эксплуатации оборудования, зданий и сооружений.
Значение осадки и время, необходимое для ее полного затухания, зависят от физико-механических свойств грунтов, гидрогеологических условий, размеров, глубины заложения фундаментов, принятых нагрузок и условий эксплуатации оборудования.
Значения предельных деформаций оснований фундаментов зданий и сооружений в зависимости от конструкций зданий и типа фундаментов приведены в [3] и не превышают для основных зданий и сооружений тепловых и атомных электростанций 100—120 мм. В проектах предусматривается, чтобы предельные значения средней осадки фундаментов оборудования были того же порядка, что и осадка фундаментов зданий, в которых они находятся.
На песчаных грунтах большая часть осадки приходится на период строительства, затухание осадки наступает, как правило, через несколько лет. На пластичных глинистых грунтах осадка затухает медленно, за время строительства проходит не более половины осадки.
Дополнительные осадки неизбежны при возведении новых крупных сооружений в непосредственной близости к существующим, а также при изменении статических нагрузок на старые фундаменты в случае модернизации и замены оборудования.
Естественный процесс уплотнения грунтов может быть существенно нарушен изменением режима грунтовых вод вследствие неисправности водонесущих коммуникаций, дренажных систем, нарушения планировки территории, глубинного водопонижения, агрессивного воздействия грунтовых вод на фундаменты и гидрохимическую устойчивость основания, воздействия вибраций фундаментов, вызываемых работой машин и оборудования.
В составе проекта энергообъекта в соответствии с [2] должен быть проект организации наблюдений за осадками фундаментов зданий, сооружений и оборудования. На электростанциях следует вести наблюдения за осадками фундаментов главного корпуса и щита управления, служебного корпуса, химводоочистки, объединенного вспомогательного корпуса, пылезавода, дробильных установок, а также береговых насосных, опор эстакад топливоподачи, плотин, водозаборных и сбросных сооружений, дымовых труб, градирен, железобетонных резервуаров для хранения мазута вместимостью 20000 м3 и более. Должны проводиться наблюдения за осадкой фундаментов основного оборудования: турбоагрегатов, котлов, шаровых углеразмольных мельниц, синхронных компенсаторов [6].
Глубинные и грунтовые реперы (рисунки 2.2.1 и 2.2.2), относительно которых определяется положение всех наблюдаемых зданий и сооружений, должны обеспечивать постоянство высотных отметок. Для этого они размещаются вне проездов, складских территорий, оползневых склонов, подземных выработок и карстовых образований, на расстоянии, исключающем влияние вибраций от работающего оборудования, вне зоны распространения напряжений в грунтах, создаваемых весом сооружений.
Количество осадочных марок должно быть достаточным для определения неравномерности осадок, кренов и прогибов наблюдаемых сооружений. Установка осадочных марок обязательна по углам зданий, по обе стороны осадочных швов, в местах пересечения продольных и поперечных стен, на несущих колоннах каркасов зданий и сооружений, через 12-24 м в зависимости от шага колонн.
Рисунок 2.2.1 – Глубинный репер
1 — чугунный башмак; 2 — реперная труба, залитая бетоном внутри; 21 — муфта, соединяющая отдельные звенья реперной трубы; 3 — защитная труба; 4 — сальник; 5 — реперная головка; 6 — защитный колодец; 7 — стальные шпильки или диафрагмы; 8 — верхнее стальное кольцо сальника; 9 — нижнее стальное кольцо сальника с гнездом в нижней части для ключа; 10 — резиновое кольцо из набора резиновых шайб; И — сварка; 52 — крышка защитной трубы; 13 — кирпичная стенка колодца; 14 — цементная штукатурка; 15 — засыпка вокруг колодца плотно трамбованным грунтом; 16 — бетонное дно колодца; 17 — чугунный люк с крышкой; 18 — бетонный отлив вокруг колодца; f9 — два слоя толя вокруг защитной трубы; 20 — деревянная крышка, обитая войлоком; 21 — засыпка колодца (до реперной головки) сухим шлаком или другим теплоизоляционным материалом; 22 — скальное основание
Рисунок 2.2.2 – Грунтовой репер
1 — реперная труба, залитая бетоном внутри; 2 — защитная труба; 3 — металлическая плита, приваренная к реперной трубе; 4 — железобетонная монолитная плита; 5 — чугунная крышка; 6 – деревянная крышка; 7 – колпак; 8 – головка репера; 9 — резиновая диафрагма; 10 — кирпичный или железобетонный защитный колодец; 11 — гидроизоляция из двух слоев рубероида; 12 — засыпка из опилок, пропитанных битумом иди другим теплоизоляционным материалом; 13 — бетонное дно колодца; 14 — щебеночная подготовка
На фундаментах котлов устанавливается не менее 6 — 8 марок, на фундаментах турбоагрегатов — не менее 6 марок при мощности турбоагрегата до 200 МВтг а при мощности более 200 МВт — по 12 марок и более (по числу стоек) на двух уровнях: на отметке +0,6 м и на верхней плите (рисунок 2.2.3).
Рисунок 2.2.3 – Схема размещения осадочных марок на фундаменте турбоагрегата (пример)
a – фундамент в плане; б – разрез фундамента по продольной оси и литологический разрез основания; 1 – фундамент турбоагрегата; 2 — песок мелкий зернистый; 3 — стенная осадочная марка; 4 — плитная осадочная марка
При обнаружении очага интенсивной осадки фундаментов наблюдения должны выполняться в дальнейшем по специально разработанной программе, в зависимости от влияния деформации на прочность и надежность сооружения или работу оборудования.
Неравномерная осадка (порядка нескольких миллиметров) отдельных опор или части фундамента может привести к недопустимым расцентровкам роторов и редукторов такого оборудования, как турбоагрегаты, турбонасосы, синхронные компенсаторы, шаровые углеразмольные мельницы, вентиляторы и дымососы. Определение осадок фундаментов всех сооружений должно производиться с точностью ±1 мм в соответствии с [6].
Признаками деформации грунтов основания, нарушения фундаментов являются:
—наклоны или перекосы ферм, опор, колонн, подкрановых путей, изгибы элементов металлических ферм, вертикальных связей, ригелей около узлов сопряжения со стойками, крен дымовых труб, стен или здания в целом;
—раскрытие или сужение деформационных швов, отрыв наружных стен от внутренних, заклинивание дверей вследствие перекосов проемов;
– трещины, разрывы или другие повреждения в соединениях или элементах несущих конструкций около опор, мест заделки, в железобетонных перемычках, трещины в швах по периметру стеновых панелей, в полах и несущих плитах междуэтажных перекрытий;
– изменение уклонов роторов турбоагрегатов, турбонасосов и других установок за межремонтный период.
Предельное допустимое значение прогиба фундамента за межремонтный период не должно превышать 1:10000 при длине фундамента до 40 м и 1:6000 при длине более 40 м. В случае обнаружения таких деформаций должны быть произведены внеочередные измерения осадок фундаментов. Схема установки осадочных марок и программа измерений должны быть скорректированы для установления причины и очага осадок фундаментов и своевременности разработки мероприятий по предотвращению развития деформаций основания и конструкций.
foraenergy.ru
В настоящее время в мире широко исследована модель фундамент-осно- вание-верхняя конструкция и выделены основные направления для создания рациональной конструкции. Однако задача очень сложная и не линейная, поэтому при проектировании точный расчет применяется редко.
С другой стороны, осадка фундаментов высотных зданий - это актуальная задача в строительстве. Собрано много материала для исследования данного эффекта. Осадка характеризует деформации высотных конструкций и фундаментов. Равномерная осадка не приводит к возникновению дополнительных внутренних сил в верхней части. Далее рассмотрены неравномерные осадки.
При равномерной жесткости фундаментов под воздействием постоянных нагрузок в центре осадка больше, а по краям меньше. На основании опытных данных и собранных материалов по существующим зданиям для высотных конструкций возникают следующие смещения, показанные на рисунке.
Для решения задачи и нахождения осадки, как и при температурных воздействиях, применяется простой расчетный метод с решением дифференциального уравнения.
При ограничении деформаций, возникающих в результате осадки опор, в элементах конструкций возникают дополнительные усилия. Под действием постоянной нагрузки деформации осадки нарастают медленно, включая постепенный рост постоянной нагрузки, консолидации грунтов, также нельзя игнорировать изменение прочности бетона. При упрощенном расчете для железобетонных конструкций внутренняя сила, возникающая в результате осадки опор, умножается на коэффициент ослабления 0,3. Для стальных конструкций ослабления сопротивления не происходит.
При расчете на постоянную нагрузку, горизонтальную нагрузку и действие несиловых факторов в железобетонных конструкциях высотных зданий необходимо учитывать трещинообразование в конструкциях. Для учета данного явления упругая жесткость железобетонных сечений умножается на 0,85, упругая жесткость стальных сечений не меняется.
Нагрузка от осадки в сочетании с другими находится по формуле:
где S - расчетное значение; γG, γT коэффициент надежности по нагрузке; SGK ~ нормативное значение усилий от силовых нагрузок; SGK - нормативное значение усилий, возникающих от осадки опор; ψs - коэффициент сочетаний, ψS = 0,8.
Нагрузка yG |
Термоэффект уТ |
|
Коэффициент надежности |
1,25 |
1,2 |
ros-pipe.ru
Процессы проседания основания здания, которые характеризуются неравномерным проявлением, являются наиболее распространенным и часто проявляющимся дефектом фундаментов различного типа. Именно неравномерная осадка фундамента приводит к растрескиванию основания здания и его стен, а это может стать причиной возникновения самых неприятных последствий. Перекос здания является наиболее распространенным негативным проявлением такой просадки основания.
Осадка представляет собой вертикальное смещение фундамента, которое происходит в результате деформации грунтового слоя под подошвой. На данный момент существуют множество причин возникновения осадочных процессов в основании здания. Наиболее распространенной причиной можно назвать чрезмерную экономию материальных средств, касающейся как строительных операций, так и организации земляных работ (например, наем неквалифицированных рабочих). Из-за недостаточного финансирования строительных работ можно неправильно произвести расчет глубины закладывания фундамента в грунте. Если Вы уложили основание значительно выше нормы, то тогда такую ошибку практически невозможно будет исправить с помощью последующих ремонтных работ. Также причиной возникновения осадки можно назвать слишком большое количество грунтовых вод, которые протекают в области возведения здания и закладки фундамента. В этом случае от данной проблемы можно избиваться с помощью грамотного устройства эффективной дренажной системы, монтаж которой обычно производят на начальном этапе строительства дома. Если же оснащать участок дренажом с уже возведенным зданием, это привлечет некоторые трудности, решение которых потребует дополнительных расходов. Еще в этом случае на участке вокруг здания можно высадить деревья, которые быстро поглотят лишнюю жидкость за счет своей развитой корневой системы.
Дефекты основания могут возникнуть и из-за длительного эксплуатационного срока строения. Но чаще всего осадка деформированного фундамента проявляется вследствие возникновения дефектов его конструкции, которые возникают из-за некачественного подбора строительных материалов. Этот недостаток можно исправить лишь при помощи капитального ремонта, но и это не всегда помогает. Гарантированно исправить фундамент можно только после полной замены всего основания. Однако это можно сделать при помощи специальной техники, которая довольно дорогая.
Деформационные процессы фундамента также могут возникнуть в процессе надстройки лишних этажей по всей площади здания или на какой-либо ее части. Это проблему можно исправить насыщением почвы, находящейся непосредственно под основанием, а также на небольшом расстоянии от него, «цементным молоком».
Чтобы предотвратить оседание основания здания, следует предпринимать следующие действия. Прежде всего, нужно обеспечить фундаменту грамотную защиту от воздействия влаги. Для этого основание необходимо изолировать от контакта с жидкостью специальными материалами, которые обладают водонепроницаемыми свойствами. Наиболее дешевыми, доступными и практичными считаются битум и рубероид. Также можно изолировать основание от влаги с помощью таких качественных гидроизолирующих материалов, как «жидкое стекло» в сочетании с цементом. Также рекомендуется обустроить специальную вентиляционную систему, благодаря которой лишняя влага будет самостоятельно выпариваться. Для этого можно лишь обустроить дополнительные отдушины, которые изготавливаются в соответствии с надлежащей технологией устройства вентиляции основания.
Еще для предотвращения осадки фундамента следует произвести монтаж отмостков в наклонной области, идущих от основания, из бетона или асфальтового покрытия, а также устроить надежную и эффективную систему слива влаги с поверхности крыши. Следует отметить, что коэффициент просадки основания прямо пропорционален значению, которое составляет глубина промерзания почвы в данной местности. Так что необходимо тщательно разработать проект строительства, а также правильно подобрать материалы для строительных работ, тогда в результате получится надежное и долговечное здание, а вероятность, что произойдет осадка уложенного здания, сведется к минимуму.
Рассчитать осадку фундамента можно несколькими способами. Основным и самым проверенным способом определения конечной, полной осадки является метод суммирования осадок отдельных слоев. Для каждого из слоев необходимо определить свое значение степени деформации. Слои следует рассматривать в пределах определенной толщи грунта — в активной зоне, а деформации, которые происходят ниже этого уровня грунта, можно исключить. Метод суммирования осадок отдельных слоев можно использовать для определения любых осадок.
Также рассчитать осадку можно методом эквивалентного слоя, который позволяет определить осадку с учетом ограниченного бокового расширения. Эквивалентный слой — это такая толщина грунта, которая в условиях невозможности бокового расширения (при загруженности всей поверхности сплошной нагрузкой) дает осадку, которая равна по величине осадке фундамента, имеющего ограниченные размеры при нагрузке той же интенсивности. То есть, в этом случае пространственная задача расчета осадок может заменяться одномерной.
На сегодняшний день отсутствуют убедительно обоснованная нормативная величина предельно допустимой дополнительной осадки зданий. Нормативные документы, как правило, не делают различия между первоначальной, полученной при строительстве, и дополнительной осадкой. Предельная средняя осадка кирпичного здания по документам составляет примерно 10-12 см.
Стоит отметить, что первоначальные осадки фундамента на однородном грунтовом основании равномерны по пятну застройки, поэтому даже при большой допустимой средней осадки (10-12 см), также удовлетворяются и требования в отношении неравномерности осадок. А, как известно, результатом неравномерности являются перекосы здания и возникновение трещин.
По стандартам, предельно допустимая осадка для зданий 1-ой категории технического состояния составляет 5 см, а для зданий 2-ой и 3-ей категории, уже имеющих деформации — 3 и 2 см.
Как показывают наблюдения, кирпичные здания 1-й и 2-й категории состояния при локальной дополнительной осадке 5 см могут получить серьезные повреждения. В стенах будут образовываться сквозные трещины, а при возникновении вертикальной трещины ее раскрытие сопоставимо с величиной осадки. Сдвиг плит сборных перекрытия при этом по площадкам опирания очень близок к предельному. В этом случае ремонт здания потребует выселения жильцов, выборочного усиления конструкции и восстановление внутреннего и наружного декора. При осадках 3 и 2 см потребуется ремонт меньшего объема. Так можно ли считать допустимой осадку фундамента 2-5 см? Конечно, если за критерий допустимости принимать отсутствие обрушения конструкций, и нельзя, если за критерий допустимости принимать отсутствие повреждений, которые требуют ремонта.
estroyka.com
Сегодня расчет осадки фундамента методом послойного суммирования имеет особую практическую важность, без этих данных спроектировать прочное основание невозможно. Этот пункт есть в нормативных требованиях по определенным деформациям опорных установок. Допущенные при монтаже опоры здания ошибки или неправильно подобранный материал дадут о себе знать процессом неравномерного проседания, что приведет к самым неприятным и даже опасным последствиям – разрушению.
Основной фактор, влияющий на степень проседания – это состав грунта. Все они делятся на виды, каждый из них имеет прочность в большей или меньшей степени. Самые надежные почвы скальные, основой для которых являются монолитные плиты. Далее, менее прочные идут дисперсные грунты, которые состоят из минеральных зерен разного размера, по-другому их называют еще несвязные, так как они не удерживают влагу.
Симптом осадки оснавания
Осадка – это смещение основания в вертикальном положении, как следствие деформации грунтового слоя. А причин подвижности несколько:
Разрушительные явления:
Необходимы расчёты!
Это все касается критического состояния, но существует также прогнозируемый процесс осадки фундамента, среди которых есть предельно допустимые для каждого типа здания отдельно. Железобетонные конструкции могут дать осадку до 8 см, здания на стальных сваях и опорах – до 12 см, деревянные, сборно-щитовые дома могут осесть до 15 см максимум.
Сегодня не установлена конкретная нормативная величина предельно допустимой нормы дополнительной осадки. Как правило, в документах не указывается различие между полученной при возведении здания, первоначальной и дополнительной осадкой. Для кирпичного дома это примерно 10-12 см. Последствие неравномерности, как известно – это перекосы, трещины, в худшем случае обрушение.
Такие установки используются для самых разных конструкций, имеют активное распространение благодаря лёгкости монтажа, малозатратности и прочности. Специфика расчета осадки подобных оснований несколько отличается от схем для других оснований. Как быть, когда обнаружились трещины в основании и перекосы дома?
Для начала нужно разобраться, что вызвало этот процесс, понаблюдать за ним, обнаружив или исключив расширение и другие сильные изменения. Есть множество методов для установления точной расчетной осадки и самый из них популярный способ послойного суммирования.
Рассмотрите примеры осадки
Производится осадка методом послойного суммирования опоры дома под влиянием давления в фундаменте, спровоцированной нагрузкой рядом стоящих оснований в таком порядке:
Полученные вычисления очень нужны, так как эти цифры сравниваются с допустимой осадкой. Она указывает на деформации, которые, возможно, произойдут в будущем для каждой отдельной конструкции. Если выяснится, что предельная осадка превышает нормы, то добавляются еще сваи, для упрочнения фундамента.
Такая осадка фундамента методом послойного суммирования может проводиться при следующих условиях: грунт у основания – плотное, линейно-деформируемое изотропное тело; невозможно расширение грунта по бокам в фундаменте; опора дома не имеет жесткости.
Выявленная осадка – это стабилизированная деформация, то есть она достигается естественным путем в течение нескольких десятков лет под воздействием грунтов. В глинистых, водонасыщенных почвах стабилизация может выходить за пределы десятилетий до сотен лет.
Расчёт дома и его особенностей
Вычисление путем послойного суммирования дает возможность определить осадку не только возводимого, а также рядом стоящих оснований, учесть разнородность, которая выражается в изменениях конструкции по глубине. Данным способом можно рассчитать осадку сразу нескольких вертикалей. Сложность послойного суммирования в том, что здесь нужно найти дополнительные нагрузки, извне, дающие напор на фундамент возводимого сооружения. Напряжения находятся методом угловой точки, когда рабочая ось принимается за угловую.
Особенно удобен метод послойного суммирования при большой подошве результат всегда эффективный. Особенно когда структура основания слоистая и резко меняется, когда сжимаются отдельные слои.
Во время определения осадки обязательно учитывается воздействие глубины заложения фундамента и по ней устанавливаются суммированные пределы. До возведения основания грунт, находящийся на уровне подошвы, был обжат двоением вышележащей почвы, поэтому чтобы определить величину осадки, за начальную точку давления принимается влияние веса на основании от дома.
Когда по всему периметру сооружения слои напластования грунта однородные, которые не сжимаются при углублении, то расчеты проводятся по средней осадке фундамента. Зачастую принимают во внимание временную деформацию, также отдельно для каждого строительства и эксплуатации. Помимо основных нагрузок на основание учитывается влияние на грунт соседних фундаментов. Если в процессе строительства опоры под дом закладываются не одновременно, то оценивается неравномерная деформация рядом стоящих оснований.
При обнаружении в активной зоне грунта слоя, имеющего слабые несущие способности, чем пласт выше, то нужно выявить, как он может повлиять в целом на изменение фундамента. Этот слой берется за расчет, кода полное давление нагрузок в верхней его части не выше положенного напора для фактического фундамента, который будет опираться на этот грунт.
Всем знакома ситуация когда приходится больше тратиться на ремонт, чем на строительство. Учитывая этот факт, стоит внимательно изначально относиться к процессу сооружения зданий с учетом всех технологий строительства. Так вы оградите себя от многих неприятностей.
Качественное надежное строительство – это хороший выбор материалов, обустройство дренажной конструкции и системы гидроизоляции. При возведении опоры для дома нужно использовать только надежный бетонный раствор и не скупиться на него. Плохой бетон, а в следствие фундамент непременно приведет к проседанию.
Важно не допустить литье бетона на промерзшую почву. Если нет возможности провести строительно-монтажные работы в теплое время года, тогда стоит позаботиться о согреве и защите раствора от проникновения ветра и холода. Смешивать бетон с водой нельзя, это существенно понизит его эксплуатационные характеристики, в том числе прочность. И не стоит забывать про определение осадки методом послойного суммирования фундамента.
Строительные работы, проводимые летом, не должны начинаться на 30°C жаре. Это может стать причиной ложного резкого сцепления материала. Лучшее время для заливки – вечер или раннее утро, когда солнце еще не сильно палящее. Действия выполняются только на однородном, непромерзлом грунте, на качественно подготовленную подушку.
Придерживаясь этих простых рекомендаций, вы сможете избежать неприятностей, связанных с осадкой основания здания. Когда все же вы заметили трещину, необходимо срочно провести соответствующий расчет осадки методом послойного суммирования и ваш дом простоит еще много лет. Обеспечьте опорному основанию дома достаточную площадь подошвы.
nafundamente.ru
ReadMeHouse
Энциклопедия строительства и ремонта